CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂNTAY MÁY ROBOT
4.4. Kết luận chương 4
Trong chương này, các mô phỏng đã được thực hiện trên phần mềm Matlab Simulink với các nội dung chính như sau: Nội dung thứ nhất là xây được dựng mơ hình mơ phỏng động lực học tay máy Robot R
A465 . Nội dung thứ 2 là xây dựng sơ đồ mô phỏng cho các khối để thực hiện mô phỏng kiểm chứng chất lượng bộ quan sát vận tốc/lực và kiểm chứng chất lượng bộ điều khiển thích nghi vị trí/lực điều khiển tay máy Robot R
A465 chuyển động trong sự ràng buộc của môi trường. Nội dung thứ 3 là thực hiện mô phỏng bộ điều khiển thích nghi vị trí và lực kết hợp với bộ quan sát trong trường hợp lý tưởng, trường hợp có sự tác động của nhiễu đo lường và trường hợp có sự tác động của sự thay đổi các tham số động lực học. Từ các kết quả mô phỏng thu được, một các kết luận được rút ra như sau:
được tổng hợp làm việc rất tốt thể hiện qua đáp ứng quỹ đạo vị trí của điểm tác động cuối của tay máy Robot luôn bám theo một quỹ đạo đặt trong thời gian thực hiện mô phỏng. Tương tự như vậy, điểm tác động cuối của tay máy Robot luôn tạo ra một lực tương tác với bề mặt môi trường và lực này luôn bám theo một lực đặt trước.
2. Bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy Robot có khả năng kháng nhiễu tốt hơn so với bộ quan sát lực/vận tốc đã được nghiên cứu và công bố [13]. Trong các trường hợp có sự tác động của sự bất định của các tham số động lực học của tay máy Robot thì thì bộ điều khiển cho thấy khả năng đáp ứng rất tốt với các sự tác động này và vẫn đảm bảo sai lệch quỹ đạo vị trí và lực hội tụ về khơng trong một khoảng thời gian rất ngắn khi có sự tác động này.
3. Kết quả thu được từ bộ điều khiển cho thấy, các sai lệch xác lập của vị trí và lực xấp xỉ bằng khơng, đáp ứng độ quá điều chỉnh của vị trí và lực nhỏ, thời gian quá độ với điều khiển vị trí xấp xỉ bằng ts0.4 s , thời gian quá độ với điều khiển lực ts 0.6 s . Các kết quả nghiên cứu này đã được công bố trong các cơng trình nghiên cứu [2, 3, 4] và [6].
KẾT LUẬN 1. Những kết quả chính đã đạt được của luận án
- Xây dựng được bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy Robot sử dụng kỹ thuật NGPI. Bộ quan sát vận tốc/lực này có khả năng đáp ứng khi có tác động của nhiễu tốt hơn bộ quan sát lực/vận tốc sử dụng kỹ thật GPI đã được nghiên cứu và công bố bởi tác giả Gutiérrez-Giles và các cộng sự. Việc sử dụng bộ quan sát này trong các phương pháp điều khiển tay máy Robot sẽ giảm đi một số lượng lớn các tín hiệu đo lường dẫn tới hệ thống Robot sử dụng ít cảm biến hơn, làm giảm giá thành của hệ thống và giảm sự ảnh hưởng của các tác động mơi trường đến độ chính xác của hệ thống tay máy Robot .
- Tổng hợp được thuật tốn điều khiển thích nghi vị trí và lực cho tay máy Robot sử dụng bộ quan sát vận tốc/lực đã xây dựng. Với việc ứng dụng thuật toán điều khiển mới này, điểm tác động cuối của tay máy Robot được điều khiển đảm bảo đồng thời quỹ đạo vị trí và lực tương tác với môi trường làm việc. Điều này đảm bảo sự an toàn với đối tượng mà tay máy Robot tương tác. Mặt khác, thuật tốn điều khiển thích nghi vị trí và lực được ứng dụng cho điều khiển tay máy Robot sẽ mở rộng được phạm vi ứng dụng của tay máy Robot nhất là trong các trường hợp có tham số động lực học thay đổi. Như vậy, thuật tốn điều khiển thích nghi vị trí và lực được kết hợp với bộ quan sát đã được thiết kế mang lại lợi ích và ứng dụng rất lớn trong kỹ thuật điều khiển tay máy Robot. Vừa giảm chi phí sản xuất và chế tạo tay máy Robot, vừa tăng được khả năng ứng dụng của tay máy Robot với các điều kiện làm việc có u cầu khắt khe hơn trong thời đại cơng nghiệp 4.0.
2. Những đóng góp mới của luận án
Với các nội dung và kết quả nghiên cứu đã thực hiện được, luận án có những đóng góp mới về khoa học sau:
dựng bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy Robot trên cơ sở kỹ thuật NGPI với các chứng minh chỉ ra sự hội tụ rất tốt của sai lệch ước lượng của lực và vận tốc với sự tác động của nhiễu đo lường.
- Tổng hợp được thuật toán điều khiển thích nghi vị trí và lực sử dụng bộ quan sát vận tốc/lực với các chứng minh cho thấy sự hội tụ nhanh của sai lệch vị trí và lực khi có sự tác động của sự thay đổi các tham số động lực học và các tác động của nhiễu đo lường.
3. Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo
Mặc dù luận án đã tổng hợp được thuật tốn điều khiển thích nghi vị trí và lực cho tay máy Robot với các chứng minh tính ổn định của thuật toán và sự hội tụ của sai lệch quỹ đạo vị trí và lực. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới được kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng với các tham số của tay máy Robot được lấy từ thực nghiệm. Vì vậy, các tín hiệu ước lượng của của bộ quan sát chỉ so sánh được với các tín hiệu đáp ứng của bộ điều khiển và các tín hiệu đặt, chưa có sự so sánh giữa các tín hiệu ước lượng của bộ quan sát với các tín hiệu thực tế phản hồi từ cảm biến lực được lắp tại vị trí mà điểm tác động cuối tương tác với môi trường và các cảm biến tốc độ được lắp tại các góc quay của các khớp của tay máy Robot. Từ những hạn chế đó, hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo của luận án là
- Thực hiện các nghiên cứu để tiến hành thực nghiệm để kiểm chứng và đánh các kết quả thu được từ mô phỏng và đánh giá một cách sâu sắc hơn chất lượng của thuật toán điều khiển đã được tổng hợp.
- Kết hợp bộ quan sát vận tốc/lực với các thuật toán điều khiển hiện đại như thuật toán điều khiển GPI, thuật toán điều khiển trượt, thuật toán điều khiển Backsteping…
- Tiếp tục nghiên cứu các bộ quan sát lực/vận tốc cho tay máy Robot như các bộ quan sát trượt bậc 2, bậc 3, bộ quan sát HGO, GSTO…
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ
[1] Dao Minh Tuan, Le Ngoc Truc và Tran Duc Thuan (T12-2016), "Hybrid force/position control for Robot manipulators using force observer",
Chuyên san kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, số 17, tr. 46-50.
[2] Đào Minh Tuấn và Trần Đức Thuận (T12-2017), "Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc cho điều khiển chuyển động và lực tay máy Robot ", Tạp chí
Nghiên cứu KH&CN quân sự, số 52, tr. 3-13.
[3] Đào Minh Tuấn và Trần Đức Thuận ( T4-2018), "Điều khiển thích nghi vị trí/lực tay máy Robot với sự ràng buộc của môi trường làm việc",
Nghiên cứu khoa học và công nghệ Quân sự, số 54, tr. 42-52.
[4] Đào Minh Tuấn, Phan Đình Hiếu và Trần Đức Thuận (T6-2018), "Phân tích sự hội tụ sai lệch quỹ đạo vị trí, lực trong thuật tốn điều khiển thích nghi vị trí/lực cho tay máy Robot ", Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân
sự, số 56, tr. 23-34.
[5]. Dao Minh Tuan & Tran Duc Thuan (T10-2018), "Position/Force control for Robot manipulators without force and velocity measurements",
Journal of Science and Technology of technical universities, vol.128, pp.
7-13.
[6]. Đào Minh Tuấn và Phan Đình Hiếu (T4-2019), " Thiết kế bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy robot dưới tác động của nhiễu đo lường”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, số đặc san TĐH, tr. 126-135.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Phạm Thục Anh (2010), "Xây dựng thuật tốn điều khiển thích nghi dùng bộ quan sát mơ hình trượt cho khớp nối mềm cánh tay robot", Tạp chí khoa học cơng nghệ các trường đại học kỹ thuật. 77, tr. 43-48.
2. Nguyễn Phạm Thục Anh và Nguyễn Tuấn Phường (2010), "Sử dụng bộ quan sát trạng thái tốc độ cao điều khiển bền vững robot".
3. Trần Quang Ánh (2014), Bất đẳng thức Halanay và bất đẳng thức Gronwall trong nghiên cứu định tính các phương trình sai phân,
Science.
4. Bùi Quốc Khánh và Đỗ Việt Phương (2011), "Điều khiển thích nghi dùng bộ quan sát trượt cho các khớp của tay máy cơng nghiệp có độ cứng vững thấp", Hội nghị toàn quốc về điều khiển và tự động hóa
VCCA-2011, tr. 178-182.
5. Thái Hữu Nguyên, Phan Xuân Minh và Nguyễn Công Khoa (2014), "Điều khiển trượt nơ ron thích nghi bền vững cho robot 3 bậc tự do",
Journal of Science and Technology. 52, tr. 541-546.
6. Nguyễn Tuấn Phường và Nguyễn Phạm Thục Anh (2010), "Nghiên cứu bộ quan sát hệ số cao (HGO) được ứng dụng cho điều khiển bền vững cánh tay robot", Tạp chí khoa học truyền thơng và vận tải. 32, tr. 122-
128.
7. Đỗ Văn Phúc và Bùi Quốc khánh (2011), "Nghiên cứu và xây dựng bộ quan sát trượt cho robot có khớp nối mềm".
8. Phạm Anh Quân (2008), Điều khiển lai vị trí - lực tương tác cho Robot
planar ba bậc tự do theo phương pháp thích nghi.
9. Trần Lục Quân và Trần Xuân Minh (2011), "Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái có bộ quan sát Luenberger cho hệ thống vòng bi từ chủ động robot cứng 4 bậc tự do", VCCA. VCCA-2011, tr. 371-376.
Tiếng Anh
10. Axelsson Patrik và các cộng sự. (2010), Extended kalman filter applied to industrial manipulators, Reglermötet 2010, Lund, Sweden, 8-9 June,
2010.
11. Agarwal Vijyant và Parthasarathy Harish (2016), "Disturbance estimator as a state observer with extended Kalman filter for robotic manipulator", Nonlinear Dynamics. 85(4), tr. 2809-2825.
12. Alejandro Gutierrez-Giles và Marco A Arteaga-Perez (2013), Velocity/force observer design for robot manipulators, Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 2013 18th International Conference on, IEEE, tr. 730-735.
13. Alejandro Gutiérrez-Giles và Marco A Arteaga-Pérez (2014), "GPI based velocity/force observer design for robot manipulators", ISA transactions. 53(4), tr. 929-938.
14. Craig John J, Hsu Ping và Sastry S Shankar (1987), "Adaptive control of mechanical manipulators", The International Journal of Robotics Research. 6(2), tr. 16-28.
15. Steven Dubowsky và DT DesForges (1979), "The application of model-referenced adaptive control to robotic manipulators", Journal of
dynamic systems, measurement, and control. 101(3), tr. 193-200.
16. Jean-Jacques E Slotine và Weiping Li (1987), "On the adaptive control of robot manipulators", The international journal of robotics research. 6(3), tr. 49-59.
17. I Alexandru GAL và các cộng sự. (2011), Hybrid force-position control for manipulators with 4 degrees of freedom, Proceedings of the 15th WSEAS international conference on Systems, World Scientific and
Engineering Academy and Society (WSEAS), tr. 358-363.
18. Satoshi Komada, Kouhei Ohnishi và Takamasa Hori (1991), Hybrid position/force control of robot manipulators based on acceleration controller, Robotics and Automation, 1991. Proceedings., 1991 IEEE International Conference on, IEEE, tr. 48-55.
19. Ciro Natale, Bruno Siciliano và Luigi Villani (1999), Robust hybrid force/position control with experiments on an industrial robot,
Advanced Intelligent Mechatronics, 1999. Proceedings. 1999 IEEE/ASME International Conference on, IEEE, tr. 956-960.
20. Marc H Raibert và John J Craig (1981), "Hybrid position/force control of manipulators", Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 102(127), tr. 126-133.
21. Shi Xiang Tian và Sheng Ze Wang (2011), Hybrid Position/Force Control for a RRR 3-DoF Manipulator, Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, tr. 589-592.
22. Haruhisa Kawasaki, Satoshi Ueki và Satoshi Ito (2006), "Decentralized adaptive coordinated control of multiple robot arms without using a force sensor", Automatica. 42(3), tr. 481-488.
23. Yun-Hui Liu, Suguru Arimoto và Kosei Kitagaki (1995), Adaptive control for holonomically constrained robots: time-invariant and time- variant cases, Robotics and Automation, 1995. Proceedings., 1995 IEEE International Conference on, IEEE, tr. 905-912.
24. Chun-Yi Su và Yury Stepanenko (1995), "Adaptive sliding mode coordinated control of multiple robot arms attached to a constrained
object", IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. 25(5), tr. 871-878.
25. J Jung, J Lee và K Huh (2006), "Robust contact force estimation for robot manipulators in three-dimensional space", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 220(9), tr. 1317-1327.
26. Javier Pliego-Jiménez và Marco A. Arteaga-Pérez (2015), "Adaptive position/force control for robot manipulators in contact with a rigid surface with uncertain parameters", European Journal of Control.
22(Supplement C), tr. 1-12.
27. Dehghan Seyed Ali Mohamad, Danesh Mohammad và Sheikholeslam Farid (2015), "Adaptive hybrid force/position control of robot manipulators using an adaptive force estimator in the presence of parametric uncertainty", Advanced Robotics. 29(4), tr. 209-223.
28. Jorge Gudino-Lau và Marco A Arteaga (2006), "Dynamic model, control and simulation of cooperative robots: A case study", Mobile Robotics, Moving Intelligence, InTech.
29. Mark W Spong, Seth Hutchinson và Mathukumalli Vidyasagar (2006),
Robot modeling and control, Vol. 3, Wiley New York.
30. Robert J Schilling (1996), Fundamentals of robotics: analysis and control, Simon & Schuster Trade.
31. Daniel E Whitney (1987), "Historical perspective and state of the art in robot force control", The International Journal of Robotics Research.
6(1), tr. 3-14.
32. Frank L Lewis, Darren M Dawson và Chaouki T Abdallah (2003),
Robot manipulator control: theory and practice, CRC Press.
33. Lorenzo Sciavicco và Bruno Siciliano (2012), Modelling and control of
robot manipulators, Springer Science & Business Media.
34. Bruno Siciliano và Luigi Villani (2012), Robot force control, Vol. 540, Springer Science & Business Media.
35. Bruno Siciliano và Lorenzo Sciavicco (2010), Robotics: modelling, planning and control, Springer Science & Business Media.
36. J Kenneth Salisbury (1980), Active stiffness control of a manipulator in cartesian coordinates, Decision and Control including the Symposium on Adaptive Processes, 1980 19th IEEE Conference on, IEEE, tr. 95-
100.
37. J Kenneth Salisbury và John J Craig (1982), "Articulated hands: Force control and kinematic issues", The International journal of Robotics research. 1(1), tr. 4-17.
38. H Kazerooni, BJ Waibel và S Kim (1990), "On the stability of robot compliant motion control: Theory and experiments", ASME Journal of
Dynamic Systems, Measurement, and Control. 112(3), tr. 417-426.
39. An Chae và Hollerbach JOHNM (1987), Kinematic stability issues in force control of manipulators, Robotics and Automation. Proceedings. 1987 IEEE International Conference on, IEEE, tr. 897-903.
40. Hong Zhang (1989), Kinematic stability of robot manipulators under force control, Robotics and Automation, 1989. Proceedings., 1989 IEEE International Conference on, IEEE, tr. P. 80-85.
41. Dale A Lawrence (1988), Impedance control stability properties in common implementations, Robotics and Automation, 1988. Proceedings., 1988 IEEE International Conference on, IEEE, tr. 1185-
1190.
42. Bishop Gary và Welch Greg (2001), "An introduction to the Kalman filter", Proc of SIGGRAPH, Course. 8(27599-23175), tr. 41.
43. Kaliprasad A Mahapatro và các cộng sự. (2014), Comparative analysis of linear and non-linear extended state observer with application to motion control, Convergence of Technology (I2CT), 2014 International
Conference for, IEEE, tr. 1-7.
44. Cortés Romero John, Luviano Juárez Alberto và Sira Ramírez Hebertt (2011), "Sliding Mode Control Design for Induction Motors: An Input- Output Approach", Sliding Mode Control, InTech.
45. Alberto Luviano-Juarez, John Cortes-Romero và Hebertt Sira-Ramirez (2010), "Synchronization of chaotic oscillators by means of generalized proportional integral observers", International Journal of Bifurcation and Chaos. 20(05), tr. 1509-1517.
46. RM Goodall, H Sira-Ramírez và A Matamoros-Sánchez (2011), "Flatness based control of a suspension system: A gpi observer approach", IFAC Proceedings Volumes. 44(1), tr. 11103-11108.
47. Arteaga Pérez Marco A và Gutiérrez Giles Alejandro (2014), A simple application of GPI observers to the force control of robots, Control, Decision and Information Technologies (CoDIT), 2014 International Conference on, IEEE, tr. 303-308.
48. ArteagaPérez Marco A và Gutiérrez Giles Alejandro (2014), "On the GPI approach with unknown inertia matrix in robot manipulators",
International Journal of Control. 87(4), tr. 844-860.
49. Javier Pliego-Jiménez và Marco A Arteaga-Pérez (2015), Adaptive position/force control for robot manipulators in contact with a rigid surface with unknown parameters, Control Conference (ECC), 2015 European, IEEE, tr. 3603-3608.
50. Jean-Jacques E Slotine (1985), "The robust control of robot manipulators", The International Journal of Robotics Research. 4(2), tr. 49-64.
51. Arimoto Suguru và Naniwa Tomohide (1992), Learning control for robot tasks under geometric endpoint constraints, Robotics and Automation, 1992. Proceedings., 1992 IEEE International Conference on, IEEE, tr. 1914-1919.
52. Nader Sadegh và Roberto Horowitz (1990), "Stability and robustness