Hệ thống điều khiển cánh tay Robot (dùng phương pháp mờ)

[abc_teen]

Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối Fuzzy điều khiển Robot
1.1 TẬP HỢP RÕ VÀ TẬP HỢP MỜ :

1.1.1 TẬP HỢP RÕ ( CRISP SET ):

Khái niệm tập tập hợp :
Để làm sáng tỏ nguyên lý cơ bản về logic mờ , chúng ta nhìn lại nguyên lý cơ bản của lý thuyết tập hợp rõ và logic cổ điển của nó . Theo lý thuyết tập rõ thì tập hợp là một khái niệm nguyên thủy của toán học và không định nghĩa được . Một tập hợp rõ sẽ được xác định bằng cách xác định những phần tử nào là thành viên của tập hợp và những phần tử nào không phải là thành viên của tập hợp .
Cho A là một tập hợp trong không gian U , x là phần tử trong không gian U thì ta ký hiệu xA nếu x là một thành viên của tập hợp rõ A và ký hiệu xA nếu x không phải là thành viên của tập hợp A .
Tập hợp rõ A có thể được biểu diễn bằng giản đồ Venn của nó : giản đồ Venn của một tập hợp rõ là một đường cong kín , trong đó phần nằm bên trong đường cong sẽ đại hiện cho những phần tử là thành viên của tập hợp A và phần bên ngoài đường cong sẽ đại hiện cho những phần tử không phải là thành viên của tập hợp A



Tập hợp rỗng ( null set ) và tập hợp toàn bộ ( whole set ) :
Tập hợp rỗng ( null set ) là tập hợp rõ không chứa bất kỳ một phần tử nào cả và được ký hiệu là  . Khi đó ta có :
x   , x  U
Tập hợp toàn bộ ( whole set) là tập hợp rõ chứa tất cả các phần tử trong không gian U và được ký hiệu là X . Khi đó ta có :
x  X , x  U



Tập hợp con của tập hợp :
Cho hai tập hợp rõ A và B xác định trong không gian U thì A sẽ được gọi là tập hợp con của tập hợp B ( ký hiệu là A  B ) nếu mọi phần tử là thành viên của tập hợp A đều là thành viên của tập hợp B .
Cho hai tập hợp rõ A và B xác định trong không gian U thì A sẽ được đánh giá là bằng tập hợp B ( ký hiệu là A = B ) nếu mọi phần tử là thành viên của tập hợp A đều là thành viên của tập hợp B và ngược lại mọi phần tử là thành viên của tập hợp B cũng là thành viên của tập hợp A , hay nói cách khác A là tập hợp con của tập hợp B và ngược lại B cũng là tập hợp con của tập hợp A .




Các phép toán trên tập hợp rõ :

-Phép toán hợp của tập hợp rõ ( Union ) : cho hai tập hợp rõ A và B xác định trong không gian U . Hợp của hai tập hợp A và B là một tập hợp rõ xác định trong không gian U và được ký hiệu là AB . Trong đó AB được xác định bởi công thức sau :
AB =  x  xA hay xB 
Nghĩa là các thành viên của tập hợp AB sẽ là thành viên viên của tập hợp A hay sẽ là thành viên của tập hợp B .




-Phép toán giao của tập hợp rõ ( Intersection ) : cho hai tập hợp rõ A và B xác định trong không gian U . Giao của hai tập hợp A và B là một tập hợp rõ xác định trong không gian U và được ký hiệu là AB . Trong đó AB được xác định bởi công thức sau :
AB =  x  xA và xB 
Nghĩa là các thành viên của tập hợp AB phải là thành viên viên của cả hai tập hợp A và B .




-Phép toán phủ định của tập hợp rõ ( Complement ) : cho tập hợp rõ A xác định trong không gian U . Phủ định của hai tập hợp A là một tập hợp rõ xác định trong không gian U và được ký hiệu là , được gọi là bù của tập hợp A . Trong đó được xác định bởi công thức sau :
=  x  xA 
Nghĩa là các thành viên của tập hợp sẽ không phải là thành viên của tập hợp A .



-Phép toán hiệu của tập hợp rõ ( Difference ) : cho hai tập hợp rõ A và B xác định trong không gian U . Hiệu của hai tập hợp A và B là một tập hợp rõ xác định trong không gian U và được ký hiệu là AB . Trong đó AB được xác định bởi công thức sau :
AB =  x  xA và xB 
Nghĩa là các thành viên của tập hợp AB sẽ là thành viên viên của tập hợp A và không phải là thành viên của tập hợp B .

4.1 CÁC BƯỚC TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ :

Để xây dựng một bộ điều khiển mờ cơ bản , chúng ta thực hiện các bước sau:
 Xác định các biến đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển
 Định nghĩa các tập mờ cho các biến đầu vào và đầu ra :
-Phân chia không gian xác định các biến đầu vào và dầu ra thành những đoạn giá trị khác nhau ( fuzzy partition ) .
-Dùng các biến ngôn ngữ thay mặt cho cho các đoạn giá trị và định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến ngôn ngữ đó . Thông thường các tập mờ được chọn có hàm liên thuộc dạng tam giác hay hình thang và các tập mờ có hàm liên thuộc phủ lên nhau .
 Xây dựng các qui luật điều khiển
 Lựa chọn luật hợp thành : thông thường người ta sử dụng một trong hai luật hợp thành max-min hay max-product .
 Lựa chọn phương pháp giải mờ : có thể lựa chọn một trong các phương pháp sao cho có thể đáp ứng yêu cầu về chất lượng của hệ thống .
 Tối ưu hệ thống

4.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :

Mô tả tổng quát về hoạt động của cánh tay robot
Cánh tay robot có không gian làm việc là một niền nằm trong mặt phẳng YZ của hệ rục tọa độ Đề-các . Do kết cấu cơ khí , không gian làm việc của cánh tay robot sẽ bị giới hạn . Cánh tay robot chỉ có thể di chuyển đến một vị trí bên trong không gian làm việc của nó và không thể di chuyển đến một điểm bên ngoài không gian làm việc .
Trong mỗi chu kỳ hoạt động , cánh tay robot sẽ được ra lệnh di chuyển đến một vị trí bên trong không ian làm việc của nó gọi là vị trí hoạch định . Để thực hiện công việc này , bộ điều khiển của cánh tay robot sẽ so sánh vị trí hiện tại của cánh tay robot với vị trí hoạch định để xác định sai lệch của hai vị trí . Tùy theo mức độ sai lệch lớn hay nhỏ , bộ điều khiển sẽ quyết định khoảng dịch chuyển của cnh1 tay robot để cánh tay robot tiến dần đến vị trí hoạch định .
Có nhiều cách thể hiện sai lệch giữa giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot . Một trong những phương pháp đơn giản nhất là xác định trực tiếp độ sai lệch theo trục tọa độ Y và độ sai theo trục tọa độ Z .
Giả sử , vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của robot được biểu diễn ở hình vẽ sau :



Sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch heo trục tọa độ Z là
y = y1 - y
z = z1 - z
Ngoài ra , chúng ta còn có thể xác dịnh sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch theo trục tọa độ Z theo phương pháp gián tiếp như sau :


-Xác định sai lệch theo trục tọa độ Y:
Do sai lệch theo trục tọa độ Y và sai lệch theo trụ tọa độ Z độc lập với nhau nên khi xác định sai lệch heo trục Y ta không cần quan tâm đến sai lệch theo trục Z . Để đơn giản , ta giả sử sai lệch theo trục tọa độ Z là không có (Z=0) .
Tại vị trí có y = 0 (y1 = y) ,chúng ta có :
1 = 1d = 90
2 = 2d = 90
E1 = 1d - 1 = 0
E2 = 2d - 2 = 0
Trong đó 1d và 2d là giá trị của 1 và 2 tính tại vị trí có y = 0


Tại vị trí có y > 0 (y1 > y) ,ta có :
1 > 90
2 < 90
E1 = 1d - 1 < 0
E2 = 2d - 2 > 0

Tại vị trí có y < 0 (y1 < y) ,ta có :
1 < 90
2 > 90
E1 = 1d - 1 > 0
E2 = 2d - 2 < 0

Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp E1 = -E2 . Nếu chiều dài đoạn thẳng OB không thay đổi thì giá trị của E1 và E2 chỉ phụ huộc vào y . Do đó ta có thể xác định y thông qua cặp giá trị E1 và E2 .

-Xác định sai lệch theo trục tọa độ Z: cũng giống như khi xác định sai lệch heo trục tọa độ Y , khi xác định sai lệch theo trục tọa độ Z ta cũng không quan tâm đến y và để đơn giản ta giả sử y = 0 .
Tại vị trí có z = 0 (z1 = z) ,chúng ta có :
1 = 1d = 45
2 = 2d = 45
E1 = 1d - 1 = 0
E2 = 2d - 2 = 0
Trong đó 1d và 2d là giá trị của 1 và 2 tính tại vị trí có z = 0




Tại vị trí có z > 0 (z1 > z) ,chúng ta có :
1 < 45
2 < 45
E1 = 1d - 1 > 0
E2 = 2d - 2 > 0





Tại vị trí có z < 0 (z1 < z) ,chúng ta có :
1 > 45
2 > 45
E1 = 1d - 1 < 0
E2 = 2d - 2 < 0




Ta thấy rằng trong cả ba trường hợp E1 = E2 . Nếu chiều dài đoạn thẳng OA không thay đổi thì giá trị của E1 và E2 chỉ phụ huộc vào z . Do đó ta có thể xác định z thông qua cặp giá trị E1 và E2 .

4.2.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY ROBOT :

-Đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển mờ :
Bộ điều khiển mờ cho cánh tay robot sẽ nhận vào giá trị sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot . Tùy theo sai lệch giữa hai vị trí này , bộ điều khiển sẽ co cánh tay robot di chuyển một khoảng cách phù hợp để cánh tay robot tiến dần đến vị trí hoạch định . Do đó , đầu vào của bộ điều khiển sẽ là sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot , đầu ra của bộ điều khiển sẽ là khoảng cách mà cánh tay robot cần di chuyển .
Sai lệch giữa vị trí hoạch định và vị trí hiện tại của cánh tay robot được xác định gián tiếp thông qua góc sai lệch E1 và E2 . Như vậy đầu vào của bộ điều khiển sẽ là E1 và E2 .
Đầu ra của bộ điều khiển là độ dịch chuyển theo trục tọa độ Y và độ dịch chuyển theo trục tọa độ Z được ký hiệu là EY và EZ .
-Định nghĩa các tập mờ cho đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển :
Các biến đầu vào E1 , E2 và các biến đầu ra EY , EZ sẽ có 7 tập mờ của các biến ngôn ngữ sau
+NB : Negative Big , Aâm nhiều
+NM : Negative Medium , Aâm vừa
+NS : Negative Small , Aâm ít
+ZE : Zero
+PS : Positive Small , Dương ít
+Phần mềm : Positive Mediun , Dương vừa
+PB : Positive Big , Dương nhiều
Hàm liên thuộc của các tập mờ sẽ được định nghĩa như hình vẽ sau

-Bộ luật điều khiển : áp dụng suy diễn mang tính tự nhiên của con người , chiến lược hiệu chỉnh cánh tay robot được chọn như sau :
+ Nếu không có sai lệch Thì cánh tay robot không di chuyển
+ Nếu sai lệch ít Thì cánh tay robot không di chuyển
+ Nếu sai lệch vừa Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách vừa
+ Nếu sai lệch lớn Thì cánh tay robot di chuyển khoảng cách lớn

Do y và E1 , E2 , EY có mối quan hệ như sau :

y E1 E2 EY
< 0 > 0 < 0 >0
= 0 = 0 = 0 = 0
> 0 < 0 > 0 < 0

Kết hợp quan hệ trên với chiến lược hiệu chỉnh , ta xác định khoảng dịch chuyển của cánh tay robot theo trục tọa độ Y



Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:

You must be registered for see links