Trong thời gian gần đây, thuật toán di truyền (GA) đã được áp dụng trong một số lĩnh vực như điều khiển, nhận dạng hệ thống, robot, nhận dạng mẫu…Bài viết này đề cập đến lĩnh vực robot, cụ thể là thiết kế quỹ đạo cho khâu tác động cuối của robot trong không gian làm việc.

Đã có nhiều nghiên cứu cho vấn đề thiết kế quỹ đạo. Nghiên cứu của Shigang Yue và cộng sự [1] đã thiết kế quỹ đạo điểm – điểm cho tay máy robot. Sử dụng kỹ thuật GA để đề xuất quỹ đạo chuyển động dựa trên yêu cầu độ rung/ hoặc thời gian di chuyển tối thiểu. Các tác giả sử dụng đa thức bậc bốn và bậc năm về thời gian để biểu diễn quỹ đạo cho từng đoạn kết nối điểm đầu, điểm trung gian và điểm cuối trong không gian khớp. Những giới hạn ràng buộc về góc khớp, vận tốc chuyển động và mô men của khớp được xem xét trong quá trình tối ưu. Pires và Machado [2] đề xuất một phương pháp thiết kế đường đi dựa trên GA trong khi áp dụng động học trực tiếp và động học nghịch đảo. Quỹ đạo tối ưu là một quỹ đạo giảm chiều dài đường đi, với thời gian và năng lượng di chuyển theo yêu cầu mà không có bất kỳ va chạm nào với chướng ngại vật trong không gian làm việc. Còn Pires và cộng sự [3], sử dụng GA để tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động của robot planar. Mục tiêu GA là giảm thiểu không gian quỹ đạo /thời gian mà không vượt quá mô-men tối đa xác định trước. Các tác giả sử dụng động học trực tiếp để tránh các điểm kỳ dị. Trong bài [4], đã đề xuất một phương pháp thiết kế quỹ đạo điểm – tới điểm dựa trên GA khi sử dụng trực tiếp động học và động lực học. Quỹ đạo tối ưu là quỹ đạo giảm thiểu cả thời gian di chuyển và không gian di chuyển mà không vượt quá mô men tối đa xác định trước, không va chạm với bất kỳ trướng ngại vật nào trong không gian làm việc. Hay trong [5], Stanislav và cộng sự trình bày phương pháp thiết kế quỹ đạo dựa trên GA cho tay máy robot với việc tối ưu nhiều tiêu chí khác nhau. Phương pháp được mô tả dựa trên động học ngược và quỹ đạo tối ưu là giảm thiểu thời gian di chuyển và giảm thiểu mức năng lượng tiêu thụ.

Như vậy, các nghiên cứu trước bộ điều khiển dạng mở không có phản hồi được sử dụng. Quỹ đạo tham chiếu được cho là giống quỹ đạo thực. Do đó, mô men tác động tại các khớp được tính toán bằng cách: Sử dụng động học nghịch để tính quỹ đạo tham chiếu của các khớp từ quỹ đạo tham chiếu của khâu tác động cuối, sau đó quỹ đạo tham chiếu này được sử dụng để tính mô men dựa vào phương trình động lực học của robot. Tuy nhiên, do tất cả các robot đều được điều khiển bởi bộ điều khiển dạng phản hồi để ổn định hệ thống và chống nhiễu, nên quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực sẽ không hoàn toàn giống nhau. Do vậy, momen thực tại các khớp robot cũng không giống với tính toán dùng phương trình động lực học. Để khắc phục các nhược điểm trên, bài báo sẽ đưa thêm bộ điều khiển vị trí trong không gian làm việc vào hệ thống khi thiết kế quỹ đạo tối ưu cho. khâu tác động cuối của robot. Lúc này bài báo giải quyết được cả hai vấn đề: Bài toán quỹ đạo tối ưu và bài toán bám quỹ đạo. Khi đó, momen tác động lên các khớp được lấy từđầu ra của bộ điều khiển. Giá trị đo của vị trí, vận tốc chuyển động các khớp, giá trị mô men được đưa vào G để xem xét với các điều kiện giới hạn của robot.

Qua quá trình nghiên cứu, có thể kết luận vấn đề thiết kế quỹ đạo chuyển động tối ưu của robot có xem xét đưa thêm bộ điều khiển vào hệ thống đã được nghiên cứu trong bài này. Dựa trên GA, quá trình tối ưu thời gian di chuyển của khâu tác động cuối của tay máy đã được giải quyết. Lúc này, quỹ đạo tối ưu dạng đa thức của khâu tác động cuối của tay máy đã được xây dựng. Trong quá trình tối ưu, mô men tác động lên các khớp robot được lấy từ đầu ra của bộ điều khiển, vị trí và vận tốc chuyển động các khớp được lấy từ giá trị đo thực. Các giá trị mô men, vị trí và vận tốc này được đưa vào GA để kiểm tra các ràng buộc giới hạn mô men và chuyển động. Do đó, quỹ đạo thu được là tối ưu và thực tế, quỹ đạo tối ưu của tay máy đã được xây dựng được mà không vi phạm bất kỳ ràng buộc nào của bộ truyền động robot. Như vậy, bài báo đã giải quyết đồng thời hai vấn đề: Bài toán tối ưu quỹ đạo chuyển động và bám quỹ đạo. Do quỹ đạo được tối ưu độc lập với hình dạng robot, nên nó có thể được sử dụng trong việc điều khiển bất kỳ loại robot nào.

nhahuy (TH)