Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu giám sát và điều khiển robot qua mạng máy tính

• Tác giả: Phung Manh Duong
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh
• Trường học: VNU University of Engineering and Technology
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Giám Sát Và Điều Khiển Robot Qua Mạng Máy Tính
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• DECLARATION BY CANDIDATE
• Acknowledgements
• Contents
• List of Abbreviations
• List of Tables
• List of Figures
• 1. CHƯƠNG 1: Introduction
• 1.1. Introduction to networked robot systems
• 1.2. Applications of networked robot systems
• 1.2.1. Industrial networked robots
• 1.2.2. Educational networked robots
• 1.2.3. Medical networked robots
• 1.2.4. Service networked robots
• 1.2.5. Other networked robots
• 1.3. Networked robots in Vietnam
• 1.4. Related works
• 1.4.1. Study of NRSs on localization
• 2. CHƯƠNG 2: System Model
• 2.1. State-space representation of the NRS
• 2.2. The communications network
• 3. CHƯƠNG 3: Localization Using Optimal Filter
• 3.1. Localization of NRSs
• 3.2. Localization of NRSs using past-observation based extended Kalman filter
• 3.2.1. The standard Kalman filter
• 3.2.2. Optimal filter for linear NRSs
• 3.2.3. Optimal filter for nonlinear NRSs
• 3.2.4. Implementation of the PO-EKF for the differential-drive network robot
• 3.2.4.1. Measurement of network state
• 3.2.4.2. Implementation of the prediction phase
• 3.2.4.3. Implementation of the correction phase
• 4. CHƯƠNG 4: Motion Control Using Lyapunov Stability Theory and Predictive Filter
• 4.1. Stabilization of non-networked robot system
• 4.2. Stabilization of NRS
• 5. CHƯƠNG 5: Navigation Using Behavior-based Model
• 5.1. Behavior-based navigation for NRSs
• List of Publications Related to This Thesis

I. Giới thiệu

Nghiên cứu về giám sát robot và điều khiển robot từ xa qua mạng máy tính đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại. Hệ thống robot kết nối mạng (NRS) cho phép người dùng điều khiển robot từ xa, mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp, giáo dục, y tế và dịch vụ. Việc phát triển công nghệ robot không chỉ giúp nâng cao hiệu suất làm việc mà còn giảm thiểu rủi ro cho con người trong các môi trường làm việc nguy hiểm. Theo định nghĩa, một robot kết nối mạng là thiết bị robot được kết nối với một mạng truyền thông như Internet hoặc LAN, cho phép người dùng gửi lệnh và nhận phản hồi từ robot. Những thách thức trong việc phát triển NRS bao gồm độ tin cậy của hệ thống và hiệu suất dưới ảnh hưởng của độ trễ truyền tải, mất mát thông điệp và băng thông không đảm bảo.

1.1. Hệ thống robot kết nối mạng

Hệ thống robot kết nối mạng (NRS) bao gồm hai loại chính: hệ thống tự động và hệ thống điều khiển từ xa. Trong hệ thống tự động, robot tự động tạo ra tín hiệu điều khiển để hoạt động, trong khi trong hệ thống điều khiển từ xa, người điều khiển gửi lệnh cho robot thực hiện. Việc tích hợp nhiều lĩnh vực như robot, cảm biến, và truyền thông mạng là cần thiết để phát triển NRS hiệu quả. Các vấn đề như cảm biến robot, giao tiếp mạng, và quản lý robot là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động của NRS.

II. Ứng dụng của hệ thống robot kết nối mạng

Ứng dụng của NRS có thể được phân loại thành năm nhóm chính: robot công nghiệp, robot giáo dục, robot y tế, robot dịch vụ và các robot khác. Trong lĩnh vực công nghiệp, NRS được sử dụng để điều khiển robot trong các môi trường khắc nghiệt, như trong khai thác than, nơi robot có thể thực hiện các nhiệm vụ mà con người không thể. Robot giáo dục cho phép sinh viên thực hành qua các phòng thí nghiệm từ xa, giúp tiết kiệm chi phí và tăng cường trải nghiệm học tập. Robot y tế mang lại cơ hội cho bệnh nhân được chẩn đoán và điều trị từ xa, trong khi robot dịch vụ cung cấp các dịch vụ hỗ trợ trong các khu vực công cộng.

2.1. Robot công nghiệp

Robot công nghiệp được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như khai thác, lắp ráp và kiểm tra sản phẩm. Hệ thống robot điều khiển từ xa trong ngành công nghiệp giúp giảm thiểu rủi ro cho công nhân và tăng cường hiệu suất làm việc. Các robot này thường được trang bị cảm biến và camera để thu thập dữ liệu môi trường và truyền về cho người điều khiển. Việc sử dụng NRS trong công nghiệp không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong các quy trình sản xuất.

2.2. Robot giáo dục

Robot giáo dục cho phép sinh viên thực hành và trải nghiệm các khái niệm trong robot học thông qua các phòng thí nghiệm từ xa. Hệ thống này giúp sinh viên có thể điều khiển robot thực tế và tương tác với các thiết bị khác qua Internet. Việc này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ mà còn phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp tương lai. Các phòng thí nghiệm từ xa cũng giúp chia sẻ tài nguyên giữa các trường học và tổ chức giáo dục.

III. Các vấn đề liên quan đến NRS

Các vấn đề liên quan đến NRS bao gồm định vị, điều khiển ổn định, và dẫn đường. Định vị là yếu tố quan trọng để robot có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường không xác định. Các phương pháp định vị bao gồm sử dụng cảm biến và các kỹ thuật lọc tối ưu. Điều khiển ổn định đảm bảo rằng robot có thể duy trì trạng thái hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Dẫn đường dựa trên mô hình hành vi giúp robot có thể di chuyển một cách tự động và hiệu quả trong môi trường phức tạp.

3.1. Định vị robot

Định vị robot là một trong những thách thức lớn nhất trong NRS. Các phương pháp định vị hiện tại bao gồm sử dụng cảm biến như GPS, camera và cảm biến siêu âm để xác định vị trí của robot trong không gian. Việc sử dụng các bộ lọc như Kalman giúp cải thiện độ chính xác của quá trình định vị. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc kết hợp nhiều cảm biến có thể nâng cao khả năng định vị của robot trong các môi trường phức tạp.

3.2. Điều khiển ổn định

Điều khiển ổn định là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo rằng robot có thể hoạt động một cách hiệu quả và an toàn. Sử dụng lý thuyết ổn định Lyapunov và các bộ lọc dự đoán giúp cải thiện khả năng điều khiển của robot trong các tình huống không chắc chắn. Việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh cho phép robot tự động điều chỉnh hành vi của mình dựa trên phản hồi từ môi trường, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động.