Luận án Nghiên cứu điều khiển rô bốt tay máy di động bám mục tiêu trên cơ sở sử dụng thông tin hình ảnh

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT TAY MÁY DI ĐỘNG BÁM MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG THÔNG TIN HÌNH ẢNH

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu điều khiển rô bốt tay máy di động bám mục tiêu trên cơ sở sử dụng thông tin hình ảnh" của Lê Văn Chung, được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào năm 2019, tập trung giải quyết các hạn chế của phương pháp điều khiển rô bốt sử dụng thông tin hình ảnh hiện có, đặc biệt là trong các hệ thống có tham số bất định và vấn đề suy biến ma trận Jacobian.

Đề tài đã đề xuất và phát triển một số thuật toán điều khiển rô bốt di động sử dụng thông tin hình ảnh. Cụ thể, luận án giới thiệu hai phương pháp điều khiển mới: một để thiết lập ma trận Jacobian ảnh vuông nhằm tránh suy biến khi thực hiện phép biến đổi nghịch đảo, và một bộ điều khiển mạng nơ ron nhân tạo để bù các tham số bất định trong mô hình rô bốt pan/tilt, ma trận Jacobian ảnh, ma trận Jacobian rô bốt, và các yếu tố bên ngoài. Các phương pháp này được chứng minh hoạt động hiệu quả ngay cả khi có bất định hoặc nhiễu. Luận án cũng xây dựng mô hình động lực học cho hệ thống tích hợp rô bốt di động và rô bốt pan/tilt mang hai camera, kết hợp với hai thuật toán điều khiển (trượt và tối ưu bình phương tối thiểu). Tính ổn định tiệm cận của các phương pháp điều khiển đề xuất được chứng minh bằng lý thuyết ổn định Lyapunov và bổ đề Barbalat, sau đó kiểm chứng thông qua mô phỏng Matlab.

Các đóng góp khoa học mới bao gồm: phát triển phương pháp điều khiển hệ pan/tilt hai camera bám mục tiêu di chuyển với nhiều tham số bất định; xây dựng phương pháp thiết lập ma trận Jacobian ảnh vuông cho hệ hai camera để theo dõi đối tượng chuyển động phức tạp; và xây dựng mô hình động lực học cùng hai thuật toán điều khiển (trượt và tối ưu) cho hệ rô bốt di động tích hợp pan/tilt stereo camera. Các mô phỏng cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, bám mục tiêu nhanh chóng và triệt tiêu sai lệch bám, ngay cả khi mục tiêu di chuyển với vận tốc và hướng thay đổi. Tính khả thi của việc cài đặt ứng dụng mạng nơ ron lên các microcontroller cũng được đánh giá cao do khối lượng tính toán không quá lớn.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

  • 1.1 Đặt vấn đề
  • 1.2. Tổng quan về điều khiển rô bốt sử dụng thông tin hình ảnh
  • 1.3 Các vấn đề nghiên cứu của luận án

• CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT PAN TILT SỬ DỤNG THÔNG TIN HÌNH ẢNH TỪ HAI CAMERA

  • 2.1. Xây dựng mô hình động học hệ rô bốt pan tilt-stereo camera bám mục tiêu di động với nhiều tham số bất định
    • 2.1.1 Xác định ma trận Jacobi ảnh qua tọa độ điểm ảnh thu được từ 2 camera quy vào hệ tọa độ OcXcYcZc
    • 2.1.2 Xác định hệ phương trình động học tốc độ rô bốt Pan-Tilt.
    • 2.1.3 Xây dựng bài toán điều khiển động học (kinematic control) hệ rô bốt-stereo camera bám mục tiêu.
  • 2.2. Thiết kế thuật toán điều khiển
    • 2.2.2 Xây dựng thuật toán điều khiển hệ rô bốt pan/tilt -2 camera bám mục tiêu di động
  • 2.3 Một số kết quả mô phỏng kiểm chứng
  • 2.4. Kết luận chương 2

• CHƯƠNG 3: MỘT SỐ CẢI TIẾN TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ SERVO THỊ GIÁC BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG

  • 3.1 Xây dựng mô hình 3D cho hệ 2 camera trên rô bốt Pan/tilt
    • 3.1.2 Mô hình hệ camera ảo.
    • 3.1.3 Kiểm soát sự suy biến của ma trận Jacobian
    • 3.1.4 Bài toán điều khiển bám mục tiêu với nhiều tham số bất định
  • 3.2. Xây dựng hệ động lực học rô bốt pan/tilt – hai camera với các tham số bất định
  • 3.3. Xây dựng bộ điều khiển nơ ron cho hệ động lực học rô bốt pan/tilt hai camera bám mục tiêu di động.
    • 3.3.1 Xây dựng bộ điều khiển
    • 3.3.2 Xây dựng cấu trúc các lớp bộ điều khiển nơ ron truyền thằng RBF cho hệ thống
    • 3.3.3 Tối ưu tham số
  • 3.5. Kết luận chương 3

• CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT DI ĐỘNG

  • 4.1. Xây dựng mô hình động học và bài toán hệ điều khiển Rô bốt- Pan Tilt-Stereo Camera bám mục tiêu di động
    • 4.1.1 Xác định ma trận Jacobi ảnh
    • 4.1.2 Xác định ma trận Jacobi của hệ và tốc độ bám mục tiêu cho rô bốt di động.
    • 4.1.3 Xác định tốc độ của các bánh xe cho rô bốt di động để rô bốt tiếp cận mục tiêu.
  • 4.2. Thiết kế thuật toán điều khiển
    • 4.2.1 Động lực học hệ rô bốt di động-bệ pan/tilt
    • 4.2.2 Thiết kế bộ điều khiển tối ưu
    • 4.2.3 Thiết kế bộ điều khiển trượt CTC
  • 4.3. Mô phỏng hệ thống
    • 4.3.1 Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển tối ưu
    • 4.3.2 Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển trượt CTC
  • 4.4. Kết luận chương 4

• 5. KẾT LUẬN

  • 5.1. Những nội dung nghiên cứu chính của luận án
  • 5.2. Những đóng góp khoa học mới của luận án
  • 5.3. Định hướng nghiên cứu phát triển