nghiên cứu, mô phỏng sự tương tác của robot với môi trường làm việc thông qua một mẫu robot tự thiết kế, chế tạo và tích hợp

1

1 
1.1 
1.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng trong và ngoài nước
Ngoài nước:
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Robot.
Trong nước:

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1.1.2 Ý nghĩa của việc phân tích sự tương tác giữa Robot với môi trường
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2

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1.2 

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1.3 N dung nghiên c 
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 :  Robot tay máy nói riêng và
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
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3

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
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Robot
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  
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eRobot 
 
 3--


  :  
 Robot

1.4 


4

2  Robot
2.1 Robot
2.2    
2.2.1 Cơ sở động học
2.2.2 Phân tích Jacobian cho Robot tay máy
2.2.3 Cơ sở động lực học
2.2.3.1 Phương trình Lagrange
2.2.3.2 Tọa độ suy rộng

2.2.3.3 Động năng
2.2.3.4 Thế năng
2.2.3.5 Lực suy rộng
2.2.3.6 Phương trình Lagrange loại 2 cho Robot tay máy
2.2.3.7 Động lực học của Robot tay máy có tương tác tiếp xúc với môi trường
khâu thao tác Robot môi ttheo 
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 
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
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
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

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c
   τ Mq V G τ
(2.56)

0

J q J q

 
,0

0 J q


(2.57)
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c
τ
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 
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c
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

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(2.58)
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
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  

T

J
. Và
T
c

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λ
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Robot 
T

   τ Mq V G J λ
(2.59)
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 
. . 0
c

    τ q τ Mq V G q
(2.60)
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5

 
 
. . 0
er
c
k



    
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τ q τ Mq V G q

qJ
(2.61)
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 
c
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
 
 
.0
erk



   

Mq V G τq
qJ
(62)
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 
erk


qJ
, theo

p

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p
q

p

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(2.63)
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 
.0
T T T T
p
p
p
T T T T


   


  
C Mq C V C G C τq
q
C τ C Mq C V C G
(2.64)

p
q Cq
và

pp
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(2.65)
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(2.66)
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1
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7

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 và c
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G
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2.3 Robot 
2.3.1 Điều khiển chuyển động và điều khiển tương tác
c Robot
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8

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Robot
khâu thao tác
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thRobot
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
Robot
-
Robot
Robot


2.3.2 Điều khiển lực bị động
Robot
i trên Robot

Robot
RobotRobot


-
Robot
.

Hình 2.10 







9








2.3.3 Điều khiển lực chủ động

Robot (minh


Robot





c

Hình 2.11 

  





2.3.4 Các dạng mô hình tương tác




10

- Robot Robot 

- Robot 
 




2.3.4.1 Môi trường cứng tuyệt đối


khâu thao tác 


 
q0

(2.87)


 

1m

nm
n Robot
Robot 
n = 62.87
i 

 
,t q0

, 
2.87khâu
thao tác 
 (2.87 2, m 
2.87
 
0qqJ


(2.88)

 
/

  J q q

  
 
q



6m
  


  khâu thao tác này 

 
λqJτ
T
e


(2.89)

λ
là  
1m
. Các  khâu thao tác 

e
τ

   
λqSτqJh
fe
T
e



(2.90)



11

   
qJqJS
TT
f



(2.91)
2.90
e
h
 m 

f
S

m6
2.90
 

fe
λ S q h
(2.92)



f
S

f
S


 
1
 TT
f f f f

S S WS S W
(2.93)

W

f
S


 
T
f

J S J q



2.3.4.2 Môi trường “co giãn” (mềm)
2.3.4.3 Biểu diễn nhiệm vụ
 khâu thao tác 
d
h
 

d
λ
và tính toán
d
h

d f d
hSλ
(2.99)
Chú 
f
S


2.3.4.4 Thiết lập mô hình tương tác dựa trên cảm biến
2.4 IMULINK
3 Robot  eRobot
eRobot education Robot
 
Robot .
3.1 
3.1.1 Cấu trúc thành phần
Robot 3.1 








GL, 
++







12


 500W)



Encoder
> 1024 xung

Robot







có
 


Hình 3.1 Robot--
3.1.2 Cấu trúc chức năng
3.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển eRobot
3.1.4 Cấu trúc chính của hệ thống điều khiển eRobot
3.1.5 Đặc điểm khác của eRobot
3.2 
3.2.1 Không gian làm việc
3.2.2 Các cấu hình kỳ dị
3.2.2.1 Cấu hình kỳ dị khớp cánh tay
3.2.2.2 Cấu hình kỳ dị khớp bả vai
3.2.2.3 Cấu hình kỳ dị khớp cổ tay
3.2.2.4 Tránh điểm kỳ dị bằng phương pháp giải tích
3.2.2.5 Tránh điểm kỳ dị bằng phương pháp số
               



13



Robot 
Trường hợp 1: Robot 


J
.

Trường hợp 2: Robot 
Jacobian,
1
J

.

Trường hợp 3: Robot -

*
J
.
-Inverse.
 
1
* TT
qJ J J I J






      
0



, SR-       
*1
JJ



*
J

0



 
2
00
1/
   

và
0




 
det
T


 JJ


0


 Robot      
0


,

        

1
J


*
J



3.2.3 Thiết kế quỹ đạo
3.3 
3.3.1 Động học thuận
3.3.2 Tính toán động học ngược bằng giải tích
3.3.3 Jacobian
3.3.4 Tính toán số động học với hiệu chỉnh gia lượng
3.4  

3.4.1 Giải phương trình động lực học có ràng buộc và lực tương tác





 mà khâu thao tác 

 
.


14


q
và
*
q

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Hình 4.6  


15

Chú ý: có thể coi trong thời gian xẩy ra tương tác, Robot tay máy tham gia đồng thời hai nhiệm
vụ: nhiệm vụ chuyển động và nhiệm vụ về tương tác lực, tuy nhiên chỉ có nhiệm vụ chuyển động
được điều khiển ứng với số bậc tự do chuyển động.

3.4.2 Ma trận quán tính
3.4.3 Xây dựng và thiết kế nhiệm vụ tương tác lực với môi trường
  : Robot và môi trường là cứng hoàn toàn, đồng thời môi trường đặt lên
Robot các ràng buộc thuần độc học 
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khâu thao tác-
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mômen 
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
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(3.111)
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3.6  eMRobot
3.6.1 Chức năng nhiệm vụ
3.6.2 Thuật toán chương trình
3.6.3 Đặc tính của chương trình
3.6.4 Giao diện chương trình
3.6.4.1 Tab điều khiển


16


không gian thao tác);  



Hình 3.32 

Hình 3.34 

Hình 3.35 
3.6.4.2 Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp


17

3.6.4.3 Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác
3.6.4.4 Mô đun mô phỏng


 (hình 3.35).
3.6.4.5 Hiển thị kết quả
3.6.4.6 Mô đun điều khiển
4 


 ,
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tính toán h 
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
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             m file    

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
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18




eRobot 
2010-2011.
4.1 m file)
4.1.1 Xây dựng đối tượng eRobot
4.1.2 Động học ngược
4.1.2.1 Thuật toán giải động học ngược bằng giải tích có tránh điểm kỳ dị

Hình 4.3 

khô



khâu thao tác
X_Array

01in  
.

01in  

k
x

X_Array


 
 
kk
fqx



19


 
11kk
f

qx


            
1k
q

1k
q
 
 
11
,
k k k
n

q q q

4.1.2.2 Thuật toán giải động học ngược bằng số có tránh điểm kỳ dị
Khi 

1
in

JJ

in
  q J x

-
-Inverse:
 
1

* TT
J q J J I J





có phân tích SVD.

Hình 4.4 
4.1.2.3 Thuật toán giải động học ngược tránh vật cản
khâu thao tác 



khâu thao tác 
min
L
.


20

 

.
khâu
thao tác 
mink vc
Lxx



b
x


k
x



Hình 4.5 
4.2 


- 
0
z
và vuông 
0
y

E
z
khâu
thao tác 


21

- khâu thao tác 

E
z

Hình 4.7 

khâu thao tác



10
z
F 


Hình 4.8 
4.2.1 Kết quả tính toán động học ngược






E
x

E
z

E
y

0
z

0
y

0
x

E
O


22


Hình 4.9 khâu thao tác 
0
z


Hình 4.10 
4.2.2 Kết quả phân tích lực tương tác
Hình 4.
 mà khâu
thao tác  


,
xy
FF
và các mômen
,,
x y z
M M M

 



 


23




Hình 4.11  khâu thao tác 


Hình 4.12  khâu thao tác 

5 
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