thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 3 ppt

Chương 3: Phương pháp điều hướng
robot theo phản ứng
Như phân tích ở phần trên, phương pháp điều hướng có tính
toán có nhiều ưu điểm đối với quá trình điều hướng cho mobile
robot. Tuy nhiên, điều hướng có tính toán thường y
êu cầu khối
lượng tính toán tương đối lớn và phương pháp này tỏ ra không tối
ưu khi môi trường hoạt động của robot thay đổi.
- Phương pháp điều hướng theo phản ứng ra đời nhằm giải
quyết các vấn đề có liên quan tới môi trường không biết trước hoặc
môi trường thường xuyên thay đổi . Đ
iều hướng theo phản ứng
khắc phục được những hạn chế của phương pháp điều hướng tính
toán, giúp giảm khối lượng tính toán, tăng tốc độ xử lý trong môi
trường phức tạp. Điều hướng theo phản ứng là phương pháp kết
hợp các phản ứng thực hiện một cách tự động với các kích thích từ
cảm biến để điều khiển robot sao cho an toàn và đạt hiệu suất cao
nhất. Phương pháp này đặc biệt phù hợp đối với những ứng dụng
nơi mà môi trường là hoàn toàn động hoặc không biết trước, ví dụ
như trong không gian hoặc dưới nước. Tron
g thực tế, các thiết bị
vệ tinh thám hiểm kiểu robot đã sử dụng phương pháp điều hướng
theo phản ứng, lí do là phương pháp điều hướng theo tính toán đòi
h
ỏi việc lập kế hoạch phức tạp có quá nhiều phép tính toán bị giới
hạn bởi khả năng của bộ nhớ và tốc độ tính toán. Điều hướng theo
phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện thời của robot và đòi
h
ỏi rất ít các phép tính toán để tác động lại môi trường hoạt động.
- Tuy nhiên, phương pháp điều hướng theo phản ứng cũng có
nhiều mặt hạn chế, việc không có kế hoạch toàn cục có thể khiến

cho quá trình điều khiển gặp phải những khó khăn. Các hoạt động
tối ưu cục bộ chủ yếu thu được nhờ điều khiển theo phản ứng,
chính vì thế mà có thể gây ra hiện tượng lệch hướng toàn cục.
Trong phương pháp điều hướng theo tính t
oán, hệ thống không bao
giờ mất tầm quan sát đích trong khi các hệ thống điều hướng theo
phản ứng cần phải giữ các đích tức thời để độ lệch hướng so với
đích toàn cục l
à không quá lớn.
- Một thuận lợi ở điều hướng theo phản ứng so với các phương
pháp tính toán đó là khả năng mở rộng bộ điều khiển để thêm vào
các thành ph
ần phản ứng khác mà không cần phải điều chỉnh lại
toàn bộ phần mềm điều khiển. Chính vì thế, ta có thể dễ dàng bổ
xung thêm tính năng cho robot bằng cách th
êm vào các hoạt động
mới mà không làm thay đổi những hoạt động đã có trước. Ví dụ,
để robot phản ứng với một kích thích thu được từ một cảm biến
mới, ta chỉ cần thêm một thành phần khác vào bộ điều khiển để nó
phản ứng với kích thích thu được từ cảm biến đó. Còn ở các
phương pháp tính toán, bạn cần phải xây dựng một thuật toán ho
àn
toàn m
ới để sử dụng dữ liệu thu được từ cảm biến mới được thêm
vào này.
-Trong th
ời kỳ đầu, các nhà nghiên cứu đã thiết kế hệ thống
điều hướng thuần tuý phản ứ
ng bằng cách dựa vào hoạt động của
côn trùng để áp dụng v

ào kỹ thuật robot. Nhiều nghiên cứu về hệ
thống sinh học đã được ứng dụng cho quá trình điều khiển mobile
robot. Chuyển động của một số loại côn trùng trong thế giới sinh
học có thể được sử dụng để xây dựng thành công các thuật toán
điều khiển hoạt động cho robot. Ví dụ, khi nghi
ên cứu về hành vi
c
ủa một con gián, các nhà khoa học nhận ra một con gián chỉ có
một vài hoạt động riêng biệt. Các hoạt động này có thể bao gồm
hoạt động tìm thức ăn, hoạt động tránh ánh sáng và hoạt động sinh
sản. Dựa vào những gì mà cảm nhận được, con gián sẽ quyết định
thực hiện một trong số những hoạt động trên. Nếu con gián cảm
thấy đói, nó sẽ lục lọi để tìm thức ăn. Tuy nhiên, nếu một bóng đèn
ch
ợt bật sáng, con gián đó sẽ từ bỏ việc tìm kiếm thức ăn và chui
ngay vào g
ầm tủ lạnh chẳng hạn. Đây là một ví dụ về điều khiển
theo phản ứng. Dựa vào những kích thích hiện thời, con gián sẽ
chọn một hoạt động thích hợp mà không cần phải lập kế hoạch hay
tính toán gì cả. Vậy thì tại sao những hoạt động như thế lại không
thể được dịch thành những thuật toán điều khiển đơn giản cho
robot. Đây chính là những lý thuyết cơ bản của kỹ thuật điều khiển
dựa hành vi (behavior-base control) cho mobile robot.
1.3.3.Phương pháp điều khiển lai ghép
Điều hướng lai ghép là phương pháp kết hợp các ưu điểm của
phương pháp điều hướng theo tính toán truyền thống với các hệ
thống điều hướng dựa phản ứng. Mỗi phương pháp đều có những
nhược điểm mà phương pháp kia có thể khắc phục được. Phương
pháp điều hướng theo tính toán gặp phải khó khăn khi hoạt động
trong các môi trường động, là nơi yêu cầu khả năng tính toán

nhanh cũng như các kỹ năng tránh vật cản. Nếu phương pháp điều
hướng theo phản ứng không kết hợp với bất cứ quá tr
ình lập kế
hoạch chuyển động nào thì có thể sẽ không đưa robot theo quỹ đạo
tối ưu. Phương pháp điều khiển lai ra đời nhằm kết hợp các hoạt
động có tính toán bậc cao
với các hoạt động phản ứng bậc thấp.
Các ho
ạt động phản ứng giúp robot an toàn và xử lý các tình trạng
khẩn cấp trong khi phần điều khiển có tính toán sẽ giúp robot đạt
được mục đích cuối cùng. Phương pháp điều khiển lai ghép có thể
cho ta kết quả kha quan hơn khi chỉ sử dụng phương pháp điều
hướng theo phản ứng hoặc điều hướng theo tính toán.