I. Hệ thống chuyển động
Luận án tập trung nghiên cứu hệ thống chuyển động của tay máy tự động trong việc thu hoạch dứa. Hệ thống này được thiết kế với cấu hình Robot dạng Đề-các 3 bậc tự do, bao gồm tay cắt chuyên dụng với lồng kẹp và dao cắt. Phương trình động lực học của tay máy được thiết lập dựa trên phương pháp Euler-Lagrange, xem xét cả điều kiện lý tưởng và môi trường thực tế với nhiễu ngoại. Các sai lệch giữa mô hình lý thuyết và thực tế được phân tích để phát triển các thuật toán điều khiển thông minh.
1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Tay máy thu hoạch dứa được thiết kế với ba khớp chuyển động, mỗi khớp được điều khiển bằng hệ thống servo và khí nén. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc xác định tọa độ quả dứa thông qua hệ thống thị giác máy tính, sau đó điều khiển tay máy di chuyển đến vị trí chính xác để thu hoạch.
1.2. Mô hình động lực học
Mô hình động lực học của tay máy được xây dựng dựa trên phương trình Euler-Lagrange, xem xét cả điều kiện lý tưởng và môi trường thực tế với nhiễu ngoại. Các phương trình này giúp phân tích chuyển động của tay máy và tối ưu hóa hiệu suất thu hoạch.
II. Điều khiển tay máy
Luận án đề xuất các thuật toán điều khiển để tối ưu hóa hoạt động của tay máy tự động. Thuật toán PDDE (Proportional Derivative + Disturbance Estimation) được sử dụng để điều khiển chuyển động của tay máy, đảm bảo độ chính xác cao khi thu hoạch dứa. Thuật toán này kết hợp ước lượng nhiễu để giảm thiểu sai số trong điều kiện môi trường không ổn định.
2.1. Thuật toán PDDE
Thuật toán PDDE được đề xuất để điều khiển chuyển động của tay máy, kết hợp giữa điều khiển tỷ lệ-vi phân và ước lượng nhiễu. Thuật toán này giúp tay máy di chuyển chính xác đến vị trí quả dứa, ngay cả trong điều kiện môi trường có nhiễu.
2.2. Mô phỏng và phân tích
Các kết quả mô phỏng trên MatLab/Simulink cho thấy thuật toán PDDE giúp tay máy di chuyển đến vị trí quả dứa với sai số chấp nhận được. Điều này chứng minh hiệu quả của thuật toán trong việc điều khiển chuyển động tay máy.
III. Tự động hóa nông nghiệp
Luận án đóng góp vào lĩnh vực tự động hóa nông nghiệp bằng cách phát triển hệ thống thu hoạch dứa tự động. Hệ thống này tích hợp công nghệ thị giác máy tính và thuật toán điều khiển thông minh, giúp tăng năng suất và giảm chi phí nhân công. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại nông sản khác.
3.1. Ứng dụng thực tiễn
Hệ thống thu hoạch dứa tự động đã được thử nghiệm tại các cánh đồng dứa ở Tây Nam Bộ, cho thấy hiệu quả cao trong việc tăng năng suất và giảm chi phí nhân công. Hệ thống này có thể được nhân rộng cho các loại nông sản khác.
3.2. Ý nghĩa khoa học
Luận án đã tích hợp giữa động lực học chuyển động của tay máy và trí tuệ nhân tạo, tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống tự động hóa trong nông nghiệp.
IV. Nghiên cứu thực nghiệm
Luận án tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số động lực học của tay máy và tọa độ vị trí quả dứa. Các kết quả thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng và hoàn thiện mô hình lý thuyết, đồng thời cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo.
4.1. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm việc xác định tọa độ quả dứa thông qua hệ thống thị giác máy tính và kiểm tra chuyển động của tay máy trong điều kiện thực tế. Các số liệu thu được được so sánh với mô hình lý thuyết để đánh giá độ chính xác.
4.2. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có thể xác định chính xác tọa độ quả dứa và điều khiển tay máy di chuyển đến vị trí thu hoạch với sai số nhỏ. Điều này chứng minh tính khả thi của hệ thống trong thực tế.
