(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động(Luận án tiến sĩ) Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Xuân Hồng TÍCH HỢP ĐẠI SỐ GIA TỬ, ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NORON TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Xuân Hồng TÍCH HỢP ĐẠI SỐ GIA TỬ, ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NORON TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Trần Đức Trung Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung luận án “Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ mạng noron điều khiển robot di động” thực hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Trần Đức Trung Các kết nêu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm Người hướng dẫn khoa học Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Trần Đức Trung i Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Hồng LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho phép nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn PGS.TS Phan Bùi Khơi, PGS.TS Trần Đức Trung tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nghiên cứu sinh suốt trình nghiên cứu Dưới hướng dẫn, bảo tận tình khơng biết mệt mỏi thầy giúp nghiên cứu sinh vượt qua khó khăn, hạn chế để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô, cán lãnh đạo Bộ môn Cơ học vật liệu kết cấu, Bộ môn Cơ học ứng dụng, Viện Cơ khí, Phịng đào tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện, giúp đỡ, hướng dẫn nghiên cứu sinh thời gian nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ bảo, đóng góp ý kiến giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Phần mềm HICAS tạo điều kiện giúp nghiên cứu sinh có thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối nghiên cứu sinh xin dành biết ơn tới vợ, con, bố, mẹ, anh, chị em, người thân gia đình, dịng tộc ln ln quan tâm, động viện, ủng hộ, hy sinh, tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Xuân Hồng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan robot di động hai chân 1.1.1 Giới thiệu robot di động hai chân 1.1.2 Sự phát triển robot di động hai chân 1.1.3 Các ứng dụng robot di động hai chân 11 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.2.1 Cấu trúc robot di động hai chân 13 1.2.2 Những vấn đề khoa học liên quan đến robot di động hai chân 16 1.2.3 Những nghiên cứu liên quan đến robot di động hai chân 18 1.3 Các nội dung nghiên cứu luận án 21 1.3.1 Mơ hình robot di động hai chân 21 1.3.2 Các toán động học, động lực học thiết kế quỹ đạo 24 1.3.3 Các toán áp dụng phương pháp điều khiển 24 Kết luận Chương 25 CHƯƠNG ĐỘNG HỌC ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN 26 2.1 Khảo sát động học robot di động hai chân 26 2.1.1 Phương trình động học robot di động hai chân 26 2.1.2 Phương trình động học robot di động hai chân chuyển động phẳng 31 2.1.3 Khảo sát toán động học 33 2.1.4 Khảo sát toán vận tốc 34 2.1.5 Khảo sát toán gia tốc 35 2.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot di động hai chân 36 2.2.1 Mô tả chuyển động bước robot di động hai chân 36 2.2.2 Các phương pháp xây dựng quỹ đạo bước cho robot 39 2.2.3 Tính toán quỹ đạo chuyển động robot 44 2.3 Phương pháp giải toán động học 47 2.3.1 Thuật giải toán động học thuận 47 2.3.2 Thuật giải toán động học ngược 47 2.3.3 Kết mơ số tốn động học ngược 50 Kết luận Chương 55 CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN 56 3.1 Xây dựng mơ hình động lực học robot 56 3.1.1 Các mơ hình động lực học robot di đông hai chân 56 3.1.2 Hệ tọa độ khảo sát động lực học 58 3.2 Thiết lập phương trình động lực học 60 iii 3.2.1 Phương trình động lực học dạng ma trận 60 3.2.2 Các đại lượng động lực học 61 3.3 Các toán động lực học thuật giải 67 3.3.1 Bài toán động lực học thuận 67 3.3.2 Bài toán động lực học ngược 67 3.3.3 Thuật giải toán động lực học 67 3.3.4 Kết mô số động lực học ngược robot di động hai chân 69 Kết luận Chương 72 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN 73 4.1 Điều khiển robot phương pháp kinh điển 73 4.1.1 Cơ sở điều khiển robot 73 4.1.2 Áp dụng điều khiển PID+ĐLH ngược cho robot di động hai chân 75 4.2 Điều khiển robot dựa lý thuyết mờ 77 4.2.1 Giới thiệu logic mờ 78 4.2.2 Bộ điều khiển dựa lý thuyết mờ 80 4.2.3 Áp dụng điều khiển mờ cho robot di động hai chân 81 4.3 Điều khiển robot sử dụng đại số gia tử 85 4.3.1 Giới thiệu đại số gia tử 85 4.3.2 Xây dựng điều khiển sử dụng đại số gia tử 89 4.3.3 Áp dụng điều khiển đại số gia tử cho robot di động hai chân 90 4.4 Điều khiển robot dựa mạng noron 93 4.4.1 Giới thiệu mạng noron 93 4.4.2 Thiết kế điều khiển noron cho robot di động 99 4.5 Điều khiển tích hợp 101 Kết luận Chương 102 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ 103 5.1 Mô tả thông số chuyển động mô robot 103 5.2 Kết mô điều khiển robot di động hai chân 105 5.2.1 Kết mô điều khiển PID+Động lực học ngược 105 5.2.2 Kết mô điều khiển mờ 118 5.2.3 Kết mô điều khiển đại số gia tử 127 5.2.4 Kết mô điều khiển noron 130 5.2.5 Đánh giá kết điều khiển 133 5.3 Xây dựng chương trình mơ robot di động 134 5.3.1 Cấu trúc chương trình mơ 134 5.3.2 Chương trình mơ robot di động 135 Kết luận Chương 136 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 138 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu f ( p, q) f q p q p Jq Jp J q−1 Diễn giải Hệ phương trình động học dạng ma trận Vector phương trình động học Vector tham số động học robot Vector thông số trạng thái robot Vector vận tốc khớp Vector vận tốc thân, bàn chân Ma trận Jacobian hàm f với biến q Ma trận Jacobian hàm f với biến p Ma trận nghịch đảo ma trận J q J p−1 q p Jq Ma trận nghịch đảo ma trận J p Jp Đạo hàm ma trận Jacobian J p theo thời gian t T s Thời gian robot hết chu kỳ bước Khoảng cách hai tâm bàn chân Độ cao nhỏ đế thân Độ cao lớn đế thân đạt Khoảng cách từ tâm bàn chân đến gót chân Khoảng cách từ tâm bàn chân đến mũi chân Góc bàn chân sau bàn chân trước chạm mặt đất Góc bàn chân trước chạm mặt đất Góc bàn chân sau rời mặt đất Đường cong quỹ đạo chuyển động khớp hông Đường cong quỹ đạo chuyển động khớp mắt cá chân Ma trận khối lượng robot Vector lực suy rộng lực quán tính Coriolis quán tính ly tâm Vector lực suy rộng lực Vector lực suy rộng lực không Vector lực suy rộng lực/momen dẫn động Số bậc tự robot Khối lượng khâu i Ma trận Jacobian tịnh tiến khâu thứ i hB hB max l1 l2 0 1 2 P( y , z ) Q( y, z ) M (q) C(q, q)q G( q) Q U n mi J Ti Vector gia tốc khớp Vector gia tốc thân, bàn chân Đạo hàm ma trận Jacobian J q theo thời gian t v J TiT J Ri Ma trận chuyển vị ma trận Jacobian J Ti J RiT Ma trận chuyển vị ma trận Jacobian J Ri r Ci rCi ir ir Ai Ri Ma trận Jacobian quay khâu thứ i Ma trận quán tính khâu i khối tâm hệ tọa độ động Vector xác định vị trí khối tâm khâu i hệ tọa độ cố định Vận tốc góc khâu thứ i robot hệ tọa độ động Tốn tử sóng vector vận tốc góc thứ i RiT Ma trận biến đổi tọa độ khâu i Ma trận cosin hướng khâu i Ma trận chuyển vị ma trận Ri Ri Ma trận đạo hàm ma trận Ri r I ixx Mơ men qn tính khâu i trục x r I iyy Mơ men qn tính khâu i trục y I izzr Mô men quán tính khâu i trục z r I ixy Mơ men qn tính khâu i trục x y r I iyz Mơ men qn tính khâu i trục y z r I izx Mô men quán tính khâu i trục z x ( k , l; j ) Ký hiệu Christofel số loại mkl Gj Phần tử thứ k, l ma trận khối lượng M(q) Lực suy rộng lực khâu j i g zCi Fi Mi i e e u qd qd qd KP KD Thế robot Thế khâu i Gia tốc trọng trường Độ cao khối tâm khâu i Lực tác dụng vào khâu i Momen tác dụng vào khâu i Lực dẫn động momen dẫn động khớp Vector sai lệch tọa độ Vector sai lệch vận tốc Tín hiệu điều khiển Vector tọa độ khớp đặt Vector vận tốc khớp đặt Vector gia tốc khớp đặt Ma trận đường chéo hệ số tỉ lệ Ma trận đường chéo hệ số vi phân vi KI F X F AL AN Z DN DL AT G H H+ H− h+ h− g+ g− f f −1 D( x, y) fm (h) VS LS LB VB AE ADE AU ANN ASIMO BARt-UH BIPMAN BR-1 CMAC D-H DOF ĐSGT FAM FC FLC Ma trận đường chéo hệ số tích phân Tập mờ Tập kinh điển Hàm thuộc Âm lớn Âm nhỏ Zero Dương nhỏ Dương Lớn Cấu trúc đại số gia tử Tập phần tử sinh Tập gia tử Tập gia tử dương Tập gia tử âm Gia tử dương Gia tử âm Phần tử sinh dương Phần tử sinh âm Hàm đo đại số gia tử Hàm ngược hàm đo Khoảng cách hai giá trị đại số gia tử Độ đo tính mờ Độ đo tính mờ gia tử h Ánh xạ ngữ nghĩa định lượng Very Small Little Small Little Big Very Big Đại số gia tử sai số tọa độ Đại số gia tử sai số vận tốc Đại số gia tử lượng điều chỉnh momen Artificial Neural Networks Advanced Step in Innovative Mobility Bipedal Autonomous Robot - Universität Hannover BIPedal walking MAchiNe BIPED ROBOT-1 Cerebellar Model Arithmetic to Computer Denavit Hartenberg Degree of freedom Đại số gia tử Fuzzy Associative Memory Fuzzy Control Fuzzy Logic Control vii FRBCs GD HA HAC HRP MCIWO METI MF PD PID PSO QRIO SAM SDR SQM WL-1 WL-3 WL-5 WL-12 WL-12RIII ZMP Fuzzy rule based classifiers Gradient Descent Hedge Algebras Hedge Algebras Control Human Robot Project modified chaotic invasive weed optimization The Ministry of Economy, Trade and Industry Member Function Proportional Derivative Proportional Integral Derivative particle swarm optimization Quest for Curiosity Semantic Associative Memory Sony Dream Robot Semantically Quantifying Mapping Waseda Leg - Waseda Leg - Waseda Leg - Waseda Leg - 12 Waseda Leg 12 Refined III Zero Moment Point viii ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Xuân Hồng TÍCH HỢP ĐẠI SỐ GIA TỬ, ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NORON TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN... Xây dựng điều khiển sử dụng đại số gia tử 89 4.3.3 Áp dụng điều khiển đại số gia tử cho robot di động hai chân 90 4.4 Điều khiển robot dựa mạng noron 93 4.4.1 Giới thiệu mạng noron. .. dung luận án ? ?Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ mạng noron điều khiển robot di động? ?? thực hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Trần Đức Trung Các kết nêu luận án trung