Giới thiệu ” Luận Án Tiến Sĩ – Nghiên Cứu Xây Dựng Thuật Toán Thích Nghi Và Học Tăng Cường Cấu Trúc Actor-Critic Điều Khiển Bám Quỹ Đạo Cho Robot Di Động Đa Hướng Mecanum “
Tên luận án: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor-Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum
Ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
Họ và tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Minh Đông
Chức danh, học vị, họ và tên người hướng dẫn:
1. TS. Ngô Mạnh Tiến
2. PGS.TS. Đào Phương Nam
Cơ sở đào tạo: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Nội dung: Những đóng góp chính của luận án bao gồm:
1- Đề xuất thuật toán điều khiển mặt trượt động chỉnh định thích nghi mờ nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
2- Đề xuất thuật toán học tăng cường cấu trúc Actor- Critic áp dụng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 yêu cầu các nhà máy tự động hóa hoàn toàn, trong đó robot di động là một thành phần không thể thiếu. Các robot di động giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng hiệu suất và đảm bảo sự chính xác. Trong các loại robot di động phổ biến hiện nay thì robot di động đa hướng có ưu điểm chuyển động linh hoạt theo mọi hướng mà không cần phụ thuộc vào góc quay của robot,có thể làm việc trong không gian hạn chế.
Thông thường, các loại robot di động đa hướng thường sử dụng bánh xeomni hoặc bánh xe mecanum. Trong đó, robot di động đa hướng sử dụng bánh xe mecanum có khả năng chịu tải trọng lớn, có khả năng hoạt động linh hoạt trong các môi trường phức tạp, hẹp và đông đúc, như trong các nhà kho, bệnh viện, khu vực sản xuất công nghiệp hoặc môi trường đô thị. Tuy nhiên,trong thực tế những môi trường này thường có nhiều yếu tố thay đổi liên tục (chướng ngại vật, mặt sàn di chuyển không bằng phẳng, v.v.), đặc biệt là khi tải trọng thay đổi hoặc trong các tình huống gây mất ổn định (ví dụ, khi robot mang theo các vật liệu không đồng đều), khi đó vị trí trọng tâm của robot thay đổi có thể ảnh hưởng lớn đến chuyển động và khả năng bám quỹ đạo.
Do đó, việc nghiên cứu các thuật toán điều khiển thích nghi giúp robot hoạt động chính xác và ổn định hơn trong môi trường làm việc thực tế.
Bài toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng bánh xe mecanum là quan trọng và cấp thiết. Yêu cầu các hệ thống có khả năng điều khiển robot duy trì quỹ đạo mà không bị lệch hoặc mất ổn định, đặc biệt khi mô hình robot là phi tuyến có các thành phần bất định chịu ảnh hưởng của môi trường làm việc hoặc khi di chuyển trên địa hình không bằng phẳng.
Việc phát triển các thuật toán điều khiển bám quỹ đạo giúp giảm thiểu sai số và ổn định trong quá trình vận hành. Các hướng nghiên cứu chính có thể kể đến như sử dụng thuật toán điều khiển PID thông thường, điều khiển PID mờ hay một số nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển mặt trượt. Gần đây các thuật toán điều khiển tiên tiến như MPC (Model Predictive Control), LQR (Linear
Quadratic Regulator), và các phương pháp học máy (machine learning) được áp dụng và chứng minh tính hiệu quả.
Trong quá trình nghiên cứu, thách thức lớn cần giải quyết là phải phát triển các thuật toán điều khiển có thể thích nghi với các yếu tố môi trường không ổn định, như trọng tâm bất định của robot khi vận chuyển các vật nặng hoặc khi di chuyển trên địa hình không bằng phẳng. Các thuật toán điều khiển học máy, học tăng cường, học sâu dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo cũng được nghiên cứu áp dụng vào điều khiển bám quỹ đạo cho robot, đạt được chất lượng điều khiển tốt hơn.
Với những xu hướng như trên, NCS đã lựa chọn đề tài: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor-Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum. Nội dung nghiên cứu của luận án sẽ tập trung vào xây dựng các thuật toán điều khiển thích nghi và học tăng cường nhằm năng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng bốn bánh xe mecanum có vị trí trọng tâm thay đổi. Luận án áp dụng các thuật toán điều khiển truyền thống, đến các thuật toán điều học máy, học tăng cường để so sánh kiểm chứng với chất lượng thuật toán điều khiển được đề xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu thuật toán điều khiển thích nghi và học tăng cường nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum, trong điều kiện chịu ảnh hưởng của trọng tâm thay đổi và có nhiễu ngoại tác động. Luận án đã đặt ra các nhiệm vụ nghiên cứu chính sau:
– Nghiên cứu thuật toán điều khiển thích nghi nhằm nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
– Nghiên cứu thuật toán học tăng cường cấu trúc Actor- Critic áp dụng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
3. Nội dung nghiên cứu
– Tổng quan về robot di động đa hướng, các nghiên cứu trong và ngoài nước, đưa ra hướng nghiên cứu của luận án.
– Mô hình hóa toán học cho robot di động bốn bánh xe mecanum có trọng tâm thay đổi.
– Áp dụng các thuật toán để điều khiển bám quỹ đạo cho robot mecanum như: PID, SMC, Backstepping-SMC, DSC.
– Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển thích nghi dựa trên hệ logic mờ nhằm nâng cao chất lượng bám quỹ đạo của robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi và nhiễu ngoại tác động.
– Nghiên cứu đề xuất thuật toán học tăng cường cấu trúc actor- critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum chịu ảnh hưởng của nhiễu ngoại lực và các tham số bất định của mô hình robot.
Mô phỏng và thực nghiệm thuật toán trên mô hình robot thực từ đó đánh giá chất lượng và khả năng thực tiễn của thuật toán được đề xuất.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay, bài toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có tính cấp thiết. Không chỉ phục vụ cho các ngành công nghiệp và sản xuất, nghiên cứu này còn góp phần phát triển công nghệ tự động hóa, tăng cường khả năng ứng dụng robot trong cứu hộ, an ninh, và các lĩnh vực giao thông tự động.
Luận án đề xuất phương pháp điều khiển thích nghi, học tăng cường dựa trên luật logic mờ và sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo là một hướng đi mới cho bài toán điều khiển bám quỹ đạo robot di động đa hướng bốn bánh xe mecanum để thích nghi với ảnh hưởng của thay đổi tâm khối lượng và các nhiễu bất định của mô hình, nhiễu ngoài.
Các kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học để áp dụng vào thực tiễn, cùng với việc xây dựng mô hình robot thử nghiệm để kiểm chứng thuật toán, từ đó mở ra khả năng áp dụng vào thực tiễn.
5. Đóng góp mới của luận án
Các đóng góp mới của luận án:
– Đề xuất thuật toán điều khiển mặt trượt động chỉnh định thích nghi mờ nâng cao chất lượng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
– Đề xuất thuật toán học tăng cường cấu trúc Actor- Critic áp dụng điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum có trọng tâm thay đổi.
