I HÅC QUÈC GIA H NËI
TR×ÍNG I HÅC CÆNG NGH
Nguy¹n Thà Thanh V¥n
NGHIN CÙU N
NG CAO HIU QU ÀNH VÀ V DN
×ÍNG ROBOT DI ËNG TRONG MÆI TR×ÍNG
KHÆNG BIT TR×ÎC
Chuy¶n ng nh: Kÿ thuªt i»n tû
M¢ sè: 62 52 02 03
LUN N TIN S NGNH CÆNG NGH Kß THUT IN TÛ,
TRUYN THÆNG
NG×ÍI H×ÎNG DN KHOA HÅC:
1. PGS.TS. Tr¦n Quang Vinh
2. TS. L¶ Vô H
H Nëi - 2017
LÍI CAM OAN
Tæi xin cam oan luªn ¡n n y l cæng tr¼nh nghi¶n cùu cõa tæi, ch÷a ÷ñc xu§t
b£n t¤i b§t ký nìi n o. Måi nguçn thæng tin tham kh£o sû döng trong luªn ¡n
·u ÷ñc tr½ch d¨n ¦y õ.
T¡c gi£
Nguy¹n Thà Thanh V¥n
i
LÍI CM ÌN
Luªn ¡n n y ÷ñc ho n th nh vîi sü gióp ï cõa nhi·u ng÷íi.
Líi ¦u ti¶n, tæi xin gûi líi c£m ìn s¥u sc ¸n Phâ gi¡o s÷, ti¸n s¾ Tr¦n
Quang Vinh v Ti¸n s¾ L¶ Vô H , l nhúng ng÷íi Th¦y ¢ trüc ti¸p h÷îng d¨n,
hé trñ v ëng vi¶n tæi trong qu¡ tr¼nh nghi¶n cùu.
Tæi xin gûi líi c£m ìn ch¥n th nh tîi Ti¸n s¾ Phòng M¤nh D÷ìng, çng
nghi»p còng nhâm nghi¶n cùu, ¢ câ nhúng hé trñ trong qu¡ tr¼nh thüc hi»n
thüc nghi»m v xu§t b£n c¡c cæng tr¼nh cæng bè.
Tæi công xin gûi líi c£m ìn ch¥n th nh tîi nhúng Th¦y, Cæ, çng nghi»p
cõa Khoa i»n tû - Vi¹n thæng, ¤i håc Cæng ngh», ¤i håc Quèc Gia H Nëi
¢ hé trñ, t¤o i·u ki»n v ëng vi¶n tæi r§t nhi·u trong thíi gian vøa gi£ng d¤y
vøa nghi¶n cùu t¤i Khoa.
Cuèi còng, xin gûi tîi nhúng ng÷íi th¥n y¶u cõa gia ¼nh tæi vîi t§m láng
bi¸t ìn s¥u sc, luæn luæn hé trñ ëng vi¶n º tæi câ thº ho n th nh ÷ñc luªn
¡n n y.
ii
MÖC LÖC
Trang phö b¼a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
Líi cam oan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i
Líi c£m ìn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ii
Möc löc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii
Danh möc c¡c kþ hi»u v chú vi¸t tt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
Danh möc c¡c b£ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xiii
Danh möc c¡c h¼nh v³, ç thà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xiv
MÐ U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xvii
Ch÷ìng 1. TÊNG QUAN ROBOT DI ËNG . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1. Giîi thi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2. H» thèng robot di ëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.3. ành và . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3.1. ành và t÷ìng èi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.3.2. ành và tuy»t èi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.3.3. Têng hñp dú li»u c£m bi¸n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
iii
1.3.4. Nhªn x²t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.4. D¨n ÷íng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.4.1. Lªp k¸ ho¤ch ÷íng i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.4.2. Tr¡nh vªt c£n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.4.3. C§u tróc d¨n ÷íng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.4.4. C§u tróc h nh vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.4.5. Nhªn x²t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1.5. Kÿ thuªt i·u khiºn robot di ëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.5.1. i·u khiºn mí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.5.2. M¤ng nìron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.5.3. Quy¸t ành tèi ÷u a möc ti¶u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.6. Robot di ëng hai b¡nh vi sai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.6.1. Ho¤t ëng vi sai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.6.2. Mæ h¼nh ëng håc thuªn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.6.3. Kh£ n«ng i·u khiºn v quan s¡t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
1.7. T¼nh h¼nh nghi¶n cùu trong v ngo i n÷îc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
1.8. K¸t luªn ch÷ìng 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Ch÷ìng 2. ÀNH VÀ SÛ DÖNG BË LÅC KALMAN NÌRON MÍ
35
2.1. Giîi thi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
2.2. Bë låc Kalman mð rëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
2.3. Bë låc Kalman Nìron Mí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
2.3.1. Cì sð i·u ch¿nh ma trªn R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
2.3.2. M¤ng nìron mí i·u ch¿nh Rk (j, j) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
2.4. H» thèng ành và robot di ëng sû döng FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . .
42
2.4.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
2.4.2. Mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
iv
2.4.3. Thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
2.5. K¸t luªn ch÷ìng 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
Ch÷ìng 3. CU TRÓC DN ×ÍNG HNH VI SÛ DÖNG IU
KHIN MÍ V TÈI ×U A MÖC TIU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
3.1. Giîi thi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
3.2. C§u tróc d¨n ÷íng h nh vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
3.3. C§u tróc d¨n ÷íng h nh vi BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.4. H» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
3.4.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
3.4.2. Thi¸t k¸ BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
3.5. Mæ phäng ¡nh gi¡ h» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM . .
75
3.5.1. Chu©n bà mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
3.5.2. K¸t qu£ mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3.6. Thüc nghi»m ¡nh gi¡ h» thèng d¨n ÷íng sû döng c§u tróc BBFM
83
3.6.1. Chu©n bà thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
3.6.2. K¸t qu£ thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
3.7. H» thèng d¨n ÷íng k¸t hñp BBFM v FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
3.7.1. Mæ h¼nh h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
3.7.2. Mæ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
3.7.3. Thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
3.8. K¸t luªn ch÷ìng 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
KT LUN V KIN NGHÀ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
DANH MÖC CÆNG TRNH KHOA HÅC CÕA TC GI LIN
QUAN N LUN N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
101
TI LIU THAM KHO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
PHÖ LÖC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117
vi
DANH MÖC CC KÞ HIU
V CHÚ VIT TT
vii
Danh möc c¡c kþ hi»u
STT Kþ hi»u
Mæ t£
1
In hoa, ªm
Ma trªn
2
In th÷íng, ªm
Vector
3
In hoa, th֒ng
Tªp hñp, tªp mí, tªp gi¡ trà
4
ω
Vªn tèc gâc
5
θ
Gâc h÷îng cõa robot
6
u
Vªn tèc tuy¸n t½nh
7
ẋ
¤o h m bªc 1
8
ẍ
¤o h m bªc 2
9
rank(C)
H¤ng cõa ma trªn C
10
µF
H m thuëc cõa tªp mí F
11
→
nh x¤
x∗
Nghi»m tèi ÷u Pareto
13
P∗
Tªp tèi ÷u Pareto
14
FP∗
Giîi h¤n Pareto
15
×îc o¡n tr¤ng th¡i ti¶n nghi»m
16
x̂−k , P−k
x̂k , Pk
17
φ
Gi¡ trà gi£i mí
18
η
H¬ng sè i·u ch¿nh trong m¤ng nìron
19
δ
Gi¡ trà ë l»ch giúa mæ h¼nh lþ thuy¸t v thüc
20
rand()
H m ng¨u nhi¶n ph¥n bè ·u
21
ρ
Kho£ng c¡ch tø và tr½ hi»n t¤i cõa robot tîi
12
×îc o¡n tr¤ng th¡i hªu nghi»m
½ch
22
α
Gâc l»ch giúa v²ctì kho£ng c¡ch v v²ctì
h֔ng
23
d
Kho£ng c¡ch tø c£m bi¸n si¶u ¥m tîi vªt
24
ŷl
T½n hi»u i·u khiºn têng hñp
viii
Danh möc c¡c kþ hi»u
STT Kþ hi»u
Mæ t£
25
N
Sè h m möc ti¶u
26
L
Kho£ng c¡ch giúa hai b¡nh xe
27
R
÷íng k½nh b¡nh xe
28
R(j, j)
Th nh ph¦n ÷íng ch²o (j, j) cõa ma trªn
29
∈
Thuëc
30
31
∈
/
R
Khæng thuëc
δM
Bªc di chuyºn cõa robot
32
X
Tªp kh£ thi
33
*, . , vi¸t li·n
Nh¥n th÷íng
34
Gauss(x)
H m d¤ng Gauss
35
Sigmoid(x)
H m d¤ng Sigmoid
36
αi
Mùc ë chi¸m giú cõa luªt trong m¤ng nìron
37
βi
Chu©n hâa mùc ë chi¸m giú luªt
38
ai , bi , cj , σj
Tham sè cõa c¡c h m thuëc
39
Bi
H nh vi thù i
40
Aij
Tªp mí thù j cõa bi¸n thù i
41
Rk
Luªt mí thù k
42
K
Sè luªt i·u khiºn
43
Pi
Ph÷ìng tr¼nh thù i trong gi£i Lexicographic
44
Yli
45
{yl |yl ¢ gi£i trong Pi }
min()
P
Gi¡ trà nhä nh§t
∞
Væ còng
46
47
Têng
ix
Danh möc c¡c kþ hi»u
STT Kþ hi»u
Mæ t£
48
R
T½ch ph¥n
49
m
ìn và m²t
50
s
ìn và gi¥y
51
m/s
ìn và m²t/gi¥y
52
rad/s
ìn và radian/gi¥y
53
◦
ìn và ë
54
cm
ìn và centimet
55
kg
ìn và kilogram
56
U Si
C£m bi¸n si¶u ¥m thù i tr¶n robot Sputnik
57
∂
¤o h m
x
Danh möc c¡c chú vi¸t tt
STT
1
Chú
vi¸t tt
Mæ t£ Ti¸ng Anh
Mæ t£ Ti¸ng Vi»t
ANFIS
Adaptive Neuro-Fuzzy Infer-
H» thèng suy luªn mí nì ron
ence System
th½ch nghi
2
AGV
Autonomous Guided Vehicle
Xe tü h nh
3
AUV
Autonomous Underwater Ve-
Thi¸t bà d÷îi n÷îc tü ëng
hicle
4
BBFM
Behavior Based using Fuzzy
C§u tróc h nh vi sû döng
and Multi-Objective
logic mí v tèi ÷u a möc ti¶u
5
CCD
Charge Coupled Device
Thi¸t bà t½ch i»n k²p
6
CDB
Context Depedent Blending
Trën l»nh phö thuëc ngú c£nh
7
DAMN
Distributed Architecture for
C§u tróc ph¥n t¡n d¨n ÷íng
Mobile Navigation
di ëng
The differential drive mobiler
Robot di ëng hai b¡nh vi sai
8
DDMR
robot
9
DIF
Distributed Information Fil-
Bë låc thæng tin ph¥n t¡n
ter
10
DOF
Degree of Freedom
Bªc tü do
11
DSP
Digital Signal Processing
Bë xû lþ t½n hi»u sè
12
EKF
Extended Kalman Filter
Bë låc Kalman mð rëng
13
FNN
Fuzzy Neural Network
M¤ng nìron mí
14
FNN-EKF
Fuzzy Neural Network Ex-
Bë låc Kalman sû döng m¤ng
tended Kalman Filter
nìron mí
15
FL
Fuzzy Logic
Logic mí
16
FL-AKF
Fuzzy Logic-based Adaptive
Bë låc Kalman th½ch nghi düa
Kalman Filter
tr¶n logic mí
17
18
FL-EKF
GPS
Fuzzy
Logic
Extended
Bë låc Kalman sû döng logic
Kalman Filter
mí
Global Positioning System
H» thèng ành và to n c¦u
xi
Danh möc c¡c chú vi¸t tt
STT
Chú
vi¸t tt
Mæ t£ Ti¸ng Anh
19
GPS/INS
Global
Positioning
tem/Inertial
Mæ t£ Ti¸ng Vi»t
Sys-
Navigation
H» thèng ành và to n c¦u/H»
thèng d¨n ÷íng qu¡n t½nh
System
20
ICC
Instantaneous Center of Cur-
T¥m cong tùc thíi
vature
21
ICR
Instantaneous Center of Ro-
T¥m quay tùc thíi
tation
22
LMR
Legged Mobile Robot
Robot di ëng ch¥n
23
LRF
Laser Range Finder
C£m bi¸n o xa laze
24
MOASM
Mutiple Objective Action Se-
Cì c§u lüa chån t¡c ëng tèi
lection Mechanism
÷u a ti¶u
25
MISO
Multi Input Single Output
Nhi·u ¦u v o mët ¦u ra
26
PID
Proportional Integral
T l» - T½ch ph¥n - Vi ph¥n
Derivative
27
PF
Particle Filter
Bë låc h¤t
28
RMSE
Root Mean Square Error
Sai sè to n ph÷ìng trung b¼nh
29
RIA
Robotics Institute of America
Vi»n Robot Mÿ
30
SAMBA
Sensor, Actuator, Marker, Be-
C£m bi¸n, Ch§p h nh, G¡n
havior, Arbiter
nh¢n, H nh vi, Ph¥n xû
31
SISO
Single Input Single Output
Mët ¦u v o mët ¦u ra
32
SLAM
Simultaneous
ành và v lªp b£n ç çng
33
UAV
Localization
And Mapping
thíi
Unmanned Aerial Vehicle
Thi¸t bà tr¶n khæng khæng
ng÷íi l¡i
34
UKF
Unscented Kalman Filter
Bë låc Kalman Unscented
35
VHF
Vector Field Histogram
V²c tì tr÷íng th¸
36
WMR
Wheeled Mobile Robot
Robot di ëng b¡nh xe
xii
DANH MÖC CC BNG
2.1
Tham sè h m thuëc cõa m¤ng nìron mí . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1
Luªt i·u khiºn tr¡nh vªt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2
Luªt i·u khiºn v· ½ch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3
Luªt i·u khiºn tr¡nh cüc tiºu cöc bë . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4
K¸t qu£ d¨n ÷íng mæ phäng trong mæi tr÷íng thæng th÷íng . . . . 78
3.5
K¸t qu£ d¨n ÷íng mæ phäng trong mæi tr÷íng v«n pháng . . . . . . 80
3.6
K¸t qu£ mæ phäng c§u tróc BBFM th¶m h nh vi tr¡nh cüc tiºu
cöc bë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.7
K¸t qu£ d¨n ÷íng thüc sû döng c§u tróc BBFM cõa ba tr÷íng hñp 91
3.8
K¸t qu£ d¨n ÷íng mæ phäng sû döng BBFM&FNN-EKF v
BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.9
K¸t qu£ d¨n ÷íng thüc sû döng k¸t hñp BBFM v FNN-EKF . . . 99
xiii
DANH MÖC CC HNH V, Ç THÀ
1.1
Sì ç i·u khiºn chung cõa robot di ëng. . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2
Trën ph¥n bè x¡c su§t cõa hai ph²p o. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3
C§u tróc d¨n ÷íng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4
C§u tróc h nh vi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5
C¡c kÿ thuªt trën l»nh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6
Sì ç biºu quy¸t. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7
Sì ç c§u tróc motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8
Hai c¡ch k¸t hñp lèi ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.9
Sì ç khèi bë låc thæng tin ph¥n t¡n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.10 H m thuëc cõa tªp kinh iºn v tªp mí . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.11 So s¡nh tªp kinh iºn v tªp mí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.12 C§u tróc cì b£n cõa i·u khiºn mí cì b£n. . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.13 C¡c ph÷ìng ph¡p gi£i mí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.14 C§u tróc cõa nìron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.15 V½ dö m¤ng nìron nhi·u lîp hçi ti¸p. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.16 Tªp tèi ÷u v giîi h¤n Pareto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.17 T¥m quay tùc thíi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.18 Ho¤t ëng vi sai cõa robot di ëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.19 Mæ h¼nh robot di ëng hai b¡nh vi sai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1
Sì ç i·u ch¿nh ma trªn R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
xiv
2.2
H m thuëc cõa c¡c tªp mí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3
Sì ç m¤ng nìron mí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4
Mæ h¼nh h» thèng ành và. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5
Gi¡ trà nhi¹u lèi v o v nhi¹u ph²p o . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6
Ho¤t ëng cõa bë låc EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7
So s¡nh EKF, IEKF v FL-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.8
K¸t qu£ håc cõa m¤ng nìron mí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.9
K¸t qu£ so s¡nh FL-EKF v FNN-EKF . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.10 Ho¤t ëng cõa FNN-EKF vîi giîi h¤n cõa ma trªn R1 . . . . . . . . 53
2.11 Ho¤t ëng cõa FNN-EKF vîi mët sè ÷íng i kh¡c nhau . . . . . . . 54
2.12 H» thèng ành và thüc t¸ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.13 ÷íng i thüc t¸ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1
Sì ç c§u tróc h nh vi têng qu¡t. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2
Sì ç c§u tróc d¨n ÷íng h nh vi BBFM. . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3
Mæ h¼nh h» thèng d¨n ÷íng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4
Mæ h¼nh bi¸n d¨n ÷íng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5
C§u tróc BBFM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6
Sü sp x¸p c¡c c£m bi¸n si¶u ¥m tr¶n robot. . . . . . . . . . . . . . . 67
3.7
H m thuëc cõa c¡c bi¸n v o/ra dl , df , dr , α, u, ω . . . . . . . . . . . . . 68
3.8
H m thuëc cõa bi¸n ρ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.9
V§n · cüc tiºu cöc bë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.10 H m thuëc cõa bi¸n ed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.11 C§u tróc CDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.12 ÷íng i v ¡p ùng cõa robot sû döng c¡c c§u tróc d¨n ÷íng
kh¡c nhau trong mæ phäng mæi tr÷íng thæng th÷íng . . . . . . . . . 79
3.13 ÷íng i v ¡p ùng cõa robot sû döng c¡c c§u tróc d¨n ÷íng
kh¡c nhau trong mæ phäng mæi tr÷íng v«n pháng . . . . . . . . . . . 81
3.14 ÷íng i v ¡p ùng cõa robot sû döng c¡c c§u tróc d¨n ÷íng
kh¡c nhau trong mæ phäng mæi tr÷íng câ cüc tiºu cöc bë . . . . . . . 82
xv
3.15 ÷íng i cõa robot sû döng c§u tróc BBFM câ th¶m h nh vi
tr¡nh cüc tiºu cöc bë. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.16 Robot Sputnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.17 C£m bi¸n si¶u ¥m SRF05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.18 Sì ç giao ti¸p ph¦n cùng h» thèng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.19 Ho¤t ëng d¨n ÷íng thüc sû döng BBFM trong tr÷íng hñp 1 . . . . 88
3.20 Ho¤t ëng d¨n ÷íng thüc sû döng BBFM trong tr÷íng hñp 2 . . . . 89
3.21 Ho¤t ëng d¨n ÷íng thüc sû döng BBFM trong tr÷íng hñp 3 . . . . 90
3.22 Mæ h¼nh h» thèng d¨n ÷íng k¸t hñp BBFM vîi FNN-EKF. . . . . . 92
3.23 ÷íng i mæ phäng robot sû döng BBFM v BBFM&FNN-EKF . . 94
3.24 Mæ phäng so s¡nh h» thèng d¨n ÷íng sû döng BBMF&FNNEFK v BBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.25 Ho¤t ëng d¨n ÷íng thüc sû döng k¸t hñp BBFM v FNN-EKF . . 98
xvi
MÐ U
°t v§n ·
Sü k¸t hñp cõa nhi·u l¾nh vüc tø cì kh½, kÿ thuªt i»n - i»n tû, tîi tr½ tu»
nh¥n t¤o, khoa håc nhªn thùc v khoa håc x¢ hëi ¢ t¤o ra nhúng robot thæng
minh ¡p ùng ÷ñc y¶u c¦u ng y c ng cao cõa ùng döng thüc ti¹n. Nghi¶n cùu
v· robot di ëng ¢ v ang ph¡t triºn m¤nh m³ tr¶n th¸ giîi vîi c¡c robot
ùng döng trong l¾nh vüc cæng nghi»p, dàch vö y t¸, næng nghi»p, gi¡o döc, qu¥n
sü... T¤i Vi»t Nam, robot di ëng tuy l l¾nh vüc mîi nh÷ng ¢ ÷ñc quan t¥m
nghi¶n cùu trong nhúng n«m g¦n ¥y. Tr¶n cì sð ki¸n thùc chuy¶n ng nh, sü
c¦n thi¸t l m chõ cæng ngh», háa nhªp vîi th¸ giîi trong o t¤o v nghi¶n cùu
¢ thóc ©y vi»c lüa chån · t i nghi¶n cùu cõa nghi¶n cùu sinh.
Mët h» thèng robot di ëng y¶u c¦u cì c§u di chuyºn, h» thèng c£m nhªn
mæi tr÷íng xung quanh, kh£ n«ng ành và trong khæng gian l m vi»c, kh£ n«ng
d¨n ÷íng v h nh ëng. Tr¶n n·n t£ng h» thèng cì kh½ v c£m bi¸n câ s®n, c¡c
ùng döng ¤t ÷ñc tø vi»c ph¡t triºn nhúng gi£i ph¡p i·u khiºn mùc cao li¶n
quan ¸n ành và v d¨n ÷íng. ¥y công ch½nh l nëi dung tªp trung nghi¶n
cùu trong luªn ¡n.
ành và l qu¡ tr¼nh ÷îc t½nh và tr½ v h÷îng cõa robot düa tr¶n dú li»u
cõa c£m bi¸n. Ph÷ìng ph¡p têng hñp dú li»u c£m bi¸n thæng qua kÿ thuªt x¡c
su§t º t«ng ë ch½nh x¡c cõa ph²p ÷îc t½nh ¢ ÷ñc sû döng nhi·u trong h»
thèng ành và robot. Trong c¡c kÿ thuªt têng hñp dú li»u c£m bi¸n th¼ bë låc
Kalman mð rëng, gåi tt l EKF (Extended Kalman Filter), vîi thuªt to¡n xû
lþ dú li»u » quy tèi ÷u º ÷îc t½nh tr¤ng th¡i h» thèng phi tuy¸n düa tr¶n ki¸n
thùc h» thèng v dú li»u c£m bi¸n ÷ñc ¡nh gi¡ l bë låc hi»u qu£ èi vîi b i
to¡n ành và. Vi»c thüc thi bë låc EKF g°p khâ kh«n khi x¡c ành ma trªn hi»p
ph÷ìng sai nhi¹u h» thèng v nhi¹u o. Khâ kh«n tr¶n ¢ d¨n tîi gi£ thi¸t c¡c
ma trªn hi»p ph÷ìng sai nhi¹u o l cè ành v ÷ñc x¡c ành tr÷îc tø thüc
nghi»m. Gi£i ph¡p tr¶n cho ph²p ìn gi£n hâa qu¡ tr¼nh thüc thi bë låc EKF
nh÷ng hi»u su§t ành và khæng cao, thªm ch½ bë låc khæng hëi tö. Mët gi£i ph¡p
kh¡c sû döng bë låc EKF th½ch nghi i·u ch¿nh ma trªn hi»p ph÷ìng sai nh÷ng
xvii
v¨n cán nhúng h¤n ch¸. Mët sè c£i ti¸n kh¡c cõa bë låc EKF li¶n quan tîi h»
phi tuy¸n v nhi¹u phi Gauss l bë låc UKF (Unscented Kalman Filter) hay
bë låc PF (Particle Filter) vîi hi»u qu£ ho¤t ëng tèt hìn bë låc EKF nh÷ng
h¤n ch¸ vîi thíi gian t½nh to¡n lîn. Trong ùng döng ành và robot di ëng sû
döng c¡c lo¤i c£m bi¸n thæng döng câ nhi¹u ph¥n bè Gauss, y¶u c¦u thíi gian
t½nh to¡n ½t v d¹ d ng triºn khai th¼ bë låc EKF l lüa chån hi»u qu£. V¼ th¸
c£i ti¸n bë låc EKF, khc phöc h¤n ch¸ cán tçn t¤i, n¥ng cao ë ch½nh x¡c cõa
ph²p ành và l v§n · c¦n quan t¥m cõa luªn ¡n.
D¨n ÷íng ÷ñc ành ngh¾a l vîi thæng tin v· mæi tr÷íng v và tr½ ½ch,
robot câ kh£ n«ng ¤t tîi ½ch mët c¡ch an to n v hi»u qu£. Hai kh£ n«ng li¶n
quan ¸n ho¤t ëng d¨n ÷íng l lªp k¸ ho¤ch ÷íng i v tr¡nh vªt c£n. Mët sè
ph÷ìng ph¡p lªp k¸ ho¤ch i nh÷ b£n ç ch¿ ÷íng, ph¡t hi»n bi¶n, b¡m t÷íng,
A∗ , tr÷íng th¸... hay tr¡nh vªt c£n theo ph÷ìng ph¡p Bug, sû döng tr÷íng th¸
£o, suy luªn mí, m¤ng nìron... ¢ v ang ÷ñc ùng döng trong c¡c h» thèng
d¨n ÷íng cho robot di ëng hi»n nay. Tr¶n cì sð c¡c kh£ n«ng câ s®n, hi»u qu£
cõa h» thèng d¨n ÷íng li¶n quan ¸n sü k¸t hñp c¡c mæ un c£m bi¸n, lªp k¸
ho¤ch v h nh ëng º t¤o ra c¡c c§u tróc d¨n ÷íng kh¡c nhau. C¡c c§u tróc
d¨n ÷íng cì b£n hi»n nay câ thº ÷ñc ph¥n th nh c§u tróc thù bªc, c§u tróc
h nh vi v c§u tróc lai. Ho¤t ëng cõa robot trong mæi tr÷íng ch÷a bi¸t phò
hñp vîi c§u d¨n ÷íng h nh vi trong â nhi»m vö phùc t¤p ÷ñc chia th nh
c¡c h nh vi nhä, ëc lªp, ph£n ùng nhanh vîi nhúng thay êi b§t ngí. V§n ·
c¦n quan t¥m ch½nh trong c§u tróc h nh vi l têng hñp c¡c t½n hi»u i·u khiºn
tø c¡c h nh vi º t¤o n¶n t½n hi»u i·u khiºn têng hñp. C¡c kÿ thuªt trën l»nh
÷ñc ph¥n th nh c¡c nhâm ch½nh nh÷ biºu quy¸t, x¸p chçng, mí, tèi ÷u a möc
ti¶u, bë låc thæng tin ph¥n t¡n ·u thº hi»n nhúng ÷u v nh÷ñc iºm ri¶ng. V¼
vªy, ph¡t huy ÷u iºm v h¤n ch¸ nh÷ñc iºm cõa c¡c kÿ thuªt trën l»nh hi»n
câ º t¤o ra mët c§u tróc d¨n ÷íng h nh vi hi»u qu£ l i·u quan t¥m cõa
luªn ¡n.
xviii
Möc ½ch nghi¶n cùu
Möc ½ch nghi¶n cùu ch½nh cõa luªn ¡n l n¥ng cao hi»u qu£ ành và v
d¨n ÷íng cho robot di ëng ho¤t ëng trong mæi tr÷íng khæng bi¸t tr÷îc, düa
tr¶n ph÷ìng ph¡p låc Kalman cho b i to¡n ành và sû döng thæng tin tø nhi·u
c£m bi¸n v c§u tróc d¨n ÷íng h nh vi sû döng k¸t hñp giúa i·u khiºn mí v
ph÷ìng ph¡p tèi ÷u a möc ti¶u. Tø ¥y, c¡c möc ti¶u cö thº ÷ñc thüc hi»n
nh÷ sau:
• C£i ti¸n bë låc EKF sû döng cho b i to¡n ành và düa tr¶n thæng tin tø
nhi·u c£m bi¸n º khc phöc h¤n ch¸ do vi»c lüa chån ma trªn hi»p ph÷ìng
sai ch÷a ch½nh x¡c ho°c cè ành cõa bë låc EKF cê iºn, nh¬m t«ng ë
ch½nh x¡c cõa ph²p ành và.
• Ph¡t triºn mët mæ h¼nh i·u khiºn d¨n ÷íng theo c§u tróc h nh vi, k¸t
hñp giúa logic mí v ph÷ìng ph¡p trën l»nh tèi ÷u. C§u tróc d¨n ÷íng
n y cho ph²p tèi ÷u hâa vi»c thi¸t k¸ khèi i·u khiºn d¨n ÷íng vîi c¡c
mæ un h nh vi ÷ñc thi¸t k¸ ëc lªp nh÷ng v¨n £m b£o hi»u qu£ cõa
to n bë h» thèng i·u khiºn.
• Kiºm chùng mæ h¼nh v c¡c ph÷ìng ph¡p ÷ñc · xu§t thæng qua mæ
phäng v trong mæi tr÷íng th¸ giîi thüc sû döng mët robot di ëng câ k¸t
c§u hai b¡nh vi sai v ÷ñc trang bà mët sè lo¤i c£m bi¸n thæng döng.
èi t÷ñng nghi¶n cùu v ph¤m vi nghi¶n cùu
èi t÷ñng nghi¶n cùu li¶n quan ¸n v§n · ành và v c§u tróc i·u khiºn
d¨n ÷íng h nh vi cho robot di ëng tü h nh ho¤t ëng trong mæi tr÷íng khæng
bi¸t tr÷îc. Ph¤m vi nghi¶n cùu giîi h¤n ð vi»c ÷a ra c¡c · xu§t khc phöc
h¤n ch¸ cán tçn t¤i trong bë låc ành và Kalman mð rëng v c§u tróc d¨n ÷íng
h nh vi hi»n t¤i. Kiºm chùng hi»u qu£ cõa gi£i ph¡p · xu§t thæng qua mæ
phäng v thüc nghi»m tr¶n ëng håc robot di ëng câ k¸t c§u hai b¡nh vi sai
trong mæi tr÷íng ho¤t ëng cõa pháng th½ nghi»m.
xix
- Xem thêm -
.PDF 
150 
26 
102 
