Trong chương này, luận án đã trình bày chi tiết xây dựng thực nghiệm của hệ thống tay máy đôi – đối tượng.
nguyên lý xếp chồng cho điều khiển hỗn hợp lực, vị trí và hướng của đối tượng với hệ tay máy đôi, mỗi tay máy có hai bậc tự do và thu được một số kết quả:
- Kết quả thực nghiệm thu được quỹ đạo chuyển động theo trục x của đối tượng đã bám với quỹ đạo đặt với độ quá điều chỉnh bằng không và sai lệch tĩnh nhỏ 0,5%, kết quả chi tiết trong các Hình 5.16- Hình 5.19 khi vị trí theo trục y của đối tượng được giữ cố định.
- Kết quả thực nghiệm thu được quỹ đạo chuyển động theo trục y của đối tượng đã bám với quỹ đạo đặt với độ quá điều chỉnh bằng không và sai lệch tĩnh nhỏ 2%, kết quả chi tiết trong các Hình 5.20 – Hình 5.22, khi vị trí theo trục x của đối tượng được giữ cố định.
- Kết quả thực nghiệm thu được quỹ đạo hướng chuyển động của đối tượng đã bám với quỹ đạo đặt với độ quá điều chỉnh nhỏ 2% và sai lệch tĩnh nhỏ 2%, kết quả chi tiết trong Hình 5.23– Hình 5.24.
- Khi thực nghiệm bộ điều khiển hỗn hợp lực, vị trí và hướng thì kết quả thực nghiện thu được quỹ đạo chuyển động vị trí theo các trục, quỹ đạo hướng chuyển động của đối tượng cũng đã bám với quỹ đạo đặt với độ quá điều chỉnh nhỏ dưới 2,5% và sai lệch tĩnh nhỏ dưới 2,5%. Kết quả chi tiết trong Hình 5.25 - Hình 5.30.
Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy đối tượng được giữ ổn định tại vị trí cân bằng, chi tiết trong Hình 5.3 – Hình 5.13, Hình 5.17 – Hình 5.19, Hình 5.20b – Hình 5.22, Hình 5.24 và Hình 5.25b– Hình 5.30b.
Các kết quả mô phỏng và thực nghiêm cho hệ thống cho thấy kết quả mô phỏng và thực nghiệm có tính tương đồng. Qua đó thấy được rằng thuật toán điều khiển sử dụng nguyên lý xếp chồng đã đề xuất trong Chương 3 làm việc tốt và ổn định. Đây là cơ sở để thấy rằng các thuật toán mà luận án đề xuất trong Chương 3, Chương 4 có tính khả thi khi đưa vào hệ thống thực tế.
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Trong nội dung luận án đã giải quyết đầy đủ nhiệm vụ đặt ra nghiên cứu: Trước tiên dựa vào đặc điểm của hệ tay máy đôi phối hợp chuyển động cùng một đối tượng, từ đó xây dựng mô hình động lực học của hệ thống nghiên cứu. Xây dựng các thuật toán điều khiển cơ bản, bộ quan sát lực cho hệ thống với giả định rõ mô hình động lực học của hệ thống. Các kết quả mô phỏng có được cho thấy bộ điều khiển, bộ quan sát được thiết kế cho chất lượng tốt, làm việc ổn định.
Các thuật toán điều khiển nâng cao, bộ quan sát thông minh được xây dựng đã giải quyết được vấn đề mô hình bất định của hệ thống và không cần sử dụng cảm biến đo một số trạng thái của hệ thống. Các kết quả có được qua mô phỏng đã cho thấy bộ điều khiển và bộ quan sát làm việc tốt.
Hệ thống thực nghiệm đã được xây dựng nhằm thử nghiệm một số thuật toán đề xuất. Các kết quả thực nghiệm với bộ điều khiển sử dụng nguyên lý xếp chồng thu được tương đồng với kết quả mô phỏng. Điều này cho thấy tính đúng đắn và khả năng ứng dụng thực tế của các thuật toán đề xuất.
Như vậy luận án đã có những đóng góp về mặt khoa học và thực tiễn như sau:
- Về khoa học: Luận án đã đúc kết được những đặc trưng về kết cấu, động lực học, điều khiển robot dạng tay máy đôi phối hợp di chuyển cùng một đối tượng, đặc biệt đã khảo nghiệm, hệ thống hóa các phương pháp điều khiển cơ bản và nâng cao, tăng khả năng ứng dụng cho đối tượng này. Mặt khác, luận án cũng góp phần phát triển và phổ cập các kỹ thuật điều khiển đặc thù như: điều khiển không dùng sensor (sensorless control), điều khiển tựa mô hình, điều khiển thích nghi, điều khiển có ứng dụng mạng noron thông minh,. . . Kết quả của luận án là cơ sở cho việc nghiên cứu, phát triển robot thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Về thực tiễn: Luận án đã thực thi xây dựng mô hình động học, động lực học, thiết kế các bộ điều khiển cho hệ tay máy đối - đối tượng cụ thể: đã thiết lập được hệ thống thực nghiệm với mô hình cơ khí của hệ tay máy đôi được chế tạo, kiểm nghiệm thuật toán bằng card điều khiển thời gian thực DS 1103. Kết quả đạt được là cơ sở phát triển các loại robot đáp ứng các nhu cầu đa dạng trong thực tế, trực tiếp là phục vụ đào tạo.
Những đóng góp mới của luận án:
1. Xây dựng bộ ước lượng lực tiếp xúc giữa các tay máy và đối tượng xét tới các điều kiện mô hình khác nhau: mô hình giả định rõ và mô hình bất định. Sử dụng bộ quan sát GPI với mô hình giả định rõ, và luật cập nhật của Li-Slotine đối với mô hình bất định
trí trên cơ sở bù thành phần bất định của hệ thống. Luật điều khiển thích nghi được xây dựng bằng sử mạng noron RBF. Lực tiếp xúc được xác định bằng bộ ước lượng lực đã đề xuất.
3. Phát triển bộ quan sát thích nghi sử dụng mạng noron RBF và thiết kế bộ điều khiển thích nghi lai lực/vị trí cho hệ với bộ quan sát thích nghi được sử dụng để ước lượng các biến trạng thái và lực.
Hướng phát triển của luận án:
- Xây dựng lại hệ thống cơ khí của tay máy đôi nhằm linh hoạt hơn và hoạt động trong không gian ba chiều. Từ đó thực nghiệm các thuật toán còn lại mà luận án đề xuất: điều khiển thích nghi vị trí, điều khiển thích nghi lai lực / vị trí, điều khiển thích nghi lai lực/vị trí dựa trên bộ quan sát thích nghi noron.
- Phát triển các thuật toán điều khiển cho hệ tay máy đôi phối hợp chuyển động đối tượng trong điều kiện vị trí cuối không tĩnh.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Lưu Thị Huế, Nguyễn Phạm Thục Anh, “Ứng dụng bộ quan sát lực trong điều khiển lực của tay máy đôi”, Chuyên san Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa, quyển 21, số 2, pp.19-25, ISSN 1859-0551, 2018.
2. Nguyen Pham Thuc Anh, Luu Thi Hue, “Using force estimator to control a dual-arm robot in manipulating an object ”, VJST 2019 Vietnam – Japan Science And Technology Symposium, Ha Noi, pp.32-37, 2019.
3. Luu Thi Hue, Nguyen Pham Thuc Anh, Duong Minh Duc, “Adaptive force/ position control for dual-arm systembased on neural network ra- dial basis function without using a force sensor”, Journal of Science and Technology - DaNang University, vol.18, no.12.1, pp.1-7, ISSN 1859-1531, 2020.
4. Luu Thi Hue, Nguyen Pham Thuc Anh, Duong Minh Duc, “Adaptive Hybrid Force/Position Control Using Neuro-Adaptive Observer For Dual- Arm Robot”, International Review of Automatic Control (I.RE.A.CO.), vol.13, no.6, pp.313-328, ISSN 1974-6059, https://doi.org/10.15866/ireaco. v13i6.20017 (Scopus-Q3), 2020.
5. Luu Thi Hue, Nguyen Pham Thuc Anh, “Adaptive Control for Dual-Arm Robotic System Based on Radial Basis Function Neural Network”, JST: Smart Systems and Devices, vol. 1, no.1, May 2021, pp. 50-58, ISSN: 2734- 9373, 2021.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] D. Surdilovic, Y. Yakut, T-M. Nguyen, X. B. Pham, A. Vick, R. Martin- Martin, "Compliance control with dual-arm humanoid robots: Design, planning and programming," 2010 10th IEEE-RAS International Confer- ence on Humanoid Robots, pp. 275-281, Dec. 2010.
[2] Kimon P. Valavanis, George N. Saridis, Intelligent robotic systems: theory, design and applications. Springer Science & Business Media, 2012.
[3] Guoqiang Hu, Wee Peng Tay and Yonggang Wen, "Cloud robotics: architec- ture, challenges and applications," IEEE network, vol. 26, no. 3, pp. 21-28, 2012.
[4] Mads Hvilshøj, Simon Bøgh, Oluf Skov Nielsen and Ole Madsen, "Au- tonomous industrial mobile manipulation (AIMM): past, present and fu- ture," Industrial Robot: An International Journal, 2012.
[5] J. Fink, A. Ribeiro and V. Kumar, "Robust control for mobility and wireless communication in cyber–physical systems with application to robot teams,"
Proceedings of the IEEE, vol. 100, no. 1, pp. 164-178, 2011.
[6] Christian Smith, Yiannis Karayiannidis, Lazaros Nalpantidis, Xavi Gratal, Peng Qi, Dimos V. Dimarogonas, Danica Kragic, " Dual arm manipulation- a survey," Robotics and Autonomous Systems, vol. 60, no. 10, pp. 1340- 1353, 2012.
[7] Erico Guizzo and Travis Deyle, "Robotics trends for 2012," IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 19, no. 1, pp. 119-123, 2012.
[8] Hiroyuki Nakai, Minori Yamataka, Toru Kuga, Sachiko Kuge, Hiroyuki Tadano,Hidenobu Nakanishi, Masanobu Furukawa and Hideshi Ohtsuka
"Development of dual-arm robot with multi-fingered hands," in ROMAN 2006-The 15th IEEE International Symposium on Robot and Human Inter- active Communication, 2006, pp. 208-213: IEEE.
[9] J. Kr¨uger, G. Schreck and D. Surdilovic, "Dual arm robot for flexible and cooperative assembly," CIRP Annals, vol. 60, no. 1, pp. 5-8, 2011.
[10] Richard Bloss, "Robotics innovations at the 2009 assembly technology expo," Industrial Robot: An International Journal, 2010.
[11] Manuel Bandala, Craig West, Stephen Monk, Allahyar Montazeri and C. James Taylor, "Vision-Based Assisted Tele-Operation of a Dual-Arm Hy- draulically Actuated Robot for Pipe Cutting and Grasping in Nuclear En- vironments ," Robotics, vol. 8, no. 2, pp. 1-24, 2019.
[12] K. Yano, Y. Maruyama, K. Morita and M. Nakashima, "Development of the semi-automatic hot-line work robot system" Phase II, in Proceedings
of ESMO’95-1995 IEEE 7th International Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live-Line Maintenance, 1995, pp. 212-218: IEEE.
[13] P. Backes, S. Hayati, V. Hayward and K. Tso, "The Kali multi-arm robot programming and control environment," Conference on Space Telerobotics, vol.2, pp. 173-182, 1989.
[14] J. Gray, V. Lippiello, L. Villani and B. Siciliano, "An open architecture for sensory feedback control of a dual-arm industrial robotic cell," Industrial Robot: An International Journal, vol. 34, no.1, pp. 46 - 53, 2007.
[15] Y. Yamada, S. Nagamatsu and Y. Sato, "Development of multi-arm robots for automobile assembly," in Proceedings of 1995 IEEE International Con- ference on Robotics and Automation, vol. 3, pp. 2224-2229, 1995.
[16] A. URL:DUAL ARM CONCEPT ROBOT,
http://www.wolfrobotics.com/products/material-handling.htm.
[17] URL: SMErobotics http://www.smerobotics.org/demonstrations/d1.html. [18] Chanhun Park, Kyoungtaik Park, Dong IL Park and Jin-Ho Kyung, "Dual
arm robot manipulator and its easy teaching system," in 2009 IEEE Inter- national Symposium on Assembly and Manufacturing, pp. 242-247, 2009 [19] URL: http://www.treehugger.com/clean-technology/heavy-duty-robot-
ready-cleanfukushima.html.
[20] C. Park and K. Park, "Design and kinematics analysis of dual arm robot manipulator for precision assembly," in 2008 6th IEEE International Con- ference on Industrial Informatics, pp. 430-435, 2008.
[21] Yuan F. Zheng, Ming Z. Chen, "Trajectory planning for two manipulators to deform flexible beams," Robotics and autonomous systems, vol. 12, no. 1-2, pp. 55-67, 1994.
[22] H. Liu and J. Dai, "An approach to carton-folding trajectory planning using dual robotic fingers," Robotics and Autonomous Systems, vol. 42, no. 1, pp. 47-63, 2003.
[23] J. Takamatsu, K. Ogawara, H. Kimura and K. Ikeuchi, "Recognizing assem- bly tasks through human demonstration," International Journal of Robotics Research, vol. 26, no. 7, pp. 641-659, 2007.
[24] J. Felip and A. Morales, "A solution for the cap unscrewing task with a dual arm sensor-based system," in 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp. 823-828, 2014.
[25] M. P. Polverini, A. M. Zanchettin, F. Incocciati and P. Rocco, "Ro- bust constraint-based robot control for bimanual cap rotation," in 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp. 4785-4790, 2017.
[26] Z. Xian, P. Lertkultanon and Quang-Cuong Pham, "Closed-chain manipu- lation of large objects by multi-arm robotic systems," IEEE Robotics Au- tomation Letters, vol. 2, no. 4, pp. 1832-1839, 2017.
[27] Ambar Radzi Bin and Shinichi Sagara, "Development of a master controller for a 3-link dual-arm underwater robot," Artificial Life and Robotics, vol. 20, no. 4, pp. 327-335, 2015
[28] E. Zereik, A. Sorbara, G. Casalino and F. Didot, "Autonomous dual-arm mobile manipulator crew assistant for surface operations: force/vision- guided grasping," in 2009 4th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, pp. 710-715, 2009.
[29] P. ¨Ogren, C. Smith, Y. Karayiannidis and D. Kragic, "A multi objective control approach to online dual arm manipulation1," IFAC Proceedings Volumes, vol. 45, no. 22, pp. 747-752, 2012.
[30] K. Hamajima and M. Kakikura, "Planning strategy for task of unfolding clothes," Robotics and Autonomous Systems, vol. 32, no. 2-3, pp. 145-152, 2000.
[31] M. Beetz, U. Klank, A. Maldonado, D. Pangercic and T. R¨uhr, "Robotic roommates making pancakes-look into perception-manipulation loop," in IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Workshop on Mobile Manipulation: Integrating Perception and Manipu- lation, pp. 9-13, 2011.
[32] Toshiharu Mukai, Shinya Hirano, Hiromichi Nakashima, Yo Kato, Yuki Sakaida, Shijie Guo and Shigeyuki Hosoe, "Development of a nursing-care assistant robot RIBA that can lift a human in its arms," in 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 5996-6001, 2010.
[33] Jienan Ding, Yi-Je Lim, Mario Solano, Kevin Shadle, Chris Park, Chris Lin and John Hu, "Giving patients a lift-the robotic nursing assistant (RoNA)," in 2014 IEEE International Conference on Technologies for Prac- tical Robot Applications (TePRA), 2014, pp. 1-5: IEEE.
[34] Giyoon Nam, Young Joo Kim,Yun Jung Kim, Yeoun Jae Kim, Jung Ae Seo, Kyunghwan Kim, Kwang Gi Kim, "Development of Dual-Arm Anticancer Drug Compounding Robot and Preparation System with Adaptability and High-Speed," Journal of International Society for Simulation Surgery, vol. 3, no. 2, pp. 64-68, 2016.
[35] Samad Hayati, Kam Tso and Thomas Lee, "Dual arm coordination and control", Robotics and Autonomous Systems, vol. 5, no. 4, pp. 333-344, December 1989
[36] C. Alford and S. Belyeu, "Coordinated control of two robot arms," in Pro- ceedings 1984 IEEE international conference on robotics and automation, vol. 1, pp. 468-473, 1984.
[37] F. Caccavale, P. Chiacchio and S. Chiaverini, "Stability analysis of a joint space control law for a two-manipulator system," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 44, no. 1, pp. 85-88, 1999.
[38] F. Caccavale, P. Chiacchio and S. Chiaverini, "Task-space regulation of cooperative manipulators," Automatica, vol. 36, no. 6, pp. 879-887, 2000.
[39] J. T. Wen and K. Kreutz-Delgado, "Motion and force control of multiple robotic manipulators," Automatica, vol. 28, no. 4, pp. 729-743, 1992.
[40] X. Yun and V. R. Kumar, "An approach to simultaneous control of tra- jectory and interaction forces in dual arm configurations," in Advanced Robotics: 1989: Springer, pp. 278-298, 1989.
[41] N. Sarkar, X. Yun and V. Kumar, "Dynamic control of 3-D rolling contacts in two-arm manipulation," IEEE Transactions on Robotics Automation, vol. 13, no. 3, pp. 364-376, 1997.
[42] Z. Doulgeri and A. Golfakis, "Nonlinear manipulation control of a compli- ant object by dual fingers," Journal of Dynamic Systems Measurement and ControlTransactions of The ASME, vol. 128, no. 3, 2006.
[43] S. Hayati, "Hybrid position/force control of multi-arm cooperating robots,"
in Proceedings of IEEE Conference on Robotics and Automation (San Fran- cisco, USA), pp. 82–89, April 1986.
[44] Masaru Uchiyama and Pierre Dauchez "A symmetric hybrid position/force control scheme for the coordination of two robot," in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 350-356, 1988.
[45] Eric Paljug, Xiaoping Yun and V. Kumar, "Control of rolling contacts in multi-arm manipulation,"IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 10, pp. 441-452, Aug. 1994.
[46] Ning Xi, Tzyh-Jong Tarn and Antal K. Bejczy, "Intelligent planning and control for multirobot coordination: an event-based approach," IEEE Trans- actions on Robotics and Automation, vol. 12, no. 3, pp. 439-452, 1996. [47] T. Yoshikawa, "Control algorithm for grasping and manipulation by multi-
fingered robot hands using virtual truss model representation of internal force," Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Au- tomation, pp. 369-376, 2000.
[48] P. Sánchez-Sánchez, J. Pliego-Jiménez and M. Arteaga-Pérez, "A central- ized hybrid position/force controller for cooperative robots with bounded torque inputs," in 2017 13th IEEE International Conference on Control & Automation (ICCA), pp. 839-844, 2017.
[49] T. Watanabe, K. Harada, Z. Jiang and T. Yoshikawa, "Object manipulation under hybrid active/passive closure," Journal of the Robotics Society of Japan, vol. 25, no. 4, pp. 643-650, 2007.
[50] D. Navarro-Alarcon, V. Parra-Vega, S. Vite-Medecigo and E. Olguin- Diaz, "Dexterous cooperative manipulation with redundant robot arms,"
in Iberoamerican Congress on Pattern Recognition, pp. 910-917, 2009: Springer.
[51] S.Arimoto, F. Miyazaki and S. Kawamura, "Cooperative motion control of multiple robot arms or fingers," in Proceedings of IEEE Conference on Robotics and Automation (Raleigh, USA), pp. 1407–1412, March–April 1987.
[52] Philip Long, "Contributions to the Modeling and Control of Cooperative