Robot thị giác: biết “nhìn” và tránh vật cản

 Một camera được bố trí trong môi trường hoạt động của robot để quan sát. Vị trí của vật cản được xác định nhờ thông tin từ tín hiệu ảnh thu được từ camera. Do đã xác định được tọa độ vật cản trong không gian nên có thể áp dụng phương pháp dẫn hướng toàn cục cho bài toán này nhằm tìm được quỹ đạo chuyển động tối ưu, quỹ đạo này được xác định bởi một giải thuật tìm đường thích hợp, giúp robot chuyển động đến đích mà không chạm vật cản với chiều dài quãng đường là ngắn nhất. Nghiên cứu này sử dụng bộ điều khiển hồi tiếp phi tuyến với phương pháp backstepping để điều khiển robot bám theo quỹ đạo đã xác định. Nhờ camera quan sát, vị trí robot trong quá trình chuyển động sẽ được cập nhật liên tục và hồi tiếp về cho bộ điều khiển bám quỹ đạo.

Robot tự hành là một thành phần có vai trò quan trọng trong ngành robot. Một vấn đề rất được quan tâm khi nghiên cứu về robot tự hành là làm thế nào để nó có thể di chuyển tới một vị trí xác định mà có thể tự động tránh được các chướng ngại vật trên đường đi. Một hướng nghiên cứu mới là ứng dụng công nghệ xử lý ảnh.

Hệ thống điều khiển robot có thị giác được sử dụng để quan sát trong các ứng dụng của robot công nghiệp và quốc phòng. Hệ thống thị giác có thể được phân thành hai lớp, theo như cấu trúc của hệ, đó là hệ có camera gắn cố định và hệ có camera gắn trên robot. Trong hệ camera gắn cố định, các camera được gắn cố định so với hệ tọa độ thực, thu thập ảnh của cả mục tiêu và của môi trường. Mục đích của hệ này là cung cấp tín hiệu điều khiển robot sao cho nó đi tới vị trí mong muốn. Trên cơ sở ảnh thu được từ camera, được lọc nhiễu, số hóa và tích hợp trong vòng điều khiển phản hồi về hệ thống điều khiển các bánh xe của robot để nó di chuyển theo quỹ đạo mong muốn.

Bài toán dẫn hướng cho robot có hai loại: bài toán toàn cục (global) và bài toán cục bộ (local) tùy vào môi trường hoạt động của robot. Ở bài toán toàn cục, môi trường hoạt động của robot được biết trước, và đường đi được xác định trước lúc chuyển động. Trong bài toán cục bộ, môi trường hoạt động chưa biết trước hoặc đã biết một phần, trong quá trình chuyển động, các cảm biển trên robot sẽ dần nhận biết môi trường và đưa tín hiều về để điều khiển robot.

Trong nghiên cứu này, camera được treo phía trên mặt phẳng làm việc của robot và mặt phẳng ảnh song song với mặt phẳng làm việc.Trong quá trình robot chuyển động, camera chụp ảnh trong thời gian thực và gửi tín hiệu ảnh về máy tính chủ để xử lý. Tọa độ của vật cản cũng như robot trong quá trình hoạt động được kiểm soát bởi máy tính chủ. Do tính chất của bài toán 2 D nên vật cản dùng trong nghiên cứu này có chiều cao thấp và có biên dạng tròn.

Đề tài nghiên cứu đã khai thác tối đa ưu điểm của bài toán toàn cục nhằm giải quyết được những vấn đề cần thiết như: xác định tọa độ vật cản, tìm quỹ đạo tối ưu cho robot di chuyển đến điểm đích mà không chạm vật cản, điều khiển robot bám theo quỹ đạo đã xác định, cho kết quả khá chính xác. Quỹ đạo chuyển động của robot là đường cong trơn nên thuận lợi cho việc thực hiện bộ điều khiển bám quỹ đạo cho kết quả tốt.

Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chỉ chuyên dùng cho những loại robot hoạt động trong môi trường cố định đặt camera quan sát, do đó sẽ bị hạn chế tầm hoạt động, phạm vi ứng dụng bị hạn chế. Giá thành của camera tương đối cao, độ chính xác của bài toán phụ thuộc rất nhiều vào độ phân giải của camera, tốc độ chụp ảnh của camera. Việc điều khiển robot sẽ đạt hiệu quả cao khi kết hợp camera và các loại cảm biến khác.