Nghiên cứu nâng cao hiệu quả định vị và dẫn đường robot di động trong môi trường không biết trước

-I HC QUẩC GIA H NậI

TRìNG -I HC CặNG NGH

Nguyạn Th Thanh VƠn
NGHIN CU NNG CAO HIU QU -NH V V
DN -ìNG ROBOT DI -ậNG TRONG MặI
TRìNG KHặNG BIT TRìẻC

Chuyản ng nh: K thuêt -iằn tỷ
MÂ số: 62 52 02 03

LUN N TIN S NGNH CặNG NGH Kò THUT
-IN T, TRUYN THặNG
NGìI HìẻNG DN KHOA HC:
1.PGS.TS. TrƯn Quang Vinh
2.TS. Lả Vụ H

H Nởi - 2017


LI CAM -OAN
Tổi xin cam oan luên Ăn n y l cổng trẳnh nghiản cựu cừa
tổi, chữa ữủc xuĐt bÊn tÔi bĐt ký nỡi n o. Mồi nguỗn thổng
tin tham khÊo sỷ dửng trong luên Ăn ãu ữủc trẵch dăn Ưy ừ.
TĂc giÊ

Nguyạn Th Thanh VƠn

i

LI CM èN
Luên Ăn n y ữủc ho n th nh vợi sỹ giúp ù cừa nhiãu ngữới.
Lới Ưu tiản, tổi xin gỷi lới cÊm ỡn sƠu sc án Phõ giĂo sữ, tián sắ
TrƯn Quang Vinh v Tián sắ Lả Vụ H , l nhỳng ngữới ThƯy  trỹc tiáp
hữợng dăn, hộ trủ v ởng viản tổi trong quĂ trẳnh nghiản cựu.
Tổi xin gỷi lới cÊm ỡn chƠn th nh tợi Tián sắ Phũng MÔnh Dữỡng,
ỗng nghiằp cũng nhõm nghiản cựu, Â cõ nhỳng hộ trủ trong
quĂ trẳnh thỹc hiằn thỹc nghiằm v xuĐt bÊn cĂc cổng trẳnh cổng
bố.

Tổi cụng xin gỷi lới cÊm ỡn chƠn th nh tợi nhỳng ThƯy, Cổ,
ỗng nghiằp cừa Khoa -iằn tỷ - Viạn thổng, -Ôi hồc Cổng
nghằ, -Ôi hồc Quốc Gia H Nởi  hộ trủ, tÔo iãu kiằn v ởng viản
tổi rĐt nhiãu trong thới gian vứa giÊng dÔy vứa nghiản cựu tÔi
Khoa.

Cuối cũng, xin gỷi tợi nhỳng ngữới thƠn yảu cừa gia ẳnh tổi vợi tĐm lỏng biát ỡn sƠu sc, luổn luổn hộ trủ ởng
viản tổi cõ th ho n th nh ữủc luên Ăn n y.


ii


MệC LệC

Trang phử bẳa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Lới cam oan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i Lới
cÊm ỡn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii Mửc
lửc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Danh

mửc cĂc kỵ hiằu v chỳ viát tt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi Danh mửc cĂc
bÊng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Danh mửc cĂc
hẳnh v, ỗ th . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv Mé
-U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii Chữỡng
1. TấNG QUAN ROBOT DI -ậNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. Giợi thiằu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1

1.2. Hằ thống robot di ởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.3. -nh v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3.1. -nh v tữỡng ối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3

1.3.2. -nh v tuyằt ối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4

1.3.3. Tờng hủp dỳ liằu cÊm bián . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5


iii


1.3.4. Nhên xt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.4. Dăn ữớng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.1. Lêp ká hoÔch ữớng i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.2. TrĂnh vêt cÊn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10

1.4.3. CĐu trúc dăn ữớng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10

1.4.4. CĐu trúc h nh vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11

1.4.5. Nhên xt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17

1.5. K thuêt iãu khin robot di ởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.5.1. -iãu khin mớ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18

1.5.2. MÔng nỡron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.5.3. Quyát nh tối ữu a mửc tiảu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24

1.6. Robot di ởng hai bĂnh vi sai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.6.1. HoÔt ởng vi sai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26

1.6.2. Mổ hẳnh ởng hồc thuên. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28

1.6.3. KhÊ nông iãu khin v quan sĂt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30

1.7. Tẳnh hẳnh nghiản cựu trong v ngo i nữợc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
1.8. Kát luên chữỡng 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

Chữỡng 2. -NH V S DệNG Bậ LC KALMAN
NèRON M 35
2.1. Giợi thiằu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35


2.2. Bë låc Kalman mð rëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35

2.3. Bë låc Kalman Nìron Mí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.1. Cì sð i·u ch¿nh ma trªn R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3.2. M¤ng nìron mí i·u ch¿nh Rk(j; j). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38

2.4. H» thèng ành và robot di ëng sû döng FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . .

42

2.4.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.2. Mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43

iv


2.4.3. Thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55

2.5. K¸t luªn ch÷ìng 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57

Ch÷ìng 3. C„U TRÓC D„N -×ÍNG H„NH VI SÛ DÖNG
-I„U
KHI„N MÍ V„ TÈI ×U -A MÖC TI„U . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
59
3.1. Giîi thi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59

3.2. C§u tróc d¨n ÷íng h nh vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59

3.3. C§u tróc d¨n ÷íng h nh vi BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61

3.4. H» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
3.4.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64

3.4.2. Thi¸t k¸ BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

3.5. Mæ phäng ¡nh gi¡ h» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM . .
75

3.5.1. Chu©n bà mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75

3.5.2. K¸t qu£ mæ phäng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77

3.6. Thüc nghi»m ¡nh gi¡ h» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM
83

3.6.1. Chu©n bà thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83

3.6.2. K¸t qu£ thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86

3.7. H» thèng d¨n ÷íng k¸t hñp BBFM v FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.7.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92


3.7.2. Mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
3.7.3. Thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96

3.8. K¸t luªn ch÷ìng 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99

K„T LU„N V„ KI„N
NGHÀ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

DANH MÖC CÆNG TR„NH KHOA HÅC CÕA T„C GI„ LI„N
QUAN -„N LU„N „N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 101

v


T„I LI„U THAM KH„O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 PHÖ
LÖC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

vi


DANH MÖC C„C KÞ HI„U
V„ CHÚ VI„T T„T

vii


Danh mửc cĂc kỵ hiằu
STT Kỵ hiằu

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
18
19
20
21

In hoa, êm
In thữớng, êm
In hoa, thữớng
!
u
x
x

rank(C)
F

!
x

Ma trên
Vector
Têp hủp, têp mớ, têp giĂ tr
Vên tốc gõc
Gõc hữợng cừa robot
Vên tốc tuyán tẵnh
-Ôo h m bêc 1
-Ôo h m bêc 2
HÔng cừa ma trên C
H m thuởc cừa têp mớ F
nh xÔ
Nghiằm tối ữu Pareto

P

Têp tối ữu Pareto

FP

Giợi hÔn Pareto

x^

ìợc oĂn trÔng thĂi tiản nghiằm

ìợc oĂn trÔng thĂi hêu nghiằm
GiĂ tr giÊi mớ
Hơng số iãu chnh trong mÔng nỡron
GiĂ tr ở lằch giỳa mổ hẳnh lỵ thuyát v thỹc
H m ngău nhiản phƠn bố ãu
KhoÊng cĂch tứ v trẵ hiằn tÔi cừa robot tợi
ẵch

k , Pk

x^

k

, Pk

rand()

22
23
24

Mổ tÊ

Gõc lằch giỳa vctỡ khoÊng cĂch v vctỡ
hữợng
d
y^l

KhoÊng cĂch tứ cÊm bián siảu Ơm tợi vêt

Tẵn hiằu iãu khin tờng hủp
viii


Danh mửc cĂc kỵ hiằu
STT Kỵ hiằu

Mổ tÊ

25
26
27
28
29
30
31
32

N

33
34
35
36
37
38
39
40
41
42

43
44
45

*, . , viát liãn

46

47

Số h m mửc tiảu
KhoÊng cĂch giỳa hai bĂnh xe
-ữớng kẵnh bĂnh xe
Th nh phƯn ữớng cho (j, j) cừa ma trên R
Thuởc
Khổng thuởc
Bêc di chuyn cừa robot
Têp khÊ thi

L
R
R(j; j)
2
2=
M

X
Gauss(x)
Sigmoid(x)
i

i

ai; bi; cj;
Bi

A

ij

Rk
K
Pi

Y

li

min()
P

j

NhƠn thữớng
H m dÔng Gauss
H m dÔng Sigmoid
Mực ở chiám giỳ cừa luêt trong mÔng nỡron
Chuân hõa mực ở chiám giỳ luêt
Tham số cừa cĂc h m thuởc
H nh vi thự i
Têp mớ thự j cừa bián thự i

Luêt mớ thự k
Số luêt iãu khin
Phữỡng trẳnh thự i trong giÊi Lexicographic
fyljyl  giÊi trong Pig
GiĂ tr nhọ nhĐt
Tờng

Vổ cũng

1

ix


Danh mửc cĂc kỵ hiằu
STT Kỵ hiằu
48

Tẵch phƠn

m

49
50
51
52

-ỡn v mt

R

s
m/s
rad/s

53

54
55
56
57

Mổ tÊ

-ỡn v giƠy
-ỡn v mt/giƠy
-ỡn v radian/giƠy
-ỡn v ở

cm
kg
U Si
@

-ỡn v centimet
-ỡn v kilogram
CÊm bián siảu Ơm thự i trản robot Sputnik
-Ôo h m

x

Danh mửc cĂc chỳ viát tt
STT Chỳ

Mổ tÊ Tiáng Anh

Mổ tÊ Tiáng Viằt

viát tt
1

ANFIS

Adaptive Neuro-Fuzzy Infer- Hằ thống suy luên mớ nỡ ron
ence System
thẵch nghi

2
3

AGV
AUV

Autonomous Guided Vehicle Xe tỹ h nh
Autonomous Underwater Ve- Thiát b dữợi nữợc tỹ ởng
hicle

4

BBFM

Behavior Based using Fuzzy CĐu trúc h nh vi sỷ dửng
and Multi-Objective
logic mớ v tối ữu a mửc tiảu

5

7

CCD
CDB
DAMN

Charge Coupled Device
Context Depedent Blending
Distributed Architecture for
Mobile Navigation

8

DDMR

The differential drive mobiler Robot di ởng hai bĂnh vi sai
robot

9

DIF

Distributed Information Fil- Bở lồc thổng tin phƠn tĂn
ter

10

DOF
DSP
EKF
FNN
FNN-EKF

Degree of Freedom
Digital Signal Processing
Extended Kalman Filter
Fuzzy Neural Network
Fuzzy Neural Network Extended Kalman Filter

16

FL
FL-AKF

Fuzzy Logic
Logic mớ
Fuzzy Logic-based Adaptive Bở lồc Kalman thẵch nghi dỹa
Kalman Filter
trản logic mớ

17

FL-EKF

Fuzzy Logic Extended Bở lồc Kalman sỷ dửng logic
Kalman Filter
mớ

18

GPS

Global Positioning System Hằ thống nh v to n cƯu

6

11
12
13
14
15

xi

Thiát b tẵch iằn kp
Trởn lằnh phử thuởc ngỳ cÊnh
CĐu trúc phƠn tĂn dăn ữớng
di ởng

Bêc tỹ do
Bở xỷ lỵ tẵn hiằu số
Bở lồc Kalman m rởng

MÔng nỡron mớ
Bở lồc Kalman sỷ dửng mÔng
nỡron mớ


Danh mửc cĂc chỳ viát tt
STT Chỳ

Mổ tÊ Tiáng Anh

Mổ tÊ Tiáng Viằt

viát tt

19

GPS/INS

Global Positioning Sys- Hằ thống nh v to n cƯu/Hằ
tem/Inertial Navigation thống dăn ữớng quĂn tẵnh
System

20

ICC

Instantaneous Center of Cur- TƠm cong tực thới
vature

21

ICR

Instantaneous Center of Ro- TƠm quay tực thới
tation

22

LMR
LRF
MOASM

Legged Mobile Robot
Laser Range Finder
Mutiple Objective Action Selection Mechanism

MISO
PID

Multi Input Single Output Nhiãu Ưu v o mởt Ưu ra
Proportional Integral T lằ - Tẵch phƠn - Vi phƠn

Derivative

PF
RMSE
RIA
SAMBA

Particle Filter

Root Mean Square Error
Robotics Institute of America
Sensor, Actuator, Marker, Behavior, Arbiter

32

SISO
SLAM

Single Input Single Output Mởt Ưu v o mởt Ưu ra
Simultaneous Localization -nh v v lêp bÊn ỗ ỗng
And Mapping
thới

33

UAV

Unmanned Aerial Vehicle Thiát b trản khổng khổng
ngữới lĂi

34

UKF
VHF
WMR

Unscented Kalman Filter Bở lồc Kalman Unscented
Vector Field Histogram Vc tỡ trữớng thá
Wheeled Mobile Robot Robot di ởng bĂnh xe

23
24
25
26

27
28
29
30
31

35
36

xii

Robot di ởng chƠn
CÊm bián o xa laze
Cỡ cĐu lỹa chồn tĂc ởng tối
ữu a tiảu

Bở lồc hÔt
Sai số to n phữỡng trung bẳnh
Viằn Robot M
CÊm bián, ChĐp h nh, GĂn
nhÂn, H nh vi, PhƠn xỷ


DANH MệC CC BNG

2.1 Tham số h m thuởc cừa mÔng nỡron mớ . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1 Luêt iãu khin trĂnh vêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2 Luêt iãu khin vã ẵch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3 Luêt iãu khin trĂnh cỹc tiu cửc bở . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4 Kát quÊ dăn ữớng mổ phọng trong mổi trữớng thổng thữớng . . . . 78
3.5 Kát quÊ dăn ữớng mổ phọng trong mổi trữớng vôn phỏng . . . . . . 80
3.6 Kát quÊ mổ phọng cĐu trúc BBFM thảm h nh vi trĂnh cỹc tiu

cửc bở . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.7 Kát quÊ dăn ữớng thỹc sỷ dửng cĐu trúc BBFM cừa ba trữớng hủp 91
3.8 Kát quÊ dăn ữớng mổ phọng sỷ dửng BBFM&FNN-EKF v
BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.9 Kát quÊ dăn ữớng thỹc sỷ dửng kát hủp BBFM v FNN-EKF . . . 99

xiii


DANH MệC CC HNH V, -ầ
TH

1.1 Sỡ ỗ iãu khin chung cừa robot di ởng. . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Trởn phƠn bố xĂc suĐt cừa hai php o. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 CĐu trúc dăn ữớng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 CĐu trúc h nh vi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5 CĂc k thuêt trởn lằnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 Sỡ ỗ biu quyát. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7 Sỡ ỗ cĐu trúc motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8 Hai cĂch kát hủp lối ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.9 Sỡ ỗ khối bở lồc thổng tin phƠn tĂn.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.10 H m thuởc cừa têp kinh in v têp mớ . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.11 So sĂnh têp kinh in v têp mớ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.12 CĐu trúc cỡ bÊn cừa iãu khin mớ cỡ bÊn. . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.13 CĂc phữỡng phĂp giÊi mớ
. . . . 21

.....................

1.14 CĐu trúc cừa nỡron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.15 Vẵ dử mÔng nỡron nhiãu lợp hỗi tiáp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.16 Têp tối ữu v giợi hÔn Pareto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.17 TƠm quay tực thới. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.18 HoÔt ởng vi sai cừa robot di ởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.19 Mổ hẳnh robot di ởng hai bĂnh vi sai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.1 Sỡ ỗ iãu chnh ma trên R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39


xiv


2.2 H m thuởc cừa cĂc têp mớ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 Sỡ ỗ mÔng nỡron mớ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4 Mổ hẳnh hằ thống nh v. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5 GiĂ tr nhiạu lối v o v nhiạu php o . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6 HoÔt ởng cừa bở lồc EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7 So sĂnh EKF, IEKF v FL-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.8 Kát quÊ hồc cừa mÔng nỡron mớ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.9 Kát quÊ so sĂnh FL-EKF v FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.10 HoÔt ởng cừa FNN-EKF vợi giợi hÔn cừa ma trên R1 . . . . . . . . 53
2.11 HoÔt ởng cừa FNN-EKF vợi mởt số ữớng i khĂc nhau . . . . . . . 54

2.12 Hằ thống nh v thỹc tá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.13 -ữớng i thỹc
57
tá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Sỡ ỗ cĐu trúc h nh vi tờng quĂt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2 Sỡ ỗ cĐu trúc dăn ữớng h nh vi BBFM. . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3 Mổ hẳnh hằ thống dăn ữớng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 Mổ hẳnh bián dăn ữớng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5 CĐu trúc BBFM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6 Sỹ sp xáp cĂc cÊm bián siảu Ơm trản robot. . . . . . . . . . . . . . . 67
3.7 H m thuởc cừa cĂc bián v o/ra dl; df ; dr; ; u; ! . . . . . . . . . . . . . 68
3.8 H m thuởc cừa bián . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.9 VĐn ã cỹc tiu cửc bở . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.10 H m thuởc cừa bián ed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
3.11 CĐu trúc CDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.12 -ữớng i v Ăp ựng cừa robot sỷ dửng cĂc cĐu trúc dăn -

ữớng
khĂc nhau trong mổ phọng mổi trữớng thổng thữớng . . . . . . . . . 79
3.13 -ữớng i v Ăp ựng cừa robot sỷ dửng cĂc cĐu trúc dăn ữớng
khĂc nhau trong mổ phọng mổi trữớng vôn phỏng . . . . . . . . . . . 81
3.14 -ữớng i v Ăp ựng cừa robot sỷ dửng cĂc cĐu trúc dăn ữớng

kh¡c nhau trong mæ phäng mæi tr÷íng câ cüc tiºu cöc bë . . . . . . . 82
xv


3.15 -ữớng i cừa robot sỷ dửng cĐu trúc BBFM cõ thảm h nh

vi
trĂnh cỹc tiu cửc bở. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.16 Robot Sputnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.17 CÊm bián siảu Ơm SRF05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.18 Sỡ ỗ giao tiáp phƯn cựng hằ thống. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.19 HoÔt ởng dăn ữớng thỹc sỷ dửng BBFM trong trữớng hủp 1 . . . . 88
3.20 HoÔt ởng dăn ữớng thỹc sỷ dửng BBFM trong trữớng hủp 2 . . . . 89
3.21 HoÔt ởng dăn ữớng thỹc sỷ dửng BBFM trong trữớng hủp 3 . . . . 90
3.22 Mổ hẳnh hằ thống dăn ữớng kát hủp BBFM vợi FNN-EKF. . . . . . 92
3.23 -ữớng i mổ phọng robot sỷ dửng BBFM v BBFM&FNN-EKF . . 94
3.24 Mổ phọng so sĂnh hằ thống dăn ữớng sỷ dửng BBMF&FNNEFK v BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.25 HoÔt ởng dăn ữớng thỹc sỷ dửng kát hủp BBFM v FNN-EKF . . 98

xvi


Mé -U
-t vĐn ã
Sỹ kát hủp cừa nhiãu lắnh vỹc tứ cỡ khẵ, k thuêt iằn - iằn tỷ, tợi trẵ tuằ
nhƠn tÔo, khoa hồc nhên thực v khoa hồc x hởi  tÔo ra nhỳng robot thổng
minh Ăp ựng ữủc yảu cƯu ng y c ng cao cừa ựng dửng thỹc tiạn. Nghiản cựu
vã robot di ởng  v ang phĂt trin mÔnh m trản thá giợi vợi cĂc robot ựng dửng
trong lắnh vỹc cổng nghiằp, dch vử y tá, nổng nghiằp, giĂo dửc, quƠn

sỹ... TÔi Viằt Nam, robot di ởng tuy l lắnh vỹc mợi những  ữủc quan tƠm
nghiản cựu trong nhỳng nôm gƯn Ơy. Trản cỡ s kián thực chuyản ng nh, sỹ
cƯn thiát l m chừ cổng nghằ, hỏa nhêp vợi thá giợi trong o tÔo v nghiản cựu Â
thúc ây viằc lỹa chồn ã t i nghiản cựu cừa nghiản cựu sinh.

Mởt hằ thống robot di ởng yảu cƯu cỡ cĐu di chuyn, hằ thống
cÊm nhên mổi trữớng xung quanh, khÊ nông nh v trong khổng
gian l m viằc, khÊ nông dăn ữớng v h nh ởng. Trản nãn tÊng hằ thống
cỡ khẵ v cÊm bián cõ sđn, cĂc ựng dửng Ôt ữủc tứ viằc phĂt trin
nhỳng giÊi phĂp iãu khin mực cao liản quan án nh v v dăn ữớng.
-Ơy cụng chẵnh l nởi dung têp trung nghiản cựu trong luên Ăn.
-nh v l quĂ trẳnh ữợc tẵnh v trẵ v hữợng cừa robot dỹa trản dỳ liằu
cừa cÊm bián. Phữỡng phĂp tờng hủp dỳ liằu cÊm bián thổng qua k thuêt xĂc
suĐt tông ở chẵnh xĂc cừa php ữợc tẵnh  ữủc sỷ dửng nhiãu trong hằ
thống nh v robot. Trong cĂc k thuêt tờng hủp dỳ liằu cÊm bián thẳ bở lồc
Kalman m rởng, gồi tt l EKF (Extended Kalman Filter), vợi thuêt toĂn xỷ lỵ
dỳ liằu ằ quy tối ữu ữợc tẵnh trÔng thĂi hằ thống phi tuyán dỹa trản kián
thực hằ thống v dỳ liằu cÊm bián ữủc Ănh giĂ l bở lồc hiằu quÊ ối vợi b i toĂn nh v. Viằc thỹc thi bở lồc EKF gp khõ khôn khi xĂc nh ma trên hiằp
phữỡng sai nhiạu hằ thống v nhiạu o. Khõ khôn trản  dăn tợi giÊ thiát cĂc ma
trên hiằp phữỡng sai nhiạu o l cố nh v ữủc xĂc nh trữợc tứ thỹc nghiằm. GiÊi
phĂp trản cho php ỡn giÊn hõa quĂ trẳnh thỹc thi bở lồc EKF những hiằu
suĐt nh v khổng cao, thêm chẵ bở lồc khổng hởi tử. Mởt giÊi phĂp khĂc
sỷ dửng bở lồc EKF thẵch nghi iãu chnh ma trên hiằp phữỡng sai những
xvii


văn cỏn nhỳng hÔn chá. Mởt số cÊi tián khĂc cừa bở lồc EKF liản quan tợi hằ
phi tuyán v nhiạu phi Gauss l bở lồc UKF (Unscented Kalman Filter) hay bở
lồc PF (Particle Filter) vợi hiằu quÊ hoÔt ởng tốt hỡn bở lồc EKF những hÔn
chá vợi thới gian tẵnh toĂn lợn. Trong ựng dửng nh v robot di ởng sỷ dửng

cĂc loÔi cÊm bián thổng dửng cõ nhiạu phƠn bố Gauss, yảu cƯu thới gian
tẵnh toĂn ẵt v dạ d ng trin khai thẳ bở lồc EKF l lỹa chồn hiằu quÊ. Vẳ thá
cÊi tián bở lồc EKF, khc phửc hÔn chá cỏn tỗn tÔi, nƠng cao ở chẵnh xĂc cừa
php nh v l vĐn ã cƯn quan tƠm cừa luên Ăn.
Dăn ữớng ữủc nh nghắa l vợi thổng tin vã mổi trữớng v v trẵ ẵch,
robot cõ khÊ nông Ôt tợi ẵch mởt cĂch an to n v hiằu quÊ. Hai khÊ nông liản
quan án hoÔt ởng dăn ữớng l lêp ká hoÔch ữớng i v trĂnh vêt cÊn. Mởt số
phữỡng phĂp lêp ká hoÔch i nhữ bÊn ỗ ch ữớng, phĂt hiằn biản, bĂm tữớng,
A , trữớng thá... hay trĂnh vêt cÊn theo phữỡng phĂp Bug, sỷ dửng trữớng thá

Êo, suy luên mớ, mÔng nỡron... v ang ữủc ựng dửng trong cĂc hằ thống
dăn ữớng cho robot di ởng hiằn nay. Trản cỡ s cĂc khÊ nông cõ sđn,
hiằu quÊ cừa hằ thống dăn ữớng liản quan án sỹ kát hủp cĂc mổ un
cÊm bián, lêp ká hoÔch v h nh ởng tÔo ra cĂc cĐu trúc dăn ữớng khĂc
nhau. CĂc cĐu trúc dăn ữớng cỡ bÊn hiằn nay cõ th ữủc phƠn th nh cĐu
trúc thự bêc, cĐu trúc h nh vi v cĐu trúc lai. HoÔt ởng cừa robot trong
mổi trữớng chữa biát phũ hủp vợi cĐu dăn ữớng h nh vi trong õ nhiằm vử
phực tÔp ữủc chia th nh cĂc h nh vi nhọ, ởc lêp, phÊn ựng nhanh vợi
nhỳng thay ời bĐt ngớ. VĐn ã cƯn quan tƠm chẵnh trong cĐu trúc h nh
vi l tờng hủp cĂc tẵn hiằu iãu khin tứ cĂc h nh vi tÔo nản tẵn hiằu iãu
khin tờng hủp. CĂc k thuêt trởn lằnh ữủc phƠn th nh cĂc nhõm chẵnh
nhữ biu quyát, xáp chỗng, mớ, tối ữu a mửc tiảu, bở lồc thổng tin phƠn
tĂn ãu th hiằn nhỳng ữu v nhữủc im riảng. Vẳ vêy, phĂt huy ữu im v
hÔn chá nhữủc im cừa cĂc k thuêt trởn lằnh hiằn cõ tÔo ra mởt cĐu
trúc dăn ữớng h nh vi hiằu quÊ l iãu quan tƠm cừa luên Ăn.

xviii