Máy tính gắn trên giường masage được xem như là bộ điều khiển trung tâm của hệ thống, nó có chức năng tính tốn, phân tích các thơng số hiện thời và xuất ra tín hiệu điều khiển cho hệ thống. Máy tính chạy trên hệ điều hành Window và được cài đặt Visual Studio C++.net, máy tính làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ hệ thống thị giác
40
máy, cảm biến lực, cảm biến dòng, các hệ thống thu thập vị trí và vận tốc từ các đã mã hóa encoder để định vị trí/lực của cánh tay robot massage đồng thời gửi dữ liệu truyền lệnh cho vi điều khiển thực hiện những lệnh như điều khiển động cơ nhằm điều khiển chuyển động tịnh tiến tạo lực của đầu massage theo yêu cầu, hoặc cho vi điều khiển xuất tín hiệu điều khiển vận tốc động cơ gắn trên các cánh tay robot [19]. Nói tóm lại máy tính khơng làm việc trực tiếp với các bộ phận cảm biến mà làm việc trực tiếp với các bộ điều khiển trung tâm. Phần chuyển động tạo lực nhấn của robot được trang bị 1 động cơ DC servo có sẵn hộp giảm tốc, phần tạo ra chuyển động của bề mặt trên 2 động cơ gắn trên cánh tay robot tạo chuyên động quay thì cũng được điều khiển bởi 2 động cơ DC servo có gắn hộp số. Đồng thời Robot cũng được trang bị 4 cảm biến lực, cảm biến dòng, hệ thống camera, hệ thống cảm biến xác định chiều sâu. Các chức năng của MCU như sau: MCU 1 nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó xử lý và ra quyết định, MCU 2 dùng cho quá trình điều khiển các động cơ gắn trên cơ cấu song song, MCU 3 điều khiển động cơ tạo lực nhấn và chuyển động của trục Z. Các MCU trên robot dùng Arduino Mega 2560.
5.3.2. Nguyên lý điều khiển
Trong quá trình điều khiển Robot massage nhóm đã sử dụng cấu trúc của hệ thống điều khiển 2 tầng được thiết kế để điều khiển Neural Network dựa trên việc thu thập dữ liệu của các cảm biến và so sánh nó với quỹ đạo tham chiếu để tạo ra lệnh điều khiển 2 cánh tay robot massage phù hợp theo yêu cầu. Lớp cấp độ thấp hơn sử dụng một bộ điều khiển động cơ PID cổ điển nhận lệnh điều khiển cánh tay robot massage từ tín hiệu ra của lớp cao và điều khiển các động cơ đạt đến vị trí yêu cầu. Cấu trúc 2 tầng (lớp) này còn gọi là cấu trúc điều khiển theo tầng (cascade control).
Sơ đồ điều khiển theo tầng đặc biệt thích hợp cho việc điều khiển cánh tay robot massage, có một khoảng thời gian trễ đáng kể giữa biến tác động và biến điều khiển. Trong trường hợp này ta có thể sử dụng tín hiệu đo tức thời đáp ứng nhanh hơn so với tín hiệu điều khiển. Trong sơ đồ này ta thấy có 2 vịng điều khiển như trong
hình 5.7. Một vịng trong được biết như vòng thứ cấp và vòng ngồi là vịng sơ cấp.
Với vòng điều khiển sơ cấp sẽ xác định vị trí cánh tay robot cần đạt và vòng điều khiển thứ cấp sẽ bám theo chuyển động quỹ đạo massage của hệ thống hướng tới vị trí cần đạt.
41
Hình 5.7 Sơ đồ khối bộ điều khiển tầng (cascade controller)
Vịng điều khiển ngồi sử dụng bộ điều khiển Neural Network để tìm quỹ đạo điều khiển massage yêu cầu. Mục đích của bộ điều khiển này là thu thập dữ liệu và sau đó là xử lý thơng tin này để tạo ra vị trí tham chiếu để hệ thống robot massage hướng đến. Tín hiệu vào cảm biến từ hệ thống thị giác máy sẽ xác định vị trí của điểm huyệt, đường massage cũng như lực tác động tùy theo vị trí trong vùng giám sát với tốc độ lấy mẫu là 10Hz. Mỗi giá trị đo được so sánh với quỹ đạo trong cơ sở dữ liệu tham chiếu xác định được đường đi của 2 cánh tay robot massage. Hai biên vào là sai số góc và sai số lệch quỹ đạo. Sai số lệch là giá trị của vị trí massage Neural Network mờ sẽ là giá trị góc quay cần đạt gửi tới bộ điều khiển và chỉ ra góc điều khiển. Ngồi ra trong hệ thống điều khiển ta sử dụng bộ điều khiển Fuzzy có 2 biến mờ đó là sai số góc và sai số lệch. Mỗi biến có 2 hàm liên thuộc dạng tam giác đó là trái và phải (left và right). Giá trị vị trí/lực điều khiển sẽ phụ thuộc vào phía của sai số. Có 2 chế độ để điều khiển chuyển động đó là theo đường thẳng hoặc đường cong. Các chế độ này sẽ ảnh hưởng lên việc xác định hàm liên thuộc.
5.3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển
Để điều khiển di chuyển của đầu massage gắn trên 2 cánh tay của robot massage thì hệ thống điều khiển vị trí được thiết kế như hình 5.8. Với lý do này, góc của mỗi khớp cánh tay dựa trên bài tốn động học nghịch để tính tốn vị trí. Như đã nói trong các phần trước, đầu massage phải có khả năng thực hiện các cơng việc xoa bóp bấm huyệt với các động tác khác nhau. Đầu massage bằng nhựa và cao su sẽ di chuyển trên đầu người vì vậy nó phải tạo ra một quỹ đạo chuyển động phù hợp với kỹ thuật massage đưa ra.
42
Bộ điều
khiển vị trí Cơ cấu Robot Tọa độ vị trí lưng Encoder thực Hiệu chỉnh phản hồi lực + + + - Encoder Encoder Đầu Massage Phản hồi lực