Phát triển các thuật toán thông minh điều khiển chuyển động của hệ thống robot dạng tay máy đôi

BáGI ODệCV OT O TRìNG I HC B CH KHOA H NáI * LìU TH HU PH TTRI NC CTHU TTO N TH˘NG MINH I U KHI N CHUY N áNG CếA H THăNG ROBOT D NG TAY M Y ˘I LU N NTI NS KßTHU T I UKHI NV H Nºi - 2021 TÜ ¸NGH´A B¸GI ODƯCV OT O TRìNG I HC B CH KHOA H NáI * LìU THÀ HU PH TTRI NC CTHU TTO N TH˘NG MINH I U KHI N CHUY N áNG CếA H THăNG ROBOT D NG TAY M Y ˘I Ng nh: Kÿ thut M s: 9520216 LU N NTI NS KòTHU T iãu khin v tỹ I UKHI NV NGìI HìNG D N KHOA H¯C PGS TS NGUY N PH M THƯC ANH TS D×ÌNG MINH ÙC H Nºi - 2021 ºng hâa TÜ ¸NGH´A L˝I CAM OAN Tỉi xin cam oan Ơy l cổng trnh nghiản cứu ca tổi dữợi sỹ hữợng dÔn ca PGS TS Nguyn Phm Thửc Anh v TS D÷ìng Minh øc C¡c k‚t qu£ tr…nh b y lu“n ¡n l trung thüc v ch÷a tłng ÷ỉc c¡c t¡c gi£ kh¡c cỉng bŁ C¡c thỉng tin trch dÔn lun Ăn l chnh xĂc, ữổc ch rê nguỗn gc H Ni, ng y thĂng 11 nôm 2021 Nghiản cứu sinh Ngữới hữợng dÔn khoa håc L÷u Thà Hu‚ PGS.TS Nguy„n Ph⁄m Thưc Anh TS D÷ìng Minh øc i L˝IC MÌN Lu“n ¡n ÷ỉc ho n th nh t⁄i Bº mæn Tü ºng hâa cæng nghi»p vi»n i»n, tr÷íng ⁄i håc B¡ch Khoa H Nºi, dữợi sỹ hữợng dÔn tn tnh, chu Ăo, y trĂch nhi»m cıa PGS.TS Nguy„n Ph⁄m Thưc Anh v TS D÷ìng Minh øc T¡c gi£ xin b y tä lỈng bi‚t ìn s¥u s›c ‚n cỉ Nguy„n Ph⁄m Thưc Anh v thy Dữỡng Minh ức cÊm thĐy rĐt may mn v vinh dỹ nhn ữổc sỹ du dt, hữợng dÔn ca thy trản ữớng nghiản cứu khoa hồc TĂc giÊ cụng xin ữổc gòi lới cÊm ỡn sƠu sc tợi TS Nguyn Danh Duy v TS Vê Duy Th nh, gi£ng vi¶n bº mỉn Tü ºng hâa cỉng nghi»p Vi»n i»n, ⁄i håc B¡ch khoa H nºi ¢ ln giúp ù phn xƠy dỹng thỹc nghiằm, cụng nhữ m⁄ch o cho lu“n ¡n T¡c gi£ xin tr¥n trång gòi lới cÊm ỡn n Ban GiĂm hiằu, Phặng o to, Ban l Ânh o Viằn iằn, Trữớng i hồc B¡ch Khoa H Nºi, °c bi»t l c¡c thƒy cæ gi¡o Bº mỉn Tü ºng hâa cỉng nghi»p ¢ luổn giúp ù, ng viản, to mổi trữớng hồc nghi¶n cøu thu“n lỉi cho t¡c gi£ T¡c gi£ xin ÷ỉc b y tä lỈng bi‚t ìn ‚n Ban Gi¡m hiằu trữớng i hồc iằn lỹc, cĂc anh ch ỗng nghi»p cỉng t¡c t⁄i Khoa Kÿ thu“t i»n, Tr÷íng ⁄i hồc iằn lỹc  luổn to iãu kiằn thun lổi, gióp ï v ºng vi¶n t¡c gi£ suŁt qu¡ tr…nh håc t“p v nghi¶n cøu Líi c£m ìn sau còng, t¡c gi£ xin d nh cho gia …nh, nhœng ngữới luổn yảu thữỡng, chia sÃ, ng viản tĂc giÊ vữổt qua khõ khôn ho n th nh lun ¡n Nghi¶n cøu sinh ii Mưc lưc Líi cam oan i Líi c£m ìn ii Danh möc c¡c chœ vi‚t t›t vi Danh möc c¡c k‰ hi»u to¡n håc vii Danh möc c¡c h…nh v‡ x Danh möc c¡c b£ng bi”u xi Mð ƒu Ch÷ìng T˚NG QUAN V C C PH×ÌNG PH P I U KHI N CHO H THăNG ROBOT D NG TAY M Y ˘I 1.1 TŒng quan v• h» thŁng robot d⁄ng tay m¡y ỉi v øng döng 1.2 TŒng quan c¡c cổng trnh nghiản cứu vã phữỡng phĂp iãu khin hằ thŁng robot d⁄ng tay m¡y æi 1.2.1 C¡c ph÷ìng ph¡p i•u khi”n cì b£n 10 1.2.2 CĂc phữỡng phĂp iãu khin nƠng cao 13 1.3 Bº quan s¡t 15 1.4 K‚t lu“n ch÷ìng 16 Chữỡng áNG HC V ¸NG LÜC H¯C CÕA H TAY M Y ˘I 17 2.1 Nguyản lỵ cĐu to v l m viằc cıa h» tay m¡y æi 17 2.2 C¡c r ng buc hnh hồc gi liản lc gia khƠu tĂc ng cui ca robot vợi i tữổng 18 2.2.1 MŁi quan h» gia tay mĂy thứ nhĐt v i tữổng 18 2.2.2 MŁi quan h» giœa tay m¡y thø hai v Łi t÷ỉng 19 2.2.3 MŁi quan hằ ga v tr ca i tữổng v khƠu tĂc ºng cuŁi cıa c¡c tay m¡y 20 2.3 ºng lüc håc cıa h» thŁng 20 2.3.1 ºng n«ng cıa h» thŁng 21 2.3.2 Th‚ n«ng cıa h» thŁng 23 2.3.3 Ph÷ìng tr…nh ºng lüc håc cıa h» thŁng 24 2.4 K‚t lu“n ch÷ìng 30 Ch÷ìng THI T K I U KHI N CÌ B N CHO H TAY M Y ˘I 31 3.1 Thi‚t k‚ bº i•u khi”n cho tay m¡y ổi sò dửng nguyản lỵ xp chỗng 3.1.1 iãu khin lüc cho h» tay m¡y æi iii 31 32 3.1.2 i•u khi”n gâc xoay cıa Łi t÷ỉng 34 3.1.3 iãu khin v tr ca i tữổng 36 3.1.4 Mæ phäng h» tay m¡y ỉi dịng bº i•u khi”n theo nguyản lỵ xp chỗng 39 3.2 Thi‚t k‚ i•u khi”n cho h» tay m¡y ỉi düa tr¶n mỉ h…nh quan s¡t GPI 43 3.2.1 Thi‚t k‚ bº quan s¡t GPI cho h» tay m¡y æi 43 3.2.2 PhƠn tch kàp n nh i tữổng bi robot tay m¡y æi 45 3.2.3 Mæ phäng bº i•u khi”n cho h» tay m¡y ỉi dịng bº quan s¡t GPI 48 3.3 K‚t lu“n ch÷ìng 52 Ch÷ìng NGHI N CÙU I U KHI N TH˘NG MINH CHO H TAY MY ˘I 54 4.1 i•u khi”n th‰ch nghi cho hằ tay mĂy ổi sò dửng mng noron xuyản t¥m 54 4.1.1 Thu“t to¡n i•u khi”n 54 4.1.2 Thi‚t k‚ m⁄ng noron RBF 59 4.1.3 X¥y düng lu“t c“p nh“t trång sŁ 61 4.1.4 Mæ phäng ki”m chøng 62 4.2 i•u khi”n th‰ch nghi lai lüc/ tr‰ 66 4.2.1 Thi‚t k‚ lüc tĂc ng lản i tữổng 66 4.2.2 i•u khi”n lai lüc/ tr‰ 67 4.2.3 Mỉ phäng ki”m chøng tr¶n Matlab/Simulink 68 4.3 iãu khin thch nghi lai lỹc/v tr sò dửng b quan s¡t th‰ch nghi 73 4.3.1 Thi‚t k‚ bº quan s¡t th‰ch nghi 73 4.3.2 i•u khi”n th‰ch nghi lai lüc/và tr‰ düa tr¶n bº quan s¡t th‰ch nghi noron 76 4.4 K‚t lu“n ch÷ìng 90 Ch÷ìng THÜC NGHI M 92 5.1 Thi‚t k‚ v ch‚ t⁄o mæ h…nh thüc nghi»m tay m¡y æi 92 5.2 ºng lüc håc h» tay m¡y ỉi - Łi t÷ỉng thüc nghi»m 94 5.3 Mổ phọng vợi tay mĂy ổi i tữổng, mØi tay m¡y câ hai b“c tü 95 5.4 C§u tróc v ho⁄t ºng cıa h» thŁng thüc nghi»m 101 5.4.1 C¡c thi‚t bà phƒn cøng 102 5.4.2 Phƒn m•m i•u khi”n 102 5.4.3 Board k‚t nŁi 103 5.5 Mæ h…nh thüc nghi»m to n bº h» thŁng 104 5.6 Thß nghi»m h» thŁng 104 5.6.1 i•u khi”n hØn hỉp lüc v tr‰ Łi t÷ỉng chuy”n ºng theo trưc x 105 5.6.2 i•u khi”n hØn hỉp lüc v tr‰ Łi t÷ỉng chuy”n ºng theo trưc y 107 5.6.3 iãu khin hỉn hổp lỹc v hữợng ca i t÷ỉng 108 5.6.4 i•u khi”n hØn hỉp lüc, tr‰ chuy”n ºng theo trửc x v hữợng ca i tữổng 109 iv 5.6.5 i•u khi”n hØn hỉp lüc, v tr chuyn ng theo trửc y v hữợng ca Łi t÷ỉng 110 5.6.6 i•u khi”n hØn hỉp lüc, tr‰ chuy”n ºng theo trưc x v trưc y cıa Łi t÷ỉng 111 5.7 K‚t lu“t ch÷ìng 112 K‚t lu“n chung cıa lu“n ¡n 114 Danh mưc c¡c cỉng tr…nh khoa håc 116 T I LI U THAM KH O .117 Phö löc 127 v DANHMệCC CCHVI TT T Kỵ hiằu vi‚t t›t Ti‚ng Anh Ti‚ng Vi»t K Control i•u khi”n GPI T¿ l» t‰ch ph¥n tŒng qu¡t GA Generalized Proportional Integral Genetic Algorithm NN Neural network M⁄ng noron DOF Degrees of freedom B“c tü RBFNN Radial basis function neural Mng noron xuyản tƠm network Radial basis function Xuyản tƠm RBF SOSMC Thut toĂn di truyãn iãu khin trữổt bc hai FFNN Second-order sliding mode control Model-reference adaptive control Feedforward neural network NAO Neuro-adaptive observer Quan s¡t th‰ch nghi noron MRAC vi i•u khi”n th‰ch nghi tham chi‚u mỉ h…nh Mng noron truyãn thflng DANH MệC C C Kị HI U TO N H¯C TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Kỵ hiằu qi s fi i ij (:) : (:) T b (:) (:) : + e P ( :) (:) k(:)k " Ks; g , I tr( ) diag( ) sgn( ) Mæ t£ Gâc quay cĂc khợp ca tay mĂy thứ i Mt trữổt Lỹc vuổng gõc vợi bã mt i tữổng Lỹc song song vợi bã mt i tữổng Gõc khợp thứ j ca tay m¡y thø i Gâc xoay cıa Łi t÷ỉng Sai sŁ gâc xoay cıa Łi t÷ỉng Sai sŁ Mỉ men tĂc ng lản cĂc khợp Tham s, h m ữợc l÷ỉng Ma tr“n chuy”n Ma tr“n nghàch £o Ma trn giÊ Êo Sai s ữợc lữổng Tng o h m c§p ⁄o h m c§p Chu'n Sai sŁ x§p x¿ Ma tr“n tham sŁ Tham sŁ bº iãu khin Gia tc trồng trữớng g = 9; 8m=s ành ngh¾a Ma tr“n ìn V‚t cıa ma trn Ma trn ữớng cho H m dĐu vii