tìm hiểu về Robot mpl800 ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KĨ THUẬT ROBOT
ĐỀ TÀI : ROBOT MPL800 II
GVHD : PGS.TS.
Nhóm 1

Hà Nội, 7/2023


MỤC LỤC

35

1


LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của khoa học và kĩ thuật đã đem lại nhiều thành tựu to lớn, đi
kèm với những thành cơng đó là những phát minh lịch sử thể hiện sự đột phá trong
tư duy sáng tạo của con người. Và phát minh mang tên Robot đã được lịch sử
chứng minh vai trị quan trọng của nó, ngay từ khi ra đời những Robot thô sơ nhất
đã có thể thay thế con người trong một số hoạt động sản xuất, đồng thời đem lại
hiệu suất cao hơn. Hiện nay, càng nhiều loại Robot tân tiến được tạo ra nhằm đáp
ứng các yêu cầu càng cao trong xã hội. Có thể thấy Robot dần trở thành một tồn tại
không thể thiếu trong cuộc sống, tất nhiên những chủ đề, đề tài tìm hiểu nghiên
cứu và phát triển Robot cũng trở thành tâm điểm và luôn được quan tâm.
Ở trong bài tập lớn này chúng em xin trình bày tìm hiểu của mình về Robot
MPL800II do hãng Yaskawa sản xuất. Tuy vậy, trong lúc tìm hiểu chúng em
khơng tránh khỏi những thiếu sót, mong cơ bổ sung và sửa chữa để bài tập lớn của

chúng em thêm hoàn thiện.

2


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ROBOT MPL800 II
1. ROBOT MPL800 II

Hình 1.1. Robot MPL800II
1.1.

Giới thiệu

Robot MOTOMAN-MPL800 II được sản xuất bởi Yaskawa Motoman là một
công ty con của Mỹ thuộc công ty Yaskawa Electric Corporation của Nhật Bản.
Robot công nghiệp MPL800 II là loại robot có tốc độ cao, tính linh hoạt và hiệu
suất làm việc lớn, đảm bảo độ tin cậy chính xác.
Robot MPL800 II là dịng robot chuyên dụng, thích hợp và được ưu tiên dùng
cho các ứng dụng nâng bốc, di chuyển hàng có khối lượng lớn lên đến 800kg, sử
dụng trong rất nhiều ngành như: nước giải khát, thực phẩm, gạch, xi măng…do các
đặc điểm chuyên dụng của robot MPL.
1.2. Tính năng của robot
Đây là một robot 4 trục rất linh hoạt, có thể kết hợp trong hệ thống nhiều băng
tải và vị trí đặt pallet, lý tưởng cho việc xếp dỡ hàng hóa, chọn đơn hàng và các
nhiệm vụ hậu cần khác để tự động hóa đầu cuối dây chuyền hoặc trung tâm phân
phối.
3


Các tính năng của Motoman MPL800 bao gồm tốc độ trục nhanh, tăng tốc

mượt mà,hệ thống cáp điện động lực, điều khiển và đường dẫn khí được lắp đặt
bên trong.
Có thể mở rộng khả năng hoạt động của robot bằng cách thêm phần cứng ngoại
vi và phần mềm của robot.
1.3. Hệ thống điều khiển robot
Trục T có momen qn tính cho phép cao; tải không đối xứng được xử lý hiêu
quả mà không ảnh hưởng đến tốc độ hoặc hiệu suất.
MPL800 II có tầm với theo chiều dọc rộng 3.024 mm và tầm với về chiều
ngang 3.159 mm mang lại cho robot này khả năng xây dựng tải trọng cao 102 inch
trên pallet tiêu chuẩn 48 inch x 40 inch. Ngồi ra, MPL800 II có cổ tay rỗng để cho
phép chuyển động cổ tay ở phạm vi rộng mà không gặp bất kỳ sự can thiệp nào.
Tay gắp robot sử dụng kết cấu khơng trung, do đó khi đi dây điện cáp nối
không bị hiện tượng dây cáp quấn vào tay robot giúp nâng cao độ an toàn độ tin
cậy và tuổi thọ của cáp.
Ống lắp đặt cáp tạo điều kiện thuận lợi cho việc định tuyến fieldbus đến cánh
tay trên và/hoặc bộ kẹp.
Robot này có sẵn với PalletsolverTM, hệ điều hành của yaskawa motorman thì
thân thiện với các phần mềm xếp dỡ hàng
Công cụ tạo mẫu đường nét của palletsolver với giao diện đồ họa trực quan cho
phép thay đổi nhanh chóng mà khơng cần tạm dừng sản xuất .
Có thể tùy chỉnh cao với từng hệ thống xếp dỡ.
1.4. Bộ điều khiển
Sử dụng bộ điều khiển robot Motoman DX100 Controller
Motoman DX100 là bộ điều khiển động thế hệ tiếp theo giao tiếp mở với khả
năng điều khiển tối đa 8 rơ bốt (tối đa 72 trục). Nó có tốc độ xử lý nhanh dẫn đến
hiệu suất cao, nội suy mượt mà và giao tiếp cởi mở. Không gian sàn có thể được sử
dụng một cách hiệu quả với việc sử dụng DX100 vì các kết nối nằm ở mặt sau của
thiết bị. DX100 sử dụng điều khiển Chuyển động Robot tiên tiến (ARM) và là loại
tốt nhất để lập kế hoạch đường đi giúp giảm thời gian giảng dạy .
Tiết kiệm năng lượng (lên đến 25%) và tuân thủ an tồn, DX100 được lập trình

thơng qua màn hình màu Windows CE nhỏ và nhẹ. Thiết bị đầu vào này có tính
năng con trỏ điều hướng hình chữ thập độc đáo giúp giảm thời gian giảng dạy và
nâng cao năng suất.
4


Ngồi ra, mặt dây chuyền có một khe cắm flash tiện lợi và nhỏ gọn để giúp sao
lưu thuận tiện và tất cả đều chứa tất cả các điều khiển của người vận hành. DX100
giảm nhu cầu về các thiết bị PLC và HMI riêng biệt. Điều này dẫn đến tiết kiệm
chi phí đáng kể khi tích hợp một workcell robot . Hơn nữa, có một chế độ bảo trì
với chức năng kiểm tra trạng thái bộ giảm tốc để giúp tăng cường khả năng khắc
phục sự cố và cảnh báo.
1.5. Ưu điểm và ứng dụng
Ưu điểm :
- Giảm chi phí nhân cơng, giảm số lượng nhân cơng lao động.
- Đảm bảo chất lượng khối xếp, tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao chất lượng của
thành phẩm, robot đóng gói và pallet.
Ứng dụng:
- Robot lắp ráp gắp nhả
- Robot đóng gói và pallet

Hình 1.2. Đóng gói, xếp dỡ

5


2. Kết cấu cơ khí

Hình 1.3. Kết cấu cơ khí
3. Thông số kĩ thuật

 Số trục điều khiển đồng thời : 4 trục
 Khả năng mang tải : 800 kg
 Khoảng hoạt động lớn nhất : 3159 mm
 Sai số lặp lại : 0,5 mm
 Trọng lượng robot : 2550 kg
 Nguồn cấp điệnX : 8 KVA
 Tầm với theo chiều dọc : 3024mm
 Tầm với theo chiều ngang : 3159mm
 Yêu cầu dòng áp : 3 pha; 240/380/575 VAC với tần số 50/60 Hz

6


Hình 1.4.Các trục trên Robot MPL800II





Trục S Axis : 65º /giây
Trục L Axis : 65º/ giây
Trục U Axis : 65º /giây
Trục T Axis : 125º /giây

7


CHƯƠNG 2 : ĐỘNG HỌC THUẬN
1. Tính tốn theo lí thuyết
1.1

Xác định hệ trục tọa độ :
 Xác định trục Zi : Zi là trục mà xung quanh nó khớp (i+1) quay
 Xác định trục Xi : Xi được xác định theo 3 trường hợp của Zi-1 và Zi đã học

Hình 2.1: Mơ hình Robot MPL800 II

1.2

Xác định bảng D-H:
8


Ta xác định các thông số của bảng D-H như sau:
- di : khoảng cách X i  1 với X i theo trục Z i  1 .
- i : góc quay của thanh nối X i  1 quanh trục Z i  1 theo quy tắc bàn tay phải để
song song với X i .
a
- i : khoảng cách từ Z i  1 tới Z i theo trục X i .
-  i : góc vặn của thanh nối Z i  1 tới Z i quanh trục Xi theo quy tắc bàn tay phải.

Bảng 2.1: Bảng Denavit-Hartenberg.
i
1

ai

αi

θi

di

a 1 = 270

90°

θ1

d 1 = 880

2

a 2 = 1250

0

θ2

0

3

a 3 = 1650

90°

θ3

0

4

0

0

θ4

0

Robot MPL 800 II có cấu trúc động học được mơ tả trên Hình 2.1. Nhiệm vụ
của 3 trục đầu là đưa trục quay thứ tư đến vị trí cần thiết. Trục thứ tư sẽ được gắn
thêm tay máy để phục vụ cho việc bốc hàng hoặc nâng vật đến vị trí cần thiết.

Ta tính tốn các ma trận chuyển vị giữa các hệ tọa độ:
T 01=Rot z(θ1).tranz (d 1) . tranx(a 1). Rot x(α 1)
9


C θ 1 −S θ1
¿ S θ1 C θ1
0
0
0
0

[

[

1
0
0
0 C (90 ° ) −S( 90° )
0 S (90 ° ) C(90 °)
0
0
0
C θ1
¿ S θ1
0
0

[

0
0
0
1

0
0
1
0

0
0
0
1

1
0
0
0

0
1
0
0

0 0
0 0
1 d1
0 1

]

T 12=Rot z (θ2 ). tranx (a 2)
C θ2 −S θ 2
S θ2 C θ 2
=
0
0
0
0

[

0

0
1
0

0
0
0
1

1
0
0
0

0
1
0
0

0 a2
0 0
1 0
0 1

][ ]

= [ ¿ ¿−S θ 2¿ 0 ¿ a2 .C θ2 ¿ S θ 2¿ ¿C θ2 ¿ 0 ¿ a 2 . S θ2 ¿ 0 ¿ 0 ¿ 1 ¿ 0 ¿ 0 ¿ 0 ¿ 0 ¿ 1 ¿ ]
C θ2 −S θ 2
S θ2 C θ 2
=

0
0
0
0

[

0 1250. C θ2
0 1250. S θ2
1
0
0
1

]

T 23=Rot z ( θ3 ) .tran x ( a 3 ) . Rot x ( α 3 )

10

0
1
0
0

0 a1
0 0
1 0
0 1

][ ][ ]

]

0 S θ1 270 . C θ1
0 −C θ1 270. S θ1
1
0
880
0
0
1

1
0
0
0


C θ 3 −S θ3
¿ S θ3 C θ3
0
0
0
0

[

C θ3
¿ S θ3

0
0

[

0
0
1
0

0
0
0
1

0 S θ3 1650.C θ 3
0 −C θ3 1650. S θ3
1
0
0
0
0
1

C θ4 −S θ 4
S θ 4 C θ4
T 34=Rot z (θ 4 ¿=
0
0
0

0

0
0
1
0

[

0
0
0
1

1
0
0
0

0
1
0
0

0 a3
0 0
1 0
0 1

][ ][

1
0
0
0 C (90 °) −S (90 ° )
0 S(90°) C (90 °)
0
0
0

0
0
0
1

]

]

Từ đó ta có :
C θ1
S θ1
T 04=T 01.T 12.T 23 . T 34=¿
0
0

[

[

C θ3
S θ3
0
0

0 S θ1 270.C θ1 C θ2 −S θ 2
0 −C θ 1 270 . S θ 1 S θ2 C θ 2
1
0
880
0
0
0
0
1
0
0

0 S θ3 1650.C θ3 Cθ 4 −S θ4
0 −C θ 3 1650 . S θ 3 S θ4 C θ4
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0

][

n x ox ax P x
n o a P
s¿ n y o y a y P y
z
z
z
z
0 0 0 1

[

0
0
1
0

][
]
0
0
0
1

]

Trong đó :
11

0 1250. C θ2
0 1250 . S θ2
1
0
0
1

]

]


n x =C 1 . C 23 . C4 + S 1 . S 4
n y =S 1 . C23 .C 4 −C1 . S 4
n z=S 23 . C4

{

ox =−C1 .C 23 . S4 + S 1 . C 4
o y =−S 1 .C 23 . S 4 −C1 .C 4
o z=−S23 . S 4

{
{
{

a x =S 23 . C 1
a y =S 23 . S 1
a z=−C 23

Px =a3 .C 23 . C1 +a 1 . C1 + a2 . C 2 . C1
P y =a3 .C 23 . S 1 +a1 . S 1+ a2 . C 2 . S 1
Pz =a3 . S 23+ d 1+ a2 . S2

- C là viết tắt của hàm cos
- S là viết tắt của hàm sin
- Các kí hiệu Cij hay Sij là cos(θθi+θθj) hay sin(θθi+θθj)

2. Mơ phỏng tính toán trên Matlab
Giao diện thiết kế :

12


Hình 2.2. Giao diện thiết kế

Nút nhấn Back dùng để quay về giao diện ban đầu.
Giá trị theta1:−1800 →180 0
Giá trị theta2:90 0 →−45 0
Giá trị theta3:−1200 →15.5 0
Giá trị theta4:−3600 → 3600

Kết quả mô phỏng :

13


Hình 2.3. Kết quả mơ phỏng
Hình trên đã thể hiện kết quả tính tốn ma trận chuyển vị T với thơng số [θθ 1, θ2, θ3,
θ4]T=[θ30o,45o,-120o,75o]T.

Nhóm đã thử tính tốn lại để so sánh và nhận cũng nhận được kết quả như bảng.
*Kết luận: Đã thiết lập được giao diện hỗ trợ tính tốn cho động học thuận.

CHƯƠNG 3 : ĐỘNG HỌC NGƯỢC
14


* C là cách viết rút gọn của hàm cos
* S là cách viết rút gọn của hàm sin
Đối với robot MPL 800II có số bậc tự do bằng 4 nên để giải quyết bài tốn động
học ngược thì nhóm sẽ sử dụng phương pháp phân li biến số.
1. Tính tốn góc θ1
n x 2 o x2 ax 2 P x2
n
o y 2 a y2 P y 2
1 −1
0
T 12 . T 32 . T 34 = ( 0T ) . T 4 = y 2
nz 2 o z 2 a z 2 P z 2
0
0
0
1

[

]

C 23 . C 4 −C 23 . S4 S23 a3 .C 23+ a2 .C 2
S . C −S 23 . S 4 −C 23 a 3 . S 23+ a2 . S 2

¿ 23 4
S4
C4
0
0
0
0
0
1

[

C 1 S1
0
0
¿
S 1 −C 1
0
0

[

0 −a1
1 −d 1
0
0
0
1

][

nx ox ax P x
ny oy ay P y
nz o z a z Pz
0 0 0 1

]

]

 Ta có hệ phương trình sau :
C1 . P x + S 1 . P y −a1=a3 .C 23+ a2 .C 2 (1)
Pz −d 1=a3 . S23 +a2 . S 2 (2)
→
S 1 . P x −C1 . P y =0(3)

{

 Giải phương trình thứ 3 ta tìm được nghiệm như sau :

{

C 1=

± Px
2
x

2
y

2
1

√ P +P
S =± √1−C
1

→ θ1=atan2( S1 , C1 )

15


2. Tính tốn góc θ3
 Bình phương 2 vế của hai phương trình (1) và (2) rồi cộng vào với nhau ta
được :

{

C3 =

2
2
( C 1 . P x + S1 . P y −a1 ) + ( Pz −d 1 ) −a22−a 23

2. a 2 . a3
2

S 3=± √ 1−C3

→ θ3 =atan 2(S3 , C3 )

3. Tính tốn góc θ2
n x 3 o x3 a x3 P x3
n
oy 3 a y 3 P y 3
T 23 T 34 =( 21T −1 )( 10T −1 ) .T 04 =¿ y 3
nz 3 o z 3 a z 3 P z 3
0
0
0
1

[

→

[

]

C3 .C 4 −C 3 . S 4 S3 a3 .C 3
f n 21 f o 21 f a 21 f P 21
S 3 .C 4 −S3 . S 4 −C3 a3 . S 3
f n 22 f o 22 f a 22 f P 22
=
S4
C4
0
d3
f n 22 f o 23 f a 23 f P 23
0

0
0
1
0
0
0
1

][

]

f P 21=Px . C2 .C 1+ P y . C 2 . S 1 + Pz . S 2−(a1 .C 2 +d 1 . S2 +a 2)
Trong đó : f P 22=−Px . S2 . C1−P y . S 2 . S1 + P z . C 2+ a1 . S2−d 1 . C2
f P 23 =P x . S1−P y . C1

{

 Ta có hệ phương trình sau :

f P 21=a3 . C3
f P 22 =a 3 . S 3
f P 23=0

{

 Từ hệ phương trình trên ta nhân phương trình thứ nhất với S2, nhân phương
trình thứ hai với C 2 rồi cộng lại ta được :
P z−d 1−a2 . S2=a3 .C 3 . S2 +a 3 . S 3 .C 2

→ P z −d 1=( a ¿ ¿ 3 . C3 +a 2) . S2 + a3 . S3 .C 2 ¿
→¿

16


→ θ2=atan 2( S2 , C2 )
Điều kiện :

0 ≤ a 23−( P z−d 1)2

4. Tính tốn góc θ 4

T 34

n x 4 o x 4 a x 4 P x4
n
o
a 4 P
= ( 32T −1 )( 21T −1 )( 01T −1 ) . T 04 = ny 4 o y 4 ay P y 4
z4
z4
z4
z4
0
0
0
1
C 4 −S 4
→ S4 C 4

0
0
0
0

[

Trong đó :

0
0
1
0

[
][

f n 31 f o31 f a 31 f P 31
0
0 = f n 32 f o32 f a 32 f P 32
f n 32 f o33 f a 33 f P 33
0
1
0
0
0
1

]
]

C4 =f n 31 =nx .C 1 .C 23+ n y . S1 .C 23 +n z . S23
S 4=f n 32=n x . S 1−n y . C1

{

→ θ 4=atan 2(S 4 , C 4)

CHƯƠNG 4 : MA TRẬN JACOBY
1. Tính tốn cơng thức

C 1 C 23 C 4 +S 1 S 4 −C1 C23 S 4 + S1 C4 C 1 S23 a3 .C 23 . C1 + a1 . C1 + a2 . C 2 . C1
S C C −C1 S 4 −S 1 C 23 S4 −C1 C 4 S 1 S23 a 3 . C23 . S 1+ a1 . S1 +a 2 . C2 . S 1
T 04= 1 23 4
S 23 C 4
−S 23 S 4
−C 23
a3 S23 +d 1+ a2 S 2
0
0
0
1

[
[

C23 .C 4 −C23 . S 4 S 23 a 3 . C23 +a 2 . C2
S . C −S23 . S 4 −C 23 a3 . S23 +a 2 . S 2
T 14 = 23 4
S4

C4
0
0
0
0
0
1

]
17

]


C3 .C 4 −C 3 . S 4 S3 a3 .C 3
S .C −S3 . S 4 −C3 a3 . S 3
T 24= 3 4
S4
C4
0
0
0
0
0
1

[

C 4 −S 4
S

C4
T 34 = 4
0
0
0
0

[

0
0
1
0

0
0
0
1

]

]

Ma trận J H là:
−a3 . S 4 . C23−a1 . S4 −a2 . C2 . S 4
a2 S3 C 4
0
−a3 . C 4 .C 23−a 1 . C 4−a 2 . C2 . C4 −a2 S 3 S 4
0
0

−a 3−a 2 C 3 −a3
J H=
S 23 C 4
S4
S4
−S23 S 4
C4
C4
−C23
0
0

[

0
0
0
0
0
1

]

Vậy ma trận Jacoby :
J=

R04
0

0

.J H
0
R4

[ ]

C 1 C 23 C 4 + S1 S 4 −C 1 C 23 S 4+ S 1 C 4 C1 S 23
0
0
0
S1 C23 C 4−C 1 S4 −S1 C23 S 4−C 1 C 4 S1 S 23
0
0
0
S23 C4
−S23 S 4
−C23
0
0
0
¿
0
0
0
C 1 C 23 C 4 + S1 S 4 −C1 C 23 S 4 + S1 C 4 C 1 S 23
0
0
0
S1 C 23 C 4 −C1 S 4 −S 1 C 23 S 4−C 1 C 4 S 1 S23
0

0
0
S 23 C 4
−S 23 S 4
−C 23

[

[

−a3 . S 4 .C 23−a1 . S 4−a2 .C 2 . S4
a2 S 3 C4
0
−a3 . C4 . C 23−a1 .C 4 −a2 .C 2 .C 4 −a2 S3 S 4
0
0
−a3−a2 C 3 −a3
S23 C4
S4
S4
−S 23 S4
C4
C4
−C 23
0
0
18

0
0

0
0
0
1

]

]


−a3 . S1 . C23−a1 . S1−a2 . C 2 . S 1 C1 (−a3 S 23−a 2 C 2) −C 1 a3 S 23
0
−a3 . C1 .C 23 −a 1 . C1−a2 .C 2 . C 1 S1 (−a3 S 23−a 2 S2 ) −S 1 a3 S23
0
0
a3 C 23 + a2 C 2
a3 C 23
0
J=
0
S1
S1
C1 S 23
0
−C1
−C 1
S1 S 23
1
0
0

−C 23

[

]

Thay số a1 = 270, a2 =1250, a3 =1650 ta được:
−S 1 (1650 C23 +1250 C2 +270) C 1 (−1650 S 23−1250C 2 ) −C 1 1650 S 23
0
C1 (1650 C23 +1250 C2 +270) S 1 (−1650 S 23−1250 S 2) −S1 1650 S 23
0
0
1650C 23 +1250C 2
1650C 23
0
J=
0
S1
S1
C1 S 23
0
−C1
−C 1
S1 S 23
1
0
0
−C23

[

]

2. Mơ phỏng tính tốn trên Matlab
Giống với phần động học thuận và ngược, nhóm cũng đã xây dựng được cơng cụ hỗ
trợ tính tốn ma trận Jacobi trên phần mềm Matlab.

19