TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ước lượng vị trí và hệ thống điều khiển chuyển động robot di động ĐÀO QUANG THẮNG dqthang tdh@gmail com Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ước lượng vị trí hệ thống điều khiển chuyển động robot di động ĐÀO QUANG THẮNG dqthang.tdh@gmail.com Ngành: Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Mạnh Tiến Viện: Điện HÀ NỘI, 11/2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131748221000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ước lượng vị trí hệ thống điều khiển chuyển động robot di động ĐÀO QUANG THẮNG dqthang.tdh@gmail.com Ngành: Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Mạnh Tiến Viện: Điện HÀ NỘI, 11/2019 Chữ ký GVHD SĐH.QT9.BM11 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Đào Quang Thắng Đề tài luận văn: Ước lượng vị trí hệ thống điều khiển chuyển động robot di động Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển va tự động hóa Mã số SV : CA170335 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2019 với nội dung sau: - Sửa lỗi tả luận văn số công thức - Chỉnh sửa, thống ký hiệu thuật tốn Laplace - Làm rõ hình vẽ trích dẫn nguồn gốc (Trang 36, 37) - Sửa lại lưu đồ thuật tốn tính tốc độ bánh xe hình 4.4 (Trang 45) - Bổ sung thêm kết kiểm chứng mơ vị trí xe tính tốn vị trí xe thực hình 5.11, hình 5.12, hình 5.13 (Trang 52, 53) Ngày 11 tháng 11 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học, mơn Tự Động Hóa Xí Nghiệp Công Nghiệp thuộc trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2019 Học viên Đào Quang Thắng LỜI CAM ĐOAN Bằng kiến thức học giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Mạnh Tiến, giảng viên Viện Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi cố gắng để hoàn thành thời hạn mục tiêu đặt Tuy nhiên, kiến thức cịn hạn hẹp, việc tìm tài liệu khó khăn thời gian có hạn nên chắn khó tránh khỏi sai sót Tơi mong thầy, Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ góp ý để tơi hồn thiện tốt đề tài Tơi xin cam đoan luận văn thực hướng dẫn TS Nguyễn Mạnh Tiến, kết nghiên cứu đánh giá cách khách quan xác Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng có vấn đề quyền tác giả Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2019 Học viên Đào Quang Thắng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG 1.1 Khái niệm robot di động 1.2 Phân loại robot di động 1.3 Mơ hình robot hai bánh xe CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Cơ sở lý thuyết động học robot di động hai bánh xe 2.1.1 Giới thiệu robot di động khung tọa độ 2.1.2 Ràng buộc động học robot di động 2.2 Mơ hình động học robot di động 13 2.3 Mơ hình động lực học robot di động 17 2.4 Mơ hình động lực học robot di động xét đến cấu chấp hành 26 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 30 3.1 Đặt vấn đề 30 3.2 Một số phương pháp điều khiển chuyển động xe tự hành 31 3.2.1 Thuật toán điều khiển tính tốn mơ men 31 3.2.2 Thuật tốn điều khiển phản hồi tuyến tính 32 3.3 Xây dựng thuật toán điều khiển 34 3.3 Xác định vecto sai lệch vị trí, tốc độ bánh xe 37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG VỊ TRÍ 40 4.1 Khái quát 40 4.2 Xây dựng thuật toán tính tốn ước lượng vị trí xe 42 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 44 5.1 Mơ kiểm chứng tính tốn tốc độ bánh xe vị trí xe 44 5.1.1 Mơ hình mơ điều khiển 44 5.1.2 Mơ hình mô động chiều 45 5.1.3 Mơ hình mơ động lực học – động học xe 45 5.1.4 Mô hình mơ khâu nhận dạng 46 5.1.5 Sơ đồ mô hệ thống 47 5.2 Mô hệ thống điều khiển vị trí tốc độ bánh xe 52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 P1 Thông số kỹ thuật xe động 58 P2 Mô quĩ đạo bánh xe 59 P3 Mô điều khiển 59 P4 Mơ mơ hình động 60 P5 Mơ mơ hình động lực học – động học xe 61 P6 Mơ mơ hình tính tốn ước lượng vị trí dùng encoder 63 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng việt C cos S sin PD Thuật toán điều khiển tỷ lệ - vi phân PID Thuật toán điều khiển tỷ lệ - tích phân – vi phân PWM Điều chế độ rộng xung i DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Robot di động dân dụng Hình 1.2 Robot di động y tế - dịch vụ Hình 1.3 Robot di động cơng nghiệp Hình 1.4 Robot di động quân Hình 1.5 Robot di động thám hiểm không gian vũ trụ Hình 1.6 Sơ đồ khối mơ hình robot sử dụng luận văn Hình 2.1 Hệ tọa độ gốc hệ tọa độ robot Hình 2.2 Biểu diễn robot hệ tọa độ Hình 2.3 Ràng buộc chuyển động quay túy bánh xe robot 11 Hình 2.4 Mơ hình động học robot 17 Hình 2.5 Sơ đồ động điện chiều nam châm vĩnh cửu 26 Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc xe tự hành 29 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển 30 Hình 3.2 Biểu diễn robot hệ tọa độ 33 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phản hồi tuyến tính xe 34 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển xe 39 Hình 4.1 Encoder tương đối 40 Hình 4.2 Đồ thị xung kênh A B encoder 41 Hình 4.3 Sơ đồ ước lượng vị trí sử dụng encoder 42 Hình 4.4 Lưu đồ tính tốc độ bánh xe 43 Hình 5.1 Sơ đồ mơ điều khiển 45 Hình 5.2 Sơ đồ mơ mơ hình động chiều 45 Hình 5.3 Sơ đồ mơ mơ hình động lực học – động học xe 46 Hình 5.4 Sơ đồ mơ mơ hình tính tốn ước lượng vị trí xe 46 Hình 5.5 Sơ đồ mơ tính tốn tốc độ bánh xe dùng encoder 47 Hình 5.6 Sơ đồ mơ kiểm chứng khâu tính tốn tốc độ bánh xe 47 ii Hình 5.7 Kết mơ so sánh vị trí góc quay bánh phải 48 Hình 5.8 Kết mơ so sánh vị trí góc quay bánh trái 49 Hình 5.9 Kết mơ so sánh tốc độ góc quay bánh trái 49 Hình 5.10 Kết mơ so sánh tốc độ góc quay bánh phải 50 Hình 5.11 Kết mơ kiểm chứng vị trí xe theo tọa độ X 50 Hình 5.12 Kết mơ kiểm chứng vị trí xe theo tọa độ Y 51 Hình 5.13 Kết mơ kiểm chứng vị trí góc quay 51 Hình 5.14 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển vị trí tốc độ bánh xe 52 Hình 5.15 Kết mơ góc quay bánh trái 53 Hình 5.16 Kết mơ so sánh góc quay bánh phải 53 Hình 5.18 Kết mơ so sánh tốc độ góc quay bánh trái 54 Hình 5.18 Kết mơ tốc độ góc quay bánh phải 55 Hình P1.1 Sơ đồ mơ quĩ đạo bánh xe 59 Hình P1.2 Sơ đồ cấu trúc mơ hình động chiều 61 iii