4. CHƢƠNG IV ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1.1 Phƣơng án điều khiển
Trong khuôn khổ luận văn này, chuyển động của robot rắn là sóng ngang (lateral undulation) bám mục tiêu. Điều khiển đƣợc thực hiện ở các module với nhiệm vụ là điều khiển động cơ thực hiện dạng chuyển động .
4.1.1.1Chuyển động hình sin
Cách đơn giản nhất để tạo ra di chuyển dạng sóng trong một chuỗi nối tiếp của n khâu là do các góc khác nhau của từng khâu có 1 tần số chung và 1 hằng số độ lệch pha giữa các khâu với nhau .
Ta đã biết góc tƣơng đối giữa các khâu theo dạng chuyển động dạng sóng ngang nhƣ sau: , sin( ( 1) ) ( 1 )
i d t i i n
Với α là biên độ dao động, β là độ lệch pha giữa các khâu kế tiếp, γ quyết định hƣớng của robot ( γ=0 thì robot chạy thẳng), và ω là tần số góc của dao động. Tham số β và ω quyết định tốc độ của dạng sóng truyền dọc theo robot và qua đó xác định tốc độ robot.
Tối ưu Pareto
Các nghiên cứu theo lý thuyết tối ƣu Pareto về năng lƣợng đã xác định các tính chất: ω là hàm tuyến tính của vận tốc di chuyển tới
α là hàm tỉ lệ với tỉ lệ ct/cn của các hệ số ma sát β là hàm tỉ lệ với số khâu n , ta thƣờng chọn 2
n
Kết quả này sẽ đƣợc sử dụng trực tiếp để điều khiển robot chứ không chứng minh lại Động cơ RC Servo đƣợc điều khiển trong khoảng -90 ÷ 900
. Chọn phƣơng trình chuyển động của robot nhƣ sau :
, 2 30sin( ( 1) ) ( 1 6) 6 i d t i i
Với γ trong khoảng [-45÷45 ] đƣợc điều khiển định hƣớng theo thuật toán điều khiển Fuzzy.
4.1.1.2Chuyển động hình sin với sự định hƣớng của khâu đầu
Khi rắn chuyển động ,rắn sẽ di chuyển chính xác khi đƣợc định hƣớng bởi khâu đầu. Quá trình này đƣợc thực hiện thông qua việc nhận tín hiệu từ các cảm biến gắn trên đầu mô hình .
Khi robot rắn di chuyển, định hƣớng của khâu đầu cũng thay đổi theo hình sin và do đó tín hiệu cảm biến cũng thay đổi liên tục trong suốt quá trình di chuyển. Điều này làm cho việc điều khiển robot trở nên khó khăn hơn , vì thế ta có thể cần thêm nhiều cảm biến để giúp rắn hoạt động chính xác hơn .
Hình 4.1 : P1 chuyển động theo khâu đầu , P2 là chuyển động hình sin
Để giảm thiểu tối đa những thay đổi định hƣớng của khâu đầu trong quá trình chuyển động trong khi các khâu liên kết khác tiếp tục đi theo chuyển động hình rắn. Ta có phƣơng trình quan hệ của các góc tƣơng đối của các khâu liền kề nhau
sin( ( 1) ) ( 1 ) i t i i n sin( ) h h t h h h
là góc tƣơng đối của khâu đầu . h và h là góc lệnh pha lớn nhất của khâu đầu . Hai tham số này đảm bảo rằng đầu robot vẫn còn khoảng cách song song với mục tiêu .
Từ trên ta thấy , nhiệm vụ của ta là sử dụng liên kết đầu thiết lập các hƣớng chuyển động thông qua tham số h , điều khiển các liên kết còn lại để tạo ra chuyển động sóng ngang và thông qua chuyển động của cơ thể robot rắn đẩy rắn về phía trƣớc .