M

U

1. Tính c p thi t c a lu n án
Robot đang là tâm đi m c a m t cu c cách m ng l n sau Internet, ngày càng đ c ng
d ng r ng rãi trong công nghi p, cu c s ng, an ninh qu c phòng, và thám hi m không
gian. Các nghiên c u t p trung vào c i thi n và t ng tính linh ho t và kh n ng thích ng
khi làm vi c nh ng v trí và các ng d ng khác nhau cho robot t hành đang thu hút các
nhà nghiên c u. Bên c nh ng d ng các c i ti n các thi t k c khí, c c u ch p hành
chuy n đ ng linh ho t thì vi c ng d ng “m t máy” và ph n m m x lý, đi u khi n s
đem l i cho robot tính linh ho t và thông minh.
Ngày nay, v i s phát tri n c a công ngh đi n t , t c đ tính toán c a vi x lý t ng v t
tr i, các ch c n ng h tr giao ti p v i các ngo i vi c ng đ c tích h p trên m t chip, nh
v y mà các ph ng pháp x lý nh hi n đ i và các ph ng pháp đi u khi n ph c t p nh
đi u khi n thích nghi b n v ng có th th c thi m t cách d dàng h n, chính vì th các h
th ng bám m c tiêu di đ ng đ c c i thi n r t nhi u v m t ch t l ng. Vì th , các nghiên
c u phát tri n thu t toán x lý nh hi n đ i và các thu t toán đi u khi n bám thích nghi,
b n v ng ngày càng tr nên c p thi t h n do kh n ng th c hi n các thu t toán này trong
th c t s giúp cho các h th ng đi u khi n bám m c tiêu n đ nh, chính xác và b n v ng
h n khi h th ng ho t đ ng trong môi tr ng th c t có nhi u tác đ ng và có s thay đ i
c a tham s mô hình
Th i gian g n đây, các robot t đ ng bám m c tiêu đang thu hút s t p trung nghiên c u.
V i h th ng bám robot t hành thì đ ph c t p đã t ng lên, các công b khoa h c liên
quan l i r t ít, đ c bi t là các công trình liên quan đ n vi c thi t k , ch t o. T i Vi t Nam,
các k t qu nghiên c u l nh v c này ch a nhi u, đ c bi t các c s nghiên c u không
tr c thu c b qu c phòng ch a đ c h tr kinh phí đ phát tri n nghiên c u và ch t o
th nghi m các s n ph m nên kh n ng ti p c n trình đ th gi i còn nhi u khó kh n.
Xu t phát t nh ng lu n đi m đã nêu trên, Nghiên c u sinh đã l a ch n đ tài cho lu n án
c a mình là:
“Xây d ng robot t hành d ng Non-holonomic và t ng h p b đi u khi n bám qu đ o”

Lu n án đ c p đ n vi c nghiên c u thi t k và ch t o robot t hành d ng non-holonomic
bám m c tiêu di đ ng trong phòng thí nghi m c đi n t v i m c đích ph c v cho công
tác nghiên c u các thu t toán x lý nh và đi u khi n hi n đ i làm ti n đ cho vi c ch t o
các s n ph m ph c v đào t o, y t , công nghi p và xa h n n a là ng d ng cho an ninh,
qu c phòng.
2. M c tiêu c a lu n án
M c tiêu c a lu n án là nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n thích nghi cho robot t
hành bám qu đ o trên c s h phi tuy n b t đ nh, đ c bi t chú ý đ n ch t l ng bám và
s thay đ i c a các tham s c a robot (b i m c đích ng d ng c a robot là t ng tác v i
đ i t ng và môi tr ng khác nhau) và ch u tác đ ng c a nhi u khi ho t đ ng trên các đ a
hình khác nhau. M t y u t c ng c n chú ý là thu t toán đó ph i h ng đ n l p trình
nhúng trên vi x lý và ch y th nghi m th c t các thu t toán m i đ xu t do đó nhi m v

1


là ph i thi t k , ch t o m t robot t hành có g n camera t đ ng bám m c tiêu di đ ng
trong ph m vi ng d ng phòng thí nghi m. Bên c nh vi c t p trung nghiên c u thu t toán
đi u khi n m i, vi c nghiên c u và đ xu t thu t toán trong x lý nh đ c i thi n ch t
l ng phát hi n và đ nh v m c tiêu ph i ti n hành song song, b i t c đ , đ chính xác
t ng th c a toàn h th ng g n li n v i đ chính xác c a “sensor nh”.
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u c a lu n án

V lý thuy t:


Nghiên c u t ng quan v h th ng quang đi n t tích h p, robot t hành, tình hình
nghiên c u trong và ngoài n c, t đó rút ra các h ng nghiên c u thích h p cho lu n án.

Nghiên c u các thu t toán x lý nh bám b t m c tiêu di đ ng, đ xu t các ph
pháp c i thi n nâng cao ch t l ng và t c đ bám.

ng


Mô hình hóa và mô ph ng đ ng h c, đ ng l c h c, đ ng h c ng c c a mô hình
robot t hành, các bài toán quy đ i các t a đ , tr c t a đ c a bài toán đi u khi n bám
robot theo nh.

Nghiên c u các thu t toán đi u khi n thích nghi robot, m c đích là nâng cao ch t
l ng bám và kh n ng thích nghi khi robot có các tham s thay đ i và có nhi u tác đ ng
khi ho t đ ng trong môi tr ng th c t và t ng tác v i m c tiêu (có các tham s kh i
l ng và mô men quán tính thay đ i và ch u tác đ ng c a nhi u sai l ch mô hình).

Thi t k m t c u trúc ph n m m đi u khi n hoàn ch nh, đ ng b hóa và có kh n ng
cài đ t cho robot th c t đ ki m đ nh các k t qu nghiên c u lý thuy t chuyên sâu vào
th c t robot s n ph m.
V th c hành:

V i m c tiêu s n ph m ph i có kh n ng ng d ng, do đó công vi c kh o sát, đánh
giá các s n ph m đã có trong và ngoài n c nh m rút ra các tiêu chu n cho s n ph m c a
lu n án là công vi c đ u tiên.

Thi t k và ch t o đ ng b ph n c ng và các thi t b ngo i vi v i ph n c khí v
theo đúng tiêu chu n công nghi p, thu n ti n cho ng i s d ng và d dàng l p ghép thao
tác và nâng c p. Ch t o các m ch đi n t , đi u khi n và giao ti p ngo i vi v i m c tiêu

đ nhanh, m nh và theo h ng có th m r ng và nâng c p.

Nghiên c u, thi t k và ch t o c m bi n đ nh v m c tiêu trên c s công ngh và
ph n m m x lý nh k t h p v i b l c Kalman.

Thi t k c u trúc, l p trình và cài đ t các thu t toán đã nghiên c u cho robot, ch y
th nghi m và đánh giá k t qu .
4. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án
Ý ngh a khoa h c:
 M t thu t toán thích nghi theo mô hình m u m i đ c đ xu t đ đi u khi n bám
qu đ o cho robot t hành khi robot có tham s m, I là b t đ nh và có tác đ ng c a nhi u.
Thu t toán này ch a đ c cài đ t trên b t c robot nào tr c đó trong và ngoài n c, có
tính linh ho t cao, c u trúc đ n gi n và có d dàng cho vi c l p trình cài đ t trên vi x lý,

2


có kh n ng thích nghi khi có nhi u tác đ ng ho c khi tham s m và I c a robot thay đ i
đ c bi t thích h p v i mô hình robot s n ph m c a lu n án. B đi u khi n đ xu t là s k t
h p gi a hai khâu: b đi u khi n phi tuy n cho mô hình đ ng h c và b đi u khi n thích
nghi mô hình m u cho mô hình đ ng l c h c s d ng thông tin ph n h i t c c u ch p
hành c a robot t hành.
Ý ngh a v m t công ngh th c ti n:
 Thi t k , ch t o và ch y th nghi m thành công robot t hành có g n camera s n
ph m. S n ph m này có th s d ng trong đào t o th c ti n cho sinh viên, h c viên cao
h c các ngành robot, t đ ng hóa, đi u khi n và c đi n t … hi n đang r t c n t i Vi t
Nam. S n ph m c ng đang đ c s d ng đ ph c v đào t o và nghiên c u khoa h c cho
sinh viên ngành đi u khi n t đ ng, tr ng i h c Bách khoa HN, i h c KH&CN –
Vi n Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam, ngành đi n t , c đi n t tr ng i
h c Công nghi p Hà N i và tr ng Cao đ ng ngh Công ngh cao Hà N i. H ng phát

tri n đ n các ng d ng th c ti n nh ch t o các robot dò tìm l i và hàn t đ ng, dò
đ ng và tr i th m nh a đ ng t đ ng, robot quan tr c môi tr ng t i các n i có đi u
ki n môi tr ng đ c h i, robot ph c v ch m sóc ý t , robot dò phá bom mìn…
5. N i dung c a lu n án
Lu n án có b c c bao g m 5 ch
Ch

ng 1:

TV N

ng, 101 trang; 2 ph l c g m 35 trang

NGHIÊN C U VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH ROBOT THÍ
NGHI M

Trong n i dung c a Ch ng này t p trung vào vi c nghiên c u t ng quan v m t h robot
t hành có g n camera, phân tích tình hình nghiên c u trong và ngoài n c nh m rút ra
h ng nghiên c u tr ng tâm c a lu n án. Ch ng này c ng trình bày vi c xây d ng và
phát tri n hoàn thi n ph n c ng cho m t robot t hành có g n camera.
1.1. Nghiên c u t ng quan v h th ng quang đi n t tích h p
1.1.1 T ng quan v m t h robot t hành có g n camera bám m c tiêu di đ ng
- C u t o và nguyên lý ho t đ ng:
1/- H thu nh n tín hi u hình nh; 2/- B chuy n đ i tín hi u A/D; 3/- H th ng đi u khi n
trung tâm; 4/- Máy tính và ch ng trình ph n m m nh n d ng và x lý nh t đ ng; 5/H Sensor h tr khác; 6/- H th ng truy n đ ng(các đ ng c );7/- H th ng các thi t b
ngo i vi và và k t n i v i tr m khác; 8/- H th ng cung c p đi n.
1.1.2. T ng quan tình hình nghiên c u trong và ngoài n
1.1.2.1. Tình hình nghiên c u ngoài n

c


c

Trên th gi i có r t ít công b liên đ n h th ng quang tích h p. Các công b này đa s là
nh ng bài nghiên c u, gi i thi u t ng quan không h có công b c th , chi ti t hay là bí
quy t công ngh m i trong đó. Vì đây là các h th ng tích h p có tính ch t đa ngành, ng
d ng nhi u cho an ninh, qu c phòng do đó vi c bí m t các bí quy t công ngh là t t y u.

3


V i các t p đoàn, công ty chuyên s n xu t các thi t b cho An ninh, Qu c phòng l n trên
th gi i nh : NASA, Northrop Grumman, lockheed martin,, Kollmorgen, Santa Barbara,
Raytheon, Radamec, Newcon Optics, Flir…thì ch công b các tính n ng k thu t, ch c
n ng ho t đ ng c a các h th ng quang đi n t tích h p s n ph m c a mình, t t c các tài
li u nghiên c u, thi t k , tích h p chuyên sâu đ u không đ c đ c p.
Th i gian g n đây, các nghiên c u v dân s và t p trung h ng robot di đ ng có g n
camera (Hình 1.1) và bám theo m c tiêu di đ ng, các công trình nghiên c u đ u t p trung
vào h ng nghiên c u này.

Hình 1.1. robot Talon, robot MARRS và robot Spirit thám hi m sao h a c a NASA
1.1.2.2. Tình hình nghiên c u trong n

c

T nhi u n m nay, m t s c quan nghiên c u ch y u thu c B qu c phòng đã đ t v n đ
nghiên c u xây d ng h th ng. ánh giá chung là đa s các h th ng này đ u là các s n
ph m ph c v bám m c tiêu bay, là các h quang đi n t tích h p đ t c đ nh, ph c v cho
phòng không, có t m quan sát bám b t xa (>2Km). M c dù các nghiên c u đã có các k t
qu đã đ c kh ng đinh, tuy nhiên vì đây là m t h th ng đòi h i s k t h p c a r t nhi u

l nh v c khoa h c công ngh cao và đ c bi t là l nh v c ng d ng cho qu c phòng do đó
các thông tin là r t h n ch .
i v i các h robot t hành g n camera bám m c tiêu di đ ng, c ng đã có m t s công
trình thu c các c quan nghiên c u ngoài B Qu c phòng đ c công và c ng nh đang
đ c phát tri n: nh Vi n Công ngh thông tin, i h c Công ngh , i H c Bách Khoa
Hà N i và TP HCM. Tuy nhiên có th nh n th y đ i v i h robot t hành có g n camera
hi n t i các k t qu nghiên c u trong n c là còn r t ít
1.1.3. K t lu n và l a ch n h

ng nghiên c u, phát tri n lu n án

C th các nhi m v c n ph i th c hi n c a lu n án:
- Xây d ng m t robot t hành có g n camera: đây là công vi c đ u tiên và c n thi t là c
s cho vi c hi n th c hóa các k t qu nghiên c u v các thu t toán c a lu n án. Lý do
khác đó là s ch đ ng trong c u hình c ng và kh n ng nâng c p m r ng. Ngoài ra,
vi c ch đ ng xây d ng, ch t o m t robot c ng có ý ngh a th c ti n b i hi n các robot
lo i này các tr ng đ i h c, cao đ ng, đ n v nghiên c u ngoài quân s là r t thi u,
ng d ng đ u tiên c a s n ph m này là s trang b cho các phòng thí nghi m c đi n t ,
t đ ng hóa, đi u khi n t đ ng c a các c s đào t o.
- Xây d ng c m bi n t camera (x lý nh, xác đ nh v trí m c tiêu): ngoài vi c nghiên
c u và ng d ng các thu t toán x lý nh đã có, v n đ nâng cao ch t l ng, t c đ và

4


b n v ng c a quá trình bám nh là nhi m v nghiên c u. Chú ý vào vi c nâng cao ch t
l ng bám.
- Thi t k h th ng đi u khi n: tr c tiên là mô hình hóa và mô ph ng t ng th h th ng
robot t hành đã xây d ng t v trí c a m c tiêu, v trí robot quy v h tr c t a đ n m
trên tâm robot. Tính toán đ ng h c thu n, đ ng h c ng c c a h đ ph c v cho bài toán

đi u khi n. Nghiên c u m t thu t toán đi u khi n thích nghi bám qu đ o cho robot t
hành khi có tham s kh i l ng, moment thay đ i và nhi u ma sát khi robot di chuy n trên
các đ a hình khác nhau, đây là vi c th ng xuyên x y ra đ i v i robot t hành s n ph m
c a lu n án vì khi có s ho t đ ng trong môi tr ng và t ng tác v i đ i t ng bám. M t
yêu c u là thu t toán có c u trúc đ n gi n và b n v ng nh m m c đích có th l p trình
nhúng và th nghi m trên robot..
1.2. Xây d ng mô hình robot t hành.
1.2.1. Xây d ng c u trúc c a h robot t hành
1.2.1.1 C u trúc t ng quan c a h robot t hành bám m c tiêu chuy n đ ng.

Hình 1.2. S đ t ng quan c a h th ng robot t hành bám m c tiêu di đ ng
1.2.1.2 C u trúc ph n c ng robot t hành bám m c tiêu chuy n đ ng.

Hình 1.3. nh ch p toàn b h robot di đ ng s n ph m
C u trúc c a h bám g m hai ph n chính:
- Ph n 1: Máy tính PC v i nhi m v thu nh n nh và x lý nh d a vào chu i hình nh
thu đ c t camera đ nh n d ng và tính toán v trí c a đ i t ng m c tiêu. Cung c p d

5


li u v trí này cho m ch ch đi u khi n đ t trên robot (công đo n này mang tính ch t nh
m t c m bi n ph n h i cho m ch ch đi u khi n robot)
- Ph n 2: Là m ch ch đi u khi n đ t trên robot, là ph n ch a các thu t toán đi u khi n
cho ho t đ ng c a robot: d a vào thông s v trí đ i t ng nh n đ c t ph n m t trên PC
(c m bi n hình nh) tính toán tín hi u đi u khi n robot bám theo sao cho đ i t ng di
chuy n đ c duy trì m t v trí nh t đ nh trên m t ph ng nh và m t kho ng cách nh t
đ nh, ho c giao ti p v i đ i t ng.
Ch


ng 2. THI T K CH T O C M BI N V TRÍ TRÊN C S X
NH CHO BÀI TOÁN BÁM M C TIÊU DI
NG

LÝ

Trình bày các k t qu nghiên c u, mô ph ng và th c nghi m c a mình v x lý nh xác
đ nh v trí m c tiêu nh m cung c p cho bài toán đi u khi n bám. Các k t qu nghiên c u,
mô ph ng và th c nghi m vi c k t h p thêm b l c Kalman vào nâng cao ch t l ng và
đ b n v ng trong bám nh c ng đ c trình bày.
2.1. T ng quan v h th ng bám nh t đ ng
2.1.1. T ng th h bám
2.1.2. Ki n trúc t ng th h bám.
2.2. L p trình x lý nh bám m c tiêu chuy n đ ng
Trong khuôn kh c a lu n án này, ch t p trung vào các ph

ng pháp sau:

Bám theo các đ c đi m, đ c tr ng c a nh (KLT: Kanade–Lucas–Tomasi
(KLT) feature tracker).
2.2.1. Ph

Bám theo hình d ng, màu s c (MeanShift, Camshift)
ng pháp bám theo các đ c đi m c a nh (Thu t toán KLT)

2.2.2. Thu t toán bám nh Camshift
2.2.3. K t h p b l c Kalman v i thu t toán bám nh Camshift

2.1. S đ k t h p b l c
Kalman và Camshift


Ch

ng 3: MÔ HÌNH HÓA H ROBOT T

HÀNH CÓ G N CAMERA

Ch ng 3 trình bày v mô hình hóa và mô ph ng đ ng h c, đ ng l c h c, đ ng h c ng c
c a mô hình robot di đ ng có g n camera đã xây d ng Ch ng 1 và c ng là s n ph m
c a lu n án. Quy đ i t a đ c a m c tiêu v t a đ tâm c a robot đ xây d ng qu đ o đ t
cho bài toán đi u khi n bám qu đ o.

6


3.1. Mô hình hóa h th ng Pan/Tilt.
- B ng thông s DH; Tính các ma tr n

i 1

Ai . Tính các ma tr n U ij ; Mô men quán tính

c a hai khâu;- Tính ma tr n D(  ); Tính ma tr n h( ,) ; Tính ma tr n véc t l c tr ng
tr

ng C(  ); Ph

ng trình đ ng l c h c c a h Pan-Tilt-camera.

3.2. Quy chi u t a đ m c tiêu và camera v t a đ tâm robot


Hình 3.1. Mô hình robot t
hành có g n camera

G i Cc ( xccd , yccd , zccd ) là đi m cu i cho m t vector t v trí trung tâm c a robot di đ ng
đ n tâm c a ng kính camera. khi đó v trí này có th đ

c tính theo hai góc quay

1 , 2 c a đ xoay Pan/Tilt nh sau:
xccd = l2cos(

1

)cos(

2

); yccd = l2 sin(

1

)cos(

2

); zccd = l0 + l1 + l2 sin(

2


)

(3.1)

đây l0 là chi u cao c a xe tính đ n v trí đ t đ xoay Pan/Tilt.
tính v trí th c t ( x0 , y0 ) , 0 và r0 đ
tuy n tính gi a đ i t
đ


c

c tính b ng cách s d ng m i quan h

ng th c s trong góc nhìn và khung hình nh. Khi m t đi m nh

c ch p t i (j , k ) trên trung tâm c a khung hình nh, v trí đ i t

r0 có th

đ

c tính toán nh sau (hình 3.2):

Hình 3.2. Tính toán v trí đ i t

7

ng theo t a đ robot




ng th c s ,  0 và




cos(

V i  rx và  ry là các góc h
c ađ it



zccd

r0 


k'
  P   ry )
Py
2

 ; 0 

j'
 rx
Px


ng nhìn x- và y- c a camera CCD, t

ng ng. Khi đó v trí

ng trong h t a đ c a robot (x,y), là:












x 0  rccd .cos(Y )  r0 .cos(Y   0 ); y 0  rccd .sin(Y )  r0 .sin(Y   0 )

(3.2)

V i Y là góc quay gi a robot và camera, và rccd (  xccd 2  yccd 2 ) là kho ng cách t
tâm robot t i tâm ng kính camera.
-

ng h c ng

c đ đi u khi n tâm ng kính đ n v trí mong mu n:

 l l  l 2l 2  (l 2  r 2 )(l 2  r 2 )

1 2
1
1
d
d
 d  cos 1  1 2

(l12  rd 2 )


 
   1  ;   tan 1  yd 
d
x 
  sin(  d ) 
 d 


V i  d và  d góc quay camera, ( xd , yd ) là v trí mong mu n c a camera, và rd là
xd 2  yd 2 .

3.3. Mô hình đ ng h c, đ ng l c h c robot di đ ng
M t l p r ng các h th ng c non-holonomic đ
sau d a trên công th c Euler-Lagrange:

c mô t b i d ng công th c đ ng l c h c

M (q ) q  C ( q, q ) q  G ( q )   d  B( q )  J T (q )

(3.3)


V i đi u ki n ràng bu c non-holonomic là:
J ( q ) q  0

(3.4)

Trong đó:
+ q là vector n chi u ng v i n các bi n kh p, M(q) là ma tr n đ i x ng xác đ nh d ng
c n x n, C ( q, q )q là thành ph n mômen nh t và h ng tâm, G(q) là n vect mômen tr ng
l c,  d là vect nhi u sai l ch mô hình, b ch n và:  d  (d x , d y , d )T , B(q) là ma tr n
chuy n đ i đ u vào c n x r (rLagrange.
Khi đó ta có nh n xét r ng ph ng trình Euler-Lagrange s đ n gi n h n n u chúng ta
lo i đ c b t thành ph n d trong h , vi c lo i thành ph n này đ n gi n ch là ta thi t k h
robot di đ ng có tr ng tâm n m chính gi a tr c n i hai bánh ch đ ng sau. Trong lu n án
này, NCS thi t k robot c a mình d a trên ý t ng này, lúc đó ph i c nh c a h robot
đ c v l i đ n gi n nh trên hình 3.3.

8


Hình 3.3. Ph i c nh c a Robot
di đ ng
Vect v trí c a robot trên b m t là q  ( x, y , )T
h

x và y là các t a đ c a đi m C (trung đi m c a tr c n i 2 bánh) và  là góc đ nh
ng c a robot trong h quy chi u quán tính.

Khi đó có thê vi t đ c công th c đ ng l c h c Euler-Lagrange c a robot di đ ng thông

qua công th c (3.17) đ c vi t l i:
x
 m 0 0   
 cos

    1 
 0 m 0   y   R  sin 
 0 0 I   
 L
 

ây c ng là ph ng trình đ ng l c h c s đ
đi u khi n trong Ch ng 4.
Trong đó: 1 và  2 l n l

cos 
 sin  
 1  

sin       cos  

2
 L     0 

(3.5)

c NCS s d ng đ thi t k các thu toán

t là mô men c a đ ng c trái và đ ng c ph i, m và I th

hi n kh i l ng và mômen t ng ng c a rô b t, R là bán kính c a bánh lái và L là m t
n a c a kho ng cách gi a 2 bánh lái đ ng sau.
Gi thi t  l 
Ph

1
1
(1   2 ) và  a  ( 1   2 ) .
R
R

ng trình c a mô hình đ ng l c h c:



  a
v  l , w
m
I
Ph

(3.6)

ng trình đ ng h c c a robot di đ ng:
x  v cos ; y  v sin  ;  w

(3.7)

Trong đó v và w là v n t c dài và v n t c góc c a robot.
Ch

ng 4: THI T K B

I U KHI N THÍCH NGHI I U KHI N BÁM QU
O CHO ROBOT T HÀNH

Trong Ch ng này c ng là tr ng tâm c a lu n án, trình bày m t s thu t toán bám qu đ o
cho robot di đ ng đã công b , phân tích u nh c đi m và t đó đ xu t thu t toán thích
nghi đ đi u khi n bám qu đ o cho robot t hành khi robot có tham s m, I là b t đ nh và
có ch u tác đ ng b i nhi u  d .

9


Hình 4.1. Ph i c nh c a h
robot g n camera bám m c tiêu
di đ ng

4.1. Các Ph

ng pháp i u khi n bám qu đ o cho robot t hành

Trong m c này trình bày các nghiên c u v ph ng pháp đi u khi n đã đ c công b ,
phân tích u và nh c đi m đ t đó rút ra nh ng đi m h n ch và c n kh c ph c nh m
m c đích thi t k b đi u khi n thích nghi thích h p cho lu n án.
4.1.1. i u khi n bám s d ng tr c ti p hàm đi u khi n Lyapunov
4.1.2. Các ph

ng pháp d a trên đi u khi n tr

t.

4.1.3. M t s thu t toán khác
4.2. Ph ng pháp c i thi n thu t toán thích nghi theo mô hình m u đ đi u khi n
bám qu đ o cho robot t hành khi robot có tham s m, I là b t đ nh
V n s d ng mô hình robot v i tr ng tâm C n m trung đi m c a tr c sau n i 2 bánh xe
và v n s d ng gi thuy t b qua nh h ng c a l c ma sát F (v ) và nhi u sai l ch mô
hình  d , mô hình robot đ

c mô t b i hai h ph

ng trình nh trong ch

ng 3 đã gi i

thi u.
M c tiêu c a bài toán đi u khi n là đi u khi n robot bám theo qu đ o đ t tr
đ nh ngh a nh là các bi n th i gian xác đ nh b i vect
th a mãn không ch các ph
Holonomic:

c

qr  ( xr yr  r ) . Qu đ o này

ng trình đ ng h c mà còn c các đi u ki n ràng bu c Nonxr  vr cos  r ,
y r  vr sin  r ,
r  w r
xr sin  r  y r cos r

Sai s đ ng l c h c thì đ
đ i Kanayama:

cđ

T

(4.1)

c vi t đ c l p so v i h quy chi u quán tính b i phép chuy n
 xe   cos
  
 ye     sin 
 e   0

sin 
cos
0

10

0   xr  x 


0   yr  y 
1   r   

(4.2)

o hàm (4.2) và s d ng công th c (4.1) (3.11) thì sai s đ ng l c h c đ
t a đ m i:

c vi t trong h

 xe   vr cos e   1 ye 
  
 
 v 
 y e   vr sin  e    0  xe   
    w   0 1   w 
r
 

 e  

(v w)T là vect đi u khi n c a mô hình đ ng h c.

B đi u khi n cho mô hình đ ng h c đ

c thi t k b ng ph

ng pháp làm n đ nh

Lyapunov h (4.2) v i đ u vào đi u khi n là vect v n t c (v,  )T và s d ng hàm
Lyapunov: V 

1 2
( xe  ye2 )  (1  cos e ) / k y
2

o hàm theo th i gian ph

ng trình trên tr thành:

V  vr xe cos  e  vd xe  vr sin e ye  wr sin  e  wd sin 
V  (vr cos  e  vd ) xe  sin  e (vr ye  wr  wd )
vd và wd đ

(4.3)

c ch n nh sau đ khi n V xác đ nh âm:
vd  vr cos e  k x xe

(4.4)

wd  wr  vr k y ye  k sin  e

B đi u khi n cho mô hình đ ng l c h c nh n tín hi u đ t là đ u ra c a b đi u khi n
đ ng h c, có đ u ra là các momen tác đ ng vào robot 1 , a , có m c tiêu đi u khi n bám
các bi n v n t c v,  và lo i b nh h
l ng (m) và momen quán tính (I).

ng c a các tham s b t đ nh c a robot nh kh i

S d ng các mô hình m u cho v n t c t nh ti n và v n t c góc quay t
1

1

1

vm  vd  T vd  T vm
1

1

w m  w d  T wd  T wm

hay

ve  T ve  0

ng ng:
T

1

0

1

w e  T we  0

ve và w e là sai s gi a v n t c đ t v i v n t c mô hình m u:
ve  vd  vm ; w e  w d  w m

B đi u khi n đ

(4.5)

c thi t k s d ng thu t toán đi u khi n thích nghi theo mô hình m u:

 l  1vd   2 (vd  v )
 a  3 w d   4 ( wd  w)
Trong đó 1 , 2 ,3 , 4 (s d ng ph

(4.6)

ng pháp hi u ch nh tham s nh c c ti u hóa hàm

m c tiêu h p th c xác đ nh d ng [ND.Ph c: lý thuy t đi u khi n phi tuy n]) là các
tham s c a b đi u khi n thích nghi đi u khi n các bi n v n t c.

11


Sai l ch gi a v n t c th c và v n t c c a mô hình m u là e  v  vm và e '  w  wm .
e = v - vm =
( my - d y )
( m - m)
( - m)
(
-d )
sin (4.7)
vd +T -1vd m
+T -1vm - m T -1v + mx x cos +
m
m
m

m
m
( - I)
-d
 = w - w = -T -1e' + I
e'
(w d +T -1wd - T -1w)+ Id
m
I
I

S d ng các hàm Lyapunov sau theo e và e’ đ tìm ph
c a b đi u khi n:
V1 

1

V2 

1

2
2

me 2 
Ie '2 

1

1

1

3

(1  m)2 
(3  I ) 2 

1

2
1

4

ng trình ch nh đ nh các tham s

( 2  mT )2

(4.8)
( 4  IT ) 2

o hàm các hàm Lyapunov trên cho:


1 d1 
1 d2 
V1  mTe2  (1  m) evd 
  (2  mT ) evd  ev 

1 dt 

 2 dt 








d

d
1
3   (  IT ) e ' w  e ' w  1 4 
V2  ITe '2  (3  I ) e ' w d 
4
d
 3 dt 
 4 dt 




(4.9)

Lu t thích nghi đ c đ nh ngh a b i vi c làm các th a s th 2 và th 3 b ng 0 đ khi n
V ,V xác đ nh âm.
1

2

V y các tham s c a b đi u khi n đ
d1
  1evd
dt

d 2
  2 e(vd  v ) 
dt

d 3
  3e ' w d
dt

d 4
  4 e '( wd  w) 
dt

-

xu t ph

c ch nh đ nh theo ph
t

1  0  1evd dt

ng trình:
t

 2  0  2e(vd  v ) dt

t

t

 3  0  3e ' w d dt  4  0  4e '( wd  w)dt

ng pháp c i thi n thu t toán:

ý trong V1 ,V2

(4.9) n u ta đ t  2  T1 và  4  T 3 thì ( 2  T )  T (1  1) và

( 4  T )  T (3  1) . Khi đó ta có th nhóm các th a s th 2 và th 3 c a V1 ,V2 thành 1

th a s v i các th a s chung là (1  1) và ( 3  1) t

ng ng:`

C ng v i phép đ t nh trên, ta có m i liên h gi a các vi phân tham s ch nh đ nh là
d
d 2
d
d 4
 T 1 và
 T 3 . Và do đó ph ng trình trên đ c vi t l i:
dt
dt
dt

dt

12



 1 T 2  d1 
V1  Te 2  (1  1) evd  T  evd  ev    




 1  2  dt 

(4.10)


 1 T 2  d3 
V2  Te '2  (3  1) e ' w d  T  e ' wd  e ' w    



 3  4  dt 


Do ( 1 ,  2 ,  3 ,  4 ) và T là do tùy ch n nên ta có th đ t:
1 T2 1 1 T2 1

 ,



1  2   3  4 

Và khi đó ta ch c n 2 ph
ph ng pháp tr c:

ng trình đ ch nh đ nh tham s thay vì 4 ph

ng trình nh

e  v  T (vd  v ) 
e  v  T (vd  v ) 
d1
  d
 1     d
dt
dt
2
2
 d  T (w d  w) 
 d  T (w d  w) 
e ' w
e ' w
d 3
 
 3    
dt
dt
2
2

(4.11)

4.3. Thu t toán i u khi n bám qu đ o thích nghi robot t hành khi có các tham s
m, I thay đ i và ch u tác đ ng b i nhi u.
NCS đ xu t m t thu t toán thích nghi theo mô hình m u đ đi u khi n bám cho robot t
hành khi robot không nh ng có tham s m, I thay đ i mà còn t n t i nhi u  d tác đ ng.
B đi u khi n đ xu t là s k t h p gi a hai khâu: b đi u khi n đ ng h c và b đi u
khi n thích nghi mô hình m u cho đi u khi n mô hình đ ng l c h c. K t qu mô ph ng
cho th y thu t toán có c u trúc đ n gi n, hi u qu bám b n v ng và n đ nh khi các tham
s m, I,  d thay đ i.
4.3.1. Mô hình đ ng h c, đ ng l c h c:
Ph

ng trình đ ng l c h c Euler-Lagrange c a robot t hành (3.9) đ
 m 0 0  x 
cos
 1
 0 m 0  

y

   R  sin 
 0 0 I   
 L
 

c vi t l i:

d x 

cos 
 sin  
 
 
sin    1    cos    d y 
2

d 
 0 
 L 
 

(4.12)

Trong đó  d : Vect nhi u b t đ nh b ch n và:  d  (d x , d y , d )T , c ng gi thi t gi i h n
đây nhi u  d có t c đ bi n đ i ch m và t i có th coi  d  const .
Khi đó mô hình đ ng l c h c c a robot:

l

 ( d x cos   d y sin  )  l  d xy ,
m
m
a
 
w
 d
I
Mô hình đ ng h c c a robot:
v 

13

(4.13)


x  v cos ; y  v sin  ;  w

(4.14)

V i các mô hình đ ng h c (4.14) và đ ng l c h c (4.13) trên, trong ph n sau s trình
bày c u trúc đi u khi n b ng cách tách riêng hai vòng đi u khi n: đi u khi n đ ng h c, và
đi u khi n đ ng l c h c.
4.3.2. C u trúc c a h đi u khi n
D a trên ph ng trình (4.14) c a mô hình đ ng h c và ph ng trình (4.13) c a mô hình
đ ng l c h c, c u trúc c u trúc đi u khi n đ c đ xu t g m hai vòng đi u khi n. Vòng
ngoài s d ng b đi u khi n đ ng h c phi tuy n đ n đ nh các bi n c a h , khi đó đi u
khi n bám đ ng h c robot di đ ng đ n gi n thành v n đ đi u khi n các bi n sai l ch
trong mô hình đ ng h c. Vòng trong đi u khi n đ ng l c h c s s d ng thu t toán đi u
khi n thích nghi theo mô hình m u v i đ u vào đ t đ c l y t tín hi u ra c a b đi u
khi n phi tuy n đ ng h c vòng ngoài và các ph n h i v n t c t c c u ch p hành (c c u
ch p hành s d ng đ ng c đi n). S đ c u trúc này đ c th hi n trong Hình 4.2.

Hình 4.2. C u trúc hai vòng đi u khi n
M c tiêu c a bài toán đi u khi n là đi u khi n robot bám theo qu đ o đ t tr
đ nh ngh a nh là các bi n th i gian xác đ nh b i vect
th a mãn không ch các ph
Holonomic.

cđ

c

qr  ( xr yr  r )T . Qu đ o này

ng trình đ ng h c mà còn c các đi u ki n ràng bu c Non-

gán lu t đi u khi n trong ph n sau, các bi n v và w s đ

c vi t l i là vd và wd đ

phân bi t chúng v i các v n t c t nh ti n và v n t c góc th c t đo đ

c. Chú ý r ng vd

và wd là các v n t c mong mu n làm n đ nh đ ng h c.
4.3.3. T ng h p b đi u khi n thích nghi theo mô hình m u
B đi u khi n đ xu t có c u trúc mô t
hình 4.5 bao g m hai vòng đi u khi n b đi u
khi n đ ng h c phi tuy n vòng ngoài và b đi u khi n thích nghi theo mô hình m u
đ ng l c h c vòng trong. Sau đây là gi i thu t t ng h p b đi u khi n cho t ng vòng.
4.3.3.1. B đi u khi n đ ng h c vòng ngoài
Hàm Lyapunov phù h p cho h (4.2) có d ng nh sau:
V 

o hàm theo th i gian ph

1 2
( xe  ye2 )  (1  cos e )
2

ng trình trên tr thành:

14

(4.16)


V  vr xe cos  e  vd xe  vr sin e ye  wr sin  e  wd sin 
V  (vr cos e  vd ) xe  sin  e (vr ye  wr  wd )
vd và wd đ

(4.17)

c ch n nh sau đ khi n V xác đ nh âm:
vd  vr cos e  k x xe
wd  wr  vr ye  k sin  e

(4.18)

V   k x xe2  v r k sin 2  e

(4.19)

Thay (4.18) vào (4.17):

Rõ ràng V ch là bán xác đ nh âm. Theo đ nh lý LaSalle [54,59,60], y e đ m b o h i t
v 0 do v y th ng kín n đ nh ti m c n toàn c c. Thay đ i wd trong công th c (4.18) b i:
wd  wr  vr k y ye  k sin e

(4.20)

Các tr ng s c a bi n sai l ch s là ( k x , k y , k )
Tính n đ nh ti m c n c a h th ng kín có th đ

c ch ng minh b i hàm Lyapunov sau:

1
V  ( x e2  y e2 )  (1  co s  e ) / k y k y  0
2

(4.21)

4.3.3.2. T ng h p b đi u khi n vòng trong
A. Xây d ng mô hình đ ng h c m u
u ra c a b đi u khi n phi tuy n trong ph n tr

c là các v n t c t nh ti n và v n t c

quay mong mu n vd và wd nh m n đ nh đ ng h c (v trí và h

ng c a robot). Nh ng

giá tr này chính là nh ng giá tr đ t cho vòng trong đi u khi n đ ng l c h c. Trong ph n
này, lu t đi u khi n sau đ
thi t là đã bi t tr

c s d ng đ chu n b cho vi c bám giá tr vd và wd v i gi

c các tham s kh i l

ng m, mô men quán tính I và các h ng s nhi u

b t đ nh d xy , d :
 l  mvd  kl (vd  v )  md xy
 a  Iw d  ka ( wd  w)  Id

Trong đó kl và k a là 2 tham s đi u khi n d
Thay ph

ng trình trên vào (4.13) ta nh n đ

(4.22)

ng.
c:

mvd  kl (vd  v )  md xy
k
 d xy  vd  l (vd  v )
m
m
Iw d  k a ( wd  w)  Id
ka
 
 
 d  w
w
(w d  w)
d

I
I

v 

Sai l ch gi a v n t c đ t và th c đ

c đ nh ngh a:

15

(4.23)


Thay vào (4.23) ta đ

ve  vd  v
w e  wd  w

(4.24)

k
ve  l ve  0
m
k
w e  a we  0
I

(4.25)

c:

ng nhiên s h i t theo hàm m c a ve , we  0 hay v và w t i giá tr đ t đ

c th a

mãn.
Do kl , k a là tùy ch n nên ta s đ t

kl ka

 T 1 và ta s có mô hình m u cho sai s
m
I

v n t c là:
v  T 1v  0
e
e

1
w  T w  0
e
e

T 1  0

(4.26)

Trong đó T 1 là ngh ch đ o c a h ng s th i gian t t d n T c a sai s , tham s này đ c

ch nh đ nh b ng tay d a trên m t vài tham s : ch ng h n s gi i h n c a c c u ch p
hành, t c đ h i t c a b đi u khi n đ ng h c phi tuy n và trong m t h th ng đi u khi n
s , T ph i l n h n ít nh t 4 l n h ng s th i gian trích m u Ts . V i phép đ t trên, ta thay
vào ph
m :

ng trình (4.30) đ vi t l i đ u ra c a b đi u khi n bám v n t c n đ nh theo hàm

 l  mvd  mT 1(vd  v )  md xy
  l  mvd  mT 1(vd  v )  m( d x cos  d y sin  )
 a  Iw d  IT 1( wd  w)  Id

(4.27)

B. Gi i thu t đi u khi n thích nghi theo mô hình m u
Trong A ta có đ c mô hình m u cho sai s v n t c (4.26) v i các giá tr c a m và I coi
nh là đã xác đ nh. Trong th c t , các tham s m và I khó xác đ nh đ c chính xác và giá
tr c a chúng còn thay đ i khi ng d ng robot. H n n a trong th c t , thành ph n nhi u

d

là không th b qua khi robot ho t đ ng trong các đ a hình khác nhau. B i v y lu t

đi u khi n (4.27) đ

c vi t l i d

i d ng sau:

ˆ   mT

ˆ 1(v  v )  md
ˆ ˆ xy
  mv
l
d
d
ˆ   IT
ˆ 1( w  w)  md
ˆˆ
 a  Iw

d
d

Hay

16


ˆ   mT
ˆ 1(v  v )  mˆ ( dˆ x cos  dˆ y sin  )
  mv
l
d
d
ˆ
ˆ

1
ˆ   mT

ˆ
   mv
(v  v )  d cos  d sin 
ˆ
ˆ
l
d
d
mx
my

1
ˆ   IT
ˆ
ˆˆ
 a  Iw
( w  w)  md

d
d

Sai s gi a m và mˆ , I và Iˆ , d xy và dˆ xy , d và dˆ

nh h

(4.28)

ng rõ r t đ n t c đ h i t và

có th gây nên nh ng dao đ ng không mong mu n. Nh m làm gi m s nh h ng này,

lu t đi u khi n thích nghi t ng ng đ c đ a ra trong ph n này. Các công th c đ c vi t
c th cho v n t c t nh ti n. Vi c th c hi n cho v n t c góc c ng t ng t nh v y.
T ph ng trình (4.28) ch a các tham s b t đ nh và ph ng trình c a mô hình m u
(4.26), c u trúc b đi u khi n thích nghi theo mô hình m u (s d ng ph ng pháp hi u
ch nh tham s nh c c ti u hóa hàm m c tiêu h p th c xác đ nh d ng) có d ng t ng t
s là:

 l   mvd   mT 1(vd  v )   mx cos    my sin 
T ph

(4.29)

ng trình (4.13) ta có
mv    m( d cos   d sin  )    ( d cos   d sin  )
l
x
y
l
mx
my

Thay (4.29) vào (4.30) ta đ

(4.30)

c:

mv   v   T 1(v  v )   cos    sin   (d cos   d sin  )
m d
m

d
mx
my
mx
my
1

  v   T (v  v)  (  d )cos   (  d )sin 
m d
m
d
mx
mx
my
my

(4.31)

T (4.31) suy ra giá tr lý t ng ph i có c a tham s b đi u khi n v n t c t nh ti n là
 m*  m (t ng t có  mx*  d mx ; my*  d my ).
T

ng t vi t l i ph

nhân vào 2 v c a ph

ng trình mô hình m u (4.26): v i v đ
ng trình (v i ph

c thay b i vm , và m đ

ng t ):

mv  mv  mT 1v  mT 1v
m
d
d
m

Sai s

c

ng trình v n t c góc c ng t

(4.32)

thích nghi là hi u gi a v n t c t nh ti n v và v n t c c a mô hình m u

(v ) : e  v  v :
m
m

o hàm theo th i gian c a e cho ra sai s đ ng l c h c:
de
dv dv
 m(  m )  ( m  m)vd  T 1vd ( m  m)   mT 1vm   mT 1v
dt
dt
dt
(mx  d mx )cos  ( my  d my )sin 

m

17

(4.33)


 mT 1v  mT 1vm  ( m  m)(vd  T 1vd )   mT 1v  mT 1v
 ( mx  d mx )cos

 ( my  d my )sin 
 mT 1e  ( m  m)(vd  T 1vd  T 1v )  ( mx  d mx )cos   ( my  d my )

S d ng ph ng pháp hi u ch nh tham s nh c c ti u hóa hàm m c tiêu h p th c xác
đ nh d ng, hàm Lyapunov sau đ c ch n:
m
V1  e 2   ( m  m) 2   mx ( mx  d mx ) 2   my ( my  d my ) 2 ;
2
 ,  mx ,  my  0

Ta th y rõ hàm V trên xác đ nh d
o hàm c a nó thì nh n đ

(4.34)

ng v i m i giá tr b t đ nh c a m>0.

c b i thay me t ph

ng trình:



V1  mee  2 (m  m)m  2 mx (mx  dmx )mx  2 my (my  dmy )my

mT 1e2 (m m)(evd eT 1vd eT 1v2m)(mx dmx )(e cos 2 mxmx ) (4.35)

(my  dmy )(e sin  2 mymy )

Lu t thích nghi đ c đ nh ngh a b i cách làm th a s th 2, th 3 và th 4 b ng 0 đ
khi n V xác đ nh âm v i m i giá tr m0 :
e vd T 1(vd v ) 


d m
 
dt
2



t e cos
 mx   
dt
0 2 mx

d mx e cos 


2 mx

dt
d my
dt

T



e vd T 1(vd v ) 


t
dt
 m  0  
2

t e sin 
e sin 
  my   
dt
2 my
0 2 my

(4.37)

(4.38)

ng t v i v n t c góc:

 a   I w d   I T 1( wd  w)   I

T ph

(4.39)

ng trình (4.13) ta có:
  a  Id  a  d I  I w d  I T 1 ( wd  w)  I  d I
Iw

Suy ra giá tr lý t
Ph

(4.36)

(4.40)

ng c a các tham sô b đi u khi n v n t c góc là:  I*  I ; I*  d I

ng trình mô hình m u c a v n t c góc:
Iw m  Iw d  IT 1wd  IT 1wm

18

(4.41)


Sai s thích nghi là hi u gi a v n t c góc (w) và v n t c c a mô hình m u
(w m ):e ' w  w m :
o hàm theo th i gian c a e’ cho ra sai s đ ng l c h c:

I

de'
1
1
1
  T w  T w)   d
 IT e ' (  I )(w
I
d
d
I I
dt

(4.42)

S d ng hàm Lyapunov sau:
I 2
2
2
V  e '   (  I )   (  d ) ;
2 2
I
I
I

(4.43)

I  0,   0,   0

 V2   IT 1e '2  ( I  I )(e 'w d  e 'T 1w d  e ' T  1w  2 I )


 ( I  d I )(e ' 2  I )

 T 1(w d  w) 
e ' w
 d
d I

   e '


dt
2
2

Các tham s ( , mx , my ,  , ) s đ

c ch nh đ nh đ h đ t đ

(4.44)

(4.45)
c ch t l

ng bám theo

yêu c u.
4.4. K t qu mô ph ng
4.4.1. Khi qu đ o đ t là đ
T a đ

ng th ng

ban đ u c a robot là (1,1), góc gi a tr c robot và Ox( ) b ng 0:

x(0)  1; y (0)  1; (0)  0 . Các tham s c a b đi u khi n trong ph

(4.28) đ

c ch n là: k x  k y  k  5 , và các h

s

ng trình (4.26) và

khuy ch đ i thích nghi

  0.5;   0.5; T  0.05;   5;   5. Các tham s ban đ u là m=5kg , I=2.5Kg.m2,
d x  d y  5N ; d  5Nm .

Hình 4.4 và 4.5 th hi n s h i t c a các bi n sai l ch bám khi s d ng b đi u khi n
đ ng h c th ng và b đi u khi n thích nghi mô hình m u t ng ng.

a

19


b

m=5kg , I=2.5Kg.m2, d x  d y  5N ; d  5Nm
Hình 4.4. (a) h i t c a các bi n sai l ch; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s
d ng b đi u khi n th ng.

a

b

Hình 4.5. (a) h i t c a các bi n sai l ch; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s
d ng MRAS.
Nh n xét: nh trên Hình 4.4 và Hình 4.5 ta ch a th y đ
các tham s c a h đ c bi t tr c.

c s khác bi t v ch t l

ng khi

Hi u qu c a b đi u khi n này v i s t n t i các thành ph n b t đ nh đ c th hi n
Hình 4.6 và Hình 4.7. Trong Hình 4.4, khi các tham s đ c đ t b ng giá tr ban đ u xác
đ nh m=5 và I=2.5, d x  d y  d  5 . V i b đi u khi n thích nghi thì t t c các bi n sai
l ch h i t trong kho ng 3s, còn v i b đi u khi n th ng là kho ng g n 4s. Trong khi
Hình 4.6 các giá tr tham s c a robot thay đ i thành m=20kg; I=10kg.m2;
d x  d y  10 N ; d  10 Nm (đi u này th ng xuyên x y ra khi xe robot g p thêm v t ho c
mang thêm v t trên mình nó) và ch u tác đ ng b i nhi u ma sát khi thay đ i đ a hình di
chuy n khác nhau) thì nh Hình 4.6 khi s d ng b đi u khi n không thích nghi kéo th i

20


gian h i t là h n 7s và th hi n s dao đ ng c a sai l ch bám, c ng nh t n t i sai l ch

t nh l n. Trong khi tr ng thái này n u s d ng b đi u khi n thích nghi MRAS (Hình
4.7) thì ch t l ng là không đ i so v i Hình 4.5. Các bi n sai l ch tr v g n t i 0 trong
kho ng h n 3s.

a

b

m=20kg; I=10kg.m2; d x  d y  10 N ; d  10 Nm
Hình 4.6. (a) h i t c a các bi n sai l ch; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s
d ng b đi u khi n th ng khi tham s robot thay đ i.

a

b

m=20kg; I=10kg.m2; d x  d y  10 N ; d  10 Nm
Hình 4.7. (a) h i t c a các bi n sai l ch; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s
d ng b đi u khi n MRAS khi tham s robot thay đ i.

21


4.4.2 Khi qu đ o đ t là đ

ng tròn có tâm t i g c t a đ (0,0), bán kính b ng 5

T a đ ban đ u c a robot là (1,1), góc gi a tr c robot và Ox (  ) b ng 0:
x(0)  1; y (0)  1; (0)  0 . Các tham s c a b đi u khi n đ c ch n là: k x  k y  k  5 ,
và các h s khuy ch đ i thích nghi   0.5;   0.5; T  0.01;  mx   my  5;   5. Các

tham s ban đ u là m=5kg , I=2.5Kg.m2, d x  d y  5N ; d  5Nm
Khi các giá tr tham s c a xe robot thay đ i thành m=20kg; I=10kg.m2;
d x  d y  10 N ; d  10 Nm thì nh Hình 4.8 th hi n s dao đ ng c a sai l ch bám qu đ o
khi s d ng b đi u khi n không thích nghi là r t đáng k . Trong khi tr ng thái này n u
s d ng b đi u khi n thích nghi MRAS (Hình 4.9) thì ch t l ng v n đ c đ m b o (các
v n t c th c bám theo v n t c mô hình m u v n t t h n, ít dao đ ng h n so v i b đi u
khi n không thích nghi khi các tham s b t đ nh là bi t tr c).
TRACKING TRAJECTORY
6

4

2

Y a x is ( m )

a

0

-2

-4

-6
-6

-4

-2

0

2

4

6

X axis(m)
LINEAR AND ANGULAR VELOCITIES
35
30

b

v (m/s); w (rad/s)

25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time(sec)

Hình 4.8. (a) Qu đ o bám; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s d ng b đi u
khi n th ng khi tham s robot thay đ i.
TRACKING TRAJECTORY
5
4
3
2
1

Y (m )

a

0

-1
-2
-3
-4
-5
-6

-4

-2

0

X (m)

22

2

4

6

LINEAR AND ANGULAR VELOCITIES
70
60

v (m/s); w(rad/s)

50

b

40
30
20
10
0
-10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time(sec)

Hình 4.9. (a) Qu đ o bám; (b) v n t c t nh ti n và v n t c quay khi s d ng b đi u
khi n MRAS khi tham s robot thay đ i
4.5 K t qu ch y th c nghi m

Hình 4.10. M t s hình nh ch y th c nghi m robot di đ ng bám đ i t ng là qu bóng
màu vàng R=5cm. T c đ bám ch m (<10 hình/giây) và ph thu c nhi u vào n n và nhi u
K T LU N
1. Các k t qu đ t đ

c c a lu n án

lu n án đã đ t đ c m c tiêu đã đ ra là nghiên c u và đ xu t thu t toán x lý
nh b ng b l c nhi u Kalman đ c i thi n ch t l ng phát hi n và đ nh v chính xác m c
tiêu. Nghiên c u đ xu t thu t toán đi u khi n thích nghi m i cho robot t hành bám qu
đ o trên c s h phi tuy n b t đ nh, đ c bi t chú ý đ n ch t l ng bám và s thay đ i c a
các tham s c a robot (b i m c đích ng d ng c a robot là t ng tác v i đ i t ng và môi
tr ng khác nhau) và ch u tác đ ng c a nhi u khi ho t đ ng trên các đ a hình khác nhau.
Tóm l i các đóng góp chính c a lu n án:

- Ý ngh a khoa h c:
 Nghiên c u phát tri n thu t toán đi u khi n thích nghi theo mô hình m u [60] đ m b o
robot t hành bám qu đ o khi kh i l ng và moment quán tính b t đ nh, đ xu t và th c
hi n ph ng án c i ti n c u trúc đi u khi n thích nghi đ robot t hành bám qu đ o t t
h n. Thu t toán này có tính linh ho t cao, c u trúc đ n gi n và có d dàng cho vi c l p
trình cài đ t trên vi x lý, có kh n ng thích nghi khi có robot có các tham s m và I thay
đ i. K t qu này đã đ c công b t i bài báo: “M t thu t toán đi u khi n thích nghi theo
mô hình m u cho robot t hành non-holonomic v i tham s b t đ nh”, H i Ngh C đi n
t toàn qu c l n th 6 VCM6, 12/2012.

23


 M t thu t toán đi u khi n thích nghi theo mô hình m u bám qu đ o m i cho robot t
hành có tham s b t đ nh và tác đ ng c a nhi u sai l ch mô hình đ c đ xu t trong lu n
án. Thu t toán này, ch a đ c cài đ t trên b t c robot nào tr c đó trong và ngoài n c,
có tính linh ho t cao, c u trúc đ n gi n và có d dàng cho vi c l p trình cài đ t trên vi x
lý, có kh n ng thích nghi khi có nhi u tác đ ng và tham s m và I c a robot thay đ i, đ c
bi t phù h p v i robot s n ph m c a lu n án. B đi u khi n đ xu t là s k t h p gi a hai
khâu: b đi u khi n đ ng h c và b đi u khi n thích nghi mô hình m u s d ng thông tin
ph n h i t c c u ch p hành c a robot t hành. Tính n đ nh toàn c c c a h kín đ c
đ m b o nh thi t k đi u khi n d a trên hàm Lyapunov. Các k t qu mô ph ng cho th y
hi u qu c a c a b đi u khi n đ xu t và kh n ng ng d ng trong th c t . Các k t qu
nghiên c u này đ c công b trong bài báo: “Tracking Control for Mobile robot with
Uncertain Parameters Based on Model Reference Adaptive Control”; International
Conference on Control, Automation and Information Sciences ICCAIS2013; IEEE catalog
number: CFP1226S-CDR; ISBN: 978-1-4673-0811-311/2013; và: “ i u khi n bám Robot
t hành có tham s b t đ nh và ch u tác đ ng nhi u sai l ch mô hình b ng thu t toán thích
nghi theo mô hình m u”; H i Ngh toàn qu c v đi u khi n và t đ ng hóa VCCA2013;
ISBN 978-604-911-517-2; 11/2013.

Ý ngh a v m t công ngh th c ti n:
 ã thi t k , ch t o và th nghi m robot t hành có g n camera trong phòng thí
nghi m, robot này đ c s d ng trong đào t o th c ti n l nh v c c đi n t và ph c v
các nghiên c u phát tri n t i phòng quang đi n t c a Vi n V t lý - Vi n Hàn lâm Khoa
h c và Công ngh Vi t Nam, Khoa i n t - i h c Công nghi p Hà N i, Cao đ ng ngh
Công ngh cao Hà N i. H ng phát tri n nh m vào các ng d ng th c ti n nh ch t o
các robot dò phá bom mìn, ch ng kh ng b , ho t đ ng trong đi u ki n môi tr ng đ c h i.
 S n ph m robot t hành có g n camera đ c nghiên c u ch t o theo c u trúc đi u
khi n m i do tác gi đ xu t và th c hi n nên không th trùng l p v i b t c s n ph m nào
đã đ c bán trên th tr ng trong n c và qu c t . robot s n ph m có c u trúc m nên
hoàn toàn có kh nâng c p và cài đ t các thu t toán m i sau này.
đ

Ngoài ra trong quá trình th c hi n lu n án, các nghiên c u và ng d ng c ng đã
c công b
các h i ngh khoa h c có uy tín trong n c và qu c t .

2. H

ng phát tri n c a Lu n án.

1. Nghiên c u c i ti n thu t toán thích nghi khi robot di chuy n trên các lo i đ a hình d c
(3D), c ng nh có các ki u chuy n đ ng phù h p v i các lo i đ a hình ph c t p khác nhau
khi ho t đ ng ng d ng th c t .
2.
ng b hóa các tác v trong l u đ đi u khi n t ng th h th ng, t i u th i gian x
lý th i gian th c (đ c bi t ph n truy n thông camera-máy tính-vi đi u khi n) nh m c i
thi n t c đ bám c a h th ng.
3. C i thi n, nâng c p ph n c ng c a robot s n ph m, có th s d ng DSP ho c FPGA
vào đi u khi n t ng th h th ng, t ng t c đ tính toán nh m c i thi n t c đ và đ chính

xác c a h th ng.

24