Tìm hiểu robot epx2050

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
-----    -----

Báo cáo bài tập lớn môn kỹ thuật robot
Đề tài: TÌM HIỂU ROBOT EPX2050

Giảng viên: PGS.
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 03


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT EPX2050.......................................................4
1.1. Tổng quan Robot công nghiệp Yaskawa Motoman................................................4
1.2. Giới thiệu Robot EPX2050.....................................................................................5
1.3. Kết cấu cơ khí.........................................................................................................6
1.4. Thơng số kĩ thuật....................................................................................................8
CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ ROBOT................................................10
2.1. Cơ sở lý thuyết......................................................................................................10
2.2. Tính tốn động học thuận robot:...........................................................................15
2.3. Giao diện tính tốn động học thuận trên GUI Matlab...........................................20
CHƯƠNG 3: MA TRẬN JACOBY..............................................................................22
3.1. Tính tốn ma trận Jacoby......................................................................................22
3.2. Chương trình Matlab.............................................................................................24
3.3. Xây dựng giao diện GUI_JACOBI trên MATLAB...............................................30
CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC ĐẢO VỊ TRÍ ROBOT......................................................32
4.1. Tính tốn các góc 𝜭𝒊...........................................................................32
4.1.1. Tính góc 𝜭𝟏,, 𝜭𝟓, 𝜭𝟔..............................................................32
4.1.2. Tính góc 𝜭𝟐 , 𝜭𝟑...................................................................33
4.1.3. Tính góc 𝜭𝟒................................................................................34
4.2. Chương trình m.file Matlab...................................................................................34

4.2.1. Chương trình Matlab......................................................................................34
4.2.2. Kết quả...........................................................................................................36
4.2.3. Code Matlab tính các góc:..............................................................................40
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CÁC KHỚP CỦA ROBOT
THEO QUỸ ĐẠO DẠNG BẬC 3...................................................................................42
CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG
TRÊN TOOLBOX SIMSCAPE/MATLAB..................................................................45
6.1. Cài đặt và sử dụng Toolbox..................................................................................45
6.2. Thiết kế hệ thống điều khiển.................................................................................49
6.3. Kết quả mô phỏng.................................................................................................50

1


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các dịng robot hãng Yaskawa.......................................................................4
Hình 1.2: Robot EPX2050...............................................................................................5
Hình 1.3: Bản vẽ cơ khí kiểu Lemma wrist....................................................................6
Hình 1.4: Bản vẽ cơ khí kiểu Hollow slim arm..............................................................7
Hình 1.5: Thơng số kĩ thuật Robot EPX2050.................................................................8
Hình 1.6: Thơng số bộ điều khiển NX100-FM...............................................................9
Hình 2.1: Số khớp và thanh nối của Robot..................................................................10
Hình 2.2: Trường hợp chéo nhau..................................................................................11
Hình 2.3: Trường hợp song song...................................................................................11
Hình 2.5: Cách đặt vị trí tâm 𝑂0...................................................................................................................................11
Hình 2.4: Trường hợp cắt nhau....................................................................................12
Hình 2.6: Trường hợp khớp i là khớp tịnh tiến...........................................................12
Hình 2.7: Trường hợp nếu i là khớp quay....................................................................13
Hình 2.8: Trường hợp nếu i là khớp tịnh tiến..............................................................13
Hình 2.9: Xác định các thông số động học của thanh nối............................................14

Hình 2.10: Tên các phần và các trục làm việc của robot.............................................15
Hình 2.11: Đồ thị vecto các trục toạ độ.........................................................................16
Hình 2.12: Giao diện tính tốn động học thuận...........................................................21
Hình 2.13: Kết quả tính tốn với số liệu nhập trước...................................................21
Hình 3.1: Giao diện tính tốn ma trận Jacoby.............................................................30
Hình 3.2: Kết quả tính tốn với số liệu nhập trước.....................................................31
Hình 5.1: Đồ thị quỹ đạo, vận tốc, gia tốc của khớp quay...........................................44
Hình 6.1: Thư mục cần tải.............................................................................................45
Hình 6.2: Giao diện Matlab...........................................................................................46
Hình 6.3: Mơ hình robot 3D trên Solidworks..............................................................46
Hình 6.4: Thao tác khởi tạo mơ phỏng.........................................................................47
Hình 6.5: Thao tác xuất file mơ phỏng.........................................................................48
Hình 6.6: Mơ hình mơ phỏng robot..............................................................................49
Hình 6.7: Mơ phỏng điều khiển robot EPX2050 bằng bộ điều khiển PI trên Simulink.
...........................................................................................................................................
49
Hình 6.8: Bộ điều khiển PI............................................................................................49


Hình 6.9: Khối tạo tín hiệu đặt cho góc quay 𝜽𝒊 của các khớp...................................50
Hình 6.10: Vị trí ban đầu các biến khớp có giá trị bằng 0..........................................50
Hình 6.11: Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển PI và tham số đầu vào như hình 6.7.
...........................................................................................................................................
51
Hình 6.12: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 1.........................................................51
Hình 6.13: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 2.........................................................52
Hình 6.14: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 3.........................................................52
Hình 6.15: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 4.........................................................53
Hình 6.16: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 5.........................................................53
Hình 6.17: Tín hiệu đặt và giá trị đầu ra khớp 6.........................................................54

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT EPX2050
1.1. Tổng quan Robot công nghiệp Yaskawa Motoman
Yaskawa Motoman cung cấp cho các nhà sản xuất một loạt các sản phẩm và công
nghệ Robot bao gồm Robot cánh tay kép có trọng tải cao, tốc độ cao, phạm vi tiếp cận
mở rộng, siêu cơ động và cấu tạo có thể lên đến 15 trục cánh tay kép độc đáo. Với bộ
điều khiển tiên tiến, hệ thống thị giác, thiết bị ngoại vi và các thành phần tốt nhất khác,
Robot của hãng Yaskawa có thể định cấu hình giải pháp phù hợp với nhu cầu sản xuất
của hầu hết các cơng việc trong cơng nghiệp.

Hình 1.1: Các dòng robot hãng Yaskawa.
Cánh tay Robot của Yaskawa có đa dạng các dịng sản phẩm phù hợp cho nhiều ứng
dụng cơng nghiệp. Có thể lựa chọn Robot dựa theo thông số kỹ thuật về tải trọng và
phạm vi tiếp cận yêu cầu của từng công việc. Mỗi mô hình tương thích với một hoặc
nhiều mơ hình điều khiển rơ bốt, cho phép người lập trình và điều khiển các tác vụ của
một Robot duy nhất hoặc phối hợp nhiều Robot.


1.2. Giới thiệu Robot EPX2050
Đây là dòng Robot được dùng phổ biến trong cơng nghiệp sơn, có thể được ứng dụng
vào nhiều cơng đoạn khác nhau như sơn lót, sơn lớp cơ sở, sơn phủ lớp cuối...với khả
năng sử dụng nhiều loại sơn khác nhau như sơn bột, sơn nước, ... Robot rất linh hoạt với
hỗ trợ 3 trục, kèm theo 5 chế độ kiểm soát độ dày của lớp sơn, khả năng làm việc liên tục
ổn định giúp chất lượng, cơng suất sơn của dây chuyền tăng đáng kể.

Hình 1.2: Robot EPX2050.


1.3. Kết cấu cơ khí

Hình 1.3: Bản vẽ cơ khí kiểu Lemma wrist.


Hình 1.4: Bản vẽ cơ khí kiểu Hollow slim arm.
Robot sơn EPX2050 có 6 trục tốc độ cao, linh hoạt rất lý tưởng cho các ứng dụng sơn
phủ oto và nhiều ứng dụng khác trong công nghiệp.
Thiết kế cổ tay lõm là lý tưởng cho việc sơn các phần có đường viền như bề mặt bên
trong/bên ngoài; phù hợp để lắp đặt thiết bị phun sơn. Đường kính ống bên trong là
50mm tránh sự can thiệp giữa ống và bộ phận/thiết bị, đảm bảo thời gian chu kỳ tối ưu và
Robot tiếp cận/truy cập.


Trọng tải 10 kg với kiểu Lemma wrist, 15 kg với kiểu Hollow slim arm. Robot có
thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt được chứng nhận dùng trong môi trường nguy hiểm.
Robot có bộ điều khiển nâng cao NX100-FM:
•
•
•
•
•

Bao gồm phần mềm ứng dụng cụ thể cho các ứng dụng sơn.
Phối hợp hoạt động của Robot và thiết bị sơn, kể cả súng phun.
Hỗ trợ hướng dẫn kiểm soát súng như khởi động / dừng phun và điều kiện sơn.
Tất cả các thơng số vị trí vẽ có thể được nộp và lưu.
Hỗ trợ các mạng chuẩn (như DeviceNet, ControlNet, Profibus-DP và InterbusS), cho phép kết nối với bộ điều khiển thiết bị sơn và bộ điều khiển dây chuyền
sản xuất.

1.4. Thơng số kĩ thuật

Hình 1.5: Thơng số kĩ thuật Robot EPX2050.


Hình 1.6: Thơng số bộ điều khiển NX100-FM


CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ ROBOT
2.1. Cơ sở lý thuyết
Các phương pháp giải bài toán động học thuận vị trí:
•
•

Đối với những robot có số bậc tự do nhỏ: Sử dụng phương pháp hình học để
tính tốn trực tiếp.
Khi robot có bậc tự do > 2 sẽ gây khó khăn trong việc tính tốn trực tiếp.
 Sử dụng phương pháp Denavit – Hartenberg.

Phương pháp D-H (Denavit-Hartenberg):
 Bước 1: Xác định số khớp và thanh nối của Robot.
o n khớp (i=1n): khớp quay + tịnh tiến.
o (n+1) thanh nối: 0n.
o Thanh nối 0 cố định.
o Thanh nối n gắn với khâu tác động cuối.
o Khớp i nối giữa thanh nối (i-1) và i.

Hình 2.1: Số khớp và thanh nối của Robot.
 Bước 2: Khai báo các hệ trục tọa độ trên mỗi thanh nối OnXiYi Zi (i=0n).
o Xác định trục Zi:

 Khớp (i+1) tịnh tiến: Zi là trục mà theo nó khớp (i+1) trượt.
 Khớp (i+1) quay: Zi là trục mà xung quanh nó khớp (i+1) quay.
o Xác định trục Xi:
 Trường hợp 1: Zi-1 và Zi chéo nhau.

Hình 2.2: Trường hợp chéo nhau.
 Trường hợp 2: Zi-1 // Zi.

Hình 2.3: Trường hợp song song.
 Trường hợp 3: Zi-1 cắt Zi.

Hình 2.5: Cách đặt vị trí tâm 𝑂0.


 Tâm On đặt tại vị trí chọn trên khâu tác động cuối.
 Nếu khớp i là khớp tịnh tiến, tâm Oi đặt ở điểm cuối thanh nối i.

Hình 2.4: Trường hợp cắt nhau.

➢ Chú ý:
 Tâm O0 có thể đặt ở vị trí cố định bất kỳ trên đế, hoăc điểm cố định trên Robot.

Hình 2.6: Trường hợp khớp i là khớp tịnh tiến.

 Bước 3: Xác định các biến khớp.
o Nếu i là khớp quay.


Hình 2.7: Trường hợp nếu i là khớp quay.

o Nếu i là khớp tịnh tiến.

Hình 2.8: Trường hợp nếu i là khớp tịnh tiến.
 Bước 4: Xác định các thông số động học của thanh nối.
➢ Các tham số:
 ai: chiều dài thanh nối i, ai  0.
 i: góc vặn của thanh nối i.
 di: độ lệch với thanh nối i (có thể âm).
 qi: góc quay của thanh nối i.
➢ Lập bảng D-H: i = 1n
 Nếu i là khớp tịnh tiến: biến di.
 Nếu i là khớp quay: biến qi.


Hình 2.9: Xác định các thơng số động học của thanh nối.
 Bước 5: Xác định ma trận Ai.
Ti i1  Ai  Rot(Z ,i )Trans(Z , di )Trans( Xi , ia )Rot( X , )
 cos   sin i 0 0 1 0 0 0  1 0 0 ai  1
0
i
sin
0 0   0 1 0 0  0 1 0 0   0
i





cos
cosi

 0
0
1 0 0 0 1 di  0 0 1 0  0 sin

0
 0
ci c i si
s
c c
 0 i

0


i

s
0

i

i


0 1  0

aici 
a s 

s i s

i

s
c
i
c
0

0 0

i

i

i
di 
1


 Bước 6: Tính tốn ma trận T n0 .


1  0

0 0


1  0

0

0
i

0

sin i 0 

cosi

0

0


1


T 0  A A A ...A 

n

12 3

n

nx ox ax
n o a
y

y

o

n
z


0

y

a

px 
p 
y
p 

z

z

0

0

z



1

2.2. Tính tốn động học thuận robot:
Mục đích: Từ các biến khớp thành phần, xác định vị trí bàn tay máy.
Ta xác định các hệ trục tọa độ gắn với Robot như sau:

Z0
Oo

X0

Hình 2.10: Tên các phần và các trục làm việc của robot.
Trên Hình 2.10 là miêu tả các phần và các trục làm việc của Robot. Dựa theo chiều
quay thuận và nghịch của các khớp quay, ta xác định hệ trục các hệ trục tọa độ ứng với
từng khớp là: (Các góc 𝜽𝑺 , 𝜽𝑳 , 𝜽𝑼 , 𝜽𝑹 , 𝜽𝑩, 𝜽𝑻 lần lượt xoay quanh các trục:
𝒁𝟎, 𝒁𝟏,, 𝒁𝟐, 𝒁𝟑, 𝒁𝟒, 𝒁𝟓).


Đồ thị vecto cho các trục tọa độ:

Hình 2.11: Đồ thị vecto các trục toạ độ.
Bảng D-H:
i

𝛼𝑖

𝑎𝑖

𝑑𝑖

𝜃𝑖

1

90𝑜

a1

0

𝜃1

2

0

a2

0

𝜃2

3

0

a3

0

𝜃3


4

90𝑜

0

d4

𝜃4

5

−9
0𝑜

0

d5

𝜃5

6

0

0

d6

𝜃6

Trong đó:
 𝛂𝐢 là góc lệch giữa Zi và Zi−1 (Góc quay từ Zi−1 sang Zi thơng qua Xi).
 𝛉𝐢 là góc lệch giữa Xi và Xi−1 (Góc quay từ Xi−1 sang Xi thông qua Zi−1).
 𝐚𝐢 là khoảng cách giữa Zi và Zi−1.
 𝐝𝐢 là khoảng cách giữa Xi−1 và Xi.
 Xác định ma trận 𝐀 𝐢 :
Từ công thức tổng quát, ta xác định các ma trận 𝐴𝑖 (i=1÷6):
A1 =
cos(t1 0 sin(t1
)
)
0
0
1 −cos(
0
[sin(t
0
0
0

L1 ∗
cos(t1)
L1 ∗0
1

A2 =

cos(t2) −sin(t2)
cos(t2) sin(t2)
[
0
sin(t2)
]
0
0

0
L2 ∗
cos(t2)

L2 ∗
0
0

1
0

0
1

A3 =
cos(t3) −sin (t3) 0 L3 ∗
cos(t3) sin(t3)
cos (t3)
[

0
sin(t3)
]
0
0
A4 =

L3 ∗
0
0

1
0

0
1


cos(t4
)
0[ sin(t
0

0

sin(t4
)
0
1 −cos(
0

0
0

0
0
d4
1

A5 =
cos(t5) 0 −sin(t5) 0
sin(t5)
0
cos(t5)
[ 0
−1
0
d5
0
0
0
1

0

]

A6 =
cos(t6)
sin(t6)
[ 0

0

0
0

−sin(t6)
cos(t6)
1 d6
0 1

0
0

0
0

]

T06 =
nx ox ax px
ny py oy
nz ay
oz
[
]
az pz
0 0 0 1
 Tính ma trận 𝐓𝟔𝟎
Tính 𝐓𝟔𝟎 theo cơng thức tổng quát với n=6:
Sử dụng m.file MATLAB để tính toán như sau:

 File dong_hoc_thuan.m:
clear all
clc
syms L1 L2 L3 d4 d5 d6 S L U R B T nx ny nz ox oy oz ax ay az px
py pz