Tên luận án:
TÍCH HỢP ĐẠI SỐ GIA TỬ, ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NORON TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG
Ngành:
Kỹ thuật Cơ khí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung nghiên cứu giải quyết bài toán điều khiển robot di động hai chân, một loại robot có hình dạng giống người và có khả năng thực hiện các thao tác độc lập, thay thế, hỗ trợ và tương tác trực tiếp với con người. Việc điều khiển robot để thực hiện các thao tác phù hợp với mục đích ứng dụng là một thách thức quan trọng. Phương pháp điều khiển tuyến tính PID tích hợp động lực học ngược, mặc dù phổ biến, thường gặp khó khăn do yêu cầu tính chính xác và đầy đủ của mô hình động lực, vốn khó xác định và thường xuyên thay đổi trong thực tế. Để khắc phục những nhược điểm này, luận án đề xuất và nghiên cứu nhóm các phương pháp điều khiển thông minh.
Mục đích chính của nghiên cứu là phát triển các giải thuật điều khiển thông minh cho robot di động hai chân, dựa trên việc tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron, cùng với điều khiển PID kinh điển và động lực học ngược. Để đạt được mục tiêu này, luận án đã xây dựng các hệ luật mờ thích hợp, phát triển giải thuật điều khiển dựa trên đại số gia tử và mạng noron, cũng như xây dựng các bộ điều khiển và mô phỏng bằng phần mềm. Việc mô hình hóa và mô phỏng hoạt động của robot cũng được thực hiện để tăng tính trực quan và kiểm nghiệm kết quả.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xây dựng mô hình động học và động lực học của robot hai chân phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, tạo cơ sở thuận lợi cho việc mở rộng các bài toán và hướng nghiên cứu tiếp theo. Luận án đã phát triển các giải thuật điều khiển thông minh dựa trên logic mờ, đại số gia tử, mạng noron, và sự kết hợp của chúng với các phương pháp kinh điển như PID. Các hệ luật mờ phù hợp cho từng bộ điều khiển cũng đã được xây dựng. Đặc biệt, các chương trình tính toán và mô phỏng bằng Simulink đã được phát triển để kiểm nghiệm các phương pháp điều khiển, cho thấy kết quả tính toán động học, động lực học, mô phỏng số và hoạt động của các bộ điều khiển là phù hợp và tin cậy.
Kết quả mô phỏng cho thấy các bộ điều khiển thông minh khi tích hợp với PID hoặc hoạt động độc lập có khả năng khắc phục hiệu quả những nhược điểm của phương pháp điều khiển rõ ràng trong các trường hợp mô hình động lực không chính xác hoặc có sai số. Luận án đã thành công trong việc giải quyết các bài toán động học, động lực học và điều khiển, góp phần làm phong phú thêm phương pháp điều khiển robot di động hai chân và cung cấp tài liệu tham khảo giá trị cho các nghiên cứu phát triển trong tương lai.
Mục lục chi tiết:
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- 1.1 Tổng quan về robot di động hai chân
- 1.1.1 Giới thiệu về robot di động hai chân
- 1.1.2 Sự phát triển của robot di động hai chân
- 1.1.3 Các ứng dụng của robot di động hai chân
- 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
- 1.2.1 Cấu trúc robot di động hai chân
- 1.2.2 Những vấn đề khoa học liên quan đến robot di động hai chân
- 1.2.3 Những nghiên cứu ở trong nước và ngoài nước liên quan đến robot di động hai chân
- 1.3 Các nội dung nghiên cứu trong luận án
- 1.3.1 Mô hình robot di động hai chân
- 1.3.2 Các bài toán động học, động lực học và thiết kế quỹ đạo
- 1.3.3 Các bài toán áp dụng các phương pháp điều khiển
- CHƯƠNG 2. ĐỘNG HỌC ROBOT DI ĐỘNG
- 2.1 Khảo sát động học robot di động hai chân
- 2.1.1 Phương trình động học robot di động hai chân
- 2.1.2 Phương trình động học robot di động hai chân chuyển động phẳng
- 2.1.3 Khảo sát các bài toán động học
- 2.1.4 Khảo sát các bài toàn vận tốc
- 2.1.5 Khảo sát bài toán gia tốc
- 2.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot di động hai chân
- 2.2.1 Mô tả chuyển động bước đi của robot di động hai chân
- 2.2.1.1 Các giai đoạn của chuyển động bước đi
- 2.2.1.2 Các loại bước đi của robot di động hai chân
- 2.2.1.3 Các dáng đi của robot di động hai chân
- 2.2.2 Các phương pháp xây dựng quỹ đạo bước đi cho robot
- 2.2.2.1 Xây dựng quỹ đạo bằng sử dụng camera và gắn chip vào cơ thể người
- 2.2.2.2 Xây dựng quỹ đạo bằng cách tính toán qua các điểm nút
- 2.2.3 Tính toán quỹ đạo chuyển động của robot
- 2.3 Phương pháp giải bài toán động học
- 2.3.1 Thuật giải bài toán động học thuận
- 2.3.2 Thuật giải bài toán động học ngược
- 2.3.3 Kết quả mô phỏng số bài toán động học ngược
- 2.3.3.1 Quỹ đạo chuyển động của khớp hông và khớp mắt cá chân
- 2.3.3.2 Quỹ đạo chuyển động của robot
- CHƯƠNG 3. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN
- 3.1 Xây dựng mô hình động lực học robot
- 3.1.1 Các mô hình động lực học của robot di đông hai chân
- 3.1.2 Hệ tọa độ khảo sát động lực học
- 3.2 Thiết lập phương trình động lực học
- 3.2.1 Phương trình động lực học dạng ma trận
- 3.2.2 Các đại lượng động lực học
- 3.2.2.1 Ma trận khối lượng của robot
- 3.2.2.2 Lực suy rộng của các lực quán tính Coriolis và quán tính ly tâm
- 3.2.2.3 Lực suy rộng của các lực có thế
- 3.2.2.4 Lực suy rộng của các lực không thế
- 3.2.2.5 Lực suy rộng của các lực dẫn động
- 3.3 Các bài toán động lực học và thuật giải
- 3.3.1 Bài toán động lực học thuận
- 3.3.2 Bài toán động lực học ngược
- 3.3.3 Thuật giải các bài toán động lực học
- 3.3.4 Kết quả mô phỏng số ĐLH ngược robot di động hai chân
- CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN
- 4.1 Điều khiển robot bằng phương pháp cổ điển
- 4.1.1 Cơ sở điều khiển robot
- 4.1.2 Điều khiển robot di động bằng điều khiển PID+ĐLH ngược
- 4.2 Điều khiển robot dựa trên lý thuyết mờ
- 4.2.1 Giới thiệu về logic mờ
- 4.2.2 Bộ điều khiển dựa trên lý thuyết mờ
- 4.2.3 Áp dụng điều khiển mờ cho robot di động hai chân
- 4.3 Điều khiển sử dụng đại số gia tử
- 4.3.1 Giới thiệu về đại số gia tử
- 4.3.2 Xây dựng bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử
- 4.3.3 Áp dụng bộ điều khiền ĐSGT cho robot di động hai chân
- 4.4 Điều khiển dựa trên mạng noron
- 4.4.1 Giới thiệu mạng noron
- 4.4.2 Thiết kế bộ điều khiển noron cho robot di động
- 4.5 Điều khiển tích hợp
- CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ
- 5.1 Mô tả thông số và chuyển động mô phỏng của robot
- 5.2 Kết quả mô phỏng điều khiển robot di động hai chân
- 5.2.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+Động lực học ngược
- 5.2.1.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong trường hợp 1 - đã biết được chính xác các đại lượng động lực.
- 5.2.1.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong trường hợp 2 – không biết được lực nhiễu và lực cản.
- 5.2.1.3 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+Động lực học ngược trong trường hợp 3 – không biết được lực nhiễu và lực cản tác động lên robot, mô hình động lực sai lệch 50%.
- 5.2.2 Bộ điều khiển mờ
- 5.2.2.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ tích hợp PID+ĐLH ngược trong trường hợp 1 – không biết được lực nhiễu và lực cản
- 5.2.2.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ tích hợp PID+ĐLH ngược trong trường hợp 2 – không biết được lực nhiễu và lực cản, sai lệch mô hình động lực 50%
- 5.2.2.3 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ tích hợp PID trong trường hợp không cần xác định mô hình động lực
- 5.2.2.4 Bộ điều khiển mờ thuần túy
- 5.2.3 Bộ điều khiển đại số gia tử
- 5.2.3.1 Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển ĐSGT tích hợp PID
- 5.2.3.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển đại số gia tử thuần túy
- 5.2.4 Bộ điều khiển noron
- 5.2.4.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển noron tích hợp PID
- 5.2.4.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển noron thuần túy
- 5.2.5 Đánh giá kết quả của các bộ điều khiển
- 5.3 Xây dựng chương trình mô phỏng robot di động
- 5.3.1 Cấu trúc chương trình mô phỏng
- 5.3.2 Chương trình mô phỏng robot di động
- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
- 1. Kết luận:
- 2. Hướng công việc, hướng nghiên cứu tiếp theo: