Đồ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.44 MB, 78 trang )
1
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
LỜI NÓI ĐẦU
Taymáyrobotđãcómặttrongsảnxuấttừnhiềunămtrước,ngàynaytaymáyRobot
đãdùngởnhiềulĩnhvựcsảnxuất,xuấtpháttừnhữngưuđiểmmàtaymáyRobotđó
vàđúckếtlạitrongquátrìnhsảnxuấtlàmviệc,taymáycónhữngtínhnăngmàcon
ngườikhôngthểcóđược,khảnănglàmviệcổnđịnh,cóthểlàmviệctrongmôitrường
độchại… Dođóviệcđầutưnghiêccứu,chếtạoranhữnglạitaymáyRobotphụcvụ
chocôngcuộctựđộnghóasảnxuấtlàrấtcầnthiếtchohiệntạivàtươnglai.
Mônhọc‘Đồán:THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ‘giúpchúngembướcđầulàm
quen,tìmhiểu,họccáchmôphỏngnhữngtaymáyRobotcôngngiệpvàrấtcóíchcho
chúngemsaunày.
TrongquátrìnhhọcmônĐỒÁN:THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬchúngem
cònnhiềuthiếtsót,mongthầychỉbảothêmchoem.
Chânthànhcảmơn
Sinhviênthựchiện:
Nguyễn Hà Nam
2
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
MỤCLUC
LỜIMỞĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Kháiniệmvềrobotcôngnghiệp
1.2 SựpháttriểncủaRobotcôngnghiệptrênthếgiới
1.3 Phânloạirobotcôngnghiệp
1.4 Ứngdụngcủarobotcôngnghiệp
1.5 Hệthốngđiềukhiểnrobotcôngnghiệp
1.6 Phầnmềmvậnhànhvàmôphỏngrobot
1.7 Thuậttoánđiềukhiểnrobot
CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT
2.1Môhình3DcủarobotPUMA
2.2Cáckhâucủarobot
CHƯƠNG3:
TÍNHTOÁNĐỘNGHỌCTHUẬNVÀNGƯỢCROBOT.TÌMMIỀN
LÀMVIỆCCỦAROBOT
3.1Đặthệtrụctọađộ
3.2.CácxácđịnhcácthôngsốđộnghọccủabảngDH
3.3ThiếtlậpbộthôngsốđộnghọctheoDenavit-Hatenberg
3.4Thiếtlậpcácphươngtrìnhđộnghọccủarobot
3.5Bàitoánđộnghọcthuận
3.6.Bàitoánđộnghọcngược
3.7Miềnlàmviệc
CHƯƠNG4:TÍNHTOÁNĐỘNGLỰCHỌC
4.1Thamsốđộnglựchọccủarobot
4.2ThiếtlậpphươngtrìnhLagrangecủarobot
CHƯƠNG5:THIẾTKẾQUỸĐẠO
5.1Thiếtkếquỹđạotrongkhônggiankhớp
Trang
4
5
6
9
12
13
14
16
17
21
22
22
24
26
34
43
44
45
50
3
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
CHƯƠNG6:
THIẾTKẾHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂN
6.1Giớithiệucácbàitoánđiềukhiểnchuyểnđộng
6.2Hệthốngđiềukhiểnđộclậpcáckhớp
6.3.Hệthốngđiềukhiểntậptrung
6.4Hệthốngđiềukhiểntrongkhônggianlàmviệc
TÀILIỆUTHAMKHẢO
53
54
69
75
77
4
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Khái niệm về robot công nghiệp
Robotcôngnghiệpcóthểđượcđịnhnghĩatheomộtsốtiêuchuẩnsau:
TheotiêuchuẩnAFNORcủaPháp:Robotcôngnghiệplàmộtcơcấuchuyểnđộng
tựđộngcóthểlậptrình,lặplạicácchươngtrình,tổnghợpcácchươngtrìnhđặtratrên
cáctrụctọađộ,cókhảnăngđịnhvị,địnhhướng,dichuyểncácđốitượngvậtchấtnhư
chitiết,đạocụ,gálắptheonhữnghànhtrìnhthayđổiđãđượcchươngtrìnhhóanhằm
thựchiệncácnhiệmvụcôngnghệkhácnhau.
TheotiêuchuẩnRIAcủaMỹ(RobotinstituteofAmerica): Robotlàmộttaymáy
vạnnăngcóthểlặplạicácchươngtrình,đượcthiếtkếđểdichuyểnvậtliệu,chitiết,
dụngcụ,hoặccácthiếtbịchuyêndùngthôngquacácchươngtrìnhchuyểnđộngcóthể
thayđổiđểhoànthànhcácnhiệmvụkhácnhau.
TheotiêuchuẩnTOCT25686-85củaNga: Robotcôngnghiệplàmộtmáytựđộng,
đượcđặtcốđịnhhoặcdiđộngđược,liênkếtgiữamộttaymáyvàmộthệthốngđiều
khiểntheochươngtrình,cóthểlặpđilặplạiđểhoànthànhcácchứcnăngvậnđộngvà
điềukhiểntrongquátrìnhsảnxuất.
Robotcôngnghiệplàtaymáy,thiếtbịcốđịnhhoặcdiđộng,đượctíchhợptừnhiều
bộphậntrongđócócácbộphậnchínhgồm:
Cơcấuchấphành
Hệthốngdẫnđộng
Hệthốngđiềukhiểntheochươngtrìnhcókhảnănglậptrìnhlinhhoạt
Hệthốngthôngtingiámsát
Dođó,robotcôngnghiệpcóthểđượchiểulànhữngthiếtbịtựđộnglinhhoạt,thực
hiệncácchứcnănglaođộngcôngnghiệpcủaconngườidướimộthệthốngđiềukhiển
theonhữngchươngtrìnhđãđượclậptrìnhsẵn.Vớiđặcđiểmcóthểlậptrìnhlạiđược,
robotcôngnghiệplàthiếtbịtựđộnghóavàngàycàngtrởthànhbộphậnkhôngthể
5
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
thiếuđượccủacáchệthốngsảnxuấtlinhhoạt.Vìvậy,robotcôngnghiệptrởthành
phươngtiệnhữuhiệuđểtựđộnghóa,nângcaonăngsuấtlaođộngvàgiảmnhẹchocon
ngườinhữngcôngviệcnặngnhọc,độchạidướisựgiámsátcủaconngười.
1.2. Sự phát triển của Robot công nghiệp trên thế giới
Thuậtngữ“Robot”xuấtpháttừtiếngSéc(Czech)“Robota”cónghĩalàcông
việctạpdịchtrongvởkịchRossum’sUniversalRobotscủaKarelCapek,vàonăm
1921.
Thuật ngữ Industrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF
(AmericanMachineandFoundryCompany)quảngcáo,môphỏngmộtthiếtbịcódáng
dấpvàcómộtsốchứcnăngnhưtayngườiđượcđiềukhiểntựđộng,thựchiệnmộtsố
thaotácsảnxuấtcótêngọilà“Versatran”.
QuátrìnhpháttriểncủaRobotcôngnghiệpđượctómtắtnhưsau:
-Năm1950ởMỹthànhlậpviệnnghiêncứuđầutiên.
-Đầunăm1960côngtyAMFchorađờisảnphẩmđầutiêncótêngọilàVersatran.
-Từnăm1967,ởAnh,ngườitađãbắtđầunghiêncứuvàchếtạoIRtheobảnquyền
củaMỹ.
-Từnăm1970,việcnghiêncứucáctínhnăngcủarobotđãđượcchúýnhiềuhơnvà
cũngbắtđầuxuấthiệnởcácnướcĐức,Ý,Pháp,ThụyĐiển.
-Từnăm1968,ởChâuÁ,NhậtbắtđầunghiêncứunhữngứngdụngcủaIR.
-Từnhữngnăm1980,nhấtlàvàonhữngnăm1990,doápdụngrộngrãicáctiếnbộkỹ
thuậtvềvixửlývàcôngnghệthôngtin,sốlượngrobotcôngnghiệpđãgiatăngvới
nhiềutínhnăngvượtbậc.Chínhvìvậymàrobotcôngnghiệpđãcóvịtríquantrọng
trongcácdâychuyềnsảnxuấttựđộnghiệnđạinhưhiệnnay.
Đếnnay,trênthếgiớicókhoảngtrên200côngtysảnxuấtIRtrongsốđóbaogồm:
-30côngtycủaMỹ,tacóthểlấymộtsốcôngtyđiểnhìnhnhư:Robots.Pro,Vecna
Robotics,RobotDynamics…cùngvớinhữngsảnphẩmnổitiếngnhư:robotlấysáchtự
động,robotHOAP-3,robotBEAR,robottựhànhSpiritandOpportunity…
6
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
-80côngtycủaNhật,tacóthểlấymộtsốcôngtyđiểnhìnhnhư:Fanuc,Toyota,Honda,
Hitachi,Kawasaki,shikawajima-Harima,Yasukawa…Cùngvớinhữngsảnphẩmrobot
đượcápdụngphổbiếnnhư:robotAsimo,robotEMIEW2,robotSimroid,robotchơi
vĩcầm,robotphẫuthuật……
Ngoàira,trên thế giớicòn có 90 côngtycủa TâyÂuvà một số côngtycủaNga,
Tiệp….Dođó,tacóthểthấyrằngrobotlàmộtlĩnhvựcnghiêncứuvàứngdụngkhông
thểthiếucủanhữngnướcpháttriển.
TạiViệtNam,nghiêncứupháttriểnrobotđãcónhữngbướctiếnđángkểtrong
25nămvừaqua.Nhiềuđơnvịtrêntoànquốcđãthựchiệncácnghiêncứucơbảnvà
nghiêncứuứngdụngvềrobotnhư:TrungtâmTựđộnghoá-ĐạihọcBáchKhoaHà
Nội,ViệnĐiệntử-Tinhọc,ViệnKhoahọcvàCôngnghệquânsự,HọcviệnKỹthuật
Quânsự,ViệnCơhọc,ViệnCôngnghệthôngtinthuộcViệnKHCNVN…
Bêncạnhđó,cònphảikểđếnCôngtyCổphầnRobotTOSYdoanhnghiệpthiếtkếvà
chếtạoRobotViệtNamcónhiềusảnphẩmấntượngtrêntrườngquốctế.
Cácnghiêncứuvềđộnghọcvàđộnglựchọcrobotđượccáckhoacơkhí,chế
tạomáyởcáctrườngđạihọcvàcácviệnnghiêncứuquantâm.Ngoàiviệctìmcác
phươngphápgiảicácbàitoánliênquanđếncơhọccủacácloạirobotnốitiếp,song
song,diđộng,thìcácchươngtrìnhmôphỏngkếtcấuvàchuyểnđộng3Dđượcápdụng
vàpháttriểnđểminhhọacũngnhưphụcvụchophântích,thiếtkếrobot.
Lĩnhvựcđiềukhiểnrobotrấtphongphú,từcácphươngphápđiềukhiểntruyềnthống
nhưPID,phươngpháptínhmômen,phươngphápđiềukhiểntrượtđếncácphương
phápđiềukhiểnthôngminhnhư:điềukhiểnsửdụngmạngnơron,logicmờ,thuậtgen
vàcácphươngphápđiềukhiểntựthíchnghi,cácphươngpháphọcchorobot,cáchệ
visualservoing.
1.3 Phân loại robot công nghiệp
Phân loại theo kết cấu
- Phânloạitheokếtcấugồmcórobotchuỗihởvàrobotchuỗikín.
7
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
+ Robot chuỗi hở:làmộtchuỗiđộnghọchởvớimộtkhâucốđịnhgọilàđếvàcáckhâu
động,trongđócáckhâuđộngđượcbốtrínốitiếpvớinhau.Mỗikhâuđộngđượcliên
kếthaynốiđộngvớimộtkhâukhácnhờcáckhớpliênkết.
Hình 1.1: Robot cấu trúc nối tiếp
+ Robot chuỗi kín:làmộtchuỗiđộnghọckín,ởđómỗikhâuluônluônđượcliênkết
vớiítnhấthaikhâukhác.
Hình 1.2: Robot cấu trúc song song
Phân loại theo phương pháp điều khiển
Có2kiểuđiềukhiểnrobot:ĐiềukhiểnhởvàĐiềukhiểnkín.
8
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
+ Điều khiển hở:dùngtruyềnđộngbước(độngcơđiệnhoặcđộngcơthủylực,khínén)
màquãngđườnghoặcgócdịchchuyểntỷlệvớixungđiềukhiển.Kiểunàyđơngiản
nhưngchođộchínhxácthấp.
+ Điều khiển kín:(điềukhiểnkiểuservo)sửdụngtínhiệuphảnhồivịtríđểtăngđộ
chínhxácđiềukhiển.Cóhaikiểuđiềukhiểnservo:Điềukhiểnđiểm-điểmvàđiềukhiển
theođường(contour).
- Kiểu điều khiển điểm-điểm:phầncôngtácdịchchuyểntừđiểmnàyđếnđiểmkiatheo
đườngthẳngvớitốcđộkhôngcao.Kiểuđiềukhiểnnàythườngđượcdùngtrêncác
Robothànđiểm,vậnchuyển,tánđinhvàbắnđinh.
- Điều khiển contour:đảmbảochophầncôngtácdịchchuyểntheoquỹđạobấtkì,với
tốcđộcóthểđiềukhiểnđược.CóthểgặpkiểuđiềukhiểnnàytrêncácRobothànhồ
quangvàphunsơn.
Phân loại theo ứng dụng
Dựavàonhữngứngdụngcủarobottrongsảnxuấttacónhữngloạirobotsau:robot
sơn,robothàn,robotlắpráp,robotdùngtrongngànhdịchvụ,robotchuyểnphôi.
Hình 1.3: Robot sơn trong công nghiệp
9
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Hình 1.4 Robot hàn trong công nghiệp
1.4 Ứng dụng của robot công nghiệp
Trên thế giới
Hiệnnaytrênthếgiới,donhucầusửdụngrobotngàycàngnhiềutrongcácquá
trìnhsảnxuấtphứctạpvớimụcđíchgópphầnnângcaonăngsuấtdâychuyềncông
nghệ,giảmgiáthành,nângcaochấtlượng,vànângcaokhảnăngcạnhtranhcủasản
phẩmđồngthờicảithiệnđiềukiệnlaođộng,nênrobotcôngnghiệpcầncónhữngkhả
năngthíchứngtốtvàthôngminhhơnvớinhữngcấutrúcđơngiảnvàlinhhoạt.Cóthể
kểđếnmộtsốứngdụngđiểnhìnhcủarobottrênthếgiớinhư:Robot song song dùng
trong phân loại và đóng gói sản phẩm:IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340 FlexPicker,
IRB 260 FlexPicker. Cácrobotnàycóthểgắplầnlượtcáchộpvắcxinbạiliệttừbăng
tảivàđặtnóvàothùnggồm20hộpmộtcáchchínhxác.
Hình 1.5: Robot dùng trong nghành dược phẩm
10
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Hình 1.6: Robot dùng ép phun nhựa
Robot vận chuyển và đóng gói sản phẩm:Robotđónggóivàvậnchuyểntrongphạmvi
rộngcácsảnphẩmkhácnhau:giườngđónggóiphẳngvàngănkéo.
Hình 1.7: Robot dùng trong ngành nội thất
Robot dùng trong công nghệ ép phun nhựa:IRB 6650 củahãngABBcóthểthaotác
nhanh,dễdànglấysảnphẩmrakhỏikhuônởvịtrítáchkhuôn,giámsát,làmsạch,điều
khiểnchấtlượngdựatrêncamera.
Bêncạnhđó,robotcôngnghiệpcònđượcứngdụngtrongnhiềulĩnhvựckhácnhưtrong
môitrườngđộchại,ngànhnôngnghiệpvàngànhthựcphẩm.
11
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Tại Việt Nam
Ởnướcta,ứngdụngcủarobotcôngnghiệprấtđađạng,tùyvàonhữngnghành,công
việckhácnhaumàtacóthểápdụngnhữngrobotcôngnghiệpriêngbiệt.Dướiđâylà
mộtsốnghànhtronghệthốngsảnxuấtmàápdụngrobotcôngnghiệp.
Công nghiệp đúc:robotlàmnhiệmvụrótkimloạinóngchảyvàokhuôn,cắtmép
thừa,làmsạchvậtđúchoặclàmtăngbềnvậtđúcbằngcáchphuncát.
Hình 1.8: Robot dùng để làm sạch sản phẩm
Ngành gia công áp lực:cácquátrìnhhànvànhiệtluyệnthườngbaogồmnhiều
côngviệcđộchạivàởnhiệtđộcao,điềukiệnlàmviệckhánặngnề,dễgâymệt
mỏinhấtlàởtrongcácphânxưởngrèndập.
Hình 1.9: Robot Hàn
12
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Ngành gia công và lắp ráp:robotthườngđượcsửdụngvàonhữngviệcnhưtháo
lắpphôivàsảnphẩmchocácmáyracôngbánhrăng,máykhoan,máytiệnbán
tựđộng.
Hình 1.10: Robot lắp ráp sản phẩm
Ngoàira,robotcòncónhiềulĩnhvựcđượcnghiêncứunhưrobotdịchvụ,robotdùng
tronglĩnhvựcquânsự,robotdiđộngđồngthờikếthợpvớinhậndạngvàđiềukhiển
trêncơsởxửlýnhữngthôngtinhìnhảnh,đặcbiệtlàkếthợpvớixửlýngônngữ.
1.5 Hệ thống điều khiển robot công nghiệp
Hệthốngđiềukhiểnrobotthườngđượcchiaralàmbacấpđộ:
Cấp hệ thống:Điềukhiểnrobotthựchiệncácnhiệmvụnằmtrongdâychuyền
sảnxuất.Cấpđiềukhiểnnàythườnglàhệthốngmáytínhđiềukhiểntrungtâm
đưaracáclệnhđiềukhiểnthôngquamạngtruyềnthông.
Cấp điều khiển quỹ đạo:Tínhtoánquỹđạodichuyểncủataymáytừđótính
toánraquỹđạovịtrítốcđộcủatừngkhớp.Cấpnàycóthểsửdụngcácmáytính
côngnghiệphoặccácmạchvixửlý,viđiềukhiển,bộđiềukhiển,bộkhuếchđại
côngsuấtđượccungcấpbởicáchãngSiemens,Omron,Maxon.
13
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Cấp điều khiển chấp hành:Làcấpđiềukhiểncáccơcấuchấphành(độngcơ
servo,xilanhthủylực…)thựchiệncácchuyềnđộngtheovịtrí,tốcđộđặtra.
Cấpnàylàcáchệđiềukhiểntruyềnđộngvớicácmạchvòngđiềukhiểnvịtrítốc
độdòngđiện…Vàsựphứctạpcủahệtruyềnđộngnàylàsựthayđổimomentải
củacácđộngcơlàrấtnhiềukhicáccánhtayrobotvươnraxavàcolạigần.Vì
vậyđòihỏiphảisửdụngcácbộđiềukhiểnphứctạp.
Tuynhiên,khôngphảitấtcảcácrobotđềuthựchiệnđiềukhiểntheocáccấpđiều
khiểnnhưvậy,cónhữngrobotchỉhoạtđộngtheotrìnhtựbằngcáccôngtắcvịtrí,hành
trìnhvớihệthốngtruyềnđộnghở.
Vìvậy,phầncứngcủahệđiềukhiểntruyềnđộngrobotvềbảnchấtlàcáchệtruyền
độngthôngthường:biếntầnđộngcơ,hệđiềukhiểnđộngcơđiệnmộtchiều,xoaychiều,
hệđiềukhiểnđộngcơbước,hệđiềukhiểnthủylực,khínén….Vàtrongcáctayrobot
côngnghiệpthìngườitatíchhợptấtcảthànhphầnnàytrongmộttủđiệnđiềukhiểncác
cơcấuchấphànhcủarobot.
1.6. Phần mềm vận hành và mô phỏng robot
Hiệnnay,córấtnhiềuphầnmềmgiúpchongườivậnhànhcóthểthiếtkếvàmô
phỏnghoạtđộngcủarobotmộtcáchhiệuquảvàchínhxác.Quansátmộtcáchtrực
quansựchuyểnđộngcủarobotmàkhôngcầnphảilàmthựctế,chúngtacóthểkểđến
mộtsốphầnmềmđượcứngdụngphổbiến:
Matlab & Simulink:Làcôngcụhỗtrợchoviệchọctoán,giảiquyếtgiúpngười
họcnhữngvấnđềkhókhăncũngnhưmôphỏngnhữngbiểuđồ,đồthị…vàđược
ứngdụngtrongnhiềumônhọcnhư:Toán,Lý,Côngnghệthôngtin,Địalý,Địa
chấtdầukhívànhiềulĩnhvựckhác.
Microsoft RDS:Làmộttrongnhữngphầnmềmthiếtkế/môphỏngrobottốtnhất
vừađượcpháttriểnbởisựhợptácgiữaMicrosoftvàDassault.Robotđượcthiết
kếtrongSolidWorksvàsauđóđượcxuấtsangphầnmềmMicrosoftVSE,phần
mềmnàysẽmôphỏnghoạtđộngcủarobot.
RobotMastercam:LàmộtmodulRoboticđượctíchhợpđầyđủ,xuấtpháttừ
CAD/CAMdựatrênnềntảngcácchươngtrìnhdànhchorobot,chophépngười
14
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
dùngthiếtlậpcácthôngsốxácđịnhchorobotvàxuấtcácmãchươngtrình6
trục.
Ngoàira,cònmộtsốphầnmềmkhácnhư:Easy-rob,Labview,DSpace….Tuynhiên,
việcsửdụngcácphầnmềmkhácnhauđểmôphỏngvàgiámsáthoạtđộngcủarobot
cũngphụthuộcvàomụcđích,hoàncảnhvànhữngđiềukiệnkháchquankhác.
1.7 Thuật toán điều khiển robot
Khitiếnhànhthiếtkếmộthệthốngđiềukhiểntựđộngnóichung,côngviệcđầu
tiênlàtaphảixâydựngmôhìnhtoánhọcchođốitượng.Côngviệcnàygiúptahiểu
biếtthêmvềđốitượng,giúptathànhcôngtrongviệctổnghợpbộđiềukhiển.
Mộtviệcquantrọngkhôngkémgiúptagiảiquyếttốtbàitoánlàlựachọnluật
điềukhiểnchohệthống.Từmôhìnhvàyêucầukĩthuậttaphảichọnluậtđiềukhiển
thíchhợpchohệthống,đểkếtquảcủaviệcthiếtkếhệthốngcóthểđápứngđượctheo
mongmuốncủangườivậnhànhvàđiềukhiển.
Hiệnnaytrongthựctếcórấtnhiềuthuậttoánđiềukhiểnkhácnhau,tacóthểliệtkê
mộtsốkiểuđiềukhiển:
Kiểu điều khiển PID:làmộtcơchếphảnhồivòngđiềukhiển,đượcsửdụngrộng
rãitrongcáchệthốngđiềukhiểncôngnghiệp.Bộđiềukhiểnnàytínhtoángiá
trịsaisốlàhiệusốgiữagiátrịđothôngsốbiếnđổivàgiátrịđặtmongmuốn,và
sẽthựchiệngiảmtốiđasaisốbằngcáchđiềuchỉnhgiátrịđiềukhiểnđầuvào.
Hình 1.11: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID
Kiểu điều khiển thích nghi:làtổnghợpcáckĩthuậtnhằmtựđộngchỉnhđịnhcác
bộđiềuchỉnhtrongmạchđiềukhiểnnhằmthựchiệnhayduytrìởmộtmứcđộ
15
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
nhấtđịnhchấtlượngcủahệkhithôngsốcủaquátrìnhđượcđiềukhiểnkhông
biếttrướchaythayđổitheothờigian.
Hình 1.12: Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi dựa theo mô hình
Kiểu điều khiển Back-steping:haycòngọilàkiểucuốnchiếulàmộtphương
phápthiếtkếbộđiềukhiểnnhiềutriểnvọngchođốitượngphituyến.Kiểuđiều
khiểnnàythựcsựthểhiệnsứcmạnhcủanókhiđượcápdụngchohệthốngcó
nhữngthànhphầnbấtđịnh.
Hình 1.13: Sơ đồ khối bộ điều khiển Back-steping
Bêncạnhđócòncórấtnhiềucáckiểuđiềukhiểnkhácnhau:kiểuđiềukhiểnmờ,
kiểuđiềukhiểnphảnhồituyếntính,kiểuđiềukhiểntrượt,kiểuđiềukhiểnmờ-noron.
Tùythuộcvàotừngđiềukiệnlàmviệc,yêucầukĩthuậtvàmôhìnhđốitượngmàta
chọnthuậttoánđiềukhiển
16
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT
Sửdụngphầnmềmthiếtkế3DSolidwork
2.1 Mô hình 3D của robot 6 bậc tự do RRRRRR
Môhìnhrobotkhônggian6bậctựdođcthiếtkếnhưsau:
Hình 2.1: Mô hình 3D của ROBOT PUMA
Hình 2.2: Mô hình ROBOT không gian 6 bậc tự do RRRRRR mô phỏng cơ cấu.
17
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
2.2 Các khâu của robot
Hình 2.3 .Khâu đế
Hình 2.4 Khâu 1
18
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Hình 2.5 Khâu 2
Hình 2.6 Khâu 3
19
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Hình 2.7 Khâu 4
Hình 2.8 Khâu 5
20
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
Hình 2.9 Khâu 6
21
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC ROBOT.TÌM
MIỀN LÀM VIỆC CỦA ROBOT
3.1 Đặt hệ trục tọa độ
Hình 3.1 Hệ trục tọa độ của robot trong mô hình 3D
-TheoDenavit–Hartenberg(1955)đãquyướchệtọađộDecardgắnvàomỗikhâu
củamộttaymáyRobotnhưsau:
*Trục
đượcchọndọctheotrụccủakhớpthứ(i+1).
Hướngcủaphépquayvàphéptịnhtiếnđượcchọntùyý.
*Trục
đượcxácđịnhdọctheođườngvuônggócchunggiữatrụckhớpđộng
thứivà(i+1),hướngtừkhớpđộngthứitớitrục(i+1).
*Trục
đượcxácđịnhtheoquytắcbàntayphải.
-Từquytắctrêntaxâydựngcáctọađộkhảosát(Hình3.1).
22
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
3.2. Các xác định các thông số động học của bảng DH
-Vịtrícủahệtọađộkhớp()
đốivớihệtọađộkhớp()
đượcxácđịnh
bởi4thamsố
,
,
,
nhưsau:
:gócquayquanhtrục
đểtrục
trùngvớitrục′
(
//′
)
:dịchchuyểntịnhtiếdọctrục
đểgốctọađộ
chuyểnđến′
làgiaođiểm
củatrục
vàtrục
:dịchchuyểndọctrục
đểđiểm′
chuyểnđếnđiểm
:gócquayquanhtrục
saochotrục′
(′
//
)trùngvớitrục
3.3 Thiết lập bộ thông số động học theo Denavit-Hatenberg
-Vớicáchthànhlậphệtọađộnhưtrêntacóthểxácđịnhcácthamsốđộnghọccủa
robotnhưsau:
Bảng D-H
Bảng 3.1 các tham số động học của robot
Khâu d
i
i
a
i
i
1 0
1
*
0 -90
0
2
2
d
2
*
2
a
0
3 0
3
*
3
a
90
0
4
4
d
4
*
0 -90
0
5 0
5
*
0 90
0
6
6
d
6
*
0 0
-Trongđó
θ ,θ ,θ
1 2 3
,
θ ,θ ,θ
5
4 6
làcácbiếnkhớp,còn
2 3 2 4 6
a ,a ,d ,d ,d
làcáchằngsố
q=[q
1
,q
2,
q
3
q
4
,q
5,
q
6
]vớilàcácgócxoaycácbiếnkhớp
-DạngtổngquátcủamatrậnDenavit-Hartenbergchocáckhâu
23
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
i-1
A
i
=
i i i i i i i
i i i i i i i
i i i
cos
θ sin θ cosα sin θ sin α a cosθ
sin
θ cosθ cosα sin α cosθ a sin θ
0 sinα cosα d
0 0 0 1
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu1:
1 1
1 1
0
1
cosθ 0 -sinθ 0
sinθ 0 cosθ 0
0 -1 0 0
0 0 0 1
A
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu2:
2 2 2 2
2 2 2 2
1
2
2
cosθ -sinθ 0 a cosθ
sinθ cosθ 0 a sinθ
A =
0 0 1 d
0 0 0 1
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu3:
3 3 3 3
3 3 3 3
2
3
cosθ 0 sinθ a cosθ
sinθ 0 -cosθ a sinθ
A =
0 1 0 0
0 0 0 1
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu4:
4 4
4 4
3
4
4
cosθ 0 -sinθ 0
sinθ 0 cosθ 0
A =
0 -1 0 d
0 0 0 1
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu5:
24
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
5 5
5 5
4
5
cosθ 0 sinθ 0
sinθ 0 -cosθ 0
A =
0 1 0 0
0 0 0 1
-MatrậnDenavit-Hartenbergcủakhâu6:
6 6
6 6
5
6
6
cosθ sinθ 0 0
sinθ -cosθ 0 0
A =
0 0 1 d
0 0 0 1
3.4 Thiết lập các phương trình động học của robot
Từcácmatrậntrêntaxácđịnhđượcmatrậnbiếnđổitọađộthuầnnhấtcủakhâu6so
vớitrụchệtọađộcốđịnh
là:
0 0 1 2 3 4 5
6 1 2 3 4 5 6
A = A . A . A . A . A . A
0
A
6
[1,1]=(((C1.C2.C3-C1.S2.C3).C4+S1.S4).C5+(-C1.C2.S3-C1.S2.C3).S5).C6+(-
(C1.C2.C3-C1.S2.S3).S4-S1.C4).S6
0
A
6
[1,2]=-(((C1.C2.C3-C1.S2.S3).C4-S1.S4).C5+(-C1.C2.S3-C1.S2.C3).S5).S6+(-
(C1.C2.C3-C1.S2.S3).S4-S1.C4).C6
0
A
6
[1,3]=((C1.C2.C3-C1.S2.S3).C4-S1.S4).S5-(-C1.C2.S3-C1.S2.C3).C5
0
A
6
[1,4]=(((C1.C2.C3-C1.S2.S3).C4-S1.S4).S5-(-C1.C2.S3-
C1.S2.C3)C5).d6+(C1.C2.S3+C1.S2.C3).d4+C1.C2.a3.C3-C1.S2.a3.S3+C1.a2.C2-
S1.d2
0
A
6
[2,1]=(((S1.C2.C3-S1.S2.S3).C4+C1.S4).C5+(-S1.C2.S3-S1.S2.C3).S5).C6+(-
(S1.C2.C3-S1.S2.S3).S4+C1.C4).S6
0
A
6
[2,2]=-(((S1.C2.C3-S1.S2.S3).C4+C1.S4).C5+(-S1.C2.S3-S1.S2.C3).S5).S6+(-
(S1.C2.C3-S1.S2.S3).S4+C1.C4).C6
0
A
6
[2,3]=((S1.C2.C3-S1.S2.S3).C4+C1.S4).S5-(-S1.C2.S3-S1.S2.C3).C5
25
Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam
0
A
6
[2,4]=(((S1.C2.C3-S1.S2.S3).C4+C1.S4).S5-(-S1.C2.S3-
S1.S2.C3).C5)d6+(S1.C2.S3+S1.S2.C3).d4+S1.C2.a3.C3-
S1.S2.a3.S3+S1.a2.C2+C1.d2
0
A
6
[3,1]=((-S2.C3-C2.S3).C4.C5+(S2.S3-C2.C3).S5).C6-(-S2.C3-C2.S3).S4.S6
0
A
6
[3,2]=-((-S2.C3-C2.S3).C4.C5+(S2.S3-C2.C3).S5).S6-(-S2.C3-C2.S3).S4.C6
0
A
6
[3,3]=(-S2.C3-C2.S3).C4.S5-(S2.S3-C2.C3).C5
0
A
6
[3,4]=((-S2.C3-C2.S3).C4.S5-(S2.S3-C2.C3).C5).d6+(-S2.S3+C2.C3).d4-
S2.a3.C3-C2.a3.S3-a2.S2
0
A
6
[4,1]=0
0
A
6
[4,2]=0
0
A
6
[4,3]=0
0
A
6
[4,4]=1
-Matrận
0
6
A
chotabiếthướngvàvịtrícủakhâuthaotáctronghệtọađộcốđịnhhay
nóicáchkháclàvịtrícủađiểmtácđộngcuốivàhướngcủahệtọađộđộnggắnvào
khâutạiđiểmtácđộngcuốitronghệtọađộcốđịnh.Vìthếnócònđượcbiểudiễnqua
thôngsốcácbiếnkhớptatạmgọilàq
i.
Trongbàitoáncụthểthìnólàcáckhớpxoayθ
i
,
vớii=1÷6.
-Khiđó,matrận(3.8)đượckíhiệuthành
0
6
( )A q
SửdụngcácgócCardanxácđịnhhướngcủavậtrắn.Tagọi
, , , , ,
E E E
x y z
làgiá
trịmôtảtrựctiếpvịtrívàhướngcủaEX
6
Y
6
Z
6
sovớihệtọađộO
0
Z
0
Y
0
Z
0
.Trongđó:
, ,
E E E
x y z
làcáctọađộđiểmtácđộngcuốiEvà[,,]làcácgócquayCardancủa
EX
6
Y
6
Z
6
sovớihệtọađộO
0
Z
0
Y
0
Z
0
.Docáctọađộthaotácđềulàhàmcủathờigian.
Nêntacóthểbiểudiễn:
0 0
0
( ) ( )
( )
0 1
n E
n
T
R t r t
A t
Với:
0
E
A
làmatrậnCardanmôtahướngEX
3
Y
3
Z
3
sovớihệtọađộO
0
Z
0
Y
0
Z
0
.
