Điều khiển hệ tay máy di động dùng bộ điều khiển trượt

iv
TÓM TT

Theo đà phát triển nhanh chóng ca khoa học, Robot ngày càng đợc sử dụng phổ
biến hơn trong sản xuất cũng nh trong đi sống ca con ngi. Robot đã chiếm một vị
trí quan trọng khó có thể thay thế đợc, nó giúp con ngi làm việc với năng suất cao
và đặc biệt trong các điều kiện khó khăn, nguy hiểm… Lĩnh vực Robot di động đang
ngày càng chiếm đợc nhiều sự quan tâm ca các nhà nghiên cu và xã hội. Từ thực tế
đó, việc xây dựng các bộ điều khiển cho Robot di động đã tr nên một yêu cầu thiết
yếu. Những thách thc lớn đó là bộ điều khiển phải tác động nhanh khi đầu vào tham
chiếu thay đổi và nếu thiết kế bộ điều khiển chỉ dựa vào mô hình động học. Khi robot
thực hoạt động, chắc chắn sẽ bị tác động ca nhiễu nh ma sát, lực cản không khí, thay
đổi thông số trong mô hình… gây ra sai lệch lớn so với các giá trị tham chiếu. Luận
văn này tập trung thiết kế bộ điều khiển cho hệ tay máy di động theo phơng pháp điều
khiển chuyển động phân tán dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. Khi đó hệ tay máy
đợc xem nh hai hệ con riêng biệt là đế di động và tay máy. Hai bộ điều khiển chuyển
động phân tán đợc thiết kế để điều khiển hai hệ con này. Sau khi thiết kế xong bộ điều
khiển, tiến hành viết chơng trình mô phỏng dùng phần mềm Matlab, tiến hành chạy
mô phỏng để kiểm chng quá trình hội tụ và tính ổn định ca các sai lệch vị trí và tốc
độ. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đợc trình bày cho thấy hiệu quả ca bộ điều
khiển.
v
ABSTRACT

Nowadays, Robot is widely used in industry and human life. It has taken an
important part and hardly to be replaced, it helps human to increase the yield and to
work in dangerous or difficult conditions. The field of Moving-Robot has attracted a
lot of attention of researchers and society. From the fact of that, designing the
controllers of Moving-Robot has became an important problem. This thesis presents a
decentralized motion control method of wheeled mobile manipulator based on the
Lyapunov’s stability condition. The wheeled mobile manipulator is consisdered as two

separate subsystems such as a mobile platform and a manipulator. Two decentralized
motion controllers are designed to control two subsystems, respectively. At the end,
some simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the control
algorithm developed for monile manipulator.
vi
MC LC

Trang tựa Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học i
Li cam đoan ii
Li cảm ơn iii
Tóm tắt luận văn iv
Mục lục vi
Danh sách các hình ix
Danh sách các bảng xi
Chng 1. Tng quan 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cu, các kết quả nghiên cu trong và ngoài
nớc đã công bố. 2
1.2.1 Tổng quan chung về robot 2
1.2.3 Các kết quả nghiên cu trong và ngoài nớc đã công bố 17
1.3 Mục đích ca đề tài 25
1.4 Cách tiếp cận và phơng pháp nghiên cu 25
1.5 Kết quả dự kiến đạt đợc 25
vii
Chng 2. C s lỦ thuyt 26
2.1 Định lý ổn định th 2 ca Lyapunov: Sử dụng trong thiết kế bộ điều khiển 26
2.2 Lý thuyết điều khiển trợt 28
2.2.1 Giới thiệu chung 28

2.2.2. Thiết kế bộ điều khiển trợt tích phân đối với hệ thống phi tuyến 31
Chng 3. Mô hình toán h tay máy di đng 34
3.1 Mô hình hình học ca hệ tay máy di động: 34
3.2 Mô hình robot di động: 35
3.2.1 Mô hình động học robot di động 35
3.2.2 Mô hình động lực học robot di động 37

3.3 Mô hình tay máy ba bậc tự do: 39
3.3.1 Mô hình động học tay máy 39
3.3.2 Mô hình động lực học tay máy 40
Chng 4. Thit k b điu khin 43
4.1 Giới thiệu: 43
4.2 Thiết kế bộ điều khiển bám cho hệ tay máy di động: 43
4.2.1 Thiết kế bộ điều khiển động học (KC) kết hợp với bộ điều khiển trợt tích
phân (ISMC) cho tay máy 43
4.2.2 Thiết kế bộ điều khiển động lực học cho robot di động: 47
Chng 5. Kt qu mô phng 53
Chng 6. Kt lun vƠ hng phát trin đ tài 66
6.1 Những kết quả đạt đợc 66
viii
6.2 Hạn chế ca đề tài 66
6.3 Hớng phát triển ca đề tài 66
Tài liu tham kho 68
Ph lc A 71
Ph lc B 75


ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1 Robot hàn IRB 1410 ArcPack 3
Hình 1.2 Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 3
Hình 1.3 iRobot Roomba®415 5
Hình 1.4 Robot Dragon hoạt động trong mọi điều kiện môi trng. 5
Hình 1.5 Robot tự hành Sojourner 6
Hình 1.6 Robot Plustech 6
Hình 1.7 Robot MAARS đợc sử dụng trong quân đội 7
Hình 1.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle – AGV) 7
Hình 1.9 Robot ASIMO ca hãng Honda 13
Hình 1.10 Robot Hector ca trng Đại học Bielefeld (Đc) thiết kế 13
Hình 1.11 Robot bám theo quỹ đạo tham chiếu 18
Hình 1.12 Mô hình robot hàn MR-SL 20
Hình 1.13 Các sai số bám
1
e
,
2
e
,
3
e
20
Hình 1.14 Robot SuperMARIO 21
Hình 1.15 Các sai số bám
x
e
và
y

e
(m) 21
Hình 1.16 MICRO robot 22
Hình 1.17 Các sai số khi robot bám đng thẳng 23
Hình 1.18 Robot hàn MSB-2 24
Hình 1.19 Các sai lệch bám
1
e
,
2
e
,
3
e
24
Hình 1.20 Vận tốc góc ca robot 24
Hình 2.1 – 2.2 Minh họa hàm Lyapunov 27
Hình 2.3Ví dụ minh họa đinh lý Lyapunov 27
Hình 2.4 Biểu diễn hệ thống điều khiển có cấu trúc biến đổi 29
Hình 2.5 Các hệ thống có điều khiển trợt 30
Hình 2.6 Hình chiếu quỹ đạo pha 30
x
Hình 2.7 Biểu diễn hình chiếu ca quỹ đạo pha 33
Hình 2.8 Hiện tợng chattering 33
Hình 3.1 Sơ đồ ca hệ tay máy di động 34
Hình 3.2: Vận tốc dài ca các bánh xe và tâm quay M 36
Hình 4.1. Hình biểu diễn các thành phần vector sai số
o
e
ca tay máy 44

Hình 4. 1. Hình biểu diễn các thành phần vector sai số ca MP 48
Hình 4.3. Đặc tính hàm
( )


49
Hình 4.4. Lu đồ giải thuật điều khiển 52
Hình 5.1. Cấu hình ca hệ tay máy di động khi bám theo quỹ đạo 57
Hình 5.2. Quỹ đạo ca điểm tác động cuối bám theo quỹ đạo khi bắt đầu 57
Hình 5.3. Các sai số bám
1
e
,
2
e
,
3
e
trong toàn thi gian 58
Hình 5.4. Các sai số bám
1
e
,
2
e
,
3
e
khi bắt đầu 58
Hình 5.5. Các sai số bám

4
e
,
5
e
,
6
e
trong toàn thi gian 59
Hình 5.6. Các sai số bám
4
e
,
5
e
,
6
e
khi bắt đầu 59
Hình 5.7 Giá trị các góc khớp ca tay máy 60
Hình 5.8 Mặt trợt S1 và S2 60
Hình 5.9 Vận tốc tịnh tiến và vận tốc quay ca đế di động 61
Hình 5.10 Vận tốc bánh trái và vận tốc bánh phải 61
Hình 5.11. Vận tốc ca điểm tác động cuối và vận tốc mong muốn
trong toàn thi gian 62
Hình 5.12. Vận tốc ca điểm tác động cuối và vận tốc mong muốn
khi bắt đầu 62
Hình 5.13. Vector ngõ vào điều khiển

cho tay máy 63

Hình 5.14. Vector mặt trợt Sv  thi gian bắt đầu 63
Hình 5.15. Các sai số
v
e
 thi gian bắt đầu 64
Hình 5.16. Các sai số
v
e
trong toàn bộ thi gian 64
Hình 5.17. Vector moment điều khiển tay máy 65

xi
DANH SÁCH CÁC BNG



BNG TRANG

Bảng 1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển ca Robot 9
Bảng 1.2 Ký hiệu ca các loại bánh xe 14
Bảng 1.3 Các cách bố trí bánh xe ca Robot 15

Bảng 5.1. Các thông số ca hệ tay máy 53
Bảng 5.2. Các giá trị khi tạo ban đầu 54
Bảng 5.3. Các giá trị thông số sử dụng trong mô phỏng 55

1
Chng 1
TNG QUAN

1.1. Đặt vấn đ
Cùng với sự tiến bộ ca khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử tự động hóa
đợc ng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực
kinh tế, kỹ thuật cũng nh trong đi sống xã hội. Nh vậy, nớc ta đã có nhiều bớc
phát triển mạnh mẽ và cuộc sống nhân dân ngày càng đợc nâng cao về mọi mặt.
Chúng ta dễ dàng nhận ra rằng, nhiều thành tựu to lớn đã đạt đợc đó là nh vào đng
lối chính sách ca Đảng và Nhà nớc về đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất
nớc. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này thì đòi hỏi sự tham gia đóng góp ca toàn dân,
nhng bộ phận nòng cốt phải là giới trí thc, những ngi nghiên cu khoa học. Hay
nói một cách khác, xã hội đã giao một trọng trách khá lớn cho giới trí thc trong sự
nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nớc.
Để thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nớc, chắc chắn cần phải nghiên
cu phát triển các thiết bị tự động để phục vụ cho các nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất
nông nghiệp… Trong đó Robot là một lĩnh vực mới mà  nớc ta đang nghiên cu và
từng bớc chế tạo để ng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng cao năng suất lao
động. Việc nghiên cu và chế tạo robot nhằm đáp ng vào nhu cầu thực tế ca các dây
chuyền sản xuất là hết sc cần thiết, vì Robot sử dụng đợc trong các môi trng có
điều kiện khắc nghiệt nh: áp suất, nhiệt độ cao; từ trng mạnh … giúp tăng năng
suất và tiết kiệm sc lao động ca con ngi.

2
1.2. Tng quan chung v lĩnh vực nghiên cu, các kt qu nghiên cu
trong vƠ ngoƠi nc đã công bố.
1.2.1 Tng quan v robot
Những Robot xuất hiện lần đầu tiên  NewYork vào ngày 9/10/1922 trong v

kịch “Rossum’s Universal Robot” ca nhà soạn kịch ngi Tiệp Khắc là Karen
Chapek, còn từ Robot là một cách gọi khác ca từ Robota-theo tiếng Tiệp có nghĩa là
công việc lao dịch. Khi đó, Karen Chapek cho rằng Robot là những ngi máy có khả
năng làm việc nhng không có khả năng suy nghĩ.
Gần một thế kỷ tiếp theo, khái niệm robot đã liên tục đợc phát triển, đóng góp
thêm bi nhiều nhà nghiên cu, nhiều công ty chuyên về lĩnh vực robot. Trớc những
năm 1970, ngi ta chỉ tập trung vào việc phát triển những robot tay máy hoạt động
trong các nhà máy công nghiệp. Ngày nay, ngành công nghiệp Robot đã đạt đợc
những thành tựu hết sc to lớn. Những tay máy đợc đặt trên một đế cố định, có thể di
chuyển với tốc độ nhanh và chính xác để thực hiện các công việc có tính chất lặp đi lặp
lại nh hàn hoặc sơn .
Hình 1.1 Giới thiệu robot hàn IRB 1410 ArcPack do Công ty ABB Việt Nam lắp
đặt nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất quá trình hàn các kiện lắp ráp xe gắn máy tại Nhà
máy sản xuất cơ khí Hải Hà. Một trong các tính năng nổi trội đó là khả năng tự khôi
phục lỗi, theo đó robot có thể tự động tìm lại vị trí hàn bị lỗi để tiếp tục hàn. Điều này
giúp tránh bị bỏ sót mối hàn khi hệ thống bị lỗi - điều mà chỉ có robot ABB có thể làm
đợc. Một điểm khác đáng chú ý là tính năng AutoSave - robot tự động lu lại các
chơng trình đang lập trình nếu xảy ra mất điện, do vậy giúp khách hàng tiết kiệm thi
gian lập trình robot trong trng hợp bị mất điện.
( />san-xuat-co-khi-Hai-Ha.html)
3

Hình 1.1 Robot hàn IRB 1410 ArcPack

Hình 1.2 giới thiệu Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 là loại Robot sáu trục
ABB điều khiển công suất hoạt động súng phun sơn, quy trình tráng men tự động ca
Công ty Electrolux tại Dudley Park, Nam Úc đã đảm bảo đợc tính nhất quán và độ
bóng lớp mạ cao cấp cho hơn 2.000 sản phẩm/ngày. Robot sơn tĩnh điện ABB chính là
giải pháp mang lại thành công cho Electrolux vì khi Robot sơn tĩnh điện ABB đợc
trang bị vào dây chuyền sản xuất đã mang lại cho quy trình sản xuất ca công ty nhiều

lợi ích, tính linh hoạt, hiệu quả và chất lợng.
(
/>xuat-bang-robot-son-tinh-dien-ABB.html)


Hình 1.2 Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400
4
Trong ngành công nghiệp điện tử, các cánh tay Robot có thể đợc sử dụng để
lắp ráp linh kiện cho điện thoại di động và máy tính xách tay với độ chính xác ca một
siêu nhân.
Tuy nhiên, dù đạt đợc nhiều thành công nhng những Robot công nghiệp trên
vẫn còn một nhợc điểm cơ bản đó là thiếu tính lu động. Những cánh tay Robot chỉ
có thể chuyển động trong một khoảng không gian cố định phụ thuộc vào nơi nó đợc
đặt.
Ngợc lại, những robot tự hành hay robot di động (Mobile Robot) có khả năng
tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp ca con ngi, nó có thể di
chuyển khắp nơi, khả năng ng dụng linh hoạt làm cho nó có thể đợc sử dụng  bất
c nơi đâu. Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi trng xung
quanh. Robot tự hành ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các ngành công nghiệp, thơng
mại, y tế, các ng dụng khoa học và phục vụ đi sống ca con ngi. Với sự phát triển
ca ngành Robot học, Robot tự hành ngày càng có khả năng hoạt động trong các môi
trng khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau nh
Robot sơn, Robot hàn, Robot cắt cỏ, Robot thám hiểm đại dơng, Robot làm việc
ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển ca yêu cầu trong thực tế, Robot tự hành tiếp tục
đa ra những thách thc mới cho các nhà nghiên cu. Vì vậy các nghiên cu bắt đầu
tập trung hơn vào robot di động. Các robot di động có ngi điều khiển đã đợc dùng
nhiều cho các mục đích dân sự, quân sự, các nhiệm vụ nguy hiểm nh phá mìn, thăm
dò đáy đại dơng, hầm mỏ, kiểm tra các đng ống ngầm, hay thăm dò sao Hoả…
Hình 1.3: Giới thiệu iRobot Roomba - một sáng chế ca hãng Irobot (Mỹ) giúp
làm sạch gầm ging, gầm t - nơi bụi bẩn lu cữu lâu ngày. Irobot Roomba sẽ giúp

bạn có một căn phòng sạch đến bất ng mà đồ đạc chẳng cần xê dịch gì. Chăm chỉ, cần
mẫn và thông minh, chỉ cần bạn nhấn nút một “Clean” để ra lệnh, chú robot có hình
tròn thân thiện này sẽ tự động tiến hành mọi thao tác, len lỏi vào mọi ngóc ngách, kể cả
5
gầm ging, gầm t, cho căn phòng ca bạn luôn sạch bụi bẩn. ( />Noi/Dien-may/p500745/Robot-hut-bui-iRobot-Roomba-415.html)


Hình 1.3: Giới thiệu iRobot Roomba

Hình 1.4 Dragon là loại robot có kích thớc nhỏ đợc phát triển nhằm phục vụ
cho hải quân Mỹ với nhiệm vụ kiểm tra các vật đáng ng dới gầm xe hoặc trinh sát
trong các khu nhà khả nghi. Tại Fukushima, Dragon sẽ len lỏi và nhà máy điện để xác
định tình trạng thiệt hại cụ thể trong điều kiện nồng độ phóng xạ đang  mc rất cao.(
/>Ban/20114/83752.vnplus)

Hình 1.4 Robot Dragon hoạt động trong mọi điều kiện môi trường.
6
Hình 1.5 Robot tự hành Sojourner đợc sử dụng để khám phá sao Hỏa mùa hè
năm 1997. Nó đợc điều khiển hoàn toàn từ trái đất. Tuy nhiên, các bộ cảm biến cho
phép nó phát hiện ra các vật cản.
(

Hình 1.5 Robot tự hành Sojourner
Hình 1.6 Plustech là robot làm việc đi bằng chân đầu tiên đợc phát triển. Nó
đợc thiết kế để mang gỗ ra khỏi rừng. Sự phối hợp giữa các chân đợc thực hiện tự
động, nhng việc tìm đng đi thì vẫn đợc quyết định bi ngi điều khiển trên
Robot. (

Hình 1.6 Robot Plustech
7

Hình 1.7 Robot quân sự MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System)
là loại robot chiến đấu do công ty Foster-Miller (Mỹ) sản xuất trên cơ s nguyên mẫu
ca robot chiến đấu SWORDS.
( />)

Hình 1.7 Robot MAARS được sử dụng trong quân đội

Hình 1.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle–AGV) mới nhất ca
SWISSLOG đợc sử dụng để vận chuyển khối motor từ nơi này đến nơi khác. Nó
đợc dẫn đng bi các dây điện đặt dới sàn nhà. Đã có hàng nghìn Robot AGV
đợc sản xuất để phục vụ trong công nghiệp, làm việc nhà và thậm chí là trong bệnh
viện. ( />transcar.htm)

Hình 1.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle – AGV)
8
Vấn đề ca Robot tự hành là làm thế nào để Robot tự hành có thể hoạt động,
nhận biết môi trng và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu tiên là di chuyển,
Robot tự hành nên di chuyển nh thế nào và cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt
nhất. Điều hớng là vấn đề cơ bản trong nghiên cu và chế tạo Robot tự hành.Trong
hiệp hội nghiên cu về Robot tự hành có 2 hớng nghiên cu khác nhau:
Hớng th nhất là nghiên cu về Robot tự hành có khả năng điều hớng  tốc
độ cao nh thông tin thu đợc từ cảm biến, đây là loại Robot có khả năng hoạt động 
môi trng trong phòng cũng nh môi trng bên ngoài. Loại Robot này yêu cầu khả
năng tính toán đồ sộ và đợc trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể
điều khiển Robot di chuyển  tốc độ cao, trong những môi trng có địa hình phc tạp.
Hớng th hai là nhằm giải quyết các vấn đề về các loại Robot tự hành chỉ dùng
để hoạt động trong môi trng trong phòng. Loại Robot tự hành này có kết cấu đơn
giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.

Cùng với sự phát triển ca ngành cơ điện tử robot tự hành ngày càng đợc hoàn

thiện hơn, đợc ng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, thơng mại, y tế, khoa
học, …và mang lại nhiều lợi ích cho đi sống xã hội, thay thế dần sc lao động ca
con ngi trong những điều kiện môi trng độc hại nguy hiểm, tăng nhanh năng
suất lao động…đặc biệt là nó góp phần tích cực vào quá trình công nghiệp hóa hiện
đại hóa nớc ta nói riêng và thế giới nói chung.

Tóm tt lịch sử phát trin ca Robot
Bảng 1.1 trình bày tóm tắt quá trình lịch sử hình thành và phát triển ca công
nghệ chế tạo Robot, và những tác động ca khoa hoc cũng nh xã hội đối với từng thi
kỳ.
9
Bng 1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển ca Robot

Mốc
thi
gian
Nghiên cu và
phát trin
ng dng trong
công nghip
Kỹ thut h tr
Các yu tố
nh hng
1920
Khái niệm Robot
xuất hiện trong tiểu
thuyết

1940
Phát minh ra cánh

tay máy

1950
Phát sinh khái niệm
Robot thông minh

Giới thiệu
về bộ nhớ vòng

1960
Giới thiệu Robot
điều khiển bằng
máy tính.
Hoạt động nghiên
cu đợc tăng
cng.
Phát triển Robot
trong công nghiệp.

ng dụng Robot 
NASA và NAVY.
Máy tính dùng
transitor.
Giới thiệu vi xử
lý.

1970
Robot có trí thông
minh nhân tạo.
Sự bùng nổ lần

đầu tiên ca Robot

Phát triển vi xử lý

Sự hạn chế
ca nền kinh
tế.
1980
Chế tạo ra Robot
để dùng trong
những việc nguy
hiểm (1983)
Robot công nghiệp
đợc ng dụng
rộng rãi
Kỹ thuật số và kỹ
thuật quang phát
triển.
Nhu cầu tăng
cng lao
động.
1990
Giới thiệu về
Robot thông minh
Điều khiển logic.
Nghiên cu

Robot gây
10
trong sản xuất. về Robot trí thông

minh nhân tạo.
nên thất
nghiệp

2000
Robot giống con
ngi
Các tiến bộ về cơ
khí

2001
Bắt đầu dự án
Swarm-bots.
Swram-bots gồm
nhiều Robot nhỏ
hợp lại để thực hiện
một nhiệm vụ
chung.

2002
Xuất hiện Robot tự
dò đng Roomba.
Phục vụ cho việc
lau chùi nhà cửa.

2003
Robot quét dọn tại
các bệnh viện, cao
ốc và các trung tâm
thơng mại phát

triển mạnh.

Robot hoạt động
hoàn toàn tự ch,
xử dụng một hệ
thống cảm biến để
tránh chớng ngại
vật.
Công ty
Axxon
Robotics mua
lại Intellibot
2004
Robot đồ chơi
Robosapien đợc
Mark Tilden thiết
kế và bán ra thị
trng.
Trong “Dự án
Centibots” 100
Robot độc lập làm
việc với nhau để
thực hiện một bản
đồ ca một môi

11
trng không rõ
và tìm kiếm các
đối tợng trong
môi trng đó.

2005
Boston Dynamics
tạo ra một Robot
thú bốn chân.
Robot di chuyển
bằng chân đợc
ng dụng để
mang vật nặng
trên địa hình xe cộ
di chuyển khó
khăn.

2006
Talon-Sword, các
Robot thơng mại
đầu tiên với súng
phóng lựu và các
tùy chọn vũ khí
tích hợp khác đợc
phát hành.
Robot Honda
Asimo có khả năng
học chạy và leo lên
cầu thang.
ng dụng Robot
trong lĩnh vực
quân sự đợc phát
triển mạnh.

2007

Hàng loạt Robot
đợc chế tạo ra để
ng dụng trong
sinh hoạt, bệnh

12
viện và quân sự
Ví dụ : Kiva,
Speci-Minder , Tug

2008
Boston Dynamics
phát hành đoạn
phim video ca một
thế hệ mới BigDog

BigDog có thể đi
trên địa hình băng
giá và phục hồi sự
cân bằng ca nó
trên mặt nớc đá.

2010
Nhật Bản chế
tạoRobot cu hộ
QUINCE.
QUINCE có thể
tìm kiếm ngi
sống sót trong
đống đổ nát và

cung cấp nớc,
thực phẩm hoặc
điện thoại di động
vào khu vực xảy
ra thiên tai.

Tình hình
thiên tai,
động đất xảy
ra thng
xuyên tại
Nhật.


Phân loi robot tự hành: Robot tự hành đợc chia làm 2 loại chính đó là loại
robot tự hành chuyển động bằng chân và robot tự hành chuyển động bằng bánh.
Robot tự hành di chuyển bằng chân (Legged Robot): u điểm lớn nhất ca
loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển trên các địa hình gồ ghề. Hơn nữa
chúng còn có thể đi qua những vật cản nh hố, vết nt sâu. Nhợc điểm chính ca
robot loại này chính là chế tạo quá phc tạp.
Chân robot là kết cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng
lợng ca robot đồng thi giảm tốc độ di chuyển. Các kĩ năng nh cầm, nắm hay
13
nâng tải cũng là nguyên nhân làm giảm độ cng vững ca robot. Robot loại này càng
linh hoạt thì chi phí chế tạo càng cao. Robot tự hành di chuyển bằng chân đợc mô
phỏng theo các loài động vật nên gồm các loại 2,4,6 chân và có thể nhiều hơn. Dới
đây là một số loại robot điển hình chuyển động bằng chân.


Hình 1.9 Robot ASIMO của hãng Honda

( />ban.html)


Hình 1.10 Robot Hector của trường Đại học Bielefeld (Đức) thiết kế
( />trung.aspx)

Robot tự hành di chuyển bằng bánh (Wheeled mobile robot): Nh giới thiệu
trong các hình 1.4-1.8.
14
Bánh xe là cơ cấu chuyển động đợc sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ
robot tự hành. Vấn đề cân bằng thng không phải là vấn đề đợc chú ý nhiều trong
robot di chuyển bằng bánh. Ba bánh là kết cấu có khả năng duy trì cân bằng nhất, tuy
nhiên kết cấu hai bánh cũng có thể cân bằng đợc. Khi robot có số bánh nhiều hơn ba
thì thông thng ngi ta phải thiết kế hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc ca tất cả
các bánh xe với mặt đất. Vấn đề ca robot loại này là về lực kéo, độ ổn định và khả
năng điều khiển chuyển động.v.v. Dới đây là các loại bánh xe cơ bản đợc sử dụng
trong robot tự hành (bảng 1.2):
+ Bánh xe tiêu chuẩn: hai bậc tự do, có thể quay quanh trục bánh xe và điểm
tiếp xúc.
+ Bánh lái: hai bậc tự do,có thể quay xung quanh khớp lái.
+ Bánh Swedish: ba bậc tự do, có thể quay đồng thi xung quanh trục bánh xe,
trục lăn và điểm tiếp xúc.
Bng 1.2 Ký hiệu ca các loại bánh xe

Ký hiu các loi bánhxe


Bánh đa hớng không truyền động.
Bánh truyền động Swedish (đa hớng).

Bánh quay tự do tiêu chuẩn.
Bánh truyền động tiêu chuẩn.

Bánh vừa truyền động vừa là bánh lái.


Sơ đồ bánh xe ca Robot tự hành hai bánh, ba bánh, bốn bánh và sáu bánh đợc
liệt kê trong bảng 1.3
15
Bng 1.3 Các cách bố trí bánh xe ca Robot

Số bánh Sp xp Miêu
t



Một bánh lái phía trớc, một bánh phía sau.


2




Hai bánh truyền động với trọng tâm  bên d
ới
trục bánh xe.

Hai bánh truyền động  giữa và có đi
ểm th ba
tiếp xúc.


Hai bánh truyền động độc lập  p
hía sau và
một bánh lái  phía trớc.


Hai bánh truyền động đợc nối v
ới trục  phía
sau, một bánh lái  phía trớc.


Hai bánh quay tự do  phía sau, bánh tr
ớc vừa
là bánh truyền động vừa là bánh lái.




3

Ba bánh Swedish đợc đặt  các đỉnh ca m
ột
tam giác đều, kết cấu n
ày cho phép Robot di
chuyển theo đa hớng.





Hai bánh ch
 động  phía sau, hai bánh lái 
phía trớc.
16


Hai bánh phía trớc vừa là bánh lái vừa l
à bánh
ch động.


Cả bốn bánh đều là bánh truyền động và lái.

Hai bánh truy
ền động độc lập  phía sau, hai
bánh lái đa hớng  phía trớc.


Bốn bánh đa hớng.


Hai bánh chuyển động vi sai và thêm hai đi
ểm
tiếp xúc.


Bốn bánh vừa là truyền động vừa là bánh lái.




Hai bánh truyền động  giữa, thêm b
ốn bánh đa
hớng  xung quanh.

6


Hai bánh truyền động vi sai  gi
ữa, bốn bánh đa
hớng  bốn góc.

17

Ngoài ra một số loại robot hoạt động trong các môi trng đặc biệt nh dới
nớc hay trên không trung thì chúng đợc trang bị cơ cấu di chuyển đặc trng. Cùng
với sự phát triển ca yêu cầu trong thực tế, lĩnh vực Robot tự hành ngày càng đợc sự
quan tâm ca xã hội. Vì vậy robot tự hành tiếp tục đa ra những thách thc mới cho
các nhà nghiên cu.
1.2.3 Các kt qu nghiên cu trong và ngoài nc đã công bố
Robot di động bằng bánh xe còn đợc gọi là WMR (wheeled mobile robot) đã
đợc sử dụng rộng rãi trong các ng dụng công nghiệp và dịch vụ nh vận tải, an ninh,
kiểm tra, và thăm dò các hành tinh, vv, với cấu hình di động khác nhau (kiểu bánh xe
và số lợng bánh xe, cấu trúc xe…). Để robot di động có thể tự hành, thực hiện đợc
các nhiệm vụ nhất định ca nó thì cần phải giải quyết các bài toán lớn sau:
- Tìm đng đi tốt nhất từ điểm xuất phát đến đích tránh chớng ngại vật.
- Định vị cho robot.
- Điều khiển cho robot bám đng đi hay quỹ đạo đã tìm đợc
Trong bài toán trên thì việc điều khiển bám quỹ đạo là một trong những bài toán
đặt ra nhiều thách thc cần phải giải quyết. Quỹ đạo là một đng cong tùy ý đợc vẽ
sẵn trên mặt đng (đợc gọi quỹ đạo tham chiếu), WMR sẽ bám vào quỹ đạo tham
khảo để di chuyển, xem hình 1.11.