Mô phỏng 3D tay máy robot ứng dụng phần mềm Matlab Simcape và Solidworks

MÔ PHỎNG 3D TAY MÁY ROBOT ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB
SIMCAPE VÀ SOLIDWORKS
Huỳnh Minh Triết, Trần Cao Minh, Mohamed Arifine Lê Bình, Phạm Công Danh*
*Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP. Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Lê Tấn Sang

TĨM TẮT
Trong xu hướng cơng nghiệp hóa hiện nay, các nhà máy đều quan tâm đến vấn đề tự động hóa, vừa tăng năng
suất lao động, vừa giảm chi phí vận hành. Và cánh tay robot xuất hiện phổ biến trong các hệ thống tự động
ngày nay, trở thành chủ đề nghiên cứu cho nhiều nhà khoa học và kể cả sinh viên. Ở môi trường đại học, việc
tiếp cận các cánh tay robot thực tế tương đối hạn chế. Do đó, nhóm đã nghiên cứu cách mơ phỏng 3D tay máy
robot để hỗ trợ cho việc học tập, trực quan hơn, dễ tiếp thu hơn. Nhóm thực hiện vẽ 3D trên phần mềm
solidworks. Sau đó, mơ hình 3d được xuất qua phần mềm Matlab. Cuối cùng, tạo giao diện để điều khiển robot.
Từ khóa: robot, tay máy, solidworks, matlab.
1. GIỚI THIỆU
Kể từ năm 1921, cụm từ ‘robota’ ra đời để chỉ một loại máy tự động hoạt động giống tay người, robot đã phát
triển mạnh mẽ cho đến ngày nay. Tay máy robot được ứng dụng để gắp vật, sơn, hàn, dán nhãn và hàng loạt
các công việc khác. Trong hầu hết các ứng dụng đó, việc điều khiển chính xác bộ phận cơng tác ln đóng vai
trị quan trọng. Và để thuận lợi cho quá trình lập trình điểu khiển đạt được kết quả mong muốn, chúng ta cần
mô phỏng và thử nghiệm các giải thuật điều khiển trên máy tính. Mơ hình giúp chúng ta quan sát quá trình vận
hành của robot, giúp chúng ta kiểm tra xem có xảy ra lỗi trong giải thuật hay khơng. Có thể thấy, mơ phỏng
hoạt động cho cánh tay robot là hữu ích và cần thiết.
Nhiều bài báo đã đưa ra phương pháp mô phỏng cho cánh tay robot. “Modeling and Simulation of 5 DOF
educational robot arm” đã thực hiện phần mềm mô phỏng cánh tay robot 5 bậc ứng dụng trong các trường đại
học [1]. "Software Development For the Kinematic Analysis Of A Lynx 6 Robot Arm" đã đưa ra phần mềm
phân tích động học và mơ phỏng [2]. Tác giả của bài báo “Modeling Motion Control System for Motorized
Robot Arm using Matlab” dùng matlab để mô phỏng chuyển động của cánh tay robot [3]. Hay trong công bố
mang tên “Development of Robot Simulation Software for Five Joints Mitsubishi RV-2AJ Robot using
MATLAB/Simulink and V-Realm Builder”, tác giả cũng dùng matlab simulink ứng dụng cho việc mơ phỏng
robot [4].
Từ đó, nhóm đặt mục tiêu nghiên cứu phương pháp mơ phỏng 3d cho tay máy robot. Việc vẽ 3d được thực hiện

249


trên phần mềm solidworks. Cịn việc lập trình điều khiển được thực hiện trên phần mềm Matlab. Bố cục trình
bày gồm phần 1: giới thiệu; phần 2: thiết kế mô hình 3d trên solidworks; phần 3: Liên kết giữa solidworks và
matlab; phần 4: thiết kế giao diện điều khiển; và cuối cùng phần 5 là kết luận và hướng phát triển.
2. THIẾT KẾ MƠ HÌNH 3D TRÊN SOLIDWORKS
4.3 Vẽ 3d
Robot nhóm chọn để mơ phỏng là robot scara của hãng Mitshubishi có mã RH-3FRH (Hình 1).

Hình 1: Robot SCARA RH-3FRH
Robot gồm 4 bậc tự do, nhưng để đơn giản cho q trình mơ phỏng, chuyển động quay ở khâu cuối được bỏ
qua. Khi đó robot cịn 3 bậc tự do, có sơ đồ ngun lý như Hình 2.

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý robot

250


Hình 3: Mơ hình 3d khâu 0

Hình 4: Mơ hình 3d khâu 1

Hình 5: Mơ hình 3d khâu 2

Hình 6: Mơ hình 3d khâu 3

Tiến hành vẽ các khâu của robot. Ta có khâu 0 là khâu giá cố định (Hình 3), khâu 1 quay quanh khâu 0 (Hình
4), khâu 2 quay quanh khâu 1 (Hình 5), khâu 3 có khả năng tịnh tiến so với khâu 2 (Hình 6).
2.2. Đặt hệ tọa độ trên mơ hình 3d

Để xuất mơ hình sang matlab đúng theo tọa độ ở sơ đồ nguyên lý, ta cần đặt tọa độ lên các mô hình 3d (Hình
7).

251


Hình 7: Hệ tọa độ trên các khâu
3. LIÊN KẾT GIỮA SOLIDWORKS VÀ MATLAB
Để xuất mơ hình 3d từ phần mềm solidworks sang matlab, ta dùng module simcape multibody link. Cài đặt
module trên solidworks sẽ có dịng lệnh như Hình 8.

Hình 8: Simcape cài đặt trên Solidworks
Các bước thực hiện được mơ tả ở Hình 9.

Hình 9: Các bước xuất mơ hình từ solidworks sang Matlab
Kết quả, mơ hình 3d được biến đổi thành các khối trong Matlab Simulink (Hình 10).

252


Hình 10: Mơ hình robot trên Matlab
4. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN
Dựa trên các khối được tạo trong matlab simulink, nhóm tiến hành đưa các tham số biến khớp vào mơ hình mơ
phỏng, thơng qua giao diện người dùng trực quan (Hình 11).
Từ đó, có thể điểu khiển các biến khớp, và quan sát robot hoạt động trên phần mềm Matlab (Hình 12).

Hình 11: Giao diện điều khiển

253

Hình 12: Robot được mơ phỏng trên Matlab
5. KẾT LUẬN
Theo mục tiêu đề ra, nhóm đã thực hiện được việc mô phỏng 3d cho cánh tay robot dùng phần mềm Matlab và
solidworks. Việc mô phỏng này tạo thuận lợi cho việc kiểm tra các giải thuật điều khiển áp dụng cho robot.
Hiện tại nhóm đang dừng lại ở mơ phỏng động học. Cơng việc sắp tới, nhóm có thể xem xét đến khối lượng
của các khâu, và từ đó xem xét bài toán động lực học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mohammed Abu Qassem; Iyad Abuhadrous; Hatem Elayd, “Modeling and Simulation of 5 DOF
educational robot arm”, 2010 2nd International Conference on Advanced Computer Control, 2010.
[2] Baki koyuncu and Mehmet Güzel, “Software Development For the Kinematic Analysis Of A Lynx 6 Robot
Arm”, 2007.
[3] Chun Htoo Aung, Khin Thandar Lwin and Yin Mon Myint, “Modeling Motion Control System for
Motorized Robot Arm using Matlab”, Proceedings Of World Academy Of Science Engineering And
Technology, 2008.
[4] Muhammad Ikhwan Jambak, Habibollah Haron and Dewi Nasien, “Development of Robot Simulation
Software for Five Joints Mitsubishi RV-2AJ Robot using MATLAB/Simulink and V-Realm Builder”, Fifth
International Conference on Computer Graphics Imaging and Visualization, 2008.

254