Luận văn thạc sĩ về điều khiển hệ tay máy di động sử dụng bộ điều khiển trượt tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute điều khiển hệ tay máy di động dùng bộ điều khiển trượt, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Công Danh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Tay Máy Di Động Bằng Bộ Điều Khiển Trượt Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐÃ CÔNG BỐ
• 1.1. Tổng quan chung về robot
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kết quả dự kiến đạt được
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH LÝ ỔN ĐỊNH THỨ 2 CỦA LYAPUNOV: SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Lý thuyết điều khiển trượt
• 2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.1.2. Thiết kế bộ điều khiển trượt tích phân đối với hệ thống phi tuyến
• 2.2. Mô hình toán hệ tay máy di động
• 2.2.1. Mô hình hình học của hệ tay máy di động
• 2.2.2. Mô hình robot di động
• 2.2.2.1. Mô hình động học robot di động
• 2.2.2.2. Mô hình động lực học robot di động
• 2.2.3. Mô hình tay máy ba bậc tự do
• 2.2.3.1. Mô hình động học tay máy
• 2.2.3.2. Mô hình động lực học tay máy
• 2.3. Thiết kế bộ điều khiển
• 2.3.1. Thiết kế bộ điều khiển bám cho hệ tay máy di động
• 2.3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển động học (KC) kết hợp với bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) cho tay máy
• 2.3.1.2. Thiết kế bộ điều khiển động lực học cho robot di động
• 2.4. Kết quả mô phỏng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 3.1. Những kết quả đạt được
• 3.2. Hạn chế của đề tài
• 3.3. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tay máy di động

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ, tay máy di động đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất đến dịch vụ. HCMUTE đã có những nghiên cứu đáng chú ý về robot di động, đặc biệt là trong việc phát triển các bộ điều khiển trượt cho hệ thống này. Việc sử dụng công nghệ điều khiển tiên tiến giúp tăng cường khả năng hoạt động của robot di động, cho phép chúng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong môi trường không gian hạn chế. Theo nghiên cứu, hệ thống điều khiển cần phải có khả năng phản ứng nhanh với các thay đổi trong môi trường, đồng thời đảm bảo tính ổn định và chính xác trong quá trình hoạt động.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của tay máy di động

Các tay máy di động thường được trang bị nhiều cảm biến để nhận biết môi trường xung quanh. Điều này cho phép chúng thực hiện các nhiệm vụ như vận chuyển hàng hóa, lắp ráp linh kiện, và thậm chí là thực hiện các công việc trong môi trường nguy hiểm. Ứng dụng tay máy trong sản xuất không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả công việc. Các nghiên cứu tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc áp dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của robot di động trong các tình huống thực tế.

II. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho tay máy di động

Bộ điều khiển trượt được thiết kế nhằm tối ưu hóa khả năng điều khiển của robot di động. Phương pháp này dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov, cho phép hệ thống duy trì tính ổn định trong suốt quá trình hoạt động. Việc thiết kế bộ điều khiển này không chỉ giúp tay máy hoạt động hiệu quả mà còn giảm thiểu sai số trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển trượt có khả năng điều chỉnh nhanh chóng khi có sự thay đổi trong môi trường, từ đó nâng cao tính linh hoạt của robot di động.

2.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển trượt

Bộ điều khiển trượt hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh liên tục các tham số đầu vào để đạt được trạng thái mong muốn. Khi robot di động gặp phải các lực cản hoặc thay đổi trong môi trường, bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh để duy trì tính ổn định. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, như trong sản xuất hoặc y tế. Các nghiên cứu tại HCMUTE đã chứng minh rằng việc áp dụng bộ điều khiển trượt giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của tay máy di động.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ các mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển trượt đã hoạt động hiệu quả trong việc điều khiển tay máy di động. Các sai số bám theo quỹ đạo được giảm thiểu, cho phép robot di động thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác hơn. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực khác như y tế, dịch vụ và nghiên cứu khoa học. HCMUTE đã đóng góp quan trọng vào việc phát triển các giải pháp điều khiển tiên tiến, giúp nâng cao năng suất và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực.

3.1. Tác động đến ngành công nghiệp

Sự phát triển của robot di động và các bộ điều khiển trượt đã tạo ra những thay đổi tích cực trong ngành công nghiệp. Các nhà máy có thể sử dụng tay máy di động để thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, từ đó giảm thiểu chi phí lao động và tăng cường hiệu quả sản xuất. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ này còn giúp cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, khi mà các nhiệm vụ nguy hiểm có thể được giao cho robot di động. Điều này không chỉ nâng cao năng suất mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, robot ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống con người. Theo ước tính, robot đã trở thành công cụ không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện đại, giúp tăng năng suất lao động và đảm bảo an toàn trong các môi trường làm việc nguy hiểm. Tuy nhiên, việc thiết kế bộ điều khiển cho robot di động, đặc biệt là hệ tay máy di động, vẫn còn nhiều thách thức do ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu như ma sát, lực cản không khí và sự thay đổi thông số mô hình.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ tay máy di động sử dụng phương pháp điều khiển trượt tích phân dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. Mục tiêu chính là xây dựng mô hình toán học cho hệ tay máy di động, thiết kế bộ điều khiển phân tán cho hai hệ con gồm đế di động và tay máy, đồng thời mô phỏng và kiểm chứng hiệu quả bộ điều khiển trên phần mềm Matlab. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi hệ tay máy di động hoạt động trong mặt phẳng, với dữ liệu thu thập và mô phỏng tại Việt Nam trong giai đoạn 2010-2012.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả điều khiển robot di động, góp phần thúc đẩy ứng dụng robot trong công nghiệp và tự động hóa, đồng thời mở rộng nền tảng nghiên cứu cho các hệ thống robot phức tạp hơn trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

• Định lý ổn định Lyapunov: Là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển đảm bảo tính ổn định của hệ thống điều khiển robot. Hàm Lyapunov được sử dụng để chứng minh năng lượng hệ thống giảm dần theo thời gian, từ đó đảm bảo hệ thống hội tụ về trạng thái cân bằng.

• Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC): Đây là kỹ thuật điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, có khả năng chịu được nhiễu và biến đổi tham số trong hệ thống. Phương pháp này bao gồm thiết kế mặt trượt và luật điều khiển, giúp hệ thống nhanh chóng tiếp cận và duy trì trên mặt trượt, giảm thiểu sai số.

• Mô hình động học và động lực học của robot di động: Mô hình toán học bao gồm các ràng buộc nonholonomic, mô tả chuyển động của đế di động và tay máy. Mô hình động lực học được xây dựng dựa trên phương trình Euler-Lagrange, bao gồm ma trận quán tính, ma trận Coriolis và các lực tác động.

• Khái niệm chính:

  • Hệ tay máy di động (Wheeled Mobile Manipulator - WMM)
  • Mặt trượt (Sliding Surface)
  • Sai số bám quỹ đạo (Tracking Error)
  • Bộ điều khiển trượt tích phân (Integral Sliding Mode Controller - ISMC)
  • Tiêu chuẩn ổn định Lyapunov

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu mô phỏng được xây dựng dựa trên mô hình toán học của hệ tay máy di động, sử dụng các thông số kỹ thuật thực tế của robot và các điều kiện vận hành trong phòng thí nghiệm.

• Phương pháp phân tích:

  • Xây dựng mô hình động học và động lực học cho hệ tay máy di động.
  • Thiết kế bộ điều khiển trượt tích phân phân tán cho hai hệ con: đế di động và tay máy.
  • Mô phỏng trên phần mềm Matlab để kiểm chứng tính ổn định và hiệu quả của bộ điều khiển.
  • Phân tích sai số bám quỹ đạo và sai số vận tốc trong quá trình vận hành.

• Timeline nghiên cứu:

  • Năm 2010-2011: Tổng hợp tài liệu, xây dựng mô hình toán học.
  • Năm 2011: Thiết kế bộ điều khiển và lập trình mô phỏng.
  • Năm 2012: Thực hiện mô phỏng, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Phát hiện 1: Bộ điều khiển trượt tích phân phân tán giúp hệ tay máy di động bám quỹ đạo tham chiếu với sai số vị trí giảm dần về gần 0 trong thời gian ngắn, sai số bám vị trí e1, e2, e3 được kiểm soát dưới mức 5 mm trong toàn bộ quá trình vận hành.

• Phát hiện 2: Sai số vận tốc và góc quay của đế di động được duy trì ổn định, vận tốc bánh trái và bánh phải có sự điều chỉnh chính xác, đảm bảo vận hành mượt mà và chính xác theo quỹ đạo đề ra.

• Phát hiện 3: Mô phỏng cho thấy các vector moment điều khiển tay máy và mặt trượt S1, S2 đều hội tụ về 0, chứng tỏ bộ điều khiển có khả năng loại bỏ nhiễu và duy trì ổn định hệ thống.

• Phát hiện 4: So với các phương pháp điều khiển truyền thống chỉ dựa trên mô hình động học, bộ điều khiển trượt tích phân tích hợp động lực học giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và khả năng chịu nhiễu, giảm hiện tượng chattering.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên là do việc áp dụng định lý ổn định Lyapunov trong thiết kế bộ điều khiển, giúp đảm bảo năng lượng hệ thống giảm dần và hệ thống hội tụ ổn định. Phương pháp điều khiển trượt tích phân giúp loại bỏ pha tiếp cận, giảm thiểu hiện tượng chattering thường gặp trong điều khiển trượt truyền thống.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, bộ điều khiển được thiết kế trong luận văn có ưu điểm vượt trội về tính ổn định và khả năng chịu nhiễu, phù hợp với các ứng dụng robot di động trong môi trường thực tế có nhiều biến động. Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ sai số vị trí, vận tốc và moment điều khiển, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

• Phát triển thêm các thuật toán điều khiển thông minh như mạng nơ-ron nhân tạo hoặc logic mờ để nâng cao khả năng thích nghi của hệ tay máy di động trong môi trường phức tạp.

• Tăng cường tích hợp cảm biến đa dạng như camera, lidar để cải thiện khả năng nhận biết môi trường và nâng cao độ chính xác trong điều khiển bám quỹ đạo.

• Triển khai thử nghiệm thực tế tại các nhà máy hoặc môi trường công nghiệp để đánh giá hiệu quả bộ điều khiển trong điều kiện thực tế, từ đó điều chỉnh và hoàn thiện giải pháp.

• Đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư về kỹ thuật điều khiển trượt và robot di động nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong công nghiệp và nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện tử, cơ điện tử: Nghiên cứu về điều khiển robot di động, phát triển thuật toán điều khiển phi tuyến.

• Kỹ sư phát triển robot công nghiệp và tự động hóa: Áp dụng bộ điều khiển trượt tích phân cho các hệ thống robot di động trong sản xuất.

• Doanh nghiệp sản xuất và tự động hóa: Tìm hiểu giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành robot, giảm thiểu sai số và tăng năng suất.

• Các tổ chức đào tạo và nghiên cứu khoa học: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các khóa học và đề tài nghiên cứu về robot và điều khiển tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trượt tích phân là gì?
   Là phương pháp điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, kết hợp điều khiển trượt với thành phần tích phân để loại bỏ pha tiếp cận, giúp hệ thống nhanh chóng hội tụ và ổn định hơn.

2. Tại sao phải thiết kế bộ điều khiển phân tán cho hệ tay máy di động?
   Vì hệ tay máy gồm hai hệ con riêng biệt (đế di động và tay máy), điều khiển phân tán giúp xử lý độc lập và hiệu quả hơn, đồng thời giảm độ phức tạp của hệ thống.

3. Phần mềm Matlab được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Matlab được dùng để mô phỏng mô hình toán học và bộ điều khiển, kiểm chứng tính ổn định và hiệu quả của giải thuật thông qua các biểu đồ sai số và vận tốc.

4. Hiện tượng chattering là gì và làm sao khắc phục?
   Chattering là dao động nhanh quanh mặt trượt do luật điều khiển thay đổi đột ngột. Khắc phục bằng cách sử dụng hàm bão hòa (sat) thay cho hàm dấu (sign) trong luật điều khiển.

5. Ứng dụng thực tế của hệ tay máy di động điều khiển trượt?
   Được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động, môi trường nguy hiểm, hoặc các nhiệm vụ đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng thích nghi với nhiễu và biến đổi môi trường.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình động lực học cho hệ tay máy di động với các ràng buộc nonholonomic.
• Thiết kế bộ điều khiển trượt tích phân phân tán dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov, đảm bảo hệ thống hội tụ ổn định.
• Mô phỏng trên Matlab chứng minh hiệu quả của bộ điều khiển trong việc giảm sai số bám quỹ đạo và duy trì vận tốc ổn định.
• Giải pháp điều khiển vượt trội so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong môi trường có nhiễu và biến đổi tham số.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu và ứng dụng thực tế nhằm nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của hệ tay máy di động trong công nghiệp.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế và phát triển các thuật toán điều khiển thông minh để nâng cao khả năng thích nghi và hiệu quả vận hành của hệ thống. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên nền tảng này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử tự động hóa được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội. Nhờ vậy, nước ta đã có nhiều bước phát triển mạnh mẽ và cuộc sống nhân dân ngày càng được nâng cao về mọi mặt. Chúng ta dễ dàng nhận ra rằng, nhiều thành tựu to lớn đã đạt được đó là nhờ vào đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước về đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này thì đòi hỏi sự tham gia đóng góp của toàn dân, nhưng bộ phận nòng cốt phải là giới trí thức, những người nghiên cứu khoa học.

Hay nói một cách khác, xã hội đã giao một trọng trách khá lớn cho giới trí thức trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Để thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, chắc chắn cần phải nghiên cứu phát triển các thiết bị tự động để phục vụ cho các nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nông nghiệp… Trong đó Robot là một lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng cao năng suất lao động. Việc nghiên cứu và chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế của các dây chuyền sản xuất là hết sức cần thiết, vì Robot sử dụng được trong các môi trường có điều kiện khắc nghiệt như: áp suất, nhiệt độ cao; từ trường mạnh … giúp tăng năng suất và tiết kiệm sức lao động của con người. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.1 Tổng quan về robot Những Robot xuất hiện lần đầu tiên ở NewYork vào ngày 9/10/1922 trong vở kịch “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Khắc là Karen Chapek, còn từ Robot là một cách gọi khác của từ Robota-theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch.

Khi đó, Karen Chapek cho rằng Robot là những người máy có khả năng làm việc nhưng không có khả năng suy nghĩ. Gần một thế kỷ tiếp theo, khái niệm robot đã liên tục được phát triển, đóng góp thêm bởi nhiều nhà nghiên cứu, nhiều công ty chuyên về lĩnh vực robot. Trước những năm 1970, người ta chỉ tập trung vào việc phát triển những robot tay máy hoạt động trong các nhà máy công nghiệp. Ngày nay, ngành công nghiệp Robot đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn.

Những tay máy được đặt trên một đế cố định, có thể di chuyển với tốc độ nhanh và chính xác để thực hiện các công việc có tính chất lặp đi lặp lại như hàn hoặc sơn .1 Giới thiệu robot hàn IRB 1410 ArcPack do Công ty ABB Việt Nam lắp đặt nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất quá trình hàn các kiện lắp ráp xe gắn máy tại Nhà máy sản xuất cơ khí Hải Hà. Một trong các tính năng nổi trội đó là khả năng tự khôi phục lỗi, theo đó robot có thể tự động tìm lại vị trí hàn bị lỗi để tiếp tục hàn. Điều này giúp tránh bị bỏ sót mối hàn khi hệ thống bị lỗi - điều mà chỉ có robot ABB có thể làm được. Một điểm khác đáng chú ý là tính năng AutoSave - robot tự động lưu lại các chương trình đang lập trình nếu xảy ra mất điện, do vậy giúp khách hàng tiết kiệm thời gian lập trình robot trong trường hợp bị mất điện.vn/Robot-Robotics/ABB-lap-dat-robot-han-tai-nha-may- san-xuat-co-khi-Hai-Ha.html) 2 Luan van Hình 1.1 Robot hàn IRB 1410 ArcPack Hình 1.2 giới thiệu Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 là loại Robot sáu trục ABB điều khiển công suất hoạt động súng phun sơn, quy trình tráng men tự động của Công ty Electrolux tại Dudley Park, Nam Úc đã đảm bảo được tính nhất quán và độ bóng lớp mạ cao cấp cho hơn 2.000 sản phẩm/ngày.

Robot sơn tĩnh điện ABB chính là giải pháp mang lại thành công cho Electrolux vì khi Robot sơn tĩnh điện ABB được trang bị vào dây chuyền sản xuất đã mang lại cho quy trình sản xuất của công ty nhiều lợi ích, tính linh hoạt, hiệu quả và chất lượng.vn/Robot-Robotics/Electrolux-nang-cao-hieu-qua-san- xuat-bang-robot-son-tinh-dien-ABB.2 Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 3 Luan van Trong ngành công nghiệp điện tử, các cánh tay Robot có thể được sử dụng để lắp ráp linh kiện cho điện thoại di động và máy tính xách tay với độ chính xác của một siêu nhân. Tuy nhiên, dù đạt được nhiều thành công nhưng những Robot công nghiệp trên vẫn còn một nhược điểm cơ bản đó là thiếu tính lưu động. Những cánh tay Robot chỉ có thể chuyển động trong một khoảng không gian cố định phụ thuộc vào nơi nó được đặt. Ngược lại, những robot tự hành hay robot di động (Mobile Robot) có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người, nó có thể di chuyển khắp nơi, khả năng ứng dụng linh hoạt làm cho nó có thể được sử dụng ở bất cứ nơi đâu.

Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi trường xung quanh. Robot tự hành ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống của con người. Với sự phát triển của ngành Robot học, Robot tự hành ngày càng có khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau như Robot sơn, Robot hàn, Robot cắt cỏ, Robot thám hiểm đại dương, Robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế, Robot tự hành tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.

Vì vậy các nghiên cứu bắt đầu tập trung hơn vào robot di động. Các robot di động có người điều khiển đã được dùng nhiều cho các mục đích dân sự, quân sự, các nhiệm vụ nguy hiểm như phá mìn, thăm dò đáy đại dương, hầm mỏ, kiểm tra các đường ống ngầm, hay thăm dò sao Hoả… Hình 1.3: Giới thiệu iRobot Roomba - một sáng chế của hãng Irobot (Mỹ) giúp làm sạch gầm giường, gầm tủ - nơi bụi bẩn lưu cữu lâu ngày. Irobot Roomba sẽ giúp bạn có một căn phòng sạch đến bất ngờ mà đồ đạc chẳng cần xê dịch gì. Chăm chỉ, cần mẫn và thông minh, chỉ cần bạn nhấn nút một “Clean” để ra lệnh, chú robot có hình tròn thân thiện này sẽ tự động tiến hành mọi thao tác, len lỏi vào mọi ngóc ngách, kể cả 4 Luan van gầm giường, gầm tủ, cho căn phòng của bạn luôn sạch bụi bẩn.com/Ha- Noi/Dien-may/p500745/Robot-hut-bui-iRobot-Roomba-415.3: Giới thiệu iRobot Roomba Hình 1.4 Dragon là loại robot có kích thước nhỏ được phát triển nhằm phục vụ cho hải quân Mỹ với nhiệm vụ kiểm tra các vật đáng ngờ dưới gầm xe hoặc trinh sát trong các khu nhà khả nghi.

Tại Fukushima, Dragon sẽ len lỏi và nhà máy điện để xác định tình trạng thiệt hại cụ thể trong điều kiện nồng độ phóng xạ đang ở mức rất cao.vn/Home/My-phai-robot-quan-doi-tham-gia-tro-giup-Nhat- Ban/20114/83752.4 Robot Dragon hoạt động trong mọi điều kiện môi trường. 5 Luan van Hình 1.5 Robot tự hành Sojourner được sử dụng để khám phá sao Hỏa mùa hè năm 1997. Nó được điều khiển hoàn toàn từ trái đất. Tuy nhiên, các bộ cảm biến cho phép nó phát hiện ra các vật cản.gov/teleRobotics_page/teleRobotics.5 Robot tự hành Sojourner Hình 1.6 Plustech là robot làm việc đi bằng chân đầu tiên được phát triển.

Nó được thiết kế để mang gỗ ra khỏi rừng. Sự phối hợp giữa các chân được thực hiện tự động, nhưng việc tìm đường đi thì vẫn được quyết định bởi người điều khiển trên Robot.net/Tags/plustech/Interesting) Hình 1.6 Robot Plustech 6 Luan van Hình 1.7 Robot quân sự MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System) là loại robot chiến đấu do công ty Foster-Miller (Mỹ) sản xuất trên cơ sở nguyên mẫu của robot chiến đấu SWORDS.com/vn/carreview/i=3297/robot-trong-chien-tranh/) Hình 1.7 Robot MAARS được sử dụng trong quân đội Hình 1.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle–AGV) mới nhất của SWISSLOG được sử dụng để vận chuyển khối motor từ nơi này đến nơi khác. Nó được dẫn đường bởi các dây điện đặt dưới sàn nhà. Đã có hàng nghìn Robot AGV được sản xuất để phục vụ trong công nghiệp, làm việc nhà và thậm chí là trong bệnh viện.com/index/hcs-index/hcs-systems/hcs-agv/hcs-agv- transcar.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle – AGV) 7 Luan van Vấn đề của Robot tự hành là làm thế nào để Robot tự hành có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra.

Vấn đề đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế tạo Robot tự hành.Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành có 2 hướng nghiên cứu khác nhau: Hướng thứ nhất là nghiên cứu về Robot tự hành có khả năng điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại Robot có khả năng hoạt động ở môi trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại Robot này yêu cầu khả năng tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển Robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp. Hướng thứ hai là nhằm giải quyết các vấn đề về các loại Robot tự hành chỉ dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng.

Loại Robot tự hành này có kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản. Cùng với sự phát triển của ngành cơ điện tử robot tự hành ngày càng được hoàn thiện hơn, được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, khoa học, …và mang lại nhiều lợi ích cho đời sống xã hội, thay thế dần sức lao động của con người trong những điều kiện môi trường độc hại nguy hiểm, tăng nhanh năng suất lao động…đặc biệt là nó góp phần tích cực vào quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Tóm tắt lịch sử phát triển của Robot Bảng 1.1 trình bày tóm tắt quá trình lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ chế tạo Robot, và những tác động của khoa hoc cũng như xã hội đối với từng thời kỳ. 8 Luan van Bảng 1.