NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CẢM BIẾN DÙNG CHO KỸ THUẬT DẪN ĐƯỜNG CÁC ROBOT DI ĐỘNG

Abstract

Robot là một hệ thống cơ điện tử, bao gồm 3 bộ phận cơ bản: bộ cảm nhận, bộ điều khiển và bộ chấp hành. Những năm gần đây, nhu cầu phát triển các robot di động cùng với việc thông minh hóa robot đã dẫn đến sự bùng nổ trong nghiên cứu phát triển các hệ thống robot di động tự trị (autonomous mobile robot) trên thế giới. Robot tự trị có chương trình điều khiển được nạp sẵn trong bộ nhớ của nó, được lưu trữ theo kiểu không bay hơi (non-volatile) để cho phép một khi được khởi động robot có thể hoạt động độc lập mà không cần các tác nhân điều khiển nào khác. Có nghĩa là robot có thể tự thích nghi với sự thay đổi của môi trường để tiếp tục đạt tới một mục đích nào đó. Điều này khác hẳn với các robot công nghiệp thông thường thực ra chỉ là những máy tự động được lập trình lặp đi lặp lại. Vấn đề chính yếu trong các nghiên cứu về robot di động hiện nay là bài toán dẫn đường cho robot. Leonard và Durant-Whyte (1991) đã tóm tắt bài toán chung của dẫn đường robot di động là việc trả lời 3 câu hỏi: “robot đang ở đâu ?”, “robot sẽ đi tới đâu ?”, và “robot sẽ đi tới đó như thế nào ?” Để trả lời cho 3 câu hỏi này robot phải có sẵn hoặc tự xây dựng trong bộ nhớ của nó một mô hình môi trường, phải nhận biết và phân tích môi trường, tự xác định vị trí của nó trong môi trường để sau cùng là lập kế hoạch và điều khiển chuyển động đến đích. Việc nghiên cứu sử dụng các cảm biến và hệ thống phần cứng hiện đại cũng như phát triển các giải thuật phần mềm nhằm tăng độ tin cậy của ước lượng vị trí robot là để giải quyết câu hỏi thứ nhất: định vị robot trong môi trường của nó. Vị trí của robot được tính từ những số đo của các cảm biến đặt trên nó. Tuy nhiên, các cảm biến này dù hoàn hảo đến đâu cũng còn những nhược điểm so với loại khác và độ chính xác bị hạn chế vì ảnh hưởng của can nhiễu. Do vậy, kết quả định vị nhận được từ số đo của từng cảm biến riêng rẽ thường bị giới hạn về độ chính xác và tin cậy. Để giải quyết bài toán này, trong những thập niên gần đây phương pháp tổng hợp cảm biến (sensor fusion) đã được áp dụng nhằm nâng cao độ chính xác và tin cậy của các ước lượng trạng thái robot. Nói một cách hình ảnh, tổng hợp cảm biến chính là việc kết hợp số liệu ra từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau theo một cách nào đó để tạo nên được một bức tranh về thế giới quanh robot được trung thực và mạch lạc hơn.