BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ TRƯỜNG AN

ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO
DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270

S K C0 0 3 1 0 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ
LÊ TRƯỜNG AN

ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO
DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270

Tp. Hồ Chí Minh - Tháng 4/2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ
LÊ TRƯỜNG AN

ĐIỀU KHIỂN ROBOT ĐA HƯỚNG BÁM THEO QUỸ ĐẠO
DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270
Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Tp. Hồ Chí Minh - Tháng 4/2011


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và tên:

LÊ TRƯỜNG AN

Ngày, tháng, năm sinh:

18-3-1973

Quê quán: Vĩnh Linh - Quảng Trị

Giới tính:


nam

Nơi sinh:

Tân Kỳ - Nghệ An

Dân tộc:

Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 188/64/29 - Lê Đức Thọ - Phường 6
Gò Vấp - Tp.Hồ Chí Minh.
Điện thoại cơ quan: 08.38952345

Điện thoại nhà riêng: 08.39841728

Fax:

Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: dài hạn tập trung

Thời gian đào tạo từ 09/1995 - 07/1998

Nơi học (trường, thành phố):

Trường CĐKT VinHem Pích - BQP.


Ngành học: Cơ khí động lực.
2. Đại học:
Hệ đào tạo: không chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2000 - 10/2005

Ngành học: Điện tử - Viễn thông
Tên đồ án tốt nghiệp: “Máy đo tốc độ vòng quay không tiếp xúc”.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2005 - ĐHBK TP.HCM.
Người hướng dẫn: Giảng viên Lư Công Văn.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
Thời gian

Nơi công tác

10/2005 đến nay Khoa Tăng-Thiết giáp - Trường
CĐKT VinHem Pích (nay là Trường
Đại học Trần Đại Nghĩa - BQP)

ii

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 4 năm 2011
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LÊ TRƯỜNG AN

iii


CẢM TẠ
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - TS. Nguyễn
Thanh Phương, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên
cứu và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Khoa Điện - Điện tử,
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đã nhiệt tình truyền
thụ kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu tại trường.
Tôi xin trân trọng cám ơn các thầy giáo và đồng nghiệp tại Khoa Tăng Thiết giáp, Trường Sỹ quan KTQS đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
để tôi được học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố
Hồ Chí Minh.
Xin trân trọng ghi nhớ những chân tình, những sự giúp đỡ của các bạn học,
những người đã cung cấp và chia sẻ những tài liệu, thông tin quý báu trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn này.
Lê Trƣờng An

iv


TÓM TẮT
Khác với loại robot di động sử dụng bánh truyền thống, robot di động sử

dụng bánh đa hướng (gọi tắt là robot di động đa hướng) có những ưu điểm vượt trội
như: khả năng thay đổi vị trí và định hướng linh hoạt, độ chính xác cao..., bởi vì
chúng có khả năng dịch chuyển và quay đồng thời hoặc độc lập, vì vậy robot di
động đa hướng đã thu hút được nhiều sự chú ý hơn.
Luận văn này trình bày một thuật toán điều khiển robot di động đa hướng
bám theo quỹ đạo mong muốn bằng phương pháp điều khiển trượt như sau:
Đầu tiên, mô hình động học của robot di động đa hướng 3 bánh được trình
bày và mô hình động lực học với sự tác động của lực ma sát và sự trượt được suy ra
từ định luật thứ hai của Newton. Thứ hai, một bộ điều khiển bám kết hợp bộ điều
khiển động học với bộ điều khiển động lực học kiểu trượt tích phân được thực hiện
để bám theo một quỹ đạo mong muốn. Một véc tơ sai số bám được định nghĩa và bộ
điều khiển động học được thiết kế để đưa véc tơ sai số bám tiệm cận về không. Một
véc tơ mặt trượt được định nghĩa dựa trên véc tơ sai số vận tốc bám và tích phân
của nó. Bộ điều khiển động lực học kiểu trượt tích phân được thiết kế để đưa véc tơ
mặt trượt tích phân và véc tơ sai số vận tốc bám tiệm cận về không. Độ ổn định của
hệ thống được đảm bảo bởi tiêu chuẩn ổn định của Lyapunov... Kết quả mô phỏng
bằng phần mềm Matlab được kèm theo để hiển thị và chứng minh tính khả thi của
thuật toán đã đề xuất.
Từ khóa: Robot di động, robot di động đa hướng, điều khiển trượt tích phân.

v


ABSTRACT
Different from many mobile robot with conventional regular wheels, Mobile
Robot with driving omnidirection wheels (Omnidirection Mobile Robot) has some
advantages such as: changing position ability and flexible navigation, high
accuracy..., because they have the ability to move simultaneously and independently
in translation and rotation. So the omnidirectional mobile robot have attracted much
more attention.

This thesis presented about controling algorithm of omnidirection mobile
robot to track a desired trajectory by means of sliding control as follows:
First, a kinematic modeling of the omnidirection mobile robot with three
wheels is presented, and a dynamic modeling of the omnidirection mobile robot
with disturbance and friction is derived based on the Newton’s second law of
motion. Second, a tracking controller that integrates a kinematic controller with an
integral sliding mode dynamic controller of the omnidirection mobile robot with
disturbance and friction is designed to track a desired trajectory. A tracking error
vector is defined, and a kinematic controller is designed to make the tracking error
vector go to zero asymptotically. An integral sliding surface vector is defined based
on the velocity tracking error vector and its integral term. An integral sliding mode
dynamic controller is designed to make the integral siding surface vector and the
tracking velocity error vector go to zero asymptotically. Stability of the system is
guaranteed

by

Lyapunov

stability

theory.

Simulation

results using Matlab software is included to display and prove the feasibility of
the proposed algorithm.
Keywords: Mobile robot, omnidirection mobile robot, integral sliding mode
controller.


vi


MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

ii

Lời cam đoan

iii

Cảm tạ

iv

Tóm tắt

v

Mục lục

vii

Danh sách các chữ viết tắt

ix


Danh sách các hình

x

Danh sách các bảng

xiii

Chƣơng 1. Tổng quan

1

1.1. Tổng quan về robot

1

1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển

1

1.1.2. Các thế hệ robot

3

1.1.3. Robot di động

4

1.1.4. Những xu hướng phát triển của robot hiện đại


7

1.1.5. Robot đa hướng

7

1.1.6. Các kết quả nghiên cứu về robot đa hướng đã công bố

9

1.2. Mục tiêu khách thể và đối tượng nghiên cứu

10

1.2.1. Mục tiêu

10

1.2.2. Đối tượng nghiên cứu

12

1.3. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu

12

1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài

12


1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

12

1.4. Phương pháp nghiên cứu

12

vii


1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

12

1.5.1. Ý nghĩa khoa học

12

1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn

13

1.5. Kế hoạch thực hiện

13

Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết


14

2.1. Cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov

14

2.1.1. Hệ phi tuyến và các điểm cân bằng

14

2.1.2. Khái niệm ổn định

16

2.1.3. Phương pháp trực tiếp Lyapunov

20

2.1.4. Tiêu chuẩn Lyapunov phục vụ thiết kế bộ điều khiển

24

2.2. Các hệ thống Điều khiển Robot

25

2.2.1. Điều khiển theo quỹ đạo đặt

26


2.2.2. Các hệ thống điều khiển hệ tuyến tính

27

2.2.3. Các hệ thống điều khiển hệ phi tuyến

28

2.2.4. Các phương pháp điều khiển Robot

32

2.3. Kết luận

45

Chƣơng 3. Mô hình toán học của robot di động đa hƣớng
3.1. Cấu trúc hình học và các giả thiết

47
47

3.1.1. Cấu trúc hình học của robot di động đa hướng

47

3.1.2. Các giả thiết cho mô hình nghiên cứu

48


3.2. Mô hình toán học của robot di động đa hướng

48

3.2.1. Mô hình động học

48

3.2.2. Mô hình động lực học

50

Chƣơng 4. Điều khiển chuyển động của OMR
sử dụng phƣơng pháp điều khiển trƣợt

53

4.1. Giới thiệu

53

4.2. Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) thiết kế cho OMR

53

4.3. Kết luận

58

viii



Chƣơng 5. Mô phỏng

59

5.1. Đặt vấn đề

59

5.2. Kết quả mô phỏng

59

5.2.1. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ nhất (I) 59
5.2.2. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ hai (II) 68
5.3. Nhận xét

75

Chƣơng 6. Kết luận và hƣớng phát triển

76

6.1. Kết luận

76

6.2. Hướng phát triển của đề tài


76

Tài liệu tham khảo

77

Phụ lục A. Chứng minh phương trình (3.8)

79

Phụ lục B. Chứng minh phương trình (3.13)

82

Phụ lục C. Chứng minh phương trình (3.14)

84

Phụ lục D. Chứng minh phương trình (4.3) và (4.16)

88

Phụ lục E. Chương trình mô phỏng bằng m.file

89

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IR:

Industrial Robot – robot công nghiệp.

PLC:

Programmable Logic Controller – bộ điều khiển logic lập trình được.

PI:

Tỷ lệ - tích phân.

PD:

Tỷ lệ - vi phân.

PID:

Tỷ lệ - vi phân - tích phân.

CCĐK:

Cơ cấu điều khiển.

ĐTĐK:

Đối tượng điều khiển.

OMR:


Omnidirectional Mobile Robot – robot di động đa hướng.

KC:

Kinematic Controller – bộ điều khiển động học.

ISMC:

Integral Sliding Mode Controller – bộ điều khiển trượt tích phân.

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1. Một số hình ảnh về robot di động

6

Hình 1.2. Một số dạng robot đa hướng

8

Hình 2.1. Điểm gốc O là điểm ổn định (1) và là điểm không ổn định (2)

17


Hình 2.2. Trạng thái hội tụ không ổn định

17

Hình 2.3. Điểm gốc O là điểm ổn định tiệm cận

18

Hình 2.4. Trạng thái hội tụ không ổn định

19

Hình 2.5. Sự phân kỳ trạng thái khi chuyển động dọc theo
các đường năng lượng thấp

22

Hình 2.6. Sự hội tụ đến tập bất biến lớn nhất M

23

Hình 2.7. Ứng dụng tiêu chuẩn Lyapunov để thiết kế bộ điều khiển

24

Hình 2.8. Sơ đồ khối điều khiển vị trí Robot

25

Hình 2.9. Ổn định hệ phi tuyến


29

Hình 1.10. Điều khiển tuyến tính hình thức bằng bộ điều khiển
phản hồi trạng thái

30

Hình 2.11. Thiết kế bộ điều khiển

31

Hình 2.12. Bù phi tuyến

32

Hình 2.13. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển động lực học ngược

34

Hình 2.14. Hệ thống điều khiển thích nghi theo sai lệch

36

Hình 2.15. Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình chuẩn

37

Hình 2.16. Sơ đồ khối tổng quát hệ thích nghi


38

Hình 2.17. Đối tượng được điều khiển bởi rơle 2 vị trí

39

Hình 2.18. Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi e = 0

40

xi


Hình 2.19. Hệ trượt với luật chuyển đổi mạch phản hồi

41

Hình 2.20. Mạch điều khiển với phản hồi nội

41

Hình 2.21. Quỹ đạo pha với đường chuyển đổi S = – (y1+y2) = 0

42

Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý điều khiển kiểu trượt

44

Hình 3.1. Cấu trúc hình học của OMR


47

Hình 4.1. Định nghĩa véc tơ sai số bám

54

Hình 4.2. Sơ đồ khối cho bộ ISMC

58

Hình 5.1. Quỹ đạo bám mô phỏng

61

Hình 5.2. Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (I)

62

Hình 5.3. Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (I)

62

Hình 5.4. Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (I)

63

Hình 5.5. Véc tơ mặt trượt Sv (I)

63


Hình 5.6. Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban đầu (I)

64

Hình 5.7. Véc tơ sai số vận tốc ev bám ở toàn bộ thời gian (I)

64

Hình 5.8. Vận tốc góc 1, 2, 3 của 3 bánh xe (I)

65

Hình 5.9. Vận tốc tuyến tính vC của OMR (I)

65

Hình 5.10. Vận tốc góc C của OMR (I)

66

Hình 5.11. Chuyển động của OMR ở thời gian bắt đầu (I)

66

Hình 5.12. Chuyển động của OMR ở toàn bộ thời gian (I)

67

Hình 5.13. Quỹ đạo là đường elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (I)


67

Hình 5.14. Quỹ đạo là đường cong có dạng chữ Ω (I)

68

Hình 5.15. Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (II)

69

Hình 5.16. Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (II)

69

Hình 5.17. Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (II)

70

Hình 5.18. Véc tơ mặt trượt Sv (II)

70

xii


Hình 5.19. Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban đầu (II)

71


Hình 5.20. Véc tơ sai số vận tốc ev bám ở toàn bộ thời gian (II)

71

Hình 5.21. Vận tốc góc 1, 2, 3 của 3 bánh xe (II)

72

Hình 5.22. Vận tốc tuyến tính vC của OMR (II)

72

Hình 5.23. Vận tốc góc C của OMR (II)

73

Hình 5.24. Chuyển động của OMR ở thời gian bắt đầu (II)

73

Hình 5.25. Chuyển động của OMR ở toàn bộ thời gian (II)

74

Hình 5.26. Quỹ đạo là đường elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (II)

74

Hình 5.27. Quỹ đạo là đường cong có dạng chữ Ω (II)


75

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1. Kế hoạch thực hiện luận văn

13

Bảng 5.1. Giá trị các thông số của OMR

60

Bảng 5.2. Giá trị ban đầu cho mô phỏng

60

xiv


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về robot
Theo quá trình phát triển của xã hội, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất,

trong đời sống, trong y tế, trong nghiên cứu khoa học, trong tìm kiếm cứu nạn,
trong các trang bị của các lực lượng vũ trang... ngày một nâng cao. Xu hướng tạo ra
những dây chuyền, thiết bị tự động, những robot có tính linh hoạt cao đã hình thành
và không ngừng phát triển mạnh mẽ… Và vì thế nhu cầu ứng dụng robot tự động
linh hoạt để phục vụ các lĩnh vực nêu trên ngày càng tăng nhanh.
Robot là cơ cấu đa chức năng có khả năng lập trình được dùng để quan sát,
do thám, thu thập thông tin hay để di chuyển nguyên vật liệu, các chi tiết, các dụng
cụ, các vật phẩm... thông qua các truyền động được lập trình trước hoặc được điều
khiển từ xa. Robot có thể thao tác như con người và có thể hợp tác với nhau một
cách thông minh... Thường robot được sử dụng để thực hiện các công việc lặp đi lặp
lại, các công việc dễ gây nhàm chán...; nó cho các kết quả chính xác, nhanh hơn, rẻ
hơn nếu được thực hiện bởi con người.
Các robot đã được sử dụng để phục vụ cho các máy móc công nghiệp ngay
từ khi kỹ thuật này ra đời. Càng ngày ngành robot càng phát triển, nó đem lại những
thay đổi quan trọng trong sản xuất, trong đời sống và trong an ninh quốc phòng. Giá
thành của robot đang giảm đi trong khi tính năng, sự đa dạng của nó được gia tăng
và công nghệ ngày càng dễ sử dụng.
1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển
Thuật ngữ Robot lần đầu tiên xuất hiện năm 1921 ở Tiệp Khắc trong tác
phẩm R.U.R (Rossum’s Universal Robot) của nhà soạn kịch Karel Capek mang ý
nghĩa người làm tạp dịch. Kể từ đó thuật ngữ này được sử dụng rộng rãi.
Khái niệm máy tự động xuất hiện từ lâu với những viễn tưởng về người máy
trong cuộc sống. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, nhiều công trình được

1


bắt đầu tại các phòng thí nghiệm OakRidge và Argome để phát triển các máy cơ khí
được điều khiển từ xa nhằm phục vụ trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng
xạ. Các cánh tay này được thiết kết mô phỏng một cách chính xác sự chuyển động

của bàn tay và cánh tay con người.
Giữa những năm 1950, bên cạnh các cánh tay cơ khí đó đã xuất hiện các
cánh tay thuỷ lực và điện từ. Cũng trong những năm này, George C.Devol đã thiết
kế một thiết bị có tên là thiết bị vận chuyển có khớp nối được lập trình
(programmed artculated transfer device). Đây là một cánh tay máy mà hoạt động
của nó có thể được lập trình để thực hiện một chuỗi các bước chuyển động được xác
định trong các câu lệnh trong chương trình. Phát triển xa hơn ý tưởng trên, Devol và
Joseph F.Engelberger đã dẫn đường cho các robot công nghiệp đầu tiên được giới
thiệu năm 1959 ở công ty Unimation. Thiết bị này sử dụng máy tính liên kết với tay
máy nhằm dạy cho nó thực hiện các công việc khác nhau một cách tự động.
Khi robot được lập trình đã tạo một sự kỳ lạ và tạo ra sức mạnh trong sản
xuất, vào năm 1960 như một sự tất yếu, sự linh hoạt của hệ thống robot được nâng
cao đáng kể thông qua hệ thống phản hồi từ các sensor. Tiếp đó H.A.Ernst đã công
bố sự ra đời và phát triển của bàn tay cơ khí được điều khiển bằng máy tính sử dụng
các sensor xúc giác. Đây là sự xuất hiện đầu tiên về robot có khả năng thích ứng với
môi trường.
Vào cuối những năm 1960, Mc Carthy cùng đồng nghiệp đã công bố sự phát
triển của máy tính cùng với camera vô tuyến và microphone. Năm 1968 Pieper đã
nghiên cứu những vấn đề động học trong điều khiển robot bằng máy tính, trong khi
đó năm 1971 Kanh và Roth đã phân tích về động lực học và giới hạn điều khiển tay
máy.
Trong suốt những năm 1970, một số lượng lớn các công trình nghiên cứu đã
tập trung vào việc sử dụng các sensor ngoại để tăng sự tiện lợi và linh hoạt cho
robot. Vào thời gian này công ty máy tính IBM đã chế tạo ra loại robot có các
sensor xúc giác và sensor lực để lắp ráp các máy in gồm hai mươi cụm chi tiết.

2


Một lĩnh vực được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là robot tự hành, robot

di động. Nhiều công trình nghiên cứu đã thiết kế, xây dựng tạo ra các robot tự hành
bắt chước chân người hoặc súc vật.
Trong những thập kỷ 80 – 90, do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng
robot đã gia tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước tiến vượt bậc.
Ngày nay, chuyên ngành khoa học robot (robotics) đã trở thành một lĩnh vực
rộng trong khoa học, bao gồm việc giải quyết các vấn đề về cấu trúc cơ cấu động
học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động...
1.1.2. Các thế hệ robot
Kể từ khi khái niệm robot ra đời, việc thiết kế và chế tạo robot đã trải qua
nhiều giai đoạn với nhiều thế hệ khác nhau. Có năm thế hệ robot ra đời kể từ năm
1960.
* Thế hệ thứ nhất: Bao gồm các loại robot hoạt động lặp lại theo một chu
trình không thay đổi. Chương trình điều khiển có hai dạng:
- Chương trình “cứng”, nghĩa là không thay đổi hoặc không sửa được trừ khi
thay đổi phần cứng.
- Chương trình có thể thay đổi được thông qua các panel điều khiển hoặc
thông qua máy tính.
Các robot thế hệ này sử dụng cơ cấu điều khiển servo vòng hở (open-loop
nonservo controlled system ). Đây là hệ thống không sử dụng thông tin phản hồi từ
môi trường về để điều khiển robot.
* Thế hệ thứ hai: Robot được trang bị các sensor cho phép robot giao tiếp với
môi trường bên ngoài. Các thiết bị này thực chất là các bộ biến đổi năng lượng. Nó
chuyển các đại lượng không điện thành đại lượng điện mà qua đó bộ điều khiển
robot có thể biết được trạng thái của môi trường xung quanh nó. Nhờ các sensor này
robot có thể chọn các phương án khác nhau một cách linh hoạt nhằm thích nghi với
môi trường bên ngoài. Dạng robot với trình độ điều khiển này còn được gọi là robot
3



điều khiển thích nghi cấp thấp. Đây gọi là cơ cấu điều khiển servo vòng kín (closedloop servo controller system).
* Thế hệ thứ ba: các bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable
Logic Controller) được sử dụng trong robot với nhiều chức năng chuyên biệt.
* Thế hệ thứ bốn: khác với PLC bị giới hạn trong chương trình của chúng,
thế hệ robot này sử dụng các máy tính được trang bị các ngôn ngữ lập trình đặc biệt
hoặc ngôn ngữ chuẩn như Basic, C, C++..., để tạo ra nhiều ứng dụng CAD/CAM và
CIM hoặc chương trình không trực tuyến.
* Thế hệ thứ năm: Các bộ điều khiển của robot sử dụng trí tuệ nhân tạo
(artificial intelligence). Robot được trang bị các kỹ thuật như nhận dạng tiếng nói,
hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng tiếp xúc (da nhân tạo) để xử
lý, ra những quyết định hợp lý. Ngoài ra robot được trang bị mạng Neuron giúp nó
có khả năng tự học, tự xây dựng kiến thức.
1.1.3. Robot di động
Robot di động (robot di động, thường được gọi tắt là mobots) được định
nghĩa là một loại xe robot có khả năng dịch chuyển, vận động (có thể lập trình lại
được) dưới sự điều khiển tự động hoặc điều khiển xa để thực hiện thành công công
việc được giao.
Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot di động có thể là đất, nước,
không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di
chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm.
Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có thể chia robot di động làm hai
lớp: chuyển động bằng chân (legged) và bằng bánh (wheeled). Trong lớp đầu tiên,
chuyển động có được nhờ các chân cơ khí bắt chước chuyển động của con người và
động vật (hình 1.1a,b,c). Robot loại này có thể di chuyển rất tốt trên các định hình
lồi lõm, phức tạp. Tuy nhiên, cách phối hợp các chân cũng như vấn đề giữ vững tư
thế là công việc cực kỳ khó khăn. Lớp còn lại (di chuyển bằng bánh) tỏ ra thực tế
hơn, chúng có thể làm việc tốt trên hầu hết các địa hình do con người tạo ra. Điều

4



khiển robot di chuyển bằng bánh cũng đơn giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo
tính ổn định cho robot. Lớp này có thể chia làm ba loại robot: Loại chuyển động
bằng bánh xe (phổ biến - hình 1.1d,e), loại chuyển động bằng xích (khi cần mô men
phát động lớn hay khi cần di chuyển trên vùng đầm lầy, cát, băng tuyết hoặc địa
hình phức tạp khác - hình 1.1f,g), và loại dùng hỗn hợp bánh xe và xích (ít gặp hình 1.1h).
Trong việc sử dụng cơ cấu chuyển động, bánh xe là cơ cấu chuyển động
được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ robot tự hành. Vấn đề cân bằng thường
không phải là vấn đề được chú ý nhiều trong robot di chuyển bằng bánh. Ba bánh là
kết cấu có khả năng duy trì cân bằng nhất, tuy nhiên kết cấu hai bánh cũng có thể
cân bằng được. Khi robot có số bánh nhiều hơn ba thì thông thường người ta phải
thiết kế hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc của tất cả các bánh xe với mặt đất. Vấn
đề của robot loại này là về lực kéo, độ ổn định và khả năng điều khiển chuyển
động…
Tiềm năng ứng dụng của robot di động hết sức rộng lớn. Có thể kể đến robot
vận chuyển vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay và thư
viện; robot phục vụ quét dọn đường phố, khoang chân không; robot kiểm tra trong
môi trường nguy hiểm; robot canh gác, do thám; robot khám phá không gian, di
chuyển trên hành tinh; robot hàn, sơn trong nhà máy; robot xe lăn phục vụ người
khuyết tật; robot phục vụ sinh hoạt gia đình...
Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, nhưng những hạn chế chưa giải quyết được
của robot di động, như chi phí chế tạo cao, đã không cho phép chúng được sử dụng
rộng rãi. Một nhược điểm khác của robot di động phải kể đến là còn thiếu tính linh
hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.

5


S


K

L

0

0

2

1

5

4