tuyển tập công trình khoa học hội nghị cơ điện tử toàn quốc...

24
Hội Cơ điện tử Việt Nam Trường Đại học Cần Thơ (Đơn vị đăng cai tổ chức) Ủy ban Nhân dân Thành phố Cần Thơ Hội Tự động hóa Cần Thơ Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh Tuyn tp Công trình khoa hc Hi nghCơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 (VCM-2016) Cần Thơ, ngày 25 - 26/11/2016 Nhà xut bn Khoa hc Tnhiên và Công ngh

Upload: others

Post on 25-Nov-2020

26 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Hội Cơ điện tử Việt Nam Trường Đại học Cần Thơ (Đơn vị đăng cai tổ chức)

Ủy ban Nhân dân Thành phố Cần ThơHội Tự động hóa Cần Thơ

Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh

Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 (VCM-2016) Cần Thơ, ngày 25 - 26/11/2016

Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ

Page 2: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Hội Cơ điện tử Việt Nam Trường Đại học Cần Thơ (Đơn vị đăng cai tổ chức)

Ủy ban Nhân dân Thành phố Cần ThơHội Tự động hóa Cần Thơ

Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh

Tuyển tập Công trình khoa họcHội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 (VCM-2016) Cần Thơ, ngày 25 - 26/11/2016

Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ

Page 3: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Tuyển tập Công trình khoa họcHội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 (VCM-2016)

ISBN: 978-604-913-503-3

Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Địa chỉ: Nhà A16, Số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà NộiĐiện thoại:(04) 22149040 Fax: (04) 37910147 Email: [email protected]

Page 4: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 8 (VCM-2016)

Cần Thơ, ngày 25 - 26/11/2016

BAN BIÊN TẬP

PGS. TS. Lê Hoài Quốc

GS. TSKH. Nguyễn Đức Cương

PGS. TS. Trần Quang Vinh

PGS. TS. Nguyễn Chí Ngôn

TS. Nguyễn Minh Thạnh

TS. Trần Thanh Hùng

TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

ThS. Trần Nhựt Thanh

Page 5: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

LỜI NÓI ĐẦU

Nhằm hỗ trợ cho sự phát triển bền vững của đất nước và lĩnh vực khoa học -công nghệ Cơ điện tử, từ năm 2002, Hội Cơ điện tử Việt Nam định kỳ hai năm mộtlần tổ chức Hội nghị khoa học toàn quốc về Cơ điện tử.

Tiếp theo sự thành công của các Hội nghị VCM-2002, VCM-2004, VCM- 2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội Cơ điện tử Việt Nam, Ủy ban Nhân Dân Thành phố Cần Thơ, Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh, Hội Tự động hóa Cần Thơ, và Trường Đại học Cần Thơ phối hợp tổ chức Hội nghị VCM-2016.

Hội nghị là dịp để các nhà khoa học trình bày các kết quả nghiên cứu mới của mình, trao đổi những ý tưởng khoa học, tìm hiểu những vấn đề để có thể ứng dụng vào thực tiễn đất nước.

Ban biên tập cảm ơn sự tham gia nhiệt tình, có trách nhiệm của các tác giả, các thành viên Ban biên tập, Ban Chương trình, Ban tổ chức, Ban thư ký và nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ đã giúp đỡ trong việc ấn hành tuyển tập.

Mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc về các sai sót của tuyển tập.

Ban Biên tập

Hội nghị đã nhận được 176 bài và qua hai vòng phản biện Ban chương trình đã chọn ra được 131 bài được trình bày và in trong Tuyển tập của Hội nghị. Tuyển tập của Hội nghị đã được cấp mã số ISBN là 978-604-913-503-3.

Page 6: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Đơn vị tài trợ chính

Trường Đại học Cần Thơ Ủy ban Nhân dân Thành phố Cần Thơ

Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh

Đơn vị đăng cai tổ chức Hội nghị

Trường Đại học Cần Thơ

Đơn vị đồng tổ chức Hội nghị

Hội Cơ điện tử Việt Nam Ủy ban Nhân dân Thành phố Cần Thơ

Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh Hội Tự động hóa Cần Thơ

Ban Chỉ đạo

Đỗ Hữu Hào, Trần Việt Trường

Chủ tịch Hội nghị

Nguyễn Khoa Sơn

Đồng Chủ tịch Hội nghị

Hà Thanh Toàn

Ban Chương trình

Trưởng ban: Lê Hoài Quốc

Phó trưởng ban: Nguyễn Đức Cương, Trần Quang Vinh

Thành viên

Bùi Quốc Khánh, Bùi Thế Dũng, Chử Đức Trình, Đặng Văn Nghìn, Đào Văn Hiệp, Đinh Văn Phong, Đoàn Quang Vinh, Dương Hoài Nghĩa, Hồ Phạm Huy Ánh, Lã Hải Dũng, Lê Bá Dũng, Ngô Kiều Nhi, Nguyễn Chí Ngôn, Nguyễn Chỉ Sáng, Nguyễn Công Định, Nguyễn Đức Cương, Nguyễn Hữu Trung, Nguyễn Minh Thạnh, Nguyễn Ngọc Lâm, Nguyễn Ngọc Phương, Nguyễn Phùng Quang, Nguyễn Tấn Tiến, Nguyễn Tăng Cường, Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Thế Truyện, Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Văn Nhờ, Nguyễn Vũ Quỳnh, Phạm Mạnh Thắng, Phạm Minh Tuấn, Phạm Ngọc Tiệp , Phạm Thị Ngọc Yến , Phan Xuân Minh, Ryutaro Maeda, Sungchul Kang, Susumu Sugiyama, Tạ Cao Minh, Thái Doãn Tường, Thái Quang Vinh, Thân Ngọc Hoàn, Trần Đức Tân, Trần Đức Thuận, Trần Hoài Linh, Trần Quang Vinh, Trần Thanh Hùng, Võ Minh Trí, Vũ Hoả Tiễn, Vũ Quốc Trụ.

Owner
Sticky Note
Unmarked set by Owner
Page 7: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Tham gia phản biện

Ngô Quang Hiếu, Nguyễn Chánh Nghiệm, Nguyễn Hữu Cường, Nguyễn Trọng Tài, Trần Nhựt Thanh, Trương Quốc Bảo.

Ban Tổ chức

Trưởng ban: Nguyễn Chí Ngôn

Phó Trưởng ban: Dương Nghĩa Hiệp, Võ Minh Trí, Đặng Văn Nghìn

Đặng Huỳnh Giao, Lê Hải Toàn, Lê Phan Hưng, Lưu Trọng Hiếu, Ngô Quang Hiếu, Nguyễn Huỳnh Anh Duy, Nguyễn Khắc Nguyên, Nguyễn Minh Luân, Nguyễn Nhựt Duy, Nguyễn Thanh Nhã, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Nguyễn Thị Vân, Nguyễn Văn Khanh, Nguyễn Văn Ngọc, Phạm Minh Quốc, Phan Hồng Toàn, Phương Thanh Vũ, Trần Lê Trung Chánh, Trương Quốc Bảo, Trương Thoại Khánh, Võ Quốc Hùng.

Ban Thư ký

Trưởng ban: Trần Thanh Hùng

Nguyễn Chánh Nghiệm, Nguyễn Hữu Cường, Phan Văn Nhiều, Trần Nhựt Thanh.

Page 8: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

MỤC LỤC

Susumu Sugiyama Development of Environmental Friendly Polymer MEMS Fabrication Technology ............... 1

Sungchul KANG MODMAN: Modular Manipulation System ............................................................................. 4

Ryutaro MAEDA IoT for Life and Green .............................................................................................................. 5

Đinh Văn Nam, Phan Văn Dư, Hồ Sỹ Phương và Nguyễn Văn Cường Nghiên Cứu và Thử Nghiệm Thiết Kế Hệ Robot Tự Động Bám Khuôn Mặt Sử Dụng Thuật Toán PCA và Viola-Jones ......................................................................................................... 6

Nguyen Phu Thuong Luu The Effect of Suspension Stiffness for Vehicle Anti-Rollover Control .................................. 14

Nguyễn Quốc Ân và Nguyễn Đình Dũng Tính Toán Quỹ Đạo Tiếp Cận Hạ Cánh Tối Ưu cho Máy Bay Không Người Lái Cỡ Nhỏ ... 19

Phạm Nhật Tân, Chu Bá Long, Trương Nguyên Vũ và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Thiết Kế Cơ Cấu Dẫn Động Đàn Hồi Nối Tiếp Ứng Dụng cho Khớp Cổ Chân Humanoid UXA-90 ................................................................................................................. 28

Nguyễn Văn Tiến Anh, Trần Thiên Phúc và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Điều Khiển Bước Đi Trên Robot UXA-90 Light ............................................... 35

Nguyễn Nhật Đăng Khoa, Chu Bá Long, Nguyễn Thanh Phương và Nguyễn Tấn Tiến Thiết Kế Bộ Điều Khiển Tối Ưu cho Robot Dáng Người UXA 90-Light .............................. 43

Nguyễn Đình Châu Minh và Lê Xuân Huy Nghiên Cứu Thiết Kế Sơ Bộ MicroDragon, Vệ Tinh Lớp Micro Đầu Tiên Do Người Việt Phát Triển ........................................................................................................................................ 50

Cong Bang Pham and Manh Truong Tran Study and Develop a Low Cost 2-D Laser Engraver Based on 5-Bar Linkage ...................... 59

Cao Văn Trung, Ngô Thanh Bình, Đỗ Bình Nguyên, Huỳnh Minh Cảnh và Phan Như Quân Thiết Kế và Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển và Giám Sát Từ Xa Các Trạm Biến Áp Công Cộng Tại Điện Lực Đồng Nai ................................................................................................. 65

Lê Anh Kiệt, Nguyễn Hồng Phúc, Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Ngọc Lâm và Lê Anh Tài Phân Tích Động Lực Học và Tối Ưu Hóa Cấu Hình Lai cho Robot Bốc Xếp AKB .............. 71

Phạm Bá Khiển, Phạm Hùng Kim Khánh và Nguyễn Hùng Thiết Kế và Chế Tạo Máy In 3D Kết Hợp với Khắc Laser và Phay CNC .............................. 78

Page 9: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Trần Đức Độ Mô Hình Hóa và Bù Trễ đối với Cơ Cấu Chấp Hành Áp Điện Dựa Trên Mô Hình Prandtl - Ishlinskii .................................................................................................................................. 84

Phan Như Quân, Ngô Thanh Bình, Cao Văn Trung, Ngô Kim Long, Đỗ Bình Nguyên, Trương Thanh Hải và Huỳnh Minh Cảnh Tối Ưu Cân Bằng Tải cho Mạng LTE dựa vào Điều Chỉnh Góc Nghiêng Anten .................. 90

Đinh Văn Nam, Phan Văn Dư, Hồ Sỹ Phương và Đặng Thái Sơn Nghiên Cứu và Thử Nghiệm Thiết Kế Hệ Thống Tự Động Hóa Quá Trình Đọc Ghi Dữ Liệu của Các Máy Hiển Thị Số Trên Cơ Sở Mạng Noron Nhân Tạo ............................................ 97

Lê Xuân Hải, Quách Thái Quyền, Lê Văn Hùng, Nguyễn Văn Thái, Trần Hải Đăng, Phan Xuân Minh, Phạm Đức Tuấn và Bùi Thế Hào Nâng Cao Chất Lượng Điều Khiển Cần Cẩu Treo bằng Điều Khiển Trượt Bậc Hai Thích Nghi Mờ ......................................................................................................................................... 103

Đỗ Việt Dũng, Đặng Xuân Kiên và Lê Ân Tình Điều Khiển Cân Bằng Mô Hình Giàn Khoan Tự Nâng dựa trên Giải Thuật Fuzzy-PID ..... 110

Hoàng Thị Tú Uyên, Phạm Đức Tuấn, Lê Xuân Hải, Lê Việt Anh, Nguyễn Công Hiểu và Phan Xuân Minh Thiết Kế Bộ Điều Khiển Bám Quỹ Đạo Sử Dụng Mạng Nơ-Ron với Hệ Số Thích Nghi cho Tàu Thủy ............................................................................................................................... 116

Nguyễn Thế Truyện và Nguyễn Văn Cường Hệ Thống Tự Động Hoá cho Các Nhà Trồng Cây ................................................................ 123

Nguyễn Văn Chung, Đỗ Như Ý và Phạm Quang Hiếu Khảo Sát Nguyên Lý Điều Khiển Kết Hợp của Tên Lửa Không Đối Không ....................... 131

Trần Đức Thuận, Phạm Quang Hiếu, Nguyễn Văn Lâm và Nguyễn Văn Chung Tổng Hợp Bộ Điều Khiển Tối Ưu - Thích Nghi cho Thiết Bị Bay Có Tốc Độ Thay Đổi .... 135

Lê Tiên Phong, Ngô Đức Minh và Nguyễn Văn Liễn Một Phương Pháp Điều Khiển Mới Nâng Cao Khả Năng Khai Thác Nguồn Pin Mặt Trời . 140

Võ Thanh Hà và Nguyễn Phùng Quang Vai Trò của Bộ Điều Khiển Dòng Dead-Beat trong Cách Nhìn Mới Cấu Trúc Hệ Truyền Động Xoay Chiều Ba Pha ..................................................................................................... 148

Đinh Hồng Toàn, Trương Đăng Khoa và Nguyễn Trần Hiệp Thiết Kế Luật Dẫn và Điều Khiển Tên Lửa Kết Hợp trên Cơ Sở Hệ Mờ Thích Nghi ......... 156

Nguyen Huu-Dang Khoa, Pham Thi-Thu Hien and Le Thanh Hai A Real-Time Embedded Vein Detection System Utilizing Near Infrared Technology ........ 164

Hoang Nam Nguyen, Dang Thanh Bui and Nguyen Huy Phuong Applying IoT (Internet of Things) for Monitoring House Energy and Ambient Environment Parameters ............................................................................................................................. 170

Page 10: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Nguyễn Vinh Quan, Nguyễn Văn Nhờ và Dương Hoài Nghĩa Điều Khiển Định Hướng Từ Thông Stator cho Động Cơ Ba Pha Không Đồng Bộ trong Điều Kiện Bão Hòa Từ................................................................................................................... 176

Nguyễn Vinh Quan, Nguyễn Văn Nhờ và Dương Hoài Nghĩa Điều Khiển Gián Tiếp Định Hướng Từ Thông Stator cho Động Cơ Ba Pha Không Đồng Bộ trong Điều Kiện Bão Hòa Từ ................................................................................................ 184

Cao Văn Kiên và Hồ Phạm Huy Ánh Pendubot Balancing System Using Hybrid Fuzzy PID Control Optimized by Differential Evolution Algorithm .............................................................................................................. 191

Nguyễn Tấn Sỹ, Huỳnh Thái Hoàng Ứng Dụng Điều Khiển Từ Xa Các Thiết Bị trong Nhà Kết Hợp Mạng CAN và Web Server Nhúng trên Vi Điều Khiển .................................................................................................... 199

Nguyễn Hoàng Duy và Đỗ Bình Nguyên Thiết Kế Bộ Điều Khiển Thiết Bị Từ Xa qua Mạng Di Động Sử Dụng Tín Hiệu DTMF ... 206

Le Minh Phuong, Pham Thi Xuan Hoa and Nguyen Minh Huy Control of Power in an Island Microgrid using Adaptive Droop Control ............................. 211

Le Minh Phuong, Pham Thi Xuan Hoa and Nguyen Minh Huy Control of Power Sharing in an Island Microgrid Using Virtual Impedance ....................... 221

Lê Minh Phương, Phạm Thị Xuân Hoa và Nguyễn Minh Huy Control of Power in Island Microgrids Based on Online Line Impedance Estimate ............ 231

Trần Văn Thân và Lương Hồng Sâm Lựa Chọn Tham Số Khâu Ước Lượng Trạng Thái cho Hệ Truyền Động Ghép Nối Điện – Cơ Có Tính Đến Yếu Tố Đàn Hồi trên Trục ............................................................................... 241

Van Khanh Nguyen, Gia Bao Tran, Phu Chau Huynh, To Cuong Nguyen and Van Sat Nguyen Hệ Thống Đo Lường, Giám Sát và Phân Tích Môi Trường Ao Nuôi Tôm Công Nghiệp .... 249

Thân Trọng Khánh Đạt, Trần Hữu Phước và Trần Thiên Phúc Mô Hình và Thực Nghiệm Các Kiểu Dáng Di Chuyển cho Robot 4 Chân .......................... 255

Phùng Trí Công, Nguyễn Duy Anh và Võ Cường Nghiên Cứu Xác Định Không Gian Làm Việc Tối Ưu cho Quá Trình Sơn Tự Động của Mô Hình Robot 5 Bậc Tự Do ...................................................................................................... 263

Pham Van Anh, Nguyen Tan Tien and Vo Tuong Quan The Flexible Pectoral Fin for Fish Robot: A Modeling Approach and Propulsive Efficiency Comparision Between Several Fin Types ............................................................................. 269

Quoc Le Hoai, Thanh Nguyen Minh, Glazunov Victor A., Kheylo Sergey V., Razumeev Konstantin E. and Garin Oleg A. Oscillations and Control of Spherical Parallel Manipulator ................................................. 278

Page 11: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Tran Thien Huan, Ho Pham Huy Anh Implementation of Novel Stable Walking Method for Small-Sized Biped Robot ................ 283

Phạm Hữu Đức, Hoàng Văn An, Bùi Đức Vinh, Trần Quang Phước và Đoàn Thế Thảo Thiết Kế Bộ Cảm Biến Râu cho Robot Tự Hành .................................................................. 293

Nguyễn Trí Dũng, Chu Bá Long, Lê Hoài Quốc và Nguyễn Tấn Tiến Hoạch Định Dáng Đi cho Robot Dạng Người Ứng Dụng cho Mô Hình UXA90-Light ...... 299

Tan Tien Nguyen, Quang Dung Le, Nhat Dang Khoa Nguyen and Van Dong Nguyen Study on Design of Unit Thrust Applied for Small Flight Object ........................................ 307

Tan Tien Nguyen, Thien Chi Tran and Thanh Tam Huynh Design of A Humanoid Arm to Perform the Task of Shaking Hand .................................... 313

Phạm Uyên Phương, Võ Văn Tân Nhật, Nguyễn Xuân Tiên và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Tạo Chuyển Động cho Robot Đồng Diễn Sử Dụng Kinect .............................. 322

Võ Thanh Hà, An Thị Hoài Thu Anh, Vũ Hoàng Phương và Nguyễn Tùng Lâm Nghiên Cứu Hệ Thống Giả Lập Turbine Gió Sử Dụng Máy Phát PMSG ............................ 329

Lê Thị Thùy Trâm và Đào Minh Đức Nghiên Cứu Đáp Ứng của Cơ Cấu Tập Phục Hồi Khớp Khuỷu Tay và Cổ Tay Khi Sử Dụng Xylanh Khí Nén ..................................................................................................................... 337

Tin Huu Le Quang Nguyen and Viet-Hong Tran Mechanical Design of a Finger Exoskeleton for Haptic Applications .................................. 342

Trần Văn Thân và Lương Hồng Sâm Thiết Kế Cấu Trúc Điều Khiển Bù Sự Ảnh Hưởng Mômen Tải Tác Động lên Hệ Truyền Động Ghép Nối Điện – Cơ Có Tính Đến Yếu Tố Đàn Hồi trên Trục. ................................. 350

Ngo Phong Nguyen and Quang Hieu Ngo Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control of Container Cranes ................................................ 357

Le Phuong Truong, Nguyen Van Tan and Phan Van Duc Developing Photovoltaic Evaluation System Using MATLAB/Simulink and Arduino Platform ............................................................................................................................................... 364

Nguyễn Hoàng Huy và Nguyễn Vũ Quỳnh Nghiên Cứu Thiết Kế Bộ Điều Khiển Mờ Thích Nghi với Tải Thay Đổi cho Động Cơ PMSM Không Dùng Cảm Biến ......................................................................................................... 371

Le Hoai Quoc, Nguyen Minh Thanh và Phan Van Duc Variable Structure Control State Feedback for Two DOF Active Magnetic Bearing System .... ............................................................................................................................................... 377

Phó Hoàng Linh, Lâm Thiện Tín và Võ Minh Trí Khảo Sát Tính Phi Tuyến và Nhận Dạng Hệ Ổn Định Lưu Lượng Chất Lỏng Công Nghiệp .... ............................................................................................................................................... 382

Page 12: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Trần Xuân Tùy, Phạm Đăng Phước và Đào Minh Đức Nghiên Cứu Đáp Ứng của Cơ Cấu Tập Phục Hồi Chức Năng Chi Dưới ............................. 389

Cao Van Kien and Ho Pham Huy Anh Identification Coupled Tanks System with Multilayer Fuzzy Logic and Differential Evolution Algorithm .............................................................................................................................. 396

Phạm Quốc Khánh, Cao Văn Kiên và Hồ Phạm Huy Ánh Ước Lượng Thông Số Động Cơ PMSM dựa trên Thuật Toán Tiến Hóa Vi Sai ................... 404

Nguyễn Vũ Quỳnh, Võ Thanh Công và Nguyễn Việt Hưng Sử Dụng Công Cụ SimMechanics trong Giảng Dạy Chuyên Ngành Điều Khiển Tự Động ....... ............................................................................................................................................... 410

Nguyễn Tấn Tiến, Trần Thanh Tùng và Kim Sang Bong Giảng Dạy Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện Tử qua Đồ Án ....................................................... 416

Cong Bang Pham and Nguyen Dang Minh Study, Design and Control Belt-Driven 2-D CNC System ................................................... 423

Đinh Công Sang, Lâm Thành Hiển, Trần Phú Cường, Nguyễn Thanh Sơn Mô Hình Truyền Dữ Liệu Dùng Ánh Sáng LED Kết Hợp Giữa PLC (Power Line Communication) và VLC (Visible Light Communications) ................................................. 429

Nguyễn Trần Hiệp và Nguyễn Xuân Hùng Một Phương Pháp Xác Định Hướng Tàu Mục Tiêu cho Ngư Lôi Tự Dẫn dựa trên Mạng Hydrophone Tuyến Tính ....................................................................................................... 434

Nguyễn Văn Vị Quốc và Dương Hoài Nghĩa Điều Khiển Tàu Định Vị Động Học ...................................................................................... 440

Nguyễn Ngọc Minh, Nguyễn Quang Long, Hà Sinh Nhật, Chu Mạnh Hoàng và Vũ Ngọc Hùng Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Con Quay Vi Cơ Kiểu Âm Thoa Có Độ Suy Hao Thấp trong Môi Trường Không Khí ........................................................................................................ 448

Ngoc-Huy Tran, Thanh-Duong Nguyen, Dinh-Duy-Khanh Ngo, Duy-Trung Truong, Van-Hung Tran and Thanh-Nam Nguyen Brain Control Interfaces with Posterior Dominant Rhythm Detection Using EEG Signals. 453

Lê Tiến Dung, Vũ Việt Phương, Lê Xuân Huy và Nguyễn Đình Châu Minh So Sánh Các Thuật Toán Hội Tụ Ảnh Ra-Đa Khẩu Độ Tổng Hợp ...................................... 458

Quân Trịnh Hoàng, Quân Phạm Minh, Quế Nguyễn Xuân, Thức Nguyễn Văn, Huynh Hoàng Thế, Hùng Trương Xuân, Huy Lê Xuân, Phương Vũ Việt and Tuấn Phạm Anh Kết Quả Nghiên Cứu Phát Triển Bộ Giả Lập Môi Trường Không Gian Dùng cho Kiểm Nghiệm Hệ Thống Xác Định và Điều Khiển Tư Thế Vệ Tinh ............................................. 464

Trân Văn Thuân, Nguyên Minh Khai và Dương Trương Duy Bộ Tăng Áp Độ Lợi Cao DC-DC Không Cách Ly ............................................................... 472

Page 13: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Lương Hoàn Tiến, Nguyễn Minh Khai, Trần Văn Thuận và Ngô Văn Thuyên Bộ Nghịch Lưu Một Pha Nguồn Z Hình T với Giải Thuật Ngắn Mạch Hỗn Hợp ............... 477

Võ Đại Vân, Nguyễn Minh Khai, Trần Tấn Tài, Nguyễn Minh Tâm, Đỗ Đức Trí Nghịch Lưu Một Pha Tăng Áp Bảy Bậc ............................................................................... 482

Ngô Kiều Nhi, Nguyễn Quang Thành, Đào Thanh Tiến và Huỳnh Thanh Bình Thiết Kế và Chế Tạo Cảm Biến Áp Suất Sử Dụng Công Nghệ Strain Gauge ...................... 486

Trần Ngọc Hải, Lê Cung và Ngô Anh Dũng Nghiên Cứu Thực Nghiệm về Ổn Định Tốc Độ của Trục Chính Máy Tiện Khi Truyền Động bằng Động Cơ Thủy Lực ....................................................................................................... 494

Trần Ngọc Hải, Trần Xuân Tùy và Hoàng Hữu Vỹ Nghiên Cứu, Thiết Kế và Chế Tạo Máy Phay CNC 4 Trục Cỡ Nhỏ .................................... 500

Ha Quang Thinh Ngo, Quoc Chi Nguyen and Thanh Phuong Nguyen Design of ARM-based Motion Controller for Servo System in the Industry ....................... 505

Nguyen Trong Tai, Truong Duy Trung and Pham Van Phuc Điều Khiển Thích Nghi Vật Liệu Có Nhớ - SMA ................................................................ 512

Nguyễn Đình Tứ, Trần Chí Cường, Lê Hoàng Đăng, Phạm Thanh Tùng và Nguyễn Chí Ngôn Mô Hình Hóa và Điều Khiển Robot Ba Bánh Đa Hướng ..................................................... 517

Nguyễn Văn Nhờ, Phạm Thúy Ngọc Kỹ Thuật Điều Khiển Độ Rộng Xung Sóng Mang Mới để Giảm Điện Áp Common Mode cho Động Cơ 6 Pha Không Đối Xứng ......................................................................................... 524

Nguyễn Văn Nhờ, Phạm Thúy Ngọc Kỹ Thuật Điều Chế Độ Rộng Xung Mới Dùng Sóng Mang để Giảm Điện Áp Common Mode cho Bộ Nghịch Lưu 3 Pha ..................................................................................................... 532

Trần Văn Lợi, Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Văn Bang và Đỗ Văn Dũng Thiết Kế Bộ Điều Khiển Hệ Thống Lái Steer-By-Wire ....................................................... 539

Cong Binh Phan and Truong Thinh Nguyen Application of Dielectric Electro Active Polymer Material in Ocean Wave Energy Converter Systems .................................................................................................................................. 545

Lê Anh Kiệt, Nguyễn Hồng Phúc, Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Ngọc Lâm và Lê Anh Tài Thiết Kế Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Robot Bốc Xếp AKB .......................................... 551

Nguyễn Văn Khoa và Nguyễn Chí Ngôn Điều Khiển Backstepping Hệ Tay Máy ................................................................................ 557

Bùi Xuân Khoa, Đỗ Quốc Tuấn và Lã Hải Dũng Nghiên Cứu Xây Dựng Chương Trình Điều Khiển cho Thiết Bị Tự Động Điều Chỉnh Đặc Tính Điều Khiển Kênh Dọc trên Máy Bay Thế Hệ Mới ....................................................... 564

Page 14: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Giang Hồng Bắc và Nguyễn Phùng Quang Điều Khiển Tầng Ổ Đỡ Từ Chủ Động với Vòng Trong Là Vòng Điều Khiển Từ Thông .... 569

Vương Anh Trung, Nguyễn Văn Thinh and Vũ Mạnh Hùng Tổng Hợp Luật Điều Khiển Tối Ưu cho Máy Bay Không Người Lái Sử Dụng Cánh Lái Ga Động ...................................................................................................................................... 574

Lê Văn Lẻ, Ngô Quang Hiếu Điều Khiển Cần Cẩu trong Công Nghiệp .............................................................................. 579

Nguyễn Huỳnh Phi Long, Phạm Phương Tùng và Nguyễn Quốc Chí Phát Triển Hệ Thống Khử Dao Động Tích Hợp Hệ Thống Thị Giác cho Cầu Trục Container ............................................................................................................................................... 584

Thanh Hai Le, Pham Hien and Heon Hwang Calculating 3D Information Using CMLAN and Stereo Image ............................................ 590

Đinh Thành Nhân, Trương Quốc Bảo và Trương Quốc Định Thuật Toán Cải Tiến để Phát Hiện Nhắm-Mở Mắt Sử Dụng Đặc Trưng Hog và Máy Học Véctơ Hỗ Trợ ......................................................................................................................... 596

Van-Tuyen Dinh, Manh-Dung Ngo and Hoang-Hon Trinh Histogram of Oriented Gradients based Vehicle Detection .................................................. 603

Huu-Cuong Nguyen Large-Scale Moving Object Measurement Using Stereo Vision Technology ...................... 609

Nguyen Tan Dai, Nguyen Huu Duoc, Doan The Thao Remote Gaze Estimation based on Face and Iris Detection under IR Light ......................... 613

Ngo Ha Quang Thinh, Nguyen Quoc Chi and Nguyen Thanh Phuong Design and Control of PC-based Servo System .................................................................... 620

Đỗ Văn Cần, Nguyễn Phùng Quang và Đoàn Quang Vinh Nghiên Cứu, Thiết Kế Phần Cứng Bộ CNC-on-Chip ........................................................... 628

Võ Duy Thành, Nguyễn Hoàng Thạch và Đỗ Mạnh Cường Ứng Dụng Mạng CAN trong Thu Thập và Hiển Thị Dữ Liệu Phân Tán ............................. 636

Đỗ Văn Cần, Lê Nam Dương và Bùi Văn Vũ Thiết Kế Kiến Trúc Thành Phần PLC của Bộ CNC trên Công Nghệ CSoC ........................ 643

Trọng Nghĩa Nguyễn, Tăng Khả Duy Nguyễn và Thanh Hùng Trần Hệ Thống Giám Sát Điện Năng Tự Động bằng Mạng Cảm Biến Không Dây ..................... 651

Tăng Quốc Nam và Trần Tuấn Trung Ứng Dụng Thuật Toán Kiến cho Bài Toán Tìm Đường Đi của Robot Tự Hành .................. 658

Võ Khắc Phú, Bùi Trọng Hiếu, Trương Nguyên Vũ và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Phát Triển Robot Vệ Sinh Đường Ống Tự Động ............................................. 666

Page 15: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Nguyễn Minh Tuấn và Tăng Quốc Nam Ổn Định Cân Bằng Robot Hai Bánh Dọc nhờ Con Quay Hồi Chuyển ................................. 673

Nguyễn Văn Đông, Lê Quang Bình, Nguyễn Đức Tiến, Nguyễn Tấn Tiến Một Số Giải Pháp cho Hệ Động Lực Đẩy Đồng Trục của Thiết Bị Dưới Nước .................. 678

Tống Nhựt Phương, Chu Bá Long, Phan Tấn Tùng và Nguyễn Tấn Thiết Kế Cơ Khí cho Robot Dạng Người ............................................................................. 685

Thắng Phạm Quang, Nghìn Đặng Văn, Đại Kiều Nguyễn Phương, Tuấn Cao Trần Ngọc và Hiển Phạm Xuân Thiết Kế Cụm Lấy Thịt trong Hệ Thống Lột Vỏ Tôm Bán Tự Động ................................... 691

Đặng Văn Nghìn, Phạm Xuân Hiển, Kiều Nguyễn Phương Đại, Cao Trần Ngọc Tuấn, Gia Xuân Long Nghiên Cứu Thiết Kế Cụm Gieo Hạt Tự Động trên Khay .................................................... 696

Vũ Thanh Trần, Vui-Văn Nguyễn, Nho-Van Nguyen and Hoai Nghıa Dương Thực Nghiệm Điều Khiển Bộ Biến Đổi AC-DC-AC 1 Pha- 3 Pha Dùng DSP .................... 700

Nghìn Đặng Văn, Đại Kiều Nguyễn Phương, Long Gia Xuân, Tuấn Cao Trần Ngọc và Hiển Phạm Xuân Thiết Kế Máy Đùn Sợi Nhựa Cỡ Nhỏ ................................................................................... 706

Nguyễn Ngọc Bình and Tăng Quốc Nam Nghiên Cứu, Thiết Kế và Chế Tạo Máy In 3D Theo Công Nghệ FDM trên cơ sở Robot Song Song Delta ............................................................................................................................. 713

Nguyễn Hữu Cường Phát Triển Hệ Thống Laser-Camera để Tái Dựng Bề Mặt Ba Chiều của Vật Thể ............... 721

Lê Anh Tú, Vũ Đức Thái và Ngô Phương Thùy Cải Tiến Mạng Nơron Tự Tổ Chức cho Mục Đích Phân Cụm Dữ Liệu ............................... 726

Hồ Phạm Huy Ánh, Trần Lê Minh Tâm và Nguyễn Đức Minh Hệ Thống Nhận Dạng Khuôn Mặt Sử Dụng Mạng Nơ-Ron Tự Cấu Trúc và Phương Pháp Biến Đổi Cosin Rời Rạc ........................................................................................................ 735

Lê Hoàng Đăng, Nguyễn Đình Tứ, Trần Chí Cường, Phạm Thanh Tùng và Nguyễn Chí Ngôn Điều Khiển Robot 3 Bánh Đa Hướng Sử Dụng Bộ Điều Khiển RBF-PD Tự Chỉnh ........... 744

Hà Thị Thu Phương, Nguyễn Tiến Thư, Hồ Phạm Huy Ánh, Cao Văn Kiên Tối Ưu Công Suất MPPT Nguồn Quang Năng PV Dùng Thuật Toán P&O Mờ Thích Nghi .... ............................................................................................................................................... 750

Nguyen Ngoc Phuong, Nguyen Truong Thinh and Le Phan Hung Ứng Dụng Bộ Điều Khiển Fuzzy Logic trong Hệ Thống DCS Blueline cho Điều Khiển Cánh Hướng Gió Turbine Khí ........................................................................................................ 758

Đào Văn Thành, Nguyễn Trọng Tài Điều Khiển Con Lắc Ngược Quay Sử Dụng Giải Thuật Mờ ................................................ 764

Page 16: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Trung Thanh Pham, Hai Nam Tran and Ngoc Anh My Nguyen A Mathematical Model for Simulation and Manufacturing Ball-End Mill Using 5 Degrees of Freedom Manipulator ............................................................................................................ 769

Võ Minh Trí, Khưu Hữu Nghĩa Điều Khiển Mềm Dẻo Robot Mitsubishi Melfa RV-2AJ Trực Tiếp Từ Máy Tính .............. 779

Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Đình Dũng, Nguyễn Văn Quyền Điều Khiển Bám Quỹ Đạo Robot Song Song Delta Không Gian 3-PRS dựa trên Mô Hình Hệ Các Phương Trình Vi Phân-Đại Số ....................................................................................... 785

Tuan Tran Cong, Lâm Nguyễn Ngọc, Thanh Nguyen Minh and Khoa Đỗ Tân Tối Ưu Hóa Theo Đa Tiêu Chí Thiết Kế Tay Máy Song Song Có Các Chuỗi Động Phụ Phân Bố Bên Ngoài Không Gian Làm Việc Có Tính Đến Độ Cứng Vững ................................... 796

Nguyễn Tiến Kiệm Điều Khiển Hệ Rô Bốt Có Chú Ý Tác Động của Phụ Tải Không Biết Trước và Mô Hình Động Lực Ma Sát LuGre ...................................................................................................... 802

Ngô Kiều Nhi, Nguyễn Quang Thành, Phạm Bảo Toàn và Trần Vân Anh Đề Xuất Một Phương Pháp Mới nhằm Đánh Giá Tốc Độ Suy Giảm Độ Cứng của Dầm dưới Tác Dụng của Tải Trọng Di Chuyển ..................................................................................... 806

Phạm Bảo Toàn, Ngô Kiều Nhi, Vương Công Luận và Nguyễn Quang Lợi Khảo Sát Sự Xuống Cấp của Cầu bằng Hàm Mật Độ Phổ Công Suất .................................. 815

Bùi Ngọc Can, Nguyễn Thị Thái Huyền, Võ Tường Quân và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Giải Thuật Máy Cắt Ống Laser ........................................................................ 823

Nguyễn Đức Chính, Phạm Nhật Tân, Trương Nguyên Vũ và Nguyễn Tấn Tiến Nghiên Cứu Thiết Kế Thiết Bị Trợ Lực Khớp Cổ Chân cho Người Tàn Tật ....................... 829

Ngô Kiều Nhi, Nguyễn Quang Thành, Nguyễn Hoàng Kim Anh Xây Dựng Mối Quan Hệ giữa Đô Không Tin Cây vơi Tín Hiệu Dao Động Thực Tế tại Các Cầu ......................................................................................................................................... 835

Nhat Khang Duong, Thien Phuc Tran, Tan Tien Nguyen Ý Tưởng Thiết Kế cho Giường Y Tế Đa Chức Năng Dạng Mô Đun .................................. 843

Page 17: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Nghiên Cứu Điều Khiển Bước Đi Trên Robot UXA-90 Light

Study on Walking Control of Humanoid Robot UXA-90 Light

Nguyễn Văn Tiến Anh, Trần Thiên Phúc, và Nguyễn Tấn Tiến

Trường Đại học Bách khoa, 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, Tp.HCM

[email protected]; [email protected]; [email protected]

Tóm tắt Bài báo này giới thiệu những kết quả ở giai đoạn đầu

trong nghiên cứu về robot dáng người (Humanoid

robot) tại HiTech Mechatronics Lab, dựa trên cấu hình

phần cứng của robot UXA-90 Light. Dưới đây, việc

thực hiện chuyển động đi cho robot sẽ được trình bày

cụ thể với 3 nội dung chính: giải bài toán động học cho

hai chân dựa trên lý thuyết về dual quaternion, tạo quỹ

đạo đi mong muốn bằng mô hình con lắc ngược và thiết

kế bộ điều khiển Preview Control cho tác vụ đi. Kết

quả mô phỏng cho thấy trong quá trình đi robot luôn

nằm trong miền ổn định và đây là cơ sở để chúng tôi

tiến hành thực nghiệm trên mô hình thật.

Abstract: This paper introduces the first step on

study of humanoid research in HiTech Mechatronics

Lab. The studies based on hardware of humanoid robot

UXA-90 Light. The kinematic of biped leg was solved

by dual quaternion method, walking pattern generated

based on Linear Inverted Pendulum Model

successfully and the Preview Controller is

implemented for walking control. The simulation

shows that robot is stable walking.

Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

𝑅𝑜 Phép xoay trục tọa độ

𝑇𝑟 Phép tịnh tiện trục tọa độ

ℛℯ(𝑞) Phần thực của quaternion

𝒥𝓂(𝑞) Phần ảo của quaternion 𝑞

𝒟 (𝑞) Dual part của dual number 𝑞

𝒫 (𝑞) Primary part của dual number

𝑞

𝓋ℯ𝒸(𝑞) Dạng vector cột quaternion,

dual quaternion 𝑞

𝒫 𝑘𝑔𝑚𝑠−1 Moment động lượng tịnh tiến

ℒ 𝑘𝑔𝑚2𝑠−1 Moment động lượng xoay

𝑃𝐶𝑜𝑀 𝑚 Vị trí trọng tâm của robot

𝑀 𝑘𝑔 Khối lượng robot

𝑔 𝑚𝑠−2 Gia tốc trọng trường

𝐷𝑠 𝑚 Khoảng cách một bước đi

𝑇𝑐 𝑠 Thời gian thực hiện một bước

đi

𝑇𝑑𝑠 𝑠 Thời gian DSP

𝑇𝑠𝑠 𝑠 Thời gian SSP

∆𝑡 𝑠 Thời gian lấy mẫu

Chữ viết tắt ZMP Zero moment point

CoM Center of mass

LIPM Linear inverted pendulum model

DOF Degree of freedom

DSP Double support phase

SSP Single support phase

1. Phần mở đầuỞ Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu về robot đi

hai chân như Hubot-1 [1] và HUTECH-1 [2]. Hai

nghiên cứu trên cũng đã được những kết quả ban đầu

như bài toán động học, tạo quỹ đạo đã được giải quyết

tuy nhiên việc áp dụng xuống mô hình thực còn gặp

nhiều hạn chế, robot di chuyển khá nặng nề và kém ổn

định. Từ năm 2016, HiTech Mechatronics Lab đã thực

hiện các nghiên cứu đầu tiên của mình về robot dáng

người. So với hai nhóm nghiên cứu trên chúng tôi tiến

hành một hướng tiếp cận khác đó là dựa trên một cấu

hình humanoid robot thương mại, nhóm nghiên cứu tập

trung vào việc xây dựng giải thuật điều khiển, xây dựng

các tác vụ như: đi, ngồi, chào hỏi, đá bóng… và áp

dụng lên mô hình sẵn có. Việc chế tạo một humanoid

robot trong nước sẽ nằm ở giai đoạn tiếp theo của

nghiên cứu.

Robot di chuyển bằng hai chân là phần quan trọng

trong nghiên cứu về robot dáng người, những nghiên

cứu thành công đều phát triển từ robot đi bằng hai chân

như Wabian với WL-5 [3], Honda với E0 [4] và các dự

án khác [5–8]. Vấn đề chính của nghiên chuyển động

đi hai chân là hoạch định ra quỹ đạo di chuyển mong

muốn và điều khiển robot giữ thăng bằng và bám theo

quỹ đạo đó. Một số phương pháp đã áp dụng thành

công để tạo quỹ đạo cho robot như: model-based gait,

biological mechanism-based gait and natural

dynamics-based gait [9]. Tuy nhiên việc phân tích ổn

định của robot đi bằng hai chân là một bài toán phức

tạp bởi đây là một hệ có độ phi tuyến lớn,

underactuated, chịu tác động của ngoại lực và có nhiều

trạng thái thay đổi trong suốt quá trình hoạt động [10].

Để phân tích ổn định của robot đi hai chân có các

phương pháp: ZMP, periodicity-based gait, theory of

capture points và foot placement estimator.

Bài báo này trình bày việc thực hiện chuyển động đi

bằng hai chân cho robot UXA-90 Light bao gồm các

vấn đề: mô hình hóa robot hai chân, hoạch định quỹ

đạo đi và thiết kế bộ điều khiển.

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 35

Page 18: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

H. 1 Cấu trúc robot UXA-90 Light

Nghiên cứu này sử dụng robot UXA-90 Light của hãng

Robobuilder với tổng cộng 23 DOF (H. 1). Ở giai đoạn

đầu, chúng tôi tập trung vào chuyển động đi hai chân

với 12 DOF, các bậc tự do còn lại thì không chuyển

động nên không xét tới. Một số thông số cơ bản của

robot được trình bày trong B. 1

B. 1 Thông số robot UXA-90 Light

Khối lượng 9.5 𝑘𝑔

Chiều cao 1000 𝑚𝑚

Chiều rộng 350 𝑚𝑚

Số bậc tự do 12 DOF (hai chân)

8 DOF (hai tay)

1 DOF (khớp hông)

2 DOF (đầu)

Cảm biến IMU 2G 9Axis, ±90° (Pitch),

±180° (Roll/Yaw)

2. Mô hình hóa robot hai chânChúng tôi áp dụng lý thuyết về dual quaternion để giải

quyết bài toán động học, đây là một phương pháp biểu

diễn đồng thời vị trí, hướng của end-effector một cách

ngắn gọn và đơn giản hơn so với phương pháp sử dụng

ma trận biến đổi thuần nhất (ma trận 4×4) [11]. Nhiều

nghiên cứu đã áp dụng thành công lý thuyết dual

quaternion để giải quyết các bài toán trong lĩnh vực

robotics [12–16].

2.1 Cơ sở lý thuyết

Quaternion được giới thiệu bởi Hamilton [17] và được

định nghĩa:

𝑞 = 𝑞1 + 𝑞2𝑖 + 𝑞3𝑗 + 𝑞4��

Trong đó, 𝑞1, 𝑞2 , 𝑞3 và 𝑞4 là các số thực, 𝑖, 𝑗, �� là các

phần ảo và thõa mãn 𝑖2 = 𝑗2 = ��2 = 𝑖𝑗�� = −1. Nếu 𝑞là một quaternion chúng ta có ℛℯ(𝑞) = 𝑞1, ℐ𝓂(𝑞) =

[𝑞2 𝑞3 𝑞4]𝑇and 𝖎 = [𝑖 𝑗 ��]

𝑇. Khi đó 𝑞 được viết lại

thành 𝑞 = ℛℯ(𝑞) + 𝖎 ∘ 𝒥𝓂(𝑞) với ∘ biểu phép nhân

các phần tử tương ứng của hai ma trận.

Với một quaternion cho trước 𝑞 = ℛℯ(𝑞) + 𝖎 ∘𝒥𝓂(𝑞), toán tử 𝓋ℯ𝒸 dùng để biểu diễn một quaternion

dưới dạng ma trận cột

𝓋ℯ𝒸(𝑞) = [ℛℯ(𝑞)

𝒥𝓂(𝑞)]

= [𝑞1 𝑞2 𝑞3 𝑞4]𝑇

Dual number được giới thiệu bởi Clifford [18] và

được định nghĩa:

𝑎 = 𝑎 + 𝜀𝑎′

Trong đó 𝜀 là toán tử dual có tính chất 𝜀2 = 0 nhưng

𝜀 ≠ 0. 𝒫(𝑎) = 𝑎 được gọi là primary part và 𝒟(𝑎) =

𝑎′ được gọi là dual part.

Dual quaternion là một dual number có primary part

và dual part đều là quaternion

𝑞 = (𝑞1 + 𝑞2𝑖 + 𝑞3𝑗 + 𝑞4��)

+ 𝜀(𝑞5 + 𝑞6𝑖 + 𝑞7𝑗 + 𝑞8��)

Với một dual quaternion 𝑞 chúng ta primary part lần

lượt là 𝒫 (𝑞) = 𝑞1 + 𝑞2𝑖 + 𝑞3𝑗 + 𝑞4�� và 𝒟 (𝑞) =

𝑞5 + 𝑞6𝑖 + 𝑞7𝑗 + 𝑞8��. Dạng ma trận của một dual

quaternion

𝓋ℯ𝒸 (𝑞) = [𝓋ℯ𝒸 (𝒫 (𝑞))

𝓋ℯ𝒸 (𝒟 (𝑞))]

= [𝑞1 𝑞2 𝑞3 𝑞4 𝑞5 𝑞6 𝑞7 𝑞8]𝑇

2.2 Phép biến đổi tọa độ dùng Dual quaternion

Dưới đây chúng tôi giới thiệu cách biểu diễn các phép

biến đổi tọa độ dưới dạng dual quaternion.

H. 2 Phép xoay và tịnh tiến hệ trục tọa độ

Một chuyển động xoay quanh gốc tọa độ một góc 𝜃

quanh một vector đơn vị 𝑛 = [𝑛𝑥 𝑛𝑦 𝑛𝑧]𝑇 biểu diễn ở

dạng dual quaternion

𝑅𝑜(𝑛, 𝜃) = cos𝜃

2+ 𝖎 ∘ 𝑛 sin

𝜃

2

Một chuyển động tịnh tiến dọc theo vector đơn vị 𝑡 =

[𝑡𝑥 𝑡𝑦 𝑡𝑧]𝑇một khoảng cách 𝑑 được biểu diễn ở dạng

dual quaternion

𝑇𝑟(𝑡, 𝑑) = 1 + 𝜀𝑡

2𝑑

Thực hiện liên tiếp các phép xoay và tịnh tiến tọa độ

như H. 3.

H. 3 Minh họa các phép biến đổi tọa độ

Dual quaternion 𝑞10 biểu diễn phép dời từ hệ tọa độ

𝒪0 sang 𝒪1

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 36

Page 19: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

𝑞1 0 = 𝑟1

0 + 𝜀1

2𝑝1 0 𝑟1

0

Trong đó thành phần 𝒫 ( 𝑞1 0 ) = 𝑟1

0 biểu diễn phép

xoay và thành phần 2𝒟 ( 𝑞1 0 )𝒫 ( 𝑞1

0 ) = 𝑝1 0 biểu diễn

phép tịnh tiến. Tương tự phép dời từ hệ tọa độ 𝒪1 sang

hệ tọa độ 𝒪2 được biểu diễn bằng dual quaternion 𝑞21 ,

cuối cùng phép dời tọa độ 𝒪0 sang tọa độ 𝒪2𝑞20 = 𝑞1

0 𝑞21

2.3 Động học chân robot UXA-90 Light

Cấu tạo của hai chân robot là giống nhau do đó chúng

tôi trình bày việc giải bài toán động học thuận, động

học ngược cho chân trái, chân còn lại hoàn toàn tương

tự.

Đặt hệ tọa độ cho mỗi khâu theo quy ước Denavit-

Hartenberg [19], khi đó phép biến đổi từ tọa độ 𝒪𝑖−1sang 𝒪𝑖 được thực hiện thông qua các chuyển động

xoay và tịnh tiến sau:

Xoay quanh trục 𝑧𝑖−1 góc 𝜃𝑖:

𝑅𝑜(𝑧𝑖−1, 𝜃𝑖) = cos𝜃𝑖2+ �� sin

𝜃𝑖2

Tịnh tiến dọc theo trục 𝑧𝑖−1 khoảng cách 𝑑𝑖:

𝑇𝑟(𝑧𝑖−1, 𝑑𝑖) = 1 + 𝜀𝑑𝑖2��

Tịnh tiến dọc theo trục 𝑥𝑖 khoảng cách 𝑎𝑖:

𝑇𝑟(𝑥𝑖 , 𝑎𝑖) = 1 + 𝜀𝑎𝑖2𝑖

Xoay quanh trục 𝑥𝑖 góc 𝛼𝑖:

𝑅𝑜(𝑥𝑖 , 𝛼𝑖) = cos𝛼𝑖2+ 𝑖 sin

𝛼𝑖2

Dual quaternion biểu diễn phép biến đổi tọa độ 𝒪𝑖−1sang tọa độ 𝒪𝑖 theo quy ước Denavit-Hartenberg

𝑞𝑖 𝑖−1 = 𝑅𝑜(𝑧𝑖−1, 𝜃𝑖)𝑇𝑟(𝑧𝑖−1, 𝑑𝑖)𝑇𝑟(𝑥𝑖 , 𝑎𝑖)𝑅𝑜(𝑥𝑖 , 𝛼𝑖)

= 𝒫 ( 𝑞𝑖 𝑖−1 ) + 𝜀𝒟 ( 𝑞𝑖

𝑖−1 )

Trong đó:

𝒫 ( 𝑞𝑖 𝑖−1 ) = cos

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2+ 𝑖 cos

𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2

+ 𝑗 sin𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2+ �� sin

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2

𝒟 ( 𝑞𝑖 𝑖−1 ) = −

1

2(𝑑𝑖 sin

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2+ 𝑎𝑖 cos

𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2)

+1

2𝑖 (−𝑑𝑖 sin

𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2+ 𝑎𝑖 cos

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2)

+1

2𝑗 (𝑑𝑖 cos

𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2+ 𝑎𝑖 sin

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2)

+1

2�� (𝑑𝑖 cos

𝜃𝑖2cos

𝛼𝑖2− 𝑎𝑖 sin

𝜃𝑖2sin

𝛼𝑖2)

Hệ tọa độ đặt lên mỗi khâu của chân trái robot UXA-

90 Light được thể hiện trong H. 4.

H. 4 Hệ tọa độ đặt lên một chân của robot

Với hệ trục tọa độ đã chọn, bảng thông số Denavit-

Hartenberg dùng để giải bài toán động học được thể

hiện ở B. 2

B. 2 Bảng thông số Denavit-Hartenberg

𝑖 𝜃𝑖 𝛼𝑖 𝑎𝑖 𝑑𝑖1 𝜃1 + 𝜋/2 −𝜋/2 0 −𝑙12 𝜃2 + 𝜋/2 𝜋/2 0 0

3 𝜃3 0 𝑙2 0

4 𝜃4 0 𝑙3 0

5 𝜃5 𝜋/2 0 0

6 𝜃6 0 𝑙4 0

𝑙1 = 0.042𝑚, 𝑙2 = 𝑙3 = 0.21𝑚, 𝑙4 = 0.065𝑚Động học thuận của chân robot UXA-90 Light

𝑞𝑒 = 𝑞1 0 𝑞2

1 𝑞32 𝑞4

3 𝑞54 𝑞6

5

Tiếp theo, chúng ta tính toán ma trận Jacobian 𝐽𝑥 để

giải bài toán động học ngược. Gọi ��𝑒 = [𝑣 𝜔]𝑇 là vận

tốc của bàn chân robot (end-effector) và vận tốc góc

của các khớp là �� = [��1 ��2 ��3 ��4 ��5 ��6]𝑇 chúng ta có

mối quan hệ ��𝑒 = 𝐽𝑥��. Khi biểu diễn bằng dual

quaternion

𝓋ℯ𝒸(��𝑒) = 𝐽𝑥��

Trong đó, ��𝑒 là đạo hàm bậc nhất của dual quaternion

thể hiện vị trí của bàn chân, 𝐽𝑥 là ma trận dual

quaternion Jacobian tương ứng.

Có hai phương pháp để tính ma trận dual quaternion

Jacobian: tính trực tiếp và tính dựa vào quy ước

Denavit-Hartenberg (gián tiếp) [20]. Trong bài báo

này, chúng tôi trình giới thiệu phương pháp gián tiếp

để tính ma trận 𝐽𝑥.

Đặt 𝐽𝑥 = [𝑗1 𝑗2 𝑗3 𝑗4 𝑗5 𝑗6]𝑇 với 𝑗1… 𝑗6 là các ma trận

cột.

𝑗𝑖+1 = 𝓋ℯ𝒸(𝑧𝑖𝑥𝑒), 𝑖 = 0,… ,5

Với 𝑧𝑖 =1

2𝑞𝑖0 �� ( 𝑞𝑖

0 )∗

hay 𝑧𝑖 = 𝒫(𝑧𝑖) + 𝜀𝒟(𝑧𝑖)

trong đó

𝒫(𝑧𝑖) = 𝑖(𝑞𝑖2𝑞𝑖4 + 𝑞𝑖1𝑞𝑖3) + 𝑗(𝑞𝑖3𝑞𝑖4 − 𝑞𝑖1𝑞𝑖2)

+1

2��(𝑞𝑖4

2 − 𝑞𝑖32 − 𝑞𝑖2

2 + 𝑞𝑖12 )

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 37

Page 20: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

𝒟(𝑧𝑖) = 𝑖(𝑞𝑖2𝑞𝑖8 + 𝑞𝑖6𝑞𝑖4 + 𝑞𝑖1𝑞𝑖7 + 𝑞𝑖5𝑞𝑖3)

+ 𝑗(𝑞𝑖3𝑞𝑖8 + 𝑞𝑖7𝑞𝑖4 − 𝑞𝑖1𝑞𝑖6 − 𝑞𝑖5𝑞𝑖2)

+ ��(𝑞𝑖4𝑞𝑖8 − 𝑞𝑖3𝑞𝑖7 − 𝑞𝑖2𝑞𝑖6 + 𝑞𝑖1𝑞𝑖5)

Tiếp theo đó chúng tôi giải bài toán động học ngược

bằng phương pháp số (H. 5).

H. 5 Giải động học ngược dùng Jacobian pseudo-inverse

Gọi sai lệch giữa vị trí mong muốn và vị trí hiện tại của

end-effector là ∆𝑥 = 𝑥𝑒𝑑 − 𝑥𝑒, đạo hàm bậc nhất hai vế

∆�� = ��𝑒𝑑 − ��𝑒

Bởi vì 𝑥𝑒𝑑 là một hằng số nên phương trình trên trở

thành 𝓋ℯ𝒸(∆��) = −𝐽𝑥��. Chọn �� = 𝐽𝑥+𝐾𝓋ℯ𝒸(∆𝑥) thì

phương trình động học ngược

𝓋ℯ𝒸(∆��) + 𝐾𝓋ℯ𝒸(∆𝑥) = 0

Nếu 𝐾 là một ma trận xác định dương thì sau một số

lần lặp tính toán 𝓋ℯ𝒸(∆𝑥) sẽ tiến về 0 tức vị trí hiện tại

bằng trùng với vị trí mong muốn, bài toán động học

ngược được giải quyết.

3. Hoạch định quỹ đạo điRobot đi hai chân là một hệ thống có độ phi tuyến cao

nên việc phân tích hệ thống một cách tường minh gặp

nhiều khó khăn. Vì vậy, các nghiên cứu về robot hai

chân thường tìm cách phân tích hệ thống qua một hệ

đơn giản hơn để tạo quỹ đạo đi và thiết kế bộ điều

khiển. Ở đây, chúng tôi sử dụng mô hình Con lắc ngược

tuyến tính (LIPM) được giới thiệu bởi Kajita [21] cho

việc tạo quỹ đạo của trọng tâm robot (CoM), quỹ đạo

bàn chân được tạo bằng phương pháp nội suy với các

điều kiện biên cho trước [22].

Một bước đi của con người được chia ra làm nhiều giai

đoạn nhỏ, ở mỗi giai đoạn các chân sẽ phối hợp chuyển

động để đưa trọng tâm đi chuyển về phía trước H. 6.

H. 6 Các giai đoạn của một bước đi

3.1 Quỹ đạo CoM

Chúng tôi tạo quỹ đạo di chuyển trong trường hợp

robot đi thẳng, trên sàn phẳng, thông số bước đi được

trình bày trong B. 3. Khi robot bắt đầu di chuyển và

chuẩn bị dừng thì bước chân ngắn lại hơn so với bước

đi bình thường nhằm mục đích tăng dần và giảm dần

vận tốc như vậy dáng đi sẽ gần với dáng đi tự nhiên của

con người [23] với 3 trạng thái:

Tăng tốc: robot chuyển từ vị trí đứng yên sang

trạng thái đi, vận tốc tăng từ 0 lên vận tốc mong

muốn 𝑣 trong thời gian 𝑇𝑖 . Đi ổn đinh: robot di chuyển với vận tốc 𝑣

Giảm tốc: robot giảm dần vận tốc từ 𝑣 về 0 trong

thời gian 𝑇𝑓.

Quỹ đạo trọng tâm tạo bởi phương pháp LIPM tại thời

điểm thay đổi chân đứng có vận tốc thay đổi đột ngột

vì vậy gia tốc của CoM có thể rất lớn, điều này dẫn đến

robot có thể bị hư hỏng. Để quỹ đạo CoM có vận tốc

liên tục tại thời điểm đổi chân, thời gian được thêm vào

thời điểm đổi chân

{

𝑆(𝑡0) = 𝑝𝐶𝑜𝑀(𝑡0)

𝑆(𝑡0 + 𝑇𝑑𝑠)= 𝑝𝐶𝑜𝑀(𝑡0 + 𝑇𝑑𝑠)

��(𝑡0) = ��𝐶𝑜𝑀(𝑡0)

��(𝑡0 + 𝑇𝑑𝑠)= ��𝐶𝑜𝑀(𝑡0 + 𝑇𝑑𝑠)

�� (𝑡0 +𝑇𝑑𝑠2)= 0

B. 3 Thông số bước đi

𝑠𝑥 0 𝐷𝑠/2 𝐷𝑠 𝐷𝑠 𝐷𝑠 𝐷𝑠 0 0

𝑠𝑦 𝑙0 𝑙0 𝑙0 𝑙0 𝑙0 𝑙0 𝑙0/2 0

Giải thuật tạo quỹ đạo dựa trên LIPM [24]

Bước 1:

Lựa chọn thời gian thực hiện một bước đi 𝑇𝑐, thông số

bước đi 𝑠𝑥, 𝑠𝑦 từ B. 3. Xác định vị trí ban đầu của CoM

(𝑥, 𝑦, 𝑧𝑐) và vị trí đặt chân ban đầu (𝑝𝑥∗ , 𝑝𝑦

∗) =

(𝑝𝑥0, 𝑝𝑦

0). Tính các thông số

𝑇0 = √𝑧𝑐𝑔, 𝐶 = cosh

𝑇𝑐𝑇0, 𝑆 = sinh

𝑇𝑐𝑇0

Bước 2:

𝑇 = 0, 𝑛 = 0

Bước 3:

Vị trí, vận tốc của CoM trong thời gian 𝑡 ∈ [𝑇, 𝑇 + 𝑇𝑐]được xác định từ phương trình chuyển động của con

lắc ngược

[𝑥(𝑡)

𝑦(𝑡)] =

[ 𝑥𝑖

𝑛 − 𝑝𝑥∗ cosh

𝑡

𝑇0+ 𝑇0��𝑖

𝑛 sinh𝑡

𝑇0+ 𝑝𝑥

𝑦𝑖𝑛 − 𝑝𝑦

∗ cosh𝑡

𝑇0+ 𝑇0��𝑖

𝑛 sinh𝑡

𝑇0+ 𝑝𝑦

]

[��(𝑡)

��(𝑡)] =

[ 𝑥𝑖𝑛 − 𝑝𝑥

𝑇0𝑠𝑖𝑛ℎ

𝑡

𝑇0+ ��𝑖

𝑛 𝑐𝑜𝑠ℎ𝑡

𝑇0𝑦𝑖𝑛 − 𝑝𝑦

𝑇0𝑠𝑖𝑛ℎ

𝑡

𝑇0+ ��𝑖

𝑛 𝑐𝑜𝑠ℎ𝑡

𝑇0]

Bước 4:

𝑇 = 𝑇 + 𝑇𝑐, 𝑛 = 𝑛 + 1Bước 5:

Tính vị trí đặt chân bước thứ 𝑛: (𝑝𝑥𝑛, 𝑝𝑦

𝑛)

[𝑝𝑥𝑛

𝑝𝑦𝑛] = [

𝑝𝑥𝑛−1 + 𝑠𝑥

𝑛

𝑝𝑦𝑛−1 − (−1)𝑛𝑠𝑦

𝑛]

Bước 6:

Tính toán bước tiếp theo (𝑥𝑛, 𝑦𝑛)

[𝑥𝑛

𝑦𝑛] =

[

𝑠𝑥𝑛+1

2

(−1)𝑛𝑠𝑦𝑛+1

2 ]

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 38

Page 21: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

[𝑣𝑥𝑛

𝑣𝑦𝑛] =

[ 𝐶 + 1

𝑇0𝐶𝑥𝑛

𝐶 − 1

𝑇0𝐶𝑦𝑛

]

Bước 7:

Tính giá trị (𝑥𝑑 , ��𝑑) và tương tự cho (𝑦𝑑 , ��𝑑)

[𝑥𝑑

��𝑑] = [

𝑝𝑥𝑛 + 𝑥

𝑛

𝑣𝑥𝑛 ]

Bước 8:

Tính vị trí đặt chân tiếp theo 𝑝𝑥∗ , tương tự cho 𝑝𝑦

𝑝𝑥∗ = −

𝑎(𝐶 − 1)

𝐷(𝑥𝑑 − 𝐶𝑥𝑖

𝑛 − 𝑇𝑐𝑆��𝑖𝑛)

−𝑏𝑆

𝑇0𝐷(��𝑑 −

𝑆

𝑇0𝑥𝑖𝑛 − 𝐶��𝑖

𝑛)

Với: 𝐷 = 𝑎(𝐶 − 1)2 + 𝑏 (𝑆

𝑇0)2

Bước 9:

Quay lại Bước 3

H. 7 Vận tốc CoM theo phương x

Sau khi thực hiện giải thuật tạo quỹ đạo CoM và bổ

sung thêm DSP thì vận tốc của trọng tâm tại thời điểm

đổi chân trụ đã không còn hiện tượng thay đổi đột ngột

H. 7. Vị trí đặt chân của robot cũng được hoạch định

trước H. 8.

H. 8 Vị trí các bước chân

3.2 Quỹ đạo bàn chân

Bài toán động học ngược của mỗi chân hoàn toàn giải

được nếu chúng ta biết được vị trí của CoM và bàn chân

tại mỗi thời điểm. Tiếp theo đâu chúng ta sẽ hoạch định

quỹ đạo của bàn chân bằng phương pháp nội suy [25]

với các điều kiện biên ở hai phương trình dưới.

H. 9 Nội suy quỹ đạo của bàn chân

𝑥𝑎(𝑡)

= {

𝑘𝐷𝑠 𝑡 ∈ [𝑘𝑇𝑐 , 𝑘𝑇𝑐 + 𝑇𝑑𝑠)

𝑘𝐷𝑠 + 𝐿𝑎0 𝑡 = 𝑘𝑇𝑐 + 𝑇𝑚

(𝑘 + 2)𝐷𝑠 𝑡 ∈ ((𝑘 + 1)𝑇𝑐 , (𝑘 + 1)𝑇𝑐 + 𝑇𝑑𝑠)

𝑧𝑎(𝑡) = {

𝐿𝑎𝑛 𝑡 ∈ [𝑘𝑇𝑐 , 𝑘𝑇𝑐 + 𝑇𝑑𝑠)

𝐻𝑎0 𝑡 = 𝑘𝑇𝑐 + 𝑇𝑚

𝐿𝑎𝑛 𝑡 ∈ ((𝑘 + 1)𝑇𝑐 , (𝑘 + 1)𝑇𝑐 + 𝑇𝑑𝑠)

Với 𝑘 = 0,1, … , 𝑛 là số bước đi. Các thông số của quỹ

đạo bàn chân được thể hiện ở H. 8: 𝐿𝑎𝑛 = 𝑙4, 𝐿𝑎0 =

0.4𝐷𝑠, 𝐻𝑎0 = 𝐿𝑎𝑛 + 0.005 và 𝑇𝑚 = 0.5𝑇𝑐. Robot bước

đi trên bề mặt bằng phẳng, bàn chân luôn song song với

mặt đất.

Trong suốt quá trình đi, hai chân của robot lần lượt

chuyển từ chân đứng sang chân lắc, từ pha double

support sang pha single support. (H. 10)

H. 10 Sự thay đổi pha và vị trí của hai bàn chân robot theo phương z trong quá trình đi

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 39

Page 22: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

4. Thiết kế bộ điều khiểnSau khi đã có được quỹ đạo mong muốn, tiếp theo

chúng tôi thiết kế bộ điều khiển để robot đi ổn định.

Dựa trên lý thuyết ZMP, robot đi không bị ngã khi điểm

ZMP của robot luôn nằm trong mặt chân đế. Bộ điều

khiển Preview Control [26] được sử dụng để đảm bảo

điểm ZMP của robot bám theo quỹ đạo ZMP ổn định

mong muốn. Trong bài báo này, vị trí của ZMP

(𝑝𝑥 , 𝑝𝑦) của mô hình robot được tính gần đúng dựa vào

moment động lượng

𝑝𝑥 =𝑀𝑔𝑥 + 𝑝𝑧��𝑥 − ℒ𝑦

𝑀𝑔 + ��𝑧

𝑝𝑦 =𝑀𝑔𝑦 + 𝑝𝑧��𝑦 − ℒ𝑥

𝑀𝑔 + ��𝑧Trong đó 𝑝𝑧 = 0 do đi trên bề mặt phẳng, moment

động lượng tịnh tiến 𝒫 = [𝒫𝑥 𝒫𝑦 𝒫𝑧]𝑇, moment động

lượng xoay ℒ = [ℒ𝑥 ℒ𝑦 ℒ𝑧]𝑇, khối lượng của robot là

𝑀 , vị trí của CoM 𝑝𝐶𝑜𝑀 = [𝑥 𝑦 𝑧]𝑇và 𝑔 = 9.81 là gia

tốc trọng trường.

Phương trình trạng thái của hệ robot trong miền rời rạc

{𝑥(𝑘 + 1) = 𝐴𝑥(𝑘) + 𝐵𝑢(𝑘)

𝑝(𝑘) = 𝐶𝑥(𝑘)Trong đó:

𝑥(𝑘) = [𝑥(𝑘Δ𝑡) ��(𝑘Δ𝑡) ��(𝑘Δ𝑡)]𝑇

𝑢(𝑘) = 𝑢(𝑘Δ𝑡), 𝑝(𝑘) = 𝑝(𝑘Δ𝑡)

𝐴 = [1 Δ𝑡 Δ𝑡2

0 1 Δ𝑡0 0 1

] , 𝐵 = [Δ𝑡3

6

Δ𝑡2

2 Δ𝑡]

𝑇

𝐶 = [1 0 −𝑧𝑐𝑔]𝑇

H. 11 Sơ đồ hệ thống

Với quỹ đạo ZMP mong muốn 𝑝𝑟𝑒𝑓(𝑘) hàm mục tiêu

của bộ điều khiển

𝐽 = ∑[𝑄𝑒𝑒2(𝑖) + ∆𝑥𝑇(𝑖)𝑄𝑥∆𝑥(𝑖) + 𝑅∆𝑢

2(𝑖)]

𝑖=𝑘

𝑒(𝑖) = 𝑝(𝑖) − 𝑝𝑟𝑒𝑓(𝑖) là sai số của ZMP, 𝑄𝑒 ,𝑅 > 0 và

𝑄𝑥 là ma trận 3×3 đối xứng xác định dương. ∆𝑥(𝑘) =𝑥(𝑘) − 𝑥(𝑘 − 1) và ∆𝑢(𝑘) = 𝑢(𝑘) − 𝑢(𝑘 − 1). Khi quỹ đạo của ZMP mong muốn có thể biết trước 𝑁𝐿bước tiếp theo tại mỗi thời điểm lấy mẫu thì bộ điều

khiển Preview Control được xác định

𝑢(𝑘) = −𝐺𝑖∑𝑒(𝑘)

𝑖=0

𝑘

− 𝐺𝑥𝑥(𝑘)

−∑𝐺𝑝(𝑗)𝑝𝑟𝑒𝑓(𝑘 + 𝑗)

𝑗=1

𝑁𝐿

Với các hệ số 𝐺𝑖 , 𝐺𝑥 , 𝐺𝑝(𝑗) được xác định từ các trọng

số 𝑄𝑒 𝑄𝑥 và 𝑅

5. Kết quả mô phỏngĐể kiểm tra kết quả tính toán động học, tạo quỹ đạo và

bộ điều khiển, chúng tôi tiến hành mô phỏng bằng phần

mềm Matlab, các thông số được trình bày trong B. 4.

B. 4 Thông số mô phỏng

𝐷𝑠 𝑇𝑐 𝑙0 ∆𝑡 0.1 𝑚 1 𝑠 0.114 𝑚 0.01 𝑠

Kết quả mô phỏng trong H. 12 cho thấy khi di chuyển

điểm ZMP của robot luôn nằm trong miền ổn định có

nghĩa là robot sẽ không bị ngã. Sau khi áp dụng bộ điều

khiển Preview control, ZMP của robot đã bám theo quỹ

đạo mong muốn. Những kết quả này là cơ sở để chúng

tôi áp dụng lên mô hình robot thực.

H. 12 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển bám theo ZMP

6. Kết luậnTrên đây là những kết quả nghiên cứu ban đầu của

Hitech Mechatronics Lab về lĩnh vực Humanoid robot.

Các vấn đề chính trong việc thực hiện chuyển động đi

cho robot UXA-90 Light đã được chúng tôi trình bày.

Kết quả mô phỏng cho thấy robot có thể đi ổn định, và

việc thực nghiệm đang được tiến hành tại HiTech

Mechatronics Lab và kế quả sẽ được chúng tôi công bố

trong thời gian tới.

Tài liệu tham khảo

[1] Nhựt, N.T., Lam, C.T.: Walking planning for

biped robot hubot. J. Comput. Sci. Cybern. 26,

361–374 (2012).

[2] Phuong, N.T., Huy, T.D., Cuong, N.C., Loc,

H.D.: A simple walking control method for biped

robot with stable gait. J. Comput. Sci. Cybern. 29,

105–115 (2013).

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 40

Page 23: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

[3] Kato, I., Tsuiki, H.: The hydraulically powered

biped walking machine with a high carrying

capacity. In: Dubrovnik, Y. (ed.) Proc. of the 4th

International Symposium on External Control of

Human Extremities. pp. 410–421 (1972).

[4] Hirose, M., Ogawa, K.: Honda humanoid robots

development. Philos. Trans. R. Soc. Math. Phys.

Eng. Sci. 365, 11–19 (2007).

[5] Hirukawa, H., Kanehiro, F., Kaneko, K., Kajita,

S., Fujiwara, K., Kawai, Y., Tomita, F., Hirai, S.,

Tanie, K., Isozumi, T., Akachi, K., Kawasaki, T.,

Ota, S., Yokoyama, K., Handa, H., Fukase, Y.,

Maeda, J., Nakamura, Y., Tachi, S., Inoue, H.:

Humanoid robotics platforms developed in HRP.

Robot. Auton. Syst. 48, 165–175 (2004).

[6] Kanehira, N., Kawasaki, T.U., Ohta, S., Ismumi,

T., Kawada, T., Kanehiro, F., Kajita, S., Kaneko,

K.: Design and experiments of advanced leg

module (HRP-2L) for humanoid robot (HRP-2)

development. In: IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems,

2002. pp. 2455–2460 vol.3 (2002).

[7] Park, I.-W., Kim, J.-Y., Park, S.-W., Oh, J.-H.:

Development of humanoid robot platform khr-2

(kaist humanoid robot 2). Int. J. Humanoid

Robot. 2, 519–536 (2005).

[8] Nelson, G., Saunders, A., Neville, N., Swilling,

B., Bondaryk, J., Billings, D., Lee, C., Playter, R.,

Raibert, M.: Petman: A humanoid robot for

testing chemical protective clothing. 日本ロボッ

ト学会誌. 30, 372–377 (2012).

[9] Al-Shuka, H.F.N., Allmendinger, F., Corves, B.,

Zhu, W.-H.: Modeling, stability and walking

pattern generators of biped robots: a review.

Robotica. 32, 907–934 (2014).

[10] van Zutven, P., Kostić, D., Nijmeijer, H.: On the

stability of bipedal walking. In: Simulation,

modeling, and programming for autonomous

robots. pp. 521–532. Springer (2010).

[11] Radavelli, L., Simoni, R., De Pieri, E., Martins,

D.: A Comparative Study of the Kinematics of

Robots Manipulators by Denavit-Hartenberg and

Dual Quaternion. Mecánica Comput. Multi-Body

Syst. 31, 2833–2848 (2012).

[12] Sahu, S., Biswall, B. B., Subudhi, B.: A Novel

Method for Representing Robot Kinematics using

Quaternion Theory, In Proceedings of IEEE

Sponsored Conference on Computational

Intelligence, Control and Computer Vision in

Robotics and Automation, 2008. pp. 181–184.

[13] Özgür, E., Mezouar, Y.: Kinematic modeling and

control of a robot arm using unit dual quaternions.

Robot. Auton. Syst. 77, 66–73 (2016).

[14] Pham, H.-L., Perdereau, V., Adorno, B.V.,

Fraisse, P.: Position and orientation control of

robot manipulators using dual quaternion

feedback. In: 2010 IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems

(IROS). pp. 658–663 (2010).

[15] Yang, A.T., Freudenstein, F.: Application of

Dual-Number Quaternion Algebra to the

Analysis of Spatial Mechanisms. J. Appl. Mech.

31, 300–308 (1964).

[16] Dooley, J.R., McCarthy, J.M.: Spatial rigid body

dynamics using dual quaternion components,

1991 IEEE International Conference on Robotics

and Automation, 1991. Proceedings. pp. 90–95

vol.1 (1991).

[17] Hamilton, W.R.: Elements of quaternions.

Longmans, Green, & Company (1866).

[18] Clifford: Preliminary Sketch of Biquaternions.

Proc. Lond. Math. Soc. s1-4, (1871).

[19] Sciavicco, L., Siciliano, B.: Modelling and

control of robot manipulators. Springer, London ;

New York (2000).

[20] Adorno, B.V.: Two-arm manipulation: From

manipulators to enhanced humanrobot

collaboration, Diss. Universit Pierre et Marie

Curie, France, (2011).

[21] Kajita, S., Kanehiro, F., Kaneko, K., Yokoi, K.,

Hirukawa, H.: The 3D linear inverted pendulum

mode: a simple modeling for a biped walking

pattern generation. In: 2001 IEEE/RSJ

International Conference on Intelligent Robots

and Systems, 2001. Proceedings. pp. 239–246

vol.1 (2001).

[22] Huang, Q., Yokoi, K., Kajita, S., Kaneko, K.,

Arai, H., Koyachi, N., Tanie, K.: Planning

walking patterns for a biped robot. Robot.

Autom. IEEE Trans. On. 17, 280–289 (2001).

[23] Rose, J., Gamble, J.G. eds: Human walking.

Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia

(2006).

[24] Kajita, S., Hirukawa, H., Harada, K., Yokoi, K.:

Introduction to Humanoid Robotics. Springer

Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2014).

[25] Huang, Q., Yokoi, K., Kajita, S., Kaneko, K.,

Arai, H., Koyachi, N., Tanie, K.: Planning

walking patterns for a biped robot. IEEE Trans.

Robot. Autom. 17, 280–289 (2001).

[26] Kajita, S., Kanehiro, F., Kaneko, K., Fujiwara,

K., Harada, K., Yokoi, K., Hirukawa, H.: Biped

walking pattern generation by using preview

control of zero-moment point. In: Robotics and

Automation, 2003. Proceedings. ICRA’03. IEEE

International Conference on. pp. 1620–1626.

IEEE (2003).

Nguyễn Văn Tiến Anh sinh năm

1992. Anh nhận bằng kỹ sư chuyên

ngành Cơ điện tử, Đại học Bách khoa

(HCMUT) năm 2015. Từ 2013 Tiến

Anh là thành viên của HiTech

Mechatronics Lab, HCMUT và từ

2016 là Nghiên cứu viên của Trung

tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công

nghệ Cơ khí Bách khoa. Hướng

nghiên cứu chính hiện nay là Thiết bị

Cơ-Y-Sinh và Humanoid Robot.

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 41

Page 24: Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc ...grad.hcmut.edu.vn/hv/filebaibaohv/1570055.pdf2006, VCM-2008, VCM-2010, VCM-2012, VCM-2014, Hội

Trần Thiên Phúc sinh năm 1965,

nhận bằng kỹ sư Cơ khí Chế tạo Máy

tại trường Đại học Bách khoa Tp.

HCM (HCMUT) năm 1987, bằng thạc

sỹ Cơ khí Chế tạo Máy cũng của

HCMUT năm 1995 và tiến sỹ Cơ điện

tử của trường ĐHQG Pukyong, Hàn

Quốc. Giảng viên HCMUT từ năm

1987 đến nay. Lĩnh vực nghiên cứu

hiện nay: Động lực học Cơ hệ, Tự động

hoá Công nghiệp và các phương pháp gia công đặc biệt.

Nguyễn Tấn Tiến sinh năm 1968,

nhân băng ky sư Cơ khi Chê tao may

cua trương ĐH Bach khoa Tp. HCM

(HCMUT) năm 1990, nhân băng Thac

sy Cơ điên tư năm 1998 va Tiên sy Cơ

điên tư năm 2001 cua Trương ĐHQG

Pukyong, Han Quôc. Tư năm 1990 anh

la giang viên bô môn Thiêt kê may va

tư năm 2005 la giang viên bô môn Cơ

điên tư, HCMUT. Linh vưc nghiên cưu

hiên nay: ly thuyêt điêu khiên, humanoid robot, hê thông cơ

điên tư va các ưng dung trong linh vưc tư đông hoa công

nghiêp.

Hội nghị toàn quốc lần thứ 8 về Cơ Điện tử - VCM-2016

VCM-2016 42