THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
Tên đề tài: Nghiên cứu và đề xuất thuật toán mới trong điều khiển, kỹ thuật truyền thông và kết nối mạng cho đàn robot tự hành
Mã số: B2021-TNA-01
Chủ nhiệm đề tài: TS. Đỗ Trung Hải
Cơ quan chủ trì: Đại học Thái Nguyên
Thời gian thực hiện: 24 tháng
2. Mục tiêu
về điều khiển: nghiên cứu và đề xuất các thuật toán tối ưu cho mạng robot di chuyển trong nhiều địa hình khác nhau;
về truyền thông: nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ viễn thông mới áp dụng cho việc truyền thông giữa các robots, giữa robot và các trạm gốc thu thập và xử lý thông tin;
về kết nối mạng robot: nghiên cứu và đưa ra các thuật toán mạng phù hợp, các giao thức mạng giúp đàn robot có thể kết nối với nhau được tốt nhất, hoạt động trên các địa hình khác nhau mà vẫn giữ được thông tin liên lạc và hỗ trợ cho nhau trong việc thực hiện nhiệm vụ.
Mục tiêu tong quát của đề tài nhằm tạo ra được những thuật toán điều khiển và truyền thông tối ưu cho đàn robot, hướng tới nhiều ứng dụng khác nhau như giám sát, thu thập dữ liệu, ...
3. Tính mới và sáng tạo
- về vấn đề điều khiển, đề tài đã nghiên cứu các thuật toán điều hướng cho robot trong các môi trường khác nhau, tránh vật cản. Ngoài ra, một số thuật toán cho thiết bị bay không người lái (UAV) được triển khai. UAV có thể được coi là thiết bị robot hoạt động tự động trên không trung, thực hiện các nội dung theo yêu cầu.
- về truyền thông, một số công nghệ truyền thông ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) vào xử lý hình ảnh, làm giảm băng thông truyền dẫn cũng như thời gian xử lý dữ liệu, nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống robot nói chung, và cho UAV nói riêng.
- Về kết nối mạng robot, một số thuật toán điều khiển nhóm, kết nối mạng robot và UAV được triển khai. Các thiết bị tự động này được kết nối, hoạt động theo nhóm đáp ứng được nhiều ứng dụng thực tế.
4. Kết quả nghiên cứu
- Đề tài triển khai nghiên cứu các vấn đề về điều khiển robot di động nói chung và UAV nói riêng. Trọng tâm nghiên cứu tập trung khảo sát các thuật toán về điều khiển trên một thiết bị và nhóm thiết bị. Ngoài ra, các phương pháp thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu cũng được nghiên cứu khảo sát đầy đủ cùng những ứng dụng pho biến. Một số kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí quốc tế có uy tín, các hội thảo quốc tế có uy tín.
- Đề tài đã đề xuất các phương pháp điều khiển mới cho thiết bị robot di động và UAV, có các mô hình toán, có các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đi kèm làm minh chứng.
- Đề tài đã đề xuất các phương pháp kết nối mạng, truyền thông và xử lý dữ liệu có ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) cho việc xử lý hình ảnh thu thập từ camera gắn trên các UAV trong hoạt động giám sát.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học (các bài báo công bố)
Tạp chí Quốc tế có uy tín (ISI): 02 bài Q2; 01 bài Q3
Tại chí Quốc tế có chỉ số ISSN: 01 bài
Hội thảo Quốc tế có uy tín (Web of Science/SCOPUS): 02 bài
Cụ thê như sau:
Tạp chí Quốc tế có uy tín ( trong danh mục trích dẫn của Web of Scien ce/SCOPUS)
[1]. Nguyen, Minh T., Cuong V. Nguyen, Hai T. Do, Hoang T. Hua, Thang A. Tran, An D. Nguyen, Guido Ala, and Fabio Viola. "UAV-assisted data collection in wireless sensor networks: A comprehensive survey." Electronics 10, no. 21 (2021): 2603. (SCIE Q2)
[2]. Tran, Hoang T., Dong LT Tran, Vinh Q. Nguyen, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "A novel framework of modelling, control, and simulation for autonomous quadrotor UAVs utilizing Arduino mega." Wireless Communications and Mobile Computing 2022 (2022). (SCIE Q2)
[3]. Tran, Hoang T., Thanh C. Vo, Quan NA Nguyen, Quang N. Pham, Duyen M. Ha, Thanh Q. Le, Thang K. Nguyen, Dong LT Tran, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "A novel design of a smart interactive guiding robot for busy airports." International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems 15, no. 1 (2022).
02 bài báo đăng trên Hội thảo Quốc tế có uy tín ( trong danh mục trích dẫn của Web of Scien ce/SCOPUS)
[1]. Tran, Hoang T., Thanh C. Vo, Dong Lt Tran, Quan Na Nguyen, Duyen M. Ha, Quang N. Pham, Thanh Q. Le, Thang K. Nguyen, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "Extended Kalman filter (EKF) based localization algorithms for mobile robots utilizing vision and odometry." In 2022 IEEE 21st Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON), pp. 9196. IEEE, 2022.
[2]. Tran, Dong LT, Hai T. Do, Hoang T. Tran, Thang Hoang, and Minh T. Nguyen. "A Design and Implement of Fuzzy Controller for Taking-off and Landing for Unmanned Aerial Vehicles", In Advances in Engineering Research and Application: Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2022, pp. 13-22, Cham: Springer International Publishing, 2022.
01 bài báo Tạp chí Quốc tế có chỉ số ISSN (online)
[1]. Do, Hai T., Hoa Nguyen, Cuong Nguyen, Mui Nguyen, and Minh Nguyen, "Formation control of multiple unmanned vehicles based on graph theory: A Comprehensive Review." EAI Endorsed Transactions on Mobile Communications and Applications 7, no. 3 (2022).
5.2. Sản phẩm sách phục vụ đào tạo, tham khảo: 01 sách chuyên khảo (tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học và người học quan tâm)
Tên sách: Kỹ thuật điều khiển nhóm cho đàn robot tự hành
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật;
Mã số sách tiêu chuẩn quốc tế - ISBN: 978-604-67-2595-4
5.3. Sản phẩm đào tạo: ThS 01, NCS 02
[1]. Đào tạo thành công thạc sỹ Nguyễn Quang Minh, ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên, đã bảo vệ thành công luận văn theo hướng nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu thuật toán điều khiển cho đàn robot tự hành”. Đã nhận bằng tốt nghiệp theo Quyết định tốt nghiệp số 1798/QĐ-ĐHKTCN ngày 23 tháng 6 năm 2022.
[2]. Hỗ trợ NCS Nguyễn Thị Tuyết Hoa, công tác tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên, làm NCS tại khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên; đã bảo vệ thành công 02 chuyên đề;
[3]. Hỗ trợ NCS Nguyễn Văn Cường, công tác tại Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên, làm NCS tại khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên; đã bảo vệ thành công 02 chuyên đề;
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích đem lại của kết quả nghiên cứu
Các thuật toán điều khiển, truyền thông kết nối mạng và xử lý dữ liệu ứng dụng công nghệ AI đã được xuất bản tại các nhà xuất bản có uy tín, được chỉ mục trong các cơ sở dữ liệu uy tín như WoS, SCOPUS. Các sản phẩm này sẽ là những tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu trẻ, các học viên sau đại học và sinh viên của các trường đại học.
Ngoài ra, những kết quả tốt mặc dù chưa được triển khai trên thực tế, những sẽ là những cơ sở tốt cho việc triển khai hiệu quả trong tương lại gần. Những kết quả giúp cho việc điều khiển hệ thống hiệu quả hơn, tiết kiệm băng thông truyền dẫn, giúp cho các hệ thống giám sát sử dụng robot di động, UAV hoạt động hiệu quả hơn.
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Research and propose new algorithms in control, communication techniques and networking for autonomous robots
Code number: B2021-TNA-01
Coordinator: Dr. Do Trung Hai
Implementing institution: Thai Nguyen University
Duration: 24 months
2. Objectives
About control fields: research and propose optimal algorithms for robot networks moving in different terrains;;
About communication area: research and application of new telecommunications technologies applied to communication between robots, between robots and base stations that collect and process information;
About robot networking: research and come up with suitable network algorithms, network protocols that help the robot herd to connect with each other in the best way, operate on different terrains and still retain relevant information. communicate and support each other in performing tasks.
The overall goal of the project is to create optimal communication and control algorithms for the robot herd, towards many different applications such as monitoring, data collection, ....
3. Creativeties and innovativeness
- Regarding control, the topic has studied navigation algorithms for robots in different environments, avoiding obstacles. In addition, several algorithms for unmanned aerial vehicles (UAVs) are implemented. UAVs can be considered as robotic devices that operate automatically in the air, performing on-demand content.
- Regarding communication, a number of communication technologies apply artificial intelligence (AI) to image processing, reducing transmission bandwidth as well as data processing time, improving operational efficiency of robotic systems. in general, and for UAVs in particular.
- Regarding robot networking, a number of group control algorithms, robot and UAV networking are deployed. These automated devices are connected, working in groups to meet many practical applications.
4. Research results
- The project deploys and studies the issues of mobile robot control in general and UAV in particular. The focus of research focuses on investigating control algorithms on a device and group of devices. In addition, the methods of data collection and data processing are also fully investigated and popularized. Some research results have been published in prestigious international journals, prestigious international conferences.
- The topic has proposed new control methods for mobile robotic devices and UAVs, with mathematical models, simulation results and accompanying experiments as proofs..
- The topic has proposed methods of networking, communication and data processing with application of artificial intelligence (AI) technology for processing images collected from cameras mounted on UAVs in surveillance activities.
5. Product
5.1. Scientific products (Journal papers)
International Journals: 02 papers ranking Q2; 01 papers ranking Q3
Ordinary journals having ISSN: 01 papers
International Conference: 04papers
Details about the publications
Good international journals (Indexing in Web of Science/SCOPUS)
[1]. Nguyen, Minh T., Cuong V. Nguyen, Hai T. Do, Hoang T. Hua, Thang A. Tran, An D. Nguyen, Guido Ala, and Fabio Viola. "UAV-assisted data collection in wireless sensor networks: A comprehensive survey." Electronics 10, no. 21 (2021): 2603. (SCIE Q2)
[2]. Tran, Hoang T., Dong LT Tran, Vinh Q. Nguyen, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "A novel framework of modelling, control, and simulation for autonomous quadrotor UAVs utilizing Arduino mega." Wireless Communications and Mobile Computing 2022 (2022). (SCIE Q2)
[3]. Tran, Hoang T., Thanh C. Vo, Quan NA Nguyen, Quang N. Pham, Duyen M. Ha, Thanh Q. Le, Thang K. Nguyen, Dong LT Tran, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "A novel design of a smart interactive guiding robot for busy airports." International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems 15, no. 1 (2022).
Good international conference (Indexing in Web of Science/SCOPUS)
[1]. Tran, Hoang T., Thanh C. Vo, Dong Lt Tran, Quan Na Nguyen, Duyen M. Ha, Quang N. Pham, Thanh Q. Le, Thang K. Nguyen, Hai T. Do, and Minh T. Nguyen. "Extended Kalman filter (EKF) based localization algorithms for mobile robots utilizing vision and odometry." In 2022 IEEE 21st Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON), pp. 9196. IEEE, 2022.
[2]. Tran, Dong LT, Hai T. Do, Hoang T. Tran, Thang Hoang, and Minh T. Nguyen. "A Design and Implement of Fuzzy Controller for Taking-off and Landing for Unmanned Aerial Vehicles", In Advances in Engineering Research and Application: Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2022, pp. 13-22, Cham: Springer International Publishing, 2022.
Ordinary international journals having ISSN (online)
[1]. Do, Hai T., Hoa Nguyen, Cuong Nguyen, Mui Nguyen, and Minh Nguyen, "Formation control of multiple unmanned vehicles based on graph theory: A Comprehensive Review." EAI Endorsed Transactions on Mobile Communications and Applications 7, no. 3 (2022).
5.2. Book for traing and reference: 01 Monographs (Technical book as reference for graduate students and other readers):
Book title: Formation control for autonomous robots
Science and Technics Publishing House;
ISBN: 978-604-67-2595-4
5.3. Education
- Successfully trained Master Nguyen Quang Minh, majoring in Automation and Control Engineering at the University of Industrial Technology - Thai Nguyen University, successfully defended his thesis in the direction of the topic "Research on control math for self-propelled robots”. Received diploma according to Graduation Decision No. 1798/QD-ĐHKTCN dated June 23, 2022.
- Supporting PhD student Nguyen Thi Tuyet Hoa, working at the University of Industrial Technology - Thai Nguyen University, working as a PhD student at the Faculty of Electrical Engineering, Thai Nguyen University of Technology (TNUT)- Thai Nguyen University; successfully defended 02 topics;
- Supporting PhD student Nguyen Van Cuong, working at the University of Information and Communication Technology - Thai Nguyen University, working as a PhD student at the Faculty of Electrical Engineering, Thai Nguyen University of Technology (TNUT) - Thai Nguyen University; successfully defended 02 topics;
6. Transfer alternatives, application institution, impacts and benefits of research results
The control algorithms, networked communication and data processing applying AI technology have been published at reputable publishers, indexed in reputable databases such as WoS, SCOPUS. These products will be good references for young researchers, graduate students and university students.
In addition, the good results, although not yet implemented in practice, will be good bases for effective implementation in the near future. The results help control the system more effectively, save transmission bandwidth, and support monitoring systems using mobile robots and UAVs work more efficiently.
