L ỜI CẢM ƠN
1. TỔNG QUAN
1.5.2 Tình hình nghiên cứu về tổn thất cơ chế chấp hành ở tay máy robot
robot
Hiện nay, vấn đề tổn thất cơ chế chấp hành ở robot nói chung được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và đã có những kết quả nhất định được công bố về phân tích động học hoặc vềphương phápđiều khiển. Có thể kểđến như:
Các nghiên cứu liên q an đến tổn thất dạng bó cứng khớp:
Nghiên cứu [11] đưa ra phân tích về cấu trúc tay máy khi bị lỗi bó cứng khớp có xét đến tính hiệu quả trong thực hiện một tác vụ nhất định. Với các tay máy có dự phòng động học, các nghiên cứu [12]–[14] đã chỉ ra rằng có thể thiết kế động học nhằm tối ưu không gian làm việc khi bị lỗi bó cứng một khớp nào đó. Nghiên cứu [15] đề xuất một phương pháp nhằm xác định các điều kiện ràng buộc khớp thích hợp nhằm đảm bảo khả năng kháng lỗi bó cứng khớp ứng với một tác vụ cụ thể. Thuật toán dựa trên sự ước lượng các vùng bao giới hạn khả năng tự chuyển động của tay máy. Vùng không gian giao nhau giữa các vùng bao giới hạn giúp tạo ra một tập hợp các giới hạn khớp nhân tạo. Các giới hạn khớp nhân tạo đó cho phép khảnăng vươn tới các điểm làm việc sau khi bị lỗi khớp. Sau đó áp đặt các giới hạn khớp nhân tạo phù hợp cho tay máy trước khi bị lỗi. Tuy nhiên điều này cũng hạn chế vùng làm việc của tay máy ngay cảkhi chưa bị lỗi. Bài báo [16] đã đưa ra các tính toán cân bằng tối ưu giữa vùng làm việc trước và sau khi bị lỗi. Nhằm hạn chế hậu quả và tạo thuận lợi cho bài toán điều khiển khi bị lỗi khớp dạng bó cứng hoặc chuyển động tự do, các tay máy dự phòng động học có thể được thiết lập một cấu hình hiệu quả trước khi sự cố lỗi xảy ra ([17]–[19]). Một số nghiên cứu về tái cấu trúc cho vận tốc khớp và giảm sự biến đổi đột ngột của vận tốc khớp của tay máy có khớp dự phòng khi bị lỗi một hay nhiều khớp dạng bó cứng ([20]–[22]). Tùy theo tác vụ cụ thể, luôn tồn tại ít nhất một cấu trúc tay máy có thểđảm bảo hạn chế tối đa sựthay đổi đột ngột về vận tốc khớp. Thuật toán điều khiển bám quỹđạo của khâu chấp hành cuối được xây dựng trên cơ sở phân tích vận tốc khớp tối ưu ([23], [24]).
Với dạng tay máy chuyển động trong mặt phẳng có dự phòng khớp, nghiên cứu [25] đề xuất phương pháp điều khiển khâu chấp hành cuối đảm bảo cả về quỹ đạo và lực mong muốn. Bài báo [26] đề xuất phương pháp điều khiển cố gắng khôi phục tối đa khảnăng vềhướng và vị trí của khâu chấp hành cuối, đồng thời thực hiện tối thiểu hóa chuẩn bậc hai của vector vận tốc của các khớp còn lại. Nếu vector vận tốc khớp vi phạm các điều kiện về giới hạn chuyển động thì sẽ được thiết lập ở giá trị
0 i ai d dt i ci d dt i i i i i i Tổn thất CCCH dạng BDTR Bình thường
13 biên của điều kiện giới hạn. Nghiên cứu [27] phân tích khả năng thực thi nhiệm vụ của môt tay máy có bảy khớp quay trong trường hợp bị hỏng một khớp. Các tác giả tiến hành so sánh với trường hợp không bị hỏng khớp, lập vùng không gian làm việc an toàn và thiết kế quỹđạo chuyển động hiệu quả trong vùng an toàn.
Các nghiên cứu liên q an đến tổn thất dạng chuyển động tự do:
Nghiên cứu [28] đưa ra giải pháp điều khiển cho tay máy hoạt động trên mặt phẳng thẳng đứng có khâu, khớp quay và bị lỗi ở một khớp bất kỳ. Vị trí khớp bị lỗi được chọn làm điểm break-point để phân chia tay máy khâu thành hai nhóm khâu. Mỗi nhóm khâu là một composite link được hình thành bằng cách duỗi thẳng các khâu đơn. Tay máy khâu trở thành tay máy hai khâu dạng acrobot hoặc pendubot. Thuật toán điều khiển gồm hai phần với hai nhiệm vụ: điều khiển các khâu trong cùng một nhóm phải nối thẳng với nhau; điều khiển tay máy “hai khâu” giữ cân bằng và ổn định ở vị trí thẳng đứng.
Nghiên cứu về nhận diện lỗi dạng khớp quay tự do và điều khiển phục hồi thích nghi bền vững cho tay máy được trình bày trong các bài báo [29], [30]. Các khớp được giả thiết không bị giới hạn về góc khớp. Phương pháp điều khiển gồm có ba giai đoạn: Giai đoạn 1: điều khiển vị trị các khớp bị động nhờ vào các khớp chủ động. Giai đoạn 2: phanh bó cứng các khớp bị động khi thỏa mãn vị trí yêu cầu. Giai đoạn 3: điều khiển các khớp chủ động. Các kết quả được mô phỏng cho dạng tay máy hoạt động trong một mặt phẳng. Nghiên cứu [31] tập trung vào lớp hệ thống phi tuyến bất định có cơ chế chấp hành dự phòng. Dựa trên kỹ thuật cuốn chiếu, bộ điều khiển thích nghi phi tập trung được đề xuất có xét đến sự tương tác giữa các hệ thống con trong hệ để điều khiển các cơ chế chấp hành không bị lỗi nhằm bù lại những ảnh hưởng bởi cơ chế chấp hành bị lỗi.
Xét ở một góc độ nhất định, tổn thất cơ chế chấp hành dạng chuyển động tự do cũng có thể coi là một dạng đặc biệt của tay máy robot hụt cơ chế chấp hành. Có khá nhiều các nghiên cứu về điều khiển tay máy hụt cơ chế chấp hành, ví dụ như: bài báo [32] về thiết kếđiều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu kết hợp chếđộtrượt cho tay máy hai khâu; nghiên cứu [33] sử dụng bộđiều khiển phi tuyến H∞ Markovian cho tay máy bị hụt ở khớp thứ hai; bài báo [34] đề xuất hai kiểu mô hình bộ điều khiển trượt dựa trên cấu trúc phân cấp gia tăng và cấu trúc phân cấp tổng hợp áp dụng cho lớp hệ thống SIMO bị hụt cơ chế chấp hành; nghiên cứu [35] hoàn thiện và mở rộng thuật toán điều khiển thích nghi Slotine để điều khiển ổn định cho hệ thống cơ khí hụt cơ chế chấp hành song trạng thái ban đầu của hệ phải nằm trong lân cận điểm cân bằng;... Tuy nhiên, các nghiên cứu về điều khiển tay máy robot hụt cơ chế chấp hành phần lớn dựa trên dạng robot hoạt động trong một mặt phẳng, vị trí khớp bị hụt đã biết, và có dự phòng động học; nên việc mở rộng các kết quả này cho tay máy robot bị tổn thất cơ chế chấp hành dạng chuyển động tự do còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế.
Các nghiên cứu liên q an đến tổn thất dạng suy giảm mô men:
Nghiên cứu [36] vềđiều khiển bù lỗi thích nghi cho sự suy giảm mô men của cơ chế chấp hành và các tham số bất định trong mô hình tay máy. Các kết quả mô phỏng thể hiện cho tay máy hai bậc tự do có kết cấu dạng hình bình hành. Thuật toán điều khiển bám vị trí thích nghi sử dụng kỹ thuật cuốn chiếu cho một lớp tay máy tổn thất cơ chế chấp hành dạng suy giảm mô men có xét đến các điều kiện ràng
14 buộc vị trí khớp [37]. Tuy nhiên thuật toán khá phức tạp, đòi hỏi nhiều giả định và không dễ để cài đặt cho robot thực. Một cách tiếp cận khác cũng dựa trên kỹ thuật cuốn chiếu nhằm thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho một lớp hệ thống phi tuyến SISO có cấu trúc truyền ngược chặt với tham số bất định [38]. Bài báo [39] đề xuất phương phápđiều khiển bám phi tập trung hóa sử dụng mạng nơron thích nghi dựa theo kỹ thuật cuốn chiếu và phương pháp điều khiển mặt động học cho hệ thống MIMO phi tuyến bao gồm nhiều hệ MISO ghép lại.
Như vậy, có thể thấy rằng vấn đề điều khiển tay máy robot khi bị tổn thất cơ chế chấp hành đã thu hút nhiều nhà khoa học và vẫn đang tiếp tục được khai thác bởi các yêu cầu từ thực tiễn, đặc biệt là các tay máy robot làm việc trong công nghiệp.
1.5.3 Phân tích khả năng điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành