Nghiên cứu và ứng dụng điều khiển robot một bánh

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Thế nào là robot một bánh tự cân bằng

1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3. Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thực tế

1.4. Mục đích nghiên cứu, khách thể, đối tượng nghiên cứu

1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

1.6. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC HỆ ROBOT MỘT BÁNH

2.1. Mô hình đơn giản hóa robot một bánh

2.2. Phương pháp Euler-Lagrange

2.3. Tham số vật lý

2.4. Các quan hệ tọa độ

2.4.1. Đối với quả bóng

2.4.2. Đối với thân robot

2.4.3. Đối với động cơ

2.5. Phương trình Lagrange – Euler

2.6. Khảo sát đặc tính phi tuyến

2.7. Phương trình trạng thái đầy đủ

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN

3.1. Xây dựng bộ điều khiển toàn phương tuyến tính

3.2. Mô hình không gian trạng thái tuyến tính

3.3. Tính toán độ lợi của bộ điều khiển

3.4. Mô phỏng kiểm tra hệ thống

3.5. Xây dựng bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa TTT

3.6. Cấu trúc và nhiệm vụ điều khiển

3.7. Tuyến tính hóa hệ thống bằng hồi tiếp

3.8. Mô phỏng kiểm tra hệ thống

3.9. Xây dựng bộ điều khiển HTTTH kết hợp LQR

3.9.1. Mô phỏng điều khiển TTT – LQR

3.9.2. Mô phỏng kiểm tra hệ thống khi không có tín hiệu nhiễu

3.9.3. Mô phỏng kiểm tra hệ thống khi có tín hiệu nhiễu

4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ

4.1. Mô hình thực nghiệm

4.2. Thiết kế mô hình 3D

4.3. Thiết kế mô hình thực nghiệm

4.4. Mạch điều khiển trung tâm

4.5. Mạch vi điều khiển ATmega 328

4.6. Mạch công suất điều khiển động cơ

4.7. Ưu điểm giải thuật hệ thống trên vi điều khiển

4.8. Chương trình điều khiển

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN

5.1. Kết quả đạt được

5.2. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Tài liệu liên quan hệ robot một bánh bao gồm phương trình chuyển động, thiết kế mô hình cơ khí và cơ chế lái bóng

Phụ lục 2. Lý thuyết hồi tiếp tuyến tính hóa và bộ lọc Kalman

Phụ lục 3. Chương trình m-file chạy trên Matlab/Simulink điều khiển bằng phương pháp điều khiển

Phụ lục 4. Chương trình vi điều khiển (ATmega 328)

I. Giới thiệu về robot một bánh

Robot một bánh, hay còn gọi là Ballbot, là một hệ thống robot độc đáo sử dụng một quả bóng làm cơ sở di chuyển. Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng động lực học, cho phép robot duy trì thăng bằng và di chuyển mà không bị ngã. Việc nghiên cứu và phát triển robot một bánh có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện khả năng di chuyển của robot trong các không gian hẹp, đồng thời mở ra nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Theo nghiên cứu, robot một bánh có thể hoạt động như một robot dịch vụ tại nhà và văn phòng, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng. Việc ứng dụng lý thuyết điều khiển trong thiết kế và phát triển robot một bánh giúp nâng cao hiệu suất và tính ổn định của hệ thống.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu robot một bánh trở nên cấp thiết trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển. Robot một bánh không chỉ giúp giải quyết các vấn đề di chuyển trong không gian hạn chế mà còn có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giải trí, dịch vụ và giáo dục. Việc phát triển các hệ thống robot thông minh, có khả năng tự hành và tự động hóa là một trong những xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp robot hiện nay. Các nghiên cứu về robot một bánh không chỉ giúp cải thiện khả năng di chuyển mà còn mở rộng khả năng tương tác của robot với con người và môi trường xung quanh.

II. Mô hình hóa và điều khiển robot một bánh

Mô hình hóa robot một bánh là bước quan trọng trong việc phát triển hệ thống điều khiển. Sử dụng phương pháp Euler-Lagrange, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng mô hình toán học cho robot một bánh, từ đó phân tích các đặc tính động lực học của nó. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển như LQR (Linear Quadratic Regulator) và bộ lọc Kalman giúp cải thiện khả năng ổn định và chính xác trong việc điều khiển robot. Các mô hình này cho phép robot một bánh duy trì thăng bằng và di chuyển theo mong muốn mà không bị ngã, đồng thời giảm thiểu tác động của các tín hiệu nhiễu từ môi trường.

2.1. Phương pháp điều khiển

Phương pháp điều khiển cho robot một bánh chủ yếu dựa vào các thuật toán điều khiển hồi tiếp. Việc sử dụng bộ điều khiển LQR giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, đảm bảo robot có thể phản ứng nhanh chóng với các thay đổi trong môi trường. Đồng thời, bộ lọc Kalman được áp dụng để ước lượng trạng thái của robot, giúp cải thiện độ chính xác trong việc theo dõi và điều khiển. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp các phương pháp điều khiển này mang lại hiệu quả cao trong việc duy trì thăng bằng và di chuyển của robot một bánh.

III. Ứng dụng thực tiễn của robot một bánh

Robot một bánh có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống hàng ngày và trong các lĩnh vực công nghiệp. Chúng có thể được sử dụng như robot dịch vụ trong các văn phòng, siêu thị, hoặc thậm chí trong các sự kiện giải trí. Việc phát triển robot một bánh không chỉ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng mà còn mở ra cơ hội cho các nghiên cứu và phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực robot. Các ứng dụng này không chỉ giới hạn trong việc di chuyển mà còn có thể bao gồm các chức năng như giao tiếp, tương tác với con người và thực hiện các nhiệm vụ tự động.

3.1. Tiềm năng phát triển

Tiềm năng phát triển của robot một bánh là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm cách để cải thiện khả năng tự động hóa và tương tác của robot một bánh với con người. Việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy vào robot một bánh có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển các ứng dụng thông minh. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của robot mà còn tạo ra những sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Luận văn về điều khiển robot một bánh: Nghiên cứu và ứng dụng