Luận văn Hoạch định quỹ đạo di chuyển cho robot hai chândựa vào động học và động lực học (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Hoạch định quỹ đạo di chuyển cho robot hai chândựa vào động học và động lực học (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG HOÀNG LƯU HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO DI CHUYỂN CHO ROBOT HAI CHÂNDỰA VÀO ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S KC 0 0 4 2 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG HOÀNG LƯU HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO DI CHUYỂN CHO ROBOT HAI CHÂN DỰA VÀO ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2014 (dòng 25) Tp. Hồ Chí Minh, tháng / (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ)
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Đặng Hoàng Lƣu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1986 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Hòa Mỹ Đông- Tây Hòa- Phú Yên Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 216B- CC Ehome1-Phƣớc Long B- Quận 9- TPHCM Điện thoại: 0986 924 389 E-mail: hoangluu1_4@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/ 2004 đến 3/ 2009 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống cấp bạc tự động và tính toán chế tạo phễu rung cấp bạc tự động” Ngày & nơi bảo vệ đồ ántốt nghiệp: 3/2009 -ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngƣời hƣớng dẫn:GV. Phan Minh Thanh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 5/2009- 4/2014 Cty TNHH Cocacola Việt Nam Nhân viên kỹ thuật i
4. 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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 4 năm 2014 Đặng Hoàng Lƣu ii
5. TÓM TẮT Luận văn thạc sĩ này đề cập đến việc xây dựng một quỹ đạo di chuyển cho robot hai chân đảm bảo cho robot có thể bƣớc đi giống con ngƣời nhất. Robot đƣợc thiết kế để các khớp của hai chân trông giống nhƣ hai chân của con ngƣời và tỉ lệ của nó cũng giống nhƣ tỉ lệ ở ngƣời. Để cho robot có thể đi bộ giống ngƣời thì tập hợp các quỹ đạo đƣợc xây dựng trong mặt phẳng dọc, mặt phẳng trƣớc và mặt phẳng ngang dựa trên phƣơng pháp nội suy spline bậc ba với các phƣơng trình ràng buộc và dựa vào phân tích động học và động lực học. Bằng cách thay đổi các thông số ràng buộc thì quỹ đạo với vùng ổn định lớn nhất có thể đƣợc xác định. Vị trí điểm cân bằng moment ZMP(CoP) đƣợc sử dụng trong điều khiển cân bằng robot hai chân đƣợc tính toán dựa vào phân tích động học và động lực học. Các quỹ đạo thì đƣợc mô phỏng trong môi trƣờng Matlab. Đồng thời các mô phỏng trong không gian 2D và 3D và mô hình thực nghiệm của robot hai chân cũng đƣợc thực hiện để kiểm tra lại các kết quả tính toán. iii
6. ABSTRACT This master’s thesis concerns the development a walk trajectory for robot biped which enables humand like walk. The robot designed to robot biped’s joints has been developed to resemble the all joints of humans and to resemble human proportions. To enable human-like walk, a set of trajectories has been determined in sagittal, front plane and horizontal plane of motion. It was determined by third spline interpolation based on constraint equations, kinematic and dynamic analysis. By defining different values of the constraint parameters, we were able to find the trajectory with maximum stability region. Zero moment point position ZMP (CoP) used to maintain balance and stability’s robot biped is calculated on the basis of kinematic and dynamic analysis. The trajectories are simulated by Matlab programe. At the same time, the simulation in 2D, 3D space and the experimental model of the robot biped are also performed to verify the calculation results. iv
7. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x DANH MỤC CÁC BẢNG xiv Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Tổng quan 1 1.2. Lí do chọn đề tài 4 1.3. Cấu trúc của đề tài 5 Chƣơng 2 CÁC KHÁI NIỆM VỀ PHƢƠNG THỨC DI CHUYỂN CỦA ROBOT HAI CHÂN 7 2.1. Các khái niệm cơ bản về di chuyển của ngƣời: 7 2.2. Các khái niệm liên quan tính ổn định robot hai chân 12 Chƣơng 3 MÔ HÌNH HÓA ROBOT HAI CHÂN 19 3.1. Giới thiệu: 19 3.2. Mô hình động học: 20 3.3. Mô hình động học ngƣợc: 26 3.4. Mô hình động lực học: 29 Chƣơng 4 HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO DI CHUYỂN VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT HAI CHÂN 35 v
8. 4.1. Hoạch định quỹ đạo chân 35 4.1.1. Quỹ đạo bàn chân 37 4.1.2. Quỹ đạo hông 46 4.2. Xây dựng quỹ đạo cân bằng dựa vào động học và động lực học 49 4.3. Điều khiển robot: 53 Chƣơng 5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 5.1. Thiết kế sơ bộ kết cấu của robot 57 5.2. Lựa chọn động cơ: 61 5.3. Kết quả mô phỏng 62 5.4. Kết quả thực nghiệm: 71 Chƣơng 6 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 vi
9. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ai Khoảng dịch chuyển dọc trục xi (chiều dài của khâu thứ i). αi Góc quay quanh trục xi. di Khoảng dịch chuyển gốc tọa độ Oi-1về O’i θi góc khớp thứ i. q Véctơ tọa độ suy rộng của robot. q Đạo hàm bậc nhất của q theo thời gian. q Đạo hàm bậc 2 của q theo thời gian. P véctơ vị trí của trọng tâm robot. C P véctơ vị trí của trọng tâm khâu thứ i. Ci bi véctơ vị trí từ khớp i − 1 tới trọng tâm của khâu thứ i. g véctơ gia tốc trọng trƣờng. PZMP véctơ vị trí của điểm cân bằng moment. di:khoảng cách từ điểm ZMP đến cạnh thứ i của vùng ổn định. istab chỉ số ổn định. L hàm Lagrange. Q ngoại lực. i môment khớp thƣ i. vii
10. ki động năng khâu thứ i. pi thế năng khâu thứ i. mi khối lƣợng của khâu thứ i. Mx Moment xung quanh trục x. My Moment quanh trục y. Mz Moment quanh trục z. m tổng khối lƣợng của robot. xZMP tọa độ theo phƣơng x của véctơ ZMP. yZMP tọa độ theo phƣơng y của véctơ ZMP. xa(t) di chuyển theo phƣơng x của cổ chân. za(t) di chuyển theo phƣơng z của cổ chân. xh(t) di chuyển theo phƣơng x của hông. yh(t) di chuyển theo phƣơng y của hông. zh(t) di chuyển theo phƣơng z của hông. Tc : khoảng thời gian cho một bứớc đi của robot. Td: Khoảng thời gian của pha đôi. kTc+Tm: thời gian chân robot ở vị trí cao nhất và chân kia chạm đất. Ds: chiều dài một nửa bƣớc đi của robot. lan:Chiều dài từ cổ chân tới bàn chân. laf:Chiều dài từ cổ chân tới mũi bàn chân. viii
11. lab:Chiều dài từ cổ chân tới gót chân. qb: góc của bàn chân so với mặt đất khi rời mặt đất. qf: góc của bàn chân so với mặt đất khi chạm mặt đất. Hao là vị trí cao nhất của cổ chân theo phƣơng z so với mặt đất. Lao là vị trí cao nhất của cổ chân theo phƣơng x. Hhmin: là chiều cao thấp nhất của hông ở giữa giai đoạn DSP. Hhmax : là chiều cao lớn nhất của hông ở giữa giai đoạn SSP. xsd: khoảng cách theo phƣơng x từ hông đến cổ chân chân trụ khi bắt đầu pha SSP. xed: khoảng cách theo phƣơng x từ hông đến cổ chân chân trụ khi kết thúc pha SSP. yt,mid là khoảng cách theo phƣơng y từ cổ chân cho đến điểm giữa hai hông khi thân robot ở chính giữa hai chân trong pha DSP. yt,min chính là khoảng cách từ cổ chân chân trụ đến đƣờng trục của thân. CoM trọng tâm. CoP tâm áp lực. DoF bậc tự do. DSP pha trụ đôi. SA diện tích trụ. SSP pha trụ đơn. ZMP điểm cân bằng moment. DH Denavit-Hartenberg. PID Tỷlệ- vi phân – tích phân. ix
12. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. ASIMO 3 Hình 1.2. Các robot hình ngƣời KHR-2 và KHR-3/HUBO 3 Hình 1.3. Robot hai chân HUBOT 4 Hình 2.1. Sơ đồ bậc tự do của chân robot hai chân 8 Hình 2.2. Chu kì bƣớc đi của ngƣời( chân phải là chân trụ)[7] 9 Hình 2.3. Sự khác nhau của giai đoạn SSP [8] 10 Hình 2.4. Sự khác nhau của giai đoạn DSP [15] 10 Hình 2.5. Vùng diện tích chân trụ 11 Hình 2.6. Sự khác nhau của SA trong giai đoạn SSP 11 Hình 2.7. Sự khác nhau của SA trong giai đoạn DSP 12 Hình 2.8. Trọng tâm ở ngƣời 13 Hình 2.9. Khái niệm CoP và ZMP 15 Hình 2.10. Hình chiếu bằng, ri vị trí của cảm biến i đƣợc cho trong hệ tham chiếu, fi lực đo đƣợc từ cảm biến i 16 Hình 2.11. Bƣớc đi tĩnh 17 Hình 2.12. Bƣớc đi động học 17 Hình 3.1. Mô hình 3D robot hai chân 10 bậc tự do 20 Hình 3.2. Mô hình động học của robot 20 Hình 3.3. Định nghĩa các khớp, vectơ khâu, vectơ CoM 21 Hình 3.4. Các vectơ sử dụng cho tính toán vị trí CoM của các khâu 23 Hình 3.5. Sơ đồ bố trí các khớp của robot và các vectơ vị trí của robot so với hệ qui chiếu 24 Hình 3.6. Mô hình toán động học ngƣợc 27 x
13. Hình 3.7. Các biến khớp trong mặt phẳng dọc 28 Hình 3.8. Các biến khớp trong mặt phẳng trƣớc 29 Hình 3.9. Lực và môment tác động lên bàn chân. Trong đó τx , τy là môment đặt tại j1, τ1 và τ2 là môment của khớp j1, j2, xCf , yCf là tọa độ theo phƣơng x, y của khối tâm của bàn chân. 32 Hình 4.1. Quá trình bƣớc đi của robot hai chân 36 Hình 4.2. Cấu trúc của chân robot 36 Hình 4.3. Các mặt phẳng đƣợc nghiên cứu [7] 38 Hình 4.4. Các giai đoạn cơ bản của bàn chân của chu kì bƣớc 39 Hình 4.5. Các thông số của mô hình robot 40 Hình 4.6. Các vị trí đặc trƣng quá trình đi bộ của robot hai chân 41 Hình 4.7. Các vị trí đặc trƣng của giai đoạn bắt đầu quá trình đi bộ của robot hai chân 44 Hình 4.8. Các vị trí đặc trƣng của giai đoạn kết thúc quá trình đi bộ của robot hai chân 45 Hình 4.9. Quỹ đạo hông trong mặt phẳng trƣớc 48 Hình 4.10. Lƣu đồ xác định quỹ đạo ổn định nhất của robot[8] 51 Hình 4.11. Vùng ổn định và cách xác định biên ổn định trong pha SSP và DSP 52 Hình 4.12. Quỹ đạo CoP(ZMP) trong pha đơn SSP không ổn định 52 Hình 4.13. Quỹ đạo CoP(ZMP) trong pha đôi DSP ổn định 53 Hình 4.14. Phƣơng pháp điều khiển dựa vào quỹ đạo cố định 54 Hình 4.15. Bộ điều khiển ZMP 55 Hình 4.16. Bộ điều khiển dựa vào quỹ đạo kết hợp với điều khiển ZMP 55 xi
14. Hình 5.1. Kích thƣớc của robot theo nhân trắc học 57 Hình 5.2. Mô hình mô phỏng 2D và 3D của robot hai chân 62 Hình 5.3. Góc quay bàn chân 63 Hình 5.4. Quỹ đạo của robot theo phƣơng x (step=1) 63 Hình 5.5. Quỹ đạo của robot theo phƣơng y (step=1) 64 Hình 5.6. Quỹ đạo của robot theo phƣơng z (step=1) 64 Hình 5.7. Quỹ đạo robot trong không gian 3D (step=1) 64 Hình 5.8. Moment khớp j1 và j2 65 Hình 5.9. Quỹ đạo của robot theo phƣơng x (step=3) 66 Hình 5.10. Quỹ đạo của robot theo phƣơng y (step=3) 66 Hình 5.11. Quỹ đạo của robot theo phƣơng z (step=3) 67 Hình 5.12. Quỹ đạo robot trong không gian 3D (step=3) 67 Hình 5.13. Quỹ đạo góc khớp của chân phải 68 Hình 5.14. Quỹ đạo góc khớp của chân trái 68 Hình 5.15. Quỹ đạo CoP trong pha DSP 69 Hình 5.16. Quỹ đạo CoP trong pha SSP 69 Hình 5.17. Mô phỏng trong không gian 3D 70 Hình 5.18. Mô phỏng trong không gian 2D 71 Hình 5.19. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân lắc theo phƣơng x 73 Hình 5.20. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân lắc theo phƣơng y 73 Hình 5.21. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân lắc theo phƣơng z 74 Hình 5.22. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân trụ theo phƣơng x 74 Hình 5.23. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân trụ theo phƣơng y 75 Hình 5.24. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo cổ chân chân trụ theo phƣơng z 75 xii
15. Hình 5.25. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo hông theo phƣơng x 76 Hình 5.26. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo hông theo phƣơng y 76 Hình 5.27. Kết quả thực nghiệm của quỹ đạo hông theo phƣơng z 77 Hình 5.28. Mô hình thực nghiệm robot hai chân 77 Hình 5.29. Kết quả mô hình thực nghiệm một bƣớc đi bộ của robot 78 xiii
16. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Bậc tự do của mô hình robot hai chân 8 Bảng 3.1. Thông số DH của robot hai chân 25 Bảng 5.1. Các thông số hình học của robot sử dụng trong mô phỏng Matlab 58 Bảng 5.2. Các thông số di chuyển của robot sử dụng trong mô phỏng Matlab 59 Bảng 5.3. Thông số động lực học của robot hai chân 60 Bảng 5.4. Kết quả thực nghiệm của robot hai chân (step=1) 72 xiv
17. Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1.1. Tổng quan Robot đƣợc nghiên cứu bắt đầu từ thế kỉ hai mƣơi và kết quả đạt đƣợc là rất nhiều loại robot đã ra đời, và phần lớn trong số chúng xuất hiện trong các ngành công nghiệp hiện đại. Các robot thực hiện các công việc đòi hỏi về mặt thể chất, tính đơn điệu hoặc thậm chí là tính nguy hiểm cho con ngƣời. Ngoài ra chúng còn làm tăng hiệu quả công việc và chất lƣợng sản phẩm ở những nơi mà đòi hỏi các yếu tố về tốc độ và độ chính xác. Ngày nay robot đƣợc tìm thấy ở hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện đại. Thông thƣờng thì các robot này đƣợc cài đặt phạm vi di chuyển rất nhỏ, nó bị hạn chế về mức độ tƣơng tác với môi trƣờng xung quanh. Và việc nghiên cứu các robot liên quan đến khả năng hoạt động trong môi trƣờng xung quanh con ngƣời và khả năng tƣơng tác với con ngƣời vẫn còn đang rất mới và thu hút nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu. Và một trong số chúng đó là nghiên cứu về robot hai chân là robot sử dụng khả năng di chuyển bằng hai chân. Ngày nay, robot hai chân dạng ngƣời đã thu hút đƣợc nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới và vấn đề xây dựng một quỹ đạo ổn định nhất cho robot đang là vấn đề đƣợc tập trung nghiên cứu nhiều nhất [2]. Hiện tại thì có khá nhiều robot mô phỏng ngƣời có thể bƣớc đi ổn định, tuy nhiên xét về dáng đi thì chúng còn khá khác so với dáng đi của con ngƣời. Nhiều loại robot có thể bƣớc về phía trƣớc, bƣớc lùi lại phía sau, đổi hƣớng di chuyển, bƣớc lên cầu thang, nhảy múa tuy nhiên chúng còn khá chậm và thiếu ổn định. Nhƣ Asimo có thể đạt tốc độ trung bình xấp xỉ 0.44m/s và tối đa 1.3m/s so với tốc độ trung bình con ngƣời là 1.33m/s và tối đa 4.6m/s. 1
18. Robot hai chân dạng ngƣời là loại robot đƣợc xây dựng dựa trên cấu tạo tổng thể của cơ thể con ngƣời.Nghiên cứu về sự di chuyển hai chân của các robot dạng ngƣời đã có đƣợc nhiều sự quan tâm từ những thập kỉ qua [2]. Sự quan tâm này bắt nguồn từ khả năng di chuyển tinh vi của nó và tính ổn định, số bậc tự do cao cho phép robot có thể di chuyển với những địa hình phức tạp. Và mong muốn của việc nghiên cứu này đó là hoàn thiện robot hơn là thay đổi điều kiện môi trƣờng đối với robot. Do đó việc xác định quỹ đạo cho robot có thể di chuyển ổn định vẫn còn là vấn đề đang đƣợc quan tâm của các nhà nghiên cứu hiện nay. Khi robot hai chân đƣợc xem nhƣ là một kết cấu động học tổng quát thì tồn tại một số vấn đề nhƣ tƣơng tác giữa bàn chân và bề mặt tiếp xúc, các thay đổi về động lực học cái mà làm ảnh hƣởng đến quá trình điều khiển cũng nhƣ hoạch định quỹ đạo cho chúng. Hoạch định quỹ đạo di chuyển là một nhiệm vụ khó khăn nhất. Bằng cách phân tích quá trình di chuyển của con ngƣời Rostami [4] đã đƣa ra ý tƣởng bằng cách sử dụng lực hấp dẫn nhƣ là nguồn chính để tạo ra di chuyển tự nhiên cho robot trong mặt phẳng dọc và Roussel [5] đã phát triển quá trình di chuyển trong mặt phẳng ngang. Huang [7] đã hoạch định quỹ đạo đi bộ cho robot hai chân bằng cách nội suy spline bậc ba tại một số vị trí quan trọng trong chu kì chuyển động. Trên thế giới, Asimo đƣợc phát triển bởi công ty Honda Nhật Bản 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 Asimo nhƣ hình 1.1. Asimo là robot dạng ngƣời khá nổi tiếng với rất nhiều các ƣu điểm nổi bật nhƣ có khả năng chạy thẳng tốc độ 1.6m/s,chạy cung tròn tốc độ 1.4m/s. Hơn nữa 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. 2
19. Hình 1.1. ASIMO Nếu nhƣ ngƣời Nhật từ lâu tự hào về Asimo thì KHR là niềm hãnh diện của Hàn quốc nói riêng và ngành công nghiệp robot châu Á nói chung. Hubo - robot mang hình dáng con ngƣời - cao 1,2 m và nặng 55 kg và với 41 bậc tự do có thể diễn tả nhiều cảm xúc, mô phỏng cử động của hơn 48 cơ mặt chính yếu nhƣ hình 1.2. Hệ thống camera trong mắt và phần mềm trí tuệ nhân tạo cho phép KHR nhìn và nhận dạng mặt, theo dõi cử động, đàm thoại với ngƣời đối diện bên cạnh khả năng tự xoay một góc 45 độ, và thực hiện nhiều cử động thân thể. Hiện tại KHR có thể đi nhƣ ngƣời với vận tốc 0.35m/s và có thể bƣớc lên xuống các bậc thang, chức năng mà đến nay chỉ có hai ngƣời máy của Nhật thực hiện đƣợc. Hình 1.2. Các robot hình ngƣời KHR-2 và KHR-3/HUBO 3
20. Thành tựu Robot ngƣời trong nƣớc, 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 [1] nhƣ hình 1.3 với ƣu điểm sử dụng hộp số giảm tốc Harmonic có tỉ số truyền rất lớn, giảm sai số đầu ra và giảm ma sát đầu vào. Sử dụng 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. Hình 1.3. Robot hai chân HUBOT Thông qua những phân tích về các thành tựu trong và ngoài nƣơc về robot hai chân đặc biệt là về vấn đề xây dựng một quỹ đạo cân bằng cho robot thì tác giả đã quyết định lựa chọn đề tài về xây dựng quỹ đạo di chuyển cho robot hai chân làm đề tài nghiên cứu trong luận văn này. Trong nghiên cứu này thì phƣơng pháp xây dựng quỹ đạo di chuyển dựa vào nôi suy đa thức bậc ba của Huang [10] đồng thời kết hợp với quá trình phân tích động học và động lực học để tạo nên một quỹ đạo ổn định cho robot hai chân. 1.2. Lí 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 kỉ thuật vào sản xuất cũng 4
21. 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, Hình dáng ngƣời là một hệ thống động học vô cùng phức tạp cho thấy rằng không có bất cứ một giải pháp cố định nào để điều khiển chúng. Và để đảm bảo cho robot hai chân có khả năng di chuyển với tính ổn định và cân bằng đòi hỏi phải xây dựng đƣợc một quỹ đạo cho các khớp phải thật thích hợp. Hiện nay tình hình nghiên cứu về robot hai chân trên thế giới cũng khá phát triển nhƣng ở Việt Nam thì lĩnh vực nghiên cứu này chƣa đƣợc nhiều sự quan tâm và đầu tƣ nghiên cứu, đặc biệt là nghiên cứu về về quá trình cân bằng cho robot. Hiện nay hầu hết các trƣờng đại học chỉ dừng lại ở phạm vi là chế tạo các robot dancing có thể nhảy theo điệu nhạc, hay một số robot có thể bƣớc đi nhƣng chỉ tập trung vào điều khiển bằng phƣơng pháp thử và sai mà chƣa có xây dựng các tính toán cân bằng cho robot. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn này đó là robot hai chân dạng ngƣời với số bậc tự do rất lớn gồm mƣời bậc tự do, do đó việc xây dựng tính toán là rất phức tạp. nội dung nghiên cứu của luận văn là xác định quỹ đạo di chuyển của các khớp của hai chân robot dựa vào phân tích động học và động lực học để đảm bảo cho robot có thể di chuyển ổn định và cân bằng trong quá trình bƣớc đi của robot. Đề tài này đƣợc phát triển nhằm mục đích là xây dựng quỹ đạo di chuyển cho robot hai chân dựa vào các phân tích động học và động lực học để đảm bảo cho robot có khả năng di chuyển với độ ổn định và cân bằng cao nhất. Và các quỹ đạo này sẽ đƣợc kiểm tra bằng các mô phỏng và thực nghiệm. Và đề tài này sẽ là cơ sở dữ liệu làm tiền đề cho các nghiên cứu phát triển robot hai chân tiếp theo. 1.3. Cấu trúc của đề tài Cấu trúc của đề tài bao gồm có 6 chƣơng: 5