Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cảm biến đến sai số dò line

Bài báo "Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cảm biến đến sai số dò line" nghiên cứu tác động của khoảng cách từ cảm biến đến trục bánh xe ảnh hưởng đến sai số bám line như thế nào. Bên cạnh đó, tiến hành tìm hiểu các mô hình động học để biểu diễn cho chuyển động của robot. Sau đó tiến hành mô phỏng và đánh giá. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cảm biến đến sai số dò line NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH CẢM BIẾN ĐẾN SAI SỐ DÒ LINE Nguyễn Phùng Duy Tân, Nguyễn Đăng Lộc* Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: Lê Tấn Sang TÓM TẮT Bài toán điều khiển chuyển động bám line với sai số nhỏ luôn là chủ đề cơ bản, có vai trò quyết định đến việc áp dụng robot vào thực tế. Có nhiều thông số ảnh hưởng đến sai số quá trình bám line như vận tốc xe, tải trọng xe, bán kính cong của đường line… Và trong bài báo này, chúng tôi sẽ nghiên cứu tác động của khoảng cách từ cảm biến đến trục bánh xe ảnh hưởng đến sai số bám line như thế nào. Bên cạnh đó, tiến hành tìm hiểu các mô hình động học để biểu diễn cho chuyển động của robot. Sau đó tiến hành mô phỏng và đánh giá. Từ khóa: điều khiển, điều hướng, dẫn đường, dò line, robot di dộng. 1. GIỚI THIỆU Lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp phát triển không ngừng từ nhiều thập kỷ qua. Bởi vì nó mang lại lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp bằng việc tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm rủi ro trong sản xuất. Trong đó, tự động hóa sử dụng hệ thống robot di động đang nhận được sự quan tâm lớn của giới nghiên cứu. Robot có nhiệm vụ là vận chuyển hàng hóa giữa các vị trí trong nhà xưởng. Việc này có thể được thực hiện bằng các giải pháp truyền thống như con người hay băng tải. Con người thì tốn chi phí lớn và dễ xảy ra lỗi. Băng tải thì tốn không gian lớn và kém linh hoạt khi các vị trí trong nhà xưởng thay đổi. Do đó, giải pháp sử dụng robot di động mang lại giá trị và tính hiệu quả. Robot di động (RBDĐ) được giới thiệu từ đầu những năm 1950, một phương tiện không người lái đi theo vạch dẫn hướng trên sàn nhà máy. Theo thống kê [8], cho đến năm 2019, có gần 100 000 robot di động được sử dụng trên toàn thế giới. Và dự báo đến năm 2025, số lượng sẽ tăng lên đến 400 000. Con số tăng trưởng ấn tượng này cho thấy tiềm năng phát triển rất lớn của RBDĐ trong nền công nghiệp ngày nay. Trong công nghiệp, RBDĐ được sử dụng đa dạng trên các lĩnh vực với nhiệm vụ chủ yếu là vận chuyển hàng hóa trong nhà kho, trong nhà máy hay cả ở ngoài trời. Có thể kể để đến một số ứng dụng phổ biến như nhập, xuất hàng hóa từ nhà kho, cảng biển, (“Automated Storage and Retrieval System” – AS/RS), hỗ trợ tự động hóa các dây chuyền đóng gói, các công đoạn cấp phôi trong dây chuyền gia công,… RBDĐ hoạt động trên mặt đất được chia thành nhiều dạng [7]. Thứ nhất là dạng sử dụng chân để di chuyển, ưu điểm là có thể vượt qua các vật cản, các bề mặt gồ ghề hay không gian hẹp. Một số công trình nổi tiếng như robot người máy ASIMO [4] hay robot dạng thú Boston Dynamics’ BigDog [3]. 182 Dạng thứ hai là sử dụng chuyển động quay để di chuyển. Tuy không phù hợp với cách di chuyển tự nhiên của con người, nhưng nhờ tính đơn giản trong điều khiển, Robot sử dụng bánh xe được nghiên cứu rộng rãi và đạt được nhiều thành tựu [1]. Ngoài ra, một số dạng di chuyển khác trên mặt đất được áp dụng cho robot như di chuyển kiểu rắn hay kiểu sâu. Trong các vấn đề liên quan đến robot di động sử dụng bánh xe, thì điều khiển chuyển động bám line với sai số nhỏ luôn là bài toán cơ bản, có vai trò quyết định đến khả năng ứng dụng thực tế của robot. Giải thuật bám line dựa trên tiêu chuẩn lyapunov [9] được giới thiệu mạng lại tính ổn định cao. Thuật toán Fuzzy Logic cũng được áp dụng vào bài toán điều khiển chuyển động cho robot di động [2]. Bên cạnh đó, một giải thuật phổ biến khác là PID cũng được hiệu chỉnh để áp dụng [6]. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sai số bám line. Và trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách từ cảm biến và trục bánh xe đến sai số dò line. Bài tham luận được chia làm 4 phần. Phần 1 đưa ra giới thiệu về RBDĐ và nêu ra vấn đề. Phần 2 mô tả về đối tượng nghiên cứu là robot sử dụng bánh xe truyền động. Phần 3 trình bày về mô phỏng. Cuối cùng là phần kết luận và hướng phát triển. 2. ROBOT DI ĐỘNG SỬ DỤNG BÁNH XE 2.1 Động học Để thực hiện việc điều khiển cho xe bám line tốt hơn, ta tiến hành thiết lập mô hình động học của hệ thống. Mô hình này bao gồm các điểm quan trọng: Điểm R: điểm tham chiếu cho robot; Điểm M: trung điểm của hai bánh chủ động; Điểm C: Điểm tracking của robot. (Hình 1). Hình 1. Mô hình mobile robot Phương trình động học tại điểm M: (1) Trong đó và là vận tốc dài và vận tốc góc của xe. 183 Phương trình động học tại điểm C: (2) Với d là khoảng cách từ M đến C. Phương trình động học tại R: (3) Trong đó là vận tốc mong muốn của xe đua tại điểm tham chiếu 2.2 Mô hình sai số bám line (Hình 2) Tọa độ điểm tracking Tọa độ điểm tham khảo Chọn là sai số khoảng cách từ điểm tracking đến điểm tham khảo theo phương của xe. Chọn là sai số khoảng cách từ điểm tracking đến điểm tham khảo theo phương vuông góc với phương của xe. Chọn là sai số góc giữa phương của xe và tiếp tuyến tại điểm tham khảo. Khi đó, ta có sai số trong quá trình tracking như sau: (4) Lấy đạo hàm theo thời gian: (5) 184 Hình 2. Mô hình sai số bám line Do dãy cảm biến quang chỉ xác định được sai số theo phương pháp tuyến với phương chuyển động ...