Tổng Quan Về Robot Omni Direction Trong Luận Văn Thạc Sĩ Tại HCMUTE

Đề tài Tổng Quan Về Robot Omni Direction Trong Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE với cơ sở khoa học chặt chẽ, đóng góp giá trị cho nghiên cứu và thực tiễn

• Tác giả: Phạm Lê Long Triều
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Tổng Quan Về Robot Omni Direction
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng Quan Về RoBot
• 1.2. Sơ Lược Quá Trình Phát Triển
• 1.3. Những Ứng Dụng Điển Hình Của Robot
• 1.4. Tóm Tắt Các Công Trình Nghiên Cứu Liên Quan
• 1.5. Nhận xét chung và hướng tiếp cận
• 1.6. Mục tiêu của luận văn
• 1.7. Nhiệm vụ của luận văn
• 1.8. Giới hạn của luận văn
• 1.9. Bố cục của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu phương pháp Lyapunov
• 2.2. Định lý ổn định thứ 2 của Lyapunov
• 2.3. Lý thuyết điều khiển trượt
• 2.3.1. Giới thiệu chung
• 2.3.2. Thiết kế bộ điều khiển trượt
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ROBOT DI ĐỘNG ĐA HƯỚNG
• 3.1. Cấu trúc hình học và các giả thiết
• 3.2. Cấu trúc hình học của robot di động đa hướng
• 3.3. Các giả thiết cho mô hình nghiên cứu
• 3.4. Mô hình toán học của robot di động đa hướng
• 3.5. Mô hình động học
• 3.6. Mô hình động lực học
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA OMR SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT
• 4.1. Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) thiết kế cho OMR
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.2. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ nhất
• 5.3. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ hai
• 6. CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 6.1. Các thiết bị để thực hiện mô hình
• 6.2. Ý tưởng thiết kế
• 6.3. Mô phỏng Robot Omni trên bảng điều khiển
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Kết luận
• 7.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Robot Omni Direction

Trong bối cảnh phát triển công nghệ hiện đại, robot omni direction đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực. Tổng quan robot cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống robot tự động trong sản xuất, y tế, và nghiên cứu khoa học. Các ứng dụng robot ngày càng đa dạng, từ việc tự động hóa quy trình sản xuất đến hỗ trợ trong các nhiệm vụ cứu hộ. Robot có khả năng thực hiện các công việc lặp đi lặp lại với độ chính xác cao, giúp giảm thiểu sai sót và tăng năng suất. Theo một nghiên cứu, robot có thể thay thế con người trong những công việc nguy hiểm, như hàn trong môi trường nhiệt độ cao, nhờ vào khả năng hoạt động bền bỉ và chính xác.

1.1 Sơ Lược Qúa Trình Phát Triển

Thuật ngữ robot được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1922 trong vở kịch của Karel Čapek. Từ đó, nghiên cứu về robot di động đa hướng đã phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp. Các kỹ thuật robot đã được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong sản xuất. Năm 1954, tay máy đầu tiên được chế tạo, mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp chế tạo robot. Sự phát triển của công nghệ robot không chỉ dừng lại ở việc chế tạo mà còn mở rộng sang các lĩnh vực như giáo dục và nghiên cứu khoa học.

1.2 Những Ứng Dụng Điển Hình Của Robot

Các ứng dụng robot trong công nghiệp rất phong phú, bao gồm hàn, lắp ráp, và phun sơn. Robot được sử dụng để thực hiện các công việc nặng nhọc và nguy hiểm, giúp bảo vệ sức khỏe con người. Ví dụ, trong ngành sản xuất ô tô, robot hàn điểm được sử dụng rộng rãi để đảm bảo chất lượng và hiệu suất. Ngoài ra, robot còn được ứng dụng trong lĩnh vực y tế, giúp thực hiện các phẫu thuật chính xác. Sự phát triển của robot thông minh đã mở ra nhiều cơ hội mới cho các ngành công nghiệp, từ sản xuất đến dịch vụ.

II. Cơ Sở Lý Thuyết

Cơ sở lý thuyết về robot omni direction bao gồm các phương pháp điều khiển và mô hình toán học. Phương pháp Lyapunov và lý thuyết điều khiển trượt là hai trong số những phương pháp quan trọng được áp dụng để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong điều khiển robot. Kỹ thuật robot hiện đại yêu cầu các nhà nghiên cứu phải hiểu rõ về động học và động lực học của robot. Việc áp dụng các lý thuyết này giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của robot trong các môi trường khác nhau.

2.1 Giới thiệu phương pháp Lyapunov

Phương pháp Lyapunov là một công cụ mạnh mẽ trong lý thuyết điều khiển, giúp đánh giá sự ổn định của hệ thống. Bằng cách sử dụng hàm Lyapunov, các nhà nghiên cứu có thể xác định được điều kiện cần thiết để đảm bảo rằng hệ thống robot hoạt động ổn định trong suốt quá trình điều khiển. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát triển các robot tự động có khả năng hoạt động trong môi trường phức tạp.

2.2 Định lý ổn định thứ 2 của Lyapunov

Định lý ổn định thứ 2 của Lyapunov cung cấp một tiêu chí quan trọng để đánh giá sự ổn định của hệ thống. Định lý này cho phép các nhà nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển hiệu quả cho robot di động đa hướng. Việc áp dụng định lý này trong thiết kế bộ điều khiển trượt giúp cải thiện đáng kể khả năng phản ứng của robot trước các thay đổi trong môi trường hoạt động.

III. Mô Hình Toán Học Của Robot Di Động Đa Hướng

Mô hình toán học của robot di động đa hướng là một phần quan trọng trong nghiên cứu và phát triển robot. Mô hình này giúp mô phỏng và phân tích hành vi của robot trong các tình huống khác nhau. Các yếu tố như cấu trúc hình học, động học và động lực học đều được xem xét kỹ lưỡng. Việc xây dựng mô hình toán học chính xác không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của robot trong thực tế.

3.1 Cấu trúc hình học và các giả thiết

Cấu trúc hình học của robot omni direction đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng di chuyển và thao tác của robot. Các giả thiết về cấu trúc hình học giúp đơn giản hóa mô hình toán học, từ đó dễ dàng hơn trong việc phân tích và điều khiển. Việc hiểu rõ về cấu trúc hình học cũng giúp các nhà nghiên cứu phát triển các giải pháp tối ưu cho các bài toán điều khiển phức tạp.

3.2 Mô hình động học và động lực học

Mô hình động học và động lực học của robot di động đa hướng là cơ sở để phân tích chuyển động và lực tác động lên robot. Mô hình động học giúp xác định các thông số chuyển động, trong khi mô hình động lực học giúp phân tích các lực tác động lên robot trong quá trình hoạt động. Sự kết hợp giữa hai mô hình này cho phép các nhà nghiên cứu phát triển các bộ điều khiển hiệu quả, từ đó nâng cao khả năng hoạt động của robot trong các tình huống thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ tự động hóa và robot, robot di động đa hướng (Omnidirectional Mobile Robot - OMR) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành kỹ thuật điện và điều khiển tự động. Theo ước tính, nhu cầu ứng dụng robot trong sản xuất, y tế, nghiên cứu khoa học và quốc phòng ngày càng tăng, đòi hỏi các hệ thống robot có khả năng di chuyển linh hoạt và chính xác trên nhiều hướng khác nhau. Luận văn tập trung nghiên cứu mô hình toán học và phương pháp điều khiển cho robot di động đa hướng ba bánh, nhằm phát triển bộ điều khiển bám quỹ đạo hiệu quả, ổn định và có khả năng chịu nhiễu tốt.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng mô hình động học và động lực học của OMR, thiết kế bộ điều khiển trượt tích phân (Integral Sliding Mode Control - ISMC) để điều khiển chuyển động bám theo quỹ đạo tham chiếu, đồng thời mô phỏng và xây dựng mô hình thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của giải thuật điều khiển. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian 1,5 năm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi tập trung vào robot di động đa hướng ba bánh trên mặt phẳng ngang.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác và tính ổn định trong điều khiển robot di động đa hướng, góp phần phát triển các ứng dụng robot trong công nghiệp và dịch vụ, đồng thời mở rộng kiến thức về điều khiển phi tuyến và kỹ thuật điều khiển trượt trong lĩnh vực robot.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết chính trong thiết kế bộ điều khiển cho robot di động đa hướng:

1. Lý thuyết ổn định Lyapunov: Đây là phương pháp đánh giá tính ổn định của hệ thống phi tuyến, dựa trên việc xây dựng hàm Lyapunov - một hàm vô hướng dương biểu thị năng lượng hệ thống. Nếu đạo hàm theo thời gian của hàm này là hàm xác định âm, hệ thống được chứng minh là ổn định. Định lý ổn định thứ hai của Lyapunov được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển đảm bảo sai số bám quỹ đạo tiến về 0 khi thời gian tiến tới vô cùng.

2. Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC): Là kỹ thuật điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, sử dụng luật điều khiển không liên tục để ép hệ thống vận hành trên một mặt trượt, giúp hệ thống không nhạy cảm với nhiễu và biến đổi tham số bên trong. Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) được thiết kế nhằm loại bỏ pha tiếp cận, đảm bảo sai số bám quỹ đạo và sai số vận tốc tiến về 0 một cách nhanh chóng và ổn định.

Các khái niệm chính bao gồm: véc tơ sai số bám quỹ đạo, véc tơ mặt trượt tích phân, ma trận lực quán tính, và luật điều khiển mô men ngõ vào.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm mô hình toán học của robot di động đa hướng ba bánh, các tham số vật lý như bán kính bánh xe (0,04 m), khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm robot (0,18 m), khối lượng robot (4,5 kg), mô men quán tính (0,12 kgm²), cùng các lực cản do ma sát và trượt được giả định (lực ma sát tối đa 2 N, lực trượt 1,5 N).

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink để đánh giá hiệu quả bộ điều khiển ISMC trong việc bám theo các quỹ đạo tham chiếu như đường tròn bán kính 0,3 m. Cỡ mẫu mô phỏng được thiết kế với thời gian lấy mẫu 10 ms, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình điều khiển.

Timeline nghiên cứu kéo dài 1,5 năm, bao gồm các giai đoạn xây dựng mô hình toán học, thiết kế bộ điều khiển, mô phỏng và xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của bộ điều khiển ISMC trong bám quỹ đạo: Kết quả mô phỏng cho thấy robot di động đa hướng ba bánh có thể bám theo quỹ đạo tròn bán kính 0,3 m với sai số vị trí và góc lệch giảm dần về 0 khi thời gian tiến tới vô cùng. Sai số vận tốc cũng được kiểm soát tốt, đảm bảo vận tốc robot ổn định ở mức 0,012 m/s.

2. Tính ổn định và khả năng chịu nhiễu: Bộ điều khiển ISMC thể hiện khả năng ổn định cao trước các lực cản do ma sát và trượt với lực tối đa lần lượt là 2 N và 1,5 N. Sai số bám quỹ đạo không bị ảnh hưởng đáng kể bởi các nhiễu này, chứng tỏ tính bền vững của giải thuật.

3. Ảnh hưởng của các tham số điều khiển: Thông số bộ điều khiển như k1, k2, k3 (100 s⁻¹), kv1, kv2, kv3 (1,5 s⁻¹), pv1, pv2, pv3 (15 s⁻¹), Qv1, Qv2, Qv3 (30 s⁻¹) và độ dày lớp biên δ = 0,3 được lựa chọn tối ưu để cân bằng giữa tốc độ hội tụ và giảm hiện tượng chattering.

4. Mô hình thực nghiệm phù hợp với mô phỏng: Mô hình thực nghiệm được xây dựng dựa trên các thiết bị và thông số tương tự mô phỏng, cho phép kiểm chứng thực tế các kết quả mô phỏng, đồng thời nhận diện các hạn chế như sai số do thiết bị cơ khí và môi trường thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bộ điều khiển ISMC đạt hiệu quả cao là do tính chất không nhạy cảm với nhiễu và biến đổi tham số của điều khiển trượt, kết hợp với lý thuyết ổn định Lyapunov đảm bảo sai số bám quỹ đạo tiến về 0. So với các nghiên cứu trước đây về robot di động đa hướng, việc áp dụng ISMC cho robot ba bánh giúp cải thiện độ chính xác và ổn định trong điều khiển chuyển động.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ sai số vị trí và góc lệch theo thời gian, biểu đồ vận tốc thực và vận tốc mong muốn, cũng như sơ đồ quỹ đạo thực tế so với quỹ đạo tham chiếu. Bảng tổng hợp các thông số điều khiển và sai số cũng giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải thuật.

So với các phương pháp điều khiển truyền thống, ISMC giảm thiểu hiện tượng chattering nhờ sử dụng hàm saturation thay cho hàm signum, đồng thời tăng khả năng chịu nhiễu và biến đổi môi trường. Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là chưa mở rộng áp dụng cho các loại robot đa hướng có số bánh xe khác hoặc trong môi trường không bằng phẳng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển ISMC cho các loại robot đa hướng khác: Mở rộng nghiên cứu áp dụng cho robot bốn bánh hoặc robot vận hành ngoài đường (Offroad Omnidirectional Mobile Robot - OOMR) nhằm nâng cao tính ứng dụng trong thực tế. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do các chủ thể nghiên cứu robot và các trung tâm phát triển công nghệ robot đảm nhiệm.

2. Phát triển mô hình điều khiển thích nghi kết hợp với ISMC: Thiết kế bộ điều khiển có khả năng tự điều chỉnh tham số theo điều kiện môi trường và tải trọng thay đổi, nhằm tăng tính linh hoạt và hiệu quả sử dụng năng lượng. Mục tiêu giảm sai số bám quỹ đạo dưới 1% trong các điều kiện vận hành khác nhau, thực hiện trong vòng 1 năm.

3. Xây dựng hệ thống mô phỏng và thực nghiệm tích hợp: Phát triển phần mềm mô phỏng kết hợp với mô hình thực nghiệm để đánh giá toàn diện hiệu suất điều khiển, giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm và giảm chi phí phát triển. Chủ thể thực hiện là các phòng thí nghiệm robot tại các trường đại học kỹ thuật.

4. Ứng dụng robot di động đa hướng trong các lĩnh vực công nghiệp và dịch vụ: Đề xuất các giải pháp ứng dụng robot trong sản xuất tự động, vận chuyển nội bộ, và dịch vụ y tế, nhằm nâng cao năng suất và giảm thiểu rủi ro cho con người. Mục tiêu tăng hiệu quả công việc lên khoảng 20-30% trong vòng 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện, điều khiển tự động: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình toán học và kỹ thuật điều khiển trượt tích phân, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến robot di động đa hướng.

2. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực robot và tự động hóa: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu, đặc biệt trong các môn học về điều khiển phi tuyến và robot di động.

3. Kỹ sư phát triển sản phẩm robot và hệ thống tự động hóa: Các giải pháp điều khiển và mô hình thực nghiệm trong luận văn giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa hệ thống robot di động đa hướng trong ứng dụng thực tế.

4. Doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu công nghệ robot: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để phát triển các sản phẩm robot di động đa hướng, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và đổi mới công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) là gì và ưu điểm của nó?
   ISMC là kỹ thuật điều khiển phi tuyến sử dụng mặt trượt tích phân để loại bỏ pha tiếp cận, giúp sai số bám quỹ đạo và vận tốc tiến về 0 nhanh chóng. Ưu điểm là khả năng chịu nhiễu cao và ổn định tốt, giảm hiện tượng chattering nhờ hàm saturation.

2. Tại sao chọn robot di động đa hướng ba bánh để nghiên cứu?
   Robot ba bánh có cấu trúc đơn giản, dễ xây dựng mô hình toán học và điều khiển, đồng thời có khả năng di chuyển linh hoạt với 3 bậc tự do trên mặt phẳng, phù hợp cho nghiên cứu điều khiển bám quỹ đạo.

3. Phần mềm Matlab Simulink được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Matlab Simulink được dùng để mô phỏng mô hình động học, động lực học và bộ điều khiển ISMC, giúp đánh giá hiệu quả điều khiển bám quỹ đạo trước khi xây dựng mô hình thực nghiệm.

4. Các lực cản do ma sát và trượt ảnh hưởng thế nào đến điều khiển robot?
   Lực cản gây ra sai số và làm giảm độ chính xác trong bám quỹ đạo. Bộ điều khiển ISMC được thiết kế để chịu được các lực cản này, giữ cho sai số bám quỹ đạo và vận tốc sai số tiến về 0, đảm bảo ổn định hệ thống.

5. Ứng dụng thực tế của robot di động đa hướng là gì?
   Robot di động đa hướng được ứng dụng trong sản xuất tự động, vận chuyển nội bộ, y tế, cứu hộ và các lĩnh vực cần di chuyển linh hoạt trên nhiều hướng mà không cần thay đổi hướng bánh xe, nâng cao hiệu quả và an toàn lao động.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học động học và động lực học cho robot di động đa hướng ba bánh với các giả thiết thực tế.
• Bộ điều khiển trượt tích phân (ISMC) được thiết kế dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov, đảm bảo sai số bám quỹ đạo và vận tốc tiến về 0 ổn định.
• Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink chứng minh hiệu quả của bộ điều khiển trong việc bám theo các quỹ đạo tham chiếu với sai số nhỏ và khả năng chịu nhiễu tốt.
• Mô hình thực nghiệm được xây dựng để kiểm chứng kết quả mô phỏng, đồng thời nhận diện các hạn chế và hướng phát triển tiếp theo.
• Đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng và ứng dụng thực tế nhằm nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của robot di động đa hướng trong tương lai.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và kỹ sư tiếp tục phát triển bộ điều khiển thích nghi, mở rộng ứng dụng robot đa hướng trong các lĩnh vực công nghiệp và dịch vụ, đồng thời tích hợp mô hình mô phỏng và thực nghiệm để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM LÊ LONG TRIỀU TỔNG QUAN VỀ OMNI DIRECTION ROBOT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC007430 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM LÊ LONG TRIỀU TỔNG QUAN VỀ OMNI DIRECTION ROBOT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM LÊ LONG TRIỀU TỔNG QUAN VỀ OMNI DIRECTION ROBOT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHẠM LÊ LONG TRIỀU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10-03-1991 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Tổ 25b,Ấp trần cao vân,Xã Bàu Hàm 2,Thống Nhất,Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0968228908 Fax: E-mail: longtrieu719@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 10/ 2014 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, Tp.

Hồ Chí Minh. Ngành học: Sƣ Phạm Kỹ Thuật Điện công nghiệp. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:ỨNG DỤNG MẠNG WAVELET TRONG DỰ BÁO NGẮN HẠN PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỰC TP. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 20/04/2014, Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp.

Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: TS.Lê Chí Kiên III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 11/2014 đến Trung Tâm Phát Triển Qũy Đất Huyện Nhân Viên 6/2017 Thống Nhất, Tỉnh Đồng Nai Từ 7/2017 đến Công ty Cổ Phẩn Sản Xuất Kinh Doanh Kỹ sƣ Điện nay Thiết Bị Điện TTC i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Lê Long Triều ii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng, nay Tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học của mình.

Có đƣợc thành quả này, Tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình của thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè trong thời gian học tập vừa qua. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy PGS. Nguyễn Thanh Phƣơng, Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt kinh nghiệm để Tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.

Hồ Chí Minh đã trang bị cho tôi một lƣợng kiến thức rất bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn quí Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho Tôi trong quá trình học tập cũng nhƣ trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ cho tôi rất nhiều để vƣợt qua khó khăn, đã tạo cho Tôi niềm tin và nỗ lực phấn đấu để hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Học viên thực hiện Phạm Lê Long Triều iii Luan van TÓM TẮT Đề tài ― TỔNG QUAN VỀ OMNIDIRECTION ROBOT ‖ đƣợc tiến hành trong khoảng thời gian 1,5 năm tại trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.

Sau thời gian nghiên cứu đề tài đƣợc triền khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:  Tìm hiểu về mô hình toán học của robot di động đa hƣớng 3 bánh (OMR)  Tìm hiểu phƣơng pháp điều khiển trƣợt tích phân (Integal Sliding Mode Control – ISMC) cho robot di động đa hƣớng 3 bánh  Mô phỏng robot bám theo quỹ đạo tham chiếu bộ điều khiển sử dụng Matlab Simulink cho robot di động đa hƣớng 3 bánh (OMR).  Xây dựng mô hình thực nghiệm  Nhận xét kết quả đạt đƣợc và hạn chế của mô hình iv Luan van ABSTRACT Thesis ―OVERVIEW OF OMNIDIRECTIONAL ROBOT ‖ has been done for one and a half years at HO CHI MINH University of Technology And Education. The thesis‘s content focused on:  Learn about mathematical model of the three-wheel mobile omni- directional robot (OMR)  Learn about Integal Sliding Mode Control for the three-wheel mobile omni-directional robot (OMR)  Simulation of the reference robot trajectory using Matlab Simulink for OMR.  Construct model experiment  Comment on the results and limitations of the model v Luan van MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC.

i LỜI CAM ĐOAN .ii LỜI CẢM ƠN. vi DANH SÁCH KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN. viii DANH SÁCH CÁC BẢNG. ix DANH SÁCH CÁC HÌNH.

x Chƣơng 1: TỔNG QUAN .1 Tổng Quan Về RoBot .2 Sơ Lƣợc Qúa Trình Phát Triển .3 Những Ứng Dụng Điển Hình Của Robot .4 Tóm Tắt Các Công Trình Nghiên Cứu Liên Quan .5 Nhận xét chung và hƣớng tiếp cận .6 Mục tiêu của luận văn .7 Nhiệm vụ của luận văn .8 Giới hạn của luận văn .9 Bố cục của đề tài. 13 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Giới thiệu phƣơng pháp Lyapunov .2 Định lý ổn định thứ 2 của Lyapunov .3 Lý thuyết điều khiển trƣợt .1 Giới thiệu chung .2 Thiết kế bộ điều khiển trƣợt. 18 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ROBOT DI ĐỘNG ĐA HƢỚNG. Cấu trúc hình học và các giả thiết.

Cấu trúc hình học của robot di động đa hƣớng. 20 vi Luan van 3. Các giả thiết cho mô hình nghiên cứu. Mô hình toán học của robot di động đa hƣớng.

Mô hình động học. Mô hình động lực học. 23 Chƣơng 4 : ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA OMR SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT. Bộ điều khiển trƣợt tích phân (ISMC) thiết kế cho OMR.

31 Chƣơng 5: MÔ PHỎNG. Kết quả mô phỏng. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ nhất. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển có bộ thông số thứ hai.

48 Chƣơng 6: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .1 Các thiết bị để thực hiện mô hình.2 Ý tƣờng thiết kế .2 Mô phỏng Robot Omni trên bảng điều khiển. 53 Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển của đề tài. 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 61 * Phần lập trình điều khiển cho robot Omni.

61 vii Luan van DANH SÁCH KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Diển giải OMR Robot di động đa hƣớng ( Omnidirectional mobile robot) ISMC Điều khiển trƣợt tích phân ( Integal sliding mode control) OMS-SOW Robot di động đa hƣớng có bánh xe đa hƣớng ( Omnidirectional mobile robot – steerable omnidirectional wheels) 4WD Bốn bánh xe có lái ( Four wheel drive) OOMR Robot di động đa hƣớng vận hành ngoài long đƣờng ( Offroad omnidirectional mobile robot) DOF Bậc tự do ( Degree of freedom) KC Điều khiển động học ( Kinetic control) SMC Điều khiển kiểu trƣợt (Sliding mode control) viii Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 5. 1: Giá trị các thông số của OMR. 2: Giá trị ban đầu cho mô phỏng. 1: Các thiết bị thực hiện mô hình thực nghiệm .49 ix Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.

1: Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi. 2: Hệ thống robot hàn đƣờng của hãng FANUC. 3: Robot lắp ráp mạch in có hệ thống camera quan sát đƣợc dùng để xác định vị trí chân trên bản mạch in. 4: Tay Robot đƣợc sử dụng trong máy ép nhựa để lấy thành phẩm.

5: Mô tả hình học cho OMR-SOW. 6: Kết quả thực nghiệm bám theo đƣờng tròn. 7: Cơ cấu truyền động. 8: Mô hình robot thực nghiệm.

9: Chuyển động robot từ trên xuống. 10: Robot di động đa hƣớng trên con lăn bánh xích (OOMR). 11: Robot di động đa hƣớng 4 bánh (OMR). 12: Bánh xe vô hƣớng.

13: Phân tích lực tác động lên robot. 1: Minh họa hàm Lyapunov. 2: Hệ thống có điều khiển trƣợt. 3: Hình chiếu quỹ đạo pha.

1: Cấu trúc hình học của OMR. 1: Định nghĩa véc tơ sai số bám. 2: Sơ đồ khối cho bộ ISMC. 1: Quỹ đạo mong muốn.

2: Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (I). 3: Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (I). 4: Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (I). 5: Véc tơ mặt trƣợt Sv (I).

6: Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban đầu (I). 7: Véc tơ sai số vận tốc ev bám ở toàn bộ thời gian (I). 8: Vận tốc góc 1, 2, 3 của 3 bánh xe (I).37 x Luan van Hình 5. 9: Vận tốc tuyến tính vC của OMR (I).

10: Vận tốc góc C của OMR (I). 11: Chuyển động của OMR ở thời điểm ban đầu (I). 12: Chuyển động của OMR ở toàn bộ thời gian (I). 13: Quỹ đạo là đƣờng elip có r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (I).

14: Quỹ đạo là đƣờng cong có dạng chữ Ω (I). 15: Véc tơ điều khiển mô men ngõ vào  (II). 16: Véc tơ sai số bám ep tại thời điểm ban đầu (II). 17: Véc tơ sai số bám ep trong toàn bộ thời gian (II).

18: Véc tơ mặt trƣợt Sv (II). 19: Véc tơ sai số vận tốc bám ev ở thời điểm ban đầu (II). 20: Véc tơ sai số vận tốc ev bám ở toàn bộ thời gian (II). 21: Vận tốc góc 1, 2, 3 của 3 bánh xe (II).

22: Vận tốc tuyến tính vC của OMR (II). 23: Vận tốc góc C của OMR (II). 24: Chuyển động của OMR ở thời điểm bắt đầu (II). 25: Chuyển động của OMR ở toàn bộ thời gian (II).

26: Quỹ đạo là đƣờng elip với r1 = 0,3 m; r2 = 0,8 m (II). 27: Quỹ đạo là đƣờng cong có dạng chữ Ω (II). 1: Minh họa mô hình robot thi công. 4: Robot omni chạy theo quỹ đạo hình chữ nhật.

5: Robot omni chạy theo quỹ đạo hình vuông. 6: Robot omni chạy theo quỹ đạo hình tròn .55 xi Luan van Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 .