Hệ thống điều khiển trong robot là một tập hợp các thiết bị, cảm biến và thuật toán được sử dụng để ước tính hành vi động của một hệ thống thực hoặc hệ thống mô phỏng. Nói cách khác, đó là thứ giúp robot của bạn đi đúng hướng.
Bằng cách hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống này, bạn có thể thiết kế và lập trình các rô bốt có khả năng điều hướng môi trường và phản ứng với các kích thích bên ngoài tốt hơn.
Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về các hệ thống điều khiển khác nhau và cách chúng được sử dụng trong các ứng dụng robot.
Hệ thống điều khiển trong Robotics hoạt động như thế nào?
Để robot có thể di chuyển và tương tác với môi trường của nó, nó cần một hệ thống điều khiển. Hệ thống này thu thập dữ liệu từ các cảm biến và chuyển nó thành hành động.
Ví dụ, nếu một robot cần di chuyển về phía trước, hệ thống điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến động cơ để thực hiện điều đó. Hệ thống điều khiển cũng chịu trách nhiệm cho các nhiệm vụ như điều hướng, tránh chướng ngại vật và nhặt đồ vật.
Có hai loại hệ thống điều khiển chính được sử dụng trong robot: tập trung và Phân quyền. Hệ thống điều khiển tập trung thường được sử dụng cho các nhiệm vụ đơn giản, như di chuyển rô bốt theo đường thẳng.
Trong loại hệ thống này, tất cả các cảm biến và cơ cấu chấp hành được kết nối với một bộ điều khiển trung tâm. Bộ điều khiển quyết định hành động cần thực hiện dựa trên dữ liệu nó nhận được từ các cảm biến.
Hệ thống điều khiển phi tập trung được sử dụng cho các nhiệm vụ phức tạp hơn, như điều hướng và thao tác đối tượng. Trong loại hệ thống này, mỗi cảm biến và cơ cấu chấp hành có bộ điều khiển riêng.
Các bộ điều khiển này giao tiếp với nhau để quyết định hành động cần thực hiện. Hệ thống điều khiển phi tập trung linh hoạt hơn hệ thống điều khiển tập trung, nhưng chúng có thể khó thiết kế và triển khai hơn.
Hệ thống điều khiển là một trong những bộ phận quan trọng nhất của robot. Nó có nhiệm vụ chuyển dữ liệu từ các cảm biến thành hành động. Nếu không có hệ thống điều khiển được thiết kế tốt, robot sẽ không thể di chuyển hoặc tương tác với môi trường của nó.
Cách thiết kế Hệ thống điều khiển cho Robot của bạn
Khi nói đến người máy, hệ thống điều khiển là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của thiết kế. Nó chịu trách nhiệm cho robot biết phải làm gì và làm như thế nào. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về cách thiết kế hệ thống điều khiển cho rô bốt của bạn.
Chúng tôi sẽ đề cập đến các loại hệ thống điều khiển khác nhau và cách chọn loại phù hợp với nhu cầu của bạn.
Có hai loại hệ thống điều khiển chính: vòng hở và vòng kín.
Hệ thống vòng lặp mở thiết kế đơn giản hơn và rẻ hơn, nhưng chúng kém chính xác hơn và không thể điều chỉnh theo những thay đổi của môi trường.
Hệ thống vòng kín phức tạp hơn và đắt tiền hơn, nhưng chúng chính xác hơn và có thể điều chỉnh theo những thay đổi của môi trường.
Khi chọn hệ thống điều khiển cho rô bốt, bạn cần xem xét loại nhiệm vụ mà rô bốt của bạn sẽ thực hiện.
Ví dụ: nếu robot của bạn di chuyển đồ vật từ nơi này sang nơi khác, bạn sẽ cần một hệ thống điều khiển vòng kín để nó có thể điều chỉnh độ bám và vị trí của nó để tránh làm rơi đồ vật.
Mặt khác, nếu robot của bạn thực hiện một công việc lặp đi lặp lại như hàn, bạn có thể sử dụng hệ thống vòng lặp mở.
Một cân nhắc quan trọng khác là mức độ chính xác mà bạn cần. Ví dụ, nếu robot của bạn đang lắp ráp các bộ phận nhỏ, bạn sẽ cần một hệ thống điều khiển rất chính xác.
Mặt khác, nếu rô-bốt của bạn làm việc gì đó như sơn hàng rào, bạn có thể sử dụng một hệ thống kém chính xác hơn.
Khi bạn đã xem xét loại nhiệm vụ mà rô bốt của bạn sẽ thực hiện và mức độ chính xác bạn cần, bạn có thể bắt đầu thu hẹp các tùy chọn của mình.
Các loại hệ thống điều khiển khác nhau-
PID bộ điều khiển là loại phổ biến nhất của hệ thống điều khiển. Họ sử dụng một vòng phản hồi để liên tục điều chỉnh đầu ra của robot dựa trên sự khác biệt giữa kết quả mong muốn và kết quả thực tế. Bộ điều khiển PID rất chính xác, nhưng chúng có thể khó điều chỉnh.
Mờ bộ điều khiển logic tương tự như bộ điều khiển PID, nhưng chúng sử dụng một dạng phản hồi đơn giản hơn. Bộ điều khiển logic mờ dễ thiết kế và điều chỉnh hơn, nhưng chúng không chính xác như bộ điều khiển PID.
Thần kinh bộ điều khiển mạng là loại hệ thống điều khiển phức tạp nhất. Họ sử dụng trí tuệ nhân tạo để học hỏi và thích ứng với những thay đổi của môi trường. Bộ điều khiển mạng nơ-ron rất chính xác và có thể rất hiệu quả, nhưng chúng cũng rất đắt.
Bây giờ bạn đã biết các loại hệ thống điều khiển khác nhau, bạn cần quyết định loại nào phù hợp với robot của mình. Loại hệ thống điều khiển bạn chọn sẽ phụ thuộc vào loại nhiệm vụ mà rô bốt của bạn sẽ thực hiện, mức độ chính xác bạn cần và ngân sách của bạn.
Khái niệm cơ bản về Hệ thống điều khiển cho người máy
Hệ thống điều khiển là một phần quan trọng của người máy. Chúng cho phép robot được điều khiển và định hướng, đồng thời cho phép chuyển động và hoàn thành nhiệm vụ.
Có một số loại hệ thống điều khiển khác nhau, nhưng tất cả chúng đều hoạt động cùng nhau để giúp robot hoạt động. Nếu không có hệ thống điều khiển, một con robot sẽ trở nên vô dụng!
Ba loại chính của hệ thống điều khiển là cơ khí, điện tử và khí nén. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy điều quan trọng là bạn phải chọn loại phù hợp với Robot.
Hệ thống điều khiển cơ khí là loại hệ thống điều khiển đơn giản và phổ biến nhất. Họ sử dụng các bộ phận vật lý để di chuyển robot, chẳng hạn như bánh răng, đòn bẩy và ròng rọc.
Hệ thống điều khiển cơ thường được sử dụng trong các robot nhỏ, vì chúng ít tốn kém hơn và dễ bảo trì hơn các hệ thống điều khiển điện tử hoặc khí nén.
Hệ thống điều khiển điện tử sử dụng tín hiệu điện để di chuyển robot. Chúng chính xác hơn hệ thống điều khiển cơ học, nhưng chúng cũng đắt hơn. Hệ thống điều khiển điện tử thường được sử dụng trong các robot công nghiệp lớn, vì chúng có thể xử lý các nhiệm vụ phức tạp hơn.
Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng khí nén để di chuyển robot. Chúng tương tự như các hệ thống điều khiển điện tử, nhưng chúng ít tốn kém hơn.
Hệ thống điều khiển khí nén thường được sử dụng trong các robot nhỏ, vì chúng ít tốn kém hơn và dễ bảo trì hơn các hệ thống điều khiển điện tử hoặc khí nén.
Mẹo để Điều chỉnh Hệ thống Điều khiển của bạn để có Hiệu suất Tối ưu
Khi nói đến robot, hệ thống điều khiển là thứ đảm bảo rằng robot của bạn di chuyển theo cách bạn muốn. Nếu bạn không cẩn thận, rô bốt của bạn có thể tiêu tốn rất nhiều năng lượng, hoặc thậm chí tệ hơn là bị lật.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn một số mẹo về cách tinh chỉnh hệ thống điều khiển của bạn để có hiệu suất tối ưu.
Điều đầu tiên bạn cần tính đến là trọng lượng của rô bốt. Các rô bốt nặng hơn đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để di chuyển, vì vậy bạn sẽ cần phải tăng mô-men xoắn của các bộ truyền động của mình cho phù hợp.
Bạn cũng cần chú ý đến độ cứng của cơ cấu chấp hành. Nếu chúng quá cứng, robot của bạn sẽ gặp khó khăn khi di chuyển; nếu chúng quá linh hoạt, rô bốt của bạn sẽ hoạt động kém hiệu quả và thậm chí có thể bị lật.
Điều tiếp theo bạn cần xem xét là loại địa hình mà robot của bạn sẽ hoạt động. Nếu nó sẽ di chuyển trên địa hình gồ ghề, bạn sẽ cần phải tăng lực cho các bộ truyền động của mình.
Mặt khác, nếu xe di chuyển trên địa hình trơn, bạn có thể giảm lực của bộ truyền động.
Cuối cùng, bạn cũng cần tính đến dáng đi của robot của mình. Nếu bạn muốn rô-bốt của mình di chuyển trơn tru, bạn sẽ cần sử dụng thuật toán kiểm soát để tiết kiệm năng lượng.
Mặt khác, nếu bạn muốn robot của mình di chuyển nhanh, bạn có thể sử dụng dáng đi ít tốn năng lượng hơn nhưng hoàn thành công việc nhanh hơn.
Bằng cách tính đến tất cả các yếu tố này, bạn có thể tinh chỉnh hệ thống điều khiển của mình để có được hiệu suất tốt nhất từ rô bốt của bạn.
Liên kết nhanh
Kết luận- Hệ thống điều khiển trong Robotics 2024
Người máy đưa ra một góc nhìn thú vị về lý thuyết điều khiển. Trong bài đăng trên blog này, chúng tôi đã xem xét một mô hình đơn giản hóa của một hệ thống rô bốt và nghiên cứu ảnh hưởng của phản hồi và điều khiển chuyển tiếp đối với sự ổn định của nó.
Chúng tôi nhận thấy rằng việc thêm thông tin phản hồi đã cải thiện tính ổn định của hệ thống, trong khi điều khiển chuyển tiếp có tác dụng ngược lại. Những kết quả này rất quan trọng đối với các kỹ sư chế tạo người máy, những người phải cẩn thận cân bằng sự ổn định với các yếu tố khác như tốc độ và độ chính xác.
