Nghiên cứu thuật toán điều khiển đội hình cho hệ thống robot di động (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ HỒNG THÁI HỒ NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐỘI HÌNH CHO HỆ THỐNG ROBOT DI ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật điều khiển tự động hoá Mã số: 8520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Công trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THỊ MINH DUNG Phản biện 1: TS NGUYỄN QUANG KHÁNH Phản biện 2: TS TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành kỹ thuật điều khiên tự động hoá họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 29 tháng 06 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa − Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tên đề tài “NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘI HÌNH CHO HỆ THỐNG ROBOT DI ĐỘNG” 1.2 Tính cấp thiết đề tài Thực tế công nghệ ngày phát triển, máy móc đại, nhiều loại robot đời để phục vụ người Trong có nhiều hệ thống robot phức tạp thực nhiều cơng việc lúc có độ xác cao, nhiều trường hợp robot đáp ứng nâng vật nặng, nhiều công việc nhiều vị trí khác nhiều tốn q phức tạp nên hệ thống đòi hỏi nhiều robot xử lý lúc Điều đặt phải cần phối hợp nhiều robot, hợp tác để hoàn thành nhiệm vụ Trước hệ thống đa đối tượng thường điều khiển tập trung có phận trung tâm điểu khiển nhiều phần tử robot, hệ thống điều khiển tập trung có nhược điểm cần phải có xử lý mạnh mẽ, thời gian đáp ứng chậm, chi phí lắp đặt lớn… Chính điều khiển hợp tác hệ thống đa đối tượng tiềm năng, màu mỡ cho nhà nghiên cứu Việc phối hợp nhóm thiết bị thơng minh robot làm việc có lợi tiềm thực nhiệm vụ có tính chất phức tạp mà robot thực như: giám sát đa điểm, lập đồ, vận chuyển hợp tác hay trình diễn nghệ thuật… Ngoài ra, hợp tác tạo hệ thống dự phòng hạn chế rủi ro, hỏng hóc robot bù đắp robot khác Bên cạnh đó, việc phối hợp nhóm thiết bị, phương tiện cơng nghệ cao dần áp dụng nhiều lĩnh vực, đặc biệt quân sự, an ninh quốc phòng Trong điều khiển hợp tác nhiều robot đòi hỏi trao đổi thơng tin nhiệm vụ,vị trí Nhiều robot phải giữ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội đội hình để hồn thành nhiệm vụ để tài: “Nghiên cứu thuật tốn điều khiển đội hình cho hệ thống robot di động” cần thiết Điều khiển đội hình hiểu đơn giản điều khiển đồng thời vị trí góc định hướng robot nhóm di chuyển, đảm bảo đội hình ln giữ khơng đổi để số nhiệm vụ hoàn thành nhờ cộng tác robot [4] 1.3 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống hai robot kiểm sốt đội hình di chuyển bám theo mục tiêu từ người điều khiển Hệ thống gồm hai robot điều khiển từ máy tính được phát tín hiệu wifi, Robot thứ Leader đóng vai trị dẫn đầu nhận thơng tin từ người điều khiển lên kế hoạch di chuyển theo quỹ đạo người điều khiển, robot thứ hai gọi Follower nhận vị trí Robot Leader để di chuyển bám theo Robot Leader trì hướng, khoảng cách, vận tốc Khi có chướng ngại vật hệ thống hai robot tự xử lý, ưu tiên tránh chướng ngại vật sau giữ đội ban đầu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu làm mơ hình thực nghiệm mơ hai robot thuật tốn điều khiển hợp tác định hình THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐIỀU KHIỂN HỢP TRONG HỆ THỐNG ĐA ĐỐI TƯỢNG 2.1 Điều khiển hợp tác hệ thống đa đối tượng 2.1.1 Khái niệm Điều khiển hợp tác hệ thống đa tác nhân robot Các robot riêng lẽ giao tiếp, phối hợp để thực mục tiêu chung Các nhiêm vụ đến hệ thống robot bao gồm tìm kiếm, thăm dò, giám sát, cứu hộ lập đồ địa hình phức tạp chưa biết biết phần 2.1.2 Thực tiễn tiềm Phối hợp nhiều robot tác vụ khó thực robot kiểm soát xuất nhập hàng hóa kho • Tính linh động: Mỗi robot nhóm đảm nhận nhiều vai trị nên sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, giảm tăng số lượng robot tùy thuộc vào yêu cầu thời gian • Thực nhiệm vụ nguy hiểm: Phối hợp nhiều robot hoạt động khu vực có tính chất nguy hiểm mà người khơng thể thực tìm kiếm nạn nhân tòa nhà sụp đổ, dọn dẹp khu vực nhiễm độc hại (vùng phóng xạ), kiểm sốt cháy rừng • Ứng dụng kỹ thuật quân sự: Phối hợp thiết bị công nghệ cao xe tự hành UGVs (Unmanned Ground Vehicles), thiết bị bay không người lái UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), hay thiết bị tự động nước AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) nhiệm vụ quân trinh sát, tìm kiếm mục tiêu hay tác chiến nước • Trình diễn nghệ thuật: Phối hợp nhóm thiết bị bay drone buổi hịa nhạc, trình diễn ánh sáng, THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 2.2 Cấu trúc điều khiển Đã có nhiều phương pháp điều khiển đội hình robot nghiên cứu phát triển Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, nhiên phân loại thành ba nhóm chính: điều khiển dựa số hành vi (Behavior-based), điều khiển Leader-Follower, điều khiển Virtual-Structure ❖ Trong điều khiển Behavior-Based điều khiển dựa số hành vi mong muốn tránh vật cản, tránh va chạm…được định cho robot định cho robot hành động cuối nhóm định “tầm quan trọng tương đối” hành vi ❖ Trong điều khiển Leader-Follower Trong phương pháp điều khiển Leader-Follower, hay số robot định “Robot dẫn đầu” (Leader), di chuyển theo quỹ đạo định trước Các robot lại (Followers) di chuyển trì khoảng cách góc lệch tương Leader để giữ đội hình khơng đổi ❖ Điều khiển ‘virtual structure’ Trong phương pháp điều khiển virtual structure, đội hình robot xem cấu trúc vật lý (hình vng, hình trịn,…) quỹ đạo tham chiếu robot phụ thuộc vào chuyển động điểm ảo (virtual center) Khi điểm ảo di chuyển, robot di chuyển theo quỹ đạo tương điểm ảo, với ràng buộc khoảng cách để giữ đội hình khơng đổi  Kết luận: Trong phương pháp điều khiển có ưu nhược điểm, tuỳ vào ứng dụng, cấu trúc hệ thống để chọn phương pháp điều khiển hợp lý Phương pháp điều khiển Leader – Follower vài hạn chế phương pháp điều khiển Leader- THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Follower đánh giá cao tính đơn giản khả mở rộng mơ hình Trong tương lai lọc nhiễu, hạn chế thông tin truyền liệu phương pháp Leader – Follower ứng dụng điều khiển hợp tác, phương pháp điều khiển LeaderFollower nghiên cứu áp dụng phổ biến Chính tơi chọn phương pháp điều khiển Leader – Follower THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN ĐỒNG THUẬN 3.1 Mơ hình động học robot di động Mơ hình động học sử dụng để mơ tả mối quan hệ vị trí tốc độ robot Chuyển động robot phân tích thơng qua chuyển động khối tâm robot Xét hệ tọa độ 𝑿𝑶𝒀 cố định gắn với mặt phẳng chuyển động Vị trí robot hệ tọa độ 𝑿𝑶𝒀 mô tả vector trạng thái: 𝑷(𝑡) = [𝑥(𝑡) 𝑦(𝑡) 𝜃(𝑡)]𝑇 Giả thiết robot khơng tác động yếu tố bên ngồi mơi trường khơng có vật cản, khơng tác động với nhiểu, chuyển động khơng trượt Phương trình vi phân mô tả robot 𝑥̇ = 𝑣 𝑐𝑜𝑠 (𝜃) { 𝑦̇ = 𝑣 𝑠𝑖𝑛 (𝜃) 𝜃̇ = 𝜔 Chúng ta biểu diễn dạng ma trận 𝐏̇ = 𝐉(𝜃)u 𝑥̇ 𝑐𝑜𝑠(𝜃) 𝑣 [𝑦̇ ] = [ 𝑠𝑖𝑛(𝜃) 0] [ ] 𝜔 𝜃̇ Robot biểu diễn vector u= [v ω]T Dựa vào hình mối quan hệ vận tốc 𝑣 robot phụ thuộc vào tốc độ góc bánh trái 𝜔𝐿 , tốc độ góc bánh phải 𝜔𝑅 bán kính bánh xe 𝑟 Cịn tốc độ góc 𝜔 robot phụ thuộc vào tốc độ góc bánh trái 𝜔𝐿 , tốc độ góc bánh phải 𝜔𝑅 khoảng cách hai bánh xe 𝑙 r  (R + L )  v =   = r  ( R −  L )  l (3.4) Chúng ta rút tốc độ góc 𝜔 bánh trái bánh phải THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội v l.   = + R  r 2r   = v − l.  L r 2r (3.5) 3.2 Mơ hình động lực học robot Mơ hình động học khơng mơ tả xác chuyển động thực tế robot mà lực momen thành phần gây nên chuyển động Trong mục này, mơ hình động lực học robot xét đến dựa mối quan hệ chuyển động robot với cấu chấp hành động điện chiều 3.2.1 Mơ hình tốn học động điện chiều 3.2.2 Mạch vòng điều khiển tốc độ động 3.3 Lý thuyết đồ thị thuật toán đồng thuận 3.3.1 Lý thuyết đồ thị – Graph Theory 3.3.2 in Thuật toán đồng thuận – Consensus m 3.4 Thuật toán điều khiển đội hình Leader - Follower 3.4.1 Giản đồ điều khiển đội hình – Control Graph Theo giản đồ trên, R0 Leader tương ứng R1 R2 , R4 Leader tương ứng R5 R6 R7 Hình 3- 1: Giản đồ điều khiển đội hình Leader – Follower [26] THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Hình 3- 2: Giản đồ điều khiển đội hình Leader – Follower [26] 3.4.2 Luật điều khiển Leader-Follower cho đội hình hai robot • Đặt vấn đề: Giả định robot di chuyển mơi trường khơng có vật cản Xét trường hợp đơn giản nhất, điều khiển Leader-Follower cho hệ hai robot gồm Leader R L Follower R F có phương trình động học:  xL = vL cos  L   yL = vL sin  L  =  L  L  xF = vF cos  F   yF = vF sin  F  =  F  F (3.24) 3.25) Trong đó: L = ( xL , yL ) vector biểu diễn vị trí Leader Follower;  L ,  F góc định hướng chuyển động robot; vL , vF , L , F vận tốc vận tốc góc robot Leader Follower THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 11 theo thời gian 3.4.3 Luật điều khiển Leader-Follower cho đội hình nhiều robot Ngồi ra, đặt i =  n − i sai lệch góc định hướng cặp Leader-Follower i Hình 3- 4: Tham số điều khiển Leader-Follower cho đội hình nhiều robot Theo (3.43) (3.48), ta có luật điều khiển tổng quát: vi = vni cos (  i − i ) cos i i = i sin i di cos i (3.56) (3.57) 3.5 Điều khiển Leader-Follower ứng dụng thuật toán đồng thuận 3.6 Thuật toán tránh vật cản 3.7 Phát vật cản cảm biến siêu âm Robot di chuyển gắn cảm biến siêu âm cho ba hướng khác 3.8 Điều khiển robot bám quĩ đạo tránh vật cản 3.8.1 Thiết kế điều khiển mờ tránh vật cản Bộ điều khiển mờ để tránh vật cản cho robot tự hành có ba tín hiệu đầu vào: cảm biến siêu âm bên trái S1, Cảm biến siêu âm S2, THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 12 Cảm biến siêu âm bên phải S3 Một đầu góc lái VC Tín hiếu đầu vào S1, S2, S3 tín hiệu có khơng có vật cản S có giá trị khơng 1: Là có vật cản 0: Khơng có vật cản Trong robot khoảng cách thiết lập để nhận biết có vật cản hay khơng có vật 20cmm= 200mm= 0.2m 3.8.2 Thiết lập qui tắc suy luận mờ: xây dựng luật tránh vật cản Bảng 3.1 Bảng quy tắc suy luận mờ: tránh vật cản Tín hiệu đầu vào S1S2S3 S1 S1S2 S2 S2S3 S3 Tín hiệu đầu -450 -450 -350 -300 -200 -100 Bảng 3.1 Bảng quy tắc suy luận mờ: tránh vật cản Với cấu trúc thiết lập, điều khiển mờ luôn cập nhật giá trị đo từ cảm biến siêu âm trả góc tránh VC mà robot cần quay để tránh vật cản 3.9 Thuật toán định vị cho Robot mặt phẳng OXY Trong sử dụng thuật tốn Odometry để ước tính trạng thái Phương pháp sử dụng encoder gắn sau động để xác định số vịng quay bánh xe, từ ta xác định tốc độ góc bánh trái 𝜔𝐿 bánh phải 𝜔𝑅 , tính tốn vận tốc 𝑣, tốc độ góc 𝜔 robot, sau suy vị trí, hướng robot CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 4.1 Mơ hình khí Từ sở lý thuyết phải xây dựng hệ thống thực nghiệm gồm có robot: Robot Leader Robot Folower THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 13 Hình 4.1 Hình ảnh Thiết kế khí robot Leader Folower 4.2 Hệ thống mạch điện tử Hệ thống mạch robot Leader robot Folower giống hình bên THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 14 4.2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch robot Leader Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện Robot Leader 4.2.2 Sơ đồ cấu trúc mạch robot Follower Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện Robot Follower 4.3 Thông số kĩ thuật THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 15 4.3.1 Arduino Nano V3.0 ATmega328P 4.3.2 Module Wifi ESP8266 V1 4.3.3 Động DC giảm tốc GA25 Encoder 4.3.4 Mạch điều khiển động LM 298 4.4 Phần mềm 4.4.1 Truyền thơng máy tính Robot Leader Robot Follower 4.4.2 Thuật toán điều khiển a Sơ đồ thuật tốn điều khiển Robot Leader Hình 4- 1: Thuật toán điều khiển Robot Leader THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 16 b Sơ đồ huật toán điều khiển Robot Follower Hình 4- 2: Thuật tốn điêu khiển Robot Follower THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 17 c Sơ đồ thuật toán tránh vật cản robot Hình 4- 3: Thuật tốn điều khiển Robot tránh vật cản THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 18 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Thí nghiệm ❖ Mô tả thực nghiệm 1: Chúng ta test điều khiển robot Leader từ máy tính sau robot Leader nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính để di chuyển, sau robot Leader gửi vị trị toạ độ lên máy tính Máy tính nhận liệu từ robot Leader bao gồm vị trí, tốc độ robot, vận tốc góc bánh trái, bánh phải vẽ biểu đồ lên máy tính để xác thực tính đắn Để xem robot có di chuyển mong muốn người điều khiển hay không ❖ Kết thí nghiệm 1: Hình 5- 1: Đồ thị hiển thị vị trí toạ độ X-Y đồ thị vận tốc góc bánh trái bánh phải Sau thực thí nghiệm nhìn vào robot di chuyển ngồi thực tế đồ thị vẽ máy tính kiểm tra tính đắn thí nghiệm Kết luận robot leader di chuyển tương đối vị trí mong muốn người điều khiển Sau thí nghiệm ta thực thí nghiệm 2: 5.2 Thí nghiệm - Hai robot di chuyển với đội hình nối tiếp với ❖ Mơ tả thí nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 19 Trong thí nghiệm Robot Leader di chuyển song song với trục X với tốc độ không đổi Robot Follower cài đặt di chuyển nối Robot Leader với khoảng cách thiết lập khoảng cách d = 500mm Vị trí ban đầu robot t = ( Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 ) T = (0, 0, 0)T T Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (−50, −0.5, 0)T Khi thời điểm ban đầu, robot tạo thành đội hình d ref = 0.5m  ref =  ❖ Kết thí nghiệm 2: Hình 5- 2: Đồ thị thực nghiệm Mặc dù ban đầu vị trí Robot đặt vị trí khác toạ độ, nhìn vào đồ thị ta thấy để đáp ứng đội hình mong muốn ban đầu phải tới 2.5s Robot Follower di chuyển nối tiếp Robot Leader với khoảng cách ước lượng 450mm - 500mm theo gần giá trị đặt, thực tế tồn độ trễ truyền thông, nhiễu tốc độ đáp ứng nhận liệu Robot Leader ❖ Mô tả thí nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 20 Trong thí nghiệm cài đặt thơng số thí nghiệm 2: Nhưng Robot Leader di chuyển theo tín hiệu từ người điều khiển Robot Follower cài đặt di chuyển nối Robot Leader với khoảng cách thiết lập khoảng cách d = 500mm Vị trí ban đầu robot t = ( Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 ) T = (0, 0, 0)T T Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (−0.5, 0, 0)T Khi thời điểm ban đầu, robot tạo thành đội hình d ref = 0.5m ;  ref =  Hình 5- 3: Đồ thị thực nghiệm 5.3 Thí nghiệm - Hai robot di chuyển với đội hình song song với ❖ Mơ tả thí nghiệm 4: Trong thí nghiệm Robot Leader di chuyển song song với trục X với tốc độ không đổi, di chuyển tự động song song với trục X với khoảng cách 2000mm khoảng thời gian 20s Robot Follower cài đặt di chuyển song song với Robot Leader với khoảng cách thiết lập khoảng cách d = 500mm Vị trí ban đầu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 21 robot t = ( Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 ) T = (0, 0, 0)T T Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (0, 0.5, 0)T Khi thời điểm ban đầu, robot tạo thành đội hình d ref = 0.5m ;  ref =  ( Vị trí kết thúc Robot Leader xL , yL ,  L ) T = (2, 0, 0)T ❖ Kết thí nghiệm 4: Hình 5- 4: Đồ thị kết thực nghiệm Nhìn vào đồ thị thấy được, cho hai robot di chuyển theo đội hình song song, cài đặt hướng ban đầu robot tương đối song song thời gian ban đầu để đáp ứng di chuyển theo đội hình nhanh so với Thí nghiêm 2, 0.5s đội hình di chuyển mong muốn người điều khiển ❖ Mô tả thí nghiệm 5: Trong thí nghiệm cài đặt thơng số tương tự thí nghiệm 4: Nhưng Robot Leader di chuyển theo tín hiệu từ người điều khiển Robot Follower cài đặt di chuyển song song theo Robot Leader với khoảng cách thiết lập khoảng cách d = 500mm Vị trí ban đầu robot t = THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 22 ( ) T Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 = (0, 0, 0)T T Vị trí Robot Follower xF0 , yF0 ,  F0 = (0, −0.5, 0)T Khi thời điểm ban đầu, robot tạo thành đội hình ref d ref = 0.5m ;  = ( )  ❖ Kết thí nghiệm 5: Hình 5- 5: Đồ thị kết thực nghiệm Nhìn vào đồ thị thấy được, tương tự thí nghiệm cho hai robot di chuyển theo đội hình song song, cài đặt hướng ban đầu robot tương đối song song thời gian ban đầu để đáp ứng di chuyển theo đội hình nhanh so với Thí nghiệm cho robot di chuyển theo đội hình nối tiếp, nhiên robot Leader điều khiển tay nên có trạng thái nghĩ, nên thời gian đáp ứng robot Follower tương đối chậm thí nghiệm 4, độ trễ truyền thông tốc độ đáp ứng robot 5.4 Thí nghiệm - Hai robot di chuyển với đội hình nối tiếp có vật cản ❖ Mơ tả thí nghiệm Trong thí nghiệm cho hai robot di chuyển theo đội hình THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 23 nối tiếp, bố trí vật cản(Vật cản thí nghiệm chai nước) vị trí đường, lúc Robot Leader Robot Follower phải có nhiệm vị di chuyển theo đội hình, tránh vật cản theo thuật tốn tránh vật cản Robot Leader di chuyển tự động theo vị trí gửi từ người điều khiển Robot Follower di chuyển nối Robot Leader với khoảng cách thiết lập khoảng cách d = 500mm Vị trí ban đầu robot t = ( Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 ( ) T = (0, 0, 0)T ) T Vị trí Robot Follower xF0 , yF0 ,  F0 = (−0.5, −0,5, 0)T Khi thời điểm ban đầu, robot tạo thành đội hình d ref = 0.5m ;  ref =  ❖ Kết thí nghiệm 6: Hình 5- 6: Đồ thị kết thực nghiệm Nhìn vào đồ thị thấy được, Robot Leader Robot Follower di chuyển theo đội hình nối tiếp, tránh vật cản theo mong muốn người điều khiển, điều chứng tỏ thuật toán vật cản đáp ứng theo yêu cầu CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 24 Sau thời gian nghiên cứu, hướng dẫn tận tình TS Trần Thị Minh Dung, tơi hoàn thành luận văn với kết đạt sau: ❖ Về sở lý thuyết: - Hiểu tính ứng dụng phân tích ưu nhược điểm hệ thống điều khiển hợp tác hệ thống nhiều đối tượng - Hiểu Mơ hình toán học điều khiển chuyển động robot độc lập nghiên cứu gồm mơ hình động học động lực học cấu chấp hành, sử dụng PID điều khiển tốc độ động Thuật toán đồng thuận nghiên cứu dựa sở lý thuyết đồ thị, trao đổi thơng tin phần tử hệ mơ hình hóa đồ thị Nghĩa là, luật điều khiển áp dụng cho phần tử phân tán, phần tử tiếp nhận thông tin từ phần tử lân cận Từ đó, ứng dụng đồng thuận việc xây dựng thuật toán điều khiển Leader – Follower theo đồ thị spanning-tree Robot Follower nhận liệu gửi đến từ robot Leader, từ sai lệch vị trí góc định hướng, luật điều khiển đặt vận tốc cho Follower tương ứng với vận tốc Leader để đội hình giữ không đổi theo thời gian - Từ sở lý thuyết xây dựng mơ hình thực nghiệm sử dụng thuật tốn điều khiển đội hình cho hệ thống robot di động Mơ hình gồm Robot Robot Leader điều khiển người điều khiển, Robot Follower nhận liệu từ robot Leader , di chuyển theo robot Leader theo cấu trúc di chuyển thẳng hàng cấu trúc di chuyển song song với khoảng cách thiết lập Hai robot có cấu trúc khí mạch điều khiển giống ❖ Về mặt thực nghiệm: - Chế tạo thành công mô hình Robot - Chế tạo thành cơng hệ thống điều khiển cho Robot ❖ Ưu điểm: ▪ Phương pháp điều khiển đội hình Leader-Follower dễ tiếp THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 25 cận thực hiện, không yêu cầu thiết bị định vị giám sát ▪ Cấu tạo đơn giản, việc thêm bớt node hệ thống dễ dàng điều khiển tập trung ▪ Điều khiển đội hình Leader-Follower hạn chế rủi ro, hỏng hóc robot bù đắp robot khác ❖ Nhược điểm: Nhược điểm dễ thấy mơ hình khơng có phản hồi từ Follower gửi cho Leader sai số Leader dẫn tới sai số toàn hệ thống Do vậy, Follower Leader bị tác động nhiễu, đội hình khơng cịn trì Ngồi trạng thái Robot Leader phải liên tục gửi đến cho Follower, luật điều khiển áp dụng cho Follower, giá trị sử dụng tín hiệu vào điều khiển, yêu cầu cần phải hạn chế thơng tin robot để việc điều khiển xác Trong luận văn sử dụng sử dụng PID để điều khiển tốc độ chưa sử dụng PID vị trí, hướng Robot nên sai số hệ thống nhiều 6.2 Hướng phát triển Trong thực tế, nhiễu vấn đề cần phải loại bỏ, hướng nghiên cứu tương lai áp dụng phương pháp điều khiển nâng cao để cải thiện chất lượng điều khiển điều khiển thích nghi với nhiễu, điều khiển dự báo để Follower di chuyển bám theo Leader với khoảng cách góc lệch tham chiếu mà khơng cần thiết phải biết xác vận tốc vị trí robot Leader Bên cạnh đó, nhiều ứng dụng thực tiễn, cần xây dựng nhiều robot, khơng robot chạy đường mà cịn ứng dụng cho robot bay Và robot vừa di chuyển vừa thực nhiệm vụ cụ thể ví dự kết hợp với cảm biến Omiscan xây dựng đồ địa hình 3D THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... mơ hình thực nghiệm sử dụng thuật tốn điều khiển đội hình cho hệ thống robot di động Mơ hình gồm Robot Robot Leader điều khiển người điều khiển, Robot Follower nhận liệu từ robot Leader , di. .. Hiểu Mô hình tốn học điều khiển chuyển động robot độc lập nghiên cứu gồm mơ hình động học động lực học cấu chấp hành, sử dụng PID điều khiển tốc độ động Thuật toán đồng thuận nghiên cứu dựa sở... ĐẦU 1.1 Tên đề tài “NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘI HÌNH CHO HỆ THỐNG ROBOT DI ĐỘNG” 1.2 Tính cấp thiết đề tài Thực tế công nghệ ngày phát triển, máy móc đại, nhiều loại robot đời để phục