Bài tập nhóm mô phỏng hệ cơ điện tử

MỤC LỤC

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

1


THÀNH VIÊN VÀ PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC:
Họ và tên
Phạm Thanh Tú

MSSV
Phân công
Đánh giá.
20156794 Động học (thuận ngược 10/10
code maple, matlab) + Tích cực
động

lực

học

(tổng

quát+ngược) + thiết kế quỹ
Nguyễn Trọng Huy

201557

đạo
3d + xuất stl + hỗ trợ 10/10

06

mô phỏng Simulink Tích cực
(sửa

Nguyễn Tiến Lợi

các

lỗi

xuất,

201559

trục, body), open GL
Động học (thuận, 10/10

93

code maple) + động Tích cực
lực học( hỗ trợ sửa
lỗi, sửa code)
3d+Mô phỏng Open GL+ 10/10

Bùi Văn Trường

PID+ động lực học ( tham Tích cực
Nguyễn Mạnh Thắng

gia hỗ trợ giải, sửa lỗi)
20156502 3d+Mô phỏng Simulink 10/10
+PID +động lực học (viết Tích cực
khối

Đỗ văn Đức

simulink

+

thuận+ngược)
20155389 PID + Hỗ trợ mô phỏng 10/10
Simulink + hỗ trợ sửa lỗi Tích cực
code.

NOTE: -

Các kết quả tính toán quá dài sẽ được trình bày trong phụ lục.

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

2


TIẾN ĐỘ HOÀN THÀNH VÀ CHƯA HOÀN THÀNH

ST
T

Mục

Công việc

Hoàn thành

1

Động học Thuận

Quy luật quỹ đạo điểm cuối

Yes

Mô phỏng số (Đặc biệt và bất
kì)

Yes

Mô phỏng số đường thẳng

Yes

Mô phỏng số tròn

Yes

Ngược

Kiểm tra bài toán ở mức vận tốc Yes

2

3

Thiết kế
quỹ đạo

Động lực

Đơn
giản

Quỹ đạo tròn thẳng theo thời
gian

Yes

5 điểm

Thiết kế ra quy luật khớp, vận
tốc

Yes

Tổng
quát

Tính các ma trận khối lượng,

ma trận C, các phương trình vi
phân

Yes

Ngược

Tính được các mô men đối vơi

Yes

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

3


dạng quỹ đạo thẳng, tròn

4

5

6

PID

Mô
phỏng

Báo cáo

Thuận

Sử dụng kết quả tính ngược tính Yes
ngược lại các biến khớp

Thiết kế

Thiết kế xong PID

Yes

Chọn hệ Từ bài toán động lực học thuận
số
ko có PID so sánh độ lệch đồ thị
(tính toán, thực) tìm các hệ số.

Yes

Mô
phỏng

Mô phỏng PID trên simulink

Yes

Open
GL

Chạy thành công quỹ đạo thẳng

tròn

Yes

Mô
phỏng
trên
Matlab

Chạy thành công quỹ đạo thẳng Yes
tròn trên matlab. Mô hình có
gắn PID và sử dụng kết quả tính
toán động lực học.

Words

Hoàn thành báo cáo chi tiết

Yes

Power
point

Hoàn thành báo cáo

No

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

5


CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ CẤU TRÚC 3D
1.1 Phân tích cấu trúc.

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

6


Hình 1 Mô hình Robot và hệ trục Dh tương ứng

Sử dụng phương pháp DH :
Theo DH tại mỗi khớp của robot đặt một hệ chục tọa độ quy ước về việc đặt
hệ trục tọa độ này như sau:
Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

7


-Trục zi được đặt tại khớp i+1, chiều của trục zi tùy ý.
-Trục xi được xác định là đường vuông góc chung giữa khớp i và khớp i+1,
nếu hai khớp i và i+1 song song xi có thể là bất cứ đường vuông góc chung nào.

Nếu hai trục i và i+1 cắt nhau xi được xác định dựa vào zi và zi+1 theo quy tắc bàn
tay phải.
-Trục yi xác định dựa vào xi và zi theo quy tắc bàn tay phải.

Hình 2 Minh họa về phương pháp đặt hệ trục D-H:

- Lập ma trận Denavit – Hartenberg
Các thông số động học Denavit – Hartenberg được xác định như sau:
• di : khoảng cách Oi-1 và Oi theo trục zi-1.
• θ i : góc giữa 2 đường vuông góc chung. Là góc quay quanh trục z i-1 để trục xichuyển đến trục xi theo qui tắc bàn tay phải.
• α i : góc xoay đưa trục zi-1về zi quanh zi theo quy tắc bàn tay phải.
1

• ai : khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

8


Lặp được bảng DH sau:
Các biến khớp:
Các thông số động học thiết kế:

Khâu

Θ

d

a

1
2

α
0

0

0

3

0

0

4

0

0

1.2 Thiết kế 3D Robot trên Solidworks.
1.2.1 Thiết kế từng khâu và đặt hệ trục.
Cách đặt hệ trục mong muốn trong solidword:
1. Chọn Move/copy..., bôi đen toàn bộ khâu.

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

9


2. Chọn tọa độ điểm đầu và điểm cần đặt hệ trục:

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

10


3. Chọn để hiển thị hệ trục:

- Hình ảnh thiết kế 3D ( từng khâu):

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

11


Hình 3 Khâu đế
- Hệ trục đặt tại khâu 0 khớp 1:

Hình 4 Cách đặt Hệ trục khâu đế

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

12

Hình 5 Khâu 1
- Hệ trục đặt tại khớp 2 khâu 1:

Hình 6 Cách đặt hệ trục khâu 1

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

13


Hình 7 Khâu 2
- Hệ trục đặt tại khớp 3 khâu 2:

Hình 8 Cách đặt hệ trục khâu tịnh tiến ( khâu 2)

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

14


Hình 9 Khâu 3
- Hệ trục đặt tại khớp 4 khâu 3 :

Hình 10 Cách đặt hệ trục khâu quay (Khâu 3)

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

15

Hình 11 Khâu 4
- Hệ trục đặt tại điểm lắp dụng cụ khâu 4:

Hình 12 Cách đặt hệ trục khâu quay (khâu 4)

1.2.2 Lắm ghép và xuất file.
Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

16


- Hình ảnh lắm ghép ( từng khâu)
- Các bước xuất ra file dùng để mô phỏng:

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

17


Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

18


CHƯƠNG 2: PHẦN ĐỘNG HỌC
2.1 Động học thuận.
Mục tiêu: - Khảo sát chuyển động khâu cuối phụ thuộc vào quy luật biến khớp
cho trước và tìm miền làm việc của Robot.
- Ứng dụng trong thực tế: Từ các quan hện giữa quỹ đạo điểm cuối và biến khớp,

giúp thiết lập miền không gian làm việc phù hợp, thiết kế chiều dài các khâu
phù hợp với yêu cầu làm việc.
2.1.1 Tình các phương trình động học cần thiết.
Từ bảng D-H ta lập được ma trận biến đổi thuần nhất từ hệ sang hệ. Tính ma
trận chuyển từ hệ 0 sang hệ bằng công thức:
Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit – Hartenberg:

Ta quy ước như sau :
cos(rotx) =

sin(rotx) =

cos(roty) =

sin(roty) =

cos(rotz) =

sin(rotz) = C =

Từ bảng D-H lập được thông qua tính toán maple ta tính được ma trận thuần
nhất các khâu:
Quy ước:

Khâu 0 sang khâu 1:
Khâu 1 sang khâu 2:
Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

19

Khâu 2 sang khâu 3:
Khâu 3 sang khâu 4:
Ma trận chuyển từ khâu 0 sang khâu 4 được tính theo công thức:
Note: Kết quả chi tiết ở phụ lục

Lập các phương trình động học:

Note: Kết quả chi tiết ở phụ lục

2.1.2 Phương trình quỹ đạo điểm cuối, các vận tốc, gia tốc.
Ta giải quỹ đạo điểm cuối bằng cách chọn giải 3 trong tổng số 12 phương trình
lập được ở mục 2.1.1

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

20


Giải được tọa độ điểm cuối như sau:

Vận tốc điểm cuối:
Vận tốc điểm E:
Gia tốc điểm cuối:
Gia tốc điểm E:
Vận tốc gia tốc khối tâm khâu:
Tọa độ khối tâm khâu trong hệ t�Đầu vào:
Quỹ đạo đặt:

Đầu ra:

Hình 128 Kiểm tra quỹ đạo tròn

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

140


Các biến khớp - vận tốc – gia tốc của mỗi khớp:

Hình 129 Kiểm tra khớp 1

Hình 130 Kiểm tra khớp 2
Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

141


Hình 131 Kiểm tra khớp 3

Hình 132 Kiểm tra khớp 4
Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

142


Kiểm tra vận tốc khâu cuối thực và giải ngược:

Hình 133 kiểm tra vận tốc phương x

Hình 134 kiểm tra vận tốc phương y

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

143


Hình 135 Kiểm tra vận tốc phương z

Bài tập lớn mô phỏng hệ cơ điện tử: Nhóm 1

144