TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUADCOPTER VÀ ĐIỀU
KHIỂN BAY BÁM THEO ĐỐI TƯỢNG

SVTH:
NGUYỄN VĂN MINH PHỤNG

16151068

NGUYỄN THÀNH QUANG

16151070

KHÓA: 2016 - 2020
NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GVHD: PGS. TS LÊ MỸ HÀ

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 8 năm 2020

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
Thiết bị bay không người lái (drones hay quadcopter) trước đây là các thiết bị chủ
yếu được ứng dụng trong lĩnh vực quân sự. Tuy nhiên, trong làn sóng của cuộc cách
mạng công nghiệp 4.0 với việc ứng dụng các tiến bộ mới về công nghệ thông tin và
truyền thông vào các lĩnh vực công nghiệp truyền thống đang diễn ra mạnh mẽ, thì
drones đang dần trở nên phổ biến hơn, và được sử dụng rộng rãi hơn cho các mục
đích dân sự, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp,
truyền hình, cũng như các ứng dụng khoa học thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật không gian.
Quadcopter là một máy bay được trang bị bốn động cơ và bốn cánh quạt và cơ sở
hoạt động của nó dựa trên các nguyên tắc động học. Quadcopter có các đặc điểm
thuận lợi cho nhiều ứng dụng như kiểm tra cơ sở hạ tầng, giám sát và giám sát tài sản,
do khả năng di chuột, cất cánh và hạ cánh thẳng đứng. Nhờ sự phát triển gần đây của
các thuật toán điều khiển chuyến bay, sức mạnh xử lý hình ảnh và đặc biệt là học
máy, các máy bay tứ giác giờ đây có cơ hội tự chủ và được chấp nhận để cung cấp
dịch vụ trong một loạt các kịch bản ứng dụng. Vì lý do đó, tôi quyết định chọn quad
quad là đối tượng của dự án này với mục tiêu xây dựng mô hình quad quad để theo
mục tiêu.
Tuy nhiên, do góc quay từ trên xuống và giới hạn thời gian thực, vẫn không có
nhiều sự chú ý trong ứng dụng tầm nhìn thông minh cho máy ảnh tứ giác. Các vấn đề
khác như dung lượng và trọng lượng của máy bay không người lái hạn chế phần cứng
nhúng để thực hiện thuật toán máy tính thông minh mạnh mẽ. Trong luận án này, một
mô hình quadcopter tự phát triển có thể tự động phát hiện và theo dõi đối tượng bằng
cách sử dụng xử lý ảnh và kỹ thuật theo dõi bộ lọc tương quan được trình bày.
1.2 Mục tiêu
 Xây dựng một mô hình quadcopter hoàn chỉnh.
 Điều khiển quadcopter bay và bám theo đối tượng.
 Hoàn thành đúng thời gian tiến độ đặt ra.

1

1.3 Nghiên cứu quốc tế
Thị trường thương mại của drones cũng đang được các hãng nghiên cứu đánh giá
là thị trường rất tiềm năng và sẽ phát triển rất mạnh trong tương lai gần. Hãng nghi
...

...
camera quadcopter trước khi đối tượng lạc khỏi khung
hình. (c) góc nhìn từ camera quadcopter khi đối tượng bị lạc khỏi khung hình.

Hình 5.10. Đối tượng di chuyển bị lạc khỏi khung hình. (a) đường màu đỏ mô tả
hành trình di chuyển của quadcopter,đường màu xanh lá mô tả hành trình di
chuyển của đối tượng (b) đối tượng trước khi lạc khỏi khung hình. (c) đối tượng
bị lạc khỏi khung hình.
71

5.3.4. Đối tượng di chuyển trong môi trường nhiễu
Trong mối trường xuất hiện vật thể có màu tương đương với màu của đối tượng
mà quadcopter đang theo dõi, quadcopter vẫn nhận diện chính xác vị trí của đối tượng.
Hình 5.11. Xuất hiện vật thể có màu tương đương với màu của đối tượng. (a) khi đối
tượng cần theo dõi chưa xuất hiện trong khung hình chứa vật thể gây nhiễu. (b) khi
đối tượng cần theo dõi xuất hiện trong khung hình chứa vật thể gây nhiễu.

Hình 5.11. Xuất hiện vật thể có màu tương đương với màu của đối tượng. (a)
khung hình chứa vật thể gây nhiễu và đối tượng.

Hình 5.12. Góc nhìn camera quadcopter khi bay qua môi trường nhiễu. (a) giá
trị x và R giữ ổn định so với điểm đặt. (b) giá trị x và R giữ ổn định so với điểm
đặt
Hình 5.12. Cho thấy quadcopter vẫn phát hiện và bám theo đối tượng khá tốt trong
môi trường có vật thể gây nhiễu.
72

CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
6.1 Kết luận và đánh giá
Sau thời gian nghiên cứu và xây dựng mô hình Quadcopter theo dõi đối tượng.
Chúng em đã gặp nhiều khó khăn và sự cố. Tuy nhiên với sự nổ lực và cố gắng khắc
phục sai sót thì cuối cùng luận án đã hoàn thành đúng tiến độ và yêu cầu đã đặt ra.
Sau nhiều lần thử nghiệm và sửa lỗi thì hệ thống Quadcopter bay bám theo đối tượng
đã hoạt động ổn định và hiệu quả.
Ưu điểm :







Mô hình kết hợp thành công giữa điều khiển bằng tay và điều khiển tự động .
Hoàn thành đúng theo yêu cầu và mục tiêu đã đặt ra.
Mô hình Quadcopter có thể bay ổn định ở chế độ điều khiển bằng tay
Tốc độ xử lý tương đối cao trên máy tính nhúng Raspberry Pi.
Xử lý được camera vào mô hình vòng kín PID.
Mô hình nhỏ gọn và linh hoạt.

Nhược điểm :
 Chế độ bay bám theo đối tượng vẫn chưa ổn định.
 Hệ số PID ở chế độ theo dõi đối tượng vẫn chưa tối ưu.
 Hệ thống sử dụng phương pháp nhận diện đối tượng bằng màu sắc nên còn
hạn chế trong nhiều môi trường khác nhau.
6.2 Hướng phát triển
 Tìm ra hệ số PID ổn định và tối ưu nhất.
 Phát triển đầy đủ 4 kênh của Quadcopter ở chế độ theo dõi đối tượng.
 Sử dụng phương pháp học sâu để nhận diện được nhiều đối tượng khác nhau.

73