Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận án tóm tắt ngành kĩ thuật điều khiển với đề tài: Nghiên cứu phát triển một số thuật toán điều khển rô bốt công nghiệp có nhiều tham số bất định, cho các bạn làm luận án tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA
HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Nguyễn Tiến Kiệm
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐIỀU
KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT
ĐỊNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9.52.02.16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VIỄN
THÔNG
Hà Nội - 2018

2. Công trình đƣợc hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: TS.Phạm Minh Tuấn
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: TS.Nguyễn Trần Hiệp
Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….
Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học
viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..‟, ngày … tháng … năm
201….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thƣ viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thƣ viện Quốc gia Việt Nam

3. MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN..................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung................................................................................ 2
1.2 Một số ứng dụng của rô bốt................................................................. 2
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA CHUYỂN ĐỘNG VI PHÂN CỦA TAY MÁY
DI ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ LUẬT VISUAL SERVOING MỚI ĐỂ BÁM THEO
MỤC TIÊUBAY........................................................................................ 3
2.2. Mô hình hóa chuyển động vi phân của camera trên tay máy di động và
thiết kế hệ servo thị giác bám mục tiêu bay............................................... 3
2.2.1 Mô tả các hệ tọa độ. ......................................................................... 3
2.2.2. Chuyển động vi phân....................................................................... 4
CHƢƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ HỆ ROBOT-CAMERA BÁM MỤC
TIÊU DI ĐỘNG VỚI NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH. ............................ 8
3.2.1. Đặt vấn đề....................................................................................... 8
3.2.2. Xây dựng thuật toán điều khiển bám mục tiêu di động..................... 8
3.2.3. Thuật điều khiển visual servoing cho bệ pan/tilt khi có nhiều tham số
bất định. ................................................................................................... 9
3.2.5. Kết luận phƣơng pháp điều khiển đề xuất...................................... 13
CHƢƠNG 4 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT CÔNG
NGHIỆP DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO CÓ CHÚ Ý ĐẾN CƠ
CẤU CHẤP HÀNH................................................................................ 14
4.2 Điều khiển hệ rô bốt - camera bám mục tiêu di động có chú ý tác động
của cơ cấu chấp hành.............................................................................. 14
4.2.3. Điều khiển bám mục tiêu di động dùng mạng nơ ron..................... 15
4.2.4. Kết quả mô phỏng hệ servo thị giác có mô hình động cơ trên Matlab.
............................................................................................................... 16
4.2.5. Kết luận phƣơng pháp điều khiển đề xuất...................................... 18
CHƢƠNG 5. ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT THÍCH NGHI PHI TUYẾN NGĂN
CHẶN SỰ SUY BIẾN CHO ROBOT GẮN CAMERA VỚI MÔ HÌNH
BẤT ĐỊNH VÀ NHIỄU NGOÀI............................................................ 18
5.3 Mô hình động lực học của cánh tay rô bốt n-DOF cố định................. 18
5.4. Thiết kế luật điều khiển.................................................................... 19

4. 5.6. Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển. ................................................. 20
5.7. Kết luận về phƣơng pháp điều khiển đề xuất. ................................... 24
KẾT LUẬN TOÀN LUẬN ÁN .............................................................. 24

5. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Điều khiển rô bốt đang còn nhiều vấn đề cần giải quyết do độ phúc
tạp, tính phi tuyến và độ bất định của các hệ phƣơng trình động lực và động
lực học của rô bốt gây nên. Gần đây vấn đề điều khiển cho rô bốt có nhiều
tham số bất định nhận đƣợc rất nhiều sự chú ý của giơi nghiên cứa. Vì vậy
nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu phát triển một số thuật toán
điều khển rô bốt công nghiệp có nhiều tham số bất định”
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Đề xuất một số thuật điều khiển cho robot-camera di động mục tiêu
di động. Sau đó đi sâu nghiên cứu một số thuật điều khiển mô men của các
khớp cho hệ robot-camera bám mục tiêu di động và hệ robot-camera có chú
ý đến động cơ hấp hành bám mục tiêu di động. Sau cùng tác giả cũng đề
xuất một số thuật toán điều khiển cho hệ cánh tay robot-camera có mô hình
bất định, nhiễu ngoài và ngăn chăn sự suy biến của hệ, dùng bộ điều khiển
trƣợt phi tuyến (TSMC) kết hợp với mạng nơ ron nhân tạo để ƣớc lƣợng
các tam số bất định.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera gắn trên bệ
di động bám theo mục tiêu.
- Phát triển thuật toán điều khiển hệ robot-camera khi tính đến
các tham số bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo với tín hiệu điều khiển
cho các khớp là tín hiệu momen.
- Phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera gồm nhiều
tham số bất định của mô hình động học và mục tiêu di động có chú ý đến
cơ cấu chấp hành dùng mạng nơ ron nhân tạo.

6. 2
- Phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera khi có sự
bất định của mô hình và nhiễu ngoài dùng phƣơng pháp điều khiển trƣợt
thích nghi và mạng nơ ron nhân tạo, đồng thời ngăn chặn sự suy biến của
bộ điều khiển.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.Giới thiệu chung
Rô bốt đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, nhƣ robot rùa
đơn giản dùng để giảng dạy trong các trƣờng học phổ thông, robot hàn
trong các nhà máy sản xuất ô tô, cánh tay robor điều khiển từ xa trên tàu vũ
trụ con thoi. Mỗi một ứng dụng lại có những vấn đề riêng của nó, bởi vậy
nên thực tế đã xuất hiện lĩnh vực nghiên cứu về robot. Có rất nhiều ngành
công nghiệp mới đã xuất hiện và có nhiều kết quả nghiên cứu trong lĩnh
vực này và còn nhiều lĩnh vực cần nghiên cứu trong tƣơng lai, cùng với
nhiều quan điểm mới đƣợc phát triển và nghiên cứu trong các phòng thí
nghiệm. Trong khi có nhiều ngƣời nghĩ rằng robot chỉ có mang tính khác lạ
hơn là ứng dụng thực tiễn, nhƣng thực tế robot đã đƣợc ứng dụng vào rất
nhiều các nhà máy sản xuất và nó đã nhận đƣợc sự quan tâm cũng nhƣ đã
tham gia vào các quá trình sản xuất.
1.2 Một số ứng dụng của robot
1.2.1 Trong công nghiệp
1.2.2 Các ứng dụng trong phòng thí nghiệm
1.2.3 Ứng dụng trong công nghệ hạt nhân
1.2.4 Ứng dụng trong nông nghiệp
1.2.5 Ứng dụng trong thám hiểm không gian
1.2.6 Ứng dụng trong các thiết bị lặn

7. 3
CHƢƠNG 2.
MÔ HÌNHHÓACHUYỂNĐỘNG VIPHÂNCỦATAYMÁY DI ĐỘNG
VÀTHIẾT KẾLUẬT VISUAL SERVOINGMỚI ĐỂBÁM THEOMỤC
TIÊUBAY.
2.2. Mô hình hóa chuyển động vi phân của camera trên tay máy di
động và thiết kế hệ servo thị giác bám mục tiêu bay.
2.2.1 Mô tả các hệ tọa độ.
Hình 2.5 Một tay máy hai bậc tự do gắn camera đặt trên robot di động có
bánh.
Ma trận đồng nhất thể hiện vị trí và hƣớng của OCXCYCZC trong O0X0Y0Z0
đƣợc cho bởi công thứ dƣới đây:
x y z px x x x5 534 34 34
x y z p0 y y y y5 534 34 34
C 0 x y z p5 5 z z z z
0 0 0 10 0 0 1
M
M
T
s c s c c x xc
c s s s c y yc
c s h zc
  
 
 

   
   
   
   
    
T (2.1)
Z0
Y0
X0O0
Trục tilt
Trục
Pan
Camera
4
5
YC
XC
Z3 X3
Y3 Z4
Y4
X4
ZC

8. 4
2.2.2. Chuyển động vi phân.
ma trận Jacobian của robot có dạng nhƣ sau:
34 34
34 5 34 5
34 5 34 5
5 5
5 5
0 0 0
0 0 0
0 0 0
.
0 0 0 0 1
0 0 0
0 0 0
s c
c s s s
c c s c
c c
s s
 
   
 
  
 
 
 
  
J (2.26)
2.2.3. Tính toán đạo hàm của đặc trưng ảnh.
Ma trận Jacobi của đặc trƣng ảnh
2 2
0
c c
im 2 2
0
c c
u uv u
v
z z
v v uv
u
z z
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
J
Ta có công thức tính đạo hàm của đặc trƣng ảnh nhƣ sau:
. .im ξ J J θ ζ (2.36)
2.2 .4 Thiết kế luật điều khiển
Hình 2.11. Sơ đồ của bộ điều khiển đề xuất visual servoing bám mục tiêu
bay
Bộ điều
khiển
động
học
(2.39)
Bô điều
khiển
động lực
học
(2.43)
2-DOF
tay robot
với
camera
Chuyển
động
không xác
định của
WMR
Chuyển
động
không xác
định của
mục tiêu
bay
visual servoing bám
mục tiêu bay
+
- -
+
v
vd
e


9. 5
2.2.4.2 Luật điều khiển động học
4
5 4
5
v
s
u



   
       
ξ A ψ (2.37)
ψ mô tả sự biến đổi của sai lệch đặc trƣng ảnh do chuyển động không xác
định của mục tiêu bay.
ψ có thể ƣớc lƣợng nhƣ sau [16]:
r
4r r
5 4r
5
ˆ - -
-
p e
p e p e
p e
v
s
u



   
    
   
  A (2.38)
Với ˆψ là véc tơ ƣớc lƣợng của ψ . Hơn nữa, r r
4, ,p e p e
  và r
5
p e
 là dữ liệu
rời rạc mới nhất của ,ξ 4 , và 5 tƣơng ứng.
Chúng ta có thể chọn vận tốc góc mong muốn cho các khớp pan-tilt
nhƣ sau:
14d
5d
ˆA N n
 
 


  
       
   
, (2.39)
Thay 4 5
T
    trong (2.37) bởi 4d 5d
T
    trong (2.39), ta
nhận đƣợc phƣơng trình sau:
5 4d
v
n s
u

 
      

  

N , (2.40)
với ˆψ = ψ - ψ .
2.2.4.3 Luật điều khiển động lực học
Mô hình động lực học của chân đế pan-tilt đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
     ,  τ H q v h q v v g q , (2.41)

10. 6
với  4 5
T
 q , 4 5
T
    v ,  4 5,
T
 τ , 4 là mô men tại khớp pan,
5 là mô men tại khớp tilt (xem Hình 2.9). Tất cả  H q ,  ,h q v và
 g q đƣợc thể hiện cụ thể trong thông số mô phỏng.
Để thiết kế luật điều khiển động lực học, véc tơ mô men đƣợc chọn
nhƣ sau:
     ,d d    τ Γe H q v h q v v g q , (2.43)
với 4d 5d
T
d     v , d e v v . Γ là ma trận hằng số, đƣờng chéo xác
định dƣơng, và có thể chọn tùy ý.
2.2.5. Kết quả mô phỏng.
Hình 2.13. a) Quỹ đạo chuyển động của đặc trưng ảnh trong mặt
phẳng ảnh. b) Đặc tính của các tọa độ theo thời gian.
Hình 2.14. Đặc tính của e = v – vd theo thời gian.
0 2 4 6
x 10
-4
-4
-2
0
x 10
-4
truc U (m)
trucV(m)
0 2 4 6
-1
-0.5
0
0.5
1x 10
-3
thoi gian (s)
toado(m)
u
v
quy dao dac trung anh
huong cua
chuyen dong
0 0.5 1 1.5 2
-3
-2
-1
0
1
thoi gian (s)
Sailechvantocgoc(rad/s)




11. 7
Hình 2.15. Đặc tính của mô men theo thời gian.
2.2.6 . Kết luận về phương pháp điều khiển đề xuất.
Nội dung chƣơng này tác giả đã chỉ ra quá trình mô hình hóa chuyển động
vi phân của tay máy di động sử dụng thuật toán của Paul. Sau đó, một luật
visual servoing mới để theo dõi mục tiêu bay đƣợc thiết kế với mục đích
làm cho đặc trƣng ảnh của mục tiêu tiệm cận đến tâm của mặt phẳng ảnh
mặc dù quỹ đạo của cả đối tƣợng bay và robot di động đều không xác định.
Trái ngƣợc với các phƣơng pháp điều khiển khác, visual servoing cho thấy
hai điểm mạnh. Đầu tiên là phƣơng pháp này đã không sử dụng ma trận giả
nghịch đảo của ma trận tƣơng tác. Thứ hai là nó cũng không cần ƣớc lƣợng
độ sâu của mục tiêu. Vì vậy phƣơng pháp visual servoing mang lại hiệu
quả mạnh mẽ hơn những phƣơng pháp khác. Sự ổn định thống nhất của
toàn hệ thống đƣợc đảm bảo bởi các tiêu chuẩn Lyapunov. Kết quả mô
phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink cũng xác nhận tính chính xác và
hiệu quả của phƣơng pháp điều khiển đề xuất
*)Nội dung chính của chương này được công bố ở công trình khoa học
số [2]. Nguyen Tien Kiem, Hoang Thi Thuong, Nguyen Van Tinh,
“Modeling the differential motion of a mobile manipulator and designing a
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-20
-10
0
10
thoi gian (s)
Momenquay(N.m)




12. 8
new visual servoing for tracking a flying target”, Tạp chí tin học và điều
khiển học,V.33, N.4 (2017), tr 339-355.
CHƢƠNG 3.
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ HỆ ROBOT-CAMERA BÁM MỤC TIÊU DI
ĐỘNG VỚI NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH.
3.2.1. Đặt vấn đề.
Hệ robot-camera có hai bậc tự do quay theo theo hai hƣớng phƣơng
vị (Pan) và góc tà (Tilt). Cấu trúc này đƣợc ứng dụng nhiều làm bệ quay
radar (cố định hay di động đặt trên xe, tàu) hay bệ quay các thiết bị quang
học theo dõi, kiểm tra không gian. Trong phần này tác giả khảo sát và
nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc khớp robot gắn camera bám mục
tiêu cơ động khi ta không biết rõ mô hình động lực của bệ.
Hình 3.2: Hệ robot-camera.
3.2.2. Xây dựng thuật toán điều khiển bám mục tiêu di động.
e = M(ξ - ξ*) (3.17)
[ , ]T
u vξ là tọa độ đặc trƣng ảnh. Mục đích điều khiển là đảm
bảo nếu c
o( (t)) *ξ r ξ , thì e  0. Để đạt đƣợc điều này thì ta phải tìm

13. 9
đƣợc luật điều khiển dựa trên đặc trƣng ảnh thu đƣợc. Từ (3.4), luật điều
khiển theo vận tốc của camera có thể chọn là:
1 1
c c t
   

e
Ω J e Jc (3.20)
ở đây Jc
-1
là ma trận nghịch đảo hoặc giả nghịch đảo (pseudo-
inverse) của ma trận Jacobi Jc. Lúc này phƣơng trình (3.4) ổn định tiệm cận
và có dạng  e e .
Để hệ thống điều khiển ổn định theo hàm mũ, ee  ( > 0), ta
có thể chọn luật điều khiển vận tốc của camera nhƣ sau:
c c t

   

e1 1J e JΩc
trong đó  gọi là hệ số suy giảm, thành phần t/ e là thành phần đặc
trƣng cho chuyển động của mục tiêu. Do chuyển động của mục tiêu là
không biết trƣớc nên ta phải ƣớc lƣợng dự đoán trong quá trình điều khiển.
Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ điều khiển tốc độ bệ robot-camera
3.2.3. Thuật điều khiển visual servoing cho bệ pan/tilt khi có nhiều tham
số bất định.
Khi không biết chính xác mô hình rô bốt ta không thể chọn mô

14. 10
men các khớp nhƣ (3.14). Ta có thể mô tả các đại lƣợng bất định trong hệ
động lực bệ Pan-Tilt dƣới dạng:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
q q q
q q q
  
  
H H H
h h h
(3.31)
trong đó q , qH( ) h( ) là các phần biết, q , q H( ) h( )là các phần
không biết. Thay thế (3.18) vào (3.14) ta có :
( ) ( , )q q q q  H h f (3.32)
với ( ) ( , )q q q  f H q h
Ta chọn mô men τ điều khiển các khớp rô bốt nhƣ sau:
0 1    (3.34)
0 ( )( - ( - ) ( , ))d dq q q q q q H K h (3.35)
trong đó d ε q q ; K là một ma trận đối xứng xác định dƣơng, 1τ
là tín hiệu điều khiển bù các thành phần bất định sẽ đƣợc xác định sau.
Thay thế (3.21), (3.22) vào (3.19) ta có hệ động lực sai số tốc độ bám
1 1
1-ε+Kε = H (τ -f ) (3.36)
Đặt 1
1-τ' = H τ (3.37)
1
1
-f' = H f (3.38)
Thay vào (3.23) ta có
' 'ε +Kε = τ -f (3.39)
Ta sẽ xây dựng mạng nơ ron với thuật học phù hợp để mạng xấp xỉ 'f và
xác định tín hiệu điều khiển 1τ sao cho hệ (3.26) ổn định tiệm cận.
Định lý 3.1: Hệ robot Pan Tilt-camera 2 bậc tự do có nhiều tham số bất
định (3.19) với mạng nơron (3.28), (3.29) sẽ bám theo mục tiêu di động với

15. 11
sai số ( )d ε q -q 0 nếu ta chọn thuật điều khiển τ và thuật học W
của mạng nơron như sau:
1q q,qd dτ = H( )(q -K(q-q )+h( )+τ (3.43)
1 1  
 
 
 
ε
τ = H ( )Wσ -
ε
(3.44)
T
 W εσ (3.45)
trong đó các tham số tự chọn K là ma trận đối xứng xác định
dương T
K = K > 0 , các hệ số , 0   .
Hình 3.6: Cấu trúc của hệ visual servoing điều khiển camera
bám mục tiêu di
3.2.4. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển visual sevoing trên Matlab.
Hình 3.7 Đồ thị đặc trưng ảnh.
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5
x 10
-3
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
U axis
Vaxis
dac trung anh

16. 12
Hình 3.8 Đồ thị các vận tốc khớp mong muốn
Hình 3.9 Đồ thị mô men khớp
Hình 3.10 Đồ thị các trọng số mạng nơ ron
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1
0
1
2
3
4
Do Thi van toc goc khop mong muon cua Pan-Tilt
Time (s)
AngularVelocity(rad/s)
qd
dot1
qd
dot2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-150
-100
-50
0
50
100
Time (s)
Momenkhop(N.m)
Mo men khop Pan
Mo men khop Tilt
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
do thi cac trong so mang no ron RBFNN
thoi gian (s)
cactrongso
w1
w2
w3
w4

17. 13
Hình 3.11 Đồ thị các góc khớp
Hình 3.12 Đồ thị các sai lệch vận tốc khớp
3.2.5. Kết luận phương pháp điều khiển đề xuất.
Trong chƣơng này tác giả đã trình bày về phƣơng pháp xây dựng hệ visual
servoing bám đƣợc mục tiêu. Kết quả mô phỏng trên Matlab chứng tỏ thuật
toán đƣa ra là hội tụ và đạt độ chính xác cao. Các nghiên cứu thử nghiệm
trên mô hình thực tế sử dụng robot của hãng DPerception cung cấp sẽ đƣợc
triển khai trong thời gian tới. Các hƣớng nghiên cứu khi hệ robot-camera
đặt trên các phƣơng tiện di động hoặc tầu thuỷ đang đƣợc nghiên cứu với
sự trợ giúp của khối quán tính trong bài toán ổn định bệ.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
do thi toa do cac khop
thoi gian (s)
toadokhop(rad)
khop 1
khop 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-4
-3
-2
-1
0
1
Time (s)
SailechvantockhopPan-Tilt
e1
=q1
-qd1
e2
=q2
-qd2

18. 14
*)Nội dung chính của chương này được công bố ở công trình số khoa học
số [4].Nguyễn Tiến Kiệm, Phạm Thƣợng Cát , „Điều khiển tốc độ bệ pan-
tilt-camera bám mục tiêu di động với nhiều tham số bất định‟ , Kỷ yếu hội
nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 VCM2012, Hà Nội ngày 14-
15/12/2012, tr.787-794.
CHƢƠNG 4
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT CÔNG NGHIỆP DÙNG
MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO CÓ CHÚ Ý ĐẾN CƠ CẤU CHẤP
HÀNH.
4.2 Điều khiển hệ rô bốt - camera bám mục tiêu di động có chú ý tác
động của cơ cấu chấp hành.
Nhiệm vụ điều khiển đƣợc thực hiện thông qua hàm sai lệch giữa
đặc trƣng ảnh mong muốn constd ξ và đặc trƣng ảnh thu đƣợc. Hàm sai
lệch này có thể đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
d
e = (ξ - ξ )
cx và xo lần lƣợt là tọa độ camera và tọa độ mục tiêu trong hệ tọa
độ Đề Các gắn với bệ rô bốt. Phƣơng trình động học của robot đƣợc mô tả
bởi phƣơng trình sau:
Luật
điều
khiển
Động
cơ
chấp
Ro
bot
Came
ra
Hình 4.5. Sơ đồ điều khiển

19. 15
 c x p q (4.8)
Đạo hàm theo thời gian của (4.8), ta đƣợc:
c r
t
 
 
 
p q
x J q
q
Phƣơng trình động lực học của robot và của cơ cấu chấp hành đƣợc
mô tả nhƣ sau:
    τ H q q h q,q
E E   Li Ri Kq t u (4.9)
Tτ = K i (4.10)
   
 
1 11 1
11 1
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
ˆ ˆ( )
T E T
T E
  
 
    
         
K R u H GJ z H GJ GJq h K R Kq
K R Li H G J q H GJ G Jq h R t
(4.25)
 
11 ˆ ˆ
T

ψ = RK H GJ (4.26)
 
1
1 1
1
ˆ ˆ( )T T E

           
  
f RK H G J q H GJ G Jq h K t Li (4.27)
 
11 ˆ ˆ ˆ ˆ
T

  
  
γ = RK -H GJ GJq h Kq
Kết hợp các phƣơng trình (4.25), (4.26), (4.27), (4.28) ta đƣợc phƣơng trình
mới sau: 1 E  ψz γ f u
4.2.3. Điều khiển bám mục tiêu di động dùng mạng nơ ron
0 1E  u u u (4.29)

20. 16
 0 D P   u ψ K z K z γ (4.30)
u1 là tín hiệu điều khiển để bù thành phần bất định, sẽ đƣợc định nghĩa sau.
Thay thế (4.30), (4.31) vào (4.29) ta đƣợc:
 1
1 1D P

   z K z K z ψ u f (4.31)
Định lý 4.1: Hệ robot Pan Tilt-camera 2 bậc tự do có nhiều tham số
bất định (4.29) với mạng nơron (4.38), (4.39) sẽ bám theo mục tiêu di động
với sai số e 0 nếu ta chọn thuật điều khiển u và thuật học W của mạng
nơron nhƣ sau:
  1D P    u ψ K z K z γ u (4.41)
 11   
 
 
  
  
s
u Wσ
s
(4.42)
T W sσ (4.43)
Trong đó, KD = D + C, KP = DC; D là một ma trận xác định dƣơng
đối xứng D = DT
> 0, và , 0   .
4.2.4. Kết quả mô phỏng hệ servo thị giác có mô hình động cơ trên
Matlab.
-0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
DO THI DAC TRUNG ANH CUA CAMERAu[m]
v[m]

21. 17
Hình 4.7. Đồ thị đặc trưng ảnh.
Hình 4.8: đồ thị toạ độ khớp.
Hình 4.10: đồ thị điện áp của động cơ trên các khớp robot.
Hệ thống điều khiển điện áp động cơ rô bôt- camera đƣợc điều
khiển để bám theo đối tƣợng, đáp ứng đƣợc yêu cầu bám mục tiêu khi có
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
DO THI TOA DO KHOP CUA PAN TILT
q1
q2
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-6
-4
-2
0
2
4
DO THI VAN TOC KHOP PAN TILT
q1
dot
q2
dot
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
DO THI DIEN AP CUA DONG CO TREN KHOP PAN TILT
DIEN AP KHOP 1
DIEN AP KHOP 2
q[rad]
[rad/s]
uE [V]
t[sec
]
t [sec]
t[sec]
Hình 4.9: đồ thị vận tốc khớp robot

22. 18
nhiều bất định trong hệ động lực của bệ Pan/Tilt. Ta thấy trên Hình 4.8 và
4.9 sau thời gian khoảng 1,5giây về cơ bản bệ đã bám đƣợc mục tiêu. Sai
số của hệ có điều khiển khi bám theo mục tiêu cho đặc trƣng ảnh nằm ở
chính giữa ảnh đã đạt đƣợc độ chính xác cao.
4.2.5. Kết luận phương pháp điều khiển đề xuất
Nội dung chính của chƣơng này tác giả đã trình bày về phƣơng
pháp xây dựng thuật toán điều khiển động cơ một chiều cho hệ visual
servoing bám đƣợc mục tiêu. Kết quả mô phỏng trên Matlab chứng tỏ thuật
toán đƣa ra là hội tụ và đạt độ chính xác cao. Các nghiên cứu thử nghiệm
trên mô hình thực tế sử dụng bệ pan/tilt của hãng DPerception cung cấp sẽ
đƣợc triển khai trong thời gian tới. Các hƣớng nghiên cứu khi bệ pan/tilt
đặt trên các phƣơng tiện di động hoặc tầu thuỷ đang đƣợc nghiên cứu với
sự trợ giúp của khối quán tính trong bài toán ổn định bệ.
*)Nội dung chính của đề xuất này được công bố ở công trình số khoa học
số [1]. Nguyen Tien Kiem, Pham Thuong Cat, “conrol of robot-camera
system with actuator’s dynamic to tract moving object”, Tạp chí tin học và
điều khiển học,V.31, N.3(2015), tr 255-265.
CHƢƠNG 5.
ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT THÍCH NGHI PHI TUYẾN NGĂN CHẶN SỰ
SUY BIẾN CHO ROBOT GẮN CAMERA VỚI MÔ HÌNH BẤT
ĐỊNH VÀ NHIỄU NGOÀI
5.3 Mô hình động lực học của cánh tay rô bốt n-DOF cố định
Mô hình động lực học của cánh tay này nhƣ sau [58]
     , ,   dq q q q q q τ τH h g (5.1)
với n
, , q q q R lần lƣợt là các véc tơ vị trí, tốc độ, và gia tốc của
khớp nối.  qH biểu diễn ma trận quán tính.  ,q qh là ma trận hƣớng
tâm Coriolis.  qg là véc tơ của các thành phần trọng lực. dτ là véc tơ

23. 19
giới hạn của tổng các thành phần bất định, bao gồm cả sự bất định của mô
hình cũng nhƣ các nhiễu ngoài. τ là véc tơ mô men, đƣợc xem là đầu vào
điều khiển.
Tính chất 1:  qH là ma trận khả nghịch, xác định dƣơng, và bị
chặn:
 2 2T
1 2 ,H H θ θ q θ θH với n
 θ R (5.2)
trong đó 1,H 2H là các hằng số thực, dƣơng đã biết.
Tính chất 2:    2 ,q q qH h là ma trận đối xứng lệch. Mặt khác,
chúng ta có thể viết lại
   T
2 , 0,   θ q q q θH h với mọi n
θ R
5.4. Thiết kế luật điều khiển
Luật điều khiển đề xuất nhƣ sau:
   ˆ ˆ ˆ,

  τ f x W Γsig s d , (5.20)
trong đó ˆd là thành phần bền vững đã nói ở trên và sẽ đƣợc xác định cụ
thể sau.  ˆ ˆ,f x W là đầu ra của RBFNN và đƣợc áp dụng để ƣớc lƣợng
 f x , còn ˆW là giá trị ƣớc lƣợng của W và có thể đƣợc cập nhật trực
tuyến bằng thuật toán điều chỉnh trọng số trực tuyến. Đặc biệt, biểu thức
của  ˆ ˆ,f x W đƣợc thể hiện nhƣ sau:
   Tˆ ˆ ˆ, f x W W σ x . (5.21)
Thế (5.7), (5.20), và (5.21) vào (5.17) ta đƣợc
     T ˆ,

     q s q q s W σ d Γsig s dH h , (5.22)
trong đó    dd ε τ , ˆ
 W W W.
Tiếp theo, thuật toán điều chỉnh trọng số online đƣợc đề xuất nhƣ
sau
Tˆ , W Hσs
với H là ma trận xác định dƣơng và có thể đƣợc chọn tùy ý.

24. 20
Định lý 1: Xét cánh tay robot n-DOF mô tả bởi (5.1). (Giả sử 5.1) được
thỏa mãn. Nếu áp dụng cho các mặt trượt phi tuyến, luật điều khiển, thuật
toán điều chỉnh trọng số trực tuyến, thành phần bền vững, và luật cập nhật
trực tuyến hệ số bền vững được đề xuất trong (5.8), (5.20), (5.23), (5.25),
và (5.26), tương ứng, thì tất cả tín hiệu trong hệ thống điều khiển vòng kín
bị chặn, hơn nữa lỗi bám sẽ hội tụ về 0 trong thời gian hữu hạn.
Hình 5.2.Sơ đồ của toàn bộ hệ thống điều khiển vòng kín
5.6. Mô phỏng phƣơng pháp điều khiển.
Hình 5.3. Hiệu suất bám của phương pháp TSMC đề xuất.
Mặt trƣợt
Bộ điều
khiển
Cánh
tay
robot
RBFNN
u
e s-
Thành phần
bền vững
+
_

25. 21
Hình 5.4. Hiệu suất bám của phương pháp SMC tuyến tính.
Hình 5.5. So sánh trong trạng thái ổn định giữa sai lệch bám tại khớp
nối 1của phương pháp đề xuất TSMC và phương pháp SMC.
Hình 5.6. So sánh trong trạng thái ổn định giữa sai lệch bám tại khớp nối 2 của
phương pháp đề xuất TSMC và phương pháp SMC tuyến tính.
0 2 4 6 8
-2
-1
0
1
2
tien trinh bien thien e1
trong ca hai phuong phap
thoi gian (s)
Sailechbamvitrie1
(rad)
4 6 8 10 12
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
x 10
-3
thoi gian (s)
sailechbame1
(rad)
e1
trong trang thai xac lap
TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh
TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh
0 2 4 6 8
-1.5
-1
-0.5
0
thoi gian (s)
sailechbame2
(rad)
Tien trinh cua e2
trong ca 2 phuong phap
4 6 8 10 12
-15
-10
-5
0
5
x 10
-4
thoi gian (s)
sailechbame2
(rad)
e2
trong gian doan xac lap
TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh

26. 22
Hình 5.7. So sánh giữa đầu vào điều khiển tại cả hai khớp nối giữa phương
pháp đề xuất TSMC và phương pháp SMC tuyến tính.
Hình 5.8. So sánh trong trạng thái ổn định sai lệch e1 tại khớp nối 1 giữa
phương pháp đề xuất và phương pháp trong [58].
Hình 5.9. So sánh trong trạng thái ổn định sai lệch bám e2 tại khớp nối 2 giữa
phương pháp đề xuất và [58].
0 2 4 6 8 10 12
-100
-50
0
50
100
150
Mo men khop 1 trong ca 2 phuong phap
thoi gian (s)
momenquay(N.m)
0 2 4 6 8 10 12
0
50
100
Mo men khop 2 trong 2 phuong phap
thoi gian (s)
momenquay(N.m)
TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh
TSMC duoc de xuat
SMC tuyen tinh
0 2 4 6 8
-2
-1
0
1
2
So sanh e1
trong 2 phuong phap
thoi gian (s)
sailechbame1
okhop1(rad)
3 4 5 6 7
-2
-1
0
1
2
x 10
-3 trong gian doan xac lap
thoi gian (s)
sailechbame1
(rad)
phuong phap duoc de xuat
phuong phap trong [58]
phuong phap duoc de xuat
phuong phap trong [58]
0 2 4 6 8
-1.5
-1
-0.5
0
So sanh e2
thoi gian (s)
sailechbame2
taikhop2(rad)
3 4 5 6 7 8
-1
0
1
2
3
4
x 10
-4 trong giai doan xac lap
thoi gian (s)
sailechbame2
(rad)
Phuong phap duoc de xuat
phuong phap trong [58]
phuong phap duoc
de xuat
phuong phap trong [58]

27. 23
Hình 5.10. So sánh mô men của phương pháp đề xuất và [58].
Hình 5.11. So sánh mô men trong trường hợp sử dụng (5.25, 5.26) và hàm trơn
(5.41, 5.42).
Hình 5.12. So sánh sai lệch bám tại khớp 1, 1e , trong trường hợp sử dụng hàm
(5.25, 5.26) và sử dụng hàm trơn (5.41, 5.42).
0 2 4 6 8
-150
-100
-50
0
50
100
Tai khop 1
thoi gian (s)
Momenquay(N.m)
0 2 4 6 8
-150
-100
-50
0
50
100
Tai khop 2
thoi gian (s)
Momenquay(N.m)
Khong xu ly chattering
co xu ly chattering
khong xu ly chattering
co xu ly chattering
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
-2
0
2
4
x 10
-5 trong giai doan xac lap
thoi gian (s)
sosanhhieunangkhi
xulychattering(rad)
e1
khi khong xu ly chattering
e1
khi khong xu ly chattering

28. 24
5.7. Kết luận về phƣơng pháp điều khiển đề xuất.
Trong phần này tác giả đã trình bày phƣơng pháp TSMC giải
quyết đƣợc vấn đề suy biến cho cánh tay rô bốt cố định. Ngoài việc giảm
bớt một số nhƣợc điểm của phƣơng pháp SMC tuyến tính nhƣ trả giá cho
nỗ lực điều khiển mô men lớn trong trạng thái tức thời nhƣng nhận đƣợc
sai lêch bám khá lớn trong trạng thái ổn định, phƣơng pháp TSMC đề xuất
vẫn bảo toàn độ bền vững chống lại sự bất định của mô hình cũng nhƣ các
nhiễu ngoài. Hơn nữa, vấn suy biến cũng đƣợc xử lý hoàn toàn bằng công
thức (4.66). Nhờ những ƣu điểm và sự đơn giản của phƣơng pháp TSMC
đề xuất này, nó sẽ là một ứng viên tốt cho các ứng dụng thực tế.
*)Nội dung chính của đề xuất này được công bố ở công trình số khoa học
số [3] Kiem NGUYEN, Tinh NGUYEN, Quyen BUI, Minhtuan PHAM,
“Adaptive anti-singularity terminal sliding mode control for a robotic arm
with model uncertainties and external disturbances”, Turkish journal of
electrical engineering & computer sciences, E-ISSN: 1303-6203, ISSN:
1300-0632, DOI: 10.3906/elk-1711-137, Year:2018 Volume: 26 Number:6,
page 3224-3238, tạp chí thuộc danh mục SCIE, IF: 0.58.
KẾT LUẬN TOÀN LUẬN ÁN
Luận án đã nghiên cứu và phát triển thuật toán điều khiển cho hệ
pan-tilt-camera đặt trên robot di động với nhiều tham số bất định. Phƣơng
pháp điều khiển cho bệ pan-tilt-camera bám mục tiêu có chú ý đến cơ cấu
chấp hành với nhiều tham số bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo và
phƣơng pháp điều khiển trƣợt phi tuyến kết hợp với mạng nơ ron nhân tạo
để điều khiển cánh tay robot có mô hình bất định, nhiễu ngoài và chống lại
sự suy biến. Các phƣơng pháp điều khiển đƣa ra đƣợc chứng minh tính ổn

29. 25
định theo lý thuyết ổn định Lyapunov và LaSalle mở rộng đồng thời đƣợc
kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Matlab.
1. Các kết quả đạt đƣợc của luận án.
Luận án có bốn đóng góp chính nhƣ sau:
- Mô hình hóa chyển động vi phân của robot và vật mục tiêu bay,
nghiên cứu, phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-camera đặt trên
robot di động bánh xe bám theo mục tiêu chuyển động với sự bất định của
robot di động bánh xe và mục tiêu bay không biết trƣớc.
- Nghiên cứu, phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-
camera có nhiều tham số bất định dùng mạng nơ ron nhân tạo với tín hiệu
điều khiển là mô men các khớp.
- Nghiên cứu, phát triển thuật toán điều khiển cho hệ robot-
camera có chú ý đến động cơ điều khiển các khớp với nhiều tham số bất
định của mô hình động học và của động cơ điện.
- Nghiên cứu, phát triển thuật toán điều khiển cánh tay robot công
nghiệp có sự bất định của mô hình động học, nhiễu ngoài, ngăn chặn sự suy
biến dùng bộ điều khiển trƣợt thích nghi kết hợp với mạng nơ ron nhân
tạo.
2. Hƣớng phát triển của luận án.
- Tiếp tục nghiên cứu phát triển phƣơng pháp điều khiển cho cả
robot di động kết hợp với hệ robot-camera khi xét đến tính bất, gồm các
yếu tố bất định của về độ trƣợt bánh xe, mô hình bất định, xét ảnh hƣởng
của ma sát động và nhiễu ngoài bị chặn.
- Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển cho robot-camera chú ý
đến cơ cấu chấp hành của bánh xe nhƣ tín hiệu điều khiển động cơ bánh

30. 26
trái, động cơ bánh phải có chú ý đến các yếu tố bất định nhƣ: độ trƣợt, mô
hình bất định, nhiễu bên ngoài.
- Xây dựng hệ thống thực nghiệm để kiểm chứng các phƣơng
pháp điều khiển đã đề xuất.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
[1]. Nguyen Tien Kiem, Pham Thuong Cat, “conrol of robot-camera
system with actuator’s dynamic to tract moving object”, Tạp chí tin học và
điều khiển học,V.31, N.3(2015), tr 255-265.
[2]. Nguyen Tien Kiem, Hoang Thi Thuong, Nguyen Van Tinh,
“Modeling the differential motion of a mobile manipulator and designing a
new visual servoing for tracking a flying target”, Tạp chí tin học và điều
khiển học,V.33, N.4 (2017), tr 339-355.
[3] Kiem NGUYEN, Tinh NGUYEN, Quyen BUI, Minhtuan PHAM,
“Adaptive anti-singularity terminal sliding mode control for a robotic arm
with model uncertainties and external disturbances”, Turkish journal of
electrical engineering & computer sciences, E-ISSN: 1303-6203, ISSN:
1300-0632, DOI: 10.3906/elk-1711-137, Year:2018 Volume: 26 Number:6,
page 3224-3238, tạp chí thuộc danh mục SCIE, IF: 0.58.
[4].Nguyễn Tiến Kiệm, Phạm Thƣợng Cát , „Điều khiển tốc độ bệ pan-
tilt-camera bám mục tiêu di động với nhiều tham số bất định‟ , Kỷ yếu hội
nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 VCM2012, Hà Nội ngày 14-
15/12/2012, tr.787-794.
[5].Nguyễn Tiến Kiệm, Phạm Thƣợng Cát, Nguyễn Văn Tính „Điều khiển
hệ rô bốt - camera bám mục tiêu di động có chú ý tác động của cơ cấu
chấp hành’ , Kỷ yếu hội nghị điều khiển và tự động hóa toàn quốc lần thứ 2
VCCA2013, Đà Nẵng ngày 22-23/11/2013, tr.321-327
[6]. Nguyễn Tiến Kiệm, Phạm Thƣợng Cát , „Điều khiển hệ rô bốt -
camera bám mục tiêu di động có chú ý tác động của cơ cấu chấp hành và

31. 27
mô hình ma sát động LuGre‟, Kỷ yếu hội nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ
7 VCM2014, Đồng Nai, ngày 21-22/11/2014, tr.506-513.
[7]. Nguyễn Tiến Kiệm, „Điều khiển hệ rô bốt - có chú ý tác động của phụ
tải không biết trước và mô hình động lực học ma sát LuGre‟, Kỷ yếu hội
nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 VCM2016, Cần Thơ, ngày 25-
26/11/2016, tr.802-805.