BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Đoàn Thanh Xuân
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ ĐÔI SỐ ỨNG DỤNG CHO
RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2024
Công trình được hoàn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Vũ Toàn Thắng
PGS. TS. Nguyễn Thành Hùng
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Đoàn Thanh Xuân, Lê Giang Nam, (2021) “Sự phát triển của
công nghệ bộ đôi số và ứng dụng trong các lĩnh vực”. Tạp chí
Cơ Khí Việt Nam, số 9, tr. 36-45
2. Đoàn Thanh Xuân, Vũ Toàn Thắng, Đặng Thái Việt, Vũ Tiến
Dũng, (2022) “Xây dựng bộ đôi số cho rô bốt UR3 trong hệ thống
lắp ráp bóng đèn”. Tạp chí Cơ khi Việt Nam, số 291, tr. 14-17
3. Doan Thanh Xuan, Le Giang Nam, Dang Thai Viet, Vu Toan
Thang. “A-star Algorithm for Robot Path Planning Based on
Digital Twin” (2022) In: Le, AT., Pham, VS., Le, MQ., Pham, HL.
(eds) The AUN/SEED-Net Joint Regional Conference in
Transportation, Energy, and Mechanical Manufacturing
Engineering. RCTEMME 2021. Lecture Notes in Mechanical
Engineering. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-
981-19-1968-8_8
4. Doan Thanh Xuan, Vu Toan Thang, (2022) “Investigation on
the influence of obstacle size in path planning by a hybrid model
combining an improved A-star algorithm and digital twin”. The
Third International Conference on Material, Machines, and
Methods for Sustainable Development 2022, pp. 2195-4364
(accepted for publication)
5. Doan Thanh Xuan, Tran Van Huynh, Nguyen Thanh Hung,
Vu Toan Thang. “Applying Digital Twin and Multi-Adaptive
Genetic Algorithms in Human–Robot Cooperative Assembly
Optimization”. Applied Sciences. 2023; 13(7):4229.
https://doi.org/10.3390/app13074229
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việc mô phỏng một quá trình hay một hệ thống giúp con người có
cái nhìn sâu sắc hơn về hệ thống, linh hoạt điều chỉnh, thay đổi các
thông số, thiết bị, kiểm thử xác nhận tối ưu hóa trong giai đoạn lập kế
hoạch ban đầu. Với những ưu điểm như trên nên việc mô phỏng đã
được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi, tuy nhiên việc mô phỏng
đa phần chỉ dừng lại ở các mô hình tĩnh và thông tin trao đổi một chiều
từ vật thể vật lý đến đối tượng kỹ thuật số. Khái niệm bộ đôi số với
mong muốn xây dựng được một thiết bị số song sinh với thiết bị vật
lý mô tả một cách chân thực nhất và có thể trao đổi dữ liệu với nhau
đã ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Cùng
với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ số hóa và thông tin thế hệ
mới, dữ liệu có thể được thu thập nhiều hơn, xử lý hiệu quả hơn đã tạo
ra một tiền đề hỗ trợ mạnh mẽ cho sự phát triển của Bộ đôi số.
Nhà máy số đã là xu thế phát triển tất yếu của các ngành công
nghiệp, trong đó Bộ đôi số là đơn vị cơ bản, tổng hợp các bộ đôi số sẽ
tạo thành nhà máy số. Nghiên cứu xây dựng bộ đôi số ứng dụng cho
rô bốt là một nghiên cứu rất mới mẻ, đáp ứng nhu cầu thực tiễn của
công nghiệp và hứa hẹn triển vọng phát triển mạnh mẽ trong những
năm tới cả trong và ngoài nước. Nghiên cứu dựa trên các nghiên cứu
lý thuyết và thực nghiệm để xây dựng mô phỏng một mô hình kỹ thuật
số mô tả chân thực rô bốt và xây dựng kết nối truyền thông giữa thực
thể vật lý và mô hình kỹ thuật số. Việc thực nghiệm được thực hiện
trên đối tượng là rô bốt UR3 trong hệ thống lắp ráp bóng đèn. Bộ đôi
số của rô bốt UR3 sau khi được tạo ra tiếp tục được ứng dụng vào việc
tìm đường đi cho rô bốt và tối ưu hoạt động cộng tác giữa người và rô
bốt.
Ứng dụng rô bốt ngày càng trở nên phổ biến cùng với sự phát triển
của ngành công nghiệp tự động hóa. Nghiên cứu về rô bốt hiện nay
không ngừng gia tăng do nhu cầu lớn trên thị trường, phạm vi ứng
dụng rộng rãi và tiềm năng phát triển kỹ thuật. Đặc biệt, quy hoạch
đường đi của rô bốt đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều qua
2
nhiều thế hệ thuật toán. Tối ưu hóa lập kế hoạch đường đi cho rô bốt
sẽ giúp giảm thời gian và chi phí cho quy trình vận hành rô bốt. Một
trong những thuật toán tìm đường đi cho rô bốt được ứng dụng rộng
rãi là thuật toán A*, thuật toán A* đã được phát minh và nhiều cải tiến
đã được thực hiện để tăng hiệu quả của thuật toán lập kế hoạch đường
đi A* ban đầu. Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp chúng ta
bắt gặp nhiều sự phối hợp làm việc giữa người và rô bốt. Trong các hệ
thống phối hợp này có thể sử dụng được những ưu điểm của rô bốt là
nhanh chóng, chính xác và ưu điểm của con người là sự khéo léo, uyển
chuyển trong các tình huống khác nhau.
Qua phân tích tổng quan bài toán bộ đôi số và rô bốt công nghiệp,
nghiên cứu sinh nhận thấy vấn đề nghiên cứu và phát triển bộ đôi số
ứng dụng cho rô bốt công nghiệp là một hướng nghiên cứu tiềm năng,
vẫn còn có thể khai thác ở nhiều khía cạnh, đặc biệt là mảng ứng dụng
bộ đôi số cho rô bốt công nghiệp để tăng hiệu suất trong hoạt động của
các nhà máy số. Và đó cũng là lý do nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu xây dựng bộ đôi số ứng dụng cho Rô bốt công nghiệp”.
Trong đề tài luận án này, nghiên cứu sinh tập trung vào hướng nghiên
cứu các phương pháp xây dựng bộ đôi số cho rô bốt công nghiệp, phát
triển các ứng dụng cụ thể của bộ đôi số trong các bài toán tìm đường
đi cho rô bốt, hợp tác giữa người và rô bốt.
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Mục đích
Mục đích của luận án là từng bước làm chủ được việc xây dựng bộ
đôi số cho rô bốt công nghiệp, xây dựng các phần mềm cho phép ứng
dụng bộ đôi số trong việc tối ưu hóa đường đi của rô bốt và phối hợp
hoạt động giữa người và rô bốt.
Mục đích cụ thể bao gồm:
- Xây dựng bộ đôi số cho rô bốt công nghiệp
- Đề xuất cải tiến một số ứng dụng bộ đôi số cho rô bốt công nghiệp
trong các bài toán tìm đường đi và hợp tác người và rô bốt
