Luận án tiến sĩ: Phát triển thuật toán điều khiển robot công nghiệp có nhiều tham số bất định

• Tác giả: Nguyễn Tiến Kiệm
• Người hướng dẫn: PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu phát triển một số thuật toán điều khiển robot công nghiệp có nhiều tham số bất định
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Một số ứng dụng của robot
• 1.2.1. Trong công nghiệp
• 1.2.2. Các ứng dụng trong phòng thí nghiệm
• 1.2.3. Ứng dụng trong công nghệ hạt nhân
• 1.2.4. Ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.2.5. Ứng dụng trong thám hiểm không gian
• 1.2.6. Ứng dụng trong các thiết bị lặn
• 1.2.7. Ứng dụng trong giáo dục
• 1.2.8. Ứng dụng trong hỗ trợ người khuyết tật
• 1.3. Mô hình robot với nhiều tham số bất định
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA CHUYỂN ĐỘNG VI PHÂN CỦA TAY MÁY DI ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ LUẬT VISUAL SERVOING MỚI ĐỂ BÁM THEO MỤC TIÊU DI ĐỘNG
• 2.1. Thị giác máy và điều khiển hệ robot - camera
• 2.1.1. Các khái niệm cơ bản của thị giác máy
• 2.1.2. Các hệ thị giác máy
• 2.2. Mô hình hóa chuyển động vi phân của camera trên tay máy chuyển động và thiết kế hệ servo thị giác bám mục tiêu di động
• 2.2.1. Mô tả các hệ tọa độ
• 2.2.2. Chuyển động vi phân
• 2.2.3. Tính toán đạo hàm của đặc trưng ảnh
• 2.2.4. Đề xuất luật điều khiển
• 2.2.4.1. Phát biểu bài toán
• 2.2.4.2. Luật điều khiển động học
• 2.2.4.3. Luật điều khiển động lực học
• 2.2.5. Xét tính ổn định
• 2.2.6. Mô phỏng phương pháp điều khiển
• 2.2.7. Kết luận chương 2
• 3. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ HỆ ROBOT GẮN CAMERA BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG VỚI NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH
• 3.1. Mạng nơ ron nhân tạo
• 3.1.1. Mô hình nút nơ ron
• 3.1.2. Cấu trúc mạng nơ ron
• 3.1.3. Huấn luyện mạng nơ ron nhân tạo
• 3.1.4. Mạng nơ ron RBF (Radial Basic Function Networks)
• 3.1.5. Mạng nơ ron trong điều khiển robot
• 3.2. Điều khiển hệ robot-camera bám mục tiêu di động với nhiều tham số bất định
• 3.2.1. Xây dựng thuật toán điều khiển bám mục tiêu di động
• 3.2.2. Thuật điều khiển tốc độ hệ robot-camera bám mục tiêu di động
• 3.2.3. Thuật điều khiển visual servoing cho hệ robot khi có nhiều tham số bất định
• 3.2.4. Mô phỏng hệ thống điều khiển visual servoing trên Matlab
• 3.2.5. Kết luận chương 3
• 4. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT CÔNG NGHIỆP DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO CÓ CHÚ Ý ĐẾN CƠ CẤU CHẤP HÀNH
• 4.1. Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu
• 4.2. Điều khiển hệ rô bốt - camera bám mục tiêu di động có chú ý tác động của cơ cấu chấp hành
• 4.2.1. Xây dựng mô hình toán học của hệ Robot-camera có tác động của cơ cấu chấp hành
• 4.2.2. Điều khiển bám mục tiêu di động dùng mạng nơ ron
• 4.2.3. Mô phỏng hệ servo thị giác có mô hình động cơ trên Matlab
• 4.2.4. Kết luận chương 4
• 5. ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT THÍCH NGHI NGĂN CHẶN SỰ SUY BIẾN CHO ROBOT GẮN CAMERA VỚI MÔ HÌNH BẤT ĐỊNH VÀ NHIỄU NGOÀI
• 5.1. Tóm tắt nội dung chính
• 5.2. Các kiến thức cơ bản
• 5.3. Thiết kế luật điều khiển
• 5.4. Phân tích ổn định
• 5.5. Mô phỏng phương pháp điều khiển
• 5.6. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN TOÀN LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về thuật toán điều khiển robot công nghiệp

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, thuật toán điều khiển robot đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất, giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót. Tuy nhiên, việc điều khiển robot trong môi trường có tham số bất định là một thách thức lớn. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển có khả năng thích ứng với các biến đổi không lường trước trong môi trường làm việc. Theo đó, việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại như mạng nơ ron nhân tạo và điều khiển trượt sẽ được xem xét để cải thiện hiệu suất của robot trong các tình huống phức tạp.

II. Mô hình hóa chuyển động vi phân của tay máy di động

Mô hình hóa chuyển động vi phân là một phần quan trọng trong việc phát triển thuật toán điều khiển cho robot công nghiệp. Việc xây dựng mô hình này giúp xác định các thông số cần thiết để điều khiển chính xác tay máy. Các khái niệm cơ bản về thị giác máy và các hệ thống điều khiển sẽ được trình bày. Đặc biệt, việc áp dụng luật visual servoing cho phép robot theo dõi mục tiêu di động một cách hiệu quả. Nghiên cứu này sẽ chứng minh tính đúng đắn của các phương pháp điều khiển thông qua nguyên lý ổn định Lyapunov và mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink.

2.1. Các khái niệm cơ bản về thị giác máy

Thị giác máy là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong điều khiển robot. Nó cho phép robot nhận diện và theo dõi các đối tượng trong môi trường. Các hệ thống thị giác máy hiện đại sử dụng các cảm biến và thuật toán xử lý hình ảnh để thu thập thông tin về vị trí và chuyển động của mục tiêu. Việc tích hợp thị giác máy vào hệ thống điều khiển giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc thực hiện các nhiệm vụ phức tạp.

III. Nghiên cứu thuật toán điều khiển cho hệ robot camera

Nghiên cứu này đề xuất một số thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera, đặc biệt là trong bối cảnh có nhiều tham số bất định. Việc sử dụng mạng nơ ron nhân tạo để ước lượng các tham số này sẽ được phân tích. Các thuật toán điều khiển sẽ được thiết kế để đảm bảo rằng robot có thể bám theo mục tiêu di động một cách chính xác, bất chấp sự biến đổi của môi trường. Kết quả của nghiên cứu sẽ được chứng minh thông qua các mô phỏng và thực nghiệm thực tế, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của các phương pháp đề xuất.

3.1. Xây dựng thuật toán điều khiển bám mục tiêu

Thuật toán điều khiển bám mục tiêu được xây dựng dựa trên các mô hình động học và động lực học của hệ robot-camera. Các tham số bất định sẽ được ước lượng thông qua mạng nơ ron, giúp cải thiện độ chính xác trong việc theo dõi mục tiêu. Nghiên cứu này cũng sẽ xem xét các yếu tố như độ trễ và nhiễu trong quá trình điều khiển, từ đó đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Các thuật toán điều khiển được phát triển có thể được áp dụng trong các dây chuyền sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong các quy trình sản xuất. Hơn nữa, việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại sẽ giúp các nhà sản xuất giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gia tăng trong ngành công nghiệp.