Luận án Phát triển các thuật toán thông minh điều khiển chuyển động của hệ thống robot dạng tay máy đôi

Tên luận án:

PHÁT TRIỂN CÁC THUẬT TOÁN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ROBOT DẠNG TAY MÁY ĐÔI

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh cho hệ thống robot dạng tay máy đôi khi phối hợp chuyển động một đối tượng chung. Đề tài xuất phát từ thực tế các hệ thống robot tay máy đôi thường gặp phải các vấn đề như tính phi tuyến, tham số bất định và nhiễu ngoài, đồng thời khó đo lường chính xác các trạng thái của robot và đối tượng bằng cảm biến.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là nâng cao chất lượng điều khiển cho các hệ thống này. Luận án được cấu trúc thành năm chương. Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống robot dạng tay máy đôi và các phương pháp điều khiển hiện có. Chương 2 tập trung vào việc mô hình hóa đối tượng, xây dựng các mối quan hệ ràng buộc và thiết lập phương trình động lực học của hệ thống tay máy đôi - đối tượng bằng phương pháp Euler-Lagrange.

Chương 3 đề xuất các thuật toán điều khiển cơ bản và bộ ước lượng lực tại điểm tiếp xúc, dựa trên giả định các tham số động học và động lực học đã biết, sau đó được kiểm chứng bằng mô phỏng trên Matlab/Simulink. Chương 4 phát triển các thuật toán điều khiển nâng cao cho hệ thống với mô hình động lực học bất định, sử dụng mạng noron xuyên tâm (RBFNN) để bù thành phần bất định và bộ quan sát thích nghi noron để ước lượng vận tốc đối tượng cũng như lực tại điểm tiếp xúc. Chương 5 mô tả việc xây dựng mô hình thực nghiệm và thử nghiệm thuật toán điều khiển tựa mô hình trên phần mềm ControlDesk và card DS 1103.

Những đóng góp chính của luận án bao gồm: xây dựng bộ ước lượng lực tiếp xúc cho các điều kiện mô hình khác nhau (giả định rõ và bất định); phát triển bộ điều khiển thích nghi vị trí và lai lực/vị trí sử dụng mạng noron RBF để bù bất định; và phát triển bộ quan sát thích nghi kết hợp với điều khiển thích nghi lai lực/vị trí. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy các bộ điều khiển và bộ quan sát được thiết kế hoạt động tốt, ổn định, và có khả năng bám quỹ đạo mong muốn một cách chính xác, chứng minh tính khả thi của các thuật toán đề xuất.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài
  • 2. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
    • Mục tiêu nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu:
    • Phạm vi nghiên cứu:
    • Phương pháp nghiên cứu:
  • 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
    • Ý nghĩa khoa học:
    • Ý nghĩa thực tiễn:
  • 4. Cấu trúc nội dung của luận án

• Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ROBOT DẠNG TAY MÁY ĐÔI

  • 1.1. Tổng quan về hệ thống robot dạng tay máy đôi và ứng dụng
  • 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về phương pháp điều khiển hệ thống robot dạng tay máy đôi.
    • 1.2.1. Các phương pháp điều khiển cơ bản
      • 1.2.1.1. Bộ điều khiển chủ/tớ (master/slave)
      • 1.2.1.2. Điều khiển PD lực/vị trí
      • 1.2.1.3. Phương pháp tuyến tính hóa đầu vào – ra.
      • 1.2.1.4. Điều khiển lại lực/vị trí và điều khiển trở kháng
    • 1.2.2. Điều khiển thích nghi
      • 1.2.2.1. Điều khiển thích nghi có cấu trúc.
      • 1.2.2.2. Điều khiển thích nghi không có cấu trúc.
  • 1.3. Bộ quan sát

• Chương 2: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ TAY MÁY ĐÔI

  • 2.1. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của hệ tay máy đôi
  • 2.2. Các ràng buộc hình học để giữ liên lạc giữa khâu tác động cuối của robot với đối tượng
    • 2.2.1. Mối quan hệ giữa tay máy thứ nhất và đối tượng
    • 2.2.2. Mối quan hệ giữa tay máy thứ hai và đối tượng
    • 2.2.3. Mối quan hệ gữa vị trí của đối tượng và khâu tác động cuối của các tay máy
  • 2.3. Động lực học của hệ thống

• Chương 3: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CHO HỆ TAY MÁY ĐÔI

  • 3.1. Thiết kế điều khiển cho hệ tay máy đôi dùng thuật toán tựa mô hình
    • 3.1.1. Điều khiển lực cho hệ tay máy đôi
    • 3.1.2. Điều khiển góc xoay của đối tượng
    • 3.1.3. Điều khiển vị trí của đối tượng
    • 3.1.4. Mô phỏng hệ tay máy đôi khi dùng điều khiển tựa mô hình
  • 3.2. Thiết kế điều khiển cho hệ tay máy đôi dựa trên mô hình quan sát GPI
    • 3.2.1. Thiết kế bộ quan sát GPI cho hệ tay máy đôi
    • 3.2.2. Phân tích kẹp ổn định đối tượng bởi robot tay máy đôi
    • 3.2.3. Mô phỏng bộ điều khiển cho hệ tay máy đôi dùng bộ quan sát GPI

• Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO HỆ TAY MÁY ĐÔI

  • 4.1. Điều khiển thích nghi cho hệ tay máy đôi sử dụng mạng noron xuyên tâm
    • 4.1.1. Thuật toán điều khiển
    • 4.1.2. Thiết kế mạng noron RBF
    • 4.1.3. Xây dựng luật cập nhật trọng số
    • 4.1.4. Mô phỏng kiểm chứng
  • 4.2. Điều khiển thích nghi lai lực/ vị trí
    • 4.2.1. Thiết kế lực tác động lên đối tượng
    • 4.2.2. Điều khiển lai lực/ vị trí
    • 4.2.3. Mô phỏng kiểm chứng
  • 4.3. Điều khiển thích nghi lai lực/vị trí sử dụng bộ quan sát thích nghi
    • 4.3.1. Thiết kế bộ quan sát thích nghi
      • 4.3.1.1. Thiết kế bộ quan sát:
      • 4.3.1.2. Quan sát thích nghi:
      • 4.3.1.3. Phân tích ổn định:
    • 4.3.2. Điều khiển thích nghi lai lực/vị trí dựa trên bộ quan sát thích nghi noron
      • 4.3.2.1 Điều khiển vị trí
      • 4.3.2.2 Thiết kế lực tác động lên đối tượng:
      • 4.3.2.3 Xây dựng luật cập nhật trọng số của mạng
      • 4.3.2.4. Kết quả mô phỏng

• Chương 5: THỰC NGHIỆM

  • 5.1. Thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm tay máy đôi
  • 5.2. Động lực học hệ tay máy đôi - đối tượng thực nghiệm
  • 5.3. Kết quả mô phỏng với hê tay máy đôi – đối tượng, mỗi tay máy có hai bậc tự do
    • a) Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục x:
    • b) Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục y:
    • c) Điều khiển hỗn hợp lực, hướng chuyển động của đối tượng:
    • d) Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục x, hướng chuyển động của đối tượng:
    • e) Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục y, hướng chuyển động của đối tượng:
    • f) Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục x và trục y của đối tượng:
  • 5.4. Cấu trúc và hoạt động của hệ thống thực nghiệm
  • 5.5. Mô hình thực nghiệm toàn bộ hệ thống
  • 5.6. Thử nghiệm hệ thống
    • 5.6.1. Điều khiển hỗn hợp lực và vị trí đối tượng chuyển động theo trục x
    • 5.6.2. Điều khiển hỗn hợp lực và vị trí đối tượng chuyển động theo trục y
    • 5.6.3. Điều khiển hỗn hợp lực và hướng của đối tượng
    • 5.6.4. Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục x và hướng của đối tượng
    • 5.6.5. Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục y và hướng của đối tượng
    • 5.6.6. Điều khiển hỗn hợp lực, vị trí chuyển động theo trục x và trục y của đối tượng

• KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN