I. Giới thiệu về Bộ điều khiển haptic cho robot di động từ xa của HCMUTE
Bài báo này trình bày về thiết kế và triển khai một bộ điều khiển haptic cho robot di động từ xa, một dự án nghiên cứu của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Nghiên cứu tập trung vào việc tích hợp công nghệ haptic vào hệ thống điều khiển robot, cho phép người vận hành trải nghiệm phản hồi lực trực tiếp từ robot. Điều này cải thiện đáng kể hiệu quả điều khiển robot và an toàn điều khiển robot, đặc biệt trong các nhiệm vụ phức tạp hoặc môi trường hạn chế tầm nhìn. Robot di động từ xa được sử dụng trong nghiên cứu là loại Car-like, có khả năng di chuyển thẳng và xoay. Hệ thống sử dụng cảm biến haptic để thu thập thông tin về lực tác động của người dùng và thuật toán điều khiển haptic để xử lý thông tin này, tạo ra phản hồi lực tương ứng trên tay cầm điều khiển haptic. Giao diện người máy được thiết kế thân thiện, dễ sử dụng, giúp người vận hành có thể điều khiển robot một cách chính xác và hiệu quả. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển công nghệ điều khiển từ xa và ứng dụng haptic trong robot tại Việt Nam.
1.1. Tổng quan về nghiên cứu điều khiển robot từ xa và công nghệ haptic
Trên thế giới, điều khiển robot từ xa và công nghệ haptic đã được nghiên cứu rộng rãi và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Những ứng dụng này bao gồm phá bom, điều khiển máy xúc, phẫu thuật từ xa, và thực tế ảo. Việc tích hợp haptic feedback robot mang lại nhiều lợi ích như tăng độ chính xác, giảm thời gian huấn luyện, và cải thiện trải nghiệm người dùng. Tuy nhiên, ở Việt Nam, nghiên cứu về điều khiển haptic cho robot di động từ xa còn hạn chế. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu lấp đầy khoảng trống này, đóng góp vào sự phát triển của công nghệ điều khiển từ xa và ứng dụng haptic trong robot trong nước. Teleoperation robot hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm tiên tiến. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển robot từ xa dựa trên công nghệ haptic, bao gồm thiết kế bộ điều khiển haptic, cảm biến haptic, và thuật toán điều khiển haptic. Hệ thống được mô phỏng trên Matlab-Simulink trước khi được triển khai trên robot di động thực tế. Trải nghiệm haptic được đánh giá dựa trên các chỉ số về độ chính xác, độ trễ, và sự thoải mái của người dùng.
1.2. Thiết kế hệ thống điều khiển haptic
Hệ thống được thiết kế dựa trên mô hình robot di động Car-like. Thiết kế hệ thống điều khiển robot bao gồm các thành phần chính: tay cầm điều khiển haptic (cấu trúc bộ điều khiển robot), bộ điều khiển vi xử lý, giao diện người máy, và hệ thống truyền thông không dây (công nghệ điều khiển từ xa). Tay cầm điều khiển haptic được thiết kế để cung cấp phản hồi lực haptic cho người dùng. Cảm biến haptic được sử dụng để đo lực tác động của người dùng. Thuật toán điều khiển haptic được phát triển dựa trên lý thuyết trường thế năng đẩy và bộ điều khiển PID, giúp điều chỉnh lực phản hồi một cách chính xác và mượt mà. Lập trình robot được thực hiện trên nền tảng vi điều khiển, giúp điều khiển động cơ và thu thập dữ liệu từ hệ thống cảm biến robot. Kiểm soát lực robot được thực hiện thông qua việc điều chỉnh các thông số của thuật toán điều khiển. Mô phỏng robot được sử dụng để kiểm tra và tinh chỉnh hệ thống trước khi triển khai trên robot thực tế. Điện tử robot đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự hoạt động ổn định và chính xác của toàn bộ hệ thống.
1.3. Kết quả và đánh giá
Kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink cho thấy hệ thống điều khiển haptic hoạt động hiệu quả, cung cấp phản hồi lực chính xác và mượt mà. Kết quả thực nghiệm trên robot di động thực tế cũng cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ chính xác và hiệu quả điều khiển so với hệ thống không sử dụng haptic. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ chính xác trong việc theo dõi quỹ đạo, thời gian phản hồi, và mức độ thoải mái của người dùng. Hiệu quả điều khiển robot được nâng cao đáng kể nhờ việc tích hợp công nghệ haptic. An toàn điều khiển robot cũng được cải thiện nhờ khả năng phản hồi lực, giúp người dùng phát hiện và xử lý các tình huống bất ngờ. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển ứng dụng robot di động trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến y tế. Phát triển robot HCMUTE trong lĩnh vực này sẽ thúc đẩy sự phát triển của nghiên cứu robot HCMUTE và công nghệ điều khiển robot tại Việt Nam. Triển khai hệ thống robot cho thấy sự khả thi và tiềm năng của hệ thống này trong thực tế.
