I. Giới thiệu về Nghiên cứu Điều khiển Cánh tay Robot Pendubot tại HCMUTE
Nghiên cứu này tập trung vào điều khiển robot cụ thể là điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do Pendubot tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HCMUTE). Đây là một hệ thống robot học điển hình, thuộc loại hệ thống phi tuyến và hệ thống thiếu dẫn động (underactuated system), đặt ra nhiều thách thức trong việc thiết kế thuật toán điều khiển. Nghiên cứu sinh HCMUTE đã áp dụng nhiều phương pháp điều khiển tiên tiến để giải quyết vấn đề điều khiển robot học này. Mục tiêu chính là thiết kế và thực nghiệm một hệ thống điều khiển hiệu quả cho pendubot, bao gồm cả giai đoạn đưa lên (swing-up control) và giai đoạn giữ thăng bằng (stabilization control). Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn đối với cả lý thuyết và thực tiễn trong lĩnh vực điều khiển robot HCMUTE và nghiên cứu robot nói chung. Nghiên cứu điều khiển cánh tay robot Pendubot hai bậc tự do tại HCMUTE mang lại những đóng góp đáng kể cho lĩnh vực điều khiển tự động.
1.1 Mô hình hóa và Nhận dạng Hệ thống Pendubot
Một phần quan trọng của nghiên cứu là mô hình hóa pendubot. Mô hình Pendubot được xây dựng dựa trên phương trình động học, bao gồm cả động học thuận (forward kinematics) và động học nghịch (inverse kinematics). Để có thể điều khiển hệ thống một cách hiệu quả, cần phải hiểu rõ các đặc tính động lực học của hệ thống. Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nhận dạng hệ thống, bao gồm cả phương pháp có tham số và không tham số, để xác định chính xác các thông số của mô hình pendubot. Các phương pháp như ARX, ARMAX, OE, và BJ được sử dụng và so sánh. Kết quả nhận dạng được dùng để xây dựng mô phỏng robot trên phần mềm Matlab/Simulink, tạo điều kiện cho việc thiết kế và kiểm tra các thuật toán điều khiển trước khi áp dụng lên hệ thống thực tế. Việc mô phỏng robot cho phép đánh giá hiệu quả của các thuật toán điều khiển trong các điều kiện khác nhau, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Phân tích đáp ứng tần số và phân tích đáp ứng quá độ được thực hiện để đánh giá độ chính xác của mô hình.
1.2 Thiết kế và Thực nghiệm Thuật toán Điều khiển
Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế các thuật toán điều khiển cho cánh tay robot hai bậc tự do. Các thuật toán được nghiên cứu bao gồm điều khiển PID, điều khiển LQR (Linear Quadratic Regulator), và điều khiển Swing-up. Điều khiển Swing-up được sử dụng để đưa pendubot từ trạng thái ban đầu đến vị trí thẳng đứng. Điều khiển LQR sau đó được sử dụng để ổn định hệ thống ở vị trí này. Việc lựa chọn các thuật toán này dựa trên tính chất phi tuyến và thiếu dẫn động của hệ thống. Nghiên cứu cũng đã xem xét điều khiển tối ưu và điều khiển học sâu như những hướng phát triển tiềm năng. Quá trình thiết kế robot được thực hiện dựa trên nền tảng vi điều khiển LAUNCHXL-F28379D, kết hợp với phần mềm Matlab/Simulink thông qua Embedded Coder Support Package for Texas Instrument C2000 Processors. Kết quả thực nghiệm trên hệ thống thực tế cho thấy hiệu quả của các thuật toán điều khiển đã được thiết kế. Điều khiển hệ thống phi tuyến luôn là một thách thức, và nghiên cứu này đã chứng minh được khả năng điều khiển thành công hệ thống Pendubot phức tạp.
1.3 Đóng góp và Ứng dụng Thực tiễn
Nghiên cứu này có nhiều đóng góp quan trọng. Về mặt học thuật, nghiên cứu cung cấp một ví dụ thực tế về việc thiết kế và điều khiển một hệ thống robot học phức tạp. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tự động hóa, robot công nghiệp, và điều khiển chuyển động chính xác. Điều khiển robot hiệu quả có thể cải thiện hiệu suất và năng suất trong các ứng dụng công nghiệp. Việc sử dụng vi điều khiển cho phép tích hợp hệ thống vào các ứng dụng nhúng. Nghiên cứu điều khiển robot HCMUTE đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo. Nghiên cứu cũng đóng góp vào việc đào tạo sinh viên trong lĩnh vực điều khiển tự động và robotics research. HCMUTE research trong lĩnh vực này sẽ đóng góp vào sự phát triển của công nghệ trong nước.
