Hoạch định quỹ đạo cho robot UP6 tránh vật cản theo giải thuật probabilistic roadmap có xem xét độ uyển chuyển của các góc khớp = Path planning for UP6 robot to avoid obstacles using the probabilistic roadmap algorithm with consideration of the joint flexibilty

Abstract

Hoạch định quỹ đạo cho cánh tay robot tránh vật cản hoạt động trong môi trường 3D là bài toán đang được quan tâm để giải quyết cho robot tự hành sẽ được ứng dụng rất nhiều trong đời sống. Với sự phát triển của hệ thống Camera Stereo thì việc xác định được 6DOF của đối tượng đã được giải quyết khá tốt, do đó nếu cánh tay robot tự hoạch định được quỹ đạo để di chuyển tránh vật cản, tiếp cận đối tượng, gắp và đưa đối tượng về vị tri xác định trước trong môi trường 3D đang được quan tâm nghiên cứu và phát triển để hoàn thiện quy trình cho Robot tự hành [1, 2]. Trong bài báo này, tác giả đề xuất giải pháp hoạch định quỹ đạo, tránh vật cản cố định cho cánh tay robot UP6-6DOF dựa trên giải thuật Probabilistic Roadmap (PRM) [3, 4] có xem xét đến sự uyển chuyển của các góc khớp để nâng cao độ bền cơ cũng như giảm sự rung lắc điểm làm việc EE (End-Effector) của cánh tay Robot. Trong phương pháp hoạch định quỹ đạo dựa trên PRM, đầu tiên bản đồ (Roadmap) dưới dạng lưới hình lập phương được xây dựng trong hệ trục tọa độ (x, y, z) đã loại bỏ vật cản được minh họa trong hình 1. Sau khi xác định được 6DOF của đối tượng từ hệ thống Camera gọi là điểm F (Finish) và với vị trí hiện tại của điểm EE gọi là điểm S (Start), dựa trên thuật toán tối ưu quãng đường di chuyển của điểm EE men theo các E (Edge) trong bản đồ Roadmap để di chuyển từ điểm S đến điểm F ta tìm được quỹ đạo trong không gian 3D (x, y, z) được minh họa trong hình 4. Thông qua bài toán động học ngược trong phần mềm RohoDK, ta dễ dàng thu thập được tập nghiệm (q₁,q₂, q₃, q₄, q₅, q₆) theo thời gian của cánh tay robot UP6 thỏa mãn điểm EE của robot di chuyển dọc theo quỹ dạo vừa xây dựng được. Tuy nhiên, quỹ đạo xây dựng trong Roadmap sẽ có điểm gãy trong không gian 3D tại các Nút N (Node), thông thường tại các nút thì trong không gian tập nghiệm góc khớp cũng xảy ra điểm gãy [5]. Do đó, trong không gian tập nghiệm thì bộ điều khiển động lực của các góc khớp không được trơn tru và uyển chuyển tại các điểm gãy này. Hệ quả gây ra rung lắc điểm EE và giảm tuổi thọ của các cơ cấu cơ khí. Để cải thiện chất lượng điều khiển Robot, một đoạn chương trình được phát triển để dò ra các điểm gãy trong không gian nghiệm góc khớp, sau đó giải thuật Cubic Spline interpolation not-a-knot [6] được áp dụng tại các điểm gãy này với độ trơn tru hàm bậc 3 để các bộ góc khớp của UP6 được mềm mại và uyển chuyển hơn.