Thiết kế và điều khiển Robot 6 chân

Những năm gần đây việc nghiên cứu Robot di chuyển bằng chân đã được nghiên cứu rộng rãi trong các trường đại học, các viện nghiên cứu trên thế giới. Walking Robot là Robot có chân và di chuyển được nhờ các chân. Một số lĩnh vực có thể ứng dụng được robot có bánh, tuy nhiên, có nhiều môi trường và vùng hoạt động mà chỉ có Robot có chân mới di chuyển trên đó được như : môi trường đất đá, đồi núi, vùng lầy lội mà không thích hợp cho robot có bánh. Vì vậy, những nghiên cứu về robot có chân sẽ có những ưu điểm hơn so với robot có bánh. Trong khi nghiên cứ u các robot di chuyển theo các khớp, trên băng truyền hoặc trên các bánh xe thì robot có bánh xe dễ dàng điều khiển. Nó đạt được sự ổn định cao, dễ dàng thiết kế . Nhược điểm của nó là yêu cầu mặt phẳng nền phải bằng phẳng. Vì những lý do này, nhóm đi vào nghiên cứu về robot có chân. Robot có chân về mặt cấu trúc rất phức tạp và khó điều khiển tuy nhiên nó cũng có một số ưu điểm so vớ i các robot khác như:Robot có thể bước qua chướng ngại vật, có thể di chuyển trên địa hình phức tạp và có thể di chuyển trên bề mặt trơn. Những ưu điểm trên cho thấy tương lai robot có chân sẽ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong công tác kiểm tra, kiểm định, trong công nghiệp vũ trụ, trong phục vụ đời sống con người. Trong bài báo này sẽ đề cập tới việc nghiên cứu và phát triển giải thuật dành cho robot 6 chân.

Nghiên cứu và phát triển giải thuật điều khiển robot

6 chân Study and development of algorithm for 6-legged robot

1,aNg Văn Chiến, bNg Trường Thịnh

1Bộ môn Cơ điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Ho Chi Minh City, Việt Nam a

chiennvspkt@gmail.com, bthinhnt@hcmute.edu.vn

Tóm tắt— (Abstract)

Abstract—As robots become more sophisticated, they will

be applied to a greater range of applications, many of

which will require mobility Walking is a form of

locomotion that is gentle to the environment; and by means

of this action, it is possible to move through a variety of

environments while selecting landing points In recent

years, a great deal of research has been conducted In the

area of legged locomotion, a biped locomotion robot is

expected to bevery useful in houses and factories designed

for smooth human locomotion However, research on biped

locomotion has been Making slow progress, mainly

because of control difficulty as compared to multilegged

locomotion Thus, efforts are being made to develop

quadruped locomotion robots and six-legged robots for use

under extreme environments such as in nuclear power

plants, and on planetary surfaces Constructing a successful

six-legged robot is a challenging project and requires

special mechanical design knowledge and an extensive

on-board computer and software system to provide necessary

Keywords-Legged robot; hexapod robot; ant robot

I GIỚI THIỆU Những năm gần đây việc nghiên cứu Robot di

chuyển bằng chân đã được nghiên cứu rộng rãi trong

các trường đại học, các viện nghiên cứu trên thế giới

Walking Robot là Robot có chân và di chuyển được

nhờ các chân Một số lĩnh vực có thể ứng dụng được

robot có bánh, tuy nhiên, có nhiều môi trường và vùng

hoạt động mà chỉ có Robot có chân mới di chuyển

trên đó được như : môi trường đất đá, đồi núi, vùng

lầy lội mà không thích hợp cho robot có bánh Vì vậy,

những nghiên cứu về robot có chân sẽ có những ưu

điểm hơn so với robot có bánh Trong khi nghiên cứu

các robot di chuyển theo các khớp, trên băng truyền

hoặc trên các bánh xe thì robot có bánh xe dễ dàng

điều khiển Nó đạt được sự ổn định cao, dễ dàng thiết

kế[ ] Nhược điểm của nó là yêu cầu mặt phẳng nền

phải bằng phẳng Vì những lý do này, nhóm đi vào

nghiên cứu về robot có chân Robot có chân về mặt

cấu trúc rất phức tạp và khó điều khiển tuy nhiên nó

cũng có một số ưu điểm so với các robot khác như:

Robot có thể bước qua chướng ngại vật, có thể di chuyển trên địa hình phức tạp và có thể di chuyển trên

bề mặt trơn Những ưu điểm trên cho thấy tương lai robot có chân sẽ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong công tác kiểm tra, kiểm định, trong công nghiệp vũ trụ, trong phục vụ đời sống con người Trong bài báo này sẽ đề cập tới việc nghiên cứu và phát triển giải thuật dành cho robot 6 chân

II HÌNH DẠNG HEXAPOD:

A Hình dạng Robot

Hexapod là một Robot 6 chân Nó có thể di chuyển trên 3 chân hoặc nhiều hơn Nếu một chân bị lỗi, Robot vẫn đi bộ được Với di chuyển dạng tam giác robot 6 chân di chuyển nhanh hơn robot 4 chân Và

nó đạt được tốc độ cao khi dáng đi ổn định Tuy nhiên, dáng đi tam giác thường không ổn định hơn so với dáng đi dạng sóng Vì vậy, để tăng tính ổn định thì đòi hỏi phải có một động cơ mạnh, mômen xoắn lớn Và phải điều khiển theo từng modum Ví dụ như thay vì điều khiển tất cả các công việc trên một vi điều khiển, thì ta chia nhỏ theo từng nhóm và giao

tiếp theo chủ - tớ Hình 1 mô tả hình dạng Robot.

B Cơ cấu chân Robot

z0

x0

y0

y1

y2 x2 z2

y3 x3 z3

L4

L3 L1

L2

Trước khi thiết kế cơ cấu chân cần xem xét đến khối lượng

của Robot cũng như khối lượng của từng chân Đồng thời, một

robot có chân cần tính đến hiệu quả năng lượng và đòi hỏi ít

momen xoắn Để có được cách thức đi một cách uyển chuyển

thì các động cơ gắn trên Robot phải độc lập một cách tương

đối với nhau Vì vậy, cần chọn cơ cấu có sự ổn định và hiệu

quả năng lượng Ba động cơ servo được sử dụng trong mỗi

chân như hình 2 Các động cơ servo tại các khớp 2 và 3 có thể

xoay quanh 2 trục ngang Tuy nhiên, động cơ thứ 3 chỉ có thể

quay trên một trục thẳng đứng

C Cách đi sử dụng trong Hexapod

Chúng ta thường bắt đầu việc nghiên cứu cách đi của Robot là

từ việc nghiên cứu chuyển động trên đường thẳng Từ việc

nghiên cứu cách đi của Robot ta có thể phân tích sự ổn định,

thay đổi vị trí đặt chân và sự thay đổi vị trí đặt chân theo yêu

cầu cho phép xác định đường cong quỹ đạo của thân Để điều

khiển Robot có chân điều quan trọng là các chân Robot không

được chạm nhau, vì vậy lựa chọn cách đi là chúng ta phải

tránh các chân vướng nhau trong khi chuyển động đảm bảo

yêu cầu giữa tốc độ và sự ổn định

Có 2 cách đi mà Robot 6 chân có thể thực hiện được đó là

cách đi tam giác thay đổi và cách đi dạng sóng Mỗi cách đi

này thích hợp với mỗi loại địa hình khác nhau, với mỗi loại

địa hình chỉ có một cách di chuyển nhất định

Cách đi tam giác thay đổi: : được sử dụng cho Robot di

chuyển trên mặt phẳng với tốc độ di chuyển nhanh Robot

luôn luôn được cân bằng vì lúc nào Robot cũng có ít nhất 3

chân tiếp xúc với nền Cách đi này tạo bởi 2 pha, nâng lên bởi

3 chân sau đó chúng được hạ xuống để nâng 3 chân khác Khi

3 chân nâng lên được đẩy về sau và thân di chuyển về phía

trước và cứ như vậy các chu kỳ sau tiếp tục được mô tả như

hình 3.Đây là cách đi đơn giản và ổn định nhất của Robot 6

chân Quy luật chính của cách đi tam giác thay đổi là ta chia

các chân Robot làm 2 nhóm khác nhau nhưng thực hiện di

chuyển giống nhau ở từng nữa chu kỳ Tuy nhiên cách đi này

không phải là cách đi tối ưu dành cho Robot tĩnh định 6 chân

Cách đi dạng sóng: Di chuyển đầu tiên là ở chân cuối cùng của

1 bên Khi chân di chuyển thì thứ tự các chân bước lên phía trước lan ra như cơn sóng về phía trước của thân và tiếp tục các chân phía bên kia cũng bắt đầu từ chân phía sau cùng Điều này có nghĩa là Robot luôn có 5 chân tiếp xúc với mặt đất ở mọi thời điểm được mô tả như hình 4 Cách đi này chậm nhất so với các cách đi được giới thiệu ở các phần trên nhưng

nó có độ ổn định nhất và có thể chuyển động trên các môi trường gồ ghề phức tạp như đi trên núi và các chướng ngại vật lớn Mục đích nguyên cứu của chúng ta là Robot chuyển động thẳng với vận tốc không cao nên mục tiêu chúng ta đề ra là xem xét Robot có chân với cách chuyển động ổn định tĩnh định

3 2 1

3 2 1

3 2 1

III GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Với những vấn đề đã đề cập ở trênchúng ta đã tạo ra những đặt tính vật lý của Robot Ở đây ta coi hệ thống thần kinh của Robot chính là các mạnh điện tử điều khiển ở đây nó

xử lý tất cả các thông tin được đưa đến và ra các quyết định để điều khiển các cơ cấu chấp hành Tín hiệu điện được chuyển thành các tín hiệu xung đi vào bộ vi xử lý để xử lý các tín hiệu liên quan Sau đó bộ vi xử lý sẽ xử lý các tín hiệu này và đưa

ra các quyết định đối với môi trường xung quanh Sau đó sẽ chuyển thành tín hiệu điện làm cho các cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động Muốn Robot xử lý được tất cả các tình huống, đòi hỏi chúng ta phải có các kiến thức về lập trình và kiến thức về trí tuệ nhân tạo để tạo lập cho Robot có thể phản ứng lại với các tác động của môi trường Có 2 mức độ điều khiển trong Robot Điều khiển mức độ thấp bao gồm tất cả các cách làm cho chân di chuyển Điều khiển mức độ cao, nó sẽ điều khiển thích hợp với mọi dữ liệu của môi trường xung

quanh, ở cách điều khiển này Robot phải đáp ứng được các

yêu cầu theo các dữ liệu đưa vào từ các tín hiệu của cảm ứng

để đưa ra cách thức di chuyển thích hợp Với cách điều khiển

này bộ điều khiển này sẽ xác định cách đi thích hợp và tìm

kiếm cách thức chuyển động của mỗi chân sao cho thích hợp

Khi thiết kế Robot hồn tồn tự động chúng ta phải thiết kế

sao cho Robot phải sử dụng năng lượng sao cĩ hiệu quả nhất

Bởi vì Robot phải mang trên thân nĩ 12 động cơ, 6 cơ cấu

chân và các bộ điều khiển xử lý nếu muốn nĩ hoạt động sao

cho cĩ hiệu quả nhất Sử dụng năng lượng sao cho cĩ hiệu quả

nhất trong chuyển động của Robot cĩ chân rất khĩ đạt được

bởi vì cả 2 lực nâng thân lên và đẩy thân tiến lên phía trước

được chia đều cho các động cơ gắn trên các khớp Chúng ta

phải đảm bảo sao cho Robot cĩ chân sử dụng năng lượng sao

cho cĩ hiệu quả nhất bởi vì nĩ phải mang tất cả các khối động

cơ và điều khiển thêm vào đĩ là khối lượng của thân nếu

chúng ta sử dụng chúng như là 1 Robot tự động hồn tồn

Cách tính thích hợp về hiệu suất sử dụng năng lượng của

Robot cĩ chân ta xét tới độ cản trở đặc trưng như sau:

) ( W L

E





Với : E là năng lượng tiêu thụ trong quá trình chuyển động

W là khối lượng của Robot

L là khoảng cách di chuyển

Khi mà Robot di chuyển thẳng đứng thì độ cản trở đặc trưng là

1 Hiệu suất tồn phần của Robot di chuyển ngang với vận tốc

khơng đổi trên bề mặt cĩ ma sát cĩ hệ số cản trở là 0 Khi chân

trượt trên bề mặt thì hệ số cản trở đặc trưng là hệ số ma sát

Cách đi của người ở tốc độ bình thường cĩ hệ số đặc trưng 0,3

- 0,4 Ở phần trên ta nhận thấy ở đây cĩ khĩ cĩ thể xác định

được các tham số như khối lượng và năng lượng tiêu thụ Ở

đây ta thấy khối lượng và năng lượng chính là tải trọng và năng

lượng tiêu thụ trong quá trình di chuyển

A Phương thức đẩy thân di chuyển

Trong cách đi Robot để xác định Robot sẽ chuyển

động theo giải thuật nào chúng ta sẽ xác định các phương pháp

chuyển động của Robot mà chúng ta gọi đĩ là cách đi Đặc

điểm quan trọng của việc đi lại của Robot là phải điều khiển

được các khả năng tạo cho Robot di chuyển Cách đi là

phương pháp thơng qua các chân Robot di chuyển để tạo ra

cho thân Robot di chuyển

Giải thuật điều khiển chúng ta sẽ phát triển theo cách chuyển động của tam giác thay đổi Các chân của Robot

sẽ được chia làm 2 nhĩm Nhĩm chân thứ nhất bao gồm các chân PA, TB, PC Các chân cịn lại là nhĩm chân thứ hai Cĩ 2 phương án để tạo chuyển động của chân là: Các chân trụ sẽ sẽ cố định điểm đặt chân và xoay động cơ

1 về phía sau sẽ làm cho thân Robot bị đẩy về phía trước với cách chuyển động này động năng và thế năng của Robot là hằng số Và các chân trụ sẽ cố định và các động

cơ 1, 2 và 3 sẽ cùng chuyển động sao cho quỹ đạo chuyển động của trọng tâm Robot là đường thẳng Cịn với cách chuyển động này thì động năng và thế năng của

Robot sẽ thay đổi theo từng vị trí của trọng tâm sao cho đảm bảo cơ năng bảo tồn

Robot cĩ 6 chân và mỗi chân được điều khiển bởi 3 động

cơ Chúng ta gọi các động cơ xoay thẳng đứng tại trục 1 để thân hoặc chân tiến lên trước hoặc lùi về phía sau ta gọi là động cơ 1 và các động cơ để nâng chân lên hoặc hạ chân xuống ta gọi là động cơ 2, 3 Nếu chân vuơng gĩc với thân thì ta cĩ giá trị 1 là 0 Nếu chân tiến về phía trước ta

cĩ gĩc 1 là dương và lùi về phía sau là âm Giá trị gĩc 2,

3 là 0 khi nằm ngang và dương nếu các chân cách xa nền

B Giải thuật chuyển động thẳng

Giải thuật điều khiển được phát triển theo cách đi tam giác thay đổi Các chân của Robot được chia ra làm 2 nhĩm chân : các chân PA, PC, TB thuộc nhĩm thứ nhất cịn các chân cịn lại thuộc nhĩm hai Giải thuật điều khiển được đưa ra như sau : Đầu tiên Robot ở trạng thái ban đầu Bắt đầu chuyển động các chân nhĩm chân thứ nhất được nâng lên 1 gĩc 2,

3 khỏi mặt đất Sau đĩ các chân nhĩm chân thứ hai xoay về sau với gĩc quay -1 thì thân sẽ di chuyển về phía trước Ngay sau đĩ các chân của nhĩm chân thứ nhất sẽ xoay ngược về hướng mà nhĩm chân thứ hai xoay một gĩc 1 Lúc này nhĩm chân thứ hai đang cách mặt đất một khoảng sẽ được hạ xuống bằng cách xoay động cơ một gĩc -2, -3 xuống vị trí mới Sau khi tất cả các chân động cơ đều chạm đất thì nhĩm chân thứ 2 được nâng lên một gĩc 2, 3 Xoay nhĩm chân thứ nhất

1 gĩc -1 thân Robot sẽ tiếp tục di chuyển lên Nhĩm thứ 2 sẽ xoay và hạ chân xuống vị trí mới Như vậy lúc này các chân Robot trở lại vị trí ban đầu và Robot đã di chuyển được 2 bước Vị trí cuối cùng được thực hiện bằng cách thực hiện các Động năng và thế năng là hằng số

Trạng thái có động năng nhỏ nhất và thế năng lớn nhất

Trạng thái có động năng lớn nhất và thế năng nhỏ nhất

bước như trên.

Giải thuật điều khiển Robot

chuyển động thẳng

Trang thái ban đầu

Nâng nhóm chân thứ nhất

Xoay nhóm chân thứ 2 về

phía sau Xoay nhóm chân

thứ nhất tiến lên phía trước

Hạ nhóm chân thứ nhất

Nâng nhóm chân thứ hai

Xoay nhóm chân thứ nhất

về phía sau xoay nhóm

chân thứ hai về phía trước

Hạ nhóm chân thứ hai

Vì chúng ta xét Robot có 6 chân hoạt động trên mặt

phẳng có độ nghiêng không lớn theo phương án chuyển

động cách đi tam giác với quỹ đạo chuyển động là đường

thẳng nên quỹ đạo của hệ trục ai chính là quỹ đạo của

trọng tâm Robot Để cho trọng tâm di chuyển 1 đoạn y

theo trục y thì quỹ đạo chuyển động của hệ trục bi của

chân cũng là y Chúng ta xét Robot chuyển động thẳng

giả sử các góc ban đầu của chân là góc vẫy 10 và góc

nâng chân là 20 như vậy để chân chuyển động tạo ra quỹ

đạo chuyển động của thân nằm trên đường thẳng thì :

2 cos

cos cos

1

10 









Để độ dịch chuyển theo phương ngang bằng không :

1

.

2 10 20









c

c c

Để Robot di chuyển một đoạn S với n chu kỳ bước thì :

1 2 2 1 2 2

2 L n c s n L c10c20tg













20

10 2

1







c c n

S arctg















2

1 2

k

k arctg

1

. 20

10







c

c c

k 

Số bước di chuyển của Robot phải thỏa mãn điều kiện sau khi góc min < 1 < max :

min 20

10 max

20

2

S n

tg c c L n

S





Vì 1và 2 là 2 hàm nghịch biến theo thời gian Theo sơ đồ chuyển động thì để Robot di chuyển lên thì góc 1 giảm thì 2 tăng và để Robot di lùi thì góc 2 giảm thì 1 tăng

thẳng

Khi 3 chân Robot chạm nền và bắt đầu đẩy thân tiến lên phía trước thì cá góc quay vẫy và nâng chân phải quay với lượng góc như nhau để tạo ra chuyển động thẳng Với cách chuyển động này thân Robot sẽ nhấp nhô như vậy thế năng sẽ thay đổi Khi động cơ xoay với vận tốc 1thì vận tốc của động

cơ nâng sẽ phụ thuộc vào vận tốc góc của động cơ nâng như sau :

2

1 1 2

k c

k tg













V



Để điều khiển Robot cĩ hiện thời 3 chân tiếp xúc với mặt đất

chuyển động về phía trước mà chỉ cần điều khiển động cơ vẫy

như vậy thì thế năng của hệ là hằng số ta phải bố trí các chân

Robot như sau để tạo chuyển động cùng một phía như hình vẽ

dưới:

Hình 10 Cách sắp xếp các chân sao cho động năng và thế năng là hằng số

Khi thiết kế để đẩy chân lên hoặc đưa thân tiến lên phía trước

thì các chân vẫy về phía trước và phía sau Điều này làm cho

thân tiến 1 đoạn ngang so với tâm và đường chuyển động

thẳng

Ta cĩ gĩc vẫy là 1 và bán kính gĩc vẫy là

L2.cos2 vậy ta cĩ chiều dài chuyển động của 1 chu kỳ là:

L = L2 cos2

Và độ lệch ngang là : L = L2 (1 - cos1)

Dựa vào gía trị lệch ngang ta nhận thấy nếu sau 1 chu kỳ thì

độ lệch ngang theo giải thuật chúng ta đưa ra là bằng 0

Để mà xác định vị trí của tâm Robot, tất cả các vị trí và điều

kiện ban đầu của Robot phải được biết Như vậy từ vị trí cuối

cùng mà Robot muốn hướng đến cĩ thể biết nếu chúng ta biết

được số bước mà Robot phải chuyển động Nếu tất cả các

bước đều giống nhau thì ta chỉ cần tính tốn một bước đầu rồi

nhân với số bước ra vị trí cuối cùng của Robot Với phương

thức chuyển động này Robot sẽ di chuyển trên đường thẳng

Cịn trong trường hợp Robot chuyển động với các bước khác

nhau thì ta cĩ Robot sẽ chuyển động nghiêng một gĩc tuỳ

thuộc vào sự chênh lệch của các bước với nhau Lúc này tính

tốn động học ta sẽ tính tốn với từng bước rồi suy ra vị trí

tâm của Robot lúc bấy giờ

Ban đầu chúng ta phải xác định các thơng số ban đầu của

Robot Trước khi thân Robot di chuyển chúng ta phải phân

tích động học để tìm vị trí chân và bàn chân Lúc này khi chân

được nâng lên, xoay và bước xuống Do vậy để xác định bài

tốn phân tích động học nghịch để tìm vị trí mới của thân sau

khi thân đã di chuyển Vì mối liên hệ giữa tâm Robot và vị trí chân là cố địnhdo vậy khi tân Robot chuyển động thơng qua các thơng số liên hệ giữa chân và tâm ta cĩ thể xác định vị trí mới của tâm Robot Sau đĩ vị trí chân được tìm sẽ được thêm vào các thơng số của toạ độ điểm tham chiếu

C Điều khiển Robot ở mức độ thấp theo chương trình:

Điều khiển chuyển động của Robot thì khơng chỉ là vấn đề điều khiển chuyển động của 1 chân nào mà là sự kết hợp việc điều khiển kết hợp chuyển động của các chân theo một quy luật chuyển động nào đĩ Nĩ cũng giống như việc điều khiển nhiều cơ cấu tay máy chuyển động theo 1 quy luật nhất định và cùng chịu vật tải chính là thân của nĩ và các động

cơ mà nĩ mang trên người Trong trường hợp đối với Robot cĩ chân, các chân được xem như là cơ cấu tay máy được gắn với

bệ là thân cĩ lúc di chuyển cĩ lúc cố định Chúng ta đã rút ra nhiều phương pháp chuyển động của Robot từ những hoạt động của động vật trong thiên nhiên Trong những trường hợp đặt biệt ta phải lập trình sẵn cho Robot để hoạt động cĩ hiệu quả trong nhiều mơi trường khác nhau Trong trường hợp chuyển động tĩnh định điều khiển chuyển động của các cơ cấu chân là chính Thơng qua các bài tốn tính tốn động học thuận của các chân chúng ta cĩ thể điều khiển chuyển động của Robot theo ý mình Điều khiển chuyển động của chân là ta

sẽ phân phối chuyển động của các chân và xác định điểm chân đặt trên nền tuỳ theo từng địa hình Điều khiển chuyển động của thân chính xác và hợp lý cho các bậc tự do của thân đây là

1 trong những yêu cầu chính của việc thiết kế phần điều khiển Robot

Hệ thống điều khiển của Robot di chuyển theo đường thẳng

được thực hiện theo sơ đồ hình 7 Đầu tiên chúng ta sẽ đưa

vào các giá trị tọa độ theo yêu cầu từ đây dựa vào phân tích động học nghịch sẽ tìm được gía trị yêu cầu của các động cơ

1i, 2i của các chân tức là các gĩc nâng và các gĩc xoay điều khiển các động cơ của các nhĩm chân Với các cảm biến gĩc quay sẽ cho ta giá trị thực tế của các cơ cấu chấp hành tức gĩc

*1i, *2i từ các giá trị này ta cĩ thể tìm được vị trí của thân Robot so với hệ trục tham chiếu như vậy ta cĩ giá trị sai số giữa thực tế và lý thuyết từ đây ta sẽ đưa gía trị điều khiển đúng như thực tế

Hình 11 Sơ đồ điều khiển Robot theo chương trình

Trên đây chúng ta đưa ra cách điều khiển Robot theo vị trí tuy nhiên để điều khiển chính xác chúng ta sử dụng phương thức điều khiển Robot theo lực – moment Chúng ta tính vectơ

X Y

X Y

X

Y Y

X Y

X Y

Y X

Y X

X Y

B

B

B A B

CG

X

Y A

A Y

X

X

A Y Y A

X

X Y Zthânthân

thân

học nghịch

2i

Bộ đếm xung Phân tích động

thân thân thân Z Y

X

1i

Hệ thống đại khuếch

M

*

*

*

moment  từ các giá trị yêu cầu của vị trí Robot dựa trên giải

thuật điều khiển Các cảm biến góc quay của Robot cho phép

bộ điều khiển đọc vectơ vị trí khớp  và vận tốc khớp 

Robot chúng ta đưa ra là Robot 6 chân mỗi chân có 3 bậc tự

do như vậy chúng ta điều khiển dựa trên mô hình động học

Lagrange để tính toán môment lực điều khiển cho phép tính

toán lực tương quan giữa các khớp động và dùng mối liên hệ

phản hồi để xác định phần moment lực hiệu chỉnh sao cho

chuyển động của Robot như yêu cầu Chúng ta sử dụng

phương trình động lực học để tính moment dành cho quỹ đạo

di chuyển Chúng ta đưa ra các giá trị

i i i i

i

i, 2 1 , 2 , 1 , 2

toán moment cần thiết điều khiển Robot theo phương trình

động học sau:











































i

i i

i G i

i i i C i i i i B i

i i

i

M

2

1 2

, 1 2

1 2 , 1 2

1 2 , 1 2

0

0 1

2

,

2













































Việc tính toán moment này dùng để điều khiển dòng điện tạo

chuyển động cho Robot theo yêu cầu Nếu mô hình động lực

học chính xác và đúng, không bị nhiễu thì chuyển động của

Robot đúng như yêu cầu đề ra

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC:

Hình 12 Kết quả đạt được với đường đi cho trước

Chúng tôi đã đưa ra cơ cấu 3 bậc tự do vững chắc và phương pháp di chuyển thẳng của Robot Tính mới lạ của phương pháp này đưa ra các giải thuật điều khiển cụ thể áp dụng cho Robot

có chân Thuật toán này sẽ khắc phục được những thiếu xót trong quá trình chuyển động của Robot 6 chân nói riêng và Robot có chân nói chung

Tài liệu tham khảo:

2 1

1 1

3 1

4 1 5

- Walking Hexapod Robot in Disaster Recovery:

Developing Algorithm for TerrainNegotiation and Navigation

Mohiuddin Ahmed, M R Khan, Md Masum Billah and Soheli

Farhana

International Islamic University Malaysia (IIUM), Malaysia

- Thiết kế chế tạo Robot 6 chân

Nguyễn Mạnh Hiển, Trần Mạnh Hùng

Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, Việt Nam

- Katsuhiko I and Hisato K., “Adaptive Wave Gait for

Hexapod Synchronized Walking

“-Hosei University, Kaj ino-cho, Koganei, Tokyo 184, JAPAN

- Ozguner, S I Tsai and R B McGhee, “An approach to the use of terrain-preview information in rough-terrain locomotion

by a hexapod walkin, achine,” Int J Robotics Res., vol 3, no

2, pp 134- 146, Summer 1984

- Nonami K, Huang QJ, Komizo D, Shimoi N, Uchida H Humanitarian mine detection six-legged walking robot In: Proceedings of the third international conference on climbing and walking robots; 2000 p 861–8

- P Gonzalez de Santos and M.A Jimenez, Generation of discontinuous gaits for quadruped walking machines, J Robot Syst 12 (9) (1995), pp 599–611

- R B McGhee and G I Iswandhi, “Adaptive locomotion of

a multilegged robot over rough terrain,”IEEE Trans Syst Man Cybem., vol SMC-9, no.4, pp 176-182, Apr 1979

1 1