thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 4

Chia sẻ: Van Teo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
335
lượt xem
192
download

thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 4

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng mô hình động học cho robot tự hành - Các phương pháp định vị cho robot tự hành 2.1.Mô hình động học cho robot Động học là nghiên cứu cơ bản nhất để tìm hiểu quá trình hoạt động của một hệ thống cơ khí, trong lĩnh vực mobile robot, chúng ta cần phải tìm hiểu đặc tính cơ của robot để thiết kế sao cho phù hợp với các nhiệm vụ đặt ra, đồng thời việc tìm hiểu đặc tính cơ còn giúp ta xác định được phương pháp thiết kế phần mềm điều khiển sao cho...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 4

  1. CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ CHO ROBOT TỰ HÀNH Nội dung chính trong chương II : - Xây dựng mô hình động học cho robot tự hành - Các phương pháp định vị cho robot tự hành 2.1.Mô hình động học cho robot Động học là nghiên cứu cơ bản nhất để tìm hiểu quá trình hoạt động của một hệ thống cơ khí, trong lĩnh vực mobile robot, chúng ta cần phải tìm hiểu đặc tính cơ của robot để thiết kế sao cho phù hợp với các nhiệm vụ đặt ra, đồng thời việc tìm hiểu đặc tính cơ còn giúp ta xác định được phương pháp thiết kế phần mềm điều khiển sao cho phù hợp đối với từng phần cứng của robot. Trong lĩnh vực robot, mobile robot không phải là hệ thống cơ khí quá phức tạp. Như ta đã biết, tay máy đã và đang là lĩnh vực được chú trọng nghiên cứu trong vòng hơn 30 năm trở lại đây. Ở một vài khía cạnh nào đó, tay máy phức tạp hơn nhiều so với mobile robot thế hệ trước đây, ví dụ: một robot hàn thiết kế theo tiêu chuẩn thường có 5 hoặc nhiều hơn 5 khớp, trong khi các mobile robot trước đây thường chỉ là thiết bị truyền động kiểu vi sai đơn giản.
  2. Giữa tay máy và mobile robot có khá nhiều điểm tương đồng. Ví dụ, đối với tay máy, không gian làm việc là vấn đề được quan tâm rất nhiều, nó cho phép xác định phạm vi các vị trí khả thi của tay máy. Không gian làm việc của mobile robot có mức độ quan trọng không kém, nó cho phép xác định phạm vi các tư thế khả thi mà mobile robot có thể có trong môi trường hoạt động. Tính dễ điều khiển của tay máy được định nghĩa là khả năng điều khiển các động cơ để tay máy có thể di chuyển từ vị trí này đến vị trí kia trong không gian làm việc. Tương tự như tay máy, tính dễ điều khiển của mobile robot được định nghĩa là những quỹ đạo định trước hoặc không định trước có thể đạt được trong không gian làm việc của nó. Mobile robot cũng bị giới hạn bởi các nguyên lý về động lực học, ví dụ, giống như ở ô tô, khi chuyển động với tốc độ cao, nếu trọng tâm của mobile robot cao nó sẽ là nguyên nhân giới hạn bán kính xoay thực tế. Tuy nhiên, sự khác biệt chính giữa mobile robot và tay máy là thách thức đáng kể trong kỹ thuật ước lượng vị trí. Tay máy thường có một đầu được gắn cố định, việc xác định vị trí của đầu hoạt động kia hoàn toàn đơn giản, vấn đề là ta phải hiểu được các nguyên lý động học của tay máy và xác định được vị trí của các khớp trung gian. Chính vì thế, ta có thể xác định được vị trí của tay máy nhờ dữ liệu thu được từ cảm biến. Trong khi đó, mobile robot lại là một thiết bị tự động độc lập, nó hoàn toàn có thể tự do di chuyển trong môi trường hoạt động. Không có phương pháp nào có thể giúp ta đo trực tiếp vị trí tức thời của mobile robot. Thay vào đó, thông thường để xác định vị trí của mobile robot, người ta phải tích hợp chuyển động của robot theo thời gian. Ngoài ra, sự trượt của bánh xe còn là nguyên nhân
  3. khiến cho quá trình đánh giá, ước lượng chuyển động của robot giảm bớt độ chính xác. Rõ ràng việc đo chính xác vị trí mobile robot vẫn là lĩnh vực đầy thách thức. Như phần trên đã trình bày, robot tự hành là lĩnh vực khá rộng, đa dạng. Tuy nhiên chúng lại có một điểm chung đó là nhiệm vụ điều khiển robot chính là điều khiển các động cơ. Trong đề tài này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển mô hình robot tự hành cơ bản bao gồm 3 bánh. Trong đó, hai bánh sau là hai bánh chủ động được điều khiển bởi hai động cơ độc lập, bánh phía trước là bánh lái. Coi bánh xe di chuyển trên mặt phẳng là lăn không trượt, tốc độ của robot là tốc độ của trung điểm khoảng cách giữa hai bánh sau. Khối lượng và quán tính của bánh xe coi là không đáng kể, có thể bỏ qua. 2.1.1.Mô hình bánh xe robot Mô hình bánh xe robot được lý tưởng hóa như hình 2.1. Bánh xe quay quanh trục của nó (trục Y). Bánh xe chuyển động theo phương X (trục X ). Khi chuyển động ở tốc độ thấp, có thể bỏ qua ảnh hưởng của sự trượt của bánh xe so với mặt đường. Các thông số của bánh xe : r= bán kính bánh xe v= vận tốc dài của bánh w= vận tốc góc của bánh xe
  4. Hình 2.1. Mô hình bánh xe đã được lý tưởng hóa Động học là bài toán về chuyển động mà không xét tới sự tác động của lực tới chuyển động của robot, nó bao gồm các yếu tố hình học xác định vị trí của robot. Nó bao thể hiện mối quan hệ giữa các thông số điều khiển và các thông số trạng thái của hệ thống trong không gian. 2.1.2.Phương trình động học robot Mô hình robot được thể hiện ở hình 2.2 dưới đây. y ICC ym xm R Θ L Y P 0 x X
  5. Hình 2.2. Mô hình động học của robot tự hành Trước tiên để xác định vị trí của robot trong mặt phẳng, ta xây dựng mối quan hệ giữa tọa độ tham chiếu toàn cục của mặt phẳng và hệ tọa độ tham chiếu cục bộ của robot như hinh 2.2 . Các trục x, y xác định tọa độ của điểm bất kì trong hệ tọa độ toàn cục có gốc O (xOy). Điểm P coi là tâm dịch chuyển của robot, nó được dùng để xác định vị trí của robot. Hệ tọa độ xmPym là hệ tọa độ tham chiếu cục bộ của robot, gắn liền với robot. Như vậy vị trí điểm P trong hệ tọa độ tham chiếu toàn cục được xác định bởi tọa độ x, y và góc lệch θ giữa hai hệ tọa độ toàn cục và cục bộ. Các thông số hình học của robot bao gồm : vr(t)- vận tốc dài của bánh phải vl(t)- vận tốc dài của bánh trái ωr(t)- vận tốc góc của bánh phải ωl(t)- vận tốc góc của bánh trái r- bán kính mỗi bánh robot L- khoảng cách 2 bánh R- khoảng cách từ tâm robot tới tâm vận tốc tức thời ICC- tâm vận tốc tức thời R-L/2 – bán kính mô tả quỹ đạo chuyển động cong của bánh trái R+L/2- bán kính mô tả quỹ đạo chuyển động cong của bánh phải
  6. Từ tâm vận tốc tức thời ICC, ta xác định được vận tốc góc của robot: v r (t )  (t )  (2.1) RL/2 vl (t )  (t )  (2.2) RL/2 vr (t )  vl (t )  (t )  (2.3) L Bán kính cong từ tâm di chuyển của robot tới tâm vận tốc tức thời được tính theo công thức : L(vl (t )  vr (t )) R (2.4) 2(vl (t )  vr (t )) Từ đó vận tốc dài của robot được tính : 1 v(t )   (t ).R  (vr (t )  vl (t )) (2.5) 2 Phương trình toán học trong không gian trạng thái có thể được viết thành: x(t )  v(t )cos (t ) & y(t )  v(t )sin  (t ) & (2.6) &  (t )   (t ) Tích phân 2 vế ta được :
  7. t x (t )   v (t ) cos( ( t )) d ( t ) 0 t y (t )   v (t ) sin( (t )) dt (2.7) 0 t  (t )    (t ) dt 0 Phương trình trên có thể được viết lại dưới dạng ma trận : vx (t )  cos 0  v(t )cos    v(t )   v (t )   v y (t )   sin  0    v(t )sin( )   l     (t )      v (t )  (t )  0 &   1  (t )  r    1  1 1  2 (vr  vl )cos   cos cos  2 2     1 1 1 vr    (vr  vl )sin     sin  sin     (2.8) 2  2 2  vl  (v  v ) / L  1 / L  1 / L   r l            Đây là phương trình mà sẽ được sử dụng để xây dựng mô hình robot trên phần mềm mô phỏng Matlab-Simulink. Trên đó robot sẽ được điều khiển bởi một bộ điều khiển dựa trên Logic mờ .

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản