thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 2 docx

Chương 2: Một số loại robot chuyển
động bằng bánh
Hình 1.3.
Robot Sojourner
được sử dụng
thám hiểm sao
Hỏa năm 1997.
Hầu hết các hoạt
động được điều
khiển ở trái đất.
Tuy vậy nó vẫn
phải sử dụng các
cảm biến để phát
hiện vật cản.
Hình1.4.
Robot AIRDUCT
với kết cấu nhỏ
gọn, nó được gắn
camera để thu
hình ảnh, có thể
nhìn nghiêng, đi
dọc theo tường,
tránh vật cản.
Hình 1.6.
Robot Mbari’s
Altex Auv
(Autonomous
Underware
Vehicle) được sử
dụng để hoạt
động dưới đáy

biển sâu ở Bắc
Cực
Hình 1.8.
Robot Khepera
dùng để nghiên
cứu và học tập.
Nó có đường kính
60mm, được tích
hợp nhiều modun
khác nhau như
camera, tay kẹp
Hình 1.7.
Robot dẫn đường
AGU
(Autonomous
Guided Vehicle)
được sử dụng
trong các bệnh
viện
1.3.Phương pháp điều hướng cho robot tự hành
Kỹ thuật điều hướng sử dụng trí thông minh nhân tạo trong
robot tự hành có thể được chia thành 2 loại chính, đó là điều hướng
có tính toán và điều hướng theo phản ứng. Đúng như tên gọi, điều
hướng có tính toán là phương pháp điều hướng có kế h
oạch còn
điều hướng theo phản ứng là điều hướng tức thời, là quá trình tự
động thực hiện các phản ứng theo môi trường xung quanh. Ngo
ài
ra còn có ph
ương pháp điều hướng lai ghép là phương pháp kết

hợp cả hai phương pháp có tính toán và điều hướng theo phản ứng
để xây dựng một bộ điều khiển thông minh hơn.
1.3.1.Phương pháp điều hướng có tính toán
Phương pháp điều hướng có tính toán là phương pháp thực
hiện theo trình tự: quan sát – lập kế hoạch – hành động. Thông
thường một hệ thống có tính toán bao gồm 5 k
hâu: nhận
thức(perception), mô hình thế giới(word modelling), lập kế
hoạch(planning), thực hiện công việc(task excution) và điều khiển
động cơ(motor control).
Các khâu trên có thể được coi như là một chuỗi các “lát mỏng
theo phương thẳng đứng” với các đầu
vào là tín hiệu nhận được từ
cảm biến ở phía bên trái và đầu ra tới các khâu chấp hành ở phía
bên phải.
Hình 1.8. Sơ đồ cấu trúc của phương pháp điều khiển có tính toán
- Khâu nhận thức có nhiệm vụ điều khiển các thiết bị cảm ứng,
các thiết bị này được nối với robot sẽ cho các thông tin về môi
trường quan sát được.
- Khâu mô hình thế giới: chuyển các tín hiệu từ cảm biển thành
m
ổ tả mối liên quan giữa robot với mô hình bên trong môi trường.
- Khâu lập kế hoạch: cố gắng xây dựng kế hoạch thực hiện của
robot sao cho đạt được mục ti
êu phù hợp với tình trạng thế giới
hiện thời.
- Khâu thực hiện công việc: chia kế hoạch vừa được xây dựng
thành các lệnh điều khiển chuyển động chi tiết

Nh

ận thức
Mô hình thế giới
Lập kế hoạch
Thực hiện công việc
Điều khiển động cơ
Các
khâu
Ch
ấp
hành
Các tín hiệu
từ cảm biến
- Khâu điều khiển động cơ: dùng để thực hiện các lệnh này.
M
ỗi một hệ thống con như là một khâu tương đối phức tạp và
t
ất cả phải hoạt động một cách đồng bộ với hoạt động của robot tại
mọi thời điểm. Phương pháp này đòi hỏi phải trang bị các cảm
biến, các thiết bị đo để nhận biết thông tin từ môi trường hoặc dạng
thông tin dự đoán trước từ bản đồ toàn cục. Thông tin đó sẽ được
tham chiếu với một bản đồ môi trường nếu có thể, và sử dụng thuật
toán lập kế hoạch để tạo ra quỹ đạo chuyển động giúp robot tránh
vật cản và tăng xác suất tới mục tiêu đến tối đa. Do sự phức tạp
của môi trường làm tăng thời gian để nhận biết , xây dựng mô hình
và l
ập kế hoạch về thế giới cũng tăng theo hàm mũ. Đây cũng
chính là bất lợi của phương pháp này. Phương pháp này tỏ ra rất
hữu hiệu cho các tình huống mà trong đó môi trường làm việc là
tương đối tĩnh (môi trường trong đó có thể bao gồm vật cản, tường
chắn, hành lang, điểm đích, v.v là các đối tượng có vị trí không

thay đổi trong bản đồ to
àn cục).
Trong phương pháp điều hướng có tính toán, khâu
lập kế
hoạch đường đi cho robot là cực kì quan trọng. Việc lập kế hoạch
đường đi cho mobile robot thường có hai giai đoạn đó l
à lập kế
hoạch toàn cục và lập kế hoạch cục bộ. Lập kế hoạch toàn cục có
thể được hiểu như là cách di chuyển robot qua một môi trường tùy
ý và môi tr
ường này là tương đối lớn. Còn lập kế hoạch cục bộ sẽ
đưa ra quyết định khi robot đối mặt với môi trường tĩnh, ví dụ như
khi robot gặp phải vật cản, hành lang…. Kế hoạch cục bộ đưa ra
phương pháp để đi tới đích ngắn nhất, an to
àn nhất. Chính vì thế
khi gặp phải các vật cản, kế hoạch cục bộ sẽ giúp cho robot tránh
không va chạm rồi mới tiếp tục thực hiện kế hoạch toàn cục để tới
đích.