Mạng nơron và điều khiển thích nghi cho robot hai bậc tự do

Hệ thống điều khiển thông minh dựa theo mô hình sinh học và khả năng nhận thức của con người, có khả năng tự học, thích nghi và phân nhóm. Bài viết Mạng nơron và điều khiển thích nghi cho robot hai bậc tự do trình bày thiết kế bộ điều khiển dùng mạng thần kinh nhân tạo cho robot hai bậc tự do.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạng nơron và điều khiển thích nghi cho robot hai bậc tự do Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 16(2010) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 73 MẠNG NƠRON VÀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO ROBOT HAI BẬC TỰ DO NEURAL NETWORK AND ADAPTIVE CONTROL FOR TWO-LINK PLANAR MANIPULATOR Nguyễn Vinh Quan ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM TÓM TẮT Hệ thống điều khiển thông minh dựa theo mô hình sinh học và khả năng nhận thức của con người, có khả năng tự học, thích nghi và phân nhóm. Ngày nay, điều khiển thông minh thường được sử dụng trong các hệ thống phi tuyến phức tạp, một trong các kỹ thuật điều khiển thông minh là mạng thần kinh nhân tạo (NN). Trong phạm vi bài báo này tôi trình bày thiết kế bộ điều khiển dùng mạng thần kinh nhân tạo cho robot hai bậc tự do. ABSTRACT The intelligent control systems, which are modeled after biological systems and human cognitive capabilities, possess learning, adaptation, and classification capabilities. As a result, these so-called intelligent controllers provide the hope of improved performance for today’s complex systems. These intelligent controllers were being developed using artificial neural networks (NN). In the paper, I explore a controller design using NN for Robotic since NN capture the parallel processing, adaptive, and learning capabilities of biological nervous systems. I. GIỚI THIỆU Theo quan điểm động học, một tay máy định vị và định hướng chính xác trong không có thể được biểu diễn bằng một chuỗi động gian. học hở, gồm các khâu, liên kết với nhau bằng Động học ngược xác định các biến khớp các khớp quay hoặc khớp trượt. Một phần của để đảm bảo chuyển động cho trước của phần chuỗi được gắn lên thân, còn đầu kia được công tác, trong khi đó động lực học tay máy nối với phần công tác. Các thao tác trong quá nghiên cứu quan hệ giữa lực, mômen, năng trình làm việc đòi hỏi phần công tác phải được lượng, … với các thông số chuyển động của nó. Các tham số liên kết Các góc khớp Động học thuận Vị trí và hướng của q1(t),…, qn(t) phần công tác Các tham số liên kết Các góc khớp Động học ngược q1(t),…, qn(t) Hình 1. Mối quan hệ giữa động học thuận và nghịch 74 Mạng Nơron Và Điều Khiển Thích Nghi Cho Robot Hai Bậc Tự Do Việc nghiên cứu động lực học tay máy phục vụ cho các mục đích sau đây: - Mô phỏng hoạt động của tay máy, để khảo sát, thử nghiệm quá trình làm việc của nó mà không phải dùng tay máy thật. - Phân tích, tính toán kết cấu của tay máy. - Phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tay máy. II. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC : Xét cơ cấu robot trong hệ trục tọa độ Oxy sau: - θ i góc quay của khớp i - mi khối lượng của thanh nối i - ji moment quán tính của thanh nối i đối với trục qua tâm khối của thanh nối. Hình 2. Robot hai bậc tự do - li chiều dài của thanh nối i Xét hệ truyền động bằng động cơ điện một chiều - l g chiều đi từ khớp i đến tâm khối thanh nối i có mạch tương đương sau : i Hình 3. Sơ đồ động cơ điện một chiều Phương trình động lực học cho dưới dạng ma trận Trong đó: Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 16(2010) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 75 Đặt biến trạng thái cho hai khớp lần lượt là : Giải thuật online lan truyền ngược cập nhật trọng số cho mạng truyền thẳng : - Lớp ẩn : Phương trình trạng thái động lực học của khớp 1 và 2 có dạng : + Khớp 1 : + Khớp 2 : - Lớp ra : III. MẠNG NƠRON Thiết lập trọng số ban đầu V = randn(n1,no); W = randn (n2,n1); (10) b1 = randn(n1,1); b2 = randn (n2,1); Hình 4. Cấu trúc mạng nơron - Số tế bào thần kinh ở lớp vào : no = 4 - Số tế bào thần kinh ở lớp ẩn : n1 = 6 - Số tế bào thần kinh ở lớp ra : n2 = 2 - Tốc độ học hai khớp : eta = [0.04, 0.015] - Sai số hội tụ hai khớp : lr = [1e-10,1e-10] - Cập nhật tốc độ học : deta = [1e-1, 1e-2] - Hệ số momentum : da = [5e-1, 2e-1] - Hàm kích hoạt lớp ần là : tansig - Hàm kích hoạt lớp ra : purelin Hình 5. Sơ đồ điều khiển neuron online 76 Mạng Nơron Và Điều Khiển Thích Nghi Cho Robot Hai Bậc Tự Do IV. CARD ĐIỀU KHIỂN V. MÔ HÌNH ROBOT Hình 6. Card điều khiển Hình 7 : Driver cho khớp nối - Màn hình LCD để hiển thị kết quả. - Vi điều khiển họ 89V51RD2 có bộ nhớ trong 64 KB. - IC LMD 18201 để driver cho Motor khớp. - IC MAX 232 để truyền thông giữa Card và máy tính. - IC 7805 tạo nguồn 5 Vdc. - Cổng COM để ghép nối truyền thông. - Cáp truyền thông. - Adapter cấp nguồn 12 Vdc cho toàn Card. Hình 8 : Mô hình cơ khí và khớp nối - Bộ điều khiển từ xa. ...