ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

HOÀNG THÁI HOÀ

NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐỘI HÌNH CHO
HỆ THỐNG ROBOT DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Kỹ Thuật điều khiển và tự động hố
Mã số: 8520216

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2022

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THỊ MINH DUNG

Phản biện 1: TS. NGUYỄN QUANG KHÁNH
Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ ngành kỹ thuật điều khiên và tự động hoá họp tại Trường Đại học Bách
khoa vào ngày 29 tháng 06 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
− Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Tên đề tài.
“NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘI HÌNH
CHO HỆ THỐNG ROBOT DI ĐỘNG”
1.2. Tính cấp thiết của đề tài.
Thực tế hiện nay công nghệ càng ngày càng phát triển, máy móc hiện
đại, nhiều loại robot được ra đời để phục vụ con người. Trong đó có
nhiều hệ thống robot rất phức tạp có thể thực hiện nhiều cơng việc
cùng một lúc và có độ chính xác cao, chính vì vậy trong nhiều trường
hợp một robot không thể đáp ứng được như nâng một vật q nặng,
nhiều cơng việc ở nhiều vị trí khác nhau hoặc nhiều bài tốn q phức
tạp nên hệ thống địi hỏi nhiều robot xử lý cùng một lúc. Điều này đặt
ra phải cần phối hợp nhiều robot, hợp tác cùng nhau để hoàn thành
nhiệm vụ. Trước đây hệ thống đa đối tượng thường điều khiển tập
trung chỉ có một bộ phận trung tâm điểu khiển nhiều phần tử robot,
nhưng hệ thống điều khiển tập trung có nhược điểm đó là cần phải có
bộ xử lý mạnh mẽ, thời gian đáp ứng chậm, chi phí lắp đặt lớn….
Chính vì vậy điều khiển hợp tác trong hệ thống đa đối tượng rất là

tiềm năng, màu mỡ cho các nhà nghiên cứu. Việc phối hợp một nhóm
các thiết bị thơng minh như robot làm việc cùng nhau có lợi thế tiềm
năng hơn khi có thể thực hiện các nhiệm vụ có tính chất phức tạp mà
một robot không thể thực hiện được như: giám sát đa điểm, lập bản
đồ, vận chuyển hợp tác hay trình diễn nghệ thuật….
Ngồi ra, sự hợp tác sẽ tạo ra một hệ thống dự phòng hạn chế được
sự rủi ro, hỏng hóc của một robot có thể được bù đắp bởi các robot
khác. Bên cạnh đó, việc phối hợp một nhóm các thiết bị, phương tiện
cơng nghệ cao cũng đang dần được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc
biệt là quân sự, an ninh quốc phòng. Trong điều khiển hợp tác nhiều
robot địi hỏi trao đổi thơng tin nhiệm vụ,vị trí. Nhiều robot phải giữ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2

được đội hình để hồn thành nhiệm vụ chính vì vậy để tài: “Nghiên
cứu thuật tốn điều khiển đội hình cho hệ thống robot di động” là cần
thiết. Điều khiển đội hình có thể hiểu đơn giản là điều khiển đồng thời
vị trí và góc định hướng của các robot trong nhóm cùng di chuyển,
đảm bảo đội hình ln được giữ khơng đổi để một số nhiệm vụ có thể
được hoàn thành nhờ sự cộng tác của các robot [4].
1.3. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống hai robot kiểm sốt đội hình
và di chuyển bám theo mục tiêu từ người điều khiển. Hệ thống gồm
hai robot và một bộ điều khiển từ máy tính được được phát tín hiệu
wifi, Robot thứ nhất là Leader đóng vai trị dẫn đầu khi nhận được

thơng tin từ người điều khiển có thể lên kế hoạch và di chuyển theo
quỹ đạo của người điều khiển, còn robot thứ hai gọi là Follower nhận
được vị trí của Robot Leader để di chuyển bám theo Robot Leader duy
trì hướng, khoảng cách, vận tốc. Khi có chướng ngại vật thì hệ thống
hai robot sẽ tự xử lý, ưu tiên tránh chướng ngại vật sau đó sẽ giữ đúng
đội hình như ban đầu.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1.

Đối tượng nghiên cứu

1.4.2.

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu và làm mô hình thực nghiệm mơ phỏng hai robot bằng
thuật tốn điều khiển hợp tác định hình.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐIỀU KHIỂN HỢP TRONG HỆ
THỐNG ĐA ĐỐI TƯỢNG
2.1.

Điều khiển hợp tác trong hệ thống đa đối tượng.


2.1.1. Khái niệm
Điều khiển hợp tác là hệ thống đa tác nhân của robot. Các robot riêng
lẽ giao tiếp, phối hợp nhau để thực hiện một mục tiêu chung. Các
nhiêm vụ đến các hệ thống robot này bao gồm tìm kiếm, thăm dò, giám
sát, cứu hộ và lập bản đồ trong các địa hình phức tạp chưa biết hoặc
đã biết một phần.
2.1.2. Thực tiễn và tiềm năng.
Phối hợp nhiều robot trong những tác vụ khó thực hiện được bởi một
robot như kiểm sốt xuất nhập hàng hóa trong kho.
•

Tính linh động: Mỗi robot trong nhóm có thể đảm nhận nhiều

vai trị nên có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, có thể
giảm hoặc tăng số lượng robot tùy thuộc vào yêu cầu thời gian.
•

Thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm: Phối hợp nhiều robot

cùng hoạt động trong các khu vực có tính chất nguy hiểm mà con
người khơng thể thực hiện như tìm kiếm nạn nhân trong các tịa nhà
sụp đổ, dọn dẹp khu vực ơ nhiễm độc hại (vùng phóng xạ), kiểm sốt
cháy rừng...
•

Ứng dụng trong kỹ thuật quân sự: Phối hợp những thiết bị

công nghệ cao như xe tự hành UGVs (Unmanned Ground Vehicles),
thiết bị bay không người lái UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), hay

thiết bị tự động dưới nước AUVs (Autonomous Underwater Vehicles)
trong các nhiệm vụ quân sự như trinh sát, tìm kiếm mục tiêu hay tác
chiến dưới nước.
•

Trình diễn nghệ thuật: Phối hợp một nhóm các thiết bị bay
như drone trong các buổi hịa nhạc, trình diễn ánh sáng,...

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4

2.2.

Cấu trúc điều khiển.

Đã có nhiều phương pháp điều khiển đội hình robot được nghiên cứu
và phát triển. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng,
tuy nhiên có thể được phân loại thành ba nhóm chính: điều khiển dựa
trên một số hành vi (Behavior-based), điều khiển Leader-Follower,
điều khiển Virtual-Structure.
❖

Trong điều khiển Behavior-Based là điều khiển dựa trên

một số hành vi mong muốn như tránh vật cản, tránh va chạm…được
chỉ định cho mỗi robot. được chỉ định cho mỗi robot và hành động

cuối cùng của nhóm được quyết định bởi “tầm quan trọng tương đối”
của từng hành vi.
❖

Trong điều khiển Leader-Follower

Trong phương pháp điều khiển Leader-Follower, một hay một số
robot sẽ được chỉ định là “Robot dẫn đầu” (Leader), di chuyển theo
một quỹ đạo được định trước. Các robot cịn lại (Followers) di chuyển
duy trì khoảng cách và góc lệch tương đối với Leader để giữ đội hình
khơng đổi.
❖

Điều khiển ‘virtual structure’

Trong phương pháp điều khiển virtual structure, đội hình robot được
xem như một cấu trúc vật lý (hình vng, hình trịn,…) và quỹ đạo
tham chiếu của mỗi robot phụ thuộc vào chuyển động của điểm ảo
(virtual center). Khi điểm ảo di chuyển, các robot sẽ di chuyển theo
một quỹ đạo tương đối với điểm ảo, với các ràng buộc về khoảng cách
để giữ đội hình khơng đổi.


Kết luận: Trong mỗi phương pháp điều khiển đều có ưu và

nhược điểm, tuỳ vào ứng dụng, cấu trúc hệ thống để chọn phương pháp
điều khiển hợp lý. Phương pháp điều khiển Leader – Follower mặc dù
vẫn còn một vài hạn chế nhưng phương pháp điều khiển Leader-

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


5

Follower vẫn ln được đánh giá cao bởi tính đơn giản và khả năng
mở rộng của mơ hình.
Trong tương lai nếu chúng ta có thể lọc nhiễu, hạn chế mất
thơng tin khi truyền dữ liệu thì phương pháp Leader – Follower trong
các ứng dụng điều khiển hợp tác, phương pháp điều khiển LeaderFollower được nghiên cứu và áp dụng phổ biến hơn cả. Chính vì vậy
tơi chọn phương pháp điều khiển Leader – Follower.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN ĐỒNG
THUẬN
3.1. Mơ hình động học robot di động
Mơ hình động học được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa vị trí và
tốc độ của robot. Chuyển động của robot được phân tích thơng qua
chuyển động của khối tâm robot.
Xét hệ tọa độ 𝑿𝑶𝒀 cố định gắn với mặt phẳng chuyển động. Vị trí
của robot trong hệ tọa độ 𝑿𝑶𝒀 được mô tả bởi vector trạng thái:
𝑷(𝑡) = [𝑥(𝑡) 𝑦(𝑡) 𝜃(𝑡)]𝑇
Giả thiết robot không tác động bởi yếu tố bên ngồi mơi trường khơng

có vật cản, khơng tác động với nhiểu, chuyển động khơng trượt.
Phương trình vi phân được mơ tả của robot.
𝑥̇ = 𝑣 𝑐𝑜𝑠 (𝜃)
{ 𝑦̇ = 𝑣 𝑠𝑖𝑛 (𝜃)
𝜃̇ = 𝜔
Chúng ta biểu diễn dưới dạng ma trận 𝐏̇ = 𝐉(𝜃)u
𝑥̇
𝑐𝑜𝑠(𝜃) 0
𝑣
[𝑦̇ ] = [ 𝑠𝑖𝑛(𝜃) 0] [ ]
𝜔
0
1
𝜃̇
Robot được biểu diễn dưới vector u= [v ω]T
Dựa vào hình mối quan hệ giữa vận tốc 𝑣 của robot phụ thuộc vào
tốc độ góc của bánh trái 𝜔𝐿 , tốc độ góc của bánh phải 𝜔𝑅 và bán kính
bánh xe 𝑟. Cịn tốc độ góc 𝜔 của robot phụ thuộc vào tốc độ góc của
bánh trái 𝜔𝐿 , tốc độ góc của bánh phải 𝜔𝑅 và khoảng cách giữa hai
bánh xe 𝑙.

r  (R + L )

v =
2

 = r  ( R −  L )

l


(3.4)

Chúng ta rút ra được tốc độ góc 𝜔 của bánh trái và bánh phải.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7

v l.


=
+
R

r 2r

 = v − l.
 L r 2r

(3.5)

3.2. Mơ hình động lực học của robot.
Mơ hình động học khơng mơ tả chính xác chuyển động thực tế của
robot mà lực và momen là các thành phần gây nên chuyển động. Trong
mục này, mơ hình động lực học của robot sẽ được xét đến dựa trên
mối quan hệ giữa chuyển động của robot với cơ cấu chấp hành là động

cơ điện một chiều.
3.2.1.

Mơ hình tốn học động cơ điện một chiều.

3.2.2.

Mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ.

3.3. Lý thuyết đồ thị và thuật toán đồng thuận.
3.3.1.

Lý thuyết đồ thị – Graph Theory.

3.3.2.

in
Thuật toán đồng thuận – Consensus.

m

3.4. Thuật tốn điều khiển đội hình Leader - Follower.
3.4.1.

Giản đồ điều khiển đội hình – Control Graph.

Theo giản đồ trên, R0 là Leader tương ứng của R1 và R2 , R4 là
Leader tương ứng của R5 R6 R7.

Hình 3- 1: Giản đồ điều khiển đội hình Leader – Follower [26]


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8

Hình 3- 2: Giản đồ điều khiển đội hình Leader – Follower [26]
3.4.2.
Luật điều khiển Leader-Follower cho đội hình hai
robot.
• Đặt vấn đề:
Giả định rằng các robot di chuyển trong mơi trường khơng có vật cản.
Xét trường hợp đơn giản nhất, điều khiển Leader-Follower cho hệ hai
robot gồm Leader R L và Follower R F lần lượt có phương trình động
học:

 xL = vL cos  L

 yL = vL sin  L
 = 
L
 L
 xF = vF cos  F

 yF = vF sin  F
 = 
F
 F


(3.24)

3.25)

Trong đó: L = ( xL , yL ) lần lượt là các vector biểu diễn vị trí của

Leader và Follower;  L ,  F là góc định hướng chuyển động của các
robot;

vL , vF , và L , F là vận tốc và vận tốc góc của robot

Leader và Follower.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9

Hình 3- 3: Mối liên hệ giữa Robot Leader và Robot Follower

Đặt khoảng cách d  0 và góc :  :|  | là các biến ràng buộc giữa
2
hai robot. Khi đó, các robot được gọi là tạo thành đội hình (d ,  ) nếu
t  0 : :

 cos ( F +  ) 
 xL 

 xF 

  (t ) =   (t ) + d 
 yL 
 yF 
 sin ( F +  ) 

Trong đó, khoảng cách d và góc

d =‖L(t ) − F(t )‖=



(3.26)

lệch được định nghĩa:

( xL − xF ) + ( yL − yF )
2

2

(3.27)

y −y 
 = arg(L(t ) − F(t )) −  F = arctan  L F  −  F
 xL − xF 

(3.28)


• Xây dựng luật điều khiển:
Suy ra:

d = −vF cos + vL cos( −  )
(3.33)
Mà  −  F =  và  L − =  −  theo cơng thức ở trên khi đó ta
được cơng thức sau:
v sin  vL sin(  −  )
= F
+
− F
d
d

(3.41)

Tại thời điểm ban đầu t = 0 , các robot tạo thành đội hình (d ,  ) ,các
robot tạo thành đội hình (d ,  ) với mọi t  0 khi và chỉ khi giá trị d

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10

và  luôn được giữ gần đúng với giá trị tham chiếu

d ref


 ref

.

d = 0 , ta được:

Do đó, nếu đặt

d = 0  −vF cos  + vL cos( −  ) = 0
vF = vL

Tương tự đặt

cos(  −  )
cos 

(3.42)
(3.43)

 =0

 = 0  vF

  F = vF

Thay

và

sin 

sin(  −  )
−  F + vL
=0
d
d

sin 
sin(  −  )
+ vL
d
d

(3.44)
(3.46)

vF từ biểu thức (3.43) vào phương trình (3.45), ta được:
F = vL

1
[cos(  −  )sin  + sin(  −  ) cos  ]
d cos 
Hay: F = vL sin 
d cos 

(3.47)
(3.48)

Xét sai lệch góc định hướng giữa hai robot:  =  L −  F
(3.49)
Lấy đạo hàm theo thời gian ta được:

(3.50)
 =  L −  F = L − F
Với  F được xác định theo (3.48), thực hiện phép biến đổi ta
được:

vL  L
sin 
(3.51)
 = L − vL
=
d cos  − sin  

d cos  d cos   vL

Như vậy, nếu tại thời điểm ban đầu t = 0, các robot tạo thành đội hình
(d , ) , luật điều khiển (3.43) và (2.48) đặt ra vận tốc và vận tốc góc
của Follower tương ứng với vận tốc của Leader và sai lệch góc định
hướng  để t  0 , các giá trị (d ,  ) luôn được giữ không đổi với

(

)

giá trị tham chiếu d ref ,  ref , nghĩa là đội hình được giữ khơng đổi

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



11

theo thời gian.
3.4.3.
Luật điều khiển Leader-Follower cho đội hình
nhiều robot.
Ngồi ra, đặt i =  n − i là sai lệch góc định hướng giữa một cặp
Leader-Follower.
i

Hình 3- 4: Tham số điều khiển Leader-Follower cho đội hình
nhiều robot
Theo (3.43) và (3.48), ta có luật điều khiển tổng quát:

vi = vni

cos (  i − i )
cos i

i = vn

i

sin i
di cos i

(3.56)

(3.57)


3.5. Điều khiển Leader-Follower ứng dụng thuật toán đồng
thuận.
3.6 Thuật toán tránh vật cản
3.7. Phát hiện vật cản bằng cảm biến siêu âm
Robot di chuyển được gắn 3 cảm biến siêu âm cho ba hướng khác
nhau.
3.8 Điều khiển robot bám quĩ đạo và tránh vật cản
3.8.1 . Thiết kế bộ điều khiển mờ tránh vật cản
Bộ điều khiển mờ để tránh vật cản cho robot tự hành có ba tín hiệu
đầu vào: cảm biến siêu âm bên trái S1, Cảm biến siêu âm ở giữa S2,

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12

Cảm biến siêu âm bên phải S3. Một đầu ra đó là góc lái

VC .

Tín hiếu đầu vào S1, S2, S3 chính là các tín hiệu có hoặc là khơng có
vật cản .
S sẽ có 2 giá trị 1 hoặc khơng
1: Là có vật cản
0: Khơng có vật cản
Trong robot của chúng ta khoảng cách được thiết lập để nhận biết có
vật cản hay khơng có vật là 20cmm= 200mm= 0.2m
3.8.2 . Thiết lập các qui tắc suy luận mờ: xây dựng các luật tránh

vật cản
Bảng 3.1 Bảng quy tắc suy luận mờ: tránh vật cản
Tín hiệu đầu vào

S1S2S3

S1

S1S2

S2

S2S3

S3

Tín hiệu đầu ra

-450

-450

-350

-300

-200

-100


Bảng 3.1 Bảng quy tắc suy luận mờ: tránh vật cản
Với cấu trúc đã thiết lập, bộ điều khiển mờ luôn luôn cập nhật giá trị
đo được từ các cảm biến siêu âm và trả về góc tránh

VC

mà robot

cần quay đi để tránh vật cản.
3.9 . Thuật toán định vị cho Robot trên mặt phẳng OXY
Trong bài này tôi đã sử dụng thuật tốn Odometry để ước tính trạng
thái của nó. Phương pháp này sử dụng encoder được gắn sau đi động
cơ để xác định số vịng quay của mỗi bánh xe, từ đó ta xác định được
tốc độ góc của bánh trái 𝜔𝐿 và bánh phải 𝜔𝑅 , tính tốn được vận tốc 𝑣,
tốc độ góc 𝜔 của robot, sau đó suy ra được vị trí, hướng hiện tại của
robot.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH.
4.1 Mơ hình cơ khí.
Từ cơ sở lý thuyết chúng ta phải xây dựng 1 hệ thống thực nghiệm
gồm có 2 con robot: 1 Robot Leader và 1 Robot Folower.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13

Hình 4.1.


Hình ảnh Thiết kế cơ khí robot Leader và
Folower
4.2 Hệ thống mạch điện tử
Hệ thống mạch của robot Leader và robot Folower giống nhau như
hình bên dưới.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14

4.2.1.

Sơ đồ cấu trúc mạch của robot Leader.

Hình 4.2.
Sơ đồ mạch điện của Robot Leader
4.2.2.
Sơ đồ cấu trúc mạch của robot Follower.

Hình 4.3.
Sơ đồ mạch điện của Robot Follower
4.3. Thơng số kĩ thuật

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



15

4.3.1. Arduino Nano V3.0 ATmega328P.
4.3.2. Module Wifi ESP8266 V1
4.3.3. Động cơ DC giảm tốc GA25 Encoder
4.3.4. Mạch điều khiển động cơ LM 298
4.4. Phần mềm.
4.4.1.
Truyền thơng giữa máy tính và Robot Leader và
Robot Follower
4.4.2.
Thuật toán điều khiển
a. Sơ đồ thuật tốn điều khiển của Robot Leader.

Hình 4- 1: Thuật tốn điều khiển Robot Leader

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16

b. Sơ đồ huật tốn điều khiển của Robot Follower

Hình 4- 2: Thuật toán điêu khiển Robot Follower

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


17

c. Sơ đồ thuật tốn tránh vật cản của robot

Hình 4- 3: Thuật toán điều khiển Robot tránh vật cản

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


18

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1.
Thí nghiệm 1.
❖ Mơ tả thực nghiệm 1: Chúng ta sẽ test điều khiển robot
Leader từ máy tính sau đó robot Leader sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ
máy tính để di chuyển, sau đó robot Leader sẽ gửi vị trị toạ độ lên máy
tính. Máy tính nhận được dữ liệu từ robot Leader bao gồm vị trí, tốc
độ robot, vận tốc góc của bánh trái, bánh phải và vẽ biểu đồ lên máy
tính để xác thực tính đúng đắn. Để xem robot có di chuyển đúng như
mong muốn của người điều khiển hay không.
❖ Kết quả thí nghiệm 1:

Hình 5- 1: Đồ thị hiển thị vị trí toạ độ X-Y và đồ thị vận tốc góc
của bánh trái bánh phải

Sau khi thực hiện thí nghiệm 1 nhìn vào robot di chuyển ngồi thực
tế và đồ thị được vẽ trên máy tính và kiểm tra tính đúng đắn của thí
nghiệm. Kết luận robot leader đã di chuyển tương đối đúng vị trí như
mong muốn của người điều khiển. Sau thí nghiệm 1 ta thực hiện thí
nghiệm 2:
5.2. Thí nghiệm 2 và 3 - Hai robot di chuyển với đội hình nối
tiếp với nhau
❖ Mơ tả thí nghiệm 2.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


19

Trong thí nghiệm này Robot Leader được di chuyển song song với
trục X với tốc độ không đổi. Robot Follower sẽ được cài đặt di chuyển
nối tiếp theo Robot Leader với khoảng cách được thiết lập 1 khoảng
cách là d = 500mm . Vị trí ban đầu của các robot tại t = 0

(

Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0

)

T

= (0, 0, 0)T

T
Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (−50, −0.5, 0)T

Khi đó tại thời điểm ban đầu, các robot tạo thành đội hình

d ref = 0.5m  ref =


2

❖ Kết quả thí nghiệm 2:

Hình 5- 2: Đồ thị thực nghiệm 2
Mặc dù ban đầu vị trí của 2 Robot được đặt ở vị trí khác nhau về toạ
độ, nhưng nhìn vào đồ thị ta thấy được để đáp ứng được đội hình mong
muốn như ban đầu phải mất tới 2.5s thì Robot Follower di chuyển nối
tiếp Robot Leader với khoảng cách ước lượng 450mm - 500mm theo
gần đúng giá trị đặt, vì trong thực tế do sự tồn tại độ trễ trong truyền
thông, nhiễu và tốc độ đáp ứng khi nhận được dữ liệu của Robot
Leader.
❖ Mơ tả thí nghiệm 3.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


20

Trong thí nghiệm này chúng ta cũng cài đặt thơng số như thí nghiệm

2: Nhưng Robot Leader sẽ di chuyển theo tín hiệu từ người điều khiển.
Robot Follower sẽ được cài đặt di chuyển nối tiếp theo Robot Leader
với khoảng cách được thiết lập 1 khoảng cách là d = 500mm . Vị
trí ban đầu của các robot tại t = 0

(

Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0

)

T

= (0, 0, 0)T
T
Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (−0.5, 0, 0)T

Khi đó tại thời điểm ban đầu, các robot tạo thành đội hình

d ref = 0.5m ;  ref

=


2

Hình 5- 3: Đồ thị thực nghiệm 3
5.3. Thí nghiệm 4 và 5 - Hai robot di chuyển với đội hình song
song với nhau
❖ Mơ tả thí nghiệm 4:

Trong thí nghiệm này Robot Leader được di chuyển song song với
trục X với tốc độ không đổi, di chuyển tự động song song với trục X
với khoảng cách 2000mm trong khoảng thời gian 20s. Robot Follower
sẽ được cài đặt di chuyển song song với Robot Leader với khoảng cách
được thiết lập 1 khoảng cách là d = 500mm . Vị trí ban đầu của các

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


21

robot tại t = 0

(

Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0

)

T

= (0, 0, 0)T
T
Vị trí Robot Follower ( xF0 , yF0 ,  F0 ) = (0, 0.5, 0)T

Khi đó tại thời điểm ban đầu, các robot tạo thành đội hình

d ref = 0.5m ;  ref =



2

(

Vị trí kết thúc của Robot Leader xL , yL ,  L

)

T

= (2, 0, 0)T

❖ Kết quả thí nghiệm 4:

Hình 5- 4: Đồ thị kết quả thực nghiệm 4
Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy được, khi chúng ta cho hai robot di
chuyển theo đội hình song song, cài đặt hướng ban đầu giữa 2 robot
tương đối song song thì thời gian ban đầu để đáp ứng di chuyển theo
đội hình nhanh hơn so với Thí nghiêm 2, chỉ mất 0.5s đội hình đã di
chuyển mong muốn như người điều khiển.
❖ Mơ tả thí nghiệm 5:
Trong thí nghiệm này chúng ta cũng cài đặt thông số tương tự như thí
nghiệm 4: Nhưng Robot Leader sẽ di chuyển theo tín hiệu từ người
điều khiển. Robot Follower sẽ được cài đặt di chuyển song song theo
Robot Leader với khoảng cách được thiết lập 1 khoảng cách là
d = 500mm Vị trí ban đầu của các robot tại t = 0

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


22

(

)

T

Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0 = (0, 0, 0)T
T
Vị trí Robot Follower xF0 , yF0 ,  F0 = (0, −0.5, 0)T
Khi đó tại thời điểm ban đầu, các robot tạo thành đội hình
ref
d ref = 0.5m ;  =

(

)


2

❖ Kết quả thí nghiệm 5:

Hình 5- 5: Đồ thị kết quả thực nghiệm 5
Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy được, cũng tương tự như thí nghiệm 4

khi chúng ta cho hai robot di chuyển theo đội hình song song, cài đặt
hướng ban đầu giữa 2 robot tương đối song song thì thời gian ban đầu
để đáp ứng di chuyển theo đội hình nhanh hơn so với Thí nghiệm cho
2 robot di chuyển theo đội hình nối tiếp, tuy nhiên do robot Leader
được điều khiển bằng tay nên sẽ có trạng thái nghĩ, nên thời gian đáp
ứng của robot Follower tương đối chậm hơn thí nghiệm 4, do độ trễ
trong truyền thông cũng như tốc độ đáp ứng của robot.
5.4. Thí nghiệm 6 - Hai robot di chuyển với đội hình nối tiếp
khi có vật cản.
❖ Mơ tả thí nghiệm 6.
Trong thí nghiệm 6 chúng ta sẽ cho hai robot di chuyển theo đội hình

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


23

nối tiếp, và bố trí 1 vật cản(Vật cản trong thí nghiệm này là 1 chai
nước) ở vị trí bất kì trên đường, lúc này Robot Leader và Robot
Follower phải có nhiệm vị di chuyển theo đội hình, và tránh được vật
cản theo thuật toán tránh vật cản. Robot Leader sẽ di chuyển tự động
theo vị trí được gửi từ người điều khiển. Robot Follower sẽ di chuyển
nối tiếp theo Robot Leader với khoảng cách được thiết lập 1 khoảng
cách là d = 500mm . Vị trí ban đầu của các robot tại t = 0

(

Vị trí Robot Leader xL0 , yL0 ,  L0


(

)

T

= (0, 0, 0)T

)

T

Vị trí Robot Follower xF0 , yF0 ,  F0 = (−0.5, −0,5, 0)T
Khi đó tại thời điểm ban đầu, các robot tạo thành đội hình d ref = 0.5m
;  ref =


2

❖ Kết quả thí nghiệm 6:

Hình 5- 6: Đồ thị kết quả thực nghiệm 6
Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy được, Robot Leader và Robot Follower
đã di chuyển theo đội hình nối tiếp, và tránh được vật cản theo mong
muốn của người điều khiển, điều này chứng tỏ thuật toán vật cản đã
đáp ứng theo yêu cầu.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. Kết luận:


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ