TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2:
ROBOT DI ĐỘNG 2 BÁNH DẠNG NON-HOLONOMIC BÁM QUỸ ĐẠO
Người hướng dẫn : Th.s Hồ Sĩ Phương
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Huy Phong
Cao Nguyễn Tiến Dũng
Lớp : 61K - KTĐK&TĐH
NGHỆ AN, 2023
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, lĩnh
vực Robot thông minh đang là một xu hướng được nghiên cứu và phát triển của
nhiều quốc gia trên thế giới. Sự ra đời của Robot thông minh đã có những đóng góp to
lớn trong các ngành công nghiệp và xã hội giai đoạn vừa qua. Hiện nay, có rất nhiều
ứng dụng của hệ thống robot thông minh được tìm thấy trong nhiều lĩnh vực như hệ
thống điều khiển, hệ thống quản lý sản xuất, AGV (phương tiện tự động dẫn đường),
chống thảm hoạ và hỗ trợ y tế... Tuy nhiên vấn đề ở đây là việc làm sao để robot tự
hành có thể di chuyển, nhận biết môi trường và thực hiện được nhiệm vụ đặt ra. Vấn
đề đầu tiên là di chuyển, robot tự hành nên di chuyển thế nào và cơ cấu di chuyển nào
là sự lựa chọn tối ưu nhất. Điều hướng là vấn đề cốt lõi trong nghiên cứu và phát
triển Robot tự hành. Từ các thực tế trên, nhóm chúng em thực hiện đề tài robot “Tìm
hiểu và thiết kế chế tạo robot di động dạng non-holonomic”. Thông qua đó có thể trợ
giúp cho con người trong các công việc đòi hỏi tính chính xác cao, tần suất làm việc
lớn cũng như các công việc khó khăn, nguy hiểm.
Tuy thời gian có hạn, song với tinh thần ham học và nỗ lực của bản thân chúng
em đã hoàn thành đề tài đúng với mục tiêu đặt ra. Bên cạnh đó cũng không tránh được
sự sai sót. Do vậy, chúng em rất mong có những góp ý chân thành của các thầy, cô để
đề tài có kết quả cao nhất.
Nhân đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ThS. Hồ Sỹ Phương
người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt các kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình
thực hiện đồ án. Thầy đã tạo môi trường làm việc thuận lợi nhất giúp chúng em hoàn
thành tốt những mục đã đề ra. Ngoài ra, chúng em cũng thật sự biết ơn những thầy cô
giáo trong khoa Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã giảng dạy chu đáo, cung cấp
những kiến thức chuyên sâu góp phần quan trọng để chúng em có thể hoàn thiện đề tài
này.
2
TÓM TẮT
Ở đồ án này nhóm tập trung vào nghiên cứu và áp dụng một phương pháp
kết hợp của bộ điều khiển để kiểm soát xe robot tự hành dạng noholomic sử
dụng phần mềm Mathlab Simulink. Mục tiêu chính của nghiên cứu là cải thiện
khả năng di chuyển và tương tác của robot trong môi trường thực tế, đặc biệt là
trong việc điều khiển vị trí để bám sát theo quỹ đạo. Phương pháp này lựa chọn
sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển vị trí và giảm độ vọt lố, tích hợp với
backstepping để xử lý các vấn đề phi tuyến tính của hệ thống. Nghiên cứu nhấn
mạnh vào việc đối mặt với thách thức của độ vọt lố khi điều khiển xe robot bám
quỹ đạo. Bằng cách kết hợp các kỹ thuật điều khiển PID và backstepping,
nghiên cứu của nhóm đã đạt được hiệu suất tốt hơn trong việc duy trì vị trí của
robot theo quỹ đạo cho trước, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của độ vọt lố
trong thời gian xác lập.
3
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................2
TÓM TẮT.............................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................6
1.1. Tổng quan về mobile robot........................................................................6
1.2 Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................7
1.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................7
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ROBOT DI ĐỘNG
DẠNG NONHOLONOMIC.................................................................................8
2.1. Mô hình toán học........................................................................................8
2.1.1. Mô hình động học................................................................................9
2.1.2 Mô hình động lực học của robot........................................................11
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO ROBOT.............20
3.1. Bộ điều khiển PID....................................................................................20
3.2. Tìm hệ số bộ điều khiển PID....................................................................22
3.3. Bộ điều khiển Backsteping.......................................................................23
3.4. Mô phỏng bám quỹ đạo của robot bằng phần mềm Mathlab Simulink...24
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ LẬP TRÌNH MATHLAB
SIMULINK CHO ROBOT.................................................................................27
4.1 Các bước thực hiện....................................................................................27
4.2. Thiết kế phần cứng trên phần mềm solidworks.......................................28
4.3. Lựa chọn linh kiện....................................................................................29
4.3.1. Nguồn................................................................................................29
4.3.2. Vi điều khiển Arduino Mega2560.....................................................30
4.3.3. Mạch hạ áp........................................................................................31
4
4.3.4. Module điều khiển động cơ DC Motor Driver XY-160D.................31
4.3.5. Động cơ planet..................................................................................32
4.3.6. Shield Arduino..................................................................................33
4.4. Lập trình sử dụng Mathlab Simulink.......................................................33
4.4. Robot chạy thực nghiệm...........................................................................35
KẾT LUẬN.........................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................40
5