Luận văn Ứng dụng logic mờ vào ðiều khiển robot tiếp tân (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ứng dụng logic mờ vào ðiều khiển robot tiếp tân (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 PHAN CHÂU TÚ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ÐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ÐIỆN TỬ- 60520114 S K C0 0 4 9 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN CHÂU TƯ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 60520114 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN CHÂU TƯ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 60520114 Hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
4. CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ trƣớc HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngày tháng năm
5. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHAN CHÂU TƯ Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1990 Nơi sinh: TÂY NINH Quê quán: TÂY NINH Dân tộc: KINH Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 16A/1E KP ĐỒNG AN 2, P BÌNH HÕA, TX THUẬN AN, BÌNH DƢƠNG Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: phanchautu@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: CHÍNH QUY Thời gian đào tạo từ 08 /2008 đến 08 / 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngành học: CƠ ĐỆN TỬ Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐÀN CÁ DỰA TRÊN MƠ HÌNH SWARM”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2012 – TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngƣời hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 09/2012- 3T Robotics Group Nhân viên thiết kế cơ khí 04/2013 04/2013- Logitem Việt Nam Nhân viên quản lý kho 04/2016 8/2016 - Nay Nhà máy tơn Hoa Sen Phú Mỹ Nhân viên Kỹ thuật Cơ
6. LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên) PHAN CHÂU TƯ
7. LỜI CẢM TẠ Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cơ giảng dạy tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cơ khoa Cơ khí chế tạo máy đã hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức quan trọng, đĩng vai trị nền tảng cho đề tài của tơi. Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học thầy PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh đã gĩp ý, hƣớng dẫn phƣơng hƣớng nghiên cứu, cung cấp các kiến thức và vật tƣ quan trọng giúp tơi hồn thành luận văn. Cảm ơn bạn bè,ngƣời thân, các anh chị em là thành viên của phịng thí nghiệm OpenLab đã hỗ trợ vật chất, đĩng gĩp ý kiến giúp tơi hồn thành luận văn này. Trân Trọng ! Ngƣời thực hiện PHAN CHÂU TƯ
8. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Giáo viên hƣớng dẫn TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh
9. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện
10. TĨM TẮT Dựa trên các yêu cầu về chuyển động của robot dịch vụ trong mơi trƣờng cụ thể, bài biết đã trình bày giải thuật điều khiển chuyển động, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển logic mờ và ứng dụng cụ thể của bộ điều khiển vào điều khiển chuyển động của Robot dịch vụ. Mơ hình robot dịch vụ cũng đƣợc chế tạo và chạy thực nghiệm tại phịng thí nghiệm OpenLab – trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố HCM. Bộ điều khiển đƣợc mơ phỏng và tính tốn bằng phần mềm Matlab trƣớc khi chạy thử nghiệm trên mơ hình robot thực. Các kết quả mơ phỏng và thực nghiệm của bộ điều khiển đƣợc đánh giá và kết luận trong bài viết này. ABSTRACT Base on requirements of movement of service robot, this article present the algorithm of movement, the operating principles of fuzzy logic controller and its specifical applications to control the movement of the service robot. Model of service robot also was built at OpenLab laboratory – HCM of University technical and education. This controller is simulated and calculated by Matlab software before running on real robot model. The simulation results and experiments of system are appreciated and concluded in this article.
11. MỤC LỤC CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1 1.1 GIỚI THIỆU 1 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 2 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nƣớc 2 1.2.2 Nghiên cứu trong nƣớc 4 1.3 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 6 1.5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6 1.5.1 Đối tƣợng : 6 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu : 7 1.6 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7 1.7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 7 CHƢƠNG 2:LÝ THUYẾT LOGIC MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 8 2.1 LÝ THUYẾT LOGIC MỜ 8 2.1.1 Giới thiệu 8 2.1.2 Định nghĩa tập mờ 9 2.1.3 Các dạng hàm liên thuộc tiêu biểu 11 2.1.4 Các thơng số đặc trƣng của tập mờ 12 2.1.5 Các phép tốn trên tập mờ: 13 2.2 LOGIC MỜ 17 2.2.1 Biến ngơn ngữ 17 2.2.2 Mệnh đề mờ 19 2.2.3 Các phép tốn mệnh đề mờ 19 2.2.4 Phép tốn kéo theo mờ – luật if - then mờ thơng dụng 20 2.2.5 Luật modus-ponens tổng quát 21 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 22 2.3.1 Cấu trúc của một bộ điều khiển mờ 22 2.3.2 Phân loại bộ điều khiển mờ 23 2.3.3 Các bƣớc xây dựng bộ điều khiển mờ 24 2.3.4 Một số phƣơng pháp giải mờ thơng dụng 28 CHƢƠNG 3:XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRÊN ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIẢI THUẬT TÌM ĐƢỜNG ĐI CHO ROBOT 31 3.1 TỔNG QUAN ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN 31 3.1.1 Cơ cấu chấp hành 31 3.1.2 Phƣơng pháp điều hƣớng cho robot tự hành 33 3.1.3 Hệ thống thu thập dữ liệu 34 3.1.4 Phƣơng pháp định vị robot 36 3.1.5 Mơ hình động học Mobile Robot 37
12. 3.2 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN 40 3.2.1 Di chuyển từ điểm đến điểm. 41 3.2.2 Xây dựng luật mờ 49 3.2.3 Chọn thiết bị hơp thành và phƣơng pháp giải mờ 50 3.3 GIẢI THUẬT TÌM ĐƢỜNG ĐI CHO ROBOT DI CHUYỂN TRÊN MẶT PHẲNG CHO TRƢỚC 53 3.3.1 Yêu cầu chung 53 3.3.2 Giải thuật tìm đƣờng đi 54 CHƢƠNG 4:THỰC NGHIỆM VỚI MƠ HÌNH ROBOT DỊCH VỤ 58 4.1 MƠ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO GIẢI THUẬT DI CHUYỂN TỪ ĐIỂM TỚI ĐIỂM 58 4.2 MƠ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ROBOT DI CHUYỂN THEO ĐƢỜNG HOẠCH ĐỊNH 61 CHƢƠNG 5:KẾT LUẬN 65 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 65 5.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 65 5.3 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
13. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hàm phụ thuộc A ()x của tập kinh điển A 10 Hình 2.2: Hàm liên thuộc đơn điệu biến E 11 Hình 2.3: Hàm liên thuộc hình tam giác 12 Hình 2.4: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ 13 Hình 2.5: Giao của hai tập mờ 14 Hình 2.6: Giao của hai tập mờ 15 Hình 2.7: Bù của một tập mờ 16 Hình 2.8: Hàm liên thuộc biến nhiệt độ 18 Hình 2.9: Cấu trúc của bộ điều khiển mờ 22 Hình 2.10: Bộ suy diễn mờ đầu ra 1 biến đầu vào 27 Hình 2.11 Bộ suy diễn mờ đầu ra 2 biến đầu vào 28 Hình 2.12 Phƣơng pháp giải mờ cực đại 29 Hình 2.13: Phƣơng pháp điểm trọng tâm 29 Hình 3.1 Bản thiết kế 3D phần đế robot 31 Hình 3.2: Cấu hình phần đế robot và cảm biến vật cản 32 Hình 3.3 Hệ thống điều khiển tự động tốc độ động cơ sử dụng thuật tốn PID 33 Hình 3.5: Gĩc bố trí các cảm biến và vùng nhìn thấy vật cản 35 Hình 3.6: Đối tƣợng điều khiển 35 Hình 3.7: Động học Robot 38 Hình 3.8 Phân tích thành phần chuyển động của robot trên mặt phẳng 39 Hình 3.9 Sơ đồ các bƣớc tính tọa độ robot 40 Hình 3.10: Giải thuật điều khiển từ điểm đến điểm. 41 Hình 3.11: Cấu trúc ngõ vào ra của bộ điều khiển mờ 42 Hình 3.12: Giả lập quỹ đạo cho robot di chuyển từ điểm đến điểm 42 Hình 3.13: Tính biến ngõ vào cho bộ điều khiển mờ 43 Hình 3.14: Biến vào ra của bộ điều khiển mờ 44 Hình 3.14: Hàm liên thuộc biến ngơn ngữ vào “Distance” 45 Hình 3.15: Hàm liên thuộc biến vào“ThetaStart” 46 Hình 3.16: Hàm liên thuộc biến vào “ThetaGoal” 46 Hình 3.17: Hàm liên thuộc biến LinearVelocity 47 Hình 3.18: Hàm liên thuộc biến AngularVelocity 48 Hình 3.19: Luật hợp thành và nguyên lý giải mờ. 51
14. Hình 3.20: Bề mặt điều khiển V(t) với 2 ngõ vào (Distance, ThetaStart) 51 Hình 3.21: Bề mặt điều khiển V(t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, ThetaGoal) 52 Hình 3.22: Bề mặt điều khiển (t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, Distance) 52 Hình 3.22: Bề mặt điều khiển (t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, ThetaGoal) 53 Hình 3.23: Khơng gian hoạt động của robot di dộng 54 Hình 3.24: Tạo node đều trên khơng gian robot cĩ thề đến 55 Hình 3.25: Các đƣờng thẳng nối các node lại với nhau 56 Hình 3.26: Kết quả của giải thuật tìm đƣờng đi ngắn nhất 56 Hình 4.1: Bản đồ khơng gian chạy thực nghiệm của robot 61 Hình 4.2 Đƣờng đi hoạch định 62 Hình 4.3 a) So sánh đƣờng đi mơ phỏng và đƣờng hoạch định.b) Kết quả mơ phỏng di chuyển của robot trong bản đồ. 62
15. DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các phép tốn trên tập mờ 13 Bảng 3.1 Thơng số của đối tƣợng điều khiển . 36 Bảng 3.2 Lập ma trận luật 50 Bảng 4.1 Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển mờ cho giải thuật di chuyển từ điểm đến điểm 59
16. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Hơn nữa thế kỷ qua, robot là lĩnh vực cĩ những bƣớc phát triển và tiến hĩa mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu của xã hội lồi ngƣời. Các hƣớng nghiên cứu robot đang chuyển từ robot cơng nghiệp sang phát triển các robot dịch vụ. Robot dịch vụ đang là tâm điểm nghiên cứu vì nĩ đa dụng và đƣa robot vào hịa nhập vào nhu cầu xã hội của lồi ngƣời. Ngày nay ngồi ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác nhƣ trong y tế, chăm sĩc sức khỏe, nơng nghiệp, đĩng tàu, xây dựng, an ninh quốc phịng và gia đình đang cĩ nhu cầu gia tăng là động lực cho các robot địa hình và các robot dịch vụ phát triển. Mặc dù về cấu trúc của robot cĩ nhiều điểm khác nhau nhƣng các nghiên cứu hiện nay đều hƣớng về các ứng dụng dịch vụ và hoạt động của robot trong mơi trƣờng tự nhiên, với sự phát triển và quá trình hiện đại hĩa của các nƣớc trên thế giới thì nhiều dịch vụ mới đƣợc hình thành làm thay đổi quan điểm về robot từ robot phục vụ cơng việc sang phục vụ cho các nhu cầu xã hội, nhu cầu cá nhân của con ngƣời nhƣ những ngƣời giúp việc đắc lực, đa năng. Cĩ thể kể đến một số loại robot đƣợc quan tâm trong thời gian gần đây : robot tay máy (Manipulator robot) , robot di động (Mobile Robot), robot phỏng sinh học (Bio Inspired robot) Trong đĩ thì cĩ thể nĩi loại Mobile robot là đƣợc sử dụng rộng rải trong các ứng dụng dịch vụ bởi tính linh hoạt của nĩ trong di chuyển, đặc biệt là Mobile robot di chuyển bằng bánh xe. Loại robot này cĩ khả năng thực hiện các nhiệm vụ ở nhiều vị trí khác nhau với khả năng kết hợp các chuyển của bánh xe mà quan trọng hơn hết đĩ là khả năng xác định phƣơng hƣớng ( Navigation) của robot [1]. Bắt đƣợc xu hƣớng trên, phịng thí nghiệm OpenLab thuộc trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã mở ra hƣớng nghiên cứu loại robot này. Cụ thể hơn đĩ là dự án về nghiên cứu robot tiếp tân di chuyển bằng bánh xe phục vụ trong mơi trƣờng trƣờng học. Dự án đang dần đƣợc hình thành với nhiều hạng mục cần giải quyết nhƣ là khả năng tự định vị, khả năng phát hiện vật cản, khả năng di chuyển đến vị trí yêu cầu và tránh vật cản, khả năng tƣơng tác với ngƣời dùng, khả năng nhận dạng, truy xuất thơng tin 1
17. Đề tài “Ứng dụng logic mờ vào điều khiển robot tiếp tân” nhằm tìm ra giải thuật di chuyển tối ƣu và chính xác cho robot. 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nƣớc Trong đề tài “ Fuzzy control of mobile robot” đã đƣa ra 3 bộ điều khiển mờ cho robot di chuyển bằng bánh xe Khepera cĩ khả thực hiện 3 nhiệm vụ trong quá trình di chuyển của robot đĩ là khả năng đạt đến mục tiêu (reach target), khả năng tránh vật cản (advoid abstacles) và khả năng thăm dị mơi trƣờng (Explore the Enviroment). Mục tiêu chính của đề tài này là khả năng tự đƣa ra chiến lƣợc điều hƣớng cho robot di động khi thực hiện những nhiệm vụ phức tạp trong mơi trƣờng chƣa biết trƣớc, trong đĩ khả năng thăm dị trong mơi trƣờng nguy hiểm là một hƣớng nghiên cứu mới tiềm năng, đƣợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực tự động hĩa cơng nghiệp và cơng nghệ y sinh. Robot sử dụng 7 cảm biến hồng ngoại để xác định chính xác vị trí và kích thƣớc vật cản, sử dụng camera để xác định vi trí và chiều quay của robot. Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng robot vẫn cĩ thể đạt đến mục tiêu trong mơi trƣờng vật cản, tuy nhiên đƣờng di chuyển chƣa tối ƣu do robot khơng đƣợc hoạch định đƣờng đi trƣớc.[2] Hình 1.1 Kết quả nghiên cứu robot di động Khepera Theo bài báo khoa học “Behavior –based control for mobile robot navigation” đã tập trung nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển chuyển động cho robot. Mục tiêu của đề tài là thiết kế bộ điều khiển mờ điều khiển robot đi đến mục tiêu trong mơi trƣờng cĩ vật cản cố định, đề tài đƣa ra hai bộ điều khiển mờ, một đƣợc sử dụng 2
18. trong trƣờng hợp khơng cĩ vật cản và một đƣợc sữ dụng trong mơi trƣờng cĩ vật cản.Với bộ điều khiển trong mơi trƣờng khơng cĩ vật cản, các biến ngõ vào là khoảng cách từ robot đến mục tiêu và hƣớng của mục tiêu so với hƣớng của robot, các biến ngõ ra là vận tốc quay của bánh trái và bánh phải, kết quả đạt đƣợc của bộ điều khiển này nhƣ hình 1.2 là robot di chuyển chính xác đến mục tiêu, tuy nhiên chƣa kiểm sốt đƣợc quỹ đạo di chuyển và hƣớng quay robot tại mục tiêu. Với bộ điều khiển trong mơi trƣờng cĩ vật cản, các biến khoảng cách đến mục tiêu và trọng số hành vi (behavior weight) đƣợc sử dụng làm biến ngõ vào cho bộ điều khiển, trong đĩ trọng số hành vi đƣợc xác định bằng 24 cảm biến siêu âm để xác định vật cản xung quanh robot. Hình 1.3 là kết quả mơ phỏng của bộ điều khiển mờ trong mơi trƣờng cĩ vật cản, kết quả này cho thấy robot đã đạt mục tiêu trong mơi trƣờng cĩ vật cản nhƣng quỹ đạo di chuyển chƣa tối ƣu [3]. Hình 1.2 Kết quả mơ phỏng trong mơi trƣờng khơng cĩ vật cản 3
19. Hình 1.3 Kết quả mơ phỏng trong mơi trƣờng cĩ vật cản 1.2.2 Nghiên cứu trong nƣớc Đề tài “Ứng dụng kỹ thuật neural-fuzzy trong vấn đề robot tự hành” của trƣờng Đai học Khoa học tự nhiên cũng đã nghiên cứu việc điều khiển robot tự hành di chuyển bằng bánh xe đến mục tiêu trong mơi trƣờng cĩ vật cản, bộ điều khiển mờ đƣợc sử dụng cho việc di chuyển đến mục tiêu, trong quá trình di chuyển, nếu các cảm biến phát hiện vật cản, robot sẽ thực hiện dị biên của vật cản cho đến khi các cảm biến khơng cịn nhận thấy vật cản thì robot tiếp tục di chuyển đến mục tiêu. Nhƣ vậy, với giải thuật này, robot cĩ thể đến đƣợc mục tiêu cần đến tuy nhiên quỹ đạo chuyển động khơng tối ƣu và khơng ổn định trong mơi trƣờng cĩ vật cản phức tạp hơn nhƣ hình 1.3 [4] Hình 1.3 Kết quả mơ phỏng quỹ đạo di chuyển robot 4
20. Đề tài “ Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ “ của trƣờng Đại hoc gia thơng vận tải cũng đã sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển cho robot di chuyển bằng bánh di chuyển dọc theo tƣờng và duy trì một khoảng cách xác định với tƣờng. Trên robot cĩ gắn 2 cảm biến để đo khoảng cách và đo độ song song của robot so với bề mặt tƣờng. Với biến ngõ vào là gĩc robot và khoảng cách với tƣờng và biến ngõ ra là vận tốc quay của 2 bánh dẫn. Tuy nhiên, cảm biến siêu âm khi robot di chuyển xuất hiện nhiều sai số, xảy ra nhiễu 2 sĩng siêu âm lẫn nhau làm robot mất phƣơng hƣớng và đi lệch khỏi quỹ đạo.[5] Ngồi ra các đề tài nghiên cứu khoa học trong nƣớc cịn sử dụng kết hợp bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác nhƣ trong đề tài” Ứng dụng bộ điều khiển self tuning fuzzy-pi điều khiển omni-directional mobile robot “. Đề tài này trình bày một phƣơng pháp điều khiển Omni-directional mobile robot dùng bộ điều khiển self tuning fuzzy-PI dựa trên mơ hình robot đƣợc xây dựng nhƣ một hệ MIMO phi tuyến. Cấu trúc bộ điều khiển bao gồm bộ điều khiển PI và bộ điều khiển mờ đƣợc dùng để chỉnh định các thơng số của bộ điều khiển PI, giúp cho bộ điều khiển đạt hiệu quả cao kể cả khi cĩ tác động của nhiễu.[6] 1.3 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Robot dịch vụ di chuyển bằng bánh xe là một loại robot tự hành, thực hiện các nhiệm vụ mà khơng cần sự can thiệp của con ngƣời. Với các thiết bị thu thập dữ liệu chúng cĩ khả năng nhận biết đƣợc mơi trƣờng xung quanh từ đĩ tự đƣa ra các phản ứng cho phù hợp. Robot phải cĩ khả năng thực hiện từ các cơng việc đơn giản nhƣ : chăm sĩc, vệ sinh nhà cửa đến các hoạt động phức tạp hơn địi hỏi sự thơng minh và chính xác hơn nhƣ : việc vận chuyển ngƣời bệnh trong bệnh viện, vận chuyển thuốc, hỗ trợ thơng tin cho khách hàng trong sân bay và trƣờng học Sự thơng minh và chính xác của robot là hai vấn đề địi hỏi các nhà nghiên cứu khơng ngừng ứng dụng các thành tựu khoa học hiện đại cho robot. Với các yêu cầu nhƣ vậy, robot tự hành là một đối tƣợng điều khiển phức tạp bao gồm các quá trình thu thập dữ liệu từ mơi trƣờng xung quanh, quá trình xử lý thơng tin và quyết định các cách chuyển động cho phù hợp. Ứng với mỗi sự thay đổi của mơi trƣờng, robot phải cĩ những phản ứng tƣơng ứng với sự thay đổi đĩ. Trong trƣờng hợp này, các bộ điều khiển kinh điển thƣờng bị bế tắc bởi bài tốn cĩ độ phức tạp cao, khối 5
21. lƣợng tính tốn lớn, các thơng tin ngõ vào là đa biến, thƣờng xuyên thay đổi trạng thái, cấu trúc của đối tƣợng Với những khĩ khăn đĩ, giải pháp sử dụng bộ điều khiển mờ đƣợc đề xuất và kèm theo đĩ là một loạt các giải thuật di chuyển đƣợc hình thành gĩp phần vào giải quyết vấn đề mà robot đang gặp phải. So với các giải pháp trong kỹ thuật điều khiển từ trƣớc đến nay, để tổng hợp các hệ thống điều khiển thì phƣơng pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bằng logic mờ chỉ ra đƣợc các ƣu điểm rõ rệt sau : Thứ 1, khối lƣợng cơng việc thiết kế đƣợc giảm đi nhiều do khơng cần sử dụng mơ hình đối tƣợng, với các bài tốn thiết kế cĩ độ phức tạp cao, giải pháp dùng bộ điều khiển mờ cho phép giảm khối lƣợng tính tốn và giá thành sản phẩm. Thứ 2, bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so với bộ điều khiển khác và dễ dàng hiệu chỉnh, thay đổi thơng số dựa trên kinh nghiệm ngƣời thiết kế. Trong nhiều trƣờng hợp bộ điều khiển mờ làm việc ổn định hơn và chất lƣợng điều khiển cao hơn những bộ điều khiển kinh điển. Thứ 3, dễ dàng kết hợp bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác nhằm khắc phục những điểm yếu của bộ điều khiển mờ. Với những đặc điểm của đối tƣợng điều khiển và những ƣu điểm nổi bật của bộ điều khiển mờ, tơi đã chọn đề tài:“ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN” để khảo sát và thực nghiệm bộ điều khiển mờ vào điều khiển chuyển động cho robot dịch vụ. Bộ điều khiển đƣợc tính tốn, thiết kế bằng cơng cụ Fuzzy Logic toolbox và mơ phỏng bằng phần mềm MATLAB và đƣợc chạy thực nghiệm trên mơ hình robot thực đƣợc chế tạo tại phịng thí nghiệm OPENLAB – ĐH Sƣ phạm kỹ thuật Tp HCM. 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích của nghiên cứu là tìm ra phƣơng án điều khiển dựa trên bộ điều khiển mờ với các thơng số tối ƣu cĩ khả năng điều khiển chuyển động cho robot tự hành di chuyển bằng bánh xe trong một khơng gian đƣợc xác định trƣớc. 1.5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5.1 Đối tƣợng : Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là lý thuyết logic mờ, bộ điều khiển mờ, các giải thuật tìm đƣờng đi và mơ hình robot thực. 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4