Đồ án nghiên cứu thuật toán điều khiển robot hai bánh tự cân bằng tại HCMUTE

• Tác giả: Trịnh Đình Việt
• Người hướng dẫn: ThS Võ Lâm Chương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu thuật toán điều khiển robot hai bánh tự cân bằng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Khả năng ứng dụng
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
• 2.1. Mục đích đề tài
• 2.2. Giới hạn đề tài
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu chung
• 2.3.2. Lựa chọn phương án thực hiện
• 2.3.3. Thu thập và xử lý giá trị góc nghiêng, vận tốc góc, quãng đường và vận tốc dài
• 2.3.3.1. Dùng cảm biến MPU6050 để đọc giá trị góc nghiêng và vận tốc góc
• 2.3.3.2. Dùng cảm biến Encoder để đọc giá trị vị trí và vận tốc dài
• 2.3.3.3. Lựa chọn bộ lọc cho cảm biến gia tốc và vận tốc góc
• 2.4. Thiết kế bộ điều khiển cho robot
• 2.4.1. Vi mạch điều khiển robot
• TÀI LIỆU KHÁM KHẢO

I. Giới thiệu về Robot hai bánh tự cân bằng và khả năng ứng dụng

Robot hai bánh tự cân bằng hoạt động dựa trên nguyên lý tự cân bằng của con lắc ngược. Khả năng giữ thăng bằng của robot là cả một vấn đề phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp nhịp nhàng giữa phần cứng và phần mềm điều khiển. Robot liên tục điều chỉnh vị trí để duy trì trạng thái cân bằng, tương tự như cách con người điều chỉnh cơ thể khi đi xe đạp. Ưu điểm của loại robot này là di chuyển linh hoạt trong không gian hẹp, thích hợp cho nhiều địa hình khác nhau.

Ứng dụng:

• Phương tiện di chuyển cá nhân, đặc biệt hữu ích cho người già và trẻ em.
• Vận chuyển hàng hóa tự động trong nhà máy, kho bãi, văn phòng...
• Khảo sát, thu thập thông tin ở những nơi nguy hiểm.
• Ứng dụng trong lĩnh vực giải trí, du lịch...

II. Tổng quan về Nghiên cứu thuật toán điều khiển robot hai bánh tự cân bằng tại HCMUTE

Mục tiêu: Xây dựng mô hình robot hai bánh có khả năng tự cân bằng trên địa hình phẳng, sử dụng các thuật toán điều khiển tối ưu.

Nội dung nghiên cứu:

• Phân tích nguyên lý cân bằng của robot, xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên Matlab-Simulink.
• Nghiên cứu, lựa chọn thuật toán điều khiển phù hợp: PID, LQR...
• Xây dựng giải thuật lọc tín hiệu từ các cảm biến (MPU6050, Encoder...) sử dụng các bộ lọc bổ phụ, Kalman...
• Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình robot thực tế.

2.1. Thu thập và xử lý dữ liệu

Thông tin về góc nghiêng, vận tốc góc, quãng đường và vận tốc dài của robot được thu thập từ cảm biến MPU6050 và Encoder. Dữ liệu sau đó được xử lý bởi các bộ lọc để loại bỏ nhiễu và tăng độ chính xác.

2.2. Lựa chọn bộ điều khiển

Hai bộ điều khiển được xem xét là PID và LQR.

• PID (Proportional Integral Derivative) là bộ điều khiển phản hồi dựa trên sai số giữa giá trị mong muốn và giá trị đo được.

• LQR (Linear Quadratic Regulator) là bộ điều khiển tối ưu dựa trên mô hình toán học của hệ thống, tìm cách tối thiểu hóa hàm chi phí liên quan đến sai số trạng thái và nỗ lực điều khiển.

III. Kết quả và Đánh giá

Đề tài đã thành công xây dựng được mô hình robot hai bánh tự cân bằng với khả năng di chuyển linh hoạt. Các thuật toán điều khiển và giải thuật lọc tín hiệu được đánh giá là hiệu quả.

Kết quả:

• Mô hình mô phỏng và thực tế hoạt động ổn định.
• Robot có khả năng giữ thăng bằng và di chuyển theo điều khiển.
• Các bộ lọc giúp cải thiện chất lượng tín hiệu, tăng độ chính xác điều khiển.

Ứng dụng thực tiễn:

• Mô hình học tập, nghiên cứu về robot, điều khiển tự động.
• Nền tảng để phát triển các loại robot tự hành phức tạp hơn.