Nghiên cứu động lực học chuyển động tay máy robot thu hoạch dứa tự động trên cánh đồng

Bài viết Nghiên cứu động lực học chuyển động tay máy robot thu hoạch dứa tự động trên cánh đồng giới thiệu động lực học tay máy Robot thu hoạch dứa tự động với thuật toán điều khiển PD, các nhiễu môi trường và phương pháp ước tính nhiễu môi trường, thực nghiệm liên hợp máy trên đồng để lấy số liệu mô phỏng và chứng minh độ tin cậy của mô hình nghiên cứu.

Công nghiệp rừng NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG TAY MÁY ROBOT THU HOẠCH DỨA TỰ ĐỘNG TRÊN CÁNH ĐỒNG Bùi Lê Cường Quốc1*, Hoàng Sơn2 Trường Cao đẳng nghề Bình Thuận Trường Đại học Lâm nghiệp https://doi.org/10.55250/jo.vnuf.2022.3.124-134 TÓM TẮT Tay máy tự động thu hoạch dứa tay máy robot gắn khung xe liên hợp máy thu hoạch hoạt động môi trường nơng nghiệp, tay máy có bậc tự (3DOF-Degrees of Freedom), thiết kế đề chuyển động theo ba trục toạ động X, Y, Z Bài viết giới thiệu động lực học chuyển động tay máy có xét tới yếu tố tác động từ môi trường làm việc thuật toán điều khiển chuyển động tay máy Robot thu hoạch dứa Nội dung giới thiệu thuật tốn điều khiển PD kết hợp với ước tính nhiễu môi trường để đưa vào thành phần bù nhiễu liên hợp máy hoạt động cánh đồng thực tế Tính ổn định q trình làm việc sử dụng thuật tốn điều khiển chứng minh thơng qua tiêu chuẩn ổn định Lyapunov Từ kết thử nghiệm thu hoạch cánh đồng dứa thuộc xã Mỹ Phước, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang cho thấy: tay máy di chuyển tới vị trí trái dứa cần cắt đạt 95% 36 chu kỳ hoạt động Điều chứng minh độ tin cậy tính xác thuật tốn điều khiển Từ khóa: Động lực học chuyển động, liên hợp máy thu hoạch, tay máy tự động (robot), thuật toán điều khiển PD ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ giới hóa hệ thống thu hoạch nơng sản: lúa, mía, rau, củ, quả… nghiên cứu nhiều giới, hệ thống thường thu hoạch sản phẩm nông nghiệp cho phép thu hoạch đồng loạt Tuy nhiên, với số loại trái nói chung dứa nói riêng có tính chất chín khơng đều, việc thu hoạch đồng loạt khơng cịn phù hợp nhiều trái chưa chín khơng đảm bảo chất lượng hoa cung cấp cho thị trường Để thu hoạch dứa, loại trái có yêu cầu thu hoạch tuyển chọn thời điểm chín khơng đồng (chỉ thu hoạch trái đủ chín, trái xanh chưa thu hoạch) hệ thống giới hóa cần phải nâng lên mức tự động hóa cần thiết Tự động hóa nơng nghiệp thông minh xu hướng tất yếu phát triển nông nghiệp Việc thu hoạch chọn lọc, yêu cầu tích hợp cơng nghệ tay máy robot thị giác máy hệ thống Để biết trái dứa cần thu hoạch, hệ thống máy cần trang bị camera, có khả phát hiện, nhận biết trái dứa cần thu hoạch, xác định vị trí (tọa độ) trái dứa đó; tay máy điều khiển di chuyển tới tọa độ xác định trái dứa, tiến hành thao tác cắt di chuyển trái dứa cắt tới vị trí thùng chứa đặt trái dứa vào thùng trang bị *Corresponding author: blcquoc@dnbt.edu.vn 124 liên hợp máy Máy thu hoạch tự động phát triển (Schretz, 1968) Từ khởi đầu đó, năm gần có nghiên cứu robot thu hoạch tự động gồm: Robot thu hoạch trái chanh (Mehta, 2014), Robot thu hoạch táo (Silwal, 2017), Robot thu hoạch anh đào (Tanigaki, 2008), Robot thu hoạch dâu (Kondo N., 2000) Mặc dù có nhiều công bố hàng chục năm qua hệ thống robot liên hợp máy thu hoạch tự động; nhiên tác động lớn mong muốn đến từ môi trường làm việc (nhiễu môi trường) rào cản kỹ thuật dẫn tới có robot thu hoạch trái ứng dụng Đối với tay máy Robot thu hoạch dứa làm việc môi trường đồng ruộng bị tác động không mong muốn từ nhiễu môi trường như: mấp mô bề mặt ruộng gây nên biến đổi lực trọng trường; mấp mô gây nên không cứng vững khung công tác dẫn đến rung lắc hai cánh tay làm việc lúc, dẫn tới tác động không mong muốn chuyển động; tác động gió nguyên nhân dẫn đến lực cản chuyển động… Các tác động thường biến đổi ngẫu nhiên, khơng xác định xác nhiễu để có phương án bù nhiễu tay máy chuyển động Các hệ thống robot nghiên cứu (Bin Li, 2010; Bin Li, 2013) chủ yếu nghiên TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng cứu phát triển mơi trường phịng thí nghiệm, yếu tố nhiễu mơi trường chưa đề cập tới, kết nghiên cứu chưa đủ điều kiện để đưa hoạt động thực tế Để hoàn thiện tay máy tự động thu hoạch dứa đưa liên hợp máy vào hoạt động thực tế, báo giới thiệu động lực học tay máy Robot thu hoạch dứa tự động với thuật toán điều khiển PD, nhiễu mơi trường phương pháp ước tính nhiễu môi trường, thực nghiệm liên hợp máy đồng để lấy số liệu mô chứng minh độ tin cậy mơ hình nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nguyên cứu lý thuyết Từ cấu tạo nguyên lý hoạt động liên hợp máy hệ thống tay máy tự động thu hoạch trái dứa, nghiên cứu sử dụng học lý thuyết lý thuyết động lực học tay máy để xây dựng mơ hình, thiết lập phương trình động lực học cấu Sử dụng camera xử lý ảnh để nhận diện xác định tọa độ trái dứa cần thu hoạch Sử dụng lý thuyết điều khiển tự động để xây dựng hệ thống điều khiển truyền động cho tay máy thu hoạch dựa thuật toán PD kết hợp với ước tính nhiễu mơi trường, sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát phương trình vi phân động lực học tay máy trình chuyển động thu hoạch dứa, ảnh hưởng tới thơng số thời gian, vị trí, điểm đặt dứa, vận tốc 2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Sử dụng thiết bị đo phần mềm xử lý số liệu xác định thông số phục vụ cho khảo sát toán lý thuyết vị trí tay máy theo trục X, Y Nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn Cochran tiêu chuẩn Fisher để kiểm tra tính đồng phương sai mẫu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Cấu tạo hệ thống liên hợp máy thu hoạch dứa Hình mơ tả cấu tạo chung liên hợp máy bao gồm: máy động lực (1) có chứa tủ điều khiển cabin, thùng xe (2) phía sau chứa máy phát điện bình nhiên liệu, khung cơng tác (3) gắn 02 cánh tay máy Robot dùng để thu hoạch trái dứa Hình mơ tả cấu tạo phận làm việc gồm: 02 tay máy robot (3, 4) di chuyển khung công tác (1); phận thị giác camera (2) gắn khung công tác (1) có chức nhận diện trái dứa cần cắt, xác định tọa độ trái dứa làm đầu vào cho toán điều khiển chuyển động 02 cánh tay robot; cánh tay thiết kế bàn tay có dao để cắt rời cuống trái dứa khỏi thân cây, đồng thời bàn tay có phận bao để giữ đưa trái dứa cắt thả vị trí băng tải để vận chuyển tới thùng chứa Hình Cấu tạo chung liên hợp máy thu hoạch dứa tự động 1- Thùng xe 2- Máy phát điện 3- Khung công tác 4- Hai tay máy hái dứa Hình Cấu tạo tay máy Robot thu hoạch dứa 1-Khung công tác; 2-Camera để nhận dạng trái dứa; 3, 4- Hai tay máy hái dứa; 5-Bàn tay máy gắn dao cắt dứa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 125 Công nghiệp rừng 3.2 Động lực học tay máy Robot thu hoạch dứa 3.2.1 Mơ hình động lực học tay máy trường hợp lý tưởng Với mơ hình động lực học lý tưởng, nghiên cứu bỏ qua ảnh hưởng nhiễu môi trường: mấp mô bề mặt ruộng làm ảnh hưởng tới tác dụng trọng lực, mấp mô bề mặt ruộng làm ảnh hưởng tới rung lắc khung công tác, tác động gió tác động khác… Do vậy, mơ hình quy đổi cho việc tính tốn động lực học thể hình Để xây dựng mơ hình động lực học cho tay máy, nghiên cứu sử dụng hệ toạ độ gốc cho tay máy O0 X 0Y0 Z  xác định từ mơ hình động học (hình 3-c) a) Cơ khí thực tế b) Mơ hình lý tưởng quy đổi c) Mơ hình gán hệ tọa độ tay máy Hình Mơ hình quy đổi cho việc tính tốn động học, động lực học Tại vị trí P hệ O0 X 0Y0 Z  ta có Fx  (m1  m2  m3 )rx vectơ  T PO0  rx ry rz  (1) biến khớp T T q   qi  i 1,2,3  rx ry rz  (2) Gọi khối lượng khớp hay khối lượng khớp cánh tay máy là: mi (i=1÷3), tay máy có khớp tương ứng với bậc tự Gọi lực tác động lên khớp để di chuyển cánh tay theo trục OX0, OY0, OZ0 trường hợp lý tưởng là:  T F0  Fx0 Fy0 Fz0  (3) Sử dụng phương pháp Euler-Lagrange II, phương trình động lực học tay máy xây dựng hệ phương trình (4): 126  ry Fy0  (m2  m3 )  rz  m3 g Fz0  m3 (4) Hệ phương trình động lực học (4) viết dạng ma trận (5) sau: (5) F0  H0q  G0 T với F0  Fx Fy Fz  ma trận biểu diễn lực lên khớp để di chuyển bàn tay máy (điểm tác động cuối, chứa dao cắt) chuyển động theo trục tọa độ; G0  0 m3 g T ma trận biểu thị tác động trọng lực lên tay máy 0 T trường hợp lý tưởng; q  rx ry rz  ma trận biến khớp;  m1  m2  m3 H    0 m2  m3 0  m3  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Cơng nghiệp rừng ma trận đặc trưng cho quán tính khớp tay máy trường hợp lý tưởng Do khớp khớp cánh tay truyền động thông qua động điện, khớp truyền động qua hệ xilanh khí nén, mơ hình động lực học quy đổi mô men đầu trục động viết sau: M d  H d q  Gd (6) với: 0 ma trận đặc trưng cho quán tính quy đổi; G   0 m g  ma trận biểu thị thành phần trọng lực quy đổi; k x , k y hệ số quy đổi từ lực di chuyển khớp sang momen đầu trục động cơ, hệ số xác định thông qua tỷ số chuyền phận khí có chức chuyển từ chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến hai khớp 1,2 3.2.2 Mơ hình động lực học tay máy làm việc cánh đồng dứa Khi liên hợp máy làm việc ruộng dứa, bề mặt mấp mô tạo độ nghiêng khung (hình 4-a), chịu tác động rung lắc, chịu tác động gió sau gọi nhiễu mơi trường tác động lên mơ hình động lực học Do vậy, mơ hình quy đổi để xác định phương trình động lực học trường hợp thể hình 4-b,c T d0 T Md0  Mdx0 Mdy0 Fz0  thành phần chứa mômen đầu trục hai động xilanh khí nén Tức momen động lực xilanh cần sinh để tạo chuyển động cho tay máy; H d0  m1  m2  m3  kx        m2  m3 ky  0   0  m3    a) Mô tả trường hợp khung công tác bị nghiêng bề mặt ruộng không phẳng Y0 O0 X0 Z0 b) Khung công tác có tượng nghiêng so với hệ tọa độ gốc c) Mơ hình tính tốn động lực học tổng qt Hình Mơ hình quy đổi xét đến tác động nhiễu trọng lực trường hợp khung cơng tác nghiêng mấp mơ mặt ruộng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 127 Công nghiệp rừng Tương tự trường hợp lý tưởng, gọi lực tác động lên khớp để di chuyển cánh tay theo trục OX, OY, OZ là:  T F  Fx Fy Fz  sinh xét tới ảnh hưởng nhiễu môi trường làm việc; (7) H d0 Áp dụng phương pháp Euler-Lagrange II có phương trình động lực học làm việc đồng ruộng tác động nhiễu môi trường là: Fx   m1  m2  m3   rx   m1  m2  m3  g.cos  dx (t )   F  m  m r  (8)  m2  m3  g cos   d y (t)  y  3 y khung tạo độ chuẩn ban đầu O0 X 0Y0 Z  ; d ( t ), d ( t ), d ( t ) lực ngẫu nhiên tác động lên x y z chuyển động tay máy đại diện cho tác động rung lắc hai tay máy hoạt động lúc khung công tác không ổn định, tác động gió với yếu tố từ mơi trường thực Hệ phương trình (8) viết dạng ma trận (9) F  H q  G  D ( t ) (9) với:  m1  m2  m3 H    0 m  m3 0  m3  ma trận đặc trưng cho quán tính xét đến ảnh hưởng nhiễu môi trường; T q   rx  ry  rz  ma G     m1  m2  m3  g cos  trận biến   m1  m2  g cos  khớp m3 g cos   ma trận thành phần trọng lực xét tới ảnh hưởng nhiễu môi trường làm việc T D(t)  dx (t) d y (t) dz (t) ma trận đặc trưng cho ảnh hưởng rung lắc, ma sát (là thành phần ngẫu nhiên) Tương tự quy đổi momen đầu trục động khớp khớp ta được: (10) M  H q  G  D (t ) d với: M d   M dx d M dy d Fz  T d ma trận biểu diễn momen trục động khớp 1, momen trục động khớp cần phải sinh để tạo chuyển động cho hai khớp lực trục xilanh cần phải 128 m2  m3 ky  0   0  m3    biến thay đổi ngẫu nhiên, phụ thuộc điều kiện làm việc thực tế, việc xác định biến khó khơng xác Do vậy, việc xác định xác mơ hình động lực học trường hợp thực tế khó khơng xác mơ hình (10) mơ hình bất định, việc gây nên khó khăn q trình điều khiển chuyển động cánh tay Robot thu hoạch dứa 3.2.3 Quy đổi mô hình động lực học tay máy làm việc cánh đồng dứa mơ hình lý tưởng Từ việc khó xác định khơng xác mơ hình động lực học tay máy Robot hoạt động thực tế, cần phải quy đổi mơ hình thực tế mơ hình lý tưởng để làm sở cho thiết kế điều khiển chuyển động Từ (10) (6) quy đổi mơ hình động lực học tay máy thực tế dạng mô hình lý tưởng sau: M  M  w ( t )  H q  G  w ( t ) (11) D (t ) góc nghiêng khung so với  ,  , ma trận đặc trưng cho quán tính khớp tay máy quy trục động Nhận xét 1: Các góc nghiêng  ,  ,  với  rz  m3 g cos   dz (t ) Fz  m3 với  m1  m2  m3  kx        T d d0 d d0 d0 d với: (12) w d (t )  Gd  Dd (t ) thành phần sai lệch mơ hình lý tưởng mơ hình thực tế; đó:  (m1  m2  m3 ) g cos     kx    (m1  m2 ) g sin   Gd  Gd  Gd0     ky     m3 g (1  cos  )     TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 ; Công nghiệp rừng T  d x (t )   k   x   d (t )  D d (t )   y   ky   d (t )   z    Nhận xét 2: Từ nghiên cứu (8, 9, 10) thấy thành phần sai lệch mơ hình xuất phát từ trọng lực có đặc điểm: (13) Gd  a0g  a1g q ; a*g  Dd (t )  a0d ; a0d  (14) w d ( t )  b 0w  b1w q ; b 0w  , b1w  Nếu đặt (15)   max(1, q ) b  b w  b1 w có: (16) w d (t )  b (16)   max(1, q ) giá trị biết thông qua biến khớp q  rx ry rz  Do thành phần sai lệch hai mơ hình tồn giới hạn 3.3 Đề xuất thuật toán điều khiển chuyển động tay máy robot thu hoạch dứa 3.3.1 Phân tích hoạt động yêu cầu điều khiển chuyển động Hoạt động tay máy chu kỳ hái trái dứa thực qua ba bước gồm: bước tay máy di chuyển từ gốc tạo độ O0 X 0Y0 Z  (hình 5-a) tới vị trí trái dứa cần cắt theo hai trục XY, kết thúc bước bàn tay máy nằm phía trái dứa (hình 5-b); bước tay máy hạ bàn tay theo trục Z, đóng bàn tay để dao cắt cắt đứt cuống trái dứa nhấc lên vị trí cũ theo trục Z (hình 5-c); bước tay máy chuyển động gốc tạo độ mở bàn tay để trái dứa rơi vào băng tải vận chuyển (hình 5-d) a) Vị trí xuất phát b) Bước c) Bước d) Bước Hình Mô tả chu kỳ thu hoạch dứa Chúng ta nhận thấy bước bước lại bước Do vậy, thuật toán điều khiển chuyển động quan trọng nhất, ảnh hưởng tới tiến hành nghiên cứu để áp dụng cho bước độ xác thao tác hái trái chất lượng chu kỳ hái trái dứa trái dứa cần hái Bước có chức hạ Để điều khiển chuyển động tay máy xuống để cắt sau vị trí tay xác định bước xác, thuật tốn điều khiển cần phải xác phía trái dứa hồn tồn có bù thành phần nhiễu môi trường w (t ) thể điều khiển theo tín hiệu logic lấy từ xuất mơ hình động lực học Do bước cảm biến tiệm cận lắp lòng bàn tay máy 1, tay máy di chuyển thông qua khớp khớp Bước chuyển động tượng tự ngược d TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 129 Cơng nghiệp rừng 2, mơ hình động lực học (11) viết lại thành (17, 18) sau: M  M  w ( t )  H q  G  w ( t ) (17) d d0 d d0 d0 d (18) w d (t )  Gd  Dd (t ) với: H d0  m1  m2  m3  kx      d (t ) D d (t )   x  k x p   qd  q Trong công thức trên, ; T V   q T K D q  w thành phần biến đổi theo thời gian có chức bù nhiễu định nghĩa sau: f w (t )   (bˆ )2 q bˆ q  (20) với bˆ giá trị ước tính b với luật thích nghi là: bˆ    q  ˆ b (0)      (21) 4 bˆ q   (24) 0 Theo định lý Lyapunov hệ thống ổn định Từ (24) ta thấy, t   lim Vt   Theo (23) đồng thời lim q  t  lim  t  lim   t , lim   t , lim b  t  , có nghĩa sai lệch vị trí 0, hay tay máy di chuyển tới vị trí trái   có nghĩa dứa mong muống q  rx ry  limtb T b , tức là sai lệch ước tính hay bˆt  ước tính giới hạn nhiễu w (t ) mà không cần phải tiến hành đo đạc, d đảm bảo tính khả thi triển khai thực tế Mô kiểm chứng kết thuật toán điều khiển Để đánh giá khả điều khiển chuyển động thuật toán PD+DE đề xuất, nghiên cứu tiến hành mô phần mềm Matlab với thông số sau: Giá trị đặt đầu vào qd   X d Yd T  1 1,5T (m) biến thiên qd theo quỹ đạo 2-1-2 hình T với t f  [4 4]T (s) , q0   X Y0   [0 0]T ; khối lượng hai khớp xác định từ hệ thống khí m1 =    2   (0)     (22) Chứng minh tính ổn định thuật toán: 130 Sau phép biến đổi tương đương chứng minh rằng: ; q  rx ry  f w (t ) sai số vị trí cánh tay b  b  bˆ sai số ước tính b T T D  q ,  , b, T 3.3.2 Thiết kế thuật toán điều khiển PD kết hợp với ước tính nhiễu mơi trường (PD + DE; Proportional Derivative + Disturbance Estimation) Từ kết nghiên cứu mơ hình động lực học tay máy Robot hoạt động thực tế biến đổi dạng mơ hình lý tưởng Để đáp ứng yêu cầu điều khiển chuyển động bước 1, thuật toán điều khiển chuyển động nghiên cứu đề xuất PD+DE sau: (19) M  K   K   f ( t ) d T 1 q H d0 q   T K p   11b   21  (23) 2 2 q  rx ry  tốc độ khớp ( m  m2 ) g sin     ky  d y (t )   k y  V  với:    ; Gd  ; m2  m3   ky   (m  m2  m3 ) g cos  Gd    kx  Chọn hàm lượng dương Lyapunov sau: 38 (kg), m2 = 9,5 (kg); 10  5  KP    , K D  0  ; 10     nhiễu ngẫu nhiên tác động lên tay máy 2(s) tới 6(s) hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Công nghiệp rừng qf qfb 2.5 q d (rad) 1.5 0.5 qb q0 0 0.5 1.5 tb 2.5 Time (s) 3.5 4.5 tf -tb tf Hình Quỹ đạo đặt đầu vào chuyển động khớp 1, khớp Hình Tính hiệu ngẫu nhiên đặc trưng cho nhiễu mơi trường đưa vào mơ hình Kết mơ thể hình hình 9, thuật toán điều khiển chuyển động đảm bảo hai khớp tay máy bám sát với quỹ đạo đặt, đặc biệt có nhiễu tác độc từ thời điểm giây thứ thuật tốn điều khiển đảm bảo Hình Chuyển động cánh tay theo trục X 3.4 Kết thực nghiệm Để thực nghiệm kiểm chứng thuật toán điều khiển chuyển động đề xuất dựa mơ hình động lực học cánh tay robot Cánh tay robot thu hoạch dứa tích hợp với liên hợp máy thu hoạch khóm, liên hợp máy tiến hành thực nghiệm cánh đồng dứa thuộc xã Mỹ Phước - huyện Tân Phước - tỉnh Tiền Giang Hình 10 mơ tả tồn liên hợp máy triển khai đồng trồng dứa Hình 11 mơ tả hệ thống điều khiển chuyển động tay quỹ đạo di chuyển hai khớp ổn định với sai T T số   qd  q   X d  X Yd  Y    2,5 4 (cm) , sai số đảm bảo bàn tay máy hạ xuống theo trục z chụp trái dứa cần cắt Hình Chuyển động cánh tay theo trục Y máy robot bao gồm: khối thị giác (camera); khối xử lý trung tâm PC có chức đọc tọa độ trái dứa, điều khiển chuyển động hai khớp tay máy (X, Y) dựa thuật toán PD+DE; khối thiết bị trường gồm PLC, driver cho động cơ, động hai khớp 1, Quá trình thử nghiệm tiến hành với 36 chu kỳ hái dứa (mỗi chu kỳ gồm bước trên), kết chuyển động theo hai trục X, Y tay máy tác động nhiễu môi trường thể bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 131 Công nghiệp rừng Bảng Kết thực nghiệm cánh đồng dứa Tiền Giang TT Các yếu tố nhiễu tác động tới chuyển động Góc nghiêng khung xe Trục Trục X Y Độ rung khung xe Vận Biên tốc độ rung H V Vị trí trái dứa Kết thực nghiệm (di chuyển thực tế tay máy Robot) Lần Trục X Trục Y Trục X Trục Y Lần Lần Trung bình Trục X Trục Y Trục X Trục Y Trục X Trục Y Đơn vị (độ) (độ) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 10 10 8 6 1,0 1,0 915 882 859 1398 920 910 850 1425 890 910 855 1425 890 874 821 1386 900 898 842 1412 10 1,0 615 874 635 910 635 910 614 856 628 892 10 10 10 10 12 8 8 15 6 6 1,0 1,0 1,0 1,0 1,4 159 766 204 395 635 941 1468 1483 172 271 150 790 210 395 630 910 1495 1520 160 255 155 795 210 390 635 910 1495 1515 165 255 124 755 237 370 610 946 1465 1471 131 228 143 780 219 385 625 922 1485 1502 152 246 12 15 1,4 333 1455 335 1490 340 1490 366 1457 347 1479 10 11 12 13 14 12 12 12 12 12 15 15 15 15 15 8 8 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 748 164 681 116 559 1476 272 801 831 1505 750 190 665 115 580 1510 300 780 805 1510 755 180 680 105 580 1510 300 775 805 1510 778 167 659 86 556 1468 267 803 832 1549 761 179 668 102 572 1496 289 786 814 1523 15 5 0,8 187 1601 185 1600 178 1600 162 1555 175 1585 16 17 18 19 20 8 8 5 5 5 5 5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 250 311 308 634 723 623 1305 1949 687 1286 245 330 330 660 710 600 1310 1980 700 1270 245 310 330 660 710 590 1310 1990 710 1270 221 335 309 630 692 625 1340 1952 735 1237 237 325 323 650 704 605 1320 1974 715 1259 21 5 0,8 250 624 235 610 240 610 215 565 230 595 22 23 24 25 26 5 5 8 8 5 5 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 312 309 643 166 724 1313 1953 684 833 1291 335 330 670 155 715 1350 1990 690 790 1275 320 330 665 158 715 1355 1995 725 790 1275 344 312 648 137 694 1324 1958 712 835 1248 333 324 661 150 708 1343 1981 709 805 1266 27 0,9 249 1414 275 1450 275 1450 257 1423 269 1441 28 29 30 31 32 5 8 8 10 10 10 5 7 0,9 0,9 1,1 1,1 1,1 295 635 333 748 164 172 271 1455 1476 272 320 625 360 760 155 195 230 1500 1490 235 300 605 365 780 145 190 255 1500 1490 230 328 621 340 767 132 221 235 1470 1541 261 316 617 355 769 144 202 240 1490 1507 242 33 10 1,1 681 801 665 780 665 785 647 742 659 769 34 35 36 8 10 10 10 7 1,1 1,1 1,1 166 559 187 831 1505 1601 195 570 170 850 1545 1580 195 580 180 855 1550 1585 174 593 157 887 1513 1542 188 581 169 864 1536 1569 132 (mm) (mm/s) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 Cơng nghiệp rừng Từ kết thực nghiệm bảng 1, dựa phương pháp thống kê thực nghiệm lý thuyết phương sai nhận độ xác chuyển động tay máy theo trục X 95% trục Y 95% Điều chứng tỏ thuật toán điều khiển chuyển động nghiên cứu đề xuất dựa mơ hình động lực học tay máy đạt độ xác độ tin cậy điều khiển tay máy theo hai trục X, Y môi trường ruộng dứa thực Y0 O0 X0 Z0 Hình 10 Cấu trúc hệ thống điều khiển tay máy Robot KẾT LUẬN Bài báo tiến hành nghiên cứu mô hình động lực học tay máy Robot thu hoạch dứa làm việc môi trường thực, yếu tố nhiễu mơi trường phân tích mơ hình động lực học Từ đặc điểm phân tích giới hạn nhiễm môi trường xuất phương trình động lực học, nhóm tác giả đề xuất thuật tốn điều khiển chuyển động PD+DE có ước tính giới hạn nhiễu mơi trường để đưa vào thành phần bù nhiễu Tính ổn định thuật tốn điều khiển chuyển động chứng minh thơng qua lý thuyết ổn định Lyapunov Kết thực nghiệm ruộng dứa xã Mỹ Phước, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang cho độ xác đến 95% chứng minh tính đắn mơ hình động lực học thuật toán điều khiển chuyển động mà nghiên cứu đề xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO Schertz C E, Brown GK, 1968 “Basic considerations in mechanizing citrus harvest”, Trans of the ASAE, pp 343 -346 Mehta, S.S T.F Burksauthor, 2014 “Vision based control of robotic manipulator for citrus harvesting”, Computers and electronics in agriculture, v.102, pp 146 -158 Silwal, A., Davidson, J.R., Karkee, M., Mo, C., Zhang, Q., Lewis, K., 2017 “Design, integration, and field evaluation of a robotic apple harvester”, Journal of Field Robotics, pp 1140 -1159 Tanigaki, K., Fujura, T., Akase, A., Imagawa, J., 2008 “Cherry -harvesting robot”, Computers and Electronics in Agriculture 63 (1), pp 65 -72 Kondo N., 2000 “Strawberry harvesting robot”, Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers 103(976): 148 -149 Bin Li, Maohua Wang, 2013 “In -field recognition and navigation path extraction for pineapple harvesting robots”, Intelligent Automation and Soft Computing, Vol 19, No.1, pp 99 -107 Bin Li, Maohua Wang, Ning Wang, 2010 “Development of a real -time Fruit recognition system for pineapple harvesting robots”, An ASABE Meeting Presentation Mezghani Ben Romdhane Neila, Damak Tarak, 2011 Adaptive terminal sliding mode control for rigid robotic manipulators International Journal of Automation and Computing; (2): 215-220 Sze San Chong, Xinghuo Yu and Man Zhihong, 1996 A robust adaptive sliding mode controller for robotic manipulators IE- EE Workshop on Variable Structure Systems, Tokyo, Japan; 31-35 10 Man ZHIHONG, Xinghuo YU, 1997 Adaptive terminal sliding mode tracking control for rigid robotic manipulators with un-certain dynamics The Japan society of mechanical Engineers; 40 (3): 493-502 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 133 Công nghiệp rừng RESEARCH ON DYNAMICS OF MOTION FOR ROBOTIC MANIPULATORS HARVESTING PINEAPPLE IN THE FIELD Bui Le Cuong Quoc1*, Hoang Son2 Binh Thuan province Vocational College Vietnam National University of Forestry SUMMARY The automatic pineapple harvesting manipulator is a robotic manipulator mounted on the chassis of a harvester complex operating in an agricultural environment This manipulator has degrees of freedom (3DOF-Degrees of Freedom) designed in the form of motions in three coordinate axes X, Y, Z Through the analysis of the dynamics of the movement of the manipulator, considering factors affecting the working environment and the robot hand motion control algorithm for pineapple harvesting, this study has proposed the PD control algorithm combined with environmental noise estimation to include noise compensation when the machine complex is operating in the actual field The stability in working process when using the control algorithm is proven through the Lyapunov stability criterion The results of the trial of harvesting pineapple fields in My Phuoc commune, Tan Phuoc district, Tien Giang province show that the manipulator has moved to the position where the pineapple needs to be cut is 95% in about 36 harvesting cycles That proves the reliability and accuracy of the control algorithm Keywords: Combine harvester, harvesting automatic manipulator, motion Dynamics, PD control algorithm Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng 134 : 07/5/2022 : 08/6/2022 : 18/6/2022 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2022 ... 2022 125 Công nghiệp rừng 3.2 Động lực học tay máy Robot thu hoạch dứa 3.2.1 Mô hình động lực học tay máy trường hợp lý tưởng Với mơ hình động lực học lý tưởng, nghiên cứu bỏ qua ảnh hưởng nhiễu... xuất thu? ??t toán điều khiển chuyển động tay máy robot thu hoạch dứa 3.3.1 Phân tích hoạt động yêu cầu điều khiển chuyển động Hoạt động tay máy chu kỳ hái trái dứa thực qua ba bước gồm: bước tay máy. .. máy hệ thống tay máy tự động thu hoạch trái dứa, nghiên cứu sử dụng học lý thuyết lý thuyết động lực học tay máy để xây dựng mô hình, thiết lập phương trình động lực học cấu Sử dụng camera xử