thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 5 doc

Chương 5: Kỹ thuật định vị cho robot
tự hành
Điều hướng là một trong lĩnh vực thách thức nhất đối với
mobile robot. Có thể nói, muốn điều hướng thành công, nhất thiết
robot phải được trang bị hoàn thiện 4 khâu sau:
-Nhận thức: robot phải dịch các tín hiệu từ cảm biến để thu
được dữ liệu có nghĩa.
-Định vị: robot phải xác định được vị trí của nó trong môi
trường hoạt động.
-Khả năng tri thức: robot phải quyết định hành động như thế
nào để đạt được mục đích.
-Điều khiển chuyển động: robot phải điều chỉnh các thông số
đầu ra động cơ để đạt được quỹ đạo mong muốn.
Hình 2.3 miêu tả sơ đồ nguyên lý chung của khâu định vị
trong mobile robot.
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của khâu định vị trong mobile robot
Trong các ứng dụng robot, có hai phương pháp định vị thường
được sử dụng là phương pháp định vị tuyệt đối (APM) và phương
pháp định vị tương đối (Relative Positioning Methods
- RPM).
Phương pháp định vị tương đối chủ yếu dựa trên bài toán
dead-reckoning (tính s
ố vòng quay của bánh xe để suy ra vị trí
tương đối của robot sau một khoảng thời gian chuyển động).
Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền v
à hầu như được sử dụng trong
tất cả các mobile robot, cho dù robot đó sử dụng phương pháp định
vị APM.
Khuyết điểm của phương pháp dead- reckoning là bán kính sai
s
ố lớn, nguyên nhân gây bởi sai số tích luỹ.

Phương pháp định vị tuyệt đối th
ì lại dùng thêm các cảm biến
khác ngoài encoder như dùng beacon, cột mốc, so sánh các bản đồ
cục bộ và bản đồ toàn cục, định vị bằng vệ tinh (GPS)…
Trong mỗi phương pháp định vị tuyệt đối, người ta sử dụng
các thuật toán và cảm biến khác nhau, nhưng đều là những phương
pháp chủ yếu dùng cho mobile robot ngày nay.
Theo kinh nghiệm, người ta thường dùng phương pháp định vị
tương đối để giới hạn phạm vi xử lý trước khi dùng phương pháp
định vị tuyệt đối để xác định vị trí robot.
Chúng ta có thể phân tích một vài ưu khuyết điểm của phương
pháp định vị tuyệt đối để có
cái nhìn tổng quát về việc định vị cho
robot như sau:
phương pháp sử dụng cột mốc (beacons) chỉ thích hợp dùng
trong nhà; phương pháp so sánh bản đồ thường dùng cho các robot
t
ự trị phức tạp; phương pháp định vị dùng GPS thì chỉ thích hợp
dùng ngoài trời, và cũng cho sai số rất lớn (lên đến hàng mét), một
số phương pháp định vị khác thì dùng cảm biến la bàn hoặc con
quay để định hướng cho robot nhờ v
ào từ trường trái đất…
Như vậy, cho d
ù sử dụng bất kỳ phương pháp định vị nào đi
nữa thì phương pháp dead- reckoning dường như luôn là sự lựa
chọn đầu tiên.
M
ột lý luận vui là muốn điều khiển mobile robot thì phải giải
bài toán động học cho robot, m
à nếu đã giải bài toán động học rồi

thì tại sao lại không dùng phương pháp dead-reckoning để giới hạn
phạm vi xử lý cho các phương pháp định vị tuyệt đối khác?
Tuy nhiên, một điều không ngờ đến là trong cuộc thi các robot
sử dụng phương pháp dead reckoning để định vị và di chuyển được
tổ chức ở San Jose, California năm 1992, hai robot thắng giải nhất
và giải nhì là hai robot dùng phương pháp sửa lỗi UMBmark do
nhóm của J. Borenstein thực hiện và nó có thể di chuyển 100 m mà
không có sai s
ố.
Hay cụ thể hơn là robot có thể dạo quanh một phòng ngủ
5mx5m, 5-6 vòng mà không hề có sai số. Với lợi điểm rẻ tiền, đơn
giản phương pháp dead- reckoning là một giải pháp đầu tiên và cần
thiết cho các mobile robot.