Điều khiển robot

ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẰNG LOGIC MỜ ThS. Vũ Anh Đào Khoa Kỹ thuật Điện tử 1 Tóm tắt: Trong bài này, chúng tôi sử dụng logic mờ để điều khiển một đối tượng di động robot. Mỗi chuyển động được định nghĩa bằng một tập mờ dựa vào vị trí robot, giá trị của sensor, khoảng cách và góc so với vị trí đích. Để robot tránh chướng ngại vật, một bộ ghi nhớ đường đi được tạo ra để robot có thể tìm được đường đi mới khi nó gặp chướng ngại vật. Bài báo này bao gồm phần 1...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển robot LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CƠ BẢN ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẰNG LOGIC MỜ ThS. Vũ Anh Đào Khoa Kỹ thuật Điện tử 1 Tóm tắt: Trong bài này, chúng tôi sử dụng logic mờ để điều khiển một đối tượng di động - robot. Mỗi chuyển động được định nghĩa bằng một tập mờ dựa vào vị trí robot, giá trị của sensor, khoảng cách và góc so với vị trí đích. Để robot tránh chướng ngại vật, một bộ ghi nhớ đường đi được tạo ra để robot có thể tìm được đường đi mới khi nó gặp chướng ngại vật. Bài báo này bao gồm phần 1 giới thiệu chung về phương pháp này. Phần 2 giới thiệu qua về các hệ thống mờ. Phần 3 giới thiệu bộ mô phỏng robot Khepera và các phép biến đổi biến cần thiết cho các hệ thống điều khiển. Phần 4 giới thiệu mô hình bộ điều khiển và phần 5 chỉ ra các kết quả đạt được. 1. Giới thiệu Các phương pháp thông thường để điều khiển robot thường không đủ nhanh khi môi trường và vị trí đích bị thay đổi. Khó khăn chủ yếu khi điều khiển robot là môi trường thường không biết trước, tại thời điểm lập trình khó xác định đâu là hành động tốt nhất do các kích thích mà robot thu được tại thời điểm hiện tại lại dựa vào các tư thế trước đó của robot. Trong bài này, chúng tôi đưa ra một phương pháp mới để điều khiển robot, đó là dựa vào hệ thống mờ với cấu trúc ghi nhớ đường đi. Ưu điểm của phương pháp này là hệ thống mờ có thể nhớ được quá khứ. Mặc dù không thể biết trước kết quả của mọi hành động, cấu trúc ghi nhớ đường đi có thể loại bỏ những hành động tạo nên tình huống không thuận lợi trước đó, do đó tối ưu hoá được quá trình hoạt động của robot tại từng thời điểm. 2. Các hệ thống mờ Một hệ thống mờ điển hình được chỉ ra trên hình 1. Đầu vào của hệ thống là các giá trị rõ (ví dụ: giá trị sensor). Khối mờ hoá biến đổi chúng thành các giá trị mờ. Khối hợp thành mờ sử dụng các luật mờ, kết hợp với các đầu vào mờ để tạo nên đầu ra mờ. Cuối cùng, khối giải mờ sẽ biến đổi chúng, tạo thành các đầu ra rõ, được sử dụng để điều khiển hệ thống. Đầu vào rõ Các luật mờ Đầu ra rõ Bộ mờ hoá Khối Bộ giải mờ hợp thành mờ Hình 1. Sơ đồ khối của một hệ thống mờ Luật mờ được xây dựng dựa trên ngôn ngữ tự nhiên, sử dụng các biến ngôn ngữ (distance, angle, công suất motor) kết hợp với các tập mờ (near, far...) Ví dụ: Nếu khoảng cách là gần và góc là dương thì công suất motor là dương và bé 3. Môi trường mô phỏng Bộ mô phỏng robot Khepera được sử dụng để kiểm tra hệ thống điều khiển có cấu trúc ghi nhớ đường đi. Robot có 8 sensor ( S0 đến S7 ), mỗi hướng có 2 sensor. Để đơn giản, mỗi HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HỘI NGHỊ KHOA HỌC LẦN THƯ VI LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CƠ BẢN nhóm 2 sensor được chuyển đổi thành một giá trị bằng cách lấy trung bình các giá trị đọc được. Do đó, các sensor được sắp xếp để tạo nên 4 giá trị tương ứng với các vị trí ahead, behind, left và right. Hình 2. Cấu tạo đơn giản hoá của sensor Môi trường mô phỏng Khepera tạo nên tại mỗi vị trí của Khepera một góc α giữa robot và trục x. Tuy nhiên, góc cần quan tâm là góc giữa vị trí của robot và đích ( β ). Hình 3. Tính toán góc giữa robot và các vị trí đích Gọi d là khoảng cách giữa robot và đích , ( xr , yr ) là toạ độ của robot và ( x ', y ' ) là toạ độ của đích, γ là góc giữa đường đường nối robot-đích và trục x, ta có: ( xr − x ') + ( yr − y ') 2 2 d= γ = arcsin ( ( yr − y ') / d ) Ta có thể tính được β theo cách: Nếu α + γ > π và α > 0 thì β = π − ( α − γ ) Nếu α + γ ≤ π và α ≥ 0 thì β = π − ( α + γ ) Nếu α < 0 thì β = −π + ( α + γ ) Hướng của robot được xác định theo góc β − α và được mô phỏng trên hình 4. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HỘI NGHỊ KHOA HỌC LẦN THƯ VI LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CƠ BẢN 3π/4 π/4 left -π/4 < β - α ≤ π/4 → ahead π/4 < β - α ≤ 3π/4 → left π behin ahead 0 -3π/4 < β - α ≤ -π/4 → right 3π/4 < β - α ≤ -3π/4 → behin right -3π/4 -π/2 Hình 4. Hướng chuyển động của robot 4. Mô hình bộ điều khiển 4.1 Các biến ngôn ngữ Đầu vào bộ điều khiển mờ có 6 biến ngôn ngữ: + 4 biến đọc từ sensor: ahead, behin, left, right. + angle (góc) giữa robot và đích ( β ) (theo radian) + distance (khoảng cách tới đích) ( d ) . Đầu ra bộ điều khiển mờ là hai biến ngôn ngữ, đó là công suất cấp cho mỗi động cơ bước: động cơ left và right. đích β = 100 0 Path[ β ' ] Hình 5. Cơ cấu ghi nhớ đường Ngoài ra, còn một số biến vào khác trong cơ cấu ghi nhớ đường đi để tránh cho robot khỏi các vật cản. Cơ cấu ghi nhớ đường đi Pa ...