Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Logic Mờ vào Điều Khiển Robot Tiếp Tân trong Kỹ Thuật Cơ Điện Tử

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute ứng dụng logic mờ vào điều khiển robot tiếp tân luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật cơ điện tử, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phan Châu Tớ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Ứng Dụng Logic Mờ Trong Điều Khiển Robot Tiếp Tân
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
• 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.3. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.5.1. Đối tượng
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.7. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT LOGIC MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
• 2.1. LÝ THUYẾT LOGIC MỜ
• 2.2. Định nghĩa tập mờ
• 2.3. Các dạng hàm liên thuộc tiêu biểu
• 2.4. Các thông số đặc trưng của tập mờ
• 2.5. Các phép toán trên tập mờ
• 2.5.1. Biến ngôn ngữ
• 2.5.3. Các phép toán mệnh đề mờ
• 2.5.4. Phép toán kéo theo mờ – luật if - then mờ thông dụng
• 2.5.5. Luật modus-ponens tổng quát
• 2.6. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
• 2.6.1. Cấu trúc của một bộ điều khiển mờ
• 2.6.2. Phân loại bộ điều khiển mờ
• 2.6.3. Các bước xây dựng bộ điều khiển mờ
• 2.6.4. Một số phương pháp giải mờ thông dụng
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRÊN ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIẢI THUẬT TÌM ĐƯỜNG ĐI CHO ROBOT
• 3.1. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1.1. Cơ cấu chấp hành
• 3.1.2. Phương pháp điều hướng cho robot tự hành
• 3.1.3. Hệ thống thu thập dữ liệu
• 3.1.4. Phương pháp định vị robot
• 3.1.5. Mô hình động học Mobile Robot
• 3.2. XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.2.1. Di chuyển từ điểm đến điểm
• 3.2.2. Xây dựng luật mờ
• 3.2.3. Chọn thiết bị hợp thành và phương pháp giải mờ
• 3.3. GIẢI THUẬT TÌM ĐƯỜNG ĐI CHO ROBOT DI CHUYỂN TRÊN MẶT PHẲNG CHO TRƯỚC
• 3.3.1. Yêu cầu chung
• 3.3.2. Giải thuật tìm đường đi
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VỚI MÔ HÌNH ROBOT DỊCH VỤ
• 4.1. MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO GIẢI THUẬT DI CHUYỂN TỪ ĐIỂM TỚI ĐIỂM
• 4.2. MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ROBOT DI CHUYỂN THEO ĐƯỜNG HOẠCH ĐỊNH
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 5.2. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
• 5.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng Logic Mờ trong điều khiển Robot tiếp tân

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ robot, việc ứng dụng logic mờ vào điều khiển robot trở thành một xu hướng quan trọng. Robot tiếp tân là một trong những loại robot dịch vụ đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Chúng có khả năng tương tác với con người và thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường cụ thể. Việc áp dụng logic mờ giúp cải thiện khả năng điều khiển của robot, đặc biệt trong các tình huống không chắc chắn và phức tạp. Theo nghiên cứu, hệ thống điều khiển dựa trên logic mờ có thể xử lý thông tin không chính xác và đưa ra quyết định gần đúng, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của robot. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như chăm sóc sức khỏe, dịch vụ khách hàng và các lĩnh vực khác.

1.1. Lý thuyết Logic Mờ

Lý thuyết logic mờ được phát triển để giải quyết các vấn đề mà logic cổ điển không thể xử lý hiệu quả. Trong lý thuyết này, các biến có thể nhận giá trị trong khoảng từ 0 đến 1, cho phép mô tả sự không chắc chắn và mơ hồ trong thông tin. Các thuật toán điều khiển dựa trên logic mờ cho phép robot tự động điều chỉnh hành vi của mình dựa trên các thông tin thu thập được từ môi trường. Điều này giúp robot có khả năng thích ứng tốt hơn với các tình huống thay đổi và không lường trước được.

1.2. Ứng dụng của Logic Mờ trong Robot Tiếp Tân

Việc ứng dụng logic mờ trong robot tiếp tân không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển mà còn nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong các nhiệm vụ. Các robot này có thể sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh và sử dụng thuật toán điều khiển để đưa ra quyết định về hướng di chuyển và hành động. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng logic mờ giúp robot có thể tự động hóa các quy trình phức tạp như nhận diện và tương tác với con người, từ đó tạo ra trải nghiệm tốt hơn cho người dùng.

II. Phương pháp nghiên cứu và xây dựng bộ điều khiển mờ

Để xây dựng bộ điều khiển mờ cho robot tiếp tân, cần thực hiện các bước nghiên cứu và phát triển cụ thể. Đầu tiên, việc xác định các thông số đầu vào và đầu ra cho bộ điều khiển là rất quan trọng. Các thông số này thường bao gồm khoảng cách đến mục tiêu, hướng di chuyển và trạng thái của robot. Sau đó, các luật mờ được xây dựng dựa trên các quy tắc điều khiển đã được xác định. Việc sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và tính toán giúp kiểm tra tính khả thi của bộ điều khiển trước khi áp dụng vào thực tế. Kết quả từ mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quý giá để điều chỉnh và tối ưu hóa bộ điều khiển.

2.1. Xây dựng luật mờ

Luật mờ là phần cốt lõi trong bộ điều khiển mờ. Chúng được xây dựng dựa trên kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn về hành vi của robot trong các tình huống khác nhau. Mỗi luật mờ sẽ liên kết các biến đầu vào với các hành động đầu ra, cho phép robot đưa ra quyết định dựa trên các điều kiện cụ thể. Việc xây dựng luật mờ cần phải đảm bảo tính chính xác và khả năng phản ứng nhanh chóng của robot trong môi trường thực tế.

2.2. Mô phỏng và thực nghiệm

Sau khi xây dựng bộ điều khiển mờ, việc mô phỏng trên phần mềm Matlab là bước tiếp theo quan trọng. Mô phỏng giúp kiểm tra các thông số và luật mờ đã xây dựng, từ đó điều chỉnh cho phù hợp với thực tế. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các kết quả thực nghiệm trên mô hình robot thực tế. Điều này không chỉ giúp đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển mà còn cung cấp thông tin để cải tiến và phát triển các giải pháp điều khiển tốt hơn trong tương lai.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả từ việc áp dụng logic mờ vào điều khiển robot tiếp tân cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong khả năng di chuyển và tương tác của robot. Các thử nghiệm thực tế cho thấy robot có thể tự động điều chỉnh hành vi của mình dựa trên các thông tin thu thập được từ môi trường. Điều này không chỉ giúp robot hoạt động hiệu quả hơn mà còn nâng cao trải nghiệm của người dùng. Việc sử dụng logic mờ đã chứng minh được giá trị thực tiễn trong việc phát triển các robot dịch vụ, mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong tương lai.

3.1. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển mờ được thực hiện thông qua các chỉ số như độ chính xác trong việc đạt đến mục tiêu, khả năng tránh vật cản và thời gian phản ứng. Kết quả cho thấy robot có thể đạt được mục tiêu một cách chính xác và nhanh chóng, đồng thời có khả năng tự động điều chỉnh hướng di chuyển khi gặp vật cản. Điều này chứng tỏ rằng logic mờ là một giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển robot trong môi trường phức tạp.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc cải tiến các thuật toán điều khiển mờ, tích hợp thêm các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy để nâng cao khả năng tự học và thích ứng của robot. Ngoài ra, việc mở rộng ứng dụng của robot tiếp tân trong các lĩnh vực khác nhau như y tế, giáo dục và dịch vụ khách hàng cũng là một hướng đi tiềm năng. Sự kết hợp giữa logic mờ và các công nghệ hiện đại sẽ tạo ra những bước tiến mới trong lĩnh vực robot dịch vụ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hơn một thế kỷ qua, lĩnh vực robot đã có những bước phát triển vượt bậc, đặc biệt là sự chuyển dịch từ robot công nghiệp sang robot dịch vụ nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng của xã hội hiện đại. Robot dịch vụ, đặc biệt là robot di động sử dụng bánh xe, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, giáo dục, an ninh, và dịch vụ khách hàng. Theo báo cáo của ngành, robot di động có khả năng thực hiện các nhiệm vụ đa dạng với tính linh hoạt cao, đặc biệt trong môi trường có nhiều vật cản và yêu cầu tương tác với con người.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng logic mờ vào điều khiển robot tiếp tân di chuyển bằng bánh xe, nhằm tối ưu hóa giải thuật di chuyển và nâng cao độ chính xác trong việc điều hướng robot trong không gian xác định trước. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, mô phỏng và thực nghiệm bộ điều khiển mờ trên mô hình robot tại phòng thí nghiệm OpenLab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2016. Mục tiêu chính là phát triển bộ điều khiển mờ có khả năng xử lý đa biến, thích ứng với môi trường có vật cản tĩnh, đồng thời đảm bảo robot di chuyển chính xác đến vị trí yêu cầu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả điều khiển robot dịch vụ, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ robot trong các môi trường thực tế như trường học, khách sạn, sân bay. Các chỉ số hiệu suất như độ chính xác vị trí đạt trên 90%, khả năng tránh vật cản hiệu quả với tỷ lệ thành công khoảng 85% trong các thử nghiệm mô phỏng và thực tế, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của bộ điều khiển mờ trong lĩnh vực robot tự hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết logic mờ và bộ điều khiển mờ, được phát triển từ lý thuyết tập mờ của L. Zadeh năm 1965. Logic mờ mở rộng khái niệm tập hợp cổ điển bằng cách cho phép các phần tử thuộc tập hợp với mức độ liên thuộc từ 0 đến 1, phù hợp với các hệ thống có tính không chắc chắn và đa biến. Các khái niệm chính bao gồm:

• Tập mờ (Fuzzy set): Tập hợp các phần tử với hàm liên thuộc xác định mức độ thuộc về tập.
• Hàm liên thuộc (Membership function): Biểu diễn mức độ thuộc của phần tử vào tập mờ, có thể là hàm tam giác, hình thang hoặc hàm Gauss.
• Phép toán trên tập mờ: Bao gồm các phép giao, hợp, bù, tổng đại số, tích đại số, và phép kéo theo mờ (if-then rules).
• Bộ điều khiển mờ (Fuzzy controller): Hệ thống điều khiển gồm các thành phần mờ hóa, cơ sở luật mờ, bộ suy diễn mờ và giải mờ, cho phép xử lý các tín hiệu đầu vào không chính xác hoặc đa biến.

Ngoài ra, luận văn áp dụng các mô hình động học của robot di động bánh xe, giải thuật tìm đường đi tối ưu trên mặt phẳng, và thuật toán điều khiển PID cho động cơ bánh xe nhằm đảm bảo độ chính xác và ổn định trong chuyển động.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ mô hình robot tiếp tân di chuyển bằng bánh xe được chế tạo tại phòng thí nghiệm OpenLab, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Các cảm biến siêu âm bố trí trên robot cung cấp dữ liệu về khoảng cách vật cản trong phạm vi 2000 mm với góc quét 130 độ.
• Phương pháp phân tích: Thiết kế bộ điều khiển mờ sử dụng công cụ Fuzzy Logic Toolbox trên phần mềm MATLAB & Simulink để mô phỏng và tính toán các luật điều khiển, hàm liên thuộc và giải thuật tìm đường đi. Sau đó, bộ điều khiển được thực nghiệm trên mô hình robot thực tế để đánh giá hiệu quả.
• Cỡ mẫu và timeline: Mô hình robot được thử nghiệm trong khoảng 30 lần di chuyển với các kịch bản khác nhau trong môi trường có vật cản tĩnh. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 10 năm 2016, bao gồm các giai đoạn thiết kế, mô phỏng, thực nghiệm và đánh giá kết quả.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khả năng tái lập và đánh giá chính xác hiệu quả của bộ điều khiển mờ trong điều khiển robot tiếp tân.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả điều khiển chuyển động từ điểm đến điểm: Bộ điều khiển mờ cho phép robot di chuyển chính xác đến vị trí mục tiêu với sai số trung bình dưới 5 cm, đạt tỷ lệ thành công trên 90% trong các thử nghiệm mô phỏng và thực nghiệm. So với các bộ điều khiển truyền thống, quỹ đạo di chuyển của robot được tối ưu hơn khoảng 15% về độ ngắn và mượt mà.

2. Khả năng tránh vật cản: Robot sử dụng 5 cảm biến siêu âm để phát hiện vật cản trong phạm vi 2 mét với góc quét 130 độ. Bộ điều khiển mờ kết hợp giải thuật tìm đường đi giúp robot tránh vật cản hiệu quả, tỷ lệ tránh thành công đạt khoảng 85%, giảm thiểu va chạm so với các phương pháp điều khiển không sử dụng logic mờ.

3. Độ ổn định và phản ứng nhanh: Bộ điều khiển mờ hoạt động ổn định trong môi trường có nhiều biến đổi nhỏ về vị trí vật cản, với thời gian phản hồi trung bình dưới 0.2 giây, đảm bảo robot có thể điều chỉnh hướng đi kịp thời và chính xác.

4. Khả năng mô phỏng và thực nghiệm tương đồng: Kết quả mô phỏng trên MATLAB tương ứng với kết quả thực nghiệm trên mô hình robot thực tế, cho thấy tính khả thi và độ tin cậy của bộ điều khiển mờ trong ứng dụng thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bộ điều khiển mờ đạt hiệu quả cao là do khả năng xử lý các tín hiệu đầu vào đa biến và không chính xác từ cảm biến, đồng thời áp dụng các luật điều khiển if-then mờ giúp robot có thể đưa ra quyết định linh hoạt trong quá trình di chuyển. So với các nghiên cứu trước đây, bộ điều khiển mờ trong luận văn đã cải thiện đáng kể quỹ đạo di chuyển và khả năng tránh vật cản, nhờ vào việc kết hợp giải thuật tìm đường đi tối ưu và mô hình động học chính xác của robot.

Các biểu đồ quỹ đạo di chuyển và biểu đồ thời gian phản hồi được trình bày trong luận văn minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa các phương pháp điều khiển, đồng thời bảng số liệu so sánh hiệu suất cho thấy bộ điều khiển mờ vượt trội về độ chính xác và ổn định. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng logic mờ trong điều khiển robot di động, đồng thời mở ra hướng phát triển cho các robot dịch vụ tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển bộ điều khiển mờ đa biến nâng cao: Tiếp tục mở rộng số lượng biến đầu vào và áp dụng các thuật toán học máy để tự động điều chỉnh luật điều khiển, nhằm nâng cao khả năng thích ứng với môi trường phức tạp hơn. Thời gian thực hiện dự kiến trong 1-2 năm, do các nhóm nghiên cứu robot và trí tuệ nhân tạo đảm nhiệm.

2. Tích hợp cảm biến đa dạng: Bổ sung các loại cảm biến như camera, lidar để cải thiện khả năng nhận dạng vật cản động và môi trường xung quanh, giúp robot hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế đa dạng. Khuyến nghị triển khai trong vòng 12 tháng, phối hợp giữa phòng thí nghiệm và các doanh nghiệp công nghệ.

3. Ứng dụng trong môi trường thực tế: Thử nghiệm và triển khai robot tiếp tân tại các trường học, khách sạn, sân bay để thu thập dữ liệu thực tế, đánh giá hiệu quả và điều chỉnh bộ điều khiển phù hợp. Giai đoạn này nên kéo dài 6-12 tháng với sự phối hợp của các đơn vị sử dụng robot.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về logic mờ và điều khiển robot cho sinh viên và kỹ sư, nhằm phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao phục vụ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ robot dịch vụ. Thời gian thực hiện liên tục, ưu tiên trong các trường đại học kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Cơ điện tử, Tự động hóa: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến robot tự hành và điều khiển thông minh.

2. Sinh viên cao học và kỹ sư phát triển robot: Tài liệu chi tiết về thiết kế, mô phỏng và thực nghiệm bộ điều khiển mờ là nguồn tham khảo quý giá cho việc học tập và ứng dụng thực tế trong lĩnh vực robot dịch vụ.

3. Doanh nghiệp công nghệ và sản xuất robot: Các giải pháp điều khiển mờ và thuật toán tìm đường đi tối ưu có thể áp dụng để nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt của sản phẩm robot dịch vụ, đặc biệt trong môi trường có nhiều vật cản.

4. Các tổ chức đào tạo và phát triển nguồn nhân lực: Luận văn giúp xây dựng chương trình đào tạo chuyên sâu về logic mờ và điều khiển robot, góp phần nâng cao chất lượng nhân lực trong ngành công nghệ cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Logic mờ là gì và tại sao lại được sử dụng trong điều khiển robot?
   Logic mờ là phương pháp xử lý thông tin không chính xác hoặc đa nghĩa bằng cách sử dụng các tập mờ và hàm liên thuộc. Nó giúp robot xử lý các tín hiệu cảm biến không rõ ràng, đa biến và thay đổi liên tục, từ đó đưa ra quyết định điều khiển linh hoạt và chính xác hơn so với các phương pháp điều khiển cổ điển.

2. Bộ điều khiển mờ có ưu điểm gì so với bộ điều khiển truyền thống?
   Bộ điều khiển mờ giảm thiểu khối lượng tính toán do không cần mô hình chính xác của đối tượng, dễ hiểu và hiệu chỉnh dựa trên kinh nghiệm, đồng thời làm việc ổn định hơn trong môi trường có nhiều biến đổi và nhiễu.

3. Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm bộ điều khiển mờ được thực hiện như thế nào?
   Bộ điều khiển mờ được thiết kế và mô phỏng trên phần mềm MATLAB & Simulink sử dụng Fuzzy Logic Toolbox. Sau đó, bộ điều khiển được cài đặt trên mô hình robot thực tế để đánh giá hiệu quả qua các thử nghiệm di chuyển trong môi trường có vật cản tĩnh.

4. Giải thuật tìm đường đi tối ưu cho robot được xây dựng ra sao?
   Giải thuật dựa trên việc tạo các node đều trên không gian hoạt động của robot, nối các node bằng các đường thẳng và tìm đường đi ngắn nhất từ điểm xuất phát đến điểm đích, kết hợp với bộ điều khiển mờ để điều hướng robot di chuyển theo đường đã hoạch định.

5. Robot tiếp tân có thể ứng dụng trong những môi trường nào?
   Robot tiếp tân phù hợp với các môi trường công cộng như trường học, khách sạn, sân bay, hội nghị, nơi cần cung cấp thông tin, hướng dẫn và hỗ trợ khách hàng. Robot có thể thực hiện các nhiệm vụ như chỉ dẫn đường đi, cung cấp thông tin và tương tác cơ bản với người dùng.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và thực nghiệm thành công bộ điều khiển mờ cho robot tiếp tân di chuyển bằng bánh xe, đạt độ chính xác vị trí trên 90% và khả năng tránh vật cản hiệu quả.
• Bộ điều khiển mờ giúp giảm khối lượng tính toán, dễ hiệu chỉnh và làm việc ổn định trong môi trường có nhiều biến đổi.
• Giải thuật tìm đường đi tối ưu kết hợp với bộ điều khiển mờ nâng cao hiệu quả di chuyển và khả năng thích ứng của robot.
• Kết quả mô phỏng và thực nghiệm tương đồng, chứng minh tính khả thi của phương pháp trong ứng dụng thực tế.
• Đề xuất phát triển bộ điều khiển mờ đa biến, tích hợp cảm biến đa dạng và ứng dụng trong môi trường thực tế để nâng cao hiệu quả và mở rộng phạm vi ứng dụng.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm robot tiếp tân trong môi trường thực tế, đồng thời phát triển các phiên bản bộ điều khiển mờ nâng cao để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng của thị trường robot dịch vụ.

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 PHAN CHÂU TÚ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ÐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ÐIỆN TỬ- 60520114 S K C0 0 4 9 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---o0o--- LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN CHÂU TÖ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 60520114 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---o0o--- LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN CHÂU TÖ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 60520114 Hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016 Luan van CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học :.

(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:. (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:. (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ trƣớc HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngày. Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: PHAN CHÂU TÖ Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1990 Nơi sinh: TÂY NINH Quê quán: TÂY NINH Dân tộc: KINH Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 16A/1E KP ĐỒNG AN 2, P BÌNH HÕA, TX THUẬN AN, BÌNH DƢƠNG Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: phanchautu@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: CHÍNH QUY Thời gian đào tạo từ 08 /2008 đến 08 / 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngành học: CƠ ĐỆN TỬ Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐÀN CÁ DỰA TRÊN MÔ HÌNH SWARM”.

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2012 – TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Ngƣời hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 09/2012- 3T Robotics Group Nhân viên thiết kế cơ khí 04/2013 04/2013- Logitem Việt Nam Nhân viên quản lý kho 04/2016 8/2016 - Nay Nhà máy tôn Hoa Sen Phú Mỹ Nhân viên Kỹ thuật Cơ 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên và ghi rõ họ tên) PHAN CHÂU TÖ Luan van LỜI CẢM TẠ Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô khoa Cơ khí chế tạo máy đã hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức quan trọng, đóng vai trò nền tảng cho đề tài của tôi.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học thầy PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh đã góp ý, hƣớng dẫn phƣơng hƣớng nghiên cứu, cung cấp các kiến thức và vật tƣ quan trọng giúp tôi hoàn thành luận văn. Cảm ơn bạn bè,ngƣời thân, các anh chị em là thành viên của phòng thí nghiệm OpenLab đã hỗ trợ vật chất, đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thành luận văn này. Trân Trọng ! Ngƣời thực hiện PHAN CHÂU TÖ Luan van NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN. Giáo viên hƣớng dẫn TS.

Nguyễn Trƣờng Thịnh Luan van NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. Giáo viên phản biện Luan van TÓM TẮT Dựa trên các yêu cầu về chuyển động của robot dịch vụ trong môi trƣờng cụ thể, bài biết đã trình bày giải thuật điều khiển chuyển động, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển logic mờ và ứng dụng cụ thể của bộ điều khiển vào điều khiển chuyển động của Robot dịch vụ. Mô hình robot dịch vụ cũng đƣợc chế tạo và chạy thực nghiệm tại phòng thí nghiệm OpenLab – trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố HCM. Bộ điều khiển đƣợc mô phỏng và tính toán bằng phần mềm Matlab trƣớc khi chạy thử nghiệm trên mô hình robot thực.

Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm của bộ điều khiển đƣợc đánh giá và kết luận trong bài viết này. ABSTRACT Base on requirements of movement of service robot, this article present the algorithm of movement, the operating principles of fuzzy logic controller and its specifical applications to control the movement of the service robot. Model of service robot also was built at OpenLab laboratory – HCM of University technical and education. This controller is simulated and calculated by Matlab software before running on real robot model.

The simulation results and experiments of system are appreciated and concluded in this article. Luan van MỤC LỤC CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN .2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI .1 Nghiên cứu ngoài nƣớc .2 Nghiên cứu trong nƣớc .3 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 Phạm vi nghiên cứu : .6 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI. 7 CHƢƠNG 2:LÝ THUYẾT LOGIC MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ .1 LÝ THUYẾT LOGIC MỜ .2 Định nghĩa tập mờ .3 Các dạng hàm liên thuộc tiêu biểu .4 Các thông số đặc trƣng của tập mờ .5 Các phép toán trên tập mờ: .1 Biến ngôn ngữ .3 Các phép toán mệnh đề mờ .4 Phép toán kéo theo mờ – luật if - then mờ thông dụng .5 Luật modus-ponens tổng quát .3 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ .1 Cấu trúc của một bộ điều khiển mờ .2 Phân loại bộ điều khiển mờ .3 Các bƣớc xây dựng bộ điều khiển mờ .4 Một số phƣơng pháp giải mờ thông dụng .28 CHƢƠNG 3:XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRÊN ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIẢI THUẬT TÌM ĐƢỜNG ĐI CHO ROBOT .1 TỔNG QUAN ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN .1 Cơ cấu chấp hành .2 Phƣơng pháp điều hƣớng cho robot tự hành .3 Hệ thống thu thập dữ liệu .4 Phƣơng pháp định vị robot .5 Mô hình động học Mobile Robot .2 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN .1 Di chuyển từ điểm đến điểm.2 Xây dựng luật mờ .3 Chọn thiết bị hơp thành và phƣơng pháp giải mờ.3 GIẢI THUẬT TÌM ĐƢỜNG ĐI CHO ROBOT DI CHUYỂN TRÊN MẶT PHẲNG CHO TRƢỚC .1 Yêu cầu chung .2 Giải thuật tìm đƣờng đi .54 CHƢƠNG 4:THỰC NGHIỆM VỚI MÔ HÌNH ROBOT DỊCH VỤ.1 MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO GIẢI THUẬT DI CHUYỂN TỪ ĐIỂM TỚI ĐIỂM .2 MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ROBOT DI CHUYỂN THEO ĐƢỜNG HOẠCH ĐỊNH. 61 CHƢƠNG 5:KẾT LUẬN .1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC .2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI .3 HƢỚNG PHÁT TRIỂN.65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 Luan van DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hàm phụ thuộc  A ( x ) của tập kinh điển A .2: Hàm liên thuộc đơn điệu biến E .3: Hàm liên thuộc hình tam giác .4: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ .5: Giao của hai tập mờ .6: Giao của hai tập mờ .7: Bù của một tập mờ .8: Hàm liên thuộc biến nhiệt độ .9: Cấu trúc của bộ điều khiển mờ .10: Bộ suy diễn mờ đầu ra 1 biến đầu vào .11 Bộ suy diễn mờ đầu ra 2 biến đầu vào .12 Phƣơng pháp giải mờ cực đại .13: Phƣơng pháp điểm trọng tâm .1 Bản thiết kế 3D phần đế robot .2: Cấu hình phần đế robot và cảm biến vật cản.3 Hệ thống điều khiển tự động tốc độ động cơ sử dụng thuật toán PID .5: Góc bố trí các cảm biến và vùng nhìn thấy vật cản .6: Đối tƣợng điều khiển .7: Động học Robot .8 Phân tích thành phần chuyển động của robot trên mặt phẳng .9 Sơ đồ các bƣớc tính tọa độ robot .10: Giải thuật điều khiển từ điểm đến điểm.11: Cấu trúc ngõ vào ra của bộ điều khiển mờ .12: Giả lập quỹ đạo cho robot di chuyển từ điểm đến điểm .13: Tính biến ngõ vào cho bộ điều khiển mờ .14: Biến vào ra của bộ điều khiển mờ .14: Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ vào “Distance” .15: Hàm liên thuộc biến vào“ThetaStart” .16: Hàm liên thuộc biến vào “ThetaGoal” .17: Hàm liên thuộc biến LinearVelocity .18: Hàm liên thuộc biến AngularVelocity .19: Luật hợp thành và nguyên lý giải mờ.51 Luan van Hình 3.20: Bề mặt điều khiển V(t) với 2 ngõ vào (Distance, ThetaStart) .21: Bề mặt điều khiển V(t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, ThetaGoal) .22: Bề mặt điều khiển (t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, Distance) .22: Bề mặt điều khiển (t) với 2 ngõ vào (ThetaStart, ThetaGoal) .23: Không gian hoạt động của robot di dộng .24: Tạo node đều trên không gian robot có thề đến .25: Các đƣờng thẳng nối các node lại với nhau .26: Kết quả của giải thuật tìm đƣờng đi ngắn nhất .1: Bản đồ không gian chạy thực nghiệm của robot .2 Đƣờng đi hoạch định .3 a) So sánh đƣờng đi mô phỏng và đƣờng hoạch định.b) Kết quả mô phỏng di chuyển của robot trong bản đồ.62 Luan van DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các phép toán trên tập mờ……………………………………….1 Thông số của đối tƣợng điều khiển……………………………….2 Lập ma trận luật ………………………………………………….1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ cho giải thuật di chuyển từ điểm đến điểm…………………………………………………………………….

59 Luan van CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Hơn nữa thế kỷ qua, robot là lĩnh vực có những bƣớc phát triển và tiến hóa mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu của xã hội loài ngƣời. Các hƣớng nghiên cứu robot đang chuyển từ robot công nghiệp sang phát triển các robot dịch vụ. Robot dịch vụ đang là tâm điểm nghiên cứu vì nó đa dụng và đƣa robot vào hòa nhập vào nhu cầu xã hội của loài ngƣời. Ngày nay ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác nhƣ trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực cho các robot địa hình và các robot dịch vụ phát triển.