Luận án Tiến sĩ Điều khiển và tự động hóa: Xây dựng Robot tự hành dạng Non-holonomic và tổng hợp bộ điều khiển bám quỹ đạo

Xây dựng robot tự hành dạng nonholonomic và tổng hợp bộ điều khiển bám quỹ đạo

Tác giả: Ngô Mạnh Tiến

Lĩnh vực: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu xây dựng và phát triển một hệ robot tự hành dạng non-holonomic có gắn camera, có khả năng bám theo mục tiêu di động. Nghiên cứu bao gồm các bước chế tạo phần cứng robot, mô hình hóa và mô phỏng hệ robot đã xây dựng, nghiên cứu thuật toán xử lý bám ảnh tự động để nâng cao chất lượng bám, và đề xuất thuật toán điều khiển thích nghi nâng cao chất lượng bám cho hệ phi tuyến có mô hình bất định. Cuối cùng, các nghiên cứu được hiện thực hóa bằng sản phẩm robot tự hành bám mục tiêu di động nhằm kiểm tra tính đúng đắn của các thuật toán và làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

Mục tiêu chính là nghiên cứu và đề xuất thuật toán điều khiển thích nghi cho robot tự hành bám quỹ đạo trên cơ sở hệ phi tuyến bất định, chú trọng đến chất lượng bám và sự thay đổi tham số robot, cũng như tác động của nhiễu. Luận án cũng đề cập đến việc thiết kế, chế tạo robot tự hành có gắn camera để kiểm chứng thuật toán, song song đó là nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh để cải thiện khả năng phát hiện và định vị mục tiêu.

Mục lục chi tiết:

• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của luận án
• 2. Mục tiêu của luận án
• 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
• 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 5. Nội dung của luận án
• CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT THÍ NGHIỆM
• 1.1. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống robot có gắn camera
• 1.1.1 Tổng quan về một hệ robot có gắn camera bám mục tiêu di động
• 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.3. Kết luận và lựa chọn hướng nghiên cứu, phát triển Luận án
• 1.2. Xây dựng mô hình robot tự hành
• 1.2.1. Xây dựng cấu trúc của hệ robot tự hành
• 1.2.2. Xây dựng phần cứng cho mạch chủ điều khiển robot
• 1.3. Kết luận chương 1
• CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRÊN CƠ SỞ XỬ LÝ ẢNH CHO BÀI TOÁN BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG
• 2.1. Tổng quan về hệ thống bám ảnh tự động
• 2.1.1. Tổng thể hệ bám
• 2.1.2. Kiến trúc tổng thể hệ bám
• 2.2. Lập trình xử lý ảnh bám mục tiêu chuyển động
• 2.2.1. Phương pháp bám theo các đặc điểm của ảnh (Thuật toán KLT)
• 2.2.2. Thuật toán bám ảnh Camshift
• 2.2.3. Kết hợp bộ lọc Kalman với thuật toán bám ảnh Camshift
• 2.3. Kết luận chương 2
• CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA HỆ ROBOT TỰ HÀNHGẮN CAMERA
• 3.1. Mô hình hóa hệ thống Pan/Tilt
• 3.2. Quy chiếu tọa độ mục tiêu và camera về tọa độ tâm robot
• 3.3. Mô hình động học, động lực học robot di động
• 3.4. Kết luận chương 3
• CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO CHO ROBOT TỰ HÀNH
• 4.1. Các phương pháp điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành
• 4.1.1. Điều khiển bám sử dụng trực tiếp hàm điều khiển Lyapunov
• 4.1.2. Các phương pháp dựa trên điều khiển trượt
• 4.1.3. Một số thuật toán khác
• 4.2. Thuật toán thích nghi theo mô hình mẫu để điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành khi robot có tham số m, I là bất định
• 4.3. Thuật toán điều khiển bám quỹ đạo thích nghi robot tự hành khi có các tham số m, I thay đổi và chịu tác động bởi nhiễu
• 4.3.1. Mô hình động học, động lực học
• 4.3.2. Cấu trúc của hệ điều khiển
• 4.3.3. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
• 4.3.3.1. Bộ điều khiển động học vòng ngoài
• 4.3.3.2. Tổng hợp bộ điều khiển vòng trong
• A. Xây dựng mô hình động học mẫu
• B. Giải thuật điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
• C. Tính ổn định của toàn hệ
• 4.4. Kết quả mô phỏng
• 4.4.1. Khi quỹ đạo đặt là đường thẳng
• 4.4.2 Khi quỹ đạo đặt là đường tròn có tâm tại gốc tọa độ (0,0), bán kính bằng 5
• 4.5 Kết quả chạy thực nghiệm
• 4.6. Kết Luận chương 4
• KẾT LUẬN
• 1. Các kết quả đạt được của Luận án
• 2. Hướng phát triển của Luận án
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LUẬN ÁN