I. Nghiên cứu điều khiển
Luận văn tập trung vào nghiên cứu điều khiển hướng chuyển động của robot rắn, một hệ thống phức tạp với cấu trúc underactuated. Robot rắn có ít biến điều khiển đầu vào hơn bậc tự do, làm cho việc điều khiển trở nên thách thức. Phương pháp tiếp cận dựa trên mô hình hóa động lực học và lý thuyết điều khiển phi tuyến được áp dụng để thiết kế bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng trên Matlab chứng minh tính ổn định của hệ thống vòng kín.
1.1. Động lực học robot rắn
Phương trình động lực học của robot rắn được phân tích chi tiết, bao gồm ảnh hưởng của lực ma sát nhớt đến khả năng di chuyển. Mô hình robot rắn gồm N đoạn nối tiếp qua N-1 khớp, với đoạn đầu tiên bị động. Điều này làm cho việc điều khiển hướng và vị trí trọng tâm trở nên phức tạp.
1.2. Thiết kế bộ điều khiển
Bộ điều khiển được thiết kế dựa trên mô hình hóa động lực học và phương pháp hồi tiếp tuyến tính hóa. Hệ thống điều khiển này giúp giải quyết các vấn đề phân tích điều khiển khác nhau, đảm bảo tính ổn định cho hệ thống vòng kín.
II. Hướng chuyển động
Luận văn tập trung vào việc điều khiển hướng chuyển động của robot rắn trên mặt phẳng. Chuyển động robot được mô phỏng dựa trên kiểu di chuyển lateral undulation, tạo ra đường cong serpenoid. Phương pháp này giúp robot rắn di chuyển linh hoạt trong các địa hình phức tạp.
2.1. Kiểu di chuyển lateral undulation
Kiểu di chuyển này dựa trên sự uốn lượn thân robot rắn theo dạng sóng ngang, tạo ra lực đẩy giúp robot di chuyển về phía trước. Phương pháp này được mô tả bằng toán học thông qua đường cong serpenoid.
2.2. Ảnh hưởng của lực ma sát
Lực ma sát nhớt và Coulomb được phân tích để đảm bảo robot rắn di chuyển ổn định. Phương pháp ràng buộc chống trượt ngang được áp dụng để giảm thiểu lực ma sát tác động lên thân robot.
III. Ứng dụng công nghệ robot
Luận văn không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn đề cập đến công nghệ robot và tự động hóa. Robot rắn có khả năng ứng dụng cao trong các môi trường phức tạp như tìm kiếm cứu nạn, thám hiểm, và kiểm tra công nghiệp.
3.1. Ứng dụng trong thực tế
Robot rắn có thể di chuyển trong các địa hình hẹp và phức tạp, nơi con người không thể tiếp cận. Khả năng linh hoạt và biến dạng cơ thể giúp robot vượt qua các chướng ngại vật một cách hiệu quả.
3.2. Phát triển công nghệ
Luận văn góp phần vào sự phát triển của kỹ thuật cơ điện tử và kỹ thuật điều khiển, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực robot học và tự động hóa.
IV. Kết quả và đánh giá
Kết quả mô phỏng trên Matlab chứng minh tính hiệu quả của bộ điều khiển được thiết kế. Hệ thống điều khiển đảm bảo tính ổn định và khả năng di chuyển linh hoạt của robot rắn.
4.1. Kết quả mô phỏng
Các kết quả mô phỏng cho thấy robot rắn có thể di chuyển ổn định trên mặt phẳng với kiểu di chuyển lateral undulation. Bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa đạt được hiệu quả cao trong việc điều khiển hướng và vận tốc.
4.2. Đánh giá thực tiễn
Luận văn đã chứng minh được giá trị thực tiễn của việc áp dụng lý thuyết điều khiển phi tuyến vào kỹ thuật cơ điện tử, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực tự động hóa và công nghệ robot.
