Điều khiển theo dõi quỹ đạo Bézier cho robot đa hướng bánh xe mecanum

Trong bài báo "Điều khiển theo dõi quỹ đạo Bézier cho robot đa hướng bánh xe mecanum", nhóm tác giả tiến hành thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính có tham số biến đổi theo thời gian cho robot tự hành bánh xe mecanum. Đầu tiên, mô hình sai số động học của robot được thiết lập. Trên cơ sở đó tuyến tính hóa để phát triển bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển theo dõi quỹ đạo Bézier cho robot đa hướng bánh xe mecanum 596 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Điều khiển theo dõi quỹ đạo Bézier cho robot đa hướng bánh xe mecanum Nguyễn Thành Long1, Nguyễn Thị Thành2, Hoàng Thiên1, Phùng Văn Thơm1, Nguyễn Quang Địch1, Nguyễn Thành Trung3,* Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội (HUST) 1 2 Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, Bộ Công Thương( UNETI) 3 Viện nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương (NARIME) *Email: trungnt@narime.gov.vn Tóm tắt. Robot tự hành đa hướng với bánh xe mecanum có khả năng chuyển động linh hoạt trong các không gian chật hẹp, do đó loại robot này được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp. Tuy nhiên, bánh xe mecanum có rung động cao và xảy ra hiện tượng trượt ở các con lăn trên bánh xe dẫn đến tính ổn định của robot không cao. Để đảm bảo robot chuyển động theo dõi quỹ đạo với sai số nhỏ và ổn định. Trong bài báo này, chúng tôi tiến hành thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính có tham số biến đổi theo thời gian cho robot tự hành bánh xe mecanum. Đầu tiên, mô hình sai số động học của robot được thiết lập. Trên cơ sở đó tuyến tính hóa để phát triển bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính. Các tham số của bộ điều khiển biến đổi theo thời gian được xác định thông qua vận tốc và vận tốc góc mong muốn của robot. Các kết quả mô phỏng xác minh hiệu quả điều khiển theo dõi quỹ đạo Bézier của robot với sai số nhỏ. Từ khoá: Robot đa hướng, bánh xe mecanum, phản hồi trạng thái tuyến tính, sai số vị trí.1. Đặt vấn đề Robot tự hành di chuyển bằng bánh xe ngày càng có vai trò quan trọng trong các hệ thống sảnxuất hiện đại, thông minh. Trong những năm gần đây, loại robot này đã được ứng dụng trong nhiềulĩnh vực sản xuất khác nhau như: canh tác nông nghiệp [1, 2], hậu cần vận chuyển vật liệu trong cácdây chuyền sản xuất công nghiệp [3-6], robot khoan lỗ nổ mìn trong thi công các đường hầm [7], thámhiểm không gian [8], y tế [9, 10], giáo dục [11, 12], v.v.. Robot bánh xe mecanum là một loại robot tựhành đa hướng có khả năng di chuyển linh hoạt trong các môi trường chật hẹp bởi có thể xoay quanhtâm mà không làm thay đổi vị trí tâm xe và có thể chuyển động tịnh tiến theo bất kỳ hướng nào [13,14]. Tuy nhiên, robot bánh mecanum có nhược điểm thiết kế rất phức tạp, độ ổn định, độ bền và tảitrọng không cao do cấu tạo bánh xe mecanum. Để khắc phục các nhược điểm trên, các bộ điều khiểncần được thiết kế tối ưu để đảm bảo robot chuyển động theo dõi quỹ đạo chính xác và ổn định, đây làmột thách thức vô cùng lớn và được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm. Các nghiên cứu trong lĩnhvực này bao gồm: Dongliang Wang và đồng nghiệp [15] đã thiết kế bộ điều khiển dự đoán mô hìnhcho một mô hình robot 4 bánh xe mecanum có ràng buộc dưới tác động của nhiễu ngẫu nhiên; NguyễnHồng Thái và đồng nghiệp [16-18] đã sử dụng bộ điều khiển PID với tham số biến đổi để điều khiểnvà thực nghiệm robot di chuyển bằng bánh xe theo dõi quỹ đạo với sai số tối thiểu; Pankaj SinghYadav và đồng nghiệp [19] đã sử dụng mô hình trượt để thiết kế bộ điều khiển vận tốc bền vững chorobot 4 bánh mecanum dưới tác động của nhiễu và các yếu tố bất định tác động từ bên ngoài; RenhuiZhang và đồng nghiệp [20] đã thiết kế luật điều khiển thích nghi cho robot tự hành mecanum bám quỹđạo dưới tác động của trượt bánh xe với tính ổn định được đảm bảo thông qua tiêu chuẩn Lyapunov;Nguyễn Hồng Thái và đồng nghiệp [21] đã nghiên cứu một bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyếntính điều khiển bám quỹ đạo đường cong NURBS với sai số nhỏ cho robot tự hành bánh xe mecanum;Niu Zijie và đồng nghiệp [22] đã sử dụng các luật mờ để cải thiện bộ điều khiển PI truyền thống từ đónâng cao hiệu quả bám quỹ đạo cho robot 4 bánh xe mecanum dưới ảnh hưởng của trượt bánh xe trongkhi chuyển động. 597 Nguyễn Thành Long, Nguyễn Thị Thành, Hoàng Thiên, Phùng Văn Thơm, Nguyễn Quang Địch, Nguyễn Thành Trung Bên cạnh các bộ điều khiển hiện đại, bộ điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính truyền thốngvẫn được sử dụng phổ biến để điều khiển robot tự hành [23 - 26]. Tuy nhiên, nhược điểm của bộ điềukhiển này là không có khả năng thích nghi với nhiễu và các tác động bên ngoài, đặc biệt là đối vớirobot bánh xe mecanum thường có rung động không ổn định và trượt bánh xe. Để khắc phục nhượcđiểm trên và nâng cao hiệu quả của bộ điều khiển, bài báo này đề xuất một bộ điều khiển phản hồitrạng thái tuyến tính có tham số biến đổi theo thời gian để điều khiển ...