Chương 3: Phương pháp điều hướng robot theo phản ứng Như phân tích ở phần trên, phương pháp điều hướng có tính toán có nhiều ưu điểm đối với quá trình điều hướng cho mobile robot. Tuy nhiên, điều hướng có tính toán thường y êu cầu khối lượng tính toán tương đối lớn và phương pháp này tỏ ra không tối ưu khi môi trường hoạt động của robot thay đổi. - Phương pháp điều hướng theo phản ứng ra đời nhằm giải quyết các vấn đề có liên quan tới môi trường không biết trước hoặc môi trường thường xuyên thay đổi . Đ iều hướng theo phản ứng khắc phục được những hạn chế của phương pháp điều hướng tính toán, giúp giảm khối lượng tính toán, tăng tốc độ xử lý trong môi trường phức tạp. Điều hướng theo phản ứng là phương pháp kết hợp các phản ứng thực hiện một cách tự động với các kích thích từ cảm biến để điều khiển robot sao cho an toàn và đạt hiệu suất cao nhất. Phương pháp này đặc biệt phù hợp đối với những ứng dụng nơi mà môi trường là hoàn toàn động hoặc không biết trước, ví dụ như trong không gian hoặc dưới nước. Tron g thực tế, các thiết bị vệ tinh thám hiểm kiểu robot đã sử dụng phương pháp điều hướng theo phản ứng, lí do là phương pháp điều hướng theo tính toán đòi h ỏi việc lập kế hoạch phức tạp có quá nhiều phép tính toán bị giới hạn bởi khả năng của bộ nhớ và tốc độ tính toán. Điều hướng theo phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện thời của robot và đòi h ỏi rất ít các phép tính toán để tác động lại môi trường hoạt động. - Tuy nhiên, phương pháp điều hướng theo phản ứng cũng có nhiều mặt hạn chế, việc không có kế hoạch toàn cục có thể khiến cho quá trình điều khiển gặp phải những khó khăn. Các hoạt động tối ưu cục bộ chủ yếu thu được nhờ điều khiển theo phản ứng, chính vì thế mà có thể gây ra hiện tượng lệch hướng toàn cục. Trong phương pháp điều hướng theo tính t oán, hệ thống không bao giờ mất tầm quan sát đích trong khi các hệ thống điều hướng theo phản ứng cần phải giữ các đích tức thời để độ lệch hướng so với đích toàn cục l à không quá lớn. - Một thuận lợi ở điều hướng theo phản ứng so với các phương pháp tính toán đó là khả năng mở rộng bộ điều khiển để thêm vào các thành ph ần phản ứng khác mà không cần phải điều chỉnh lại toàn bộ phần mềm điều khiển. Chính vì thế, ta có thể dễ dàng bổ xung thêm tính năng cho robot bằng cách th êm vào các hoạt động mới mà không làm thay đổi những hoạt động đã có trước. Ví dụ, để robot phản ứng với một kích thích thu được từ một cảm biến mới, ta chỉ cần thêm một thành phần khác vào bộ điều khiển để nó phản ứng với kích thích thu được từ cảm biến đó. Còn ở các phương pháp tính toán, bạn cần phải xây dựng một thuật toán ho àn toàn m ới để sử dụng dữ liệu thu được từ cảm biến mới được thêm vào này. -Trong th ời kỳ đầu, các nhà nghiên cứu đã thiết kế hệ thống điều hướng thuần tuý phản ứ ng bằng cách dựa vào hoạt động của côn trùng để áp dụng v ào kỹ thuật robot. Nhiều nghiên cứu về hệ thống sinh học đã được ứng dụng cho quá trình điều khiển mobile robot. Chuyển động của một số loại côn trùng trong thế giới sinh học có thể được sử dụng để xây dựng thành công các thuật toán điều khiển hoạt động cho robot. Ví dụ, khi nghi ên cứu về hành vi c ủa một con gián, các nhà khoa học nhận ra một con gián chỉ có một vài hoạt động riêng biệt. Các hoạt động này có thể bao gồm hoạt động tìm thức ăn, hoạt động tránh ánh sáng và hoạt động sinh sản. Dựa vào những gì mà cảm nhận được, con gián sẽ quyết định thực hiện một trong số những hoạt động trên. Nếu con gián cảm thấy đói, nó sẽ lục lọi để tìm thức ăn. Tuy nhiên, nếu một bóng đèn ch ợt bật sáng, con gián đó sẽ từ bỏ việc tìm kiếm thức ăn và chui ngay vào g ầm tủ lạnh chẳng hạn. Đây là một ví dụ về điều khiển theo phản ứng. Dựa vào những kích thích hiện thời, con gián sẽ chọn một hoạt động thích hợp mà không cần phải lập kế hoạch hay tính toán gì cả. Vậy thì tại sao những hoạt động như thế lại không thể được dịch thành những thuật toán điều khiển đơn giản cho robot. Đây chính là những lý thuyết cơ bản của kỹ thuật điều khiển dựa hành vi (behavior-base control) cho mobile robot. 1.3.3.Phương pháp điều khiển lai ghép Điều hướng lai ghép là phương pháp kết hợp các ưu điểm của phương pháp điều hướng theo tính toán truyền thống với các hệ thống điều hướng dựa phản ứng. Mỗi phương pháp đều có những nhược điểm mà phương pháp kia có thể khắc phục được. Phương pháp điều hướng theo tính toán gặp phải khó khăn khi hoạt động trong các môi trường động, là nơi yêu cầu khả năng tính toán nhanh cũng như các kỹ năng tránh vật cản. Nếu phương pháp điều hướng theo phản ứng không kết hợp với bất cứ quá tr ình lập kế hoạch chuyển động nào thì có thể sẽ không đưa robot theo quỹ đạo tối ưu. Phương pháp điều khiển lai ra đời nhằm kết hợp các hoạt động có tính toán bậc cao với các hoạt động phản ứng bậc thấp. Các ho ạt động phản ứng giúp robot an toàn và xử lý các tình trạng khẩn cấp trong khi phần điều khiển có tính toán sẽ giúp robot đạt được mục đích cuối cùng. Phương pháp điều khiển lai ghép có thể cho ta kết quả kha quan hơn khi chỉ sử dụng phương pháp điều hướng theo phản ứng hoặc điều hướng theo tính toán. . dịch thành những thuật toán điều khiển đơn giản cho robot. Đây chính là những lý thuyết cơ bản của kỹ thuật điều khiển dựa hành vi (behavior-base control) cho mobile robot. 1 .3. 3 .Phương pháp điều. Chương 3: Phương pháp điều hướng robot theo phản ứng Như phân tích ở phần trên, phương pháp điều hướng có tính toán có nhiều ưu điểm đối với quá trình điều hướng cho mobile robot. Tuy. điều khiển lai ghép Điều hướng lai ghép là phương pháp kết hợp các ưu điểm của phương pháp điều hướng theo tính toán truyền thống với các hệ thống điều hướng dựa phản ứng. Mỗi phương pháp đều