Nghiên Cứu Giải Thuật Di Truyền Tìm Kiếm Thông Số PID Điều Khiển Robot SCARA Bám Theo Quỹ Đạo

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute sử dụng giải thuật di truyền tìm kiếm thông số pid điều khiển robot scara bám theo quỹ đạo, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Lê Minh Ngọc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thái
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Giải Thuật Di Truyền Tối Ưu PID Cho Robot SCARA Bám Theo Quỹ Đạo
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
• 1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Giới thiệu về luận văn
• 1.5. Mục đích luận văn
• 1.6. Nhiệm vụ giới hạn của đề tài
• 1.7. Phương pháp thực hiện
• 1.8. Tính mới của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID)
• 2.2. Điều khiển thích nghi
• 2.3. Cơ sở lý thuyết Robot
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Xây dựng mô hình toán
• 3.2. Thiết kế bộ điều khiển bám theo quỹ đạo hình tròn
• 3.3. Lưu đồ giải thuật di truyền
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG
• 4.1. Sơ đồ mô phỏng Simulink
• 4.2. Giao diện điều khiển giám sát bằng Visual #
• 4.3. Lưu đồ chương trình C
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG
• 5.1. Giới thiệu sơ bộ về mô hình
• 5.2. Kết quả thực nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Kết quả đạt được
• 6.2. Hướng khắc phục và phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1: Code chương trình Mathlab
• Phụ lục 2: Code chương trình C
• Phụ lục 3: Code chương trình C#

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Giải Thuật Di Truyền Tối Ưu PID

Giải thuật di truyền là một phương pháp tối ưu hóa mạnh mẽ, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả điều khiển robot. Trong nghiên cứu này, giải thuật di truyền được sử dụng để tìm kiếm thông số PID cho robot SCARA, một loại robot công nghiệp phổ biến. Mục tiêu chính là tối ưu hóa các thông số Kp, Ki và Kd của bộ điều khiển PID, nhằm cải thiện khả năng bám theo quỹ đạo của robot. Việc áp dụng giải thuật di truyền không chỉ giúp tìm ra các thông số tối ưu mà còn cho phép mở rộng vùng tìm kiếm, từ đó nâng cao hiệu suất điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng tìm kiếm của giải thuật GA là tốt, với thời gian đáp ứng chấp nhận được trong nhiều tình huống thực tế.

1.1. Tầm quan trọng của PID trong điều khiển robot

Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là một trong những phương pháp điều khiển phổ biến nhất trong ngành tự động hóa. PID giúp duy trì sự ổn định và chính xác trong quá trình điều khiển, đặc biệt là trong các ứng dụng robot. Robot SCARA, với khả năng hoạt động linh hoạt và chính xác, yêu cầu một bộ điều khiển hiệu quả để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp. Việc tối ưu hóa thông số PID thông qua giải thuật di truyền không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian đáp ứng, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của robot. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, nơi mà sự chính xác và tốc độ là yếu tố quyết định thành công.

II. Cơ sở lý thuyết về Robot SCARA

Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là một loại robot công nghiệp được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp và xử lý vật liệu. Với cấu trúc 4 bậc tự do, robot SCARA có khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian ba chiều, cho phép thực hiện các thao tác phức tạp. Cơ chế hoạt động của robot SCARA dựa trên nguyên lý điều khiển động học, trong đó các thông số như vị trí, vận tốc và gia tốc được tính toán để đảm bảo robot di chuyển theo quỹ đạo mong muốn. Việc áp dụng giải thuật di truyền trong việc tối ưu hóa thông số PID cho robot SCARA giúp cải thiện khả năng bám theo quỹ đạo, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc và độ chính xác trong các ứng dụng thực tế.

2.1. Các ứng dụng của Robot SCARA

Robot SCARA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm lắp ráp điện tử, đóng gói, và xử lý vật liệu. Với khả năng hoạt động nhanh chóng và chính xác, robot SCARA là lựa chọn lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất hiện đại. Việc tối ưu hóa thông số PID thông qua giải thuật di truyền không chỉ giúp robot hoạt động hiệu quả hơn mà còn giảm thiểu sai số trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, như lắp ráp linh kiện điện tử, nơi mà bất kỳ sai sót nào cũng có thể dẫn đến thiệt hại lớn.

III. Phương pháp thực hiện và kết quả

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng và kiểm chứng kết quả của giải thuật di truyền trong việc tìm kiếm thông số PID cho robot SCARA. Các thông số Kp, Ki và Kd được tối ưu hóa thông qua quá trình mô phỏng, cho phép đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển PID. Kết quả mô phỏng cho thấy robot có khả năng bám theo quỹ đạo một cách chính xác, với hình dạng và quỹ đạo di chuyển tương đối giống với kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, một trong những hạn chế của giải thuật di truyền là thời gian đáp ứng chậm hơn so với một số phương pháp khác. Điều này cần được xem xét và cải thiện trong các nghiên cứu tiếp theo.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng robot SCARA có thể bám theo quỹ đạo một cách hiệu quả khi sử dụng bộ điều khiển PID được tối ưu hóa. Hình dạng và quỹ đạo di chuyển của robot tương đối giống với kết quả mô phỏng, cho thấy tính khả thi của giải thuật di truyền trong việc tìm kiếm thông số PID. Tuy nhiên, thời gian đáp ứng của robot vẫn cần được cải thiện để đáp ứng nhanh hơn trong các tình huống thực tế. Việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến hơn có thể giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác của robot trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa sản xuất, đặc biệt là các loại tay máy như Robot SCARA với khả năng hoạt động linh hoạt và chính xác. Theo báo cáo của ngành, Robot SCARA được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất với độ chính xác lên đến 0,1 mm và tầm hoạt động từ 0,6 đến 2 mét, tải trọng từ 1 đến 30 kg. Tuy nhiên, việc điều khiển chính xác quỹ đạo chuyển động của robot vẫn là thách thức lớn, đặc biệt khi cần tối ưu các thông số điều khiển PID truyền thống.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và ứng dụng giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA) để tìm kiếm các thông số PID (Kp, Ki, Kd) tối ưu nhằm điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước, cụ thể là quỹ đạo hình tròn. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 4/2013 đến tháng 10/2015 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với mô hình thực nghiệm sử dụng KIT vi điều khiển PIC18F4431 kết nối với Robot SCARA.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện độ chính xác và hiệu quả điều khiển robot, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng trong các ứng dụng công nghiệp. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy giải thuật GA có khả năng tìm kiếm thông số PID trong vùng rộng, giúp robot di chuyển theo quỹ đạo mong muốn với sai số nhỏ, mặc dù thời gian đáp ứng còn chậm hơn so với một số phương pháp khác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên ba nền tảng lý thuyết chính:

1. Điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative): Bộ điều khiển PID được sử dụng để giảm thiểu sai số giữa giá trị đo và giá trị đặt mong muốn thông qua ba thành phần điều chỉnh: tỷ lệ (Kp), tích phân (Ki) và đạo hàm (Kd). Đây là phương pháp điều khiển phổ biến trong công nghiệp nhờ tính đơn giản và hiệu quả.

2. Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA): GA là phương pháp tối ưu dựa trên nguyên lý chọn lọc tự nhiên và di truyền học, được sử dụng để tìm kiếm các thông số PID tối ưu trong không gian giải pháp rộng. Quá trình GA bao gồm khởi tạo quần thể, đánh giá hàm thích nghi, chọn lọc, lai ghép và đột biến để tạo ra thế hệ mới.

3. Động học robot SCARA: Mô hình động học thuận và ngược của robot SCARA 2 bậc tự do được xây dựng dựa trên phương pháp Denavit-Hartenberg, xác định vị trí và hướng của cánh tay robot thông qua các biến khớp góc. Phương trình động lực học được thiết lập dựa trên nguyên lý Lagrange, tính toán moment quán tính, ma sát và các lực tác động lên các khớp.

Các khái niệm chính bao gồm: moment quán tính, hệ số ma sát, quỹ đạo hình tròn, hàm mục tiêu trong GA, và các tham số điều khiển PID.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm mô hình toán học của robot SCARA, dữ liệu mô phỏng trên phần mềm MATLAB Simulink và kết quả thực nghiệm từ mô hình thực tế sử dụng KIT vi điều khiển PIC18F4431.

Phương pháp phân tích gồm:

• Xây dựng mô hình toán học động học và động lực học của robot SCARA 2 bậc tự do.
• Thiết kế bộ điều khiển PID với các thông số được tìm kiếm bằng giải thuật GA.
• Lập trình mô phỏng trên MATLAB để đánh giá hiệu quả của các thông số PID tìm được.
• Thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng.

Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình robot SCARA 2 bậc tự do, được lựa chọn do tính đơn giản và khả năng kiểm soát quỹ đạo rõ ràng. Phương pháp chọn mẫu là mô hình thực nghiệm kết hợp mô phỏng, nhằm đảm bảo tính khả thi và độ chính xác của kết quả. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 4/2013 đến tháng 10/2015, bao gồm các giai đoạn nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình, mô phỏng và thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tìm kiếm thông số PID bằng giải thuật GA: Kết quả mô phỏng cho thấy giải thuật GA có khả năng tìm kiếm các thông số PID tối ưu với các giá trị Kp1=..., Ki1=..., Kd1=..., Kp2=..., Ki2=..., Kd2=... (các giá trị cụ thể được cập nhật từ mô phỏng). Vùng tìm kiếm rộng giúp GA tránh được các cực trị địa phương, nâng cao hiệu quả tối ưu.

2. Đáp ứng hệ thống: Đáp ứng ngõ ra của hệ thống đạt được với vọt lố 21,4%, thời gian xác lập khoảng 4,2 giây, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề ra (vọt lố không vượt quá 25%). So với các phương pháp điều khiển khác như Fuzzy Logic, GA-PID có ưu điểm về khả năng tìm kiếm thông số tự động nhưng thời gian đáp ứng chậm hơn.

3. Kiểm chứng thực nghiệm: Kết quả thực nghiệm trên mô hình robot SCARA thực tế cho thấy quỹ đạo di chuyển của đầu công tác tương đối giống với kết quả mô phỏng, sai số vị trí trong phạm vi chấp nhận được. Điều này chứng minh tính khả thi của giải thuật GA trong việc tìm kiếm thông số PID cho điều khiển robot.

4. Hạn chế của giải thuật GA: Thời gian đáp ứng của hệ thống điều khiển bằng GA-PID chậm hơn so với một số phương pháp khác, do quá trình tìm kiếm thông số mất nhiều thời gian. Ngoài ra, hệ thống không thể bám theo tín hiệu ngõ vào dạng xung vuông với chu kỳ ngắn do đặc tính đáp ứng chậm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả tìm kiếm thông số PID bằng GA là do khả năng khám phá không gian giải pháp rộng và tránh bị kẹt ở cực trị địa phương. So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng phương pháp đặt cực hay Fuzzy Logic, giải thuật GA mang lại sự tự động hóa cao hơn trong việc xác định tham số điều khiển.

Việc mô phỏng trên MATLAB Simulink kết hợp với thực nghiệm trên KIT vi điều khiển PIC18F4431 giúp đánh giá toàn diện hiệu quả của giải thuật. Biểu đồ vị trí, vận tốc và gia tốc theo thời gian minh họa rõ sự phù hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm, đồng thời bảng thống kê các thông số đáp ứng cho thấy hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật.

Tuy nhiên, hạn chế về thời gian đáp ứng chậm cần được khắc phục trong các nghiên cứu tiếp theo, có thể bằng cách kết hợp GA với các thuật toán tối ưu khác hoặc cải tiến thuật toán GA để tăng tốc độ hội tụ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thuật toán GA: Cần nghiên cứu và áp dụng các kỹ thuật cải tiến giải thuật di truyền như lai ghép đa điểm, đột biến có hướng hoặc kết hợp với thuật toán học máy để giảm thời gian hội tụ, nâng cao tốc độ đáp ứng của hệ thống điều khiển.

2. Mở rộng phạm vi ứng dụng: Áp dụng giải thuật GA tìm kiếm thông số PID cho các loại robot SCARA có nhiều bậc tự do hơn hoặc các hệ thống robot phức tạp hơn nhằm nâng cao tính ứng dụng trong công nghiệp.

3. Phát triển phần cứng điều khiển: Nâng cấp KIT vi điều khiển hoặc sử dụng các bộ xử lý có hiệu năng cao hơn để cải thiện khả năng xử lý tín hiệu và đáp ứng nhanh hơn cho hệ thống điều khiển robot.

4. Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển trực quan: Phát triển phần mềm giao diện người dùng bằng các ngôn ngữ lập trình hiện đại để dễ dàng theo dõi, điều chỉnh và tối ưu hóa quá trình điều khiển robot trong thực tế.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, với sự phối hợp giữa các nhóm nghiên cứu kỹ thuật điều khiển, lập trình và thiết kế cơ khí, nhằm nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của hệ thống điều khiển robot SCARA.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện tử và Tự động hóa: Luận văn cung cấp kiến thức sâu về điều khiển PID, giải thuật di truyền và ứng dụng trong robot, giúp nâng cao kỹ năng nghiên cứu và thực hành.

2. Kỹ sư phát triển hệ thống robot công nghiệp: Tham khảo để áp dụng giải thuật GA trong việc tối ưu hóa điều khiển robot SCARA, cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.

3. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển tự động: Tài liệu hữu ích cho việc giảng dạy và phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến điều khiển thích nghi và tối ưu hóa thuật toán.

4. Doanh nghiệp sản xuất và phát triển robot: Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm robot, giảm chi phí thiết kế và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải thuật di truyền là gì và tại sao được chọn để tìm kiếm thông số PID?
   Giải thuật di truyền là phương pháp tối ưu dựa trên nguyên lý chọn lọc tự nhiên, giúp tìm kiếm trong không gian giải pháp rộng và tránh bị kẹt ở cực trị địa phương. Nó được chọn vì khả năng tự động hóa và hiệu quả trong việc tìm kiếm các tham số điều khiển phức tạp.

2. Robot SCARA có đặc điểm gì nổi bật trong điều khiển quỹ đạo?
   Robot SCARA có cấu hình 2 bậc tự do với chuyển động quay quanh trục đứng, phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao và tốc độ nhanh trong mặt phẳng làm việc, đặc biệt là bám theo quỹ đạo hình tròn hoặc đường thẳng.

3. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm có giống nhau không?
   Kết quả thực nghiệm cho thấy quỹ đạo di chuyển của robot tương đối giống với mô phỏng, chứng tỏ tính khả thi của giải thuật GA trong việc tìm kiếm thông số PID điều khiển robot.

4. Hạn chế lớn nhất của giải thuật GA trong nghiên cứu này là gì?
   Thời gian đáp ứng của hệ thống điều khiển bằng GA-PID chậm hơn so với một số phương pháp khác, do quá trình tìm kiếm thông số mất nhiều thời gian và tính toán phức tạp.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại robot khác không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh mô hình toán học và thuật toán tìm kiếm phù hợp với cấu hình và đặc tính của từng loại robot để đảm bảo hiệu quả điều khiển.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc ứng dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm các thông số PID tối ưu cho điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo hình tròn.
• Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy độ chính xác cao, đáp ứng kỹ thuật được đảm bảo với vọt lố dưới 25% và thời gian xác lập khoảng 4,2 giây.
• Giải thuật GA có ưu điểm về khả năng tìm kiếm trong không gian rộng nhưng còn hạn chế về thời gian đáp ứng chậm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới trong điều khiển robot công nghiệp bằng các thuật toán tối ưu hiện đại.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm tối ưu thuật toán GA, nâng cấp phần cứng điều khiển và mở rộng ứng dụng cho các hệ thống robot phức tạp hơn.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng và cải tiến giải thuật GA trong các dự án điều khiển robot, đồng thời phối hợp với các lĩnh vực công nghệ khác nhằm nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, tác giả sẽ tìm hiểu tình hình nghiên cứu các đề tài liên quan đến lĩnh vực cánh tay Robot ở trong và ngoài nước. Điều này giúp tác giả có cái nhìn tổng quan về đối tượng SCARA Robot và mục tiêu điều khiển mà tác giả lựa chọn để nghiên cứu trong khóa luận này. Tiếp theo, tác giả trình bày mục đích luận văn, nhiệm vụ giới hạn đề tài và phương pháp thực hiện. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại thì không thể thiếu sự hỗ trợ của các tay máy công nghiệp.

Dẫn đến các tay máy ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn và “Robot SCARA” là một điển hình cho các tay máy với khả năng hoạt động linh hoạt, chính xác và dễ điều khiển. Chính vì vậy tác giả chọn Robot SCARA làm đối tượng nghiên cứu trong khóa luận này. Một số kết quả nghiên cứu trong nƣớc Thông qua các kênh thông tin trên internet, tạp chí khoa học, luận văn… cho thấy một số tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu của tác giả.  Nghiệm thu dự án Thiết kế chế tạo Robot Scara 3 và 4 bậc tự do [7] Trong hu n hổ chương tr nh chế tạo Robot c ng nghiệp, ngày 04 0 2013, Sở Khoa học và C ng nghệ thành phố đã tổ chức nghiệm thu dự án “T S 3 4 ” do ThS.

han Văn Đức làm chủ nhiệm dự án và C ng ty TNHH Sản xuất Thương mại D ch vụ AUTE làm Cơ quan chủ tr. Sản ph m dự án g m: HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 1 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1 tay máy Scara 3 bậc tự do, 1 tay máy Scara 4 bậc tự do và m theo bộ tài liệu g m 1 bài thực hành cơ bản.1: Robot Scara 3 và 4 b c t do.  Robot Việt Nam dự triển lãm lớn nhất thế giới [8] Bốn mẫu robot công nghiệp "made in Vietnam" tham dự International Robot Exhibition (IREX 2009) - triển lãm lớn nhất thế giới về robot diễn ra tại trung tâm triển lãm Tokyo Big Sight (Nhật Bản), ngày 25-28/11/2009. HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 2 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Đây là các sản ph m mới nhất do Công ty CP Robot TOSY Việt Nam nghiên cứu và chế tạo.

Hai Arm Robot là tay máy đa năng có thể làm nhiều công việc như hàn, sơn, lắp ráp, đóng gói, di chuyển vật liệu, xếp dỡ pallet. Còn SCARA Robot và Parallel Robot có tốc độ cao, ứng dụng gắp các sản ph m trên băng chuyền chuyển động nhanh. Các robot này có độ chính xác 0,1 mm, tầm hoạt động 0,6-2 mét, tải trọng 1-30 kg. Ngoài giải thưởng Sản ph m được yêu thích nhất do tạp chí Popular Science Magazine bình chọn thì Robot nhảy TOSY còn vinh dự được xuất hiện trên nhiều kênh truyền hình lớn của Mỹ như Fox News, NBC, MTV như một điểm sáng của triển lãm CES 2013.

Robot nhảy TOSY sử dụng công nghệ cảm biến âm thanh.  Nghiên cứu ứng dụng chuyển động của cánh tay người cho Robot [5] Mạng thần inh (Neural networ ) được phát triển để điều khiển cánh tay robot khi cần tạo ra những đường di chuyển cho robot. Trong nghiên cứu này, một mạng thần kinh nhiều lớp bac propagation đã được sử dụng để tạo ra các đường chuyển động nằm trong mặt phẳng thẳng đứng từ bộ dữ liệu chuyển động cánh tay HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 3 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI của con người. Các mạng thần inh được huấn luyện để có thể tạo ra các đường chuyển động theo thời gian thực.

Các bộ dữ liệu của chuyển động cánh tay của người trong mặt phẳng thẳng đứng thu được từ hệ thống chụp chuyển động VICON và được phân loại thành hai loại đường chuyển động trước khi chuyển đến hệ thống thần kinh. Loại đường I, chuyển động cánh tay của con người đơn giản, có thể được dạy học và lặp lại một cách ổn đ nh. Tuy nhiên, độ chính xác lặp lại chưa cao 1.2 cm trên 10 lần lấy mẫu; Nhưng loại đường II - chuyển động của cánh tay con người phức tạp hơn do đó mạng thần kinh cần được sửa đổi trước khi thực hiện các đường chuyển động dạng này. Một thuật toán huấn luyện hiệu quả đã được phát triển và tạo ra những chuyển động giống như cánh tay con người.

 Nghiên cứu chế tạo Robot 5 bậc tự do [6] Luận văn xây dựng thành công cánh tay máy 5 bậc tự do với những phương pháp điều khiển điểm đến điểm dùng kỹ thuật PWM. Luận văn cũng phát huy khả năng thiết kế và kỹ năng sử dụng các công cụ hỗ trợ, thực hành gia công các chi tiết, sử dụng các cơ cấu một cách linh hoạt và hợp lý nhất. Làm chủ được quá tr nh điều khiển động cơ RC servo dựa trên nền tảng vi điều khiển, phát huy tư duy lập trình, tính toán…tác giả cũng đã ết hợp một cách hài hòa giữa cơ hí và điện tử, đ ng thời qua đó cũng đã thấy được sợi dây ràng buộc vững chắc giữa lý thuyết và thực hành. Luận văn đã giúp tác giả vận dụng một cách hoàn hảo lý thuyết vào trong thực tế và dùng thực tế để kiểm tra lại lý thuyết.

HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 4 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hì 1.1 ê 15 lầ l ẫ ; N ễ ADC ũ â ì lắ q ì ọ … ư ũ í l ê ứ ắ ữ ê â í ọ ằ (GA) ằ ì ô ố PID SCARA e q ì ò ở l lầ ẽ ô ở l í ADC ằ â ễ ADC ô ố. HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 5 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc  Vibration Control Comparison Of A Single Link Flexible Manipulator Between Fuzzy Logic Control And Pole Placement Control [8] Bài báo này nhóm tác giả đưa ra hai phương pháp điều khiển Fuzzy Logic và Đặt cực nhằm kiểm soát các dao động và sai lệch ở các khớp đơn. ua đó so sánh đối chiếu để tìm ra giải pháp tối ưu.

Nhóm tác giả đã xây dựng thuật toán trên môi trường MATLAB Simulink và thuật toán Fuzzy Logic đã được lựa chọn. Kết quả cho thấy phương pháp Fuzzy Logic iểm soát các dao động và sai lệch ở các khớp đơn tốt hơn hẳn so với phương pháp Đặt Cực. Tham khảo bảng 1.1 Kết quả: hương pháp Vọt lố (đơn v Vọt lố (đơn v Sai lệch tối đa Sai lệch tối đa điều khiển độ) với tải độ) với tải (đơn v độ) với (đơn v độ) với trọng 0g trọng 30g tải trọng 0g tải trọng 30g Fuzzy logic 0 2.1: Kết quả của hai phương pháp Fuzzy logic và đặt cực.  From Motion Planning to Kinematic control of SCARA robot [9] Các công nghệ mới bên trong robot, đòi hỏi hệ thống của nó ngày càng trở nên th ng minh hơn.

Điều quan trọng là kết hợp các hệ thống phụ khác nhau cho phép một robot d ch vụ nhận được nhiều hơn ứng dụng làm việc trong các lĩnh vực hác nhau. Như vậy, việc phát triển các ứng dụng cụ thể là cần thiết. Bài viết này đề ra cách thay thế ứng dụng cho các robot bằng tay kết hợp với nhiều kỹ thuật khác nhau thuộc lĩnh vực Robot, chẳng hạn như: hoạch đ nh chuyển động, hoạch đ nh và kiểm soát quỹ đạo mục tiêu. Điều này liên quan đến cấu hình một SCARA robot và cuối cùng là thực hiện xác nhận mô phỏng.

HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 6 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.4: C u hình robot SCARA Bài báo này nhóm tác giả đề cập đến quỹ đạo điểm đến điểm và quỹ đạo đa điểm. Vận tốc được đề xuất là dạng tam giác. Hạn chế của bài báo này là chỉ đưa ra quỹ đạo dạng m phỏng và chưa được iểm chứng thực tế. hương pháp điều hiển là động lực học v trí, sử dụng bộ điều hiển ID.5: V n tốc với biên d ng tam giác HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 7 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.6: H thố u khi n vòng lặp.7: Gi ồ v n tốc d ược.8: Qu o mong muốn.

HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 8 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI  Trajectory Planning Design Equations and Control of a 4 - axes Stationary Robotic Arm [10] Bài báo này đề cập đến việc thiết kế quỹ đạo di chuyển cho robot SCARA 4 trục, dùng trong phòng thí nghiệm. Ý chính của bài báo này là việc thiết kế quỹ đạo di chuyển liên tục cho cánh tay robot SCARA trong quá trình học việc của nó từ điểm đến điểm trong không gian làm việc và tránh tất cả chướng ngại vật thuộc quỹ đạo đường đi của nó. động học thuận cho v trí và hướng của cánh tay robot trong h ng gian 3D. Động học ngược cho tập hợp các biến khớp sẽ đáp ứng cùng với việc xử lý v trí và đ nh hướng.

Kết quả chỉ dừng ở cấp độ mô phỏng, kết quả thực nghiệm chưa thấy tác giả đề cập.9: H thống Robot SCARA và máy tính HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 9 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.10: Qu o di chuy n của Robot SCARA hương tr nh quãng đường là dạng bậc 3: a*t^3+b*t^2+c*t+d=P hương tr nh vận tốc là dạng bậc 2 (Quãng đường chia thời gian): a*t^2+b*t+c+d/t=V hương tr nh gia tốc là dạng bậc nhất (bằng đạo hàm của vận tốc): 2a*t+b- d/t^2=A với a=-6; b=30; d=0 Hình 1.11: Bi ồ vị trí, v n tốc và gia tốc theo thời gian HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 10 Luan van KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1. Giới thiệu về luận văn 1. Mục đích luận văn - Nghiên cứu, xây dựng và mô phỏng chương tr nh sử dụng giải thuật GA để tìm ra bộ thông số PID nhằm điều khiển tay máy SCARA bám theo quỹ đạo đường tròn dựa trên m i trường Matlab. - Kiểm chứng kết quả của giải thuật di truyền trên mô hình thực Robot SCARA.

Nhiệm vụ giới hạn của đề tài Đề tài “Sử dụng giải thuật GA tìm kiếm thông số ID điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước” đưa ra ết quả mô phỏng. Từ đó, thi c ng và thực nghiệm kết quả mô phỏng trên mô hình thực tế. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài nghiên cứu: Nhiệm vụ mô hình hóa mô phỏng:  Tìm ra mô hình toán của hệ thống.  Xây dựng giải thuật tìm kiếm GA.

Về phần thiết kế cơ khí đặt ra những nhiệm vụ như sau:  Thiết kế Robot SCARA trên AutoCAD và Solidworks.  Xây dựng mô hình hoàn chỉnh.  Kiểm tra khả năng hoạt động của mô hình.