Điều khiển hệ tay máy và robot di động bám theo quỹ đạo luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện tử

ii
MC LC
TịMăTT i
MC LC ii
DANHăMCăCỄCăTăVITăTT v
DANHăMCăCỄCăBNG vii
DANHăMCăCỄCăHỊNHăNH viii
CHNGă1ăGIIăTHIUăLUNăVĔN 1
1.1. Tổng quan v robot 1
1.2. K thutăđiuăhngăchoărobotădiăđng bằng bánh xe 12
1.3. Tóm tt mt s côngătrìnhăđƣănghiênăcu. 14
1.4. NhnăxétăchungăvƠăhng tip cn. 20
1.5. Mc tiêu của lunăvĕn. 22
1.6. Nhim v của lunăvĕn. 22
1.7. Gii hn của lunăvĕn. 22
1.8. Đim mi của lunăvĕn. 22
1.9. Ni dung của lunăvĕn. 23
CHNGă2ăCăSỞăLụăTHUYT 24
2.1. Tiêu chuẩn ổnăđnh Lyapunov 24
2.2. Điu khinătrt 25
2.2.1 Xuấtăphátăđim củaăphngăphápăđiu khinătrt 25
2.2.2. Nguyênălýăđiu khinătrt 29
2.2.3. Cácăbc xây dng b điu khinătrt 29
CHNGă3ăXỂYăDNGăMỌăHỊNHăTOỄNăăCHOăROBOTăDIăĐNGăCịă
CÁNH TAY MÁY 31
3.1. Mô hình hình hc củaărobotădiăđng có cánh tay máy hai bánh xe: 31

iii
3.1.1. Gii thiu 32
3.1.2. Môăhìnhăđng hc củaărobotăhƠnăcóăcánhătayămáyădiăđng hai bánh xe
…………………………………………………………………………….32

3.1.3.Môăhìnhăđng lc hc của robotăhƠnădiăđng hai bánh xe 329
3.2. Mô hình hc của robot hàn có cánh tay máy nhiu bc có hai bánh
xe:………………………………………………………………….………… 34
3.2.1.Gii thiu 34
3.2.2.Môăhìnhăđng hc tay máy 36
3.2.3.Mô hình h thngăărobotăvƠătayămáyădiăđng 37
CHNGă4ăTHITăKăBăĐIUăKHINăTRT 37
4.1. Đặt vấnăđ 38
4.2. Thit k b điu khinătrt 38
4.2.1. Gii thiu 39
4.2.2. Kt qu mô phng 410
a.ăLuăđ gii thutăđiu khin 40
b. Các kt qu mô phng 41

4.3. Gii thutătrtăchoăcánhătayăđaăbc 47
4.3.1. Gii thiu 47
4.3.2. Kt qu mô phng 50
CHNGă5 KTăLUNăVĨăHNGăPHỄTăTRIN 52
5.1. Nhng kt qu đtăđc 52
5.2. Hn ch củaăđ tài 52
5.3. Hng phát trin củaăđ tài 52
TĨIăLIUăTHAMăKHO 54
PHăLC
1.Chngăminhămôăhìnhăđng hcă,đng lc hc robot và b điu khin trt
của robot 56
1.1. Môăhìnhăđng hc 56
1.2. Thit k b điu khinătrt tích phân 60
2. Code matlab 56
iv
1.1. Điu khin 1 bc 63

1.2. Điu khinăđaăbc 63




v
DANHăMCăCÁCăTăVITăTT

Ký hiu
Đnăv
ụănghƿa
),( yx

m
Tọaăđ tâm rô bốt

Rad
Góc ca rô bốt
v

m/s
Vn tốc dài ca tâm rô bốt


rad/s
Vn tốc góc ca tâm rô bốt
lwrw

,

rad/s

Vn tốc góc ca bánh xe phi và trái
),(
ww
yx

m
Tọaăđ điểm hàn
w


Rad
Góc tiăđiểm hàn
w
v


m/s

Vn tốc dài tiăđiểm hàn
w


rad/s
Vn tốc góc tiăđiểm hàn
rr
yx ,

m

Tọaăđ điểm tham chiu
r
v


m/s

Vn tốc mong muốn
r



rad/s

Vn tốcăgócăđiểm tham chiu
b

m
Khong cách gia bánh xe và trcăđối xng
r

m
Bán kính bánh xe
l

m
ChiềuădƠiăcăcấu gi mỏ hàn

c
m

Kg
Khối lng ca phần thân

w
m


Kg
Khốiălng ca bánh lái
w
I

kgm
2
Mô men quán tính ca mi bánh lái quanh
trc bánh xe
m
I

kgm
2

Mô men quán tính ca mi bánh lái quanh
trcăđng kính bánh xe
c
I

kgm
2

Mô men quán tính phần thân quanh trc
đng qua phần giao nhau ca trcăđối xng
vi trc bánh lái
rw

,
lw


kgm
2

Mô men xon caăđngăcătácădng lên bánh
xe phi và trái

KC
Kinematic controller
ISMC
Integral sliding mode controller

vi

WMR
Welding mobile robot
WMR : Robot diăđng bằng bánh xe (Wheeled Mobile Robot)

vii

DANH MC CÁC BNG

Bng 1. 1:Ký hiu các loi bánh xe 10

Bng 4. 1:Các giá tr của các thông s khi mô phng 43

Bng 4. 2:Các giá tr banăđầu 43












viii
DANHăMCăCÁCăHÌNHăNH
Hình 1. 1:Máy hàn hồ quangăđin 2
Hình 1. 2: MáyăhƠnăđiểm 3
Hình 1. 3: Máy hàn hồ quangăđin ARC400 3
Hình 1. 4: Máy hàn hồ quangăđin HERO DC ậ 315 4
Hình 1. 5 : Máy hàn công ngh Inverter 4

Hình 1. 6:Máy Hàn Bán T Đng MAG - VMAG350/500 4
Hình 1. 7 : Robot hàn OTC DAIHEN 5
Hình 1. 8: Robot hàn ARC Mate1000B/2000B ca hang Fanuc 5
Hình 1. 9: Máy hàn ca hãng Panasonic 6
Hình 1. 10 : Rùa hàn t đng bám dầm Hit-8SS 6
Hình 1. 11 : Hàn hồ quang chìm t đng 7
Hình 1. 12 : ASLIB 8
Hình 1. 13 ： Servo-Robot’săMWR-350 8
Hình 1. 14 ： Hình nh các loi bánh xe. 9
Hình 1. 15 ： Cấu hình mtăbánhăláiăphíaătrc, mt bánh truyềnăđng phía sau 10
Hình 1. 16 ：Cấu hình hai bánh truyềnăđng vi trọng tâm  bênădi trc bánh xe
11
Hình 1. 17：Cấu hình hai bánh chuyểnăđngăviăsaiăvƠăthêmăhaiăđiểm tip xúc 11
Hình 1. 18：Cấu hình hai bánh truyềnăđng đc lp  phía sau và mt bánh lái 
phíaătrc. 11
Hình 1. 19：Cấu hình hai bánh quay t do  phíaăsau,ăbánhătrc va là bánh
truyềnăđng va là bánh lái. 12
Hình 1. 20：Cấuăhìnhăbaăbánhăđaăhng 12
Hình 1. 21：Cấu hình bốnăbánhăđaăhng. 12
Hình 1. 22：Chuyểnăđngăcăbn ca WMR 13
Hình 1. 23：Cấu trúc ca robot di chuyển bằng bánh 14
Hình 1. 24:Mô hình Robot hàn MR-SL 15
Hình 1. 25:Các sai số bám e
1
, e
2
, e
3
có sai lch 15
Hình 1. 26: Vn tốc ca mỏ hàn và WMR. 16

Hình 1. 27:Robot super MARIO 17
Hình 1. 28:Các sai số bám e
x
và e
y
ca robot super MARIO 17
Hình 1. 29:Các sai số khiărobotăMICROăbámăđng thẳng. 18
Hình 1. 30:Các sai lch bám e
1
,e
2
,e
3
ca robot hàn. 19
Hình 1. 31:Vn tốc góc ca robot ca robot hàn 19
Hình 1. 32:Robotăbámătheoăđng thẳng. 20
Hình 1. 33:Robotăbámătheoăđng cong. 20

Hình 2. 1:Minh họa hàm Lyapunov 25
Hình 2. 2:Săđồ khối mt h điều khiển 25
Hình 2. 3:Đồ thị quỹ đo pha 26
Hình 2. 4:Gii thích hinătngătrt . 27
Hình 2. 5:Giiăthíchănguyênălýătrt 29

ix


Hình 3. 1:Cấu trúc hình học ca robot hàn 31
Hình 3. 1:Tay máy ba liên kt 36

Hình 4. 1:Luăđồ gii thutăđiều khiển 41
Hình 4. 2:Quỹ đoă(đng hàn) mong muốn cho WMR 41
Hình 4. 3:Chuyểnăđngăbámăđng hàn mong muốn ca WMR 43
Hình 4. 4:Sai lch vị trí e
1
, e
2
, e
3
43
Hình 4. 5:Vn tốc góc ca bánh phi và bánh trái 44
Hình 4. 6: Mặtătrt S
1
44
Hình 4. 7:Mặtătrt S
2
45
Hình 4. 8: Momen bánh trái và phi 45
Hình 4. 9: Cấuăhìnhăbanăđầu ca tay máy 46


1

CHNGă1
GII THIU LUNăVĔN

1.1. Tổng quan v robot
Robot hay ngiămáy lƠămtăloi máy cóăthểăthcăhinănhngăcôngăvicămtă
cách tă đng bằngă s điềuă khiển ca máy tính hoặcă cácă viă mchă đină tửă đcă lpă
trình. LƠămtătácănhơn căkhí,ănhơnăto,ăo,ăthngălƠămt hăthống căkhí-đinătử.

ViăsăxuấtăhinăvƠăchuyểnăđngăcaămình,ărobotăgơyăchoăngiătaăcmăgiácărằngă
nó có giácăquanăgiốngănhăconăngi.ăTă"robot"ă(ngiămáy)ăthngăđcăhiểuă
viăhaiănghĩa:ărobot căkhí và phầnămềm tăhotăđng.ă
Ngày nay, ngành công nghip robotăđƣăđtăđc nhng thành tu ht sc to
ln. Nhngăcánhătayărobotăđcăđặt trên mtăđ cố định, có thể di chuyển vi tốcăđ
nhanhăvƠăchínhăxácăđể thc hin các công vic có tính chất lặpăđiălặp li nhăhƠnă
hoặcăsn.ăTrongăcôngănghipăđin tử, các cánh tay robot có thể sử dngăđể lp ráp
linh kin choătiăvi,ămáyătính,ăđin thoiădiăđng viăđ chính xác rất cao.
Robotăđƣădần thay th conăngi làm nhng công vic  nhngăniăcóămôiă
trngăđc hi cao, nhăhầm mỏ, nghề đúcăkimăloi, ngành nghề sn xuất phi tip
xúc vi các hóa chấtăđc hi, ngành hàn vv.  đơyăngi nghiên cuăđề cpăđn
robot ng dng trong ngành hàn.
Công ngh hàn hồ quangăđƣăng dng hồ quangăđinăđể to ra nhităđ làm
nóng chy kim loi, khi ngt hồ quangăđin kim loi nóng chyăđcăđể ngui, kim
loi đôngăđặc li và to ra liên kt gia các vt hàn vi nhau.
Bn chất ca hồ quang và s raăđi ca nó:
Hồ quangăđinălƠăquáătrìnhăphóngăđin t lc, xy ra trong chất khí  áp suất
thng, hoặc áp suất thấp giaăhaiăđin cc có hiuăđin th không ln. Trên thc t
nó là dng plasma to ra qua s traoăđổiăđin tích liên tc, nó có rất nhiều ng dng
trong kỹ thut nh nhităđ cao ca các cặpăđin cc. Mt cc ca hồ quang là tấm
kim loi cần hàn còn cc kia là que hàn, do nhităđ cao gia hai cc, que hàn nóng
chy và lấp ch cần hàn trên tấm kim loi.

2


Hình 1. 1:MáyăhƠnăhồăquangăđin
- Máy hàn này sử dng que hàn có thuốc bọc.
- Sử dngădòngăđin hàn AC hoặc DC
S phát triển ca công ngh hàn:

Khongănĕmă3200ănĕnătrc Công Nguyên hàn vy cngăcácăđồ trang sc.
Khongă1500ănĕmătrcăcôngănguyênăhƠnăghépăsăkhaiăđầu tiên, hàn qua lửa
và hàn rèn.
Nĕmă1809ăDavyănhƠăvtălýăngiăAnhăđã phát hin ra hồ quangăđin.
Nĕmă1867ăElikuăThomsenăđƣăphátăhinăraăhƠnăđin tr t thép.
Nĕmă1885ărussen,ăBernadosăvƠăOlszewskyăđƣăthử nghim phngăphápăhƠnă
hồ quang. Hồ quangăđcăđcăđốt cháy gia cc than và chi tit.
Nĕmă1890ăRusseăSlavianoffăphátătriểnăphngăphápăhƠnăhồ quang viăđin
cc kim loi nóng chy phát hin ra Axêtylen- phát triểnăphngăphápăhƠnăhóaălỏng
khí.
Nĕmă1896ăDragerăphátăhin ra que hàn.
Nĕmă1901ălầnăđầu tiên áp dng axeton gii phóng axêtylen ậ Kjellbergw lần
đầu tiên sử dng que hàn có vỏ bọcăđể hàn các thit bị.
Nĕmă1937ăhƠnădi lp thuốc bọcăđc áp dng  ncăĐc.
Nĕmă1940ăbtăđầuăhƠnăkhíătrăvolframă Mỹ bằngăkhíătrăHeliăậ HƠnăkhíătră
 CngăHòaăLiênăBangăĐc bằng khí Argon , hàn khí bo v bằng khí CO2 ng
dng nhiều trong công ngh hàn t đng.
Nĕmă1995ălầnăđầuătiênăqueăhƠnăđin có sỉ  UDSSR.

3

Nĕmă1956ăphátăminhăraăhƠnăđp bằng dây hàn.
Nĕmă1957ăphátătriểnăphngăphápăhƠnăqueăhƠnăcóăxỉ.
Nĕmă1957ăng dng ct plasma.
Nĕmă1961ăsử dng phát minhăhƠnătiaăđin tử ng dng hàn plasma.
Nĕmă1965ădơyăhƠnărng cha thuốcăđc phát triển, phát triển lase khí và
lỏng.
Công ngh hàn ngƠyăcƠngă đc sử dng rng rãi trong nhiều ngành công
nghipănhăch to máy, xây lp công trình công nghip và dân dng, giao thông
vn ti và hóa chất, vv. Vi các ng dng ca các loi máy hàn sau:

Hình 1. 2: MáyăhƠnăđiểm
- Máy hàn điểmădùngăđể hƠnăđính tngăđiểm.
- Sử dng dòngăđin làm nóng chy kim loi và lc ép to ra mối hàn .ng Jasic
ARC200

Hình 1. 3: MáyăhƠnăhồăquangăđin ARC400
Máy hàn dùngădòngăđin xoay chiều.

4

Đc sử dng phổ binăđể hàn. Vi nhiều máy hàn loi khác nhau có dòng

Hình 1. 4: MáyăhƠnăhồăquangăđinăHEROăDC ậ 315
Máy hàn hồ quang dùng dòng mt chiều.
Máy hàn có dòng hàn ổ định.
ng dngădùngăđể hàn mối mối hàn chịu ti ln.







Hình 1. 5 : MáyăhƠnăcôngănghăInverter
Loi máy hàn này cóăkíchăthc và trọngălng nhỏ gọn.
Có thể hàn đc vi dòng xoay chiều và mt chiều.

Hình 1. 6:MáyăHƠnăBánăTăĐngăMAGă- VMAG350/500
LƠămáyăhƠnăđin hồ quang.

5

Que hàn dng cun dây có bọc lp chống gỉ.
Khí bo v mối hàn là khí CO2 dùngăđể hàn vt liu là st.
Khí bo v mối hàn là khí Argon dùngăđể hàn kim loi mầuănhăAl,ăCuăvƠăInox.
Các loi robot hàn:

Hình 1. 7 : Robot hàn OTC DAIHEN
Robot này có thể hƠnăkhungăxeămáy,ănhanh,ăđẹp và tốcăđ cao.
Mỏ hàn di chuyển linh hot.

Hình 1. 8: RobotăhƠnăARCăMate1000B/2000BăcaăhangăFanuc
Là dòng robot thông minh ng dng trong hàn công nghip, vi tầm vi và tốcăđ
hàn nhanh nhất so vi các sn phẩm cùng loi.

6


Hình 1. 9: MáyăhƠnăcaăhãng Panasonic
RobotăhƠnăđngăthẳngăcaămốiăhƠnăgóc.
ĐăchínhăxácăvƠătốcăđăhƠnăcao

Hình 1. 10 : RùaăhƠnătăđngăbámădầmăHit-8SS
Máy hàn góc.
Máy hàn có tính ổnăđịnh cao.
Hàn theo đng thẳng.

7


Hình 1. 11 : HƠnăhồăquangăchìmătăđng
Máy hàn t đng, hàn hồ quang, chyătheoăđng thẳng.
MốiăhƠnăđt chấtălng cao.
Đc dùng nhiều trong hàn kt cấu ln.
Tuyănhiên,ădùăđt nhiều thành công nhng robot hàn trên vnăcònănhc
điểmăcăbn là thiuătínhăluăđng. Nhng cánh tay robot chỉ có thể di chuyển trong
mt khong không gian cố định ph thucăvƠoăniănóăđcăđặt, hoặc là di chuyển
hƠnătheoăđng thẳng. Vấnăđề đặt ra trên thc t cho thấy các vt hàn rất đaădng ,
đng hàn có thể thẳng , có thể cong và có không gian rất rng, vì vyăđòiăhỏi phi
cóărobotăđápăngăđc yêu cầu thc t đặt ra. Vì vy nhng robot t hành (Mobile
robot ) raăđi, nó có thể di chuyển khpăni,ăkh nĕngăng dng linh hot, làm cho
nó có thể đc sử dng  bất c niăđơu.
Robot t hành tip tcăđaăraănhng thách thc mi cho nhà nghiên cu. Trong
lĩnhăvc công ngh hàn robot thit k cầnăđtăđcătínhănĕngăsau:
Có kh nĕngănhn bit đc nhităđ mốiăhƠnăvƠăđng hàn.
Có thể thayăđổi vn tốcăhƠnăvƠădòngăđin hàn cho phù hp vi vt hàn.
Có s thông minh, có kh nĕngăđaăraăcácăla chọn daătrênămôiătrng và
đcăđiều khiển mt cách t đng theo nhng trình t đƣăđc lpătrìnhătrc.
Có kh nĕngăđiều khiểnăđc bằng các lnhăđể có thể thayăđổi tùy theo yêu
cầu caăngi sử dng.
Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tin theo mt hay nhiều chiều.
Có s khéo léo trong vnăđng.
Các robot hàn t hành đƣăđc ch to:

8

Hình 1. 12 : ASLIB
Robot này có kh nĕngădiăchuyển linh hot.
HƠnăđcăđng hàn có không gian rng.



Hình 1. 13 ： Servo-Robot’săMWR-350
RobotănƠyăcóăđ chính xác cao.
Có thể thayăđổiăgócăđ hàn.
Kiểmăsoátăđc ch đ hàn t đng.
Để đápăng tính linh hot khi di chuyển ca robot, bánhăxeălƠăphngăphápăphổ bin
nhất cung cấp kh nĕngădiăchuyển cho mtărobot,ăđc sử dng vi nhiều kích
thc và nền tngărobotăkhácănhau.ăKíchăthc caăbánhăxeădaoăđng khá rng, t

9

nhỏ cỡ vài chcăcmăđn lnăhƠngămét.ăThôngăthng,ăxuăhng phát triển tp trung
vào các bánh xe cỡ nhỏ, cỡ 5 cm tr li vi 3 bánh xe/robot, mt bánh lái và hai
bánh di chuyển. Loi phc tpăhnăcóăthể sử dng con quay hồi chuyển
Về vt liu, vt liu làm bánh xe không có yêu cầuăđặc bit,ănhngămt số trng
hp c thể có yêu cầu khá chặt. Ví d bánh xe robot quân s cần có kh nĕngăchống
trt.ăĐiềuănƠyăcũngăcóăthể đtăđc thông qua cấu trúc bánh xe, mt robot vi 4
bánh hoặc 6 bánh s cóăuăth chống trt tốtăhnătrng hpă2ăbánh.ăNgoƠiăra,ăcă
cấuăbánhăxeăcũngăcầnăđc chú ý khi thit k chuyểnăđng cho robot. Mt quan
nim sai lầm phổ bin là xây dng nhng robot có bánh xe ln, nguồnănĕngălng
sử dng không cung cấpăđ nhu cầu ca robot.
Bánh xe là căcấu làm cho WMR di chuyển,ăthôngăthng có ba loi bánh xe:
Bánh xe tiêu chuẩn: hai bc t do, có thể quay quanh trcăbánhăxeăvƠăđiểm tip xúc.
Bánh lái: hai bc t do, có thể quay xung quanh khp lái.
Bánh đaăhng - Swedish: ba bc t do, có thể quayăđồng thi xung quanh trc

bánh xe, trcălĕnăvƠăđiểm tip xúc













Hình 1. 14 ： Hình nhăcác loiăbánhăxe.
a) bánh xe tiêu chuẩn, b)ăbánhăxeăđaăhng


Bngă1.ă1:Ký hiuăcácăloiăbánhăxe

Ký hiu
Miêu t

Bánh xe láiăphíaătrc, mt bánh phía sau.

Haiăbánhătruyềnăđngăviătrọngătơmăăbênădiă
trcăbánhăxe.

a)

b)







10


Haiăbánhătruyềnăđngăăgia,ămtăbánhăvà có
điểmăthăbaătipăxúc.

Haiăbánhătruyềnăđngăăphíaăsau vƠămtăbánhăláiă
phíaătrc.

Hai bánh truyềnăđngăđc nối trc  phía sau và mt
bánhăláiăphíaătrc.

Hai bánh truyềnăđng đcălpăăgia, hai bánh lái
ăhaiăđầu.

Cấuătrúcăsăđồ ba bánh là kt cấu có kh nĕngăduyătrìăcơnăbằng nhất, tuy nhiên kt
cấuăhaiăbánhăcũngăcóăthể cân bằngăđc. Khi robot có số bánh nhiềuăhnăbaăthìă
thôngăthngăngi ta phi thit k h thốngătreoăđể duy trì s tip xúc ca tất c
các bánh xe vi mặtăđất.
DiăđơyălƠămt số săđồ bố tríăbánhăxeăđiển hình ca WMR:

Hình 1. 15 ： Cấuăhìnhămtăbánhăláiăphíaătrc,ămtăbánhătruyềnăđngăphíaăsau

11


Hình 1. 16 ：Cấuăhìnhăhaiăbánhătruyềnăđngăviătrọngătơmăăbênădiătrcăbánhăxe

Hình 1. 17：CấuăhìnhăhaiăbánhăchuyểnăđngăviăsaiăvƠăthêmăhaiăđiểmătipăxúc

Hình 1. 18：Cấuăhìnhăhaiăbánhătruyềnăđngăđcălpăăphíaăsauă
vƠămtăbánhăláiăăphíaătrc.

12

Hình 1. 19：Cấuăhìnhăhaiăbánhăquayătădoăăphíaăsau,ăbánhătrcăvaălƠă
bánhătruyềnăđngăvaălƠăbánhălái.

Hình 1. 20：Cấuăhìnhăbaăbánhăđaăhng

Hình 1. 21：Cấuăhìnhăbốnăbánhăđaăhng.
Không có cấuăhìnhăắlýătng”ăchoăsăđồ bố trí bánh xe  WMR. Mi ng
dng ca nó s bị ràng buc về các vầnăđề về thit k robot, và nhim v caăngi
thit k là la chọn mtăsăđồ bánh xe thích hp nhất.
1.2. K thutăđiuăhng cho robotădiăđng bằng bánh xe

13

Vấnăđề di chuyển là vấnăđề trọng tâm caărobotădiăđng.ăĐể di chuyểnăđc,
robot phi thc hin mt lot các tác v, mi tác v gn vi mt bài toán nhỏ trong
bài toán di chuyển
S di chuyển ca WMR căbnătheoăhaiăhng sau :
- T điểm nƠyă(điểm btăđầu)ăđnăđiểm kiaă(điểm mc tiêu).
- Di chuyển bám theo quỹ đoăchoătrc

Hình 1. 22：ChuyểnăđngăcăbnăcaăWMRă
a) di chuyển t điểm btăđầuăđnăđiểm đích, b) di chuyển theo quỹ đo

WMR di chuyển theo mtăquĩăđoăđịnh sẵnă đc gọiălƠărobotăbámăđng.
Robot bámăđng có thể di chuyển theo mtăđng,ăđngăđiăcóăthể là có thể đc
nhìn nhnănhămtădòngămƠuăđenătrênămt bề mặt trng (hoặcăngc li) hoặc nó có
thể lƠăđngăvôăhìnhănhămt t trng.
Trong các dây truyền sn xuất t đng, nhng WMR di chuyển theo mt quỹ

đo lặp liăđể thc hin mt số nhim v trong h thống t đngăđc ng dng
ngày càng rng rãi. Ngoài ra, ngày nay trên nhng xe ô tô hinăđi,ăthngăđc các
hãng phát triển h thống lái lái t đng.ăBƠiătoánăđiătheoăquĩăđoăcũngăđc áp dng
rng rãi trong các cuc thi Robocon dƠnhăchoăcácăsinhăviênăcácătrngăCaoăđẳng,
Đi học kỹ thut.

14

Vấnă đề bƠiă toánă điều khiển WMR di chuyểnă theoă quĩă đo (Trajectory
following) đƣăđc rất nhiều nhà khoa học quan tâm, t vic áp dng các thut toán
điều khiểnăthíchănghiăđn vic mã hóa thông tin về đngăđiădi dng số bằng vic
bố trí hàng lot cm binăthuăphátăquangăđn ng dng kỹ thut xử lý nh…Trongă
lunăvĕn này bài toán WMR diăđng bám theo quỹ đoăđc gii quyt bằng mt b
điều khiển vi gii thutăắTrt”ămƠăkt qu đc chng minh bằng mô phỏng trên
Matlab.
1.3. Tóm tt mt s công trình đƣănghiên cu.
1. “Structural Properties and Classification of Kinematicand Dynamic
Models of Wheeled Mobile Robots”, Guy Campion, Georges Bastin, and Brigitte
D’ AndrCa-Nove; iEEE transactions on Robotics and automation, vol. 12, no. 1,
february 1996.[1]
Bài báo này trình bày vấnăđề các loi robot di chuyển bằngăbánhă(WMR)ăđƣă
đc sử dng rng rãi trong các ng dng công nghip và dịch v khácănhauănhă
giao thông vn ti, an ninh, kiểmătraăvƠăthĕmădòăcácăhƠnhătinh,ă…,ăvi các cấu hình
diăđng khác nhau về (số lng và loi bánh xe, vị trí và b phnăđiều khiển ca
chúng, cấuătrúcăđn hoặc cấuătrúcăđôi).ăMt nghiên cu phân tích chi tit cấu trúc
caăcácămôăhìnhăđng họcăvƠăđng lc học ca các robot di chuyển bằng bánh có
thể đc tìm thấy trong [1],[2], [3].


Hình 1. 23：Cấuătrúcăcaărobotădiăchuyểnăbằngăbánh

2. “ A Simple Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile
Robot”, T. H. Bui, T. T. Nguyen, T. L. Chung, and S. B. Kim, International Journal
of Control, Automation, and Systems, Vol. 1, No. 1, pp. 35-42, 2003.[5]

15

BƠiăbáoănƠyăđề cpăđn vic sử dngămôăhìnhăđng học ca WMR bám quỹ
đoăđƣăđc gii quytătrongă[5].ăTrongă[5]ăđề xuất mt b điều khiển phi tuynăđnă
ginăđc thit k daătrênămôăhìnhăđng học cho robot diăđng hàn hai bánh, tính
bền vng da vào lý thuyt ổnăđịnhăLyapunovăđể bámăđng hàn vi vn tốc không
đổi. H thống này (xem hình 1.2) có ba bc t do bao gồm c hai bánh xe và thanh
trt mỏ hàn.

Hình 1. 24:Mô hình Robot hàn MR-SL
Lutăđiều khiểnăcóăđc t cácăhƠmănĕngălngăLyapunovăđể đm bo s ổn
định tim cn ca h thống. B điều khiển có ba thông số để điều chỉnh s thc hin
ca h thốngăđiều khiển.ăCáchăđnăginăđể đoăcácăsaiăsố là sử dng hai cm bin,
mt là cm bin để đoăkhong cách và mt cm binăđoăgócăquay.ăTrng hp mỏ
hàn cố định thì có thể bámăđng thẳng và mất nhiều thiăgianăđể sai lch tin về 0,
nhngăkhôngăbámăđcăđối viăđngăcong.ăTrng hp mỏ hƠnăđiều khiểnăđc
thìăbámăđngăcongătrnănhanhăhnăvi sai số chấp nhnăđc, kt qu mô phỏng
trong hình 1.3.5, 1.3.6.

Hình 1. 25:Cácăsaiăsốăbámăe
1
, e
2
, e
3
cóăsaiălch

16


Hình 1. 26: VnătốcăcaămỏăhƠnăvƠăWMR.
T kt qu mô phỏng hình, tác gi điăđn kt lunănhăsau :
- Mỏ hàn cố định có thể bámătheoăđng thẳng,ănhngăcần nhiều thi gian
để các sai số tin về 0.
- Không thể sử dng WMR có mỏ hàn cố địnhăbámătheoătheoăđng cong
vì có sai số ln.
- Trng hp mỏ hƠnăđiều khiểnăđcăthìăbámăđngăcongătrnănhanhăhnă
vi sai số chấp nhnăđc.
3. “WMR control via dynamic feedback linearization: M. Vendittelli, Design,
implementation and experimental validation”; Giuseppe Oriolo, Member, IEEE,
Alessandro De Luca, Member; IEEE, and Marilena Vendittelli, IEEE Trans.
Control. Syst. Technol., Vol. 10, No. 6, pp. 835–852, Nov. 2002.[4]
BƠiăbáoănƠyătrìnhăbƠyăphngăphápătuyn tính hóa hồi tipăđc sử dng cho
vic bám quỹ đo và ổnăđịnh vị trí caăRobotădiăđng. Vic thc hin caăphngă
pháp này trên robot super MARIO - mt robot diăđngăđiều khiển bằng hai bánh xe
khácănhau,ăđc mô t nhăhìnhă1.3.7. Kt qu mô phỏng các sai lch thể hin 
hình 1.3.8

17


Hình 1. 27:Robot super MARIO

Hình 1. 28:Cácăsaiăsốăbám e
x
và e

y
caărobotăsuperăMARIO
MặcădùăbƠiătoánăđiều khiển các h thống Robot di chuyển theo lý thuyt thì
hầuănhăđƣăđc gii quyt,ănhngăđối vi các nhà thit k điều khiển WMR có vn
còn nhiều vấnăđề cầnăđc quan tâm. Ví d nh,ănhcăđiểm ca nhiều b điều
khiển ổnăđịnh vị trí là quá trình chuyển tip kém.
4. “Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Nonholonomic Wheeled
Mobile Robots “,Jung-Min Yang and Jong-Hwan Kim, IEEE transactions on
Robotics and automation, vol. 15, no. 3, june 1999. [8].
Trong bài báo này tác gi sử dng kỹ thutăđiều khiển kiểuătrt và b điều
khiểnăđng lc học có nhiu ngoài bị chặn,ăđƣăđc sử dngăđể gii quyt bài toán
điều khiển bám cho WMR. Robot sử dng trong thc nghim có tên là MICRO và
kt qu mô phỏng khi robotăbámăđng thẳngănhăhìnhă1.3.9.