aĐiều khiển mô hình quanser 2DOF robot dùng phương pháp điều khiên thông minh so với phương pháp điều khiển cổ điển bkhóa luận tốt nghiệp khoa công nghệ điện clê minh hoàng

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH QUANSER DOF ROBOT DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH MỚI SO VỚI DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CỔ ĐIỂN SINH VIÊN: MSSV LỚP GVHD LÊ MINH HOÀNG : 16018271 : DHDKTD12A : THS NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TP HCM, NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Lê Minh Hoàng: 16018271 Tên đề tài Điều khiển mơ hình Quanser DOF Robot dùng phương pháp điều khiển thông minh so với dùng phương pháp điều khiển cổ điển - Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) Tìm hiểu thơng số mơ hình Quanser DOF Robot Nghiên cứu, vận dụng kỹ thuật robot vào mô hình : Vận dụng động học thuận động học nghịch robot Vận dụng động lực học robot Tìm hiểu, nắm bắt chương trình, phần mềm điều khiển robot Áp dụng kiến thức học kỹ thuật điều khiển để điều khiển robot Kết dự kiến (tóm tắt kết dự kiến đạt được) Loại kết Loại I - Thiết bị, máy móc (mơ hình vật lý) - Vật liệu Loại II - Nguyên lý ứng dụng - Phương pháp - Tiêu chuẩn - Chương trình máy tính - Phần mềm máy tính - Bản vẽ thiết kế - Quy trình cơng nghệ Mô tả Thực X - Điều khiển theo góc quay, tọa độ vị trí X - Chương trình Matlab LabView - Bản vẽ logo trường khoa Điện Loại kết Loại I - Phân tích dự báo Loại III - Sơ đồ - Số liệu - Báo cáo phân tích - Đề án, quy họach Loại IV - Bài báo - Sách chuyên khảo - Giáo trình - Tài liệu phục vụ giảng Mơ tả Thực X - Xuất tín hiệu ngõ dạng sóng dạy (bài giảng) - Sản phẩm đăng ký sở hữu trí tuệ Khác HCM, ngày tháng 10 năm 2019 GiảngTp viên hướng dẫn Sinh viên Trưởng môn (Sinh viên đánh dấu X vào ô thực hiện, ghi tóm tắt mơ tả cho kết dự kiến mà thực hiện) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPError! Bookmark not defined NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vii DANH SÁCH CÁC BẢNG x CHƯƠNG GIỚI THIỆU ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Giới thiệu tổng quan robot 1.2 Robot công nghiệp Error! Bookmark not defined 1.2.1 Cấu tạo robot .2 1.2.2 Bậc tự robot (DOF: Degrees of freedom)Error! Bookmark not defined 1.2.3 Phân loại robot 1.2.4 Một số loại robot tiên tiến 1.3 Các phép biến đổi .10 1.3.1 Hệ tọa độ 10 1.3.2 Các phép biến đổi 12 1.3.3 Quan hệ tọa độ biến đổi .16 1.3.4 Kết luận 17 1.4 Phương trình động học robot 17 1.4.1 Ma trận mô tả động học 17 1.4.2 Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH) 17 1.4.3 Đặc trưng ma trận A 22 1.4.4 Xác định T6 theo ma trận An .23 1.4.5 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học robot .24 1.4.6 Kết luận 25 1.5 Giải phương trình động học robot (phương trình động học ngược) 26 1.5.1 Các điều kiện toán động học ngược .26 1.5.2 Lời giải phép biến đổi Euler 27 1.5.3 Kết luận 31 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO 33 2.1 Tổng quan mạng nơ-ron (neural network) 33 2.1.1 Mạng nơ-ron nhân tạo 33 2.1.2 Các đặc trưng mạng nơ-ron 33 2.2 Các thành phần mạng nơ-ron nhân tạo .33 2.2.1 Đơn vị xử lý .33 2.2.2 Hàm kết hợp 34 2.2.3 Hàm kích hoạt 35 2.3 Các dạng mạng 37 2.3.1 Mạng truyền thẳng (Feed forward neural network) 37 2.3.2 Mạng hoi quy (Recurrent neural network) .38 2.4 Huấn luyện mạng 38 2.4.1 Học có thầy (Supervised learning) 39 2.4.2 Học khơng có thầy (Unsupervised learning) 39 2.5 Hàm mục tiêu 40 CHƯƠNG GIỚI THIỆU QUANSER 2DOF ROBOT 41 3.1 Giới thiệu chung hệ thống robot bậc hãng Quanser .41 3.2 Động học thuận robot 42 3.3 Động học nghịch robot 43 3.4 Mô tả điều khiển hệ thống 45 3.4.1 Hàm truyền động robot (servo SRV02) 45 3.4.2 Bộ điều khiển PV hệ thống .46 3.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển robot(dùngMatlab/Simulink) .49 3.6 Thiết kế quỹ đạo hoạch định chuyểnđộng cho robot 50 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH 54 4.1 Thiết kế điều khiển mạng nơ-ron 54 4.2 Đánh giá kết 55 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh robot Asimo hãng Honda Hình 1.2 Cánh tay robot hàn -2 Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống robot -2 Hình 1.4 thành phần cánh tay robot Hình 1.5 Robot kiểu tọa độ Đề-các -5 Hình 1.6 Robot kiểu tọa độ Trụ -5 Hình 1.7 Robot kiểu tọa độ cầu -6 Hình 1.8 Robot kiểu hệ tọa độ góc Hình 1.9 Robot hỗ trợ binh sĩ - Hình 1.10 Khung robot hỗ trợ chiến đấu cho binh sĩ Hình 1.11 Robot tải vũ khí qn trang Hình 1.12 Robot thám hiểm hỏa Hình 1.13 Xe tự hành Google -9 Hình 1.14 Robot hút bụi lau sàn -10 Hình 1.15 Biểu diễn điểm không gian 10 Hình 1.16 Phép biến đổi tịnh tiến không gian -13 Hình 1.17 hệ tọa độ gắn khâu chấp hành cuối (bàn tay) -14 Hình 1.18 Quan hệ hệ tọa độ biến đổi 16 Hình 1.19 hệ tọa độ hệ tọa độ trung gian robot -17 Hình 1.20 Các vector định vị trí định hướng bàn tay máy 18 Hình 1.21 Các vector định vị trí định hướng cảu bàn tay máy 20 Hình 1.22 thơng số khâu : 0, d, a a 20 Hình 1.23 Tay máy có hai khâu phẳng 21 Hình 1.24 Robot SCARA hệ tọa độ (vị trí ban đầu) 22 Hình 1.25 Vật thể Robot 23 Hình 1.26 Tốn đồ chuyển vị robot 24 Hình 1.27 Hàm arctan2(y,x) -28 Hình 2.1 Đơn vị xử lý (Processing Unit) -34 Hình 2.2 Hàm đồng - 35 Hình 2.3 Hàm bước nhị phân 36 Hình 2.4 Hàm Sigmoid - 36 Hình 2.5 Hàm sigmoid lưỡng cực -37 Hình 2.6 Mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp 38 Hình 2.7 Mạng nơ-ron hồi quy 38 Hình 2.8 Mơ hình học có thầy (Supervised learning) -39 Hình 3.1 Mơ hình robot bậc Quanser. -41 Hình 3.2 Hệ tọa độ hình học phẳng robot. -42 Hình 3.3 Hệ robot tọa độ Oxy. 42 Hình 3.4 Hệ robot tọa độ Oxy -44 Hình 3.5 Đáp ứng hệ thống -47 Hình 3.6 Sơ đồ khối điều khiển PV 48 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển robot. -49 Hình 3.8 Bên khối điều khiển DOF Workspace control -50 Hình 3.9 Bộ điều khiển PV robot (Ki = 0) 50 Hình 3.10 Trong khối Scopes có chứa khối Forward Kinematics -51 Hình 3.11 Hoạch định vùng hoạt động robot. -52 Hình 4.1 Bộ điều khiển mạng nơ-ron - 55 Hình 4.2 Tín hiệu ngõ (dùng mạng nơ-ron) khớp A. -56 Hình 4.3 Tín hiệu ngõ khớp A dùng mạng nơ-ron, PV, tín hiệu đặt(linexanh thời gian) - 56 Hình 4.4 Tín hiệu ngõ (dùng mạng nơ-ron) khớp B 57 Hình 4.5 Tín hiệu ngõ khớp B dùng mạng nơ-ron, PV, tín hiệu đặt(linexanh thời gian) 57 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng thông số DH - 21 Bảng 1.2 Bảng thông số DH robot SCARA 22 Bảng 3.1 Thông số hệ thống robot. -41 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật khối động ServoSRV02. 45 Bảng 4.1 Dữ liệu (Data) robot (có file Excel kèm theo). 54 Tổng góc tam giác AACE ABDE 180 độ (re): ^ Suy ra: re — ẢB