Điều khiển robot mềm trên cơ sở nội suy hàm dạng kết hợp bù kép

Bài viết trình bày một phương pháp điều khiển sai số vị trí của robot mềm, đồng thời với việc rút ngắn thời gian chuẩn bị dữ liệu bằng cách sử dụng hàm dạng trong quá trình nội suy. Cách làm này có chi phí tính toán nhỏ hơn cách xây dựng dữ liệu trực tiếp, tuy nhiên cần khống chế được sai số phát sinh trong bước này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển robot mềm trên cơ sở nội suy hàm dạng kết hợp bù képNghiên cứu khoa học công nghệ ĐIỀU KHIỂN ROBOT MỀM TRÊN CƠ SỞ NỘI SUY HÀM DẠNG KẾT HỢP BÙ KÉP Phạm Thành Long*, Lê Thị Thu Thủy, Dương Quốc Khánh Tóm tắt: Robot mềm là một hướng nghiên cứu rất mới trong những năm gần đây [1], vì cơ cấu chấp hành của nó không đủ cứng để mang tải nên gây ra sai số vị trí điểm cuối do biến dạng đàn hồi [1, 2]. Tuy nhiên, vì khả năng công tác của robot có thể điểu chỉnh được bằng phần mềm nên việc bù lại những thiếu sót của phần cứng là có thể làm được [10]. Trong hầu hết các phương pháp đã có, việc phải xử lý lượng dữ liệu lớn là không tránh khỏi [3, 4, 5], điều này làm cản trở việc đẩy nhanh ứng dụng này vào thực tiễn. Trong bài báo này chúng tôi trình bày một phương pháp điều khiển sai số vị trí của robot mềm, đồng thời với việc rút ngắn thời gian chuẩn bị dữ liệu bằng cách sử dụng hàm dạng trong quá trình nội suy [8, 9]. Cách làm này có chi phí tính toán nhỏ hơn cách xây dựng dữ liệu trực tiếp, tuy nhiên cần khống chế được sai số phát sinh trong bước này. Kết quả của nghiên cứu là hết sức khả quan, sai số sau khi nội suy nhanh hơn nhưng sai số giảm từ 2,6 đến 13 lần so với không bù. Kỹ thuật này có thể ứng dụng thực tế cho các loại robot mềm khác nhau.Từ khóa: Robot mềm; Nội suy; Bù kép; Động học ngược; Sai số vị trí. 1. MỞ ĐẦU Khi muốn nâng cao năng suất lao động, cách dễ nhất là nâng cao tốc độ tác động củacác robot. Bên cạnh đó robot là thiết bị cơ điện tử nên chức năng của nó quyết định phầnlớn bởi phần mềm, việc giảm bớt mật độ vật liệu và tăng tầm với làm giảm năng lượngtiêu hao, tăng tỉ số công suất/ khối lượng nhưng dẫn đến hệ quả làm robot biến dạng đànhồi nhiều hơn. Các kỹ thuật chủ động nhằm ngăn ngừa các sai số này rất đa dạng, nhưngtựu chung đều thuộc các nhóm quan điểm chính gồm tìm ra ứng xử động lực học của cơcấu để bù lực suy rộng [1, 2]. Nhóm các quan điểm bù sai số động học để từ đó điều chỉnhlực suy rộng cho phù hợp [3, 4], các bài toán này thường xây dựng trên cơ sở nghiên cứuứng xử của các robot một khâu [4, 6], sau đó, mở rộng cho hệ tổng quát [5]. Các điều kiệnbiên về tính liên tục, về các chuyển vị cưỡng bức được vận dụng để tạo ra các cấu trúctoán có nghiệm duy nhất nhằm xác định lời giải luôn được quan tâm. Đặc điểm chung củacác kỹ thuật này là chúng có quy trình phức tạp, chi phí tính toán cao [7], mất nhiều thờigian thực thi. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng một kỹ thuật bù kép được phát triển độc lập vớicác kỹ thuật hiện có [10] để tính ra giá trị điều chỉnh biến khớp tại các vị trí được chỉ định.Sau đó căn cứ vào các giá trị này phát triển một thuật toán nội suy để tìm các giá trị kháctrong vùng làm việc với chi phí nhỏ hơn. Khi hai kỹ thuật này đi cùng nhau, nó làm chobài toán điều khiển robot mềm vẫn giữ được độ chính xác cần thiết trong khi giảm đượcthời gian tính toán. 2. MÔ HÌNH NỘI SUY HÀM DẠNG Có thể thấy khi robot chuyển động liên tục giữa các tư thế, quá trình biến dạng gây nênsai số vị trí điểm cuối của nó là một quá trình liên tục. Chúng tôi giả thiết rằng các sai sốvị trí và hướng của robot  = ( d x , d y , d z ,  x ,  y ,  z ) có tính liên tục và nội suy được bằngphương pháp hàm dạng. Giả sử trong không gian làm việc của robot đã khảo sát sai số vị trí điểm cuối ở mộtmạng gồm n điểm cực, với Ni là hệ số ảnh hưởng của sai số ở điểm cực thứ i tới điểm khảoTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 219 Cơ học – Cơ khí động lựcsát Pi thuộc không gian đó. Tiến hành lấy mẫu sai số tại một số vị trí cực để làm chuẩn quychiếu, sau đó tìm ra hàm dạng để nội suy sai số tại các điểm khác. Hình 1. Trọng số ảnh hưởng sai số của các điểm quy chiếu tới điểm khảo sát. Gọi i và pi lần lượt làsai số đánh giá được tại điểm cựcthứ ivà tại điểm khảo sátpii  ( d x , d y , d z ,  x ,  y ,  z )( i ) và  pi  ( d x , d y , d z ,  x ,  y ,  z )( pi ) . Khi đó tích số( N i .i ) diễn tả giá trị sai số định lượng ảnh hưởng của nguồn tham chiếu Ni tới điểm piđang xét. Nếu tham chiếu ảnh hưởng của tất cả n điểm cực đã khảo sáttới điểm pi, giả thiếtsai số mắc phải tại pi được tính theo công thức:  pi  N 1( i ) .1  N 2( i ) . 2  ...  N n( i ) . n (1) Trong đó Ni là giá trị dừng của hàm dạng nguồn thứ i,với i  1  n . Tức là có quan hệ sau tại điểm pi:  f1 ( x, y , z ) pi  N1   với i  1  n ...