Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 11 docx

CHƯƠNG 11
MÔ PHỎNG VỚI MÔ HÌNH ROBOT SCARA
SERPENT
4.1. Đặt vấn đề
Trong chương III đã tiến hành xây dựng mô hình của các
khâu tính toán, mô hình robot và bộ điều khiển PID. Sau đó đã xây
d
ựng các chương trình phục vụ mô phỏng và khảo sát các chế độ
làm việc của hệ thống. Trong chương này sẽ trình bày các kết quả
khảo sát nhận được thông qua các chương trình mô phỏng nêu trên.
Thông qua vi
ệc đánh giá sai số quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực để
đánh giá chất lượng điều chỉnh bám chính xác của phương ph
áp
điều khiển được nghiên cứu.
Việc mô hình hóa và nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều
khiển chuyển động được thực hiện trên nền Matlab-Simulink, giao
di
ện GUI.
4.2. Sơ đồ mô hình hóa các khâu của hệ thống
4.2.1. Mô hình chung của robot
Tạo quỹ đạo
chuyển
động chuẩn
Bộ điều
khiển mô
men động
Cơ cấu chấp
hành
(Robot)
tt tt

,
 
&
u
i
d d
,
 
&
Phản hồi
Hình 4.1: Sơ đồ khối mô hình hóa robot Scara Serpent sử dụng bộ
điều
khiển mômen động.
Động lực học của robot Scara Serpent được mô tả bằng hệ
phương tr
ình trạng thái (2.71), (2.72) và (2.73) tương ứng với 3
khớp quay của robot. Mỗi hệ phương trình vi phân cho từng khớp
gồm hai phương trình vi phân với biến trạng thái là góc quay
)x(q
1ii
và tốc độ góc của khớp )x(q
2ii

. Các biến trạng thái đó sẽ
được xác định bằng tích phân các trạng thái tương ứng
(Hình 3.3).
4.2.2. Mô hình khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn
Hình 4.2 mô tả sơ đồ khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn.
Các điều kiện đầu v
à cuối của quỹ đạo chuyển động chuẩn được

tính thông qua các toạ độ đặt (x
0
, y
0
), (x
c
, y
c
) và thời gian chuyển
động (t
d
). Quỹ đạo chuyển động chuẩn của cả 3 khớp được xác
định theo 3 giai đoạn: gia tốc, tốc độ không đổi v
à giảm tốc, biểu
diễn bằng các phương trình (3.8), (3.10) và (3.14).
Hình 4.2: Sơ đồ khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn.
4.2.3. Mô hình bộ điều khiển
Hình 4.3: Mô hình bộ điều khiển cho khớp 1 của robot Scara
Serpent.
Các kh
ớp 2, 4 có mô hình bộ điều khiển cũng tương tự như khớp 1.
Bộ tham số [K
P
, K
I
, K
D
] của bộ điều khiển PID được chọn theo
phương pháp
Ziegler – Nichols.

4.3. Giao diện chương trình mô phỏng robot Scara Serpent
Khi chạy chương trình mô phỏng ta đánh lệnh >>
RBSCARA_SP
trên cửa sổ chính của chương trình Matlab, trên
màn hình hi
ện ra bảng làm việc chính như sau:
Hình 4.4: Menu chính của chương trình.
Chương trình RBSCARA_SP gồm các chức năng chính sau:
- Nh
ập các thông số cho mô hình.
-
Động học thuận.
- Động học ngược.
- Mô phỏng.
- Hiển thị.
- Thoát.
Chương trình được thiết kế trên giao diện GUI trong
Matlab, với các nút thực hiện các chức năng như trên.
Các chức năng của chương trình được giới thiệu như ở dưới:
Các thông số của robot Scara Serpent được nhập vào khối
thông số của robot như Hình 4.5.
Hình 4.5: Thông số của mô hình robot Scara Serpent.
Khi ta nh
ấn vào nút Động học thuận: Chương trình tính vị
trí điểm tác động cuối của robot khi biết giá trị góc quay các khớp
như
Hình 4.6.
Hình 4.6: Động học thuận robot Scara Serpent.
Nhập giá trị góc quay các biến khớp 1 và 2 với giới hạn góc quay
như sau:


1
= -96
0
 96
0
(so với trục Ox); 
2
= -115
0
 115
0
(so với trục
thanh 1).
Chương trình sẽ báo lỗi nếu giá trị nhập vào không nằm trong giới
hạn góc quay:
Hình 4.7: Động học thuận robot Scara Serpent (báo lỗi).
Khi ta nhấn vào nút Động học ngược: Chương trình tính
góc quay c
ủa các khớp khi biết vị trí tọa độ của tay máy robot như
Hình 4.8.
Hình 4.8: Động học ngược robot Scara Serpent.
Tay robot được thiết kế chuyển động theo một quỹ đạo xuất
phát từ vị trí ban đầu có toạ độ điểm đầu (x
0
, y
0
) đến vị trí cuối có toạ
độ điểm cuối (x
c

, y
c
) với thời gian chuyển động là t
d
(Hình 4.2). Các
to
ạ độ ban đầu và kết thúc phải thoả mãn điều kiện (4.1) và giá trị
định vị N
x
phải thoả mãn điều kiện (4.2).
Và
2 2 2
X Y (0.4)
 
.
(4.1)
Giá tr
ị định vị :
x
N
< 1.
( 4.2)
Chương trình sẽ báo lỗi nếu giá trị (X, Y,
x
N
) nhập vào
không n
ằm trong giới hạn:
Hình 4.9: Động học ngược robot Scara Serpent (báo lỗi).
Khi ta nhấn vào nút Mô phỏng: Mô hình sẽ hiện ra như

Hình 4.10.
Hình 4.10: Sơ đồ khối mô hình chuẩn robot Scara Serpent.
Khi ta nh
ấn vào nút Hiển thị: Đưa ra bảng thông số của
robot như
Hình 4.11.
Hình 4.11: Bảng thông số của robot Scara Serpent.