I. Tổng quan
Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho chuyển động sàn tàu thủy bằng delta robot là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ tự động hóa và điều khiển. Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh, việc đảm bảo an toàn trong vận tải biển trở nên cấp thiết. Sự gia tăng khối lượng hàng hóa lưu thông đồng nghĩa với việc cần phải có các hệ thống điều khiển hiệu quả để giảm thiểu rủi ro mất mát và hư hỏng hàng hóa. Đề tài này không chỉ đáp ứng nhu cầu thực tiễn mà còn mở ra cơ hội cho nghiên cứu sâu hơn về robot delta và ứng dụng của nó trong ngành hàng hải. Theo báo cáo của World Shipping Council, tình trạng mất mát hàng hóa đang gia tăng, điều này càng khẳng định sự cần thiết của việc phát triển mô hình mô phỏng chuyển động của sàn tàu thủy. Đề tài đã sử dụng cơ cấu Delta Robot để mô phỏng ba chuyển động cơ bản của sàn tàu: chuyển động tiến, lùi, và quay, từ đó tạo ra môi trường nghiên cứu và kiểm chứng các mô hình toán học liên quan đến điều khiển tự động.
II. Cơ sở lý thuyết về Delta Robot
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản liên quan đến Delta Robot, bao gồm động học và động lực học. Delta Robot là một loại robot có cấu trúc đặc biệt, cho phép thực hiện nhiều chuyển động linh hoạt và chính xác. Đặc biệt, bậc tự do của Vertical linear Delta robot cho phép nó thực hiện các chuyển động tịnh tiến và xoay một cách hiệu quả. Các phương trình động học thuận và ngược được sử dụng để xác định vị trí và hướng di chuyển của robot. Ma trận Jacobian được áp dụng để phân tích mối quan hệ giữa các biến điều khiển và chuyển động của robot. Phân tích không gian làm việc giúp xác định giới hạn hoạt động của robot trong thực tế. Điều này rất quan trọng để thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi, đảm bảo điều khiển tự động hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống.
III. Mô hình cơ khí và mạch điện
Chương này tập trung vào việc thiết kế mô hình cơ khí cho Delta Robot và các mạch điện cần thiết để điều khiển robot. Mô hình cơ khí được xây dựng dựa trên các yêu cầu thiết kế, đảm bảo tính ổn định và khả năng hoạt động linh hoạt. Các chi tiết dẫn động chính và cụm chi tiết nâng đỡ sàn tàu được thiết kế tỉ mỉ để đảm bảo khả năng chịu tải và độ bền. Bên cạnh đó, hệ thống mạch điện bao gồm vi điều khiển STM32F4 Discovery, mạch công suất điều khiển động cơ, và các cảm biến đo góc nghiêng, giúp robot có thể thực hiện các chuyển động chính xác. Mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink cũng được xây dựng để kiểm tra và tối ưu hóa các thông số điều khiển, từ đó nâng cao hiệu quả của hệ thống điều khiển thích nghi.
IV. Giải thuật điều khiển
Chương này trình bày các giải thuật điều khiển được áp dụng cho Delta Robot nhằm đạt được chuyển động mong muốn của sàn tàu thủy. Bộ điều khiển PID được thiết kế để điều chỉnh tốc độ động cơ, đảm bảo robot di chuyển theo quỹ đạo đã định. Hệ điều khiển thích nghi được xây dựng dựa trên mô hình chuẩn (MRAS), cho phép robot tự điều chỉnh khi có sự thay đổi về tải trọng hoặc thông số mô hình. Các phương pháp điều khiển vòng kín được áp dụng nhằm khử sai số và cải thiện chất lượng điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng giải thuật này giúp robot duy trì độ chính xác cao trong các điều kiện khác nhau, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống.
V. Kết quả và đánh giá
Chương cuối cùng đánh giá kết quả đạt được từ việc áp dụng các bộ điều khiển đã thiết kế. Các thí nghiệm thực nghiệm cho thấy rằng bộ điều khiển thích nghi đã cải thiện đáng kể khả năng điều khiển của Delta Robot trong việc mô phỏng chuyển động sàn tàu thủy. Các số liệu thu thập được cho thấy sai số vị trí và tốc độ đều nằm trong giới hạn cho phép. Ngoài ra, các phương án khắc phục hạn chế và hướng phát triển của đề tài cũng được đề xuất, nhằm mở rộng ứng dụng của robot công nghiệp trong lĩnh vực hàng hải và các lĩnh vực khác. Đề tài không chỉ đóng góp vào việc giải quyết vấn đề thực tiễn mà còn cung cấp nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực tự động hóa và robot.
