Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:125

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng nơron để điều khiển chuyển động mobile robot. Xây dựng phương trình toán học của đối tượng mobile robot tự hành. Mô phỏng ứng dụng mạng nơron nhân tạo để điều khiển mobile robot theo quỹ đạo cho trước. Nghiên cứu giải thuật định vị vật cản và phát hiện vật cản, điều khiển Mobile robot tránh vật cản

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- LÊ THANH HOÀN ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành : 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THU HÀ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2012
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS Trần Thu Hà (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 4. TS. Nguyễn Hùng Chủ tịch hội đồng 1. PGS.TS. Bùi Xuân Lâm Phản biện 1 3. TS. Đồng Văn Hướng Phản biện 2 2. PGS.TS. Ngô Văn Dưỡng Ủy viên 5. TS. Trương Việt Anh Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS. Nguyễn Hùng
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP.HCM, Ngày 21 tháng 12 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THANH HOÀN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1987 Nơi sinh: DăkLăk Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031015 I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Chương 1: Tổng quan. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Mô hình động học của mobile robot. - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot. - Chương 5: Kết luận. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN THU HÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Trần Thu Hà
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Thanh Hoàn
ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học, Khoa Cơ – Điện – Điện tử cùng các Giảng viên trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình tạo điều kiện và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thu Hà, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Với những chỉ dẫn, những tài liệu, sự tận tình hướng dẫn, những lời đôn đốc và động viên của Cô đã giúp em vượt qua nhiều khó khăn thách thức trong quá trình thực hiện luận văn này. Sau cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân, luôn động viên, tiếp thêm sức mạnh cho em và các anh, chị trong lớp 11SMD1 đã sát cánh, cổ vũ em trên con đường tri thức. Lê Thanh Hoàn
iii TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật và nhu cầu của con người trong đời sống ngày càng được nâng lên. Việc thiết kế ra những sản phẩm mang lại tiện ích cho con người cần phải đáp ứng được các nhu cầu đó. Việc xây dựng một robot tự hành có thể thay thế con người thực hiện các công việc trong các môi trường độc hại (Ví dụ: môi trường hóa chất, nhiệt độ cao, áp xuất cao, những khu vực hạn chế tầm nhìn, phóng xạ, …) là một vấn đề cấp thiết. Vấn đề đặt ra là chế tạo và làm ra mobile robot có khả năng di chuyển tránh vật cản sử dụng được trong nhiều loại môi trường. Vì vậy, trong cuốn luận văn này báo cáo đề tài “Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản”. Luận văn áp dụng lý thuyết mạng nơron nhân tạo xây dựng một mobile robot di chuyển trên mặt phẳng có thể tự động cảm nhận và tránh được các chướng ngại vật. Nội dung thực hiện của luận văn gồm có 5 chương như sau: - Chương 1: Tổng quan – Giới thiệu đề tài về robot tự hành và ý nghĩa thực tiễn của nó, nhiệm vụ giới hạn của đề tài, nội dung thực hiện. - Chương 2: Tổng quan về nơron nhân tạo – Trình bày lý thuyết áp dụng trong đề tài luận văn. - Chương 3: Mô hình động học mobile robot – Giới thiệu và xây dựng mô hình toán học cho mobile robot. Chạy chương trình mô phỏng bằng phần mềm matlab và đưa ra một số kết quả mô phỏng. - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot - Thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm gồm: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, lựa chọn thiết kế, thông số của đối tượng cần điều khiển, mạch vi điều khiển, mạch nguồn .... - Chương 5: Kết luận – Phân tích kết quả luận văn, những thuận lợi, khó khăn và hướng phát triển đề tài.
iv ABSTRACT Today, with the continuous development of science and technology, human life is increasingly improved. The design of these products bring benefits to human. The construction of a self-propelled robot can replace humans perform tasks in hazardous environments (for example: environmental chemicals, high temperature, high pressure, limited vision areas, free radiation, mine, etc.). The question is how to make mobile robots capable of moving avoid obstacles used in a variety of environments. The thesis report topic "The application of neural networks to control mobile robot avoid obstacles." This thesis applies the theory of artificial neural networks; genetic algorithms to build a mobile robot moving in the plane can automatically sense and avoid obstacles. Contents of the thesis consist of five chapters as follows: - Chapter 1: Overview - Introduction to themes of self-propelled robot and its practical implications, limitations of the mandate, perform content. - Chapter 2: Overview of artificial neuron - Presentation of simulation theory applies in topics such as: artificial neural networks. - Chapter 3: Mobile robot dynamics model - Introduction and mathematical modeling for self-propelled robot. Control Solution and simulation - Make some simulation results to compare and change control methods and parameters. - Chapter 4: Design and construction - Presentation design process and construction. - Chapter 5: Conclusion - Analysis of the results of the thesis and development.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................................. i LỜI CÁM ƠN....................................................................................................................... ii TÓM TẮT............................................................................................................................ iii MỤC LỤC ............................................................................................................................ v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH......................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................................ 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................ 2 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.3 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN .................................................................................... 3 1.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU............................................................... 3 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới...................................................................3 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 7 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON. .............................................................................. 8 2.1.1. Những kiến trúc tính toán................................................................................8 2.1.2. Lịch sử phát triển của mạng nơron ..................................................................9 2.1.3 Mô hình mạng nơron nhân tạo........................................................................10 2.1.4 Phân loại theo cấu trúc mạng nơron................................................................ 17 2.2 ỨNG DỤNG CỦA MẠNG NƠRON TRONG ĐIỀU KHIỂN .................................. 25 2.2.1 Mạng nơron 3 lớp truyền thẳng ......................................................................26 2.2.2 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp................................................................ 26 2.3 MỘT SỐ CẤU TRÚC MẠNG NƠRON VÀ HUẤN LUYỆN MẠNG .................... 27 2.3.1 Mạng nơron 3 lớp lan truyền ngược ............................................................... 27 2.3.2 Luật học lan truyền ngược..............................................................................28
vi 2.3.3 Cấu trúc mạng nơron nhiều lớp ......................................................................34 2.3.4 Các hệ số học của lan truyền ngược................................................................ 36 2.4. MẠNG NƠRON TRONG KĨ THUẬT ROBOT ....................................................... 38 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT .................................... 40 3.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT......................................... 41 3.2 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG............................................................. 45 3.2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MOBILE ROBOT .....................................45 3.2.2 SƠ ĐỒ SIMULINK ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT BẰNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ......................................................................................... 45 a. Mô phỏng robot chuyển động theo quỹ đạo thiết lập trước là đường cong...........49 b. Mô phỏng với quỹ đạo đặt trước là đường thẳng .................................................52 c. Thiết lập tín hiệu đặt là đường tròn......................................................................56 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA ROBOT .................................................. 59 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI ROBOT ............................................................................................... 60 4.1.1 Nguồn cung cấp cho robot..............................................................................60 4.1.2 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A......................................................61 4.1.3 Cảm biến quang E3S-AD12 ...........................................................................74 4.1.4 Khối động lực ................................................................................................ 74 4.2. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ............................................................................................ 75 4.3 LỰA CHỌN THIẾT KẾ .............................................................................................. 77 4.3.1 Hình dáng của robot ....................................................................................... 77 4.3.2 Động cơ .........................................................................................................80 4.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN......................................................... 81 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp ............................................................... 81 4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ...................................................................81 4.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực .....................................................................82 4.4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều relay, sơ đồ nguyên lý khối sensor ..............82
vii 4.5 THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH.......................................................................................... 83 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ................................................................................................. 90 5.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI ............................................................. 91 5.2 ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 92 5.2.1 Ưu điểm....................................................................................................................92 5.2.2 Khuyết điểm .............................................................................................................92 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI................................................................................. 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 94 PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 95
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UTP Ngưỡng trên (Upper Trip Point) LTP Ngưỡng dưới (Lower Trip Point) MSE Sai số trung bình bình phương (Mean square error)
ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1 Một mạng nơron đơn giản gồm hai nơron .................................................. 11 Hình 2.2 Nơron là khâu MISO.................................................................................. 12 Hình 2.3 Cấu trúc của một phần tử xử lý nơron thứ i (PE) ....................................... 13 Hình 2.4 Các hàm kích hoạt...................................................................................... 17 Hình 2.5 Phân loại theo cấu trúc mạng nơron ........................................................... 18 Hình 2.6 Cấu trúc chung của mạng Jordan................................................................ 20 Hình 2.7 Mạng hồi quy đơn giản ............................................................................. 21 Hình 2.8 Học có giám sát ......................................................................................... 23 Hình 2.9 Học không có giám sát............................................................................... 24 Hình 2.10 Cấu trúc chung của quá trình học ............................................................. 27 Hình 2.11 Mạng Nơron 3 lớp lan truyền ngược ........................................................ 30 Hình 2.12. Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp ........................................................ 37 Hình 3.1 Biểu diễn Mobile robot trong không gian hai chiều.................................... 40 Hình 3.2 Hệ thống điều khiển chuyển động robot di động ........................................ 42 Hình 3.3 Khối tùy chỉnh mạng nơron........................................................................ 43 Hình 3.4 Hệ thống điều khiển mobile robot di động sử dụng mạng nơron................. 44 Hình 3.5 Mô hình toán của robot di động ................................................................. 45 Hình 3.6 Thiết lập tín hiệu đặt là đường cong ........................................................... 46 Hình 3.7 Vị trí của robot sau khi xử lý tín hiệu đặt là đường cong ............................ 46 Hình 3.8 Tín hiệu ngõ ra đối với trục x khi tín hiệu đặt là đường cong ..................... 47
x Hình 3.9 Tín hiệu ngõ ra đối với trục y khi tín hiệu đặt là đường cong ..................... 47 Hình 3.10 Thiết lập tín hiệu đặt là hình tứ giác ......................................................... 48 Hình 3.11 Vị trí của robot sau khi xử lý tín hiệu đặt là hình tứ giác .......................... 53 Hình 3.12 Tín hiệu ngõ ra đối với trục x khi tín hiệu đặt là hình tứ giác.................... 54 Hình 3.13 Tín hiệu ngõ ra đối với trục y khi tín hiệu đặt là hình tứ giác.................... 55 Hình 3.14 Thiết lập tín hiệu đặt là đường tròn .......................................................... 56 Hình 3.15 Vị trí của robot sau khi xử lý tín hiệu đặt là đường tròn............................ 57 Hình 3.16 Tín hiệu ngõ ra đối với trục x khi tín hiệu đặt là đường tròn..................... 57 Hình 3.17 Tín hiệu ngõ ra đối với trục y khi tín hiệu đặt là đường tròn..................... 58 Hình 4.1 Sơ đồ khối của robot .................................................................................. 60 Hình 4.2 Vi điều khiển PIC 16F877A ...................................................................... 61 Hình 4.3 Sơ đồ khối của PIC16F877A ...................................................................... 64 Hình 4.4 Sơ đồ chân của PIC................................................................................... 65 Hình 4.5 Sơ đồ logic của tất cả các ngắt trong vi điều khiển PIC16F877 ................. 73 Hình 4.6 Cảm biến E3S-AD12 ................................................................................. 74 Hình 4.7 Sơ đồ cấu tạo cảm biến E3S-AD12 ............................................................ 74 Hình 4.8 Lưu đồ giải thuật tiến ................................................................................. 75 Hình 4.9 Lưu đồ giải thuật lùi................................................................................... 76 Hình 4.10 Hình mobile robot từ trái qua phải............................................................ 77 Hình 4.11 Hình mobile robot chụp từ trên xuống dưới............................................. 78 Hình 4.12 Hình mobile robot nhìn từ dưới lên .......................................................... 79
xi Hình 4.13 Hình bên trong mobile robot .................................................................... 79 Hình 4.14 Hình động cơ DC 12V không encoder...................................................... 80 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp ...................................................... 81 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển............................................................. 81 Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý khối mạch động lực ....................................................... 82 Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều relay....................................................... 82 Hình 4.19 Sơ đồ nguyên lý khối sensor .................................................................... 83 Hình 4.20 Robot tránh vật cản phía trước ................................................................. 84 Hình 4.21 Robot tránh vật cản 1 và vật cản 2 phía trước........................................... 85 Hình 4.22 Robot tránh cùng lúc 2 vật cản phía trước ............................................... 86 Hình 4.23 Robot tránh cùng lúc 3 vật cản phía trước ................................................ 87 Hình 4.24 Robot tránh vật cản nằm một phí.............................................................. 88 Hình 4.25 Robot đứng yên khi tín hiệu hồi tiếp về báo không có đường đi ............... 89
xii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Các thanh ghi liên quan đến Port A............................................................ 68 Bảng 4.2 Các thanh ghi liên quan đến Port B............................................................ 69 Bảng 4.3 Các thanh ghi liên quan đến Port C............................................................ 70 Bảng 4.4 Các thanh ghi liên quan đến Port D............................................................ 70 Bảng 4.5 Các thanh ghi liên quan đến Port E ............................................................ 71 .
1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
2 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. Mạng nơron được đã nghiên cứu và được ứng dụng nhiều trong các hệ thống điều khiển thông minh, hệ thống điều khiển tự động nhờ các khả năng: Học, nhớ lại và khái quát hoá từ các mẫu huấn luyện hoặc dữ liệu, mạng nơron nhân tạo trở thành một phát minh ứng dụng mới đầy hứa hẹn. Các tính toán nơron cho phép giải quyết tốt những bài toán đặc trưng bởi một số hoặc tất cả các tính chất sau: sử dụng không gian nhiều chiều, các tương tác phức tạp, chưa biết hoặc không thể theo dõi về mặt toán học giữa các biến. Bài toán lập lộ trình cho mobile robot di chuyển tránh vật cản vô định hình là một bài toán khá phức tạp, do khi tồn tại và hành động trong môi trường mobile robot sẽ phải chịu rất nhiều sự tác động khác nhau. Tuy nhiên, các tính toán mạng nơron lại cho phép giải quyết tốt các bài toán có nhiều tương tác phức tạp. Vì vậy, ứng dụng mạng nơron trong bài toán xác định lộ trình cho mobile robot sẽ hứa hẹn là một giải pháp hiệu quả góp phần nâng cao hiệu năng làm việc của robot nhờ khả năng di chuyển nhanh chóng, chính xác trong các môi trường làm việc của mình. 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Mobile robot dùng để thay thế cho con người làm việc như các cánh tay máy vận chuyển hàng hóa trong các hệ thống công nghiệp. Mobile robot có thể di chuyển trong các môi trường độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe của con người như: môi trường hóa chất, nhiệt độ cao, áp xuất cao, phóng xạ, …để thực hiện nhiệm vụ thay thế con người. Việc nghiên cứu thiết kế mobile robot ứng dụng mạng công nghệ noron điều khiển mobile robot là một vấn đề cần thiết. Tác giả chọn đề tài “Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản”.
3 1.3 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN. Luận văn thạc sĩ thực hiện nhiệm vụ sau : - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng nơron để điều khiển chuyển động mobile robot. Xây dựng phương trình toán học của đối tượng mobile robot tự hành. - Mô phỏng ứng dụng mạng nơron nhân tạo để điều khiển mobile robot theo quỹ đạo cho trước. - Nghiên cứu giải thuật định vị vật cản và phát hiện vật cản, điều khiển Mobile robot tránh vật cản. - Thiết kế và thi công phần cứng của mobile robot với hệ thống điều khiển sử dụng công nghệ mạng nơron chuyển động tránh vật cản. - Thiết kế phần mềm và thi công bộ điều khiển dùng mạng nơron trên vi điều khiển PIC16F877A. - Chạy thử nghiệm trên mô hình thực. 1.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU. 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Hơn nửa thể kỷ qua, robot đã có những bước phát triển và tiến hóa mạnh mẽ. Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng đang là động lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển. Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều trong trên thế giới là: tay máy robot (Robot Manipulators), robot di động (Mobile Robots), robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và robot cá nhân (Personal Robots). Tay máy robot bao gồm các loại robot công nghiệp (Industrial Robot), robot y tế (Medical Robot) và robot trợ giúp
4 người tàn tật (Rehabilitation robot). Với robot phỏng sinh học, các nghiên cứu thời gian qua tập trung vào 2 loại chính là robot đi (Walking robots) và robot dáng người (Humanoid Robots). Đặc biệt robot di động (Mobile Robots) được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều như xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), robot tự hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), robot tự hành trên không UAV (Unmanned Arial Vehicles) và robot tự hành trên vũ trụ (Space robots). Do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng đối với robot di động nên nó đòi hỏi phải có khả năng thích nghi linh hoạt hơn, thông minh hơn và mức độ tự động hóa cao. Nên trên thế giới đã sử dụng mạng nơron trong điều khiển robot di động đã được ứng dụng rộng rãi. - Aliakbar, giảng viên đại học kỹ thuật Amirkabir, Iran viết sách “Multiple Target Tracking For Mobile Robots Using the JPDAF Algorithm”. Tác giả trình bày đã nghiên cứu vấn đề định vị cho Mobile Robot sử dụng kỹ thuật JPDAF (Joint Probabilistic Data Association Filter). Tác giả cho rằng vấn đề ước lượng vị trí của Robot trong môi trường vật lý là vấn đề hết sức quan trọng. Trong lĩnh vực Robot, bộ lọc của Kalman đã dẫn đến một quy luật định hướng. Kalman hướng tới sự kết hợp của tập hợp các thiết bị đo và các phép đo từ các cảm biến trên Robot và từ đó ước lượng vị trí hiện tại của Robot. Giải thuật JPDAF là sự kết hợp của các bộ lọc và các phương pháp ước lượng nhằm hiệu chỉnh vị trí của Robot. Tác giả đã đưa ra các công thức toán học cho giải thuật, cơ sở để giải bài toán checking trên Mobile Robot. - Jungtae Kim, khoa kỹ thuật và khoa học máy tính, POSTECH, Hàn Quốc nghiên cứu điều khiển Mobile Robot thông qua xử lý ảnh nhìn, bài viết “Vision-based Track Running Mobile Robot”. Tác giả đã nghiên cứu các phương pháp điều khiển Mobile Robot chạy theo một ảnh nền. Đầu tiên tác giả xử lý một ảnh, tách đường đi của Robot thành một đường khác màu với môi trường. Từ đường này tác giả xác định
5 mối quan hệ giữa vị trí Robot với đường và tìm ra sai số từ đó đưa ra điều khiển thích hợp. Tác giả đã sử dụng thiết bị camera để đọc ảnh, phân tích và xử lý ảnh. - Bài viết của “S. K. Harisha, Ramkanth Kumar P., M. Krishna, and S. C. Sharma” về vấn đề “Fuzzy Logic Reasoning to Control Mobile Robot on Pre-defined Strip Path”. Tác giả đã nghiên cứu điều khiển, quy hoạch đường đi cho Mobile Robot. Tìm hiểu các lý thuết về Fuzzy, các luật và đưa ra các điều khiển Mobile Robot dựa vào kỹ thuật này. Tiến hành mô phỏng trên phần mềm để kiểm nghiệm kết quả. 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kể trong 25 năm vừa qua. Các nghiên cứu về robot ở Việt Nam liên quan nhiều đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thông minh cho robot. Các nghiên cứu về động học và động lực học robot được các khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các viện nghiên cứu về cơ học, chế tạo máy, quan tâm cả trong dân sự và quân sự. Lĩnh vực điều khiển robot rất phong phú, từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp tính mô men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh như điều khiển sử dụng mạng nơron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự thích nghi, các phương pháp học cho robot, các hệ visual servoing… Ở nước ta lĩnh vực sử dụng mạng nơron để điều khiển mobile robot đã có nhiều đề tài nghiên cứu dưới dạng luận văn, bài báo khoa học. Nhưng chỉ dừng lại ở mô phỏng hoặc đã làm được mô hình. Các robot này ít được ứng dụng vào thực tiễn và chủ yếu để phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy. Ở nước ta, tín hiệu GPS cũng đã được đưa vào ứng dụng trong các thiết bị định vị điều khiển có gắn trong ô tô như của hãng Toyota Việt Nam kết hợp với công nghệ GSM/ GPRS và GIS để giám sát xe từ xa theo thời gian thực.