Phân tích kỳ dị và điều khiển trượt mờ robot song song phẳng có kể đến hệ dẫn động TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐỨC VƯƠNG PHÂN TÍCH KỲ DỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ ROBOT SONG SONG PHẲNG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội – 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quang Hoàng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Quang Hoàng, Vũ Đức Vương (2015) Ứng dụng thuật giải di truyền toán động học ngược robot chuỗi song song Hội nghị toàn quốc lần thứ ba Điều khiển Tự động hóa, p.257-263 Nguyễn Quang Hồng, Vũ Đức Vương, Nguyễn Văn Quyền (2016) Mơ hình hóa điều khiển robot song song dẫn động động điện chiều khơng gian thao tác Hội nghị Khoa học tồn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa, Hà Nội, 65–72 N.Q Hoang, V.D Vuong, N.V Quyen (2016) Modeling and Model-Based Controller Design for 3RRR Planar Parallel Robots Driven by DC Motors in Joint Space The 4th International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA 4), 114–123 Nguyễn Quang Hoàng, Vũ Đức Vương, Nguyễn Tùng Lâm (2017) Vượt kỳ dị mô động lực học robot song song sử dụng không gian bù ma trận Jacobi Hội nghị học toàn quốc lần thứ X, 182–192 N.Q Hoang, V.D Vuong (2017) Sliding mode control for a Planar parallel robot driven by electric motors in a task space Journal of Computer Science and Cybernetics, 33(4), 325– 337 Nguyễn Quang Hoàng, Vũ Đức Vương Nguyễn Tùng Lâm (2017) Phân tích động học kỳ dị robot song song phẳng ba bậc tự Hội nghị học toàn quốc lần thứ X, 193–202 Nguyễn Quang Hoàng, Vũ Đức Vương Nguyễn Tùng Lâm (2018) Điều khiển robot song song phẳng 3RRR dựa mơ hình động lực ước lượng động học Hội Nghị Khoa Học Và Cơng Nghệ Tồn Quốc Về Cơ Khí Lần Thứ V - VCME 2018, Hà Nội, 1192–1202 N.Q Hoang, V.D Vuong (2019) Controller design based on a kinematic estimator for a 3rrr planar parallel robot driven by electric motors Vietnam Journal of Science and Technology, 57(4A), 95–106 N.Q Hoang, V.D Vuong (2019) Differential Equations of Motion in Matrix Form of a Multibody System Driven by Electric Motors Vietnam Journal of Mechanics, 41(4) 10 V.D Vuong, N.Q Hoang, N.T Duy (2019) Control Parallel Robots Driven by DC Motors Using Fuzzy Sliding Mode Controller and Optimizing Parameters by Genetic Algorithm Advances in Engineering Research and Application, 202–214 11 Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Tùng Lâm, Vũ Đức Vương (2019) Điều khiển robot song song dẫn động động chiều sử dụng điều khiển trượt mờ Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ nệm 40 năm thành lập Viện Cơ học MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Robot song song dạng robot có cấu trúc vịng kín, khâu nối với khớp động Do đặc điểm kết cấu nên chúng có số ưu điểm trội so với robot chuỗi như: chịu tải trọng lớn, độ cứng vững cao kết cấu hình học chúng, thực thao tác phức tạp hoạt động với độ xác cao Tuy nhiên, robot song song có vấn đề lớn gặp phải điểm bị kỳ dị động học, động lực học không gian làm việc Tại điểm robot gia tăng bớt bậc tự do, lực/momen tăng cục gây ảnh hưởng lớn đến kết cấu chuyển động robot Ngoài ra, để hoạt động trơn tru với độ xác cao q trình làm việc robot song song không cần giải pháp vượt kỳ dị hiệu mà cần đến phương pháp thiết kế điều khiển hợp lý Vì vậy, nghiên cứu phân tích kỳ dị điều khiển trượt mờ robot song song phẳng có kể đến hệ dẫn động không mang lại ý nghĩa khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tế với q trình ứng dụng phát triển robot song song Các kết dự kiến đạt Nghiên cứu luận án đưa sở lý thuyết tiến hành thực nghiệm số đánh giá nội dung đặt bao gồm: Đưa sở lý thuyết xây dựng mơ hình động lực cho robot song song có kể đến ảnh hưởng động dẫn động Xác định kỳ dị vượt kỳ dị giải toán động học, động lực học robot song song Xây dụng thuật toán điều khiển trực tiếp robot song song không gian thao tác Ước lượng động học xác định tham số thay cho thông tin thu từ thiết bị đo thực Xử lý yếu tố bất định môi trường ảnh hưởng đến hoạt động robot song song điều khiển trượt mờ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 - - - - Robot robot song song Robot song song có nhiều ưu điểm so với robot chuỗi như: Độ xác tuyệt đối độ xác lặp lại robot song song cao robot chuỗi: Điều robot chuỗi cấu tạo khâu kết nối liên tiếp nên chúng gặp phải sai số tích lũy từ khâu trước robot song song không gặp phải điều Độ cứng robot song song cao robot chuỗi: nhiều trường hợp, tải trọng đặt vào robot song song chuyển thành lực kéo nén đặt vào khâu nên độ cứng hệ tốt Tỷ lệ khối lượng tải/khối lượng robot: Robot song song có tỷ lệ lớn hơn, điều làm cho robot song song tiêu tốn lượng so với robot chuỗi thực nhiệm vụ Gia tốc khâu thao tác cuối: Robot song song có gia tốc lớn kết cấu nhẹ vững chúng Không gian làm việc: robot song song có khơng gian làm việc hạn chế robot chuỗi ràng buộc nhiều khâu với Tính linh hoạt: robot song song robot chuỗi ràng buộc mặt cấu trúc khí Chi phí thời gian tính tốn: Robot song song địi hỏi chi phí tính tốn động học động lực học nhiều Với nhiều ưu điểm sử dụng, robot song song có nhiều ứng dụng thực tế Các phương pháp điều khiển robot song song Vấn đề kỳ dị robot song song Đối với robot song song phẳng, có ba loại kì dị bao gồm: Loại 1: dạng kỳ dị xuất chân robot duỗi thẳng (hoặc gập lại) Tâm bàn máy động nằm biên giới không gian làm việc Loại 2: dạng kỳ dị xuất ba khâu sau chân đồng quy điểm song song với Loại 3: a) dạng kỳ dị hỗn hợp ba khâu sau chân song song chân robot duỗi thẳng (hoặc gập lại) 1.2 1.3 - - Loại 3: b) dạng kỳ dị hỗn hợp ba khâu sau chân đồng quy chân robot duỗi thẳng (hoặc gập lại) 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.4.1 Các nghiên cứu nước Các vấn đề động học, động lực học hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vòng tác giả đề cập nhiều cơng trình cơng bố Trong cách thức thiết lập phương trình động lực học hệ phương trình Lagrange dạng nhân tử, phương trình Newton – Euler… Với robot song song tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc phương pháp Lagarange dạng nhân tử thiết lập phương trình chuyển động robot Hai phương pháp số giải toán động lực học ngược robot song song đề xuất Phương pháp dựa phương trình Lagrange dạng nhân tử phương pháp dựa phương trình vi phân thu gọn tọa độ tối thiểu Đặc biệt phương pháp thuận tiện cho điều khiển robot Ngồi ra, ba thuật tốn biến đổi phương trình chuyển động hệ nhiều vật cấu trúc mạch vòng từ dạng phương trình vi phân - đại số sang phương trình vi phân thường để giải tốn động lực học thuận đề xuất 1.4.2 Các nghiên cứu nước Trong dạng điều khiển robot song song phải kể đến như: điều khiển PD+ bù trọng lực, điều khiển dựa theo mơ men tính tốn [5][46]–[48] Đây dạng điều khiển đơn giản dễ áp dụng Bộ điều khiển kết hợp mờ loại giải thuật di truyền để đạt chất lượng mong muốn đầu cấu servo [52] Giải thuật di truyền đánh giá hiệu điều khiển logic mờ loại hai trình bày [53] Đầu tiên, điều khiển logic mờ loại hai phát triển nhờ giải thuật di truyền sau so sánh với phát triển với điều khiển mờ loại có thông số thiết kế khác Kỳ dị động học, động lực học ngược robot song song vấn đề ảnh hưởng lớn tới khả hoạt động trơn tru robot Thơng thường, vị trí kỳ dị robot song song xác định dựa giá trị định thức ma trận Jacobi [61], sử dụng phương pháp hình học [62][63] sử dụng phương pháp đại số kết hợp với hình học [64] Các vị trí kỳ dị có ảnh hưởng xấu đến hoạt động robot chí gây biến dạng phá hủy robot Các thuật toán vượt kỳ dị động học lẫn động lực học đề xuất Trong nghiên cứu [65]–[67] đề xuất giải pháp vượt kỳ dị động lực học cho robot song song giữ tính ổn định hoạt động robot 1.5 Định hướng nghiên cứu luận án Xây dựng mơ hình động lực cho robot song song có kể đến ảnh hưởng động dẫn động Vấn đề kỳ dị giải toán động học, động lực học robot song song Điều khiển trực tiếp robot song song không gian thao tác Ước lượng động học xác định tham số thay cho thông tin thu từ thiết bị đo thực số vị trí robot s.song Xử lý yếu tố bất định môi trường ảnh hưởng đến hoạt động robot song song điều khiển logic mờ trượt Nhằm làm đối tượng thực nghiệm số chung cho vấn đề giải phần sau, robot song song phẳng 3RRR lựa chọn sử dụng làm mô hình nghiên cứu Hình 1.24: Sơ đồ robot s.song 3RRR đẫn động động điện chiều 1.6 Kết luận chương Các phân tích nội dung đưa định hướng nghiên cứu việc mơ hình hóa robot song song có kể đến ảnh hưởng cấu dẫn động, thuật toán vượt kỳ dị động học lẫn động lực học thuật tốn điều khiển khơng gian khớp không gian thao tác để đem lại chất lượng điều khiển tốt CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KỲ DỊ ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 Mở đầu Hệ phương trình liên kết robot song song Phân tích động học thuận robot song song Phân tích động học ngược robot song song Giải toán động học ngược phương pháp ma trận Jacobi PT (2.6) Tìm q0 Tính Hình 2.2: Sơ đồ giải toán động học ngược cấp độ vận tốc 2.4.2 Giải toán động học ngược cho robot song song phẳng 3RRR phương pháp giải tích Bước 1: Tính tốn tọa độ gốc đỉnh chân robot Bước 2: Tính tốn góc nghiêng độ dài đường nối gốc đỉnh chân Bước 3: Tính tốn biến phụ Bước 4: Đưa công thức xác định tọa độ suy rộng Ước lượng động học cho robot song song 2.4.3 Tính theo (2.33) 1/s Hình 2.6: Sơ đồ ước lượng động học 2.5 Phân tích kì dị động học robot song song 3RRR 2.5.1 Phương pháp xác định cấu hình kỳ dị Bước 1: Xác định biến phụ robot Bước 2: Xây dựng phương trình véc tơ dạng khử biến phụ Bước 3: Tính tốn ma trận Jacobi tương ứng Bước 4: Mô số xác định quỹ đạo kỳ dị Bản đồ kỳ dị động học thuận robot 3RRR Bản đồ kỳ dị động học ngược robot song song 3RRR 1.2 (Cấu hình [+++]) 1.2 Quỹ đạo kỳ dị -0.1 0.8 -0.2 -0 -0.1 -0.1 gian làm việc -0.1 -0 -0 Biên giới không động học thuận 0.1 0.8 động học ngược -0.1 -0.05 -0.1 05 -0 -0.0 Quỹ đạo kỳ dị 0.4 -0.2 -0 0 -0.1 -0.0 -0.2 -0.1 -0.1 -0.2 0.1 -0.2 -0 -0.1 -0.4 -0.2 0.1 -0.3 -0 -0.2 -0.1 -0.1 -0.1 -0.2 -0.4 -0 0.2 -0.05 -0 -0.2 1 -0.4 -0.1 -0 -0.05 0.2 Y [m] -0.1 Y [m] -0.2 -0.2 -0 0.4 -0 -0.1 -0.1 0.6 -0.3 -0.1 -0.2 -0.2 0.6 -0.2 -0.4 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -0.2 1.4 Hình 2.7: Bản đồ kỳ dị động học ngược tương ứng với cấu hình ∆1 2.5.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 X [m] X [m] Hình 2.8: Bản đồ kỳ dị động học thuận tương ứng với cấu hình ∆1 Giải pháp vượt kỳ dị phân tích động học cho robot song song Hình 2.9: Mơ tả phân vùng khảo sát kỳ dị CHƯƠNG 3: ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG Mở đầu 3.1 Trong phần trình bày việc mơ hình hóa robot song song có tính đến ảnh hưởng cấu chấp hành (động điện chiều) mô tả mơ hình động lực học robot song song Mơ hình động lực học robot song song có kể đến hệ dẫn động 3.2 3.2.1 Mơ hình động lực học hệ dẫn động 3.2.2 Mơ hình động lực robot s.song có kể đến hệ dẫn dộng Để cho ngắn gọn ta đưa vào ký hiệu  M s (q )  M (q )  r 2BJ m B C s (q, q )  C (q, q )   Ds  D  B(Dm  K m Ra1Ke )r 2B  (3.18) gs (q )  g (q ) Bs  BK m Ra1r Phương trình viết lại thành M s (q )q  C s (q, q )q  Dsq  gs (q )  Bs u  J qT (q )λ Cùng với phương trình ràng buộc φ (q )  3.2.3 (3.19) (3.20) Hệ phương trình vi phân chuyển động với tọa độ suy rộng tối thiểu Để cho ngắn gọn, ta đặt đại lượng sau M  ()  RT M s (q )R, M    f f C  (,  )  RT M s (q )R  C s (q, q )R  f D  RT Ds R, g  ()  RT gs (q ) , g    Ta viết phương trình vi phân chuyển động sau: M  ()  C  (,  )  D  g  ()  RT Bsu : τ  (3.43) 3.3 Khảo sát động lực học robot song song 3.3.1 Bài toán động lực học thuận 3.3.2 Bài toán động lực học ngược Hình 3.5: Sơ đồ tốn động lực học ngược u  [RT B ]1 RT M (q )q  C (q, q )q  h (q ) (3.57) Trong trường hợp kỳ dị, ma trận đứng trước u phương trình khơng cịn vng Do đó, vị trí lân cận kỳ dị ta tính u theo cơng thức sau: (3.58) RT Bu = f ( q, q, q) => u = A f ( q, q, q) Các mô số kiểm chứng lý thuyết đề xuất trình bày phần tiếp sau 3.3.3 So sánh kiểm chứng mơ hình chương trình tính 3.3.3.1 Mơ chuyển động theo quỹ đạo tham chiếu 1 [rad] [rad] [rad] [rad] [rad] -1 [rad] [rad] [rad] -2 -3 10 15 10 15 t [s] t [s] Hình 3.6: Đồ thị b.khớp chủ động Hình 3.7: Đồ thị biến khớp bị động 30 30 u 20 10 20 u [Nm] u 10 [Nm] u(t) [V] [Nm] [Nm] (t) [V] (t) [V] (t) [V] -10 -10 10 15 -20 t [s] Hình 3.8: Đồ thị mơ men tác động khớp chủ động 10 15 t [s] Hình 3.9: Đồ thị điện áp điều khiển -0.018 -0.02 detJ -0.022 -0.024 -0.026 -0.028 10 15 t [s] Hình 3.10: Đồ thị giá trị định thức tương ứng với quỹ đạo chuyển động Trong trường hợp này, quỹ đạo chuyển động bàn máy động thiết kế không qua điểm kỳ dị nên chuyển động khớp hoàn tồn trơn tru Thực mơ số với quỹ đạo dịch chuyển tâm bàn máy động tiếp xúc với biên giới làm việc Kết mô số thể đồ thị sau: [rad] [rad] [rad] [rad] [rad] -1 [rad] [rad] [rad] -2 -3 10 15 10 t [s] 15 t [s] Hình 3.11: đồ thị biến khớp chủ động Hình 3.12: đồ thị biến khớp bị động 10 [Nm] [Nm] u [Nm] u(t) [V] -5 [Nm] -10 u -10 u (t) [V] (t) [V] (t) [V] -15 10 -20 15 10 15 t [s] t [s] Hình 3.13: Đồ thị mơ men tác động khớp chủ động Hình 3.14: Đồ thị điện áp điều khiển detJ -0.01 -0.02 -0.03 10 15 t [s] Hình 3.15: Đồ thị giá trị định thức tương ứng với quỹ đạo chuyển động 10 3.3.3.2 Mô so sánh với nghiên cứu khác 47.5 -20 -22 47 -2 -24 46.5 -26 -4 -28 46 -6 [Nm] -30 45.5 -32 -8 45 -34 -10 -36 44.5 -38 -12 44 -40 43.5 -42 -14 3 t [s] b) Kết tài liệu [101] a) Kết sử dụng mơ hình luận án Hình 3.16: Đồ thị biến thiên mô men khớp chủ động mô sử dụng tham số T.Geike J McPhee [101] Nhận thấy kết mơ hồn tồn tương đồng với kết cơng bố [101] Như vậy, mơ hình động lực học robot song song phẳng 3RRR thiết lập chương tương đồng với nghiên cứu công bố tạp chí uy tín Vì vậy, mơ hình thiết lập chương trình tính tốn phần thực luận án đảm bảo độ sát thực tính tin cậy để sử dụng cho thực nghiệm số tác giả thực phần 3.4 3.4.1 Vấn đề ổn định hóa liên kết Phương pháp Baumgarte T    T   T  R (q )M (q ) q  R (q )B  u   R (q ) C (q, q )q  h (q )  J (q )q  2J (q )q   2φ (q )  J (q )          (3.62) Hệ phương trình sử dụng để giải đem lại thông tin phản ứng robot song song mà không bị phá vỡ liên kiết sau vòng lặp giải 11 3.4.2 Phương pháp chiếu hiệu chỉnh 3.4.2.1 Hiệu chỉnh vị trí (chiếu đa tạp xác định phương trình liên kết) 3.4.2.2 Hiệu chỉnh vận tốc (chiếu đa tạp xác định phương trình liên kết vận tốc) Từ ta giải qd  [M  J qT (q )AJ q (q )]1[Mqd*  J qT (q )AJ q (q )qi ] d d d (3.70) i Như trình hiệu chỉnh ta tìm trạng thái hệ thỏa mãn điều kiện liên kết hệ, kết sử dụng cho bước tính Vượt kỳ dị phân tích động lực học robot s song 3.5 3.5.1 Cơ sở phương pháp N T M (q ) s  q     Jq   N T B u  N T [C (q, q )q  D q  g (q )] s s s s     Jqq   Như vậy, véc tơ gia tốc suy rộng (3.73)  xác định trực tiếp q từ (3.73) nghiệm khơng phụ thuộc vào cấu hình hệ kỳ dị hay không kỳ dị 12 3.5.2 Nội dung mô số 3.5.3 Kết mô Các kết mô đưa hình sau (b) đồ thị biến khớp bị động (a) Đồ thị biến khớp chủ động Hình 3.1: Kết toán động lực học thuận b) Đồ thị biến khớp bị động (a) Đồ thị biến khớp chủ động Hình 3.2: Kết điều khiển PD a) Kết động lực học thuận b) Kết điều khiển PD Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn giá trị định thức giá trị đáp ứng phương trình liên kết Đồ thị trên: det( J θ ) – nét liền, det( J x ) – nét đứt; Đồ thị dưới: giá trị phương trình liên kết 3.6 Kết luận chương Các vấn đề kỳ dị vượt kỳ dị động lực học thuật tốn đề xuất trình bày Các kết mơ số cho thấy tính hiệu phương án đề xuất Các nội dung sở cho nghiên cứu điều khiển robot song song chương 13 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ROBOT SONG SONG 4.1 Mở đầu Mục đích điều khiển trượt đưa điều khiển có cấu trúc hạ bậc, tối thiểu bậc so với bậc hệ thống Tức đặc tính trạng thái hệ phải bám theo đặc tính tiêu chuẩn cho trước gọi mặt trượt 4.2 Một số điều khiển truyền thống cho robot s.song 4.2.1 Điều khiển vị trí - điều khiển PD+bù trọng lực u  (RT Bs )1 K pe  Kde  gs  (4.1) Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển vị trí - PD + bù trọng lực 4.2.2 Điều khiển PID dựa mơ men tính tốn u  (RT Bs )1 M  ()v  C  (,  )  b (,  )   t v  d  K De  K Pe  K I  e ( )d  Hình 4.3: Sơ đồ luật điều khiển PID dựa mô men tính tốn 14 (4.4) (4.5) 4.3 Điều khiển trượt robot song song không gian khớp 4.3.1 Xây dựng luật điều khiển Hình 4.4: Sơ đồ điều khiển trượt khơng gian khớp Hình 4.5: Sơ đồ điều khiển trượt không gian khớp với ước lượng động học 4.4 Điều khiển trượt robot song song KG thao tác 4.4.1 Biến đổi hệ phương trình động học dạng tọa độ tối thiểu không gian thao tác (4.35)   C x (x, x )x  Dx x  g x (x )  RxT Bs  u : τ x M x (x )x M x (x )  RxT M s (q )Rx , C x (x, x )  RxT C s (q, q )Rx  M s (q )R x  , Dx (x)  RxT Ds Rx , g x (x )  RxT gs (q ) 15 4.4.2 Xây dựng luật điều khiển khơng gian thao tác Hình 4.9: Sơ đồ ĐK trượt robot song song không gian thao tác Hình 4.10: Sơ đồ điều khiển khơng gian thao tác có ước lượng động học 4.4.3 Mô số 0.55 0.55 actual actual desired 0.5 0.45 0.45 [m] 0.5 0.4 c 0.4 y y c [m] desired 0.35 0.35 0.3 0.3 0.25 0.45 0.5 0.55 0.6 x c 0.65 0.7 0.25 0.45 0.75 Hình 4.19: Quỹ đạo đáp ứng quỹ đạo mong muốn tâm bàn máy động (SMC) 0.5 0.55 0.6 x [m] c 0.65 0.7 0.75 [m] Hình 4.20: Quỹ đạo đáp ứng quỹ đạo mong muốn tâm bàn máy động (PD) 16 Kết luận chương Trong phần này, dạng điều khiển PD+ bù trọng lực, điều khiển PID dựa mơ men tính tốn điều khiển trượt tác giả thực mơ hình động lực học robot song song có kể đến ảnh hưởng cấu dẫn động Ngoài ra, phần xây dựng sở lý thuyết cho điều khiển robot song song trực tiếp không gian thao tác 4.5 CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG Mở đầu Cơ sở hoạt động điều khiển mờ Sử dụng điều khiển trượt mờ để bù thành phần nhiễu bất định thông số 5.1 5.2 5.3 Hình 5.11: Sơ đồ khối vịng điều khiển trượt mờ, bù nhiễu bất định tham số 5.3.1 Mô số 0.7205 0.5185 desired SMC 0.72 0.518 FSMC SMC y [m] x [m] desired 0.7195 FSMC 0.5175 0.719 0.517 0.7185 5.88 5.9 5.92 5.94 5.96 5.98 1.66 Time [s] Hình 5.16: Tọa độ bàn máy động theo phương y: TH1 – 80% giá trị xác 1.67 1.68 1.69 1.7 1.71 Time [s] Hình 5.17: Tọa độ bàn máy động theo phương x: TH1 – 80% giá trị xác 17 0.5185 0.7205 desired SMC 0.72 0.518 desired y [m] x [m] FSMC 0.7195 SMC 0.5175 FSMC 0.719 0.517 0.7185 5.88 5.9 5.92 5.94 5.96 5.98 1.66 1.67 1.68 1.69 1.7 Hình 5.18: Tọa độ bàn máy động theo phương x: TH2 – 50% giá trị xác Hình 5.19: Tọa độ bàn máy động theo phương y: TH2 – 50% giá trị xác Mặc dù có tham số động lực học lấy để thiết kế điều khiển 50% đến 80% giá trị xác, điều khiển đảm bảo chất lượng điều khiển 5.3.2 Sử dụng ĐK trượt mờ điều khiển bám quỹ đạo 5.3.3 1.71 Time [s] Time [s] Cơ sở phương pháp Hình 5.14: Mờ hóa biến s Hình 5.15: Sơ đồ điều khiển với thuật toán tối ưu GA 18 Nội dung mô số Kết mô số 5.3.4 5.3.5 15 3.2 10 2.8 2.4 1.8 1.9 -5 -10 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 time [s] Hình 5.17: Tín hiệu điều khiển với điều khiển SMC Hình 5.18: Tín hiệu điều khiển với điều khiển FSMC Hình 5.25: Sai lệch bám quỹ đạo khớp chủ động với điều khiển FSMC Hình 5.26: Sai lệch bám quỹ đạo khớp chủ động với điều khiển FSMC với GA 0.55 Actual Desired 0.5 y [m] c 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 x [m] c Hình 5.27: Quỹ đạo đáp ứng với quỹ đạo mong muốn ĐK FSMC Kết luận chương Trong chương này, thuật toán điều khiển mờ trượt cho robot song song đề xuất áp dụng Bộ điều khiển đem lại ưu điểm bật điều khiển mờ điều khiển trượt đặc biệt áp dụng cho hệ phi tuyến robot song song 19 5.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nội dung luận án Động lực học điều khiển robot song song ln phần giữ vài trị quan trọng định đến chất lượng hoạt động robot song song Đây lĩnh vực nhận nhiều quan tâm tác giả giới Luận án sử dụng lý thuyết động học, động lực học hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vịng để phát triển nội dung nghiên cứu cho robot song song Quá trình nghiên cứu động lực học cho robot song song, nhà nghiên cứu thường sử dụng hệ chương trình tính tốn động lực học hệ nhiều vật ADAMS (của Mỹ) hay SIMPACK (của Đức) tính tốn số dạng toán cụ thể hệ Hoặc sử dụng phương pháp tổng quát sử dụng phần mềm số MAPLE, MATLAB để giải phương trình vi phân chuyển động hệ Đây phương pháp lựa chọn sử dụng cho nội dung nghiên cứu luận án Quá trình nghiên cứu điều khiển robot song song, nhà nghiên cứu thường sử dụng phương pháp phân tích động lực học kết hợp với thơng tin đo đạc hệ thực tế làm sở định điều khiển khâu thao tác Ngoài ra, phương án sử dụng phân tích động học để đưa biến trung gian hỗ trợ điều khiển trình bày Luận án gồm năm chương Chương trình bày số vấn đề tổng quan chung định hướng nghiên cứu Chương hai trình bày động học phân tích kỳ dị robot song song Trong chương giải pháp vượt kỳ dị động học đưa kiểm chứng qua việc mô số Chương ba động lực học robot song song có kể đến ảnh hưởng động dẫn động trình bày, việc đưa mơ hình động lực học sát với thực tế giúp cho việc điều khiển robot đạt chất lượng tốt Chương bốn trình bày giải pháp điều khiển trượt cho robot song song không gian thao tác 20 Chương năm trình bày điều khiển trượt mờ nhằm kết hợp ưu điểm hai dạng điều khiển thuật toán đề xuất Các tham số điều khiển tối ưu thuật toán di truyền để đem lại chất lượng điều khiển tốt Các kết mô số chứng minh tính ưu việt thuật tốn đề xuất Các đóng góp luận án Nội dung luận án đưa số đóng góp sau: Luận án đưa sở xây dựng mơ hình động lực học robot song song có kể đến động dẫn động Các yếu tố động lực học chúng có ảnh hưởng tới chuyển động chung robot Việc mô tả giúp cho mơ hình động lực học mơ tả sát thực với thực tế hơn, trình thiết kế điều khiển mơ hoạt động robot xác mơ hình khơng mơ tả đầy đủ Phân tích kỳ dị giải pháp vượt kỳ dị động học, động lực học cho robot song song tác giả đề xuất thực nghiệm số Trong đó, định thức ma trận Jacobi tính tốn để nhận biết vùng lân cận điểm kỳ dị, sau thuật toán đề xuất áp dụng robot vào vùng Điều giúp cho robot di chuyển không gian làm việc cách trơn tru Điều khiển robot song song trực tiếp từ không gian thao tác giải Đây dạng điều khiển với tín hiệu phản hồi thơng tin từ không gian thao tác nên giúp cho việc điều khiển trở nên thuận tiện cho người sử dụng Nội dung nghiên cứu góp phần hồn thiện sở lý thuyết cho tiến lĩnh vực điều khiển robot song song Giải pháp ước lượng tham số động học robot song song trình bày nhằm thu thập thơng tin biến khớp bị động robot Trong số trường hợp, việc thu thập tất thông tin thực tế tọa độ suy rộng dư khó đạt số vị trí khó lắp đặt cảm biến encoder, từ yêu cầu giảm giá sản phẩm Giải pháp đem lại cho nhà thiết kế robot song song thêm lựa chọn hữu ích việc thu thập thông tin điều khiển robot 21 Một thuật toán điều khiển trượt mờ cho rơ bốt song song trình bày Sự kết hợp điều khiển trượt điều khiển mờ khắc phục nhược điểm điều khiển trượt đồng thời trì ưu điểm chúng việc điều khiển hệ thống phi tuyến phức tạp rô bốt song song Bộ điều khiển kết hợp trượt mờ khắc phục bất định nhiễu rơ bốt, đồng thời trì chất lượng tốt cho hoạt động rô bốt song song Kiến nghị nghiên cứu Những nghiên cứu luận án tiền đề để tác giả phát triển nội dung bao gồm: Nghiên cứu động lực học điều khiển cho loại robot song song có khớp mềm Điều khiển robot song song dựa thị giác máy Nghiên cứu động lực học điều khiển robot song song có khâu mềm Điều khiển robot song song không gian, dư đẫn động 22 ... động lực học robot song song Mơ hình động lực học robot song song có kể đến hệ dẫn động 3.2 3.2.1 Mơ hình động lực học hệ dẫn động 3.2.2 Mơ hình động lực robot s .song có kể đến hệ dẫn dộng Để... động lực cho robot song song có kể đến ảnh hưởng động dẫn động Xác định kỳ dị vượt kỳ dị giải toán động học, động lực học robot song song Xây dụng thuật toán điều khiển trực tiếp robot song song... nghiên cứu phân tích kỳ dị điều khiển trượt mờ robot song song phẳng có kể đến hệ dẫn động khơng mang lại ý nghĩa khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tế với trình ứng dụng phát triển robot song song Các