Ở phương pháp này, robot di chuyển dọc theo vật cản với một khoảng cách định trước. Phương pháp này[8] thích hợp khi chúng ta không có một bản đồ cụ thể môi trường hay một sự định vị rõ ràng. Phương pháp này còn được áp dụng khi chỉ có những thông tin không đầy đủ, đại loại như “hành lang này sẽ dẫn đến cánh cửa kia”, robot có thể sử dụng tường để định hướng quỹ đạo hoàn tất nhiệm vụ.
Thuật toán sử dụng trong phương pháp bám tường dựa trên sự biểu diễn “nhận thức” (tri giác). Khái niệm này sử dụng thông tin từ các cảm biến siêu âm để thu nhận nhận thức tổng quát về môi trường lân cận. Các thông tin này không có nghĩa là vị trí chính xác của vật cản và hướng của tường. Ngược lại, các nhận thức tổng quát này giúp robot nhận biết chính nó trên một hướng hợp lý hơn là một vị trí chính xác. Các hướng này có thể được mô tả bằng các giá trị ngôn ngữ như là phía trước bên trái, ở đằng xa hoặc rất chậm. Việc mô tả này được thực hiện bằng logic mờ và do đó, logic mờ sẽ là chìa khóa của vấn đề.
Một đề tài về robot bám tường đã được tiến hành ở trung tâm nghiên cứu robotic IKERLAN ở Tây Ban Nha đã cho thấy robot có thể tránh được tất cả chướng ngại vật trong nhiều trường hợp thử nghiệm[8]. Với một khoảng cách với tường cho trước là 0.6 m và vận tốc robot đạt được 0.45m/s dưới hai điều kiện : trước tiên robot không bị “mù” theo bất cứ hướng nào, tức là bất kì vật cản nào cũng sẽ bị phát hiện bởi ít nhất một cảm biến và thứ hai, tường và các vật cản phải tĩnh. Vật cản được robot hiểu là một phần của tường và nếu khoảng cách giữa vật cản và tường quá lớn thì nó sẽ bỏ qua.
a. Khái niệm nhận thức tổng quát :
Nhược điểm của cảm biến siêu âm là độ phân giải về hướng rất kém. Mặc dù những cảm biến này rất chính xác phản ánh khoảng cách đến vật cản gần nhất bằng tính phản xạ, nhưng vật cản lại có thể nằm bất cứ đâu trong một góc quét của cảm biến. Hơn nữa khoảng cách này lại phụ thuộc vào bề mặt của vật cản, khoảng cách và độ nghiêng của bề mặt so với trục cảm biến. Vì vậy rất khó để ngay lập tức mô tả môi trường xung quanh từ dữ liệu cảm biến đưa về, chẳng hạn như độ cong của bức tường. Khái niệm về nhận thức tổng quát tránh những khó khăn này bởi vì nó không bảo đảm điều gì về việc phác thảo môi trường xung quanh. Thay vào đó, nó hướng tới việc tạo ra một nhận thức chung chung về môi trường xung quanh từ dữ liệu từ cảm biến và biểu diễn lại bằng vector, gọi là vector nhận thức tổng quát.
22 Để đáp ứng yêu cầu thì mỗi cảm biến siêu âm i được gán cho một vector nhận thức pi, hướng của nó trùng với trục của cảm biến và độ dài là một hàm của khoảng cách di đo được theo công thức:
max max min i i d d p d d (2.19)
với dmaxvà dmin là khỏang cách xa nhất và gần nhất mà một vật cản được phát
hiện, pi thì được giới hạn với các cận 0 và 1 theo công thức:
0 1 i p for for max i i min d d d d (2.20) Vector tổng quát p thì bao gồm các vectơ thành phần pi. Hướng của p là hướng của tổng các vector thành phần và chiều dài bằng vector thành phần dài nhất
Độ biến thiên vector tổng quát theo thời gian là đại lượng vô hướng ptính theo công thức: 𝒑̇𝒊 =𝒅𝒑𝒊 𝒅𝒕 = ∆𝒅𝒊 ∆𝒕(𝒅𝒎𝒂𝒙−𝒅𝒎𝒊𝒏) (2.21) 𝒑̇𝒎𝒂𝒙 = 𝒗𝒎𝒂𝒙 𝒅𝒎𝒂𝒙−𝒅𝒎𝒊𝒏
với pmaxlà biến thiên nhận thức khi robot di chuyển trực diện tới vật cản với vận tốc lớn nhất vmax. Hơn nữa, chỉ có giá trị dương của pi là được xem xét, do đó
biến thiên nhận thức tương đối của cảm biến được tính :
* max max 0 i i i p d p tv p ,if otherwise 0 i d (2.22)
Giá trị lớn nhất của biến thiên tương đối của các cảm biến kí hiệu là:
* *
max
i
p p (2.23)
23 Hình trên minh họa khái niệm nhận thức tổng quát trong 3 tình huống bám biên của robot. Nhận thức tổng quát khi đối với góc tường (trường hợp a) thể hiện bởi 3 vector. Một cạnh tường gần hơn được nhận thức bằng một cảm biến, cạnh còn lại được nhận thức bằng hai cảm biến. Nhận thức sau thì không mạnh bằng nhận thức đầu do khoảng cách xa hơn. Mô tả về tình huống này dạng ngôn ngữ như sau: nhận thức tổng quát thì mạnh và liên quan đến phương pháp tuyến về bên phải và nơi nào đó phía trước. Một tình huống hay gặp là robot ở vào vị trí “dead-end” (hình b) khi robot dang di chuyển dọc theo tường bên phải. Khi robot đến cuối đường, vector nhận thức biến thiên nhanh hơn về phía trước. Sự biến thiên nhanh hay chậm tùy thuộc vào vận tốc của robot. Trong trường hợp góc tường mở (hình c), sự biến thiên mạnh hơn ở phía sau bên phải.
Khái niệm về nhận thức tổng quát thì hoàn toàn phù hợp với việc mô tả bằng ngôn ngữ với vô số tình huống của robot. Sự mô tả này thì đơn giản, được thực hiện cùng với chuyển động của robot và được dùng như là ngõ vào của bộ luật trong giải thuật dùng logic mờ. Lúc này thì hướng của chính xác của cảm biến không còn quan trong nữa. Với giải thuật này robot có thể dễ dàng bám theo tường ngay cả khi chỉ có một cảm biến phát hiện tường.
Một điều cần lưu ý rằng khái niệm nhận thức tổng quát là sự tổng hợp nhận thức các cảm biến, do đó nó có tên là “tổng quát”. Ngay cả những cảm biến theo hướng chuyển động là hướng về phía sau và nhận thức của chúng có vẻ không có giá trị nhưng sự đóng góp của chúng vào nhận thức tổng quát là như nhau. Sử dụng ví dụ ở hình dưới, nếu bỏ qua các cảm biến mà ta cho rằng không đóng góp vào chuyển động của robot thì sẽ dẫn robot theo một hướng sai lầm. Nếu dữ liệu của cảm biến 1 và 8 không được quan tâm thì góc giữa vector pvà vận tốc v sẽ nhỏ hơn 900. Theo giá trị ngôn ngữ có thể hiểu rằng: vector nhận thức tổng quát nằm đâu đó ở giữa phía trước và bên trái. Kết quả là robot sẽ di chuyển sang bên phải xa dần bức tường. Nhưng khi nó tiến gần bức tường đối diện thì vector p sẽ hướng sang bên phải do
7
p thì giảm còn p2 thì tăng. Cứ thế robot sẽ di chuyển qua lại giữa hai bức tường do
bức tường mà robot bám theo dường như lúc nào cũng nằm phía sau robot do ta đã bỏ qua các cảm biến cần thiết.
24
Hình 2.9. Robot sẽ di chuyển qua lại hai bức tường nếu ta không xét đến các cảm
biến p8 và p1[8]
b. Kết quả thực nghiệm:
Hình 2.10. robot đi vào
góc nhỏ và có những khe hở nhỏ giữa các bức tường, robot tìm được đường đi ngược lại.[8]
Hình 2.11. Robot gặp vật
cản khi bám tường, khi đó robot thay đổi quỹ đạo vòng qua vật cản (B-C) rồi trở lại nhiệm vụ bám tường ( C-D). [8]
25