NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Chữ ký GVHD
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học, các
ngành công nghiệp cũng phát triển nhanh chóng . Việc áp dụng các máy móc

MỤC LỤC
HÌNH
2
2
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung về Robot chân rết
Robot chân nết nói riêng và robot phỏng sinh phỏng sinh là một thành
phần có vai trò quan trọng trong ngành Robot học. Cũng với sự phát triển
mạnh mẽ của các hệ thống Cơ - Điện tử, robot tự hành ngày một được hoàn
thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong công nghiệp và sinh hoạt.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, cộng với nhu cầu con
người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot tự hành hết sức rộng
lớn. Có thể kể đến một vài ứng dụng của Robot Phỏng sinh như:
– Vận chuyển vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân
bay, thư viện…
– Kiểm tra trong các môi trường nguy hiểm, khắc nhiệt như các nơi nhiễm
khí độc, môi trường nước, các đường ống ngầm…
– Dùng trong lĩnh vực quân sự, robot do thám, canh gác…
– Khám phá không gian, di chuyển trên hành tinh…
– Phục vụ sinh hoạt gia đình, hỗ trợ người khuyết tật…
Còn rất nhiều ứng dụng khác nữa của bionics Robot, nhưng cũng có
những hạn chế chưa giải quyết được của robot phỏng sinh, như chi phí chế
tạo cao, đã không cho phép chúng được sử dụng rộng rãi.
Robot phỏng sinh là một từ nói chung cho đa số các Robot mà chúng ta
thấy ở bên ngoài. Robot trong đề tài là một loại trong nhóm Robot. Chính vì
vậy, nhiệm vụ đặt ra cho Robot trong đề tài là nhiệm vụ riêng của một loại
Robot phỏng sinh ở ngoài thực tế. Với khả năng của bản thân, nhóm đã đặt
ra nhiệm vụ là thiết kế và chế tạo một con Robot chân rết đơn giản, di
chuyển trên địa hình phẳng, với kết cấu cơ khí vũng chắc và có tính thẩm mĩ
cao, chạy ổn định, gửi ảnh không dây về máy tính, Bám vật bằng camera.

lẫn nhau giữa các thành viên.
– Thiết kế cơ khí, vẽ mạch điều khiển, tính toán các linh kiện cần mua.
– Liên lạc với các công ty để dặt hàng các linh kiện, đồng thời đi tìm kiếm
những thứ có sẵn trên thị trường, mua đầy đủ những đồ cần thiết.
– Khi có dủ đồ, tiến hành chế tạo cơ khí, đi dặt mạch in, test thử cẩn thận.
– Lập trình cho Robot.
– Cho Robot chạy và so sánh với nhiệm vụ đặt ra cho đề tài.
1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Robot chân rết là rất đa dạng và nhiều ý tưởng khác nhau. Tuy nhiên,
trong phạm vi đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính và
tầm hiểu biết, nhóm chỉ chế tạo một mô hình Robot chân rết với khả năng
sau:
– Đề tài chỉ nghiên cứu loại Robot chân rết có 32 chân di chuyển trên địa
tương đối phẳng.
– Encoder tương đối 100 xung, độ chuẩn xác không cao.
– Vật liệu chế tạo đơn giản, dễ tìm ngoài thị trường.
– Xử lý ảnh trên máy tính.
4
4
CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CHÂN RẾT
2.1. Lịch sử ra đời và phát triển của Robot
Robot là loại máy có thể lập trình điều khiển tự động bằng máy tính
( máy tính ở đây có thể được hiểu là một bộ vi điều khiển hoặc một máy tính
PC) để thực hiện các di chuyển, cầm nắm các vật, hoàn thành các công việc
dưới tác động của môi trường. Thường robot được sử dụng để thực hiện các
công việc lặp đi lặp lại, các công việc dễ gây nhàm chán, nó cho các kết quả
chính xác hơn nếu được thực hiện bởi con người.
Thuật ngữ Robot lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1921 ở Tiệp Khắc trong tác
phẩm R.U.R (Rossum’s Universal Robot) của nhà soạn kịch Karel Capek
mang ý nghĩa người làm tạp dịch. Kể từ đó thuật ngữ này được sử dụng rộng

Trong suốt những năm 1970, một số lượng lớn các công trình nghiên
cứu đã tập trung vào việc sử dụng các sensor ngoại để tăng sự tiện lợi và linh
hoạt cho robot. Vào thời gian này công ty máy tính IBM đã chế tạo ra loại
robot có các sensor xúc giác và sensor lực để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm
chi tiết .
Một lĩnh vực được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là robot tự hành, robot
di động. Nhiều công trình nghiên cứu đã thiết kế, xây dựng tạo ra các robot
tự hành bắt chước chân người hoặc súc vật.
Trong những thập kỷ 80 - 90 do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật vi xử lý và công nghệ thông tin, số
lượng robot đã gia tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước
tiến vượt bậc.
Ngày nay, chuyên ngành khoa học robot (robotics) đã trở thành một lĩnh
vực rộng trong khoa học, bao gồm việc giải quyết các vấn đề về cấu trúc cơ
cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển
chuyển động…
2.2 Giới thiệu Robot chân rết

Robot chân rết ( robot phỏng sinh) được định nghĩa là một loại robot
có khả năng tự di chuyển tự vận động ( có thể lập trình lại được) hoặc được
điều khiển từ xa để thực hiện thành công một công việc được giao.
Môi trường hoạt động của robot phỏng sinh có thể là đất, nước, không khí,
không gian vũ trụ hay tổng hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di
chuyển có thể là bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm.

Có rất nhiều loại Robot phỏng sinh, những loại đó khác nhau có thể
về cách điều khiển, về môi trường hoạt động, về cấu trúc cơ khí… Một số
Robot phỏng sinh như:
a. Robot có chân
Robot có chân (Walking robots hoặc Walker) là dạng đặc biệt của

phá hỏng các linh kiện bên trong.
Một số đặc điểm của Robot loại này:
– Chế tạo cơ khí rất khó, yêu cầu độ chính xác cao, đặc biệt lớp ngoài phải
kín để tránh nước vào.
– Điều khiển dùng thiết bị không dây như sóng vô tuyến…
– Loại này có nhiều ứng dụng như thám hiểm các vùng biển, sửa chữa các
thiết bị dưới nước, dùng trong các lĩnh vực quân sự…
Hình 2.3 Robot cá đầu tiên tại Việt Nam
2.3 Thành phần ch[nh của Robot chân rết
 !"#
Thành phần của Robot chân rết gồm có:
– Phần cơ khí: Khung Robot, động cơ, chân.
– Phần điện – điện tử: Bộ xử lí trung tâm, mạch điều khiển, hiển thị, mạch
công suất.
– Phần giao tiếp và truyền thông: Truyền thông nối tiếp, Modul RF,
camera IP.
 "$%&$%'
• Vi điều khiển Atmega 8
Atmega8 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa
trên kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer). Vào ra Analog –
digital và ngược lại. Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong
một chu kì xung nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh
trên giây ở tần số 1 Mhz. Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể
tối ưu hoá chế độ độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí.
8
8
Hình 2.4: Vi điều khiển Atmega8
Đặc trưng:
– Được chế tạo theo kiến trúc RISC hiệu suất cao mà điện năng tiêu thụ
thấp

tương thích chuẩn TTL. Nó có 2 chân enable để cho phép/không cho phép
IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào. Tính năng này cho phép
kiểm soát sự cố quá dòng, quá tải hay các sự cố mất an toàn khi mạch
Driver chạy. Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được
nối với nhau và nối ra chân ngoài để nối với điện trở cảm ứng dòng khi cần.
Nó có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động ở điện thể
thấp hơn.

Hình 2.5 Sơ đồ chân IC L298
Bảng 2.1: Chức năng các chân
Số
chân
Kí hiệu Chức năng
1;15 Sense A;
sense B
Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng xuống
GND để điều khiển dòng tải
2;3 Out 1 Ngõ ra cầu A, dòng của tải mắc giữa hai chân này
10
10
Out 2 được quy định bởi chân 1.
4 VS Chân cấp nguồn cho tầng công suất, cần có một tụ
điện không cảm kháng 100nF nối giữa chân này và
chân GND
5;7 Input 1;
Input 2
Chân ngõ vào của cầu A. tương thích chuẩn TTL
6;11 Enable A;
Enable B
Chân ngõ vào enable (cho phép) tương thích chuẩn

đường truyền quá nhiều, dữ liệu càng lớn thì số đường truyền càng nhiều.
Truyền thông nối tiếp sẽ giải quyết vấn đề này, trong truyền thông nối tiếp,
dữ liệu được truyền từng bit trên một (hoặc một vài) đường truyền. Vì vậy,
cho dù dữ liệu của bạn có lớn đến đâu bạn cũng chỉ dùng rất ít đường truyền.
Hình dưới mô tả sự so sánh giữa hai cách truyền song song và nối tiếp trong
việc truyền con số thập phân 187.
11
11
Hình 2.6 Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp
Một hạn chế rất dễ nhận thấy khi truyền nối tiếp so với song song là tốc
độ truyền và độ chính xác của dữ liệu khi truyền nhận. Vì dữ liệu cần phải
chia nhỏ thành từng bít khi truyền/nhận, tốc độ sẽ bị giảm. Mặt khác, để đảm
bảo tính chính xác của dữ liệu, bộ truyền và bộ nhận cần có những tiêu chuẩn
nhất định.
Truyền thông nối tiếp có hai dạng, đó là truyên thông nối tiếp đồng bộ và
truyền thông nối tiếp không đồng bộ. Khái niệm “đồng bộ” chỉ sự “báo
trước” trong quá trình truyền.Ví dụ thiết bị 1 kết nối với thiết bị 2 bởi 2
đường, một đường dữ liệu và một đường xung nhịp. Cứ mỗi lần thiết bị 1
muốn gửi 1 bit dữ liệu, thiết bị 1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức
thấp sang mức cao báo cho thiết bị 2 sẵn sàng nhận 1 bit. Bằng cách báo
trước này tất cả các bit dữ liệu có thể truyền nhận dễ dàng và ít xảy ra lỗi.
Tuy nhiên, cách truyền này cần ít nhất 2 đường truyền cho một quá trình.
Giao tiếp giữa máy tính và bàn phím (trừ bàn phím usb) là một ví dụ về
truyền thông nối tiếp đồng bộ.
Khác với truyền thông đồng bộ, truyền thông không đồng bộ chỉ cần một
đường truyền cho một quá trình. Khung dữ liệu đã được chuẩn hóa bởi các
thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến. Ví dụ 2 thiết
bị đang giao tiếp với nhau theo phương pháp này, chúng đã được thỏa thuận
với nhau rằng cứ 1ms có thì sẽ có một bit truyền đến, như thế thiết bị nhận
chỉ kiểm tra và đọc đường truyền mỗi ms để đọc các bit dữ liệu và sau đó kết

start là mang giá trị 0 và có giá trị điện áp 0V (với chuẩn RS232 giá trị điện
áp của bit start là ngược lại). start là bit bắt buộc phải có trong khung truyền.
+ Data:
Data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và
nhận. Data không nhất thiết phải là gói 8 bit, với AVR bạn có thể quy định
số lượng bit của data là 5, 6, 7, 8 hoặc 9 (tương tự cho hầu hết các thiết bị hỗ
trợ UART khác). Trong truyền thông nối tiếp UART, bit có ảnh hưởng nhỏ
nhất (LSB – Least Significant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền
trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng lớn nhất (MSB – Most Significant
Bit, bit bên trái).
+ Parity bit:
Parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tương
đối). Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity).
Parity chẵn nghĩa là số lượng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số
chẵn. Ngược lại tổng số lượng các số 1 trong parity lẻ luôn là số lẻ. Ví dụ,
nếu dữ liệu của bạn là 10111011 nhị phân, có tất cả 6 số 1 trong dữ liệu này,
nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ mang giá trị 0 để đảm bảo tổng các
số 1 là số chẵn (6 số 1). Nếu parity lẻ được yêu cầu thì giá trị của parity bit là
1. Hình 1 mô tả ví dụ này với parity chẵn được sử dụng. Parity bit không
phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bit này khỏi khung truyền.
+ Stop bit:
13
13
Stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã
được gởi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm
tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bits
bắt buộc xuất hiện trong khung truyền, trong AVR USART có thể là 1 hoặc
2 bits (Trong các thiết bị khác Stop bits có thể là 2.5 bits). Trong ví dụ ở
hình 1, có 2 stop bits được dùng cho khung truyền.Giá trị của stop bit luôn là
giá trị nghỉ (Idle) và là ngược với giá trị của start bit, giá trị stop bit trong

tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vào
trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ
tinh, ta phải thực hiện một vài kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang
truyền.
Biến điệu hay điều chế là quá trình chuyển đổi phổ tần của tín hiệu cần
truyền đến một vùng phổ tần khác bằng cách dùng một sóng mang để chuyên
chở tín hiệu cần truyền đi. Mục đích của việc làm này là chọn một phổ tần
thích hợp cho việc truyền thông tin, với các tần số sóng mang khác nhau
người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền
khác nhau của cùng một đường truyền.
Một cách tổng quát, phương pháp điều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm
thay đổi một thông số nào đó của sóng mang (biên độ, tần số, pha ). Tùy
theo thông số được lựa chọn mà ta có các phương pháp điều chế khác nhau:
điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM), điều chế pha ΦM, điều chế
xung PM…
– Điều biên ( Điều chế AM )
Điều biên thay đổi biên độ/ độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị
phân. Điều biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hàng, trong đó một mức biên
độ được dùng để tượng trưng mức 0 và một mức được dùng để tượng trưng
mức 1. Hình bên dưới mô tả làm thế nào một dạng sóng có thể điều chế một
mã ASCII ký tự K dùng phương pháp điều biên. Biên độ lớn tượng trưng cho
bit 1, trong khi biên độ nhỏ tượng trưng cho mức 0. Chính biên độ của sóng
sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên máy nhận, đầu tiên máy nhận sẽ
chia tín hiệu nhận được ra thành những khoảng thời gian được gọi là thời
gian lấy mẫu. Máy nhận sau đó sẽ kiểm tra sóng để tìm ra biên độ. Tùy thuộc
vào giá trị biên độ của sóng, máy nhận sẽ xác định giá trị nhị phân đang được
truyền. Như bạn cũng có thể biết, các tín hiệu không dây thì có thể khó dự
đoán và cũng có thể bị nhiễu từ nhiều nguồn. Khi nhiễu xảy ra, nó thường
ảnh hưởng đến biên độ của tín hiệu vì khi có một sự thay đổi trong biên độ
có thể làm cho máy nhận diễn dịch sai giá trị dữ liệu, kỹ thuật này phải được

pha trước đó và xác định sự khác nhau. Sự khác nhau trong pha (lệch pha) sẽ
được dùng để xác định giá trị bit. Các phiên bản cao cấp của điều pha có thể
mã hóa nhiều bit. Thay vì dùng hai pha để xác định giá trị nhị phân, bốn pha
có thể được dùng. Mỗi pha trong bộ bốn này có thể dùng để mô tả hai giá trị
nhị phân (00,01,10,11) thay vì chỉ 1 (0 hoặc 1), như vậy sẽ giúp ngắn thời
gian truyền.
17
17

Hình 2.10 điều chế một mã ASCII ký tự K dùng phương pháp điều pha.
Module thu phát DRF7020D13
Đây là một Module thu phát 2 chiều nhỏ gọn, rất tiện dụng, có thể
truyền dữ liệu với khoảng cách max 700m. Truyền với khoảng cách xa như
vậy nhưng khả năng chống nhiễu của nó rất tốt. Chip điều khiển Module này
theo chuẩn RS232 rất đơn giản.
Hình 2.11 Module thu phát DRF7020D13
DRF7020D13 là một loại Module thu phát tích hợp cao, tiêu thụ điện
năng thấp dựa trên IC ADF7020 RF. Đổi mới công nghệ mã hóa EDAC (đan
18
18
xen phát hiện lỗi và sửa lỗi) được sử dụng để đảm bảo việc truyện nhận dữ
liệu và khoảng cách xa hơn so với công nghệ mã hóa thường.
Module này bình thường giao tiếp với máy tính qua cổng COM, nhưng như
vậy sẽ không tiện cho việc kết nối, do hiện nay có nhiều loại máy tính không
có cổng COM. Tuy nhiên, cổng USB thì bất kì PC nào cũng có, nên nhóm đã
làm một bộ chuyển đổi từ cổng COM sang USB để thuận lợi cho việc giao
tiếp và điều khiển.
Một số tính năng nổi bật của Module:
– Sử dụng phương thức điều tần.
– Dải tần 418MHz ~ 455MHz.

Đơn vị
VCC Nguồn cấp
-0.3
5.5
V
VI Điện áp vào -0.3 VCC+0.3
V
VO Điện áp ra -0.3 VCC+0.3
V
TST Nhiệt độ -55
125
°C
Hình 2.12 Biều đồ thời gian.
Camera IP
Ngày nay hệ thống Camera an ninh đã trở nên hết sức thông dụng đối với
mọi người có thể được lắp đặt để giám sát hoạt động của mọi nơi: Các nhà
máy, văn phòng, cơ quan xí nghiệp, khách sạn, cửa hàng… mà không cần
20
20
phải đi đến tận nơi quan sát hoặc có thể ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào mà vẫn
theo dõi được công việc hàng ngày diễn ra.
Giúp cho những nhà quản lí vừa kiểm soát công việc một cách chặt chẽ
hơn, vừa tiết kiệm được chi phí thuê nhân viên bảo vệ, mà lại làm cho hình
ảnh của doanh nghiệp được chuyên nghiệp, hiện đại hơn.
Nếu khi xẩy ra bất cứ một vấn đề hay sự cố gì đều được hệ thống Camera
an ninh ghi lại, từ đó làm tư liệu bằng chứng để tìm ra được nguyên nhân xẩy
ra vấn đề đó.
Camera an ninh gồm có các loại sau:
+ Camera box
+ Camera dome

+ Nguồn nuôi: 5V DC
+ Hỗ trợ các hệ điều hành: Microsoft Windows 98/2000/XP/Vista
+ Trình duyệt: Internet Explorer6.0 and Above or Compatible Browser,
Firefox etc.
 ,-.%(/010
Matlab không chỉ là phần mềm mô phỏng hệ thống mà nó còn là công cụ tính
toán , phần mềm lập trình mạnh . Nó cung cấp nhiều toolbox để giải quyết các
bài toán đồ họa , điều khiển , mô phỏng …
Image processing toolbox với thư viên lớn cung cấp nhiều hàm , các ví dụ demo
22
22
Thiết bị thu nhận ảnh (camera , sensor )
Ảnh thu nhận được Tiền xử lý
Phân đoạn ảnhBiểu diễn và mô tảNhận dạng và nội suy
phục vụ xử lý ảnh
Ngoài ra để thu nhận và nhận dạng thì kết hợp 2 toolbox là image acquisition
toolbox và neural network toolbox.
2.4 T\ng quan về xử l_ `nh
,23(4/56758
Bộ lọc trung vị (Median filter) được phát triển bởi Boyle đó là kỹ thuật làm
giảm nhiễu nhỏ và nhiễu muối tiêu ở ảnh thu được. Nó cũng có ích trong việc làm
giảm nhiễu nhẫu nhiên mà vẫn bảo vệ được biên ảnh. Nhiễu nhỏ được lọc bỏ bằng
việc di chuyển một cửa sổ quét hết diện tích ảnh đồng thời lấy giá trị trung vị của
cửa sổ đó gán vào vị trí tâm của cửa sổ.
Hình bên dưới minh họa bộ lọc trung vị.
Hình 2.14 Bộ lọc trung vị
Giá trị của pixel trong cửa sổ là 115, 119, 120, 123, 124, 125, 126, 127, và 150
giá trị trung vị là 124. Vì vậy giá trị của tâm cửa sổ sau khi qua bộ lọc trung vị là
124.
23

bài toán đặt ra. Ảnh hưởng của kích thước cửa sổ được minh họa như hình dưới

(a) (b) (c)
Hình 2.19 (a): ảnh gốc, (b), (c): ảnh qua bộ lọc trung bình với cửa sổ lọc là 5x5 và
10x10
, :;<45=68
Ngưỡng là quá trình chuyển một ảnh xám sang ảnh nhị phân. Quá trình náy
chuyển tất cả các pixel có giá trị lớn hơn mức xám (grey level) về giá trị 255 (trắng
hay 1 trong ảnh nhị phân) và các pixel có giá trị nhỏ hơn mức xám về giá trị 0
25
25