Đồ án Thiết kế tính toán mô phỏng bước đi robot hai chân (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế tính toán mô phỏng bước đi robot hai chân (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BƯỚC ĐI ROBOT HAI CHÂN GVHD: PGS. TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: PHẠM SƠN TÙNG MSSV: 11146140 S K L 0 0 3 7 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BƢỚC ĐI ROBOT HAI CHÂN Giảng viên hƣớng dẫn: PGS. TS. NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: PHẠM SƠN TÙNG MSSV: 11146140 Lớp: 111461A Khoá: 2011 - 2105 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 ii
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: PHẠM SƠN TÙNG MSSV: 11146140 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BƢỚC ĐI ROBOT HAI CHÂN 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Robot hai chân 10 bậc tự do. Chiều cao 20 – 50cm. 3. Nội dung chính của đồ án: Thiết kế chế tạo robot hai chân phỏng sinh ngƣời. Phân tích khảo sát động học, động lực học nhằm thiết kế quỹ đạo duy chuyển, nhằm tạo ra các bƣớc đi theo mong muốn cho robot hai chân. Thực hiện mô phỏng trên môi trƣờng đồ họa cũng nhƣ điều khiển mô hình robot. 4. Các sản phẩm dự kiến Mô hình robot. Chƣơng trình mô phỏng, điều khiển. Báo cáo. 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hƣớng dẫn) Họ và tên sinh viên: Phạm Sơn Tùng MSSV: 11146140 Tên đề tài: Thiết Kế Tính Toán Mô Phỏng Bƣớc Đi Robot Hai Chân Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ - Điện Tử. Họ và tên GV hƣớng dẫn: Nguyễn Trƣờng Thịnh Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: Nhóm làm việc và nghiên cứu có tinh thần trách nhiệm, chủ động trong công việc , hoàn thành tốt các nhiệm vụ của đề tài đặt ra. 2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN: 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Đồ án tốt nghiệp trình bày phù hợp với yêu cầu của một đồ án tốt nghiệp chuyên nghành Cô – Điện Từ.Cách thức trình bày đúng với yêu cầu của khoa và bộ môn đề ra. 2.2 Nội dung đồ án: Nghiên cứu tổng quan Robot hai chân. Thiết kế cơ khí robot hai chân. Phân tích bái toán động học. Giải thuật điều khiển robot. 2.3.Kết quả đạt được: Hoàn thành tốt nhiệm vụ đặt ra. Báo cáo hoàn thành và các nội dung đảm bào. Mô hình hoạt động đáp ứng tốt yêu cầu. 2.4. Những tồn tại (nếu có): ii
5. 3. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa đƣợc 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đú ng format vớ i đầy đủ cả hình thứ c và nôị dung của cá c muc̣ 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 4. Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên hƣớng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) iii
6. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên: MSSV: MSSV: Tên đề tài: Ngành đào tạo: Họ và tên GV phản biện: Ý KIẾN NHẬN XÉT 1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) 3.Kết quả đạt được: 4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN: 5. Câu hỏi: iv
7. 6. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa đƣợc 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đú ng format vớ i đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 7. Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) v
8. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Tên sinh viên: MSSV: A. ĐÁNH GIÁ TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm chấm 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 20 Đú ng format vớ i đầy đủ cả hình thứ c và nôị dung của cá c muc̣ 5 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 5 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 học xã hội Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành 5 3. Kỹ năng thuyết trình 30 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, mạch lạc, truyền cảm 10 hứng cho người nghe,có khả năng làm việc nhóm, Trả lời câu hỏi phản biện với ki ến thức về các vấn đề liên quan, hiểu 15 được ảnh hưởng của các giải pháp của mình Hiểu được trách nhiệm nghề nghiệp và đạo đức nghề nghiệp 3 Tr ang phuc̣ chỉnh tề và nghiêm tú c 2 TỔNG ĐIỂM 100 B. CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁ C (Nếu có) C. KẾT LUẬN (Ghi rõ cần phải bổ sung, chỉnh sửa những mục gì trong ĐATN) Ngày tháng năm 20 Ngƣời nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên) vi
9. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế tính toán mô phỏng bƣớc đi robot hai chân. - GVHD: Nguyễn Trƣờng Thịnh - Họ tên sinh viên: Phạm Sơn Tùng - MSSV: 11146140 Lớp: 111461A - Địa chỉ sinh viên: 33/4A, đƣờng 20, phƣờng Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, HCM - Số điện thoại liên lạc: 01694148077 - Email: phamtung.eng@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày . tháng . năm 20 Ký tên vii
10. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, giảng viên Bộ môn Cơ-Điện Tử - trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cƣơng cũng nhƣ các môn chuyên ngành, giúp em có đƣợc cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Phạm Sơn Tùng viii
11. TÓM TẮT ĐỒ ÁN “THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BƢỚC ĐI ROBOT HAI CHÂN” Đề tài này xoay quanh vấn đề xây dựng, phát triển quỹ đạo duy chuyển cho robot hai chân, mô phỏng dáng đi con ngƣời, giúp robot có thể bƣớc đi giống con ngƣời nhất có thể. Để thực hiện đƣợc yêu cầu trên, tác giả đã thiết kế chế tao một mô hình robot dựa trên cấu trúc thân dƣới của ngƣời, sử dụng các phân tích động học, động lực học các ràng buộc duy chuyển nhờ vào các công trình nghiên cứu từ lâu, để hoạch định nên quỹ đạo cho robot. Các quỹ đạo này sẽ đƣợc phân tích và mô phỏng trên môi trƣờng MatLab, và cũng thực hiện điều khiển robot đồng thời trên mô hình robot thực. Phạm Sơn Tùng ix
12. ABSTRACT “Biped Robot Walk Trajectories Generation” This study concerns the algorithm of biped robot walk trajectory generation and simulation, which help robot walk as like human gait as possible. To do that, the author design and build a Real biped robot model based on human lower body part, and using analysis of kinematics, dynamics and movement constraints to generate robot trajectories. This trajectories will be analyzed and simulated on Matlab enviroment, beside, it is also used to control real biped robot. Phạm Sơn Tùng x
13. MỤC LỤC Trang LỜI CAM KẾT VII LỜI CẢM ƠN VIII TÓM TẮT ĐỒ ÁN IX ABSTRACT X CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Tổng quan 1 1.2. Lý do chọn đề tài 1 1.3. Đối tƣợng 2 1.4. Nghiên cứu trong ngoài ngƣớc 2 1.5. Phạm vi đề tài 4 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN ROBOT HAI CHÂN 5 2.1 Mô hình nhân trắc học và cấu trúc Robot 5 2.2 Khái niệm cơ bản về di chuyển 7 2.3 Ổn định robot hai chân 9 2.3.1 CoM – Trọng tâm: 9 2.3.2 ZMP – điểm triệt tiêu moment 10 2.3.3 Đa giác trụ vững 11 2.3.4 Độ ổn định của robot 12 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 13 3.1. Động cơ RC Servo 14 3.2. Thiết Kế Cơ Khí 16 CHƢƠNG 4 MÔ HÌNH HÓA ROBOT 17 4.1. Giới thiệu 17 4.2. Mô hình động học thuận (Forward Kinematic): 17 4.3. Mô hình động học ngƣợc (Inverse Kinematic) 21 4.4. Mô hình động lực học 23 CHƢƠNG 5 QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG 25 5.1. Quỹ đạo chân 25 5.1.1. Quỹ đạo bàn chân 26 5.1.2. Quỹ đạo hông 31 5.2. Xây dựng quỹ đạo góc khớp 33 CHƢƠNG 6 MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 34 6.1. Giải thuật mô phỏng và điều khiển. 34 6.2. Mô phỏng Matlab và điều khiển 36 CHƢƠNG 7 TổNG KếT 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 xi
14. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1 So sánh các loại động cơ 14 Bảng 4.1 Thông số DH cho chân phải 20 Bảng 4.2 Thông số DH cho chân trái 20 Bảng 6.1 Các thông số hình học của robot sử dụng trong mô phỏng Matlab 36 Bảng 6.2 Các thông số di chuyển của robot 37 xii
15. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Một số Robot trên thế giới. 2 Hình 1.2 Asimo tại triển lãm năm 2005 tại Nhật. 2 Hình 1.3 Robot QRIO của Nhật 3 Hình 1.4 Robot hai chân HUBOT 4 Hình 2.1 Mô hình cơ sinh con ngƣời 5 Hình 2.2 Mô hình cấu trúc cơ sinh đơn giản của con ngƣời. 6 Hình 2.3 Cấu hình robot 6 Hình 2.4 Các mặt phẳng đƣợc sử dụng [Vaughan et al, 1992] 7 Hình 2.5 Chu kỳ dáng đi con ngƣời [Vaughan et al, 1992] 8 Hình 2.6 Pha trụ đơn cơ bản và pha trụ đơn mũi bàn chân 8 Hình 2.7 Pha DSP-R/L-TH và pha DSP-R/L-T 9 Hình 2.8 Trọng tâm con ngƣời 10 Hình 2.9 Định nghĩa về ZMP 10 Hình 2.10 Các trƣờng hợp của đa giác trụ vững. 11 Hình 2.11 Hình ảnh về độ ổn định 12 Hình 3.1 Vị trí bố trí động cơ 13 Hình 3.2 Các loại đông cơ Servo 14 Hình 3.3 Động cơ Rc Servo 15 Hình 3.4 Điều khiển động cơ RC servo 15 Hình 3.5 Động cơ, bệ gá và cần truyền động 16 Hình 3.6 Thiết kế hoàn chỉnh mô hình robot 16 Hình 4.1 Mô hình động học robot 17 Hình 4.2 Các bậc tự do trong mô hình robot hai chân 18 Hình 4.3 Sơ đồ quy ƣớc Denavit-Hartenberg 19 Hình 4.4 Sơ đồ các hệ tọa độ lên robot 20 Hình 4.5 Mô hình động học ngƣợc 21 Hình 4.6 Thể hiện biến góc khớp trong chuỗi trong mặt (Oxz) và (Oyz) 22 Hình 5.1 Chu kỳ bƣớc đi của robot. 25 Hình 5.2 Các tƣ thế cơ bản của chân trong một chu kỳ bƣớc. 26 Hình 5.3 bƣớc đi trong trạng thái một chân trụ vững. 27 Hình 5.4 Các cấu hình robot tại các thời điểm đặc biệt 28 Hình 5.5 Các vị trí đặc trƣng giai đoạn bắt đầu của robot 29 Hình 5.6 Các vị trí đặc trƣng của giai đoạn kết thúc 30 Hình 5.7 Các điểm đặc trƣng của chân robot 32 xiii
16. Hình 5.8 Quỹ đạo hông trong mặt phẳng trƣớc 32 Hình 6.1 Phƣơng pháp điều khiển Offline 34 Hình 6.2 Bộ điều khiển điểm cân bằng mômen 35 Hình 6.3 Bộ điều khiển online dựa vào quỹ đạo kết hợp với điều khiển ZMP 35 Hình 6.4 Lƣu đồ mô phỏng và điều khiển mô hình robot 36 Hình 6.5 Quỹ đạo hông và cổ chân mặt phẳng ngang (Oxy). 37 Hình 6.6 Quỹ đạo hông và cổ chân mặt phẳng bên (Oxz). 38 Hình 6.7 Quỹ đạo hông và cổ chân mặt phẳng trƣớc (Oyz). 38 Hình 6.8 Quỹ đạo hông và cổ chân trong không gian 3D. 38 Hình 6.9 Quỹ đạo góc bàn chân robot. 39 Hình 6.10 Quỹ đạo góc khớp chân phải 39 Hình 6.11 Quỹ đạo góc khớp chân trái 39 Hình 6.12 Mô phỏng robot với giao diện GUI. 40 Hình 6.13 Mô phỏng đồ họa 3D trong Matlab 41 Hình 6.14 Hình Điều khiển mô hình robot. 41 xiv
17. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CoM Trọng tâm. CoP Tâm áp lực. ZMP Điểm cân bằng moment (Zero Moment Point). Vecto vị trí của điểm cân bằng mômen PZMP DoF Bậc tự do (Degree of Freedom). DH Denavit-Hartenberg. SSP Pha trụ đơn. DSP Pha trụ đôi. SA Đa giác trụ Tc Thời gian một bƣớc robot Td Thời gian cho pha trụ đôi. Ds Chiều dài một bƣớc. lth Chiều dài bắp đùi. lsh Chiều dài cẳng chân. lw Chiều rộng bàn chân lh Chiều rộng hông xhas Khoảng cách hông đến cổ chân theo phƣơng x, đầu pha SSP. xhae Khoảng cách hông đến cổ chân theo phƣơng x, đầu pha SSP. Hmax Chiều cao lớn nhất của hông trong pha SSP. Hmin Chiền cao thấp nhất của hông trong pha SSP. ym Khoảng cách cổ chân đến điểm giữa hông trong pha DSP. xv
18. Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1.1. Tổng quan Theo dòng thởi gian, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì con ngƣời không những muốn tạo ra các robot công nghiệp phục vụ sản xuất, phục vụ các công việc đòi hỏi sự chính xác cao mà còn là những robot vậy nuôi thân thiện giúp đỡ con ngƣời giải trí. Và mong ƣớc cao nhất của con ngƣời là tạo ra các robot giống ngƣời, có khả năng thay thế con ngƣời trong nhiều môi trƣờng khác nhau, phục vụ con ngƣời từ nhu cầu căn bản đến phức tạp. Trong nhiều tập kỷ trở lại đây, robot giống ngƣời đã đƣợc quan tâm nghiên cứu sâu rộng và đã đạt đƣợc nhiều thành tựu quan trọng. Ngoài tính năng hình thái giống con ngƣời, các tính năng hành vi giống ngƣời cũng đƣợc đào sâu, nhƣ khả năng duy chuyển, khả năng biểu lộ cảm xúc, khả năng giao tiếp, khả năng tƣ duy Trong các phân nhánh đó thì phân nhánh duy chuyển đƣợc quan tâm hơn cả, vì để thâm nhập vào cuộc sống con ngƣời thì đầu tiên đòi hỏi robot cần có khả năng duy chuyển linh hoạt nhƣ con ngƣời. Nhiều năm trở lại đây, ở các trƣờng đại học cũng nhƣ môi trƣờng công nghiệp, các nghiên cứu về cách duy chuyển cho robot dạng ngƣời đều dựa theo cấu trúc sinh học của con ngƣời và phỏng theo dáng đi của con ngƣời. Mục đích của công việc nghiên cứu này nhằm cải thiện khả năng duy chuyển cho robot, làm cho robot duy chuyển nhanh hơn, mạnh hơn, ổn định hơn. 1.2. Lý do chọn đề tài Hiện nay, xu thế chung của thế giới là nghiên cứu đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa ƣu tiên áp dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào sản xuất cũng nhƣ vào đời sống của con ngƣời giúp giảm bớt sức lao động của con ngƣời, phục vụ giải trí cho con ngƣời, thay thế cho con ngƣời làm việc ở những nơi nguy hiểm, Sự cần thiết của robot dạng ngƣời: - Robot công nghiệp không đủ độ linh hoạt trong môi trƣờng thay đổi liên tục. - Chƣa thân thiện với con ngƣời. - Cần các công việc mới. - Sự tƣơng tác thân thiện với con ngƣời. - Làm việc, thay thế con ngƣời trong các môi trƣờng làm viêc. - Có khả năng tƣ duy. Robot dạng ngƣời là 1 lĩnh vực rất rộng, tổng hợp rất nhiều kiến thức: cả cơ học, công nghệ cơ khí, công nghệ thông tin, điện điện tử trí tuệ nhân tạo, 1
19. 1.3. Đối tƣợng Đối tƣợng nghiên cứu là robot hai chân dạng ngƣời có 10 bậc tự do phỏng theo nhân trắc con ngƣời. Robot gồm 2 chân trái và phải, mỗi chân gồm 5 bậc tự do, trong đó, hai bậc cho khớp hông, hai bậc cho khớp cổ chân và 1 bậc cho khớp gối. 1.4. Nghiên cứu trong ngoài ngƣớc Cùng với sự phát triển của nghành khoa học liên quan đã làm thúc đẩy sự phát triển về robot dạng ngƣời, ngày nay đã xuất hiện các robot dạng ngƣời rất linh hoạt và thông minh nhƣ: ASIMO, QRIO,  Một vài Robot trên thế giới: Hình 1.1 Một số Robot trên thế giới. Asimo (viết tắt từ Advanced Step in InnovativeMObility) là một ngƣời máy có thể di chuyển bằng hai chân nhƣ ngƣời do Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Cơ bản Waco của tập đoàn Honda (Nhật Bản) chế tạo. Ngƣời máy này cao 130 cm, nặng 54 kg, có khả năng di chuyển nhanh đến 6 km/giờ. Hình 1.2 Asimo tại triển lãm năm 2005 tại Nhật. 2
20. Asimo đƣợc phát triển với vốn đầu tƣ đến 300 triệu USD vào công nghệ robot và miệt mài suốt gần 2 thập niên mới cho ra lò ngƣời máy tiên tiến nhất thế giới. Robot này hoàn toàn tự động, có thể quay khi đi và có thể đi lên cầu thang. Robot này gần giống với con ngƣời vì ngoài việc đi và chạy thì nó còn hiểu đƣợc các lệnh bằng giọng nói và nhận dạng khuôn mặt. Asimo sử dụng các cảm biến góc và cảm biến gia tốc gắn trên thân, sử dụng camera để quan sát bên ngoài và cảm biến lực gắn trên hai bàn chân và sử dụng động cơ DC và bộ giảm tốc Hamonic để truyền động. QRIO: Nếu Asimo là robot đầu tiên trên thế giới giải quyết đƣợc vấn đề thăng bằng khi di chuyển thì Qrio đƣợc xem là robot đầu tiên biết chạy. Năm 2004, khi Asimo tới VN, “cậu bé” ngƣời máy này (cao 1,2m, nặng 52kg) đƣợc rất nhiều bạn trẻ đón chào. Khác với Asimo, Qrio nhỏ hơn, chỉ cao 58cm. Các chuyên gia của Sony rất hài lòng với chú ngƣời máy này vì nó có khả năng chạy, tức là có thời điểm nhấc cả hai chân khỏi mặt đất, một trong những công nghệ rất khó trong việc chế tạo robot. Không những thế, Qrio từng chỉ huy một dàn nhạc biểu diễn trƣớc hàng chục nghìn trẻ em tại thủ đô Tokyo của Nhật.[] Hình 1.3 Robot QRIO của Nhật 3
21. HUBOT Robot. Hình 1.4 Robot hai chân HUBOT Trƣờng đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu và chế tạo một số phiên bản Robot dạng ngƣời có tên HUBOT nhƣ hình 1.4. Robot sử dụng hộp số giảm tốc Harmonic có tỉ số truyền rất lớn, giảm sai số đầu ra và giảm ma sát đầu vào. Hệ thống truyền động dùng động cơ DC-Servo, có encoder hồi tiếp, mỗi động cơ đƣợc điều khiển bằng một chip, các chip này giao tiếp với nhau bằng mạng CAN. Nhƣợc điểm của Robot này là khối lƣợng khá lớn, di chuyển chậm chạp và di chuyển không ổn định. 1.5. Phạm vi đề tài Hiện nay trên thế giới, các nghiên cứu về robot hai chân khá phát triển, tuy nhiên ở việt nam, lĩnh vực này vẫn chƣa đƣợc nhiều sự quan tâm, đầu tƣ và phát triển. Ở các trƣờng đại học hầu hết chỉ tập trung vào chế tạo các loại robot dạng ngƣời nhảy theo nhạc, hay có thể bƣớc đi nhƣng dựa vào phƣơng pháp thử sai, chƣa xây dựng đƣợc đầy đủ giải thuật, các phƣơng trình tính toán cho cân bằng của robot. Đề tài này đƣợc phát triền nhằm hoạch định quỹ đạo duy chuyển cho robot hai chân dựa vào phƣơng pháp phân tích động học, động lực học robot. Đảm bảo robot duy chuyển ổn định. Bên cạnh đó, tác giả sẽ thể hiện kết quả mô phỏng và điều khiển thực nghiệm cho mô hình robot thật. Làm cơ sở, tiền để dữ liệu cho các công trình nghiên cứu phát triển trong tƣơng lai. 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4