HUTECH

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP.HCM
 BÙI ÌNH THIÊN

IU KHIN BÁM
QU O MONG MUN CA ROBOT DI
NG A HNG S DNG B IU KHIN
TRT
LUN VN THC S
Chuyên ngành: THIT B, MNG VÀ NHÀ MÁY IN
MÃ S : 60.52.50
TP. H Chí Minh, tháng 06 nm 2012
HUTECH

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP.HCM  BÙI ÌNH THIÊN
IU KHIN BÁM

2. TS. Nguyn Thanh Phng Phn bin 1
3. TS. Nguyn Vin Quc Phn bin 2
4. TS. Nguyn Vit Cng y viên
5. TS. Võ Hoàng Duy Th ký
Xác nhn ca Ch tch Hi đng đánh giá lun vn và Khoa qun lý chuyên ngành
sau khi lun vn đã đc sa cha (nu có).

Ch tch Hi đng đánh giá Lun vn Khoa qun lý chuyên ngành
HUTECH Tp. H Chí Minh, ngày 14 tháng 06 nm 2012

NHIM V LUN VN THC S
H tên hc viên:  Bùi ình Thiên Gii tính: Nam.
Ngày, tháng, nm sinh: 03/03/1975 Ni sinh: ng Nai.
Chuyên ngành: Thit b, mng và nhà máy đin MSHV:1081031023.
I. TÊN  TÀI.
iu khin bám qu đo mong mun ca robot di đng đa hng s dng b
điu khin trt.
II. NHIM V VÀ NI DUNG.
1. Nhim v ca đ tài:
Xác đnh mô hình đng hc và mô hình đng lc hc ca robot di đng đa
hng ba bánh (OMR).
Nghiên cu phng pháp điu khin trt vi phân (Differnce Sliding Mode
Control - DSMC) cho robot di đng đa hng ba bánh (OMR).
Mô phng robot bám theo qu đo tham chiu b điu khin s dng Matlab
Simulink cho robot di đng đa hng ba bánh (OMR).
Nhn xét kt qu đt đc và kh nng ng dng b điu khin đa ra trong điu
kin có nhiu và ma sát.


Tôi xin cam đoan rng lun vn vi ni dung “iu khin bám qu đo
mong mun ca robot di đng đa hng s dng b điu khin trt” là công
trình nghiên cu ca riêng tôi, di s hng dn ca TS. Nguyn Hùng.
Các s liu, kt qu mô phng nêu trong lun vn là trung thc, có ngun
trích dn và cha đc công b trong các công trình nghiên cu khác.

Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 06 nm 2012
Ngi thc hin lun vn
 Bùi ình Thiên HUTECHLI CM N

Khi tôi bc chân đn i hc K Thut Công Ngh thành ph H Chí Minh,
ni tôi đã đc dìu dt đn bn b tri thc bi nhng ngi Thy, Cô, Anh, Ch vi
tm lòng hy sinh, tn ty và bao dung.
Xin cm n i hc K thut Công ngh thành ph H Chí Minh, cùng quý
Thy, Cô đã tn tình truyn đt kin thc và to mi điu kin tt nht cho lp chúng
tôi trong sut hc trình cao hc.
Vi lòng tri ân sâu sc, tôi mun nói li cám n đn Thy TS. Nguyn Hùng,

tc đ nh mong mun, to nn tng c bn vi mô hình toán hc rõ ràng cho vic
ng dng vào thc t cuc sng nh: Robot hàn, vn chuyn vt t, thit b trong nhà
máy, xí nghip, bnh vin, các dây chuyn t đng hóa …
HUTECHABSTRACT

In this paper, an expected tracking slide controller is proposed for the omni-
directional mobile three-wheel Robot following a curve based on the kinetic model
(Omni-directional Mobile Robot OMR). To design such an expected tracking slide
controller, it is necessary to define the numerical vector and then choose the sliding
surface vector. The style of Differential Sliding Mode tracking Controller – (DSMC)
is based on the back-stepping technique, and the stability of the system is ensured by
Lyapunov theory of stability. The control rule will stabilize the sliding surface vector
and make the error vector get toward zero.
The paper also uses Matlab software to establish simulations and their results
prove both convergence and stability of the expected tracking slide controller.
The study contributes to the scientific foundation for designing and building
the Omni-directional Mobile Robot (OMR) to be controlled for moving along the
reference trajectory with high accuracy in terms of position and velocity as expected,
and creates basical basis with definitely mathematical model for further application
to real life, such as special robots for welding, transporting materials and equipment
in workshops, factories, hospitals, and the automation lines …

HUTECHMC LC


1.9 im mi ca lun vn.
34
1.10 Ni dung tng quát ca lun vn.
34
HUTECHChng 2 C S LÝ THUYT 36
2.1 Gii thiu phng pháp Lyapunov.
36
2.2 nh lý n đnh th 2 ca Lyapunov
36
2.3 Lý thuyt điu khin trt
38
2.3.1 Gii thiu chung
38
2.3.2 Thit k b điu khin trt
40
Chng 3 MÔ HÌNH TOÁN
44
3.1 Cu trúc hình hc ca Robot di đng đa hng (OMR)
44
3.2 Mô hình toán Robot di đng đa hng (OMR)

45
3.2.1 Mô hình đng hc
45
3.2.2 Mô hình đng lc hc
406
Chng 4 THIT K B IU KHIN TRT VI PHÂN

PH LC C
75
HUTECH

iv

DANH MC CÁC T VIT TT

OMR: Robot di đng đa hng (omnidirectional mobile robot)
DSMC: iu khin trt vi phân (Differnce Sliding Mode Control)
OMS-SOW: Robot di đng đa hng có bánh xe đa hng (Omnidirectional
Mobile Robot - Steerable Omnidirectional Wheels)
4WD: Bn bánh xe có lái (Four Wheet Drive)
OOMR: Robot di đng đa hng vn hành ngoài lòng đng (Offroad
Omnidirectional Mobile Robot)
BELBIC: B điu khin thông minh da trên kh nng t duy cm xúc (Brain
Emotional Learning Bared Intelligent Controller)
DOF: Bc t do (degree of freedom)
KC: iu khin đng hc (kinematic controller)
SMC: iu khin kiu trt (sliding mode control).

HUTECH

v

nh 1.14: Robot đa hng bn bánh (OMR). 16
1.15: Bánh xe vô h ng. 16
1.16: Phân tích lc tác đng lên Robot 16
1.17: Xe ln bn bánh. 18
1.18:Robot đa hng ca xe ln bn bánh. 18
1.19: Mô hình 3D ca Robot 4WD 19
1.20: Truyn đng cho 4WD. 20
1.21: Di chuyn đa hng lc và c ch 4WD 20
HUTECH

vii

1.22: Mô hình 3D nhìn t bên di 21
1.23: Robot khi leo mt phng nghiêng. 21
1.24: S đ khi điu khin 22
1.25: Robot đa hng ba bánh 23
1.26: Tín hiu điu khin và thi gian tr 23
1.27: Mô hình Robot th c nghim . 25
1.28: Phân tích lc và các h ta đ 25
1.29: Qu đo đnh hng hình tròn 26
1.30: S đ h thng điu khin 27
1.31: Kích thc ca Robot đc thit k trên SolidWorkd 28
1.32: Cu hình ca Robot chuyn đng 28
1.33: Robot đa hng ba bánh dùng đ chi đá banh 29
1.34: H thng điu khin cho Robot 30
1.35: Mô hình hình h c ca Robot . 30
1.36: S đ điu khin 31

57
5.4: Véc t sai s lúc khi đu 2,5 giây 58
5.5: Véc t sai s trn thi gian 148,5 giây 59
5.6: Véc t mt trt s lúc khi đu 59
5.7: Các vn tc góc
123
,,
ωω ω
ca ba bánh 59
5.8: Vn tc dài
C
v
ca OMR 60
5.9: Vn tc góc
C
ω
ca OMR 60
5.10: Chuyn đng ca OMR lúc khi đu 61
5.11: Chuyn đng ca OMR trn thi gian 61
.1: Mô t hình hc ca OMR 69
B.1: S đ mch đin ca đng c DC và bánh xe đa hng 72
.1: Mô hình c a OMR do chu lc ma sát và hin tng trt 75
HUTECH

ix
M U
Khoa hc và công ngh có vai trò rt quan trng trong s nghip công nghip


x
chúng tôi thc hin k hoch
điu khin theo kiu trt trong điu kin có nhiu và
ma sát, kt hp vi b điu khin trt vi phân (DSMC). Các kt qu mô phng thu
đc đ chng minh hiu qu b điu khin đã đ xut
HUTECH

1
Chng 1
TNG QUAN V ROBOT
1.1 TNG QUAN V ROBOT
Theo qua trình phát trin ca xã hi, nhu cu t đng hóa trong sn xut, trong
đi sng, trong y t, trong nghiên cu khoa hc, trong tìm kim cu nn, trong trang
b ca các lc lng v trang. . . ngày mt nâng cao. Xu hng to ra nhng dây
truyn, thit b t đng, nhng robot có tính linh hot cao đã hình thành và không
ngng phát trin. . . và vì th nhu cu ng dng robot t đng linh hot đ phc v
các lnh vc trên ngày càng ph bin
Robot là c cu đa chc nng có kh nng lp trình dùng đ quan sát, do thám,
thu thp thông tin hay đ di chuyn nguyên vt liu, các chi tit, các dng c, các vt
phm. . . thông qua các truyn đng đc lp trình hoc đc điu khin t xa. Robot
có th thao tác nh con ngi và có th hp tác vi nhau mt cách thông minh.
Robot thng đc s dng các công vic lp đi lp li, các công vic d gây nhàm
chán, s cho các kt qu chính xác, nhanh hn, kinh t hn nu đc thc hin bi
con ngi
Các robot đã đc s dng đ phc v cho các máy móc công nghip ngay t
khi k thut này ra đi. Càng ngày ngành robot càng phát trin, nó đem li nhng

đc vào nm 1970 là xe t hành thám him b mt ca mt trng Lunokohod 1
đc điu khin t trái đt (hình 1.2).
HUTECH

3

Hình 1.2 Xe t hành thám him mt trng Lunokohod 1

Vin nghiên cu thuc Trng i hc Stanford vào nm 1969 đã thit k robot
Shakey di đng tinh vi hn đ thc hin nhng thí nghim v điu khin s dng h
thng thu nhn hình nh đ nhn dng đi tng (hình 1.3). Robot này đc lp trình
trc đ nhn dng đi tng bng camera, xác đnh đng đi đn đi tng và thc
hin mt s tác đng trên đi tng.
HUTECH

4

Hình 1.3- Robot Shakey-robot đu tiên nhn dng đi tng bng camera
Nm 1952 máy điu khin chng trình s đu tiên ra đi ti Hc Vin Công
ngh Massachusetts (Hoa K). Trên c s đó nm 1954, George Devol đã thit k
robot lp trình vi điu khin chng trình s đu tiên nh mt thit b do ông phát
minh đc gi là thit b chuyn khp đc lp trình. Joseph Engelberger, ngi mà
ngày nay thng đc gi là cha đ ca robot công nghip, đã thành lp hãng
Unimation sau khi mua bn quyn thit b ca Devol và sau đó đã phát trin nhng

thn vt cht, đng thi đa máy móc vào thay th cho lao đng tay chân.
 hòa nhp vi s phát trin chung ca th gii đòi hi chúng ta phi tip cn
và hc hi nhng công ngh mi trong đó tin trình phát trin t đng hóa trong công
nghip là mt u tiên và cng là mt trong nhng yêu cu bt buc cho s đi lên ca
đt nc chúng ta
Trong nhng nm gn đây, ngày càng có nhiu ngi quan tâm đn yêu cu ci
tin b thit b chuyn đng có bánh xe, hay còn gi là robot di đng. B điu khin
có bánh xe thng bao gm r obot di đng có bánh xe v à cn điu khin đc gn
trên robot di đng. Vì robot di đng nên b điu khin có bánh xe thc hin chc
nng điu khin trên din tích rng hn so vi b điu khin có robot c đnh và
tránh đc thao tác. Vì nhng u vit so vi thit b điu khin có robot c đnh, nên
đã đc ng dng rng rãi trong sn xut, làm đng vin, mài, lp ráp, hàn, m ca,
nhà kho, chm sóc sc khe và dò tìm nguy him đi vi con ngi
So vi robot di đng truyn thng có 2 bánh xe hay 4 bánh xe, robot di đng đa
hng t do 3 cp (DOF) có kh nng di chuyn nhanh theo bt k hng nào và
xoay hng tc thi theo ý mun. Robot di đng đa hng có b chuyn đng
chuyn dch và công tác có công sut cao hn b chuyn đng có bánh xe đu, đc
bit ng dng trong đi sng hàng ngày nh robot chm sóc bnh nhân ti nhà, robot
vn phòng, robot điu dng, y t v.v