nghien cuu phat trien bo dieu khien omni robot chuyen dong theo quy dao dinh truoc

1

Mục lụcc lục lụcc
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ OMNI ROBOT...........................6
1.1Giới thiệu chung về robot.............................................................................6
1.2 Giới thiệu chung về Omni Robot................................................................7
1.3 Một số nghiên cứu về Omni Robot trên thế giới và Việt Nam...................7
1.4 Mục đích của đồ án.....................................................................................9
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CƠ CẤU CƠ
KHÍ KIỂU OMNIDIRECTION VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH CƠ KHÍ...............10
2.1 Mơ hình cơ khí thực tế của Omni Robot...................................................10
2.2 Mơ hình robot............................................................................................11
2.3 Tính tốn động học cho robot....................................................................12
2.4 Tính tốn động lực học cho robot.............................................................13
2.5 Tính tốn cho động cơ...............................................................................15
2.6 Tính tốn động học cho robot cho một số chuyển động cơ bản................16
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÁC THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN ỨNG VỚI
CÁC QUỸ ĐẠO ĐIỂN HÌNH............................................................................18
3.1 Khái quát về lập trình quỹ đạo.................................................................18
3.1.1 Khái quát về lập trình quỹ đạo...........................................................18
3.1.2 Một vài thuật ngữ sử dụng khi lập trình quỹ đạo...............................18
3.1.3 Nhiệm vụ lập trình quỹ đạo của robot................................................19
3.1.4 Các bước của bài tốn lập trình quỹ đạo............................................19
3.2 Các phương pháp lập trình quỹ đạo cho robot..........................................20
3.2.1 Lập trình quỹ đạo sử dụng bộ điều khiển TLC..................................20
3.2.2Lập trình quỹ đạo sử dụng bộ điều khiển mờ......................................21
3.2.3 Phương pháp nội suy tuyến tính.........................................................23
3.3 Cơ sở cho việc lập trình quỹ đạo cho robot...............................................26
3.3.1 Các chuyển động cơ bản của robot.....................................................26
3.3.2 Khoảng chia theo phương x và y........................................................27

2
3.4 Xây dựng các quỹ đạo cho robot...............................................................28
3.4.1 Quỹ đạo đường thẳng với một góc lệch α so với vị trí robot ban đầu28
3.4.2 Quỹ đạo đường Parabol......................................................................29
3.4.3 Quỹ đạo hình sine...............................................................................31
3.5 Sơ đồ của chương trình điều khiển robot..................................................34
3.5.1 Sơ đồ điều khiển chung......................................................................34
3.5.2 Sơ đồ điều khiển cho quỹ đạo đường thẳng.......................................35
3.5.3 Sơ đồ điều khiển cho quỹ đạo đường thẳng lệch 1 góc 450................35
3.5.4 Sơ đồ điều khiển cho quỹ đạo dạng Parabol......................................36
3.5.5 Sơ đồ điều khiển cho quỹ đạo hình sine.............................................36
CHƯƠNG 4: TỔ HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG..........37
4.1 Tổ hợp bộ điều khiển cho robot................................................................37
4.1.1 Xây dựng mơ hình động cơ điện một chiều dưới dạng hàm truyền...37
4.1.2 Bộ điều khiển PID..............................................................................39
4.1.3 Phương pháp Ziegler-Nichols............................................................40
4.1.4 Tìm các tham số PID cho bộ điều khiển............................................42
4.2 Xây dựng bộ điều khiển cho robot............................................................44
4.2.1 Khối điều khiển trung tâm..................................................................45
4.2.2 Mô-đun giao tiếp RS232....................................................................45
4.2.3 Sơ đồ khối công suất..........................................................................46
4.2.4 Encoder...............................................................................................48
4.3 Giới thiệu về vi điều khiển dsPIC30F4011...............................................50
4.3.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển dsPIC.................................................50
4.3.3 Các mơ đun ngoại vi của dsPIC30F4011...........................................51
CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG VÀ LẬP TRÌNH THỰC NGHIỆM........................55
5.1 Các cơng thức tốn học.............................................................................55
5.2 Chương trình mơ phỏng trong Matlab cho quỹ đạo hình parabol.............56

5.3 Chương trinh mơ phỏng trên Matlab cho quỹ đạo hình sine.....................58
5.4 Lập trình cho robot....................................................................................60
5.4.1 Chương trình cho vi điều khiển..........................................................60


3
5.4.2 Giao diện điều khiển...........................................................................62
5.5 Kết luận và phương hướng phát triển........................................................63
Tài liệu tham khảo...............................................................................................64
Phụ lục.................................................................................................................65


4

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật robot là một lĩnh vực phát triển hết sức nhanh chóng, là một
trong những cơng nghệ mũi nhọn của thế kỉ 21. Cùng với sự phát triển của xã
hội, kỹ thuật robot ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống con người.
Ngày nay, chúng ta có thể thấy robot đã làm thay con người rất nhiều cơng việc.
Đó là những cơng việc mà con người cảm thấy nhàm chán hoặc có mức độ nguy
hiểm cao. Ví dụ như robot lau nhà, robot lắp ráp trong công nghiệp, robot trong
ngành năng lượng hạt nhân, robot để thám hiểm vũ trụ….
Robot bám theo quỹ đạo cho trước có cấu tạo tương đối đơn giản và có
tính ứng dụng cao. Omni robot là một loại robot có kết cấu đơn giản, di chuyển
linh hoạt hơn so với các loại mobile robot truyền thống. Vậy nên Omni robot
ngày càng được ứng dụng rộng rãi.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đồ án tập trung vào nghiên cứu phát triển
bộ điều khiển cho Omni robot track. Từ cơ cấu Omni robot đã được các sinh
viên khóa trước thiết kế, đồ án nghiên cứu xây dựng quỹ đạo chuyển động cho

robot theo đường thẳng, đường parabol, đường hình sine. Trong quá trình thực
hiện đồ án, giúp cho học viên củng cố được những kiến thức đã học.
Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo, thạc sĩ và thầy giáo kĩ sư, và các
thầy trong bộ môn Cơ điện tử và chế tạo máy đặc biệt- Khoa hàng không vũ trụ
đã giúp tơi hồn thành đồ án này.
Do kiến thức cịn hạn chế nên đồ án cịn nhiều sai sót. Tơi xin nhận sự
giúp đỡ và đóng góp của các thầy và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Tôi
xin chân thành cảm ơn.
Người thực hiện đồ án


5


6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ OMNI ROBOT
1.1Giới thiệu chung về robot
Robot là một từ chỉ người lao động trong hệ ngơn ngữ Sla-vơ. Cho đến nay
có rất nhiều định nghĩa khác nhau về robot. Những định nghĩa đó có nội dung
tương tự như nhau.
Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những cơng việc một
cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập
trình.
Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, thường là một hệ thống cơ khí-điện
tử. Với sự xuất hiện và chuyển động của mình, robot gây cho người ta cảm giác
rằng nó giác quan giống như con người. Từ "robot" (người máy) thường được
hiểu với hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự hoạt động.
Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế
nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot?” Một cách gần chính xác, robot

phải có một vài (khơng nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:
Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra.
Có khả năng nhận biết mơi trường xung quanh.
Có thể tương tác với những vật thể trong mơi trường.
Có sự thơng minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và
được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước.
Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu
cầu của người sử dụng.
Có thể quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều.


7
Có sự khéo léo trong vận động.
1.2 Giới thiệu chung về Omni Robot
Robot Omni là một loại mobile robot di chuyển bằng những bánh xe đã
được ứng dụng nhiều trong thực tế do quỹ đạo chuyển động của nó rất đa dạng.
Đặc biệt là Omni có kết cấu lạ với 3 bánh xe, nhưng chính do sự phối hợp hoạt
động của 3 bánh xe lại cho ta khả năng điều khiển tốt quỹ đạo của robot.
Omni robot thuộc hệ robot di động tự hành, tự định hướng và tự tránh được
vật cản. Ứng dụng của nó là phục vụ trong cơng tác dịch vụ chăm sóc y tế, đặc biệt
là trong điều kiện môi trường lây nhiễm cao hay môi trường có cường độ phóng xạ
cao thay con người...
Robot Omni có đặc điểm là kết cấu đơn giản, có quỹ đạo di chuyển khá linh
hoạt nên được phát triển để thay thế cho các loại mobile robot truyền thống.

1.