Một phương pháp tránh vật cản VFH cải tiến cho Robot di động

Một phương pháp tránh vật cản VFH cải tiến cho Robot di động An Improved-VFH Obstacle Avoidance Method for Mobile Robot Nguyễn Văn Tính*, Phạm Thượng Cát*, Phạm Minh Tuấn*, Trần Thuận Hoàng** *Viện Công nghệ Thông tin, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam **Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội e-Mail: nvtinh@ioit.ac.vn Phản biện 1: PGS. TS. Trần Quang Vinh, Trường ĐH Công nghệ, ĐH Quốc Gia Hà Nội Phản biện 2: PGS. TS. Tạ Cao Minh, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội Tóm tắt Bài báo này trình bày một phương pháp tránh vật cản đã được kế thừa và cải tiến từ phương pháp VFH của J. Borenstein. Phương pháp VFH truyền thống cho phép tránh vật cản không xác định từ trước đồng thời hướng robot chuyển động về phía mục tiêu và chỉ thích hợp với các robot di động có gắn bộ các cảm biến siêu âm (sonar) được phân bố đều xung quanh robot. Phương pháp VFH cải tiến được đề xuất sẽ khắc phục đòi hỏi về phân bố đều các cảm biến này. Kết quả thực nghiệm trên robot di động Pioneer-P3-DX cho thấy tính hiệu quả của phương pháp mới. Abstract This paper presents of a VFH-based obstacle avoidance method for mobile robots which has been improved from the original one by J. Borenstein. The original VFH method can orient the robot to move toward its target while avoiding unknown obstacles along the path and be suitable for mobile robots with equally distributed onboard sonar sensors. The improved VFH method compensates this equal distribution requirement for the sonar sensors. Experiments on the Pioneer- P3-DX mobile robot showed that the efficiency of the proposed method. Keyword: VFH, VFF, sonar sensors, navigation, obstacles avoidance. Chữ viết tắt VFF Virtual Force Field VFH Virtual Field Histogram 1. Giới thiệu Tránh vật cản là một trong những vấn đề chính trong điều khiển robot di động. Hầu hết các robot di động đều có một một kiểu tránh vật cản nào đó, bao gồm từ các thuật toán đơn giản, cho phép robot xác định vật cản và dừng lại ở khoảng cách ngắn so với vật cản để tránh va chạm, đến các thuật toán tinh tế hơn, cho phép robot di chuyển theo đường viền quanh vật cản. Phần 2 trình bày bản tóm tắt tổng quan về các phương pháp tránh vật cản bảo gồm: phương pháp phát hiện sườn, phương pháp trường thế năng, phương pháp trường lực ảo (VFF), phương pháp trường tọa độ cực (VFH). Phần 3 trình bày phương pháp tránh vật cản Improved-VFH của chúng tôi. Đóng góp của chúng tôi là, cải tiến phương pháp VFH của J. Borenstein cho phù hợp với cấu trúc phân bố các cảm biến siêu âm trên phần cứng robot của chúng tôi. 2. Các phương pháp tránh vật cản 2.1 Phương pháp phát hiện sườn Một phương pháp tránh vật cản phổ biến là dựa trên sườn. Trong phương pháp này, thuật toán sử dụng các cảm biến camera, range finder, sonar để xác định vị trí các đường sườn thẳng đứng của vật cản. Các đoạn thẳng nối liền các sườn thẳng đứng này được gọi là các đường biên của vật cản. Sau đó điều khiển robot di chuyển theo nhưng cách một đoạn ngắn các đoạn thẳng nối liền các sườn này. Nhược điểm của phương pháp này là robot phải dừng ở phía trước vật cản rồi thu thập thông tin các đường sườn thẳng đứng từ các cảm biến. Ngoài ra, các độ chính xác của các cảm biến ảnh hưởng rất nhiều tới khả năng thực hiện các phương pháp này. Các cảm biến siêu âm bộc lộ rất nhiều những nhược điểm như sau: a. Xác định hướng tương đối nghèo nàn: làm hạn chế độ chính xác trong việc xác định vị trí của sườn từ 10 đến 50cm [8]. b.Thường xuyên đọc thông tin sai: được gây ra bởi các nhiễu siêu âm. Các nguồn nhiễu có thể là các nguồn siêu âm từ bên ngoài hoặc phản chiếu lệch hướng từ