chân
Bài toán động lực học ngược robot di động hai chân nhằm xác định lực/momen dẫn động để dẫn động các động cơ tại các khớp đạt được chuyển vị khớp mong muốn. Chương trình tính toán giải động lực học ngược cho robot di động hai chân được thực hiện trước tiên trong phần mềm Maple, chương trình được lập trình tự động tính các đại lượng động lực và tính momen dẫn động động cơ tại các khớp và momen mà nền tác dụng nên bàn chân trụ, chương trình cũng tự động gọi module tính động học ngược trong phần trước để xác định chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khớp. Tiếp theo là các công thức mà chương trình Maple đưa ra dưới dạng symbolic sẽ được chuyển sang định dạng của phần mềm Matlab để thực hiện các bài toán điều khiển có sử dụng động lực học ngược về sau.
Bài toán động lực học ngược sử dụng robot có tham số động học giống như trong bài toán động học cho trong Bảng 3.1 và có các tham số động lực như trong Bảng 3.2 và Bảng 3.3.
Bảng 3.1 Thông số động học của robot chuyển động phẳng
Chiều dài a13, a23 a14, a24 a16, a26 l1 l2
Giá trị (m) 0.38 0.38 0.08 0.055 0.115
Bảng 3.2 Thông số động lực học của robot di động hai chân
Khâu lượng (kg)Khối Kích thước động học
(m)
Tọa độ khối tâm trong hệ tọa độ khâu xci yci zci Thân 38.8 0.368695 0 0 1-1, 2-1 1-2 1.23 0 1-3 4.630208 0.38 -0.217258 0 0.000968 1-4 3.256650 0.38 -0.196234 0 0.000833
70 1-5 0.42 0 1-6 0.808033 0.08 0.053502 0.046994 0.001880 2-2 1.23 0 2-3 4.630208 0.38 -0.217258 0 0.000968 2-4 3.256650 0.38 -0.196234 0 0.000833 2-5 0.42 0 2-6 0.808033 0.08 0.053502 0.046994 0.001880
Bảng 3.3 Tenxơ quán tính của các khâu robot di động hai chân
Khâu IXX IYY IZZ IXY IXZ IYZ Thân 0.243899 2.211455 2.029478 0 0 0 1-1, 2-1 1-2 0.002785 0.104170 0.104667 0 0.002378 0 1-3 1-4 0.001220 0.046951 0.047141 0 0.001668 0 1-5 0.004905 0.001111 0.005497 0.000851 0.000124 0.000109 1-6 2-2 0.002785 0.104170 0.104667 0 0.002378 0 2-3 2-4 0.001220 0.046951 0.047141 0 0.001668 0 2-5 0.004905 0.001111 0.005497 0.000851 0.000124 0.000109 2-6
Bài toán động lực học ngược sẽ tính toán các momen dẫn động động cơ tại khớp và momen do nền tác dụng vào bàn chân trụ trong khi robot chuyển động trong bước khởi độngtừ vị trí hai chân đứng thẳng đứng, một chân làm trụ và một chân nhấc lên bước đi và đến khi chạm đất. Quỹ đạo bước đi gồm quỹ đạo của khớp hông và khớp mắt cá chân được cho trong Hình 3.6.
71
Hình 3.7 Quỹ đạo chuyểnđộng theo thời gian
Phần dưới đây là kết quả mô phỏng số tính toán momen dẫn động tại các khớp và momen mà nên tác dụng lên bàn chân trụ để robot thực hiện chuyển động bước đi như đã trình bày ở trên.
Hình 3.8 Momen do nền tác dụng lên chân và các momen dẫn động các khớp
Ở đây:
MR5 – momen do nền tác dụng lên bàn chân robot.
MR4–momen do bàn chân trụ tác dụng lên khâu cẳng chân trụ; MR3 – momen do khâu cẳng chân trụ tác dụng lên khâu đùi chân trụ; MB–momen do khâu đùi chân trụ tác dụng lên thân robot;
ML3 – momen do thân robot tác dụng lên khâu đùi chân bước;
ML4 – momen do khâu đùi chân bước tác dụng lên khâu cẳng chân bước; ML5 – momen do khâu cẳng chân bước tác dụng lên bàn chân bước.
72
Khi robot đột ngột bước đi và đột ngột dừng lại thì momen dẫn động tại các khớp của chân trụ và momen do nền tác động nên bàn chân có giá trị lớn bởi vì gia tốc khi bước đi và khi dừng lại rất lớn.
Kết luận Chương 3
Chương 3 đã lựa chọn mô hình động lực cho robot di động hai chân, từ đó thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot. Tính toán các đại lượng động lực trong phương trình vi phân và đưa ra thuật giải các bài toán động lực học.
Đóng góp mới của luận án trong chương này là kết quả phân tích, giải thuật đưa ra mô hình động lực, phương trình vi phân của robot, kết quả tính toán bằng số.
Kết quả của các bài toán trong chương được tính toán và mô phỏng số cho thấy tính đúng đắn của lời giải. Việc thiết lập mô hình động lực, thành lập phương trình động lực học và các kết quả thu được sẽ được sử dụng trong bài toán điều khiển trong các chương sau.
73
CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN
Chương này trình bày các phương pháp điều khiển robot di động hai chân. Từ các phương pháp kinh điển đến các phương pháp điều khiển thông minh và sự kết hợp giữa chúng.
Trước tiên là phương pháp điều khiển kinh điển với bộ điều khiển động lực học ngược kết hợp với vòng ngoài PID trong không gian khớp để điều khiển robot di động hai chân với giả thiết là đã biết được tất cả các đại lượng động lực trong phương trình vi phân chuyển độngcủa robot. Bộ điều khiển sẽ đảm bảo độ chính xác khi các đại lượng động lực được xác định chính xác. Tuy nhiên do thành phần lực suy rộng của các lực đàn hồi, cản nhớt trong các khớp động là thành phần bất định khó xác định được giá trị. Mặt khác trong quá trình robot di động hai chân chuyển động luôn tồn tại nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái động lực học của robot. Như khi robot mang đối tượng và khi không mang đối tượng, ngoài ra trong khi di chuyển robot còn có thể bị lực cản của gió, các nhiễu động tác động nên robot làm giảm độ chính xác điều khiển.
Để khắc phục các nhược điểm trên luận án sử dụng các phương pháp điều khiển thông minh như điều khiển dựa trên logic mờ, điều khiển sử dụng đại số gia tử và điều khiển sử dụng mạng noron. Cả ba phương pháp điều khiển này đều có khả năng điều khiển robot di động hai chân nhằm giảm thiểu, loại trừ các yếu tố bất định, các nhiễu động nêu trên, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu chuyển động.