Mô phỏng chạy bằng những con số: khối lượng, ma sát, độ cứng, giảm chấn. Phần lớn các con số đó được đặt theo giá trị mặc định hoặc theo phỏng đoán. Đo chúng trên máy thật là cách rẻ nhất để mô phỏng bớt sai.
Tham số nào đáng đo trước
Không phải tham số nào cũng ảnh hưởng như nhau. Thứ tự ưu tiên thường như sau.
- Ma sát khớp và giảm chấn: ảnh hưởng trực tiếp tới cách robot chuyển động và dừng lại.
- Khối lượng và mô men quán tính của tay kẹp cùng tải: quyết định gia tốc đạt được.
- Độ trễ của chuỗi điều khiển: dễ đo và ảnh hưởng lớn.
- Ma sát tiếp xúc giữa tay kẹp và vật: khó đo nhất nhưng quyết định trong thao tác cầm nắm.
- Độ cứng của kết cấu: chỉ quan trọng khi tải nặng hoặc cần độ chính xác cao.
Ba mục đầu đo được bằng thiết bị có sẵn trên chính robot, không cần dụng cụ chuyên dụng.
Thiết kế chuỗi thử để thu dữ liệu
Dữ liệu tốt cho hiệu chỉnh phải kích thích được hiện tượng bạn muốn đo.
Để đo ma sát khớp, cho khớp chạy ở nhiều tốc độ khác nhau, cả hai chiều, và ghi lại dòng điện động cơ cùng vị trí. Ma sát thể hiện ở phần lực cần thiết ngoài phần dùng để tăng tốc và thắng trọng lực.
Để đo độ trễ, phát một lệnh thay đổi đột ngột và đo thời gian tới khi robot bắt đầu phản ứng.
Để đo đặc tính động lực học tổng thể, cho robot đi qua nhiều tư thế với nhiều mức tải và ghi toàn bộ.
Nguyên tắc chung: chuyển động phải đa dạng. Dữ liệu thu từ một chuyển động duy nhất chỉ đủ để khớp tham số cho chính chuyển động đó.
So sánh và điều chỉnh
Sau khi có dữ liệu thật, chạy đúng chuỗi lệnh đó trong mô phỏng và so sánh.
So cái gì thì tuỳ mục tiêu: vị trí khớp theo thời gian, dòng điện hoặc mô men, và với thao tác thì cả lực tiếp xúc.
Việc điều chỉnh có thể làm thủ công — đổi một tham số, chạy lại, xem sai lệch giảm hay tăng — hoặc tự động bằng cách để thuật toán tối ưu tìm bộ tham số làm sai lệch nhỏ nhất.
Cách tự động nhanh hơn nhưng có rủi ro: thuật toán có thể tìm ra bộ tham số khớp rất tốt với dữ liệu đã có nhưng vô nghĩa về mặt vật lý, và không tổng quát hoá được. Vì vậy nên giới hạn dải tìm kiếm trong khoảng hợp lý về vật lý và kiểm chứng trên một chuỗi thử khác với chuỗi dùng để hiệu chỉnh.
Giới hạn của phương pháp
Hiệu chỉnh không xoá được khoảng cách, chỉ thu hẹp nó, và có ba lý do.
Mô hình có dạng sai. Nếu mô phỏng dùng một mô hình ma sát quá đơn giản so với thực tế, không giá trị tham số nào làm nó đúng được. Đây là giới hạn về cấu trúc, không phải về tham số.
Tham số thay đổi theo điều kiện. Ma sát khớp khác nhau khi máy nguội và khi máy đã chạy ấm. Một giá trị duy nhất không mô tả được cả hai.
Tham số thay đổi theo thời gian. Bộ truyền mòn, mỡ xuống cấp, tay kẹp mất lực. Hiệu chỉnh hôm nay sẽ lệch dần sau vài tháng.
Vì vậy hiệu chỉnh nên đi kèm ngẫu nhiên hoá quanh giá trị đã hiệu chỉnh, và nên lặp lại định kỳ với các trạm chạy lâu dài.
Một quy trình gọn để bắt đầu
- Chọn ba tham số ảnh hưởng lớn nhất tới nhiệm vụ của bạn.
- Thiết kế một chuỗi thử ngắn kích thích được cả ba, và một chuỗi thứ hai để kiểm chứng.
- Chạy trên máy thật, ghi đầy đủ, lưu kèm điều kiện đo.
- Khớp tham số trên chuỗi thứ nhất, kiểm chứng trên chuỗi thứ hai.
- Ghi lại giá trị đã hiệu chỉnh vào hồ sơ, kèm ngày.
Bước cuối quan trọng hơn vẻ ngoài của nó: khi hiệu chỉnh lại sau vài tháng, so với giá trị cũ là biết ngay phần cứng đã thay đổi tới đâu, và đó là một chỉ báo bảo trì rất hữu ích.
Câu hỏi thường gặp
Cần thiết bị đo chuyên dụng không?
Với phần lớn tham số động lực học thì không, vì chính robot đã có cảm biến vị trí và đo được dòng điện động cơ. Thiết bị ngoài chỉ cần khi muốn đo độ chính xác tuyệt đối hoặc đo lực tiếp xúc với độ tin cậy cao.
Hiệu chỉnh mất bao lâu?
Phần thu dữ liệu thường chỉ mất vài chục phút nếu chuỗi thử đã được chuẩn bị. Phần khớp tham số và kiểm chứng có thể mất vài giờ tới vài ngày tuỳ mức độ tự động hoá và số tham số cần khớp.
Vì sao phải kiểm chứng trên chuỗi thử khác?
Vì bộ tham số khớp hoàn hảo với dữ liệu đã dùng để khớp không chứng minh được điều gì. Chỉ khi nó dự đoán đúng một chuỗi chuyển động chưa từng dùng, ta mới có bằng chứng rằng mô hình đã đúng hơn chứ không phải chỉ ghi nhớ dữ liệu.
Bao lâu nên hiệu chỉnh lại?
Với trạm chạy liên tục, nên kiểm tra định kỳ theo lịch bảo trì và bắt buộc làm lại sau khi thay tay kẹp, thay bộ truyền hoặc sau va chạm mạnh. Sai lệch giữa giá trị mới và giá trị cũ cũng là dữ liệu hữu ích về tình trạng máy.
Đọc thêm trong Mô hình thị giác–ngôn ngữ–hành động và Nền tảng & bộ công cụ.