Luận án tiến sĩ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa nghiên cứu phát triển một số thuật toán điều khiển robot công nghiệp có nhiều tham số bất định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN TIẾN KIỆM

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP
CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN TIẾN KIỆM

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP

CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số

: 9.52.02.16

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS.PHẠM MINH TUẤN
2. TS.NGUYỄN TRẦN HIỆP

HÀ NỘI - 2018


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết
quả được viết chung với các tác giả khác đều có sự đồng ý của họ trước khi đưa vào
luận án. Các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Tiến Kiệm


ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến người Thầy hướng dẫn đã quá cố

PGS.TSKH: Phạm Thƣợng Cát, các cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Phạm
Minh Tuấn- hướng dẫn khoa học 1, TS.Nguyễn Trần Hiệp-Hướng dẫn khoa học 2
đã hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả cảm ơn các bạn đồng môn, phòng đào tạo, các phòng ban liên quan
thuộc Viện công nghệ thông tin-Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã
hỗ trợ và đóng góp ý kiến để tác giả hoàn thành luận án của mình.
Tác giả cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, bạn lãnh đạo khoa, các đồng nghiệp
nơi đang công tác là trường đại học công nghiệp Hà Nội đã hỗ trợ, động viên, giúp
đỡ trong quá trình làm nghiên cứu sinh.

Tác giả luận án

Nguyễn Tiến Kiệm


iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ý nghĩa

Ký hiệu

Đơn vị

3

Góc quay của robot bánh xe

rad

4

Góc quay trục Pan

rad

5

Góc quay trục Tilt

rad

Jc

Ma trận Jacobi camera

Jim

Ma trận Jacobi đặc trưng ảnh

δ

Véc tơ tọa độ đặc trưng ảnh

m

u,v

Tọa độ điểm ảnh

m



Mô men của khớp quay

N.m

o

Mô men điều khiển đại lượng biết trước

N.m

1

Mô men điều khiển bù đại lượng bất định

N.m

f

Tiêu cự của thấu kính camera

m

qd

Vận tốc góc khớp mong muốn

m/s

q

Vận tốc khớp thực của bệ Pan-Tilt

m/s

ro

Tọa độ mục tiêu trong hệ tọa độ bệ Pan-Tilt

m

ro

Tọa độ mục tiêu trong hệ tọa độ camera

m

i

Dòng điện phần ứng động cơ một chiều

A

UE

Điện áp điều khiển phần ứng động cơ một chiều

V

R

Điện trở phần ứng động cơ một chiều

Ω

tE

Thành phần tín hiệu bất định của động cơ một chiều

V

L

Điện cảm phần ứng của động cơ một chiều

H

w

c


iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải nội dung

PBVS

Position- based visual servoing -servo thị giác dựa trên vị trí

IBVS

Image-based visual servoing - servo thị giác dựa trên ảnh

WMR

Wheeled mobile robot di động bánh xe

TSMC

Terminal sliding mode control- phương pháp điều khiển trượt
đầu cuối

RBFNN

Radial basic funtion neural network-mạng nơ ron RBF

SMC

Sliding mode control-điều khiển trượt

ANN

Artificial neural network-mạng nơ ron nhân tạo

MIMO

Multi input multi output- hệ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

BP

Back propagation-lan truyền ngược

GA

Genetic Algorithm - Thuật toán di truyền

RBF

Radial basic function - Hàm bán kính cơ sở


v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................iv
MỤC LỤC .................................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................ viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài. .......................................................................... 3
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài. ......................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................... 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................ 3

6. Kết quả và tính mới của luận án. ......................................................................... 4
7. Bố cục của luận án. .............................................................................................. 5
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ...................................................................................... 7
1.1. Giới thiệu chung. .............................................................................................. 7
1.2. Một số ứng dụng của robot. .............................................................................. 8
1.2.1. Trong công nghiệp...................................................................................... 8
1.2.2 Các ứng dụng trong phòng thí nghiệm........................................................ 9
1.2.3 Ứng dụng trong công nghệ hạt nhân........................................................... 9
1.2.4 Ứng dụng trong nông nghiệp. ..................................................................... 9
1.2.5 Ứng dụng trong thám hiểm không gian....................................................... 9
1.2.6 Ứng dụng trong các thiết bị lặn. ............................................................... 10
1.2.7 Ứng dụng trong giáo dục. ......................................................................... 10
1.2.8. Ứng dụng trong hỗ trợ người khuyết tật. ................................................. 10
1.3 Mô hình robot với nhiều tham số bất định. ..................................................... 15
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước. .......................................... 10
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước. ............................................................ 11
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. ........................................................... 11
1.5. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án. .................................................. 19


vi
CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA CHUYỂN ĐỘNG VI PHÂN CỦA TAY MÁY DI
ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ LUẬT VISUAL SERVOING MỚI ĐỂ BÁM THEO MỤC
TIÊU DI ĐỘNG ........................................................................................................ 29
2.1. Thị giác máy và điều khiển hệ robot - camera. .............................................. 29
2.1.1 Các khái niệm cơ bản của thị giác máy. ................................................... 29
2.1.2 Các hệ thị giác máy .................................................................................. 30
2.2. Mô hình hóa chuyển động vi phân của camera trên tay máy chuyển động và
thiết kế hệ servo thị giác bám mục tiêu di động. ................................................... 35
2.2.1 Mô tả các hệ tọa độ. .................................................................................. 35

2.2.2. Chuyển động vi phân ............................................................................... 36
2.2.3. Tính toán đạo hàm của đặc trưng ảnh. ................................................... 41
2.3 . Đề xuất luật điều khiển .................................................................................. 43
2.3.1 Phát biểu bài toán ..................................................................................... 43
2.3.2. Luật điều khiển động học ......................................................................... 44
2.3.3. Luật điều khiển động lực học ................................................................... 46
2.3.4. Xét tính ổn định. ....................................................................................... 47
2.4 . Mô phỏng phương pháp điều khiển. .............................................................. 48
2.5 . Kết luận chương 2.......................................................................................... 51
CHƢƠNG 3.............................................................................................................. 52
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ HỆ ROBOT GẮN CAMERA BÁM MỤC TIÊU DI
ĐỘNG VỚI NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH........................................................ 52
3.1. Mạng nơ ron nhân tạo. .................................................................................... 52
3.1.1. Mô hình nút nơ ron ................................................................................... 54
3.1.2. Cấu trúc mạng nơ rơn .............................................................................. 56
3.1.3. Huấn luyện mạng nơ ron nhân tạo ........................................................... 57
3.1.4. Mạng nơ ron RBF (Radial Basic Function Networks) ............................. 58
3.2. Mạng nơron trong điều khiển robot. ............................................................... 60
3.3. Điều khiển hệ robot-camera bám mục tiêu di động với nhiều tham số bất
định. ....................................................................................................................... 68
3.3.1. Đặt vấn đề. ............................................................................................... 68
3.3.2. Xây dựng thuật toán điều khiển bám mục tiêu di động. ........................... 69
3.3.3. Thuật điều khiển tốc độ hệ robot-camera bám mục tiêu di động............. 71
3.3.4. Thuật điều khiển visual servoing cho hệ robot khi có nhiều tham số bất định.
............................................................................................................................ 73


vii
3.3.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển visual sevoing trên Matlab. .................... 77
3.3. Kết luận chương 3. .......................................................................................... 81

CHƢƠNG 4. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT CÔNG NGHIỆP
DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO CÓ CHÚ Ý ĐẾN CƠ CẤU CHẤP
HÀNH ....................................................................................................................... 82
4.1. Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu. ........................................................ 82
4.2 Điều khiển hệ rô bốt - camera bám mục tiêu di động có chú ý tác động của cơ
cấu chấp hành. ....................................................................................................... 85
4.2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................ 85
4.2.2. Xây dựng mô hình toán học học của hệ Robot-camera có tác động của cơ
cấu chấp hành .................................................................................................... 86
4.2.3. Điều khiển bám mục tiêu di động dùng mạng nơ ron. ............................. 89
4.2.4. Mô phỏng hệ servo thị giác có mô hình động cơ trên Matlab. ............... 92
4.2.5. Kết luận chương 4. ................................................................................... 95
CHƢƠNG 5. ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT THÍCH NGHI NGĂN CHẶN SỰ SUY
BIẾN CHO ROBOT GẮN CAMERA VỚI MÔ HÌNH BẤT ĐỊNH VÀ NHIỄU
NGOÀI ..................................................................................................................... 96
5.1 Tóm tắt nội dung chính. ............................................................................... 96
5.2. Các kiến thức cơ bản ................................................................................... 97
5.3. Thiết kế luật điều khiển ............................................................................... 99
5.4. Phân tích ổn định .......................................................................................103
5.5. Mô phỏng phương pháp điều khiển........................................................... 105
5.6. Kết luận chương 5. ....................................................................................113
KẾT LUẬN TOÀN LUẬN ÁN ............................................................................114
1. Các kết quả đạt được của luận án. ...................................................................114
2. Hướng phát triển của luận án. ..........................................................................115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ....................117
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................118


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Quá trình xử lý ảnh của thị giác rô bốt....................................................... 29
Hình 2.2. Mô hình hệ sever thị giác eye-in-hand ...................................................... 31
Hình 2.3. Cấu trúc hệ servo vị trí ảnh ....................................................................... 32
Hình 2.4. Cấu trúc servo đặc trưng ảnh .................................................................... 33
Hình 2.5. Một tay máy hai bậc tự do gắn camera đặt trên robot di động có bánh. ... 35
Hình 2.6. Chân đế di động và hai trục tọa độ, O2X2Y2Z2 và O3X3Y3Z3, trong khung
cơ sở. ......................................................................................................................... 36
Hình 2.7. Mặt trước của hệ trục, vị trí và hướng của O4X4Y4Z4 trong O3X3Y3Z3 ... 38
Hình 2.8. Vị trí và hướng của OCXCYCZC trong O4X4Y4Z4, và mô hình điểm ảnh
của camera ................................................................................................................. 39
Hình 2.9. Đồ thị mô tả chuyển động vi phân của camera qua OCXCYCZC. .............. 42
Hình 2.10. Mô hình rô bốt di động bám mục tiêu di động........................................ 42
Hình 2.11. Sơ đồ của bộ điều khiển đề xuất visual servoing bám mục tiêu di động 44
Hình 2.12. Mô tả quỹ đạo của WMR (màu xanh) và mục tiêu bay (đỏ) trong không
gian 3D. ..................................................................................................................... 46
Hình 2.13. Quỹ đạo chuyển động của đặc trưng ảnh trong mặt phẳng ảnh. ............ 46
Hình 2.14. Đặc tính của  = v – vd theo thời gian. .................................................. 50
Hình 2.15. Đặc tính của mô men theo thời gian. ...................................................... 50
Hình 3.1. Cấu trúc mạng RBF ................................................................................... 59
Hình 3.5. Hệ robot gắn camera. ................................................................................ 69
Hình 3.6. Mô hình tạo ảnh camera ............................................................................ 70
Hình 3.7. Sơ đồ khối hệ điều khiển tốc độ hệ robot-camera ..................................... 73
Hình 3.8. Mạng RBF xấp xỉ hàm f  ......................................................................... 75
Hình 3.9. Cấu trúc của hệ visual servoing điều khiển camera bám mục tiêu di động
có nhiều tham số bất định.......................................................................................... 77
Hình 3.10. Quỹ đạo đặc trưng ảnh. ........................................................................... 79
Hình 3.11. Đăc tính vận tốc các khớp ....................................................................... 79
Hình 3.12. Đặc tính momen các khớp ....................................................................... 79
Hình 3.13. Sự thay đổi các trọng số mạng nơ ron.................................................... 80
Hình 3.14. Sự thay đổi các góc khớp ........................................................................ 80

Hình 3.15. Sự thay đổi các góc khớp ....................................................................... 80
Hình 4.1. Đặc tính mômen và công suất ................................................................... 84


ix
Hình 4.2. Cấu tạo động cơ đĩa. .................................................................................. 85
Hình 4.3. Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều ........................................... 85
Hình 4.4. Sơ đồ điều khiển........................................................................................ 86
Hình 4.5. Mạng RBF xấp xỉ hàm f‟ ......................................................................... 90
Hình 4.6. Quỹ đạo của đặc trưng ảnh........................................................................ 94
Hình 4.7: Sự thay đổi toạ độ các khớp. ..................................................................... 94
Hình 4.8: Sự thay đổi vận tốc các khớp. ................................................................... 94
Hình 4.9: Đặc tính điện áp của động cơ trên các khớp. ............................................ 95
Hình 5.1. Cấu trúc mạng RBFNN. ............................................................................ 99
Hình 5.2. Sơ đồ của toàn bộ hệ thống điều khiển vòng kín. ..................................103
Hình 5.3. Hiệu suất bám của phương pháp TSMC đề xuất. ...................................106
Hình 5.4. Hiệu suất bám của phương pháp SMC tuyến tính. ................................ 107
Hình 5.5. So sánh trong trạng thái xác lập giữa sai lệch bám tại khớp nối 1của
phương pháp đề xuất TSMC và phương pháp SMC. ..............................................107
Hình 5.6. So sánh trong trạng thái xác lập giữa sai lệch bám tại khớp nối 2 của
phương pháp đề xuất TSMC và phương pháp SMC tuyến tính.............................. 108
Hình 5.7. So sánh giữa đầu vào điều khiển tại cả hai khớp nối giữa phương pháp đề
xuất TSMC và phương pháp SMC tuyến tính......................................................... 108
Hình 5.8. So sánh trong trạng thái xác lập sai lệch e1 tại khớp nối 1 giữa phương
pháp đề xuất và phương pháp trong [58]. ............................................................... 109
Hình 5.9. So sánh trong trạng thái xác lập sai lệch bám e2 tại khớp nối 2 giữa
phương pháp đề xuất và [58]...................................................................................109
Hình 5.10. So sánh mô men của phương pháp đề xuất và [58]. ............................ 110
Hình 5.11. So sánh mô men trong trường hợp sử dụng (5.25, 5.26) và hàm trơn
(5.41, 5.42). .............................................................................................................110

Hình 5.12. So sánh sai lệch bám tại khớp 1, e1 , trong trường hợp sử dụng hàm
(5.25, 5.26) và sử dụng hàm trơn (5.41, 4.42). .......................................................111


x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Quỹ đạo dùng để mô phỏng của cả đối tượng và WMR. ........................ 48
Bảng 2.2. Các tham số của chân đế pan-tilt và camera. ............................................ 49


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong cuộc cách mạng công nghệ 4.0 hiện nay, robot là một trong những
công cụ không thể thiếu trong rất nhiều lĩnh vực.
Hiện nay robot được ứng dụng trong mọi mặt đời sống xã hội loài người
như: Trong các nhà máy, robot tham gia vào các dây chuyền sản xuất thay thế sức
lao động của con người. Lĩnh vực an ninh có các robot giám sát an ninh tại các địa
điểm quan trọng hoặc trong các môi trường phức tạp. Trong lĩnh vực quốc phòng
robot được sử dụng ngày càng rộng rãi như các máy bay không người lái, xe tăng
không người lái, tàu chiến không người lái, robot thay thế lính bộ binh trên chiến
trường. Trong lĩnh vực y học có các robot phục vụ cho việc phẫu thuật thay thế bác
sĩ với độ chính xác cao, không phụ thuộc vào các yếu tố tâm lí như con người.
Robot cũng được sử dụng trong lĩnh vực thám hiểm, thăm dò các vùng đất hoặc các
vùng biển mà con người chưa khám phá được. Ngày nay robot cũng được sử dụng
trong việc khám phá, thăm dò các hành tinh khác ngoài trái đất, và nó có thể được
sử dụng để tìm kiếm sự sống ngoài trái đất.
Trong luận án này tác giả đề cập đến một số phương pháp điều khiển cho
robot với nhiều tham số bất định. trong đó tác giả trình bầy về một số thuật toán
điều khiển cho hệ robot-camera đặt trên hệ bánh xe di động và một số thuật toán

điều khiển cho hệ robot-camera.
Những năm gần đây, tay máy kết hợp robot di động được ứng dụng và phát
triển một cách nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nó đáp ứng được
những đòi hỏi về kĩ thuật ngày càng cao trong mọi lĩnh vực trên thế giới như: lắp
ráp, khai thác mỏ, xây dựng, vận chuyển các bộ phận trong nhà máy có địa hình
phức tạp với rất nhiều chướng ngại vật (có thể biết trước hoặc không biết trước).
Khi nói đến vấn đề về chuyển động của tay máy kết hợp với robot di động có
rất nhiều nghiên cứu đã cải tiến các bộ điều khiển cho tay máy kết hợp robot di
động một cách chính xác hơn, mục đích của việc giải quyết vấn đề chuyển động là
điều khiển cánh tay rô bốt kết hợp với robot di động từ trạng thái ban đầu đến trạng
thái tiếp theo với cơ cấu chấp hành cuối cùng đươc xác định ở vị trí mong muốn.


2
Điều khiển robot đang còn nhiều vấn đề cần giải quyết do độ phức tạp, tính
phi tuyến và độ bất định của các hệ phương trình động lực và động lực học của
robot gây nên. Các nghiên cứu về lĩnh vực này đang được phát triển rất mạnh ở các
phòng thí nghiệm, các trường đại học hàng đầu trên thế giới. Phát triển các phương
pháp điều khiển cho robot là một trong những vấn đề khoa học cơ bản của các
nghiên cứu về robot và cơ điện tử hiện nay. Ở Việt Nam các vấn đề này đang ngày
càng được nhiều người quan tâm và nghiên cứu.
Gần đây vấn đề điều khiển cho robot có nhiều tham số bất định nhận được
rất nhiều sự chú ý của giới nghiên cứu. Vì vậy nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “
Nghiên cứu phát triển một số thuật toán điều khiển rô bốt công nghiệp có nhiều
tham số bất định”
Nội dung nghiên cứu của luận án sẽ tập trung vào bốn vấn đề chính:
- Hệ robot-camera di động. Trong phần này tác giả sẽ trình bày về thuật
điều khiển cho hệ robot-camera di động bám mục tiêu di động. Tính đúng đắn của
phương pháp điều khiển này được chứng minh bằng nguyên lý ổn định Lyapunov
và mô phỏng bằng phần mềm matlab-simulink

- Nghiên cứu một số thuật toán đều khiển hệ robot-camera bám theo mục
tiêu di động có tính đến các tham số bất định của mô hình động học, dùng mạng nơ
ron nhân tạo để ước lượng tham số bất định, sau đó chứng minh tính đúng đắn của
thuật điều khiển theo nguyên lí ổn định Lyapunov và mô phỏng bằng phần mềm
matlab-simulink.
- Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển hệ robot-camera có chú ý đến
động cơ chấp hành. Trong nội dung này tác giả đề xuất thuât toán điều khiển cho hệ
robot-camera có các tham số bất định của mô hình động học, tham số bất định của
mục tiêu, trong đó tác giả dùng mạng nơ ron nhân tạo để ước lượng các tham số bất
định này. Phần này tác giả chú ý đến tín hiệu điều khiển là tín hiệu điện áp của động
cơ điện. Sau đó tác giả chứng minh tính đúng đắn của đề xuất này theo nguyên lí ổn
định Lyapunov và mô phỏng qua phần mềm matlab-simulink
- Nghiên cứu thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera có chú ý đến độ bất
định của mô hình và nhiễu ngoài đồng thời ngăn chặn tính suy biến cho bộ điều
khiển. Trong nghiên cứu này tác giả đề xuất phương pháp điều khiển trượt phi tuyến
TSMC (terminal sliding mode control) đồng thời dùng mạng nơ ron nhân tạo để ước


3
lượng các tham số bất định, sau đó đề xuất cũng được chứng minh tính đúng đắn
bằng nguyên lí ổn định Lyapunov và mô phỏng trên phần mềm matlab-simunlink.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích nghiên cứu của dề tài là: Đề xuất một số thuật điều khiển cho
robot-camera di động mục tiêu di động. Sau đó đi sâu nghiên cứu một số thuật điều
khiển mô men của các khớp cho hệ robot-camera bám mục tiêu di động và hệ robotcamera có chú ý đến động cơ chấp hành bám mục tiêu di động. Sau cùng tác giả
cũng đề xuất một số thuật toán điều khiển cho hệ cánh tay robot-camera có mô hình
bất định, nhiễu ngoài và ngăn chăn sự suy biến của bộ điều khiển, dùng bộ điều
khiển trượt phi tuyến (TSMC) kết hợp với mạng nơ ron nhân tạo để ước lượng các
tham số bất định.
3. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

Đề tài gồm các đối tượng chính sau đây:
-

Hệ robot-camera gắn trên bánh xe di động.

-

Hệ robot-camera độc lập.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Tác giả thực hiện phương pháp nghiên cứu theo hướng sau:
- Nêu lên vấn đề của đối tượng nghiên cứu.
- Phân tích và xây dựng mô hình đông học, mô hình động lực học, các vấn
đề về tính bất định của các đối tượng nghiên cứu (cụ thể là hệ robot-camera gắn trên
bánh xe di động, hệ robot-camera cố định).
- Tìm hiểu các nghiên cứu trong và ngoài nước về các đối tượng nêu trên và
đưa ra phương pháp điều khiển của tác giả.
- Xây dựng thuật toán điều khiển mới dựa vào các phương trình động học,
động lực học, sử dụng phương trình Lagrange cho đối tượng điều khiển
- Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán điêu khiển theo nguyên lý ổn
định lyapunov.
- Kiểm tra tính đúng đắn của thuật toán điều khiển bằng phần mềm mô
phỏng Matlab-Simulink.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
*) Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Đề tài đã đóng góp một số ý nghĩa khoa học sau:


4
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera gắn trên bánh xe di

động bám mục tiêu di động.
- Xây dựng thuật toán điều khiển hệ robot-camera bám mục tiêu khi hệ có
các tham số bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo.
- Xây dựng thuật toán điều khển bệ robot-camera có chú ý đến động cơ
chấp hành bám mục tiêu khi hệ có các tham số bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo.
- Xây dựng thuật toán điều khiển dùng bộ điều khiển trượt phi tuyến kết
hợp với mạng nơ ron nhân tạo cho hệ robot-camera khi với mô hình bất định và
nhiễu ngoài, và ngăn chặn sự suy biến cho hệ.
*) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Các phương pháp điều khiển trong luận án này có thể triển khai nhằm nâng
cao độ chính xác trong thực tế của robot công nghiệp khi môi trường làm việc có
nhiễu không biết trước, có nhiều tham số bất định của mô hình động học và của
mục tiêu di động.
6. Kết quả và tính mới của luận án
*) Luận án đưa ra được bốn nội dung có tính mới như sau:
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera gắn trên bệ di động
bám theo mục tiêu di động.
- Xây dựng thuật toán điều khiển hệ robot-camera khi tính đến các tham số
bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo với tín hiệu điều khiển cho các khớp là tín hiệu
momen.
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera gồm nhiều tham số
bất định của mô hình động học và mục tiêu di động có chú ý đến cơ cấu chấp hành
dùng mạng nơ ron nhân tạo.
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera khi có sự bất định
của mô hình và nhiễu ngoài dùng phương pháp điều khiển trượt thích nghi và mạng
nơ ron nhân tạo, đồng thời ngăn chặn sự suy biến của bộ điều khiển.
*) Về công trình nghiên cứu khoa học đã công bố:
- Hội nghị khoa học trong nước: Tác giả có 4 công trình công bố ở hội nghị
tự động hóa và hội nghị cơ điện tử toàn quốc.
- Bài báo đăng trên tạp chí trong nước và quốc tế: Trong luận án này tác giả

có 3 bài báo được công bố trong đó: 2 bài báo viết bằng tiếng Anh đăng ở tạp chí


5
chuyên ngành trong nước (02 bài đăng ở tạp chí Tin học điều khiển) và 01 bài báo
đăng ở tạp chí Thổ Nhĩ Kì thuộc danh mục SCIE ; IF=0,58.
(Chi tiết mời xem phần các công trình khoa học đã được công bố)
7. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm 5 chương với nội dung như sau:
Chương 1. Tác giả trình bày tổng quan về điều khiển robot công nghiệp và
nêu các vấn đề cần giải quyết của đề tài.
Chương 2. Tác giả trình bày về mô hình động học, động lực học, phương
pháp điều khiển, chứng minh độ ổn định và mô phỏng cho hệ robot-camera di động
bám theo mục tiêu không xác định. Trong chương này tác giả đề xuất phương pháp
điều khiển vận tốc các góc quay của robot để camera bám theo mục tiêu di động.
Kết quả nghiên cứu của chương này được giả công bố tại tạp chí tin học và điều
khiển học như sau:
Nguyen Tien Kiem,

Hoang Thi Thuong, Nguyen Van Tinh, “Modeling the

differential motion of a mobile manipulator and designing a new visual servoing
for tracking a flying target”, Tạp chí tin học và điều khiển học,V.33, N.4 (2017), tr
339-355.
Chương 3. Tác giả trình bày về phương pháp xây dựng mô hình động học, mô
hình động lực học, thuật điều khiển, chứng minh tính ổn định và mô phỏng cho
thuật điều khiển cho hệ robot gắn camera cố định có nhiều tham số bất định, dùng
mạng nơ ron nhân tạo. Phần này tác giả đề xuất phương pháp điều khiển vận tốc các
khớp robot để hệ robot - camera bám theo mục tiêu di động.
Kết quả nghiên cứu của chương này được giả công bố và trao đổi tại hội nghị khoa

học sau:
Nguyễn Tiến Kiệm, Phạm Thượng Cát , „Điều khiển tốc độ bệ pan-tilt-camera bám
mục tiêu di động với nhiều tham số bất định‟ , Kỷ yếu hội nghị cơ điện tử toàn quốc
lần thứ 6 VCM2012, Hà Nội ngày 14-15/12/2012, tr.787-794.


6
Chương 4. Tác giả trình bày về phương pháp xây dựng mô hình động học,
mô hình động lực học, thuật điều khiển, chứng minh tính ổn định và mô phỏng các
phương pháp điều khiển cho hệ robot-camera có chú ý đến động cơ chấp hành.
Trong chương này tác giả đưa ra phương pháp điều khiển cho cánh tay robotcamera, có chú ý đến cơ cấu chấp hành bám theo mục tiêu di động với nhiều tham
số bất định của mô hình động học, của mục tiêu di động và của động cơ cấu chấp
hành dùng mạng nơ ron nhân tạo.
Kết quả nghiên cứu của chương này được giả công bố tại tạp chí tin học và điều
khiển học như sau:
Nguyen Tien Kiem, Pham Thuong Cat, “conrol of robot-camera system with
actuator’s dynamic to tract moving object”, Tạp chí tin học và điều khiển học,V.31,
N.3(2015), tr 255-265.
Chương 5. Tác giả trình bày về phương pháp điều khiển trượt thích nghi kết
hợp với mạng nơ ron để điều khiển hệ robot-camera với mô hình bất định và nhiễu
ngoài. Trong chương này tác giả dùng bộ điều khiển trượt thích nghi phi tuyến
TSMC (terminal sliding mode control) kết hợp với mạng nơ ron nhân tạo để ước
lượng các tham số bất định của mô hình động lực học và nhiễu ngoài, đồng thời đề
xuất biện pháp ngăn chặn sự suy biến.
Kết quả nghiên cứu của chương này được chấp nhận đăng bài tại tạp chí “Turkish
journal of electrical engineering & computer sciences” thuộc danh mục SCIE,
IF:0.58 chi tiết như sau:
Kiem NGUYEN, Tinh NGUYEN, Quyen BUI, Minhtuan PHAM, “Adaptive antisingularity terminal sliding mode control for a robotic arm with model
uncertainties and external disturbances”, Turkish journal of electrical engineering
& computer sciences, E-ISSN: 1303-6203, ISSN: 1300-0632, DOI: 10.3906/elk1711-137, Year:2018 Volume: 26 Number:6, page 3224-3238, tạp chí thuộc danh

mục SCIE, IF: 0.58.


7
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
Robot được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, như robot rùa đơn
giản dùng để giảng dạy trong các trường học phổ thông, robot hàn trong các nhà
máy sản xuất ô tô, cánh tay robot điều khiển từ xa trên tàu vũ trụ con thoi. Mỗi một
ứng dụng lại có những vấn đề riêng của nó, bởi vậy nên thực tế đã xuất hiện lĩnh
vực nghiên cứu về robot. Có rất nhiều ngành công nghiệp mới đã xuất hiện và có
nhiều kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này và còn nhiều lĩnh vực cần nghiên cứu
trong tương lai, cùng với nhiều quan điểm mới được phát triển và nghiên cứu trong
các phòng thí nghiệm. Trong khi có nhiều người nghĩ rằng robot chỉ mang tính khác
lạ hơn là ứng dụng thực tiễn, nhưng thực tế robot đã được ứng dụng vào rất nhiều
các nhà máy sản xuất và nó đã nhận được sự quan tâm cũng như đã tham gia vào
các quá trình sản xuất.
Ngành công nghiệp ô tô đã đóng vai trò to lớn cho việc phát triển của robot
công nghiệp. Dây chuyền sản xuất truyền thống được thiết kế cho chỉ một model xe,
và phải thiết kế lại và xây dựng lại trước khi model mới được sản xuất. Ngoài ra
dùng máy hàn bằng tay phải chú trọng đến sự thay đổi vì đầu hàn thường nặng và
khó giữ ổn định. Nó thường được trang bị cho 1 khung xe trên 1 dây chuyền hàn với
nhiều sản phẩm cùng loại, không thể đáp ứng cho nhu cầu sản xuất model mới,
trong khi dây chuyền thứ 2 lại phải giảm hoạt động bởi vì nhu cầu thấp của model
khác. Do đó trong khi dây chuyền giảm hoạt động chạy cầm chừng trong khi công
ty vẫn không sản xuất đủ xe để đáp ứng nhu cầu cho dây chuyền còn lại.
Công nghệ robot đưa vào các nhà máy sản xuất giải quyết được những vấn
đề nêu trên. Dây chuyền robot hàn có thể thay đổi từ mẫu xe này sang mẫu xe khác
một cách đơn giản bằng cách lập trình lại đặc tính mối hàn cho robot. Vì vậy, nó có

thể dùng cho nhiều mẫu xe trên 1 dây chuyền hàn, và có thể tùy chỉnh các mẫu theo
nhu cầu riêng biệt. Mặt khác chất lượng mối hàn cũng ổn định hơn, bởi vì robot
không bị tác động bởi vấn đề tâm lí như con người như: sự mệt mỏi, cảm giác khó
chịu như con người khi sử dụng máy hàn bằng tay. Bởi vậy dây chuyền mới sẽ đồng


8
bộ hơn , sản xuất ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn, hiệu quả đầu tư tốt hơn
và có khả năng điều chỉnh quá trình sản xuất.
Công nghệ robot có thể đóng góp vào việc tạo công ăn việc làm trong các
nhà máy nhỏ, bởi nó làm tăng tính đồng bộ, nó có thể đáp ứng cho việc sản xuất với
khối lượng công việc nhỏ và xu hướng sản xuất theo từng mẻ sản phẩm. Tính đồng
bộ này cho phép công ty sản xuất nhiều loại sản phẩm với số lượng máy móc ít hơn,
một máy đồng bộ thay thế cho nhiều máy đơn lẻ, kết quả là giảm được vốn đầu tư
và giảm được thời gian máy móc thiết bị không hoạt động. Vì vậy nói một cách
chính xác, công nghê robot có tiềm năng cho các hộ sản xuất kinh doanh nhỏ cạnh
tranh với các tập đoàn lớn, kết quả là nó làm tăng công ăn việc làm và nền công
nghiệp phi tập trung. Lấy một ví dụ cho vấn đề này đó là trong công nghiệp in ấn,
thay vì có một ít nhà máy in ấn với qui mô rộng lớn có tính tự động hóa cao cung
cấp cho rất nhiều của hàng ở những thành phố xa trung tâm bằng phát triển một
máy in với chi phí thấp. Các cửa hàng này có thể cung cấp sản phẩm trong thời gian
nhanh hơn so với các nhà máy lớn. Kết quả là nó tạo công ăn việc làm và đóng góp
cho sự thịnh vượng của địa phương.
Ban đầu có rất nhiều công ty tiếp cận công nghệ robot bằng cách mua robot để
xem họ có thể làm gì với chúng. Cách tiếp cận này đang được thay thế nhiều hơn
cách tiếp cận kỹ thuật truyền thống hiện nay giới chủ và công đoàn quen thuộc hơn
với công nghệ. Kết quả là rất nhiều robot trong nhà máy sản xuất đang đưa ra giải
pháp tổng thể cho các vấn đề của quá trình sản xuất,và hệ thống nhà xưởng được mở
ra để đáp ứng những ứng dụng mới dùng robot. Bước đầu là phải hoàn thiện giải
pháp tổng thể để xác định ứng dụng một cách rõ ràng, sau đó chỉ ra mục đích cần đạt

được. Tiếp theo là số lượng giải pháp, liên quan đến cả công nghệ robot và phần cứng
tự động hóa cần được nghiên cứu. Nếu quyết định sử dụng robot, hãy chuẩn bị để
thiết kế lại một cách hoàn hảo qui trình sản xuất. [1]
1.2. Một số ứng dụng của robot
1.2.1. Trong công nghiệp
Robot được sử dụng rộng rãi trong một loạt các ứng dụng công nghiệp. Các
ứng dụng sớm nhất có thể kể đến là xử lý vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Robot ban
đầu được áp dụng cho các công việc nóng bức, nặng nhọc và nguy hiểm như đúc
khuôn, rèn và hàn điểm.


9
Robot được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác, ví dụ: Cắt, mài nhẵn, sửa
chữa bảo dưỡng máy công cụ, đúc trong ngành công nghiệp nhựa, áp dụng chất bịt
kín cho kính chắn gió xe hơi, chọn các vật phẩm rời khỏi băng tải và đóng gói
chúng vào giá nâng, …vv.
Các ứng dụng này, và các vấn đề liên quan, được báo cáo trong nhiều hội
nghị chuyên ngành. Các ứng dụng mới sáng tạo bao gồm hàn bằng chùm tia laser
(Kehoe 1984) và cắt bằng tia nước áp lực cao [1].
1.2.2 Các ứng dụng trong phòng thí nghiệm
Robot đang cho thấy ứng dụng ngày càng tăng trong các phòng thí nghiệm.
Chúng thực hiện tốt các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, chẳng hạn như đặt các ống nghiệm
vào các dụng cụ đo đạc, làm giảm kỹ thuật viên phòng thí nghiệm của nhiều công
việc tẻ nhạt. Ở giai đoạn này, rô bốt được sử dụng để thực hiện tự động các công
việc thủ công [1].
1.2.3 Ứng dụng trong công nghệ hạt nhân
Công nghệ Robotics tìm thấy ứng dụng đầu tiên của nó trong ngành công
nghiệp hạt nhân với sự phát triển của các nhà điều hành điện tử để xử lý vật liệu
phóng xạ (Martin and Hamet, 1984). Gần đây, robot đã được sử dụng để hàn từ xa
và kiểm tra đường ống trong các khu vực bức xạ cao [1].

1.2.4 Ứng dụng trong nông nghiệp
Đối với nhiều người, ý tưởng về việc trồng cây bắp hay thu hoạch tự động là
khoa học viễn tưởng, nhưng những nghiên cứu nghiêm túc đang được tiến hành trong
việc ứng dụng robot vào nông nghiệp. Một trong những dự án thành công nhất từ trước
tới nay là sự phát triển của một robot cắt lông cừu ở Úc. Quỹ đạo của kéo cắt trên cơ
thể của cừu được lập trình sử dụng một mô hình hình học của một con cừu [1].
1.2.5 Ứng dụng trong thám hiểm không gian
Khám phá không gian đặt ra những vấn đề đặc biệt cho robot. Môi trường
ngoài không gian là thù địch với con người. Con người chỉ có thể làm việc trong
thời gian ngắn ngoài không gian với những người yêu cầu quần áo bảo hộ đắt tiền
và môi trường sinh học giống như Trái Đất. Vì vậy, nhiều phi hành gia đã cho rằng
robot, chứ không phải con người, nên được gửi vào vũ trụ [1].


10
1.2.6 Ứng dụng trong các thiết bị lặn
Hai sự kiện trong mùa hè (ở bán cầu bắc) năm 1985 đã nâng cao nhận thức
của công chúng về các ứng dụng dưới biển của robotic. Vụ tai nạn của một chiếc
máy bay Air Jumbo của Air India rơi xuống Đại Tây Dương ngoài khơi Ireland.
Một robot lặn có hướng dẫn từ xa, thường được sử dụng để đặt cáp, được sử dụng
để tìm và phục hồi các hộp đen của máy bay [1].
1.2.7 Ứng dụng trong giáo dục
Robot xuất hiện trong lớp học theo ba hình thức riêng biệt. Đầu tiên, các
chương trình giáo dục sử dụng mô phỏng điều khiển robot như một phương tiện dạy
học. Ngôn ngữ lập trình Karel the Robot, một tập hợp con của Pascal, được sử dụng
như một ngôn ngữ lập trình giới thiệu (Pattis 1981). Thứ hai, và hiện tại phổ biến
nhất, việc sử dụng robot trong giáo dục là việc sử dụng robot rùa Tasman kết hợp
với ngôn ngữ LOGO để dạy tính đáng tin cậy của máy tính. Hình thức sử dụng thứ
ba là robot trong lớp học. Một loạt các cánh tay thao tác chi phí thấp, robot di động
và các hệ thống hoàn chỉnh đã được phát triển để sử dụng trong phòng thí nghiệm

giáo dục về robot [1].
1.2.8. Ứng dụng trong hỗ trợ người khuyết tật
Robot có tiềm năng hỗ trợ người tàn tật rất lớn từ xe lăn tự động, vận chuyển
người tàn tật trong bệnh viện, đáp ứng với các lệnh bằng giọng nói, đến robot chăm
sóc, cho ăn đối với người tàn tật nghiêm trọng. Mục tiêu quan trọng của nghiên cứu
trong lĩnh vực này là sử dụng máy móc khôi phục lại một số công việc tự chủ mà
người dùng bị mất khi họ không thể sử dụng các chức năng cơ thể của mình.
Nghiên cứu phát triển robot để sử dụng cho những người khuyết tật cũng
thúc đẩy công nghệ phát triển. Công nghệ cảm biến đang gia tăng giới hạn các khả
năng để bảo vệ người dùng và thực hiện các tác vụ mong muốn trong môi trường
không có cấu trúc [1].
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc
Xu hướng phát triển robot hiện nay là đi sâu vào nghiên cứu các phương
pháp điều khiển nhằm nâng cao độ chính xác các bộ điều khiển của robot cũng như


11
hệ robot-camera. Điều này được thể hiện qua các nghiên cứu trong nước và ngoài
nước như sau:
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hệ robot-camera gắn trên bệ di động đã được một số viện nghiên cứu, một số
trường đại học và đặc biệt là các trường, viện nghiên cứu trong lĩnh vực kĩ thuật
quân sự thuộc bộ quốc phòng quan tâm, nghiên cứu:
Các viện nghiên cứu, chế tạo thuộc bộ quốc phòng đã nghiên cứu,chế tạo bệ robotcamera để triển khai ứng dụng và triển khai trên thực địa trong lĩnh vực quân sự.
Robot-camera cũng được quan tâm, nghiên cứu trong các trường đại học như:
đại học Bách Khoa Hà Nội, đại học Công Nghệ - đại học Quốc Gia Hà Nội, đại học
Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Các trường đại
học trên có một số luận văn thạc sỹ và luận án tiến sĩ nghiên cứu về lĩnh vực này.
Trong các viện nghiên cứu thì lĩnh vực này cũng có một số bài báo, báo cáo
khoa học tại các hội nghị trong nước và quốc tế, đặc biệt là các kết quả nghiên cứu

khoa học tại Viện Công Nghệ Thông Tin-Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ
Việt Nam và đại học Bách Khoa Hà nội được công bố trong các tài liệu [31], [46].
Trong tài liệu [46] các tác giả chủ yếu đề cập đến các tham số bất định của mô hình
động lực học robot. Trong luận án tiến sĩ của tác giả Ngô Mạnh Tiến - Đại học Bách
Khoa Hà Nội tác giả đi sâu vào phần chế tạo phần cứng cho hệ Pan-Tilt-Camera di
động, thuật điều khiển chính trong nghiên cứu này là điều khiển thích nghi theo mô
hình mẫu.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Khi nói tới vấn đề điều khiển chuyển động tay máy di động, các nhà nghiên
cứu đã phát triển nhiều thuật toán điều khiển khác nhau. Mục tiêu chung cần giải
quyết của bài toán điều khiển này là điều khiển tay máy di động từ vị trí ban đầu
sang vị trí khác sao cho vị trí cuối cùng đáp ứng được vị trí mong muốn. Cụ thể,
các phương pháp trong [3], [4], [5] đã đề xuất một số phương pháp đáng chú ý để
giải quyết các vấn đề này. Ngoài ra, công việc trong [6] đã trình bày một phương
pháp điều khiển bám thích nghi cho một tay máy hàn di động với một mô hình động
học có một số tham số chiều không xác định. Dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov,


12
tác giả trong [7] đã giải quyết vấn đề điều khiển vị trí với những thông số bất định
động học và những chướng ngại vật không xác định. Hơn nữa, bộ điều khiển bù
momen xoắn đã được đề xuất trong [8] để điều khiển chuyển động của cánh tay di
động.
Gần đây, nhiều công trình với mục đích tích hợp luật servo thị giác vào
robot di động đã được đề xuất để thực hiện nhiệm vụ cầm nắm [9-10] và để giải
quyết bài toán điều khiển bám mục tiêu dựa trên thị giác [11], [12], dẫn đến các hệ
thống thao tác tự trị dựa trên thị giác. Hơn nữa, các chuyên gia đã đề xuất một thuật
toán hoạch định đường đi để thêm phản ứng cho bài toán servo thị giác. Giai đoạn
hoạch định đường đi sẽ xem xét các ràng buộc quan trọng khác nhau hoặc sự không
chắc chắn của hệ thống nhằm đạt được một hệ thống điều khiển servo thị giác mạnh

mẽ hơn.
Liên quan đến thị giác, bất cứ một tay máy với khớp nối linh hoạt trong không
gian không có cấu trúc đều cần có các thông tin cảm giác từ tín hiệu phản hồi như
thông tin thị giác trong hệ thống điều khiển vòng kín [13]. Thị giác là một cảm biến
hữu ích cho cánh tay khớp nối. Thị giác sao chép cấu tạo của con mắt sinh học để có
thể có được thông tin trong trường hợp không có bất kỳ tiếp xúc nào với đối tượng.
Đối với điều khiển cánh tay robot, servo thị giác là tên gọi của một nhóm các
phương pháp điều khiển bao gồm sự kết hợp giữa động học robot, động lực học và
thị giác máy để thúc đẩy hiệu quả chuyển động của cánh tay máy. Những phương
pháp này được phân loại thành hai nhóm [14], cụ thể là: position-based visual
servoing (PBVS) servo thị giác dựa trên vị trí, và image-based visual servoing
(IBVS) servo thị giác dựa trên hình ảnh.
Các đặc trưng hình ảnh trong PBVS được xử lý để ước lượng vị trí tương đối
của tọa độ ba chiều (3D) giữa camera và mục tiêu, theo sau là một thuật toán để
điều khiển chuyển động của cánh tay robot với camera mà vị trí 3D được sử dụng
như một sai số của tín hiệu [15]. Nói cách khác, dựa trên dữ liệu hình ảnh, các kết
qủa đã thiết kế và thể hiện trong không gian Đề Các 3 chiều. Mục tiêu điều khiển ở
đây là để lái xe camera (hoặc cánh tay) từ một vị trí tùy ý ban đầu đến một vị trí
tương đối mong muốn.


13
Trong IBVS sai số được tính toán trực tiếp dưới dạng các đặc trưng hình ảnh
có chuyển động vi phân trong mặt phẳng ảnh liên quan đến chuyển động vi phân
của cánh tay di động qua ma trận Jacobi [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18].
Cần lưu ý rằng trái ngược với PBVS, IBVS có một số ưu điểm như sau: 1) Tọa độ
3D của mục tiêu là không cần thiết; 2) IBVS có độ bền vững hơn PBVS về hiệu
suất đối với nhiễu, ví dụ với lỗi hiệu chuẩn; 3) IBVS thuận tiện hơn và dễ dàng hơn
PBVS để bám một mục tiêu di động sao cho mục tiêu này luôn ở trong tầm nhìn của
camera.

Mặt khác trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu và báo cáo khoa học về
phương pháp điều khiển bám mục tiêu di động sử dụng bệ Pan-Tilt và camera. Các
bài báo tiêu biểu đã nghiên cứu về lĩnh vực này như :Điều khiển cánh tay robot bám
mục tiêu theo phương pháp bù sử dụng mạng nơ ron đăng trên tạp chí của viện
Franklin. Nội dung chủ yếu của bài nghiên cứu là thiết kế bộ điều khiển dùng mạng
nơ ron để bù các thành phần bất định [47]. Phương pháp điều khiển bám mục tiêu
trong không gian 3 chiều bằng robot và camera sử dụng phương pháp bám điểm ảnh
liên tục và bộ lọc điểm ảnh được báo cáo tại hội nghị SICE năm 2011, đại học
Waseda, Tokyo, Japan. Bài nghiên cứu này sử dụng phương pháp bám theo mục
tiêu trong không gian 3 chiều để nhận dạng vị trí và hướng của vật thể chuyển động
liên tục [48]. Điều khiển bám mục tiêu bằng cách bám theo tín hiệu nhận được qua
video thu được từ vật thể bay được báo cáo tại hội nghị AIM2011, Budapest,
Hungary, năm 2011. Nghiên cứu này sử dụng tín hiệu nhận được qua video để bám
theo mục tiêu [49]. Nghiên cứu về công nghệ điều khiển robot dựa trên việc quan
sát đối tượng trong không gian được báo cáo tại hội nghị quang điện tử và điện tử
quốc tế năm 2011 (ICEOE2011). Bài nghiên cứu này sử dụng cánh tay rô bốt 6 bậc
tự do điều khiển từ xa kết hợp với phương pháp điều khiển linh hoạt để bám theo
mục tiêu trong không gian 3 chiều [50]. Cách tiếp cận mới về việc điều khiển bám
mục tiêu di động bằng cánh tay robot và camera sử dụng bộ quan sát phi tuyến được
đăng tại tạp chí IEEE/ASME transaction on mechatronics, Vol 2.16, No2, April,
2011. Bài nghiên cứu này giới thiệu phương pháp điều khiển mới để tìm kiếm vật
thể chuyển động trong không gian 3 chiều [51].Điều khiển ổn định bám mục tiêu di
động kết hợp mạng nơ ron cho cánh tay robot được đăng tại tạp chí IEEE