Điều khiển robot đa hướng bám theo quỹ đạo dùng kỹ thuật điều khiển trượt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRƯỜNG AN ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ LÊ TRƯỜNG AN ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh - Tháng 4/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ LÊ TRƯỜNG AN ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh - Tháng 4/2011 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ tên: LÊ TRƯỜNG AN Ngày, tháng, năm sinh: 18-3-1973 Quê quán: Vĩnh Linh - Quảng Trị Giới tính: nam Nơi sinh: Tân Kỳ - Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 188/64/29 - Lê Đức Thọ - Phường Gò Vấp - Tp.Hồ Chí Minh Điện thoại quan: 08.38952345 Điện thoại nhà riêng: 08.39841728 Fax: Email: truonganttg@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: dài hạn tập trung Thời gian đào tạo từ 09/1995 - 07/1998 Nơi học (trường, thành phố): Trường CĐKT VinHem Pích - BQP Ngành học: Cơ khí động lực Đại học: Hệ đào tạo: không quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 - 10/2005 Ngành học: Điện tử - Viễn thông Tên đồ án tốt nghiệp: “Máy đo tốc độ vòng quay không tiếp xúc” Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2005 - ĐHBK TP.HCM Người hướng dẫn: Giảng viên Lư Công Văn III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác 10/2005 đến Khoa Tăng-Thiết giáp - Trường CĐKT VinHem Pích (nay Trường Đại học Trần Đại Nghĩa - BQP) ii Công việc đảm nhiệm Giáo viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng năm 2011 (Ký tên ghi rõ họ tên) LÊ TRƯỜNG AN iii CẢM TẠ Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - TS Nguyễn Thanh Phương, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo thuộc Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhiệt tình truyền thụ kiến thức tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin trân trọng cám ơn thầy giáo đồng nghiệp Khoa Tăng Thiết giáp, Trường Sỹ quan KTQS động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để học tập nghiên cứu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Xin trân trọng ghi nhớ chân tình, giúp đỡ bạn học, người cung cấp chia sẻ tài liệu, thông tin quý báu suốt trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn Lê Trƣờng An iv TÓM TẮT Khác với loại robot di động sử dụng bánh truyền thống, robot di động sử dụng bánh đa hướng (gọi tắt robot di động đa hướng) có ưu điểm vượt trội như: khả thay đổi vị trí định hướng linh hoạt, độ xác cao , chúng có khả dịch chuyển quay đồng thời độc lập, robot di động đa hướng thu hút nhiều ý Luận văn trình bày thuật toán điều khiển robot di động đa hướng bám theo quỹ đạo mong muốn phương pháp điều khiển trượt sau: Đầu tiên, mô hình động học robot di động đa hướng bánh trình bày mô hình động lực học với tác động lực ma sát trượt suy từ định luật thứ hai Newton Thứ hai, điều khiển bám kết hợp điều khiển động học với điều khiển động lực học kiểu trượt tích phân thực để bám theo quỹ đạo mong muốn Một véc tơ sai số bám định nghĩa điều khiển động học thiết kế để đưa véc tơ sai số bám tiệm cận không Một véc tơ mặt trượt định nghĩa dựa véc tơ sai số vận tốc bám tích phân Bộ điều khiển động lực học kiểu trượt tích phân thiết kế để đưa véc tơ mặt trượt tích phân véc tơ sai số vận tốc bám tiệm cận không Độ ổn định hệ thống đảm bảo tiêu chuẩn ổn định Lyapunov Kết mô phần mềm Matlab kèm theo để hiển thị chứng minh tính khả thi thuật toán đề xuất Từ khóa: Robot di động, robot di động đa hướng, điều khiển trượt tích phân v ABSTRACT Different from many mobile robot with conventional regular wheels, Mobile Robot with driving omnidirection wheels (Omnidirection Mobile Robot) has some advantages such as: changing position ability and flexible navigation, high accuracy , because they have the ability to move simultaneously and independently in translation and rotation So the omnidirectional mobile robot have attracted much more attention This thesis presented about controling algorithm of omnidirection mobile robot to track a desired trajectory by means of sliding control as follows: First, a kinematic modeling of the omnidirection mobile robot with three wheels is presented, and a dynamic modeling of the omnidirection mobile robot with disturbance and friction is derived based on the Newton’s second law of motion Second, a tracking controller that integrates a kinematic controller with an integral sliding mode dynamic controller of the omnidirection mobile robot with disturbance and friction is designed to track a desired trajectory A tracking error vector is defined, and a kinematic controller is designed to make the tracking error vector go to zero asymptotically An integral sliding surface vector is defined based on the velocity tracking error vector and its integral term An integral sliding mode dynamic controller is designed to make the integral siding surface vector and the tracking velocity error vector go to zero asymptotically Stability of the system is guaranteed by Lyapunov stability theory Simulation results using Matlab software is included to display and prove the feasibility of the proposed algorithm Keywords: Mobile robot, omnidirection mobile robot, integral sliding mode controller vi MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân ii Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xiii Chƣơng Tổng quan 1.1 Tổng quan robot 1.1.1 Lịch sử đời phát triển 1.1.2 Các hệ robot 1.1.3 Robot di động 1.1.4 Những xu hướng phát triển robot đại 1.1.5 Robot đa hướng 1.1.6 Các kết nghiên cứu robot đa hướng công bố 1.2 Mục tiêu khách thể đối tượng nghiên cứu 10 1.2.1 Mục tiêu 10 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu 12 1.3 Nhiệm vụ đề tài phạm vi nghiên cứu 12 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài 12 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 12 1.4 Phương pháp nghiên cứu 12 vii 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 12 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 12 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 13 1.5 Kế hoạch thực 13 Chƣơng Cơ sở lý thuyết 14 2.1 Cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov 14 2.1.1 Hệ phi tuyến điểm cân 14 2.1.2 Khái niệm ổn định 16 2.1.3 Phương pháp trực tiếp Lyapunov 20 2.1.4 Tiêu chuẩn Lyapunov phục vụ thiết kế điều khiển 24 2.2 Các hệ thống Điều khiển Robot 25 2.2.1 Điều khiển theo quỹ đạo đặt 26 2.2.2 Các hệ thống điều khiển hệ tuyến tính 27 2.2.3 Các hệ thống điều khiển hệ phi tuyến 28 2.2.4 Các phương pháp điều khiển Robot 32 2.3 Kết luận 45 Chƣơng Mô hình toán học robot di động đa hƣớng 3.1 Cấu trúc hình học giả thiết 47 47 3.1.1 Cấu trúc hình học robot di động đa hướng 47 3.1.2 Các giả thiết cho mô hình nghiên cứu 48 3.2 Mô hình toán học robot di động đa hướng 48 3.2.1 Mô hình động học 48 3.2.2 Mô hình động lực học 50 Chƣơng Điều khiển chuyển động OMR sử dụng phƣơng pháp điều khiển trƣợt 53 4.1 Giới thiệu 53 4.2 Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) thiết kế cho OMR 53 4.3 Kết luận 58 viii Chƣơng Mô 59 5.1 Đặt vấn đề 59 5.2 Kết mô 59 5.2.1 Kết mô với điều khiển có thông số thứ (I) 59 5.2.2 Kết mô với điều khiển có thông số thứ hai (II) 68 5.3 Nhận xét 75 Chƣơng Kết luận hƣớng phát triển 76 6.1 Kết luận 76 6.2 Hướng phát triển đề tài 76 Tài liệu tham khảo 77 Phụ lục A Chứng minh phương trình (3.8) 79 Phụ lục B Chứng minh phương trình (3.13) 82 Phụ lục C Chứng minh phương trình (3.14) 84 Phụ lục D Chứng minh phương trình (4.3) (4.16) 88 Phụ lục E Chương trình mô m.file 89 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT IR: Industrial Robot – robot công nghiệp PLC: Programmable Logic Controller – điều khiển logic lập trình PI: Tỷ lệ - tích phân PD: Tỷ lệ - vi phân PID: Tỷ lệ - vi phân - tích phân CCĐK: Cơ cấu điều khiển ĐTĐK: Đối tượng điều khiển OMR: Omnidirectional Mobile Robot – robot di động đa hướng KC: Kinematic Controller – điều khiển động học ISMC: Integral Sliding Mode Controller – điều khiển trượt tích phân x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Một số hình ảnh robot di động Hình 1.2 Một số dạng robot đa hướng Hình 2.1 Điểm gốc O điểm ổn định (1) điểm không ổn định (2) 17 Hình 2.2 Trạng thái hội tụ không ổn định 17 Hình 2.3 Điểm gốc O điểm ổn định tiệm cận 18 Hình 2.4 Trạng thái hội tụ không ổn định 19 Hình 2.5 Sự phân kỳ trạng thái chuyển động dọc theo đường lượng thấp 22 Hình 2.6 Sự hội tụ đến tập bất biến lớn M 23 Hình 2.7 Ứng dụng tiêu chuẩn Lyapunov để thiết kế điều khiển 24 Hình 2.8 Sơ đồ khối điều khiển vị trí Robot 25 Hình 2.9 Ổn định hệ phi tuyến 29 Hình 1.10 Điều khiển tuyến tính hình thức điều khiển phản hồi trạng thái 30 Hình 2.11 Thiết kế điều khiển 31 Hình 2.12 Bù phi tuyến 32 Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển động lực học ngược 34 Hình 2.14 Hệ thống điều khiển thích nghi theo sai lệch 36 Hình 2.15 Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình chuẩn 37 Hình 2.16 Sơ đồ khối tổng quát hệ thích nghi 38 Hình 2.17 Đối tượng điều khiển rơle vị trí 39 Hình 2.18 Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi e = 40 xi Hình 2.19 Hệ trượt với luật chuyển đổi mạch phản hồi 41 Hình 2.20 Mạch điều khiển với phản hồi nội 41 Hình 2.21 Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi S = – (y1+y2) = 42 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý điều khiển kiểu trượt 44 Hình 3.1 Cấu trúc hình học OMR 47 Hình 4.1 Định nghĩa véc tơ sai số bám 54 Hình 4.2 Sơ đồ khối cho ISMC 58 Hình 5.1 Quỹ đạo bám mô 61 Hình 5.2 Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (I) 62 Hình 5.3 Véc tơ sai số bám ep thời điểm ban đầu (I) 62 Hình 5.4 Véc tơ sai số bám ep toàn thời gian (I) 63 Hình 5.5 Véc tơ mặt trượt Sv (I) 63 Hình 5.6 Véc tơ sai số vận tốc bám ev thời điểm ban đầu (I) 64 Hình 5.7 Véc tơ sai số vận tốc ev bám toàn thời gian (I) 64 Hình 5.8 Vận tốc góc 1, 2, 3 bánh xe (I) 65 Hình 5.9 Vận tốc tuyến tính vC OMR (I) 65 Hình 5.10 Vận tốc góc C OMR (I) 66 Hình 5.11 Chuyển động OMR thời gian bắt đầu (I) 66 Hình 5.12 Chuyển động OMR toàn thời gian (I) 67 Hình 5.13 Quỹ đạo đường elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (I) 67 Hình 5.14 Quỹ đạo đường cong có dạng chữ Ω (I) 68 Hình 5.15 Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (II) 69 Hình 5.16 Véc tơ sai số bám ep thời điểm ban đầu (II) 69 Hình 5.17 Véc tơ sai số bám ep toàn thời gian (II) 70 Hình 5.18 Véc tơ mặt trượt Sv (II) 70 xii Hình 5.19 Véc tơ sai số vận tốc bám ev thời điểm ban đầu (II) 71 Hình 5.20 Véc tơ sai số vận tốc ev bám toàn thời gian (II) 71 Hình 5.21 Vận tốc góc 1, 2, 3 bánh xe (II) 72 Hình 5.22 Vận tốc tuyến tính vC OMR (II) 72 Hình 5.23 Vận tốc góc C OMR (II) 73 Hình 5.24 Chuyển động OMR thời gian bắt đầu (II) 73 Hình 5.25 Chuyển động OMR toàn thời gian (II) 74 Hình 5.26 Quỹ đạo đường elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (II) 74 Hình 5.27 Quỹ đạo đường cong có dạng chữ Ω (II) 75 xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1 Kế hoạch thực luận văn 13 Bảng 5.1 Giá trị thông số OMR 60 Bảng 5.2 Giá trị ban đầu cho mô 60 xiv Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan robot Theo trình phát triển xã hội, nhu cầu tự động hóa sản xuất, đời sống, y tế, nghiên cứu khoa học, tìm kiếm cứu nạn, trang bị lực lượng vũ trang ngày nâng cao Xu hướng tạo dây chuyền, thiết bị tự động, robot có tính linh hoạt cao hình thành không ngừng phát triển mạnh mẽ… Và nhu cầu ứng dụng robot tự động linh hoạt để phục vụ lĩnh vực nêu ngày tăng nhanh Robot cấu đa chức có khả lập trình dùng để quan sát, thám, thu thập thông tin hay để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ, vật phẩm thông qua truyền động lập trình trước điều khiển từ xa Robot thao tác người hợp tác với cách thông minh Thường robot sử dụng để thực công việc lặp lặp lại, công việc dễ gây nhàm chán ; cho kết xác, nhanh hơn, rẻ thực người Các robot sử dụng để phục vụ cho máy móc công nghiệp từ kỹ thuật đời Càng ngày ngành robot phát triển, đem lại thay đổi quan trọng sản xuất, đời sống an ninh quốc phòng Giá thành robot giảm tính năng, đa dạng gia tăng công nghệ ngày dễ sử dụng 1.1.1 Lịch sử đời phát triển Thuật ngữ Robot lần xuất năm 1921 Tiệp Khắc tác phẩm R.U.R (Rossum’s Universal Robot) nhà soạn kịch Karel Capek mang ý nghĩa người làm tạp dịch Kể từ thuật ngữ sử dụng rộng rãi Khái niệm máy tự động xuất từ lâu với viễn tưởng người máy sống Ngay sau chiến tranh giới lần thứ hai, nhiều công trình bắt đầu phòng thí nghiệm OakRidge Argome để phát triển máy khí điều khiển từ xa nhằm phục vụ phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Các cánh tay thiết kết mô cách xác chuyển động bàn tay cánh tay người Giữa năm 1950, bên cạnh cánh tay khí xuất cánh tay thuỷ lực điện từ Cũng năm này, George C.Devol thiết kế thiết bị có tên thiết bị vận chuyển có khớp nối lập trình (programmed artculated transfer device) Đây cánh tay máy mà hoạt động lập trình để thực chuỗi bước chuyển động xác định câu lệnh chương trình Phát triển xa ý tưởng trên, Devol Joseph F.Engelberger dẫn đường cho robot công nghiệp giới thiệu năm 1959 công ty Unimation Thiết bị sử dụng máy tính liên kết với tay máy nhằm dạy cho thực công việc khác cách tự động Khi robot lập trình tạo kỳ lạ tạo sức mạnh sản xuất, vào năm 1960 tất yếu, linh hoạt hệ thống robot nâng cao đáng kể thông qua hệ thống phản hồi từ sensor Tiếp H.A.Ernst công bố đời phát triển bàn tay khí điều khiển máy tính sử dụng sensor xúc giác Đây xuất robot có khả thích ứng với môi trường Vào cuối năm 1960, Mc Carthy đồng nghiệp công bố phát triển máy tính với camera vô tuyến microphone Năm 1968 Pieper nghiên cứu vấn đề động học điều khiển robot máy tính, năm 1971 Kanh Roth phân tích động lực học giới hạn điều khiển tay máy Trong suốt năm 1970, số lượng lớn công trình nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng sensor ngoại để tăng tiện lợi linh hoạt cho robot Vào thời gian công ty máy tính IBM chế tạo loại robot có sensor xúc giác sensor lực để lắp ráp máy in gồm hai mươi cụm chi tiết Một lĩnh vực nhiều phòng thí nghiệm quan tâm robot tự hành, robot di động Nhiều công trình nghiên cứu thiết kế, xây dựng tạo robot tự hành bắt chước chân người súc vật Trong thập kỷ 80 – 90, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot gia tăng, giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Ngày nay, chuyên ngành khoa học robot (robotics) trở thành lĩnh vực rộng khoa học, bao gồm việc giải vấn đề cấu trúc cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động 1.1.2 Các hệ robot Kể từ khái niệm robot đời, việc thiết kế chế tạo robot trải qua nhiều giai đoạn với nhiều hệ khác Có năm hệ robot đời kể từ năm 1960 * Thế hệ thứ nhất: Bao gồm loại robot hoạt động lặp lại theo chu trình không thay đổi Chương trình điều khiển có hai dạng: - Chương trình “cứng”, nghĩa không thay đổi không sửa trừ thay đổi phần cứng - Chương trình thay đổi thông qua panel điều khiển thông qua máy tính Các robot hệ sử dụng cấu điều khiển servo vòng hở (open-loop nonservo controlled system ) Đây hệ thống không sử dụng thông tin phản hồi từ môi trường để điều khiển robot * Thế hệ thứ hai: Robot trang bị sensor cho phép robot giao tiếp với môi trường bên Các thiết bị thực chất biến đổi lượng Nó chuyển đại lượng không điện thành đại lượng điện mà qua điều khiển robot biết trạng thái môi trường xung quanh Nhờ sensor robot chọn phương án khác cách linh hoạt nhằm thích nghi với môi trường bên Dạng robot với trình độ điều khiển gọi robot điều khiển thích nghi cấp thấp Đây gọi cấu điều khiển servo vòng kín (closedloop servo controller system) * Thế hệ thứ ba: điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) sử dụng robot với nhiều chức chuyên biệt * Thế hệ thứ bốn: khác với PLC bị giới hạn chương trình chúng, hệ robot sử dụng máy tính trang bị ngôn ngữ lập trình đặc biệt ngôn ngữ chuẩn Basic, C, C++ , để tạo nhiều ứng dụng CAD/CAM CIM chương trình không trực tuyến * Thế hệ thứ năm: Các điều khiển robot sử dụng trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) Robot trang bị kỹ thuật nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng tiếp xúc (da nhân tạo) để xử lý, định hợp lý Ngoài robot trang bị mạng Neuron giúp có khả tự học, tự xây dựng kiến thức 1.1.3 Robot di động Robot di động (robot di động, thường gọi tắt mobots) định nghĩa loại xe robot có khả dịch chuyển, vận động (có thể lập trình lại được) điều khiển tự động điều khiển xa để thực thành công công việc giao Theo lý thuyết, môi trường hoạt động robot di động đất, nước, không khí, không gian vũ trụ hay tổ hợp chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển phẳng thay đổi, lồi lõm Theo phận thực chuyển động, ta chia robot di động làm hai lớp: chuyển động chân (legged) bánh (wheeled) Trong lớp đầu tiên, chuyển động có nhờ chân khí bắt chước chuyển động người động vật (hình 1.1a,b,c) Robot loại di chuyển tốt định hình lồi lõm, phức tạp Tuy nhiên, cách phối hợp chân vấn đề giữ vững tư công việc khó khăn Lớp lại (di chuyển bánh) tỏ thực tế hơn, chúng làm việc tốt hầu hết địa hình người tạo Điều khiển robot di chuyển bánh đơn giản nhiều, gần đảm bảo tính ổn định cho robot Lớp chia làm ba loại robot: Loại chuyển động bánh xe (phổ biến - hình 1.1d,e), loại chuyển động xích (khi cần mô men phát động lớn hay cần di chuyển vùng đầm lầy, cát, băng tuyết địa hình phức tạp khác - hình 1.1f,g), loại dùng hỗn hợp bánh xe xích (ít gặp hình 1.1h) Trong việc sử dụng cấu chuyển động, bánh xe cấu chuyển động sử dụng rộng rãi công nghệ robot tự hành Vấn đề cân thường vấn đề ý nhiều robot di chuyển bánh Ba bánh kết cấu có khả trì cân nhất, nhiên kết cấu hai bánh cân Khi robot có số bánh nhiều ba thông thường người ta phải thiết kế hệ thống treo để trì tiếp xúc tất bánh xe với mặt đất Vấn đề robot loại lực kéo, độ ổn định khả điều khiển chuyển động… Tiềm ứng dụng robot di động rộng lớn Có thể kể đến robot vận chuyển vật liệu, hàng hóa tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay thư viện; robot phục vụ quét dọn đường phố, khoang chân không; robot kiểm tra môi trường nguy hiểm; robot canh gác, thám; robot khám phá không gian, di chuyển hành tinh; robot hàn, sơn nhà máy; robot xe lăn phục vụ người khuyết tật; robot phục vụ sinh hoạt gia đình Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, hạn chế chưa giải robot di động, chi phí chế tạo cao, không cho phép chúng sử dụng rộng rãi Một nhược điểm khác robot di động phải kể đến thiếu tính linh hoạt thích ứng làm việc vị trí khác S K L 0 [...]... điều khiển 24 Hình 2.8 Sơ đồ khối điều khiển vị trí Robot 25 Hình 2.9 Ổn định hệ phi tuyến 29 Hình 1.10 Điều khiển tuyến tính hình thức bằng bộ điều khiển phản hồi trạng thái 30 Hình 2.11 Thiết kế bộ điều khiển 31 Hình 2.12 Bù phi tuyến 32 Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển động lực học ngược 34 Hình 2.14 Hệ thống điều khiển thích nghi theo sai lệch 36 Hình 2.15 Hệ thống điều khiển thích nghi theo. .. Industrial Robot – robot công nghiệp PLC: Programmable Logic Controller – bộ điều khiển logic lập trình được PI: Tỷ lệ - tích phân PD: Tỷ lệ - vi phân PID: Tỷ lệ - vi phân - tích phân CCĐK: Cơ cấu điều khiển ĐTĐK: Đối tượng điều khiển OMR: Omnidirectional Mobile Robot – robot di động đa hướng KC: Kinematic Controller – bộ điều khiển động học ISMC: Integral Sliding Mode Controller – bộ điều khiển trượt tích... bộ điều khiển robot có thể biết được trạng thái của môi trường xung quanh nó Nhờ các sensor này robot có thể chọn các phương án khác nhau một cách linh hoạt nhằm thích nghi với môi trường bên ngoài Dạng robot với trình độ điều khiển này còn được gọi là robot 3 điều khiển thích nghi cấp thấp Đây gọi là cơ cấu điều khiển servo vòng kín (closedloop servo controller system) * Thế hệ thứ ba: các bộ điều khiển. .. Đối tượng được điều khiển bởi rơle 2 vị trí 39 Hình 2.18 Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi e = 0 40 xi Hình 2.19 Hệ trượt với luật chuyển đổi mạch phản hồi 41 Hình 2.20 Mạch điều khiển với phản hồi nội 41 Hình 2.21 Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi S = – (y1+y2) = 0 42 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý điều khiển kiểu trượt 44 Hình 3.1 Cấu trúc hình học của OMR 47 Hình 4.1 Định nghĩa véc tơ sai số bám 54 Hình... học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động 1.1.2 Các thế hệ robot Kể từ khi khái niệm robot ra đời, việc thiết kế và chế tạo robot đã trải qua nhiều giai đoạn với nhiều thế hệ khác nhau Có năm thế hệ robot ra đời kể từ năm 1960 * Thế hệ thứ nhất: Bao gồm các loại robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi Chương trình điều khiển có hai dạng: - Chương... Sơ đồ khối cho bộ ISMC 58 Hình 5.1 Quỹ đạo bám mô phỏng 61 Hình 5.2 Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (I) 62 Hình 5.3 Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (I) 62 Hình 5.4 Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (I) 63 Hình 5.5 Véc tơ mặt trượt Sv (I) 63 Hình 5.6 Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban đầu (I) 64 Hình 5.7 Véc tơ sai số vận tốc ev bám ở toàn bộ thời gian (I) 64 Hình... cứng - Chương trình có thể thay đổi được thông qua các panel điều khiển hoặc thông qua máy tính Các robot thế hệ này sử dụng cơ cấu điều khiển servo vòng hở (open-loop nonservo controlled system ) Đây là hệ thống không sử dụng thông tin phản hồi từ môi trường về để điều khiển robot * Thế hệ thứ hai: Robot được trang bị các sensor cho phép robot giao tiếp với môi trường bên ngoài Các thiết bị này thực... gian (I) 67 Hình 5.13 Quỹ đạo là đường elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (I) 67 Hình 5.14 Quỹ đạo là đường cong có dạng chữ Ω (I) 68 Hình 5.15 Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (II) 69 Hình 5.16 Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (II) 69 Hình 5.17 Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (II) 70 Hình 5.18 Véc tơ mặt trượt Sv (II) 70 xii Hình 5.19 Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban... Các robot đã được sử dụng để phục vụ cho các máy móc công nghiệp ngay từ khi kỹ thuật này ra đời Càng ngày ngành robot càng phát triển, nó đem lại những thay đổi quan trọng trong sản xuất, trong đời sống và trong an ninh quốc phòng Giá thành của robot đang giảm đi trong khi tính năng, sự đa dạng của nó được gia tăng và công nghệ ngày càng dễ sử dụng 1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển Thuật ngữ Robot. .. lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động hoặc điều khiển xa để thực hiện thành công công việc được giao Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot di động có thể là đất, nước, không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có thể chia robot di động làm hai lớp: