Xây dựng mô hình robot di động đa hướng

Báo cáo "Xây dựng mô hình robot di động đa hướng" đề cập tới một hướng tiếp cận để mô hình hóa và điều khiển một loại robot di động đa hướng với cấu trúc cơ học được xây dựng từ thân robot 2 bậc tự do gắn trên một đế robot di chuyển bởi 3 hệ thống bánh xe độc lập. Phần đế này được trang bị ba trục điều khiển, mỗi trục có hai bánh xe trực giao hình cầu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng mô hình robot di động đa hướng HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 41 Trần Thị Thanh Hải XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT DI ĐỘNG ĐA HƯỚNG Trần Thị Thanh Hải, Lại Khắc Lãi Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên 1. Tóm tắt Ngày nay hệ thống các robot di động có khả năng làm việc trong một phạm vi rộng và có thể thao tác tự động một cách thông minh mà không cần bất cứ sự tác động nào từ con người. Có rất nhiều loại robot di động khác nhau, với nhiều cách phân loại khác nhau. Trong báo cáo này, đề cập tới một hướng tiếp cận để mô hình hóa và điều khiển một loại robot di động đa hướng với cấu trúc cơ học được xây dựng từ thân robot 2 bậc tự do gắn trên một đế robot di chuyển bởi 3 hệ thống bánh xe độc lập. Phần đế này được trang bị ba trục điều khiển, mỗi trục có hai bánh xe trực giao hình cầu. Hệ thống có tính đến sự tương tác động giữa đế và thân robot, trên cơ sở xác định động lực học của thân robot, động học, động lực học của đế robot từ đó tổng hợp mô hình động học, động lực học của robot di động đa hướng và thiết kế bộ điều khiển phi tuyến. Từ khóa: Hệ thống Robot bầy đàn, điều khiển Robot, Robot hợp tác, Robot di động, Robot di động đa hướng. 2. Mở đầu Cho đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu phát triển hệ thống các robot di động, nhìn chung hệ thống robot di động có thể được chia thành 3 loại: robot được trang bị bánh xe tương tự ô tô (kiểu ô tô), robot với 2 bánh song song cùng một bánh lái và robot di động với bánh xe đa hướng. Khắc phục nhược điểm của robot di động kiểu ô tô không thể quay hoặc chuyển động sang 2 bên trong một không gian hẹp, robot di động 3 bánh không thể chuyển động sang 2 bên thì robot di động đa hướng có thể dễ dàng thay đổi hướng đi trong không gian chật hẹp, với góc quay chuyển động có thể thay đổi một cách linh hoạt. Robot di động đa hướng có khả năng thực hiện đồng thời chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Tuy nhiên, robot di động đa hướng là vật có khối lượng mà để điều khiển chuyển động của robot cần dựa trên cơ sở của mô hình động học. Vì vậy việc nghiên cứu phát triển các mô hình động học của robot di động chính xác sẽ nâng cao hiệu quả của việc điều khiển robot [1]. Một trong những bài toán chủ yếu trong nghiên cứu robot là để cung cấp những thuật toán điều khiển hiệu quả để robot thực hiện tốt các tác vụ mong muốn. Các tác vụ này rất đa dạng, đòi hỏi sự linh hoạt và khéo léo của hệ thống robot. Robot di động đa hướng là một trong số các cấu trúc nhằm vào các ứng dụng này. Về cơ bản cấu trúc robot là một thân 2 bậc tự do gắn trên một đế di động và có thể được sử dụng để thực hiện một loạt các tác vụ liên quan đến ứng dụng như gia công vật liệu, tìm kiếm mục tiêu... Khả năng của thân robot di động là quan trọng đối với một số ứng dụng robot di động cần tương tác với môi trường động lực. Các ứng dụng này đòi hỏi cả không gian làm việc lớn và khả năng thao tác khéo léo. Tính di động của đế làm tăng đáng kể khả năng làm việc của hệ thống. Ví dụ, đế làm tăng kích thước không gian làm việc của thao tác và cho phép vị trí thao tác cuối cùng thực hiện nhiệm vụ một cách hiệu quả. Đáp ứng khả năng thay đổi tốc độ, làm việc trong môi trường năng động và tính di động cao, chức năng của bộ điều khiển cho robot di động đa hướng được tăng lên đến một mức độ lớn hơn [1], [2], [3]. HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 42 Trần Thị Thanh Hải Cấu trúc robot di động đa hướng có nhiều ưu điểm hơn so với robot cố định, nhưng việc lập quỹ đạo và bám quỹ đạo chuyển động cho chúng là một thách thức. Trước hết là vấn đề về sự phối hợp giữa các bánh xe độc lập, giữa thân robot và đế robot và giữa các robot trong hệ thống. Tuy nhiên sự phối hợp có thể thực hiện bằng cách sử dụng mô hình động học hoặc động lực học. Mô hình động lực học của cấu trúc robot di động rất phức tạp và có mức độ liên kết cao giữa đế robot và thân robot. Động lực học giữa đế máy và thân robot khá khác nhau, đế thì nặng và có động lực học chậm. Thân robot tương đối nhẹ và động lực học nhanh hơn. Một hệ thống như vậy có thể cung cấp cho chuyển động chính xác của thân cho hoạt động cục bộ và duy trì tính linh hoạt và không gian làm việc của đế robot di động. Ở đây, thân robot di động được chế tạo từ một cơ cấu 2 bậc tự do gắn trên một đế gồm 3 trục chuyển động với 2 bánh xe trực giao hình cầu [3]. Mục tiêu là điều khiển toàn bộ động học của hệ thống này theo phản hổi không gian trạng thái. 3. Cấu trúc robot di động đa hướng Hình 1: Cấu trúc của Robot di động Cấu trúc robot di động đa hướng được mô tả như trong hình 1. Cấu trúc này bao gồm một đế robot di động đa hướng hình 2 và thân robot là cơ cấu 2 bậc tự do hình 3. Cả cấu trúc robot di động di chuyển bằng cách điều khiển ba bánh xe ở dưới đế trên cơ sở của môi trường hệ thống điều khiển phân tán. Môi trường này cung cấp các khả năng lập trình đa luồng và các giao thức thông tin truyền thông. Thiết kế của cấu trúc robot di động phải tích hợp nhiều khả năng như điều hướng, thao tác và tương tác với môi trường. Robot di động phải tránh những trở ngại tĩnh / động cũng như cộng tác với các robot hoặc con người khác. Các hành vi như vậy phải được tổ chức để đạt được nhiều nhiệm vụ khác nhau. Cấu trúc đa tác nhân cung Hình 2: Đế của Robot di động đa hướng cấp cách tiếp cận phù hợp. Robot tự động và có thể giao tiếp với những robot khác để đồng bộ hóa phản ứng của nó th ...