Điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn cho robot di động hai bánh dùng bộ điều khiển trượt

HUTECH 1 CHNG 1 GII THIU LUN VN. Ni dung: 1.1 Tng quan. 1.2 Tóm tt mt s công trình nghiên cu. 1.3 Nhn xét chung và hng tip cn. 1.4 Mc tiêu ca lun vn. 1.5 Nhim v ca lun vn. 1.6 Gii hn ca lun vn. 1.7 im mi ca lun vn. 1.8 Ni dung tng quát ca lun vn. HUTECH 2 CHNG 1 GII THIU LUN VN. 1.1. Tng quan Ngày nay, vic phát trin và tin ti t đng hóa trong các ngành đang tr thành vn đ quan trng ca nhiu quc gia, vin cnh trc mt là các thit b đin t t đng hóa đc ng dng ngày càng rng rãi và mang li nhiu hiu qu cao trong hu ht các lnh vc kinh t, k thut cng nh trong đi sng xã hi hng ngày. Gii pháp cho vn đ này là xây dng các mô hình Robot t đng hóa di chuyn bng bánh nhm đáp ng nhu cu thc t ca các dây chuyn sn xut là ht sc cn thit, Robot có th thay th cho con ngi, làm vic trong các môi trng có điu kin khc nghit, đc hi nh hng đn sc khe ca con ngi, giúp tng nng sut và tit kim sc lao đng ca con ngi. Hin nay, các thit b đin t t đng hóa nh các xe t hành (autonomous guided vehicle – AGV) hay Robot di đng bng bánh (wheeled mobile Robot – WMR) ngày càng đc s quan tâm ln ca nhiu ngi trong nhng nm gn đây, vì chúng đc ng dng rng rãi trong các ngành khác nhau nh công nghip, nông lâm nghip, y t, dch v.  khc phc nhng tn ti, đáp ng nhng thách thc mi đt ra trong xu hng toàn cu hóa, thc hin thng li công cuc công nghip hóa, hin đi hóa đt nc. Theo quan đim ca tôi thì cn phi có mt t duy thay đi quan đim đ m rng ng dng chc nng t đng hóa vào trong các ngành công nghip và dch v ca nc ta. HUTECH 3 1.2. Tóm tt mt s công trình nghiên cu. 1. “Structural Properties and Classification of Kinematicand Dynamic Models of Wheeled Mobile Robots”, Guy Campion, Georges Bastin, and Brigitte D’ AndrCa-Nove; iEEE transactions on Robotics and automation, vol. 12, no. 1, february 1996.[1] Bài báo này trình bày vn đ các loi Robot di chuyn bng bánh (WMRs) đã đc s dng rng rãi trong các ng dng công nghip và dch v khác nhau nh giao thông vn ti, an ninh, kim tra và thm dò các hành tinh, …, vi các cu hình di đng khác nhau v ( s lng và loi bánh xe, v trí và b phn điu khin ca chúng, cu trúc đn hoc cu trúc đôi). Mt nghiên cu phân tích chi tit cu trúc ca các mô hình đng hc và đng lc hc ca các Robot di chuyn bng bánh có th đc tìm thy trong [1],[2], [3]. Hình 1.1 Cu trúc ca ROBOT di chuyn bng bánh. HUTECH 4 2. “A Simple Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile Robot”, T. H. Bui, T. T. Nguyen, T. L. Chung, and S. B. Kim, International Journal of Control, Automation, and Systems, Vol. 1, No. 1, pp. 35-42, 2003.[5] Bài báo này đ cp đn vic s dng mô hình đng hc ca WMR bám qu đo đã đc gii quyt trong [5]. Trong [5] đ xut mt b điu khin phi tuyn đn gin đc thit k da trên mô hình đng hc cho Robot di đng hàn hai bánh, tính bn vng da vào lý thuyt n đnh Lyapunov đ bám đng hàn vi vn tc không đi. H thng này (xem hình 1.2) có ba bc t do bao gm c hai bánh xe và thanh trt m hàn. Hình 1.2 Mô hình Robot hàn MR-SL Lut điu khin có đc t các hàm nng lng Lyapunov đ đm bo s n đnh tim cn ca h thng. B điu khin có ba thông s đ điu chnh s thc hin ca h thng điu khin. Cách đn gin đ đo các sai s là s dng hai cm bin, mt là cm bin đ đo khong cách và mt cm bin đo góc quay. Trng hp m hàn c đnh thì có th bám đng thng và mt nhiu thi gian đ sai lch tin v 0, nhng không bám đc đi vi đng cong. Trng hp m hàn điu khin đc thì bám đng cong trn nhanh hn vi sai s chp nhn đc, kt qu mô phng trong hình 1.3, 1.4, 1.5. HUTECH 5 Hình 1.3 Các sai s bám , , đu tin v 0. Hình 1.4 Các sai s bám , , có sai lch. Hình 1.5 Vn tc ca m hàn và WMR. HUTECH 6 T kt qu mô phng hình 1.5, tác gi đi đn kt lun nh sau: - M hàn c đnh có th bám theo đng thng, nhng cn nhiu thi gian đ các sai s tin v không. - Không th s dng WMR có m hàn c đnh bám theo theo đng cong vì có sai s ln. - Trng hp m hàn điu khin đc thì bám đng cong trn nhanh hn vi sai s chp nhn đc. Phng pháp điu khin phi tuyn đn gin có th s dng cho ROBOT hai bánh. 3. “WMR control via dynamic feedback linearization: M. Vendittelli, Design, implementation and experimental validation”; Giuseppe Oriolo, Member, IEEE, Alessandro De Luca, Member; IEEE, and Marilena Vendittelli, IEEE Trans. Control. Syst. Technol., Vol. 10, No. 6, pp. 835–852, Nov. 2002.[4] Bài báo này trình bày phng pháp tuyn tính hóa hi tip đc s dng cho vic bám qu đo và n đnh v trí ca Robot di đng. Vic thc hin ca phng pháp này trên Robot SuperMARIO - mt Robot di đng điu khin bng hai bánh xe khác nhau, đc mô t nh hình 1.6. Kt qu mô phng các sai lch th hin  hình 1.7 Hình 1.6 Robot SuperMARIO HUTECH 7 Hình 1.7 Các sai s bám và (m) Mc dù bài toán điu khin các h thng Robot di chuyn theo lý thuyt thì hu nh đã đc gii quyt, nhng đi vi các nhà thit k điu khin WMR có vn còn nhiu vn đ cn đc quan tâm. Ví d nh, nhc đim ca nhiu b điu khin n đnh v trí là quá trình chuyn tip kém. 4. “Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot”, Takanori Fukao, Hiroshi Nakagawa, and Norihiko Adachi, IEEE transactions on robotics and automation, vol. 16, no. 5, october 2000.[6] Bài báo này đ cp đn mt gii thut mi là điu khin thích nghi cho Robot di đng vi các thông s không bit trc, đó là s tích hp gia ca mt b điu khin đng hc và mt b điu khin mô men cho mô hình đng hc ca Robot di đng. Kt qu mô phng th hin hình 1.8 HUTECH 8 Hình 1.8 Các sai s bám , , có sai lch. 5. “Adaptive tracking control of two – wheeled welding mobile Robot with smooth curved welding path”, Trong Hieu Bui, Tan Lam Chung, Sang Bong Kim, Tan Tien Nguyen, KSME Internatinal Journal, Vol.17 No.11, pp.1682 -1692,2003.[7]. Bài báo này tác gi s dng gii thut điu khin thích nghi đ điu khin cho Robot hàn hai bánh bám theo đng hàn vi vn tc không đi. Trong [7] gii thut điu khin cng ch xét đn mô hình đng hc, đ làm cho véc t sai lch v trí tin đn không nhanh nh mong mun, h thng mô men quán tính đc xem xét ti các thông s không bit trc mà nó đc c lng s dng lut điu khin thích nghi. Kt qu mô phng và kt qu thc nghim ch ra tính hiu qu ca b điu khin đc đ xut th hin trong hình 1.9;1.10. và 1.11. HUTECH 9 Hình 1.9 Các sai s bám , , khi mi bt đu. Hình 1.10 Các sai s bám , , ti cnh góc có sai lch. HUTECH 10 Hình 1.11 Vn tc góc ca m hàn và Robot hàn ti cnh góc. Nhìn chung,  thi gian đu (2s) Robot bám theo đng thng tham chiu không có sai s bám, nhng  thi gian sau (20s) khi qua cnh góc đng cong thì có sai lch, vn tc góc ca m hàn b dao đng. * Tt c các b điu khin trên ch xem xét đn các mô hình đng hc, b qua đng lc hc ca h thng c khí. Gn đây, nhiu gii thut điu khin đã đc đ xut đ gii quyt các vn đ điu khin có xét đn mô hình đng lc hc ca Robot di đng. 6.“Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Nonholonomic Wheeled Mobile Robots “,Jung-Min Yang and Jong-Hwan Kim, IEEE transactions on Robotics and automation, vol. 15, no. 3, june 1999. [8]. Trong bài báo này tác gi s dng k thut điu khin kiu trt và b điu khin đng lc hc có nhiu ngoài b chn, đã đc s dng đ gii quyt bài toán điu khin bám cho WMR. Robot s dng trong thc nghim có tên là MICRO và kt qu mô phng khi Robot bám đng thng nh hình 1.12. [...]... phát Hình 1.18 Chuy c Qu o mong mu n Robot hai bánh( WMR) 1.5 Nhi m v c a lu - T ng quan các công trình nghiên c - Xây d ng mô hình - Thi t k b u khi hai bánh bám theo qu - Mô ph ng l c h ng hai bánh ng hai bánh ng o mong mu n t qu 17 1.6 Gi i h n c a lu - Ch d thu ào mô ph v qu Robot mong mu 1.7 - Lu a ra m c kinematic controller - KC) và b (sliding mode controller - SMC) cho m mong mu C H qu 1.8 N bao... trình bày u t (sliding mode controller - SMC) n không m t cách ti m c c thi t k ti m c n S này ng hai bánh bám theo qu u tiên, b nh theo yêu c u, c c n c a gió…) V i nh ng lý do trên, trong lu khi n m i mà ph i ti n v mô ph ng và minh h a hi u qu c a gi i thu t u 16 1.4 M tiêu c lu M c tiêu c ài là “ i bám theo qu Robot hai bánh dùng b cho ” C p gi m àm có nhi theo qu mong mu ên ngoài b ám mong mu Th i... hình hình h c c a robot hai bánh (g i t t là WMR ) 3.1 Mô hình hình h C u trúc c a robot bao g m: Khung xe o mong mu n 30 Hai bánh ch ng hay còn g Hai bánh ch u khi n n m u khi chi cl pb c các chuy M t bánh th phía sau xe; ng d ng c u n m nm t ng c xe, bánh này giúp cho xe cân b ng Gi thi t r ng: ng có cùng bán kính r và cách nhau m t kho ng là 2b; Tr ng tâm c a WMR n m C H Hai bánh ch m C là tâm... c c hai chi u Qu cong hay m ng cong u khi t cho các c ng h c k th p cho Robot di chuy n trong h o tham chi u trong [10] có th là m o n th ng và k t qu mô ph ình 1.16, 1.17 ng ng th ng, 14 H U TE C H Hình 1.16 Hình 1.17 * cong th tham chi à nghiên c 1.3 Nh êm ng ti p c n Qua các công trình nghiên c u cho th y vi c ng d ng các gi i thu t khác nhau i u khi n cho Robot di chuy n b ng bánh (WMR) bám theo. .. bi u di t sau khi ch m vào nó và gây hi t Hi c g i là hi hình 2.6 Do trong quá trình thi t k o pha ng qu o ng chattering i ta có s 27 d ng hàm d u sign( S ) giúp cho V 0 kh c ph c hi n H U TE C H ta thay th b ng hàm sat( S ) Hình 2.6 Hi i 28 3 N i dung: Mô hình hình h c c a robot hai bánh H U TE 3.1 ÌNH TOÁN C H XÂY D 3.2 Mô hình ng h c c a robot hai bánh 3.3 Mô hình ng l c h c c a robot hai bánh 29... 1.12 Các sai s K Robot ó th òn hi l sai s ình 1.12 7 “Sliding mode control of two –wheeled welding mobile Robot for tracking Smooth Curved welding path”, Tan Lam Chung, Trong Hieu Bui, Tan Tien Nguyen, Sang Bong Kim, KSME International Journal, Vol.18 no.7, pp.1094 – 1106, 2004.[9] 12 Trong bài báo này, b khi u khi n phi tuy t cho Robot ng vi n (WMR) hàn ph ng v i v n t m t mô hình i Robot ng l c h... WMR không k các bánh xe cùng v i a nó, mw là kh ng c a m i các bánh xe cùng v ng a nó, I w là mô-men quán tính c a m i bánh xe cùng v v i tr c bánh xe, I m là mô-men quán tính c a m i bánh xe cùng v ng kính bánh xe, I c là mô-men quán tính c a ph n thân i tr WMR không k các bánh xe cùng v ng qua m c a tr mô-men xo n c a V if R (n ng m) 1 ng tác a nó so v i tr c th ng i x ng v i tr c bánh xe ng vào c... n di n c a u khi n này làm cho các sai l ch e1, e2, e3 i v i m hàn c nh trong hình 1.13, c thì c n th i gian ti (3s) hình 1.14 V n t ng theo qu ng so v i giá tr trung bình xem hình 1.15 H U TE C H òn dao n d a trên ki Hình 1.13 Các sai l Hình 1.14 Các sai l n không nhanh o chuy ng C H 13 Hình 1.15 V Robot 8 “Sliding-Mode Tracking Control of Nonholonomic Wheeled Mobile Robots H U TE in Polar Coordinates”,... sát, l c ly tâm, mô men,… t ra là các sai s bám v trí và sai s bám t không khi th i gian t ti ng có nhi H U TE u ki n vô cùng, th là s k t h p c a b controller - KC) và b cho m t Robot t u khi ch v trí ti u khi nh c a h th nh Lyapunov Trong lu k t qu mô ph khi n t gi i thu u khi n ng h c (kinematic o mong mu n v i m t v n ng h c thi t k ch v n t c ti làm cho véc u khi n n không m t cách c ch ng minh... a toàn b h th ng thành các thành ph t cho phép tách riêng chuy n cl c th và k t qu là làm gi m s ph c t p c a ph n h i i ã tr ành lo à VSC) VSC bao g th ên t ho C H khi àk à, nh à các hàm không liên t nhi à các ngõ vào tham chi (control systems, robotics and automation – H U TE Vol XIII - Sliding Mode Control - Vadim Utkin) VSC là m ng h và các thu th b ch k à khai thác các riêng l ào t c m à không . cho Robot di đng hai bánh. - Xây dng mô hình đng lc hc cho Robot di đng hai bánh. - Thit k b điu khin trt (sliding mode control) cho Robot di đng hai bánh bám theo qu đo mong. khi Robot bám đng thng, đng cong nh hình 1.16, 1.17. HUTECH 14 Hình 1.16 Robot bám theo đng thng. Hình 1.17 Robot bám theo đng cong. * Phng này cho thy Robot bám theo. khin trt (sliding mode controller - SMC) cho mt Robot di đng hai bánh bám theo qu đo mong mun vi mt vn tc không đi. u tiên, b điu khin đng hc đc thit k đ làm cho véc t