Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mô hình bay không người lái và thuật bám theo đối tượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI VÀ
GIẢI THUẬT BÁM THEO ĐỐI TƯỢNG

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
GVHD: TS. Trần Đức Thiện
Sinh viên thực hiện:
Trần Quốc Duy

19151212

Phan Minh Điền

19151037

Nguyễn Đình Trường An

19151316

TP. HỒ CHÍ MINH – 7/2023

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
-o0o-

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Đức Thiện
Sinh viên:
1. Trần Quốc Duy

MSSV: 19151212

Lớp: 191512A

2. Phan Minh Điền

MSSV: 19151037

Lớp: 191513B

3. Nguyễn Đình Trường An

MSSV: 19151316

Lớp: 19151CL3A

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá
Hệ đào tạo: Chính quy
Khoá: 2019
1. Tên đề tài:
Thiết kế mô hình bay không người lái và giải thuật bám theo đối tượng
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Kích thước dự kiến: 550  550  210(mm)
- Khối lượng tối đa mô hình: 1.89kg
3. Nội dung chính của đồ án:
- Tìm hiểu, nghiên cứu về máy bay không người lái và các ứng dụng liên
quan.
- Thiết kế mô hình Quadcopter trên phần mềm SolidWorks 2021.
- Phân tích động học máy bay bốn cánh.
- Tìm hiểu mô hình xử lý ảnh bài toán phát hiện đối tượng.
- Tìm hiểu về máy tính nhúng, cách cài đặt các thư viện và Framework phục
vụ cho thị giác máy tính và mô hình học sâu.
- Thi công, lắp ráp mô hình Quadcopter dựa trên bản thiết kế.
- Tính toán, thiết kế bộ điều khiển PID cho Quadcopter
- Lập trình chuyển động của Quadcopter thông qua thư viện DroneKit.
- Áp dụng thị giác máy tính và mô hình học sâu để điều khiển Quadcopter
bay bám theo đối tượng.

Trang i

4. Các sản phẩm dự kiến:
- Mô hình Quadcopter và hệ thống máy tính nhúng.
- Chương trình điều khiển Quadcopter bay bám theo đối tượng.
- Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.
- Poster giới thiệu đồ án.
- Video giới thiệu đề tài
5. Ngày giao đồ án: 10/ 02/ 2023
6. Ngày nộp đồ án: 04/ 07/ 2023
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh 

Tiếng Việt

x

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh 

Tiếng Việt

x

TRƯỞNG KHOA

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

Trang ii

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
-o0o-

LỊCH TRÌNH
...

...





 1 
   0 



(0.23)

Từ công thức (0.23):

Trang 118

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 x 
  = I  dω  + ω  Iω + Γ
)

 (
 y
 dt  B
 z 
 p  U  I xx + ( I yy − I zz ) qr I xx + pI tp 


 ω =  q  = U I yy + ( I zz − I xx ) pr I yy − qI tp 

 r  
U I zz + ( I xx − I yy ) pq I zz



(0.24)

Như vậy tổng hợp các phương trình động lực học của quadcopter là:
 x = ( C S C + S S )U z m

 y = ( S S C − C S )U z m

 z = g − ( C C )U z m

 = U I xx + ( I yy − I zz ) I xx +  I tp

 = U I yy + ( I zz − I xx ) I yy −  I tp

 = U I zz + ( I xx − I yy ) I zz

(0.25)

Ảnh hưởng của khí động học
Các phương trình động lực học bên trên đã biểu diễn một cách đơn giản hoá
của các lực tương tác với Quadcopter.[46] Tuy nhiên ở môi trường thực tế, để đảm
bảo cung cấp đầy đủ thông tin về lực cản của gió, không khí, ta cần kết hợp biểu
thức 0.36 với ma trận lực cản không khí ảnh hưởng đến vận tóc tuyến tính của máy
bay trong hệ quy chiếu E :
C S C + S S 
 x 0
 Ax
Uz 
 1




ξ =  y =  0  +
S S C − C S  −  0
m 
m


 z   g 
 0
C
C





0
Ax
0

0  x
0   y 
Az   z 

(0.26)

Trong đó Ax , Ay và Az là các hệ số lực cản cho vận tốc trong các hướng
tương ứng của hệ trong quy chiếu mặt đất. Một số ảnh hưởng khí động học khác có
thể ảnh hưởng đến máy bay như sự phụ thuộc của lực đẩy vào góc cất cánh, độ cong
cánh quạt và sự cản trở của luồn khí phản xạ hiện đang được nghiên cứu gần đây.
Tuy nhiên, các ảnh hưởng này là tương đối nhỏ và phức tạp để phân tích Ngoài ra,
một số hiệu ứng chỉ có tác động đáng kể khi bay ở tốc độ cao. Do đó, các ảnh
hưởng này được loại bỏ khỏi mô hình và nhóm sử dụng mô hình đơn giản để nghiên
cứu và trình bày.

Trang 119

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 0-1: Bảng kinh phí

STT Tên linh kiện

Số lượng

Đơn giá

Thành tiền

1

1

4.500.000

4.500.000

Combo Nvidia Jetson Nano
Kèm màn hình HMI

2

Combo Pixhawk

1

3.500.000

3.500.000

3

Module GPS M8N with Compass

1

450.000

450.000

4

3DR Radio Telemetry

1

600.000

600.000

5

Khung F450, chân Carbon, càng 1

350.000

350.000

bảo vệ
6

Động cơ DJI Tmotor 920Kv

4

500.000

2.000.000

7

ESC Skywalker 30A

4

180.000

720.000

8

Pin 4s 5000 mAh

3

750.000

2.250.000

9

Combo FlyskyI6 + RXIA6B

1

1.000.000

1.000.000

10

Webcam Logitech C270

1

450.000

450.000

11

Chi phí khác

1.000.000

1.000.000

Tổng chi phí: 16.820.000

Trang 120