Q trình thiết kế điều khiển robot song song chính là quá trình tìm quy luật điện áp đầu vào động cơ hoặc momen tại các khớp chủ động để bàn máy động của robot di chuyển theo quỹ đạo mong muốn xd( )t [5][114]. Luật điều khiển có thể được thiết kế trong không gian khớp của cơ cấu dẫn động để đảm bảo e = q( )t -qd( )t 0 hoặc cũng có thể được thiết kế trong khơng gian thao tác để ( ) d( ) 0
x t t
e x x . với
việc điều khiển trong không gian khớp chúng ta cần thực hiện một bước giải bài toán động học ngược để tìm qd( )t từ quỹ đạo mong muốn xd( )t . Sơ đồ điều khiển robot trong không gian khớp được thể hiện trong (Hình 1.15)
Hình 1.15: Sơ đồ điều khiển trong không gian khớp
Hệ thống điều khiển khơng gian thao tác có chức năng điều chỉnh sai số x và xdtiến về 0.
Động học
ngược
Luật điều
12
||x x d||0 (1.1)
Trong đó:
- Véc tơ vị trí mong muốn xd
- Véc tơ phản hồi vị trí x
Hình 1.16: Sơ đồ điều khiển trong không gian thao tác
Ưu điểm: Tác động trực tiếp tới các biến của không gian thao tác x
Nhược điểm: Trong quá trình điều khiển, phải đồng thời giải bài tốn động học
ngược do đó khối lượng tính tốn lớn, thời gian lâu.
Phương pháp điều khiển robot song song trực tiếp trong không gian thao tác có nhiều ưu điểm do các thơng tin tính tốn lấy trực tiếp trong không gian làm việc, nhưng đến nay vẫn chưa nhận được nhiều quan tâm của các tác giả trong và ngoài nước do hạn chế trong các thiết bị đo. Tuy nhiên, với sự tiến bộ không ngừng của các phương pháp đo mới như các đầu đo laze, xử lý ảnh…. Dạng điều khiển này đang có một tiềm năng lớn ứng dụng vào robot song song. Dạng điều khiển này sẽ được tác giả nghiên cứu ở các chương tiếp theo.
Các bộ điều khiển trong không gian khớp hay không gian công tác là yếu tố quan trọng quyết định đến hoạt động của robot. Với đặc thù là hệ nhiều vật liên kết với nhau thành vịng kín, các yếu tố động học, động lực học ảnh hưởng rất nhiều trong quá trình điều khiển. Một số bộ điều khiển thường được sử dụng trong quá trình điều khiển robot song song bao gồm:
- Bộ điều khiển PID bám quỹ đạo: đây là dạng điều khiển truyền thống dựa trên phản hồi thơng tin chuyển động của robot để tính tốn sai lệch về vị trí, vận tốc. Thuật tốn tương ứng sẽ tính tốn giá trị thơng tin điều khiển để robot di chuyển theo quỹ đạo mong muốn. Thành phần cơ bản của thuật toán bao gồm phần thuật tốn PID và phần tính tốn momen điều khiển dựa trên mơ hình động lực học của robot.
- Điều khiển PD + bù trọng lực: Dạng điều khiển này cũng dựa trên thông tin phản hồi về vị trí và vận tốc để cung cấp thơng tin cho bộ điều khiển. Ngoài
Bộ điều khiển Động cơ Cơ cấu robot Cảm biến xd x
13
thành phần PD trong cấu trúc thuật tốn cịn có thành phần bù trọng lực được tính tốn dựa trên mơ hình động lực học của robot.
- Bộ điều khiển trượt: với dạng điều khiển này, thuật toán điều khiển được thiết kế để kéo các biến trạng thái của hệ thống về mặt trượt xác định, đây là dạng điều khiển có nhiều ưu điểm với các hệ phi tuyến như robot. Tuy nhiên, hiện tượng chattering là một nhược điểm lớn cần khắc phục của bộ điều khiển này. Ngày nay các bộ điều khiển thông minh trên cơ sở của điều khiển mờ và mạng nơ ron đã được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển robot công nghiệp. Nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng trong điều khiển và độ chính xác đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao từ các nhiệm vụ thực tế, luận án sẽ trình bày giải pháp kết hợp ưu điểm từ bộ điều khiển trượt và điều khiển mờ vào trong quá trình điều khiển robot ở các phần tiếp theo.