Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Đức Vương PHÂN TÍCH KỲ DỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ ROBOT SONG SONG PHẲNG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Đức Vương PHÂN TÍCH KỲ DỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ ROBOT SONG SONG PHẲNG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Quang Hồng Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan toàn nội dung, kết trình bày luận án kết nghiên cứu thân hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Quang Hoàng Trừ phần tham khảo ghi rõ luận án, số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm … Người hướng dẫn Tác giả luận án PGS TS Nguyễn Quang Hoàng Vũ Đức Vương i LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập nghiên cứu Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đến tơi hồn thành luận án tiến sĩ Luận án hồn chỉnh nhờ giúp đỡ quý thầy cô, quý quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: PGS TS Nguyễn Quang Hồng, người thầy tận tình hướng dẫn truyền cho kinh nghiệm quý báu nghiên cứu khoa học Xin tỏ lòng cảm ơn tới PGS Nguyễn Phong Điền người thầy tư vấn định hướng tiếp cận với lĩnh vực chuyên môn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi suốt trình làm luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Bộ môn Cơ học ứng dụng hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu môn Tác giả xin cảm ơn ủng hộ bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình làm luận án Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình ln sát cánh, động viên ủng hộ tác giả suốt trình làm luận án Vũ Đức Vương ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG : TỔNG QUAN 3 1.1 Robot robot song song 3 1.1.1 Phân loại robot song song 7 1.1.2 Ứng dụng robot song song 8 1.2 Các phương pháp điều khiển robot 11 1.3 Vấn đề kỳ dị robot song song 13 1.4 Tình hình nghiên cứu nước 16 1.4.1 Các nghiên cứu nước 17 1.4.2 Các nghiên cứu nước 18 1.5 Hướng nghiên cứu luận án 20 1.6 Kết luận chương 24 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH KỲ DỊ ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG 26 2.1 Mở đầu 26 2.2 Hệ phương trình liên kết robot song song 26 2.3 Phân tích động học thuận robot song song 27 2.4 Phân tích động học ngược robot song song 28 2.4.1 Giải toán động học ngược phương pháp ma trận Jacobi 28 2.4.2 Giải toán động học ngược cho robot song song 3RRR phương pháp giải tích 32 2.4.3 Ước lượng động học cho robot song song 34 2.5 Phân tích kì dị động học robot song song 3RRR 36 2.5.1 Phương pháp xác định cấu hình kỳ dị 36 2.5.2 Giải pháp vượt kỳ dị phân tích động học robot song song 38 iii 2.5.3 Mô số vượt kỳ dị động học 40 2.6 Kết luận chương 45 CHƯƠNG : ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG 46 3.1 Mở đầu 46 3.2 Mơ hình động lực học robot song song có kể đến hệ dẫn động 46 3.2.1 Mơ hình động lực học hệ dẫn động 47 3.2.2 Mơ hình động lực học robot song song có kể đến hệ dẫn động 49 3.2.3 Hệ phương trình vi phân chuyển động với tọa độ suy rộng tối thiểu 58 3.3 Khảo sát động lực học robot song song 60 3.3.1 Bài toán động lực học thuận 61 3.3.2 Bài toán động lực học ngược 62 3.3.3 So sánh kiểm chứng mơ hình chương trình tính 63 3.4 Vấn đề ổn định hóa liên kết 66 3.4.1 Phương pháp Baumgarte 66 3.4.2 Phương pháp chiếu hiệu chỉnh 67 3.5 Vượt kỳ dị phân tích động lực học robot song song 70 3.5.1 Cơ sở phương pháp 70 3.5.2 Nội dung mô số 72 3.5.3 Kết mô 72 3.6 Kết luận chương 73 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG 75 4.1 Mở đầu 75 4.2 Một số điều khiển truyền thống cho robot song song 76 4.2.1 Điều khiển vị trí - điều khiển PD+bù trọng lực 76 4.2.2 Điều khiển PID dựa mơ men tính tốn 76 4.3 Điều khiển trượt robot song song không gian khớp 78 4.3.1 Xây dựng luật điều khiển 78 4.3.2 Nội dung mô số 81 4.3.3 Kết mô số 81 iv 4.4 Điều khiển trượt robot song song không gian thao tác 82 4.4.1 Biến đổi hệ phương trình động học dạng tọa độ tối thiểu không gian thao tác 82 4.4.2 Xây dựng luật điều khiển không gian thao tác 83 4.4.3 Mô số 87 4.5 Kết luận chương 89 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG 90 5.1 Mở đầu 90 5.2 Cơ sở hoạt động điều khiển mờ 90 5.2.1 Mờ hóa 91 5.2.2 Luật hợp thành 92 5.2.3 Giải mờ 93 5.3 Sử dụng điều khiển trượt mờ để bù thành phần nhiễu bất định thông số 96 5.3.1 Cơ sở phương pháp 96 5.3.2 Nội dung mô 98 5.3.3 Kết mô 98 5.4 Sử dụng điều khiển trượt mờ điều khiển bám quỹ đạo 99 5.4.1 Cơ sở phương pháp 99 5.4.2 Nội dung mô số 102 5.4.3 Kết mô số 102 5.5 Kết luận chương 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Mô tả M Ma trận khối lượng C Ma trận ly tâm Coriolis Js Ma trận Jacobi JT Ma trận Jacobi tịnh tiến JR Ma trận Jacobi quay IC Ma trận mô men qn tính khối Im Ma trận mơ men qn tính khối rơ to động g Véc tơ gia tốc trọng trường n Số bậc tự hệ 10 m Số tọa độ suy rộng không gian thao tác 11 r Số tọa độ suy rộng dư hay số nhân tử Lagrange 12 q Véc tơ tọa độ khớp 13 q Véc tơ vận tốc khớp 14 q Véc tơ gia tốc khớp 15 qa Véc tơ tọa độ suy rộng khớp chủ động 16 q a Véc tơ vận tốc suy rộng khớp chủ động 17 qa Véc tơ gia tốc suy rộng khớp chủ động 18 qi Véc tơ tọa độ suy rộng độc lập 19 qd Véc tơ tọa độ suy rộng phụ thuộc 20 x Véc tơ tọa độ bàn máy động 21 x Véc tơ vận tốc bàn máy động 22 x Véc tơ gia tốc bàn máy động 23 z Véc tơ tọa độ dư 24 f Véc tơ phương trình liên kết 25 a Véc tơ mô men/ lực dẫn động 26 Véc tơ nhân tử Lagrange 27 u Véc tơ lực điều khiển vi 28 e Véc tơ sai số 29 rg Tỉ số truyền hộp giảm tốc 30 l1 Chiều dài khâu chủ động chân robot 31 l2 Chiều dài khâu bị động chân robot 32 Véc tơ vận tốc góc khâu 33 T Biểu thức động 34 Biểu thức 35 V Hàm Lyapunov 36 N Ma trận bù ma trận Jacobi TT Chữ viết tắt 3RRR 3RPR PD PID GA DLS SVD Mơ tả Robot song song phẳng chân, với trình tự khớp chân Revolute – Revolute - Revolute Robot song song phẳng chân, với trình tự khớp chân Revolute – Prismatic - Revolute Bộ điều khiển tỷ lệ - đạo hàm (Proportional – Derivate) Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân – đạo hàm (Proportional - Integral – Derivate) Giải thuật di truyền (Genetic algorithm) Phương pháp bình phương tối thiểu (Damped Least Squares) Phương pháp phân rã giá trị kỳ dị (Singular Value Decomposition) DC Motor Động điện chiều SMC Bộ điều khiển trượt (Sliding Mode Control) vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh robot chuỗi robot song song 6 Bảng 1.2: Bảng thông số robot song song 3RRR 24 Bảng 3.1: Các tọa độ suy rộng ký hiệu 47 Bảng 5.1: Bảng suy diễn mờ cho hệ số v 97 Bảng 5.2: Bảng luật điều khiển FSMC 100 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Bệ đỡ rạp chiếu phim Gwinnet thiết kế 3 Hình 1.2: Mơ hình hệ thống có cấu trúc vịng kín Gough 4 Hình 1.3: Mơ hình nguyên lý hệ thống tập lái máy bay 4 Hình 1.4: Mơ hình robot song song delta không gian 5 Hình 1.5: Robot song song phẳng 3RPR 5 Hình 1.6: Sơ đồ phân loại robot song song 7 Hình 1.7: Một dạng robot song song đối xứng 7 Hình 1.8: Robot song song có bàn máy động chuyển động cầu 8 Hình 1.9: Sơ đồ cấu trúc động học dạng robot song song không gian 8 Hình 1.10: Mẫu robot delta đóng hộp sản phẩm 9 Hình 1.11: Robot song song CMW380 9 Hình 1.12: Hệ thống Rendezvous sử đụng đào tạo phi hành gia 10 Hình 1.13: Robot cáp sử dụng tạo chuyển động phối hợp với công nghệ thực tế ảo 10 Hình 1.14: Robot song song kiểu stewart ứng dụng làm robot phẫu thuật xác [11] 11 Hình 1.15: Sơ đồ điều khiển không gian khớp 11 Hình 1.16: Sơ đồ điều khiển không gian thao tác 12 Hình 1.17: Một cấu hình kỳ dị loại (kỳ dị động học ngược) 15 Hình 1.18: Cấu hình kỳ dị loại hai – khâu sau đồng quy (kỳ dị động học thuận) 15 Hình 1.19: Cấu hình kỳ dị loại hai – khâu sau song song (kỳ dị động học thuận) 15 Hình 1.20: Cấu hình kỳ dị hỗn hợp +)các khâu sau song song +) chân duỗi thẳng 16 Hình 1.21: Cấu hình kỳ dị hỗn hợp +)các khâu sau đồng quy +) chân duỗi thẳng 16 Hình 1.22: Robot song song Isoglide3 phịng nghiên cứu [62] 19 Hình 1.23: Động điện chiều với hộp giảm tốc 22 Hình 1.24: Sơ đồ robot song song 3RRR đẫn động động điện chiều 22 Hình 1.25: Sơ đồ góc nghiêng bàn máy động 23 Hình 2.1: Cấu trúc robot song song 26 Hình 2.2: Sơ đồ giải toán động học ngược cấp độ vận tốc 29 Hình 2.3: Sơ đồ khối thuật toán GA 31 ix Hình 2.4: Sơ đồ chân tổng quát robot 3RRR 34 Hình 2.5: Sơ đồ cấu hình robot 3RRR Cấu hình thể 1, 1, 1 34 Hình 2.6: Sơ đồ ước lượng động học 35 Hình 2.7: Bản đồ kỳ dị động học ngược tương ứng với cấu hình 1 (1, 1, 1) 38 Hình 2.8: Bản đồ kỳ dị động học thuận tương ứng với cấu hình 1 (1, 1, 1) 38 Hình 2.9: Mơ tả phân vùng khảo sát kỳ dị 39 Hình 2.10: Biểu đồ thể liên hệ tham số phụ thuộc vào d 40 Hình 2.11: Mơ tả phương trình quỹ đạo chuyển động 41 Hình 2.12: Quỹ đạo chuyển động qua điểm kỳ dị 41 Hình 2.13: Chương trình mơ dừng khoạt động vào vùng kỳ dị 42 Hình 2.14: Đồ thị biến khớp chủ động 42 Hình 2.15: Đồ thị vận tốc góc biến khớp chủ động 43 Hình 2.16: Đồ thị tham số không gian thao tác 44 Hình 2.17: Đồ thị vận tốc khơng gian thao tác 44 Hình 2.18: Đồ thị sai lệch bám quỹ đạo 44 Hình 3.1: Mơ hình dẫn động khớp robot 47 Hình 3.2: Mơ hình dẫn động động điện chiều 47 Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện tổng quát động điện chiều 48 Hình 3.4: Sơ đồ tốn động lực học thuận 61 Hình 3.5: Sơ đồ tốn động lực học ngược 62 Hình 3.6: Đồ thị biến khớp chủ động 63 Hình 3.7: Đồ thị biến khớp bị động 63 Hình 3.8: Đồ thị mơ men tác động khớp chủ động 63 Hình 3.9: Đồ thị điện áp điều khiển 63 Hình 3.10: Đồ thị giá trị định thức tương ứng với quỹ đạo chuyển động 64 Hình 3.11: Đồ thị biến khớp chủ động 64 Hình 3.12: Đồ thị biến khớp bị động 64 Hình 3.13: Đồ thị mô men tác động khớp chủ động 64 Hình 3.14: Đồ thị điện áp điều khiển 64 Hình 3.15: Đồ thị giá trị định thức tương ứng với quỹ đạo chuyển động 64 Hình 3.16: Đồ thị biến thiên mơ men khớp chủ động mô sử dụng tham số T.Geike J McPhee [100] 66 Hình 3.17: Kết toán động lực học thuận 72 Hình 3.18: Kết điều khiển PD 72 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn giá trị định thức giá trị đáp ứng phương trình liên kết 73 x Hình 4.1: Mơ hình điều khiển trượt 75 Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển vị trí - PD + bù trọng lực 76 Hình 4.3: Sơ đồ luật điều khiển PID dựa mô men tính tốn 78 Hình 4.4: Sơ đồ điều khiển trượt không gian khớp 80 Hình 4.5: Sơ đồ điều khiển trượt không gian khớp với ước lượng động học 81 Hình 4.6: Quỹ đạo đáp ứng quỹ đạo tham chiếu với điều khiển trượt 81 Hình 4.7: Đồ thị biến khớp chủ động 82 Hình 4.8: Sai lệch biến khớp chủ động 82 Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển trượt robot song song không gian thao tác 86 Hình 4.10: Sơ đồ điều khiển khơng gian thao tác có ước lượng động học 86 Hình 4.11: Thông số quỹ đạo không gian thao tác (SMC) 88 Hình 4.12: Thơng số quỹ đạo không gian thao tác (PD) 88 Hình 4.13: Đồ thị biến khớp chủ động (SMC) 88 Hình 4.14: Đồ thị biến khớp chủ động (PD) 88 Hình 4.15: Sai lệch bám quỹ đạo theo x,y (SMC) 88 Hình 4.16: Sai lệch bám quỹ đạo theo x, (PD) 88 Hình 4.17: Sai lệch bám góc nghiêng bàn máy động (SMC) 88 Hình 4.18: Sai lệch bám góc nghiêng bàn máy động (PD) 88 Hình 4.19: Quỹ đạo đáp ứng quỹ đạo mong muốn tâm bàn máy động (SMC) 89 Hình 4.20: Quỹ đạo đáp ứng quỹ đạo mong muốn tâm bàn máy động (PD) 89 Hình 5.1: Quy trình hoạt động điều khiển mờ 91 Hình 5.2: Một số mơ hình mờ hóa thơng dụng 92 Hình 5.3: Mô tả điều khiển mờ với luật hợp thành Max-Min 93 Hình 5.4: Mơ tả phương pháp giải mờ cực đại 94 Hình 5.5: Mơ tả ngun lý trung bình 94 Hình 5.6: Mơ tả ngun lý cận trái 95 Hình 5.7: Mơ tả ngun lý cận phải 95 Hình 5.8: Mơ tả phương pháp điểm trọng tâm 96 Hình 5.9: Hàm thuộc biến ngôn ngữ s , s 97 Hình 5.10: Hàm thuộc biến ngôn ngữ v 97 Hình 5.11: Sơ đồ khối vòng điều khiển trượt mờ, bù nhiễu bất định tham số 98 Hình 5.12: Tọa độ bàn máy động theo trục x 98 Hình 5.13: Tọa độ bàn máy động theo trục y 98 Hình 5.14: Góc nghiêng bàn máy động 98 xi Hình 5.15: Quỹ đạo chuyển động bàn máy động 98 Hình 5.16: Tọa độ bàn máy động theo phương x: trường hợp – 80% giá trị xác 99 Hình 5.17: Tọa độ bàn máy động theo phương y: trường hợp – 80% giá trị xác 99 Hình 5.18: Tọa độ bàn máy động theo phương x: trường hợp – 50% giá trị xác 99 Hình 5.19: Tọa độ bàn máy động theo phương y: trường hợp – 50% giá trị xác 99 Hình 5.20: Mờ hóa thành phần sign(s) 100 Hình 5.21: Sơ đồ khối vòng điều khiển trượt mờ bám quỹ đạo 102 Hình 5.22: Đồ thị giá trị hàm mục tiêu tương ứng với hệ 102 Hình 5.23: Tín hiệu điều khiển với điều khiển SMC 103 Hình 5.24: Tín hiệu điều khiển với điều khiển FSMC 103 Hình 5.25: Sai lệch bám quỹ đạo khớp chủ động với điều khiển FSMC 103 Hình 5.26: Sai lệch bám quỹ đạo khớp chủ động với điều khiển FSMC với GA 103 Hình 5.27: Quỹ đạo đáp ứng với quỹ đạo mong muốn điều khiển FSMC 103 xii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Các robot công nghiệp từ đời áp dụng nhiều lĩnh vực để thay sức lao động người Mục tiêu ứng dụng robot cơng nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất, giảm giá thành, tăng chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện suất lao động Các mục tiêu có nhờ vào ưu điểm bật robot như: làm việc khơng biết mệt mỏi, chịu phóng xạ môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao Trong sản xuất robot sử dụng nhiều kỹ thuật ô tô, công nghệ hàn, công nghệ đúc, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm Robot song song dạng robot có cấu trúc vịng kín, khâu nối với khớp động Do đặc điểm kết cấu nên chúng có số ưu điểm trội so với robot chuỗi như: chịu tải trọng lớn, độ cứng vững cao kết cấu hình học chúng, thực thao tác phức tạp hoạt động với độ xác cao Tuy nhiên, robot song song có vấn đề lớn gặp phải điểm bị kỳ dị động học, động lực học không gian làm việc Tại điểm robot gia tăng bớt bậc tự do, lực/momen tăng cục gây ảnh hưởng lớn đến kết cấu chuyển động robot Ngoài ra, để hoạt động trơn tru với độ xác cao q trình làm việc robot song song không cần giải pháp vượt kỳ dị hiệu mà cần đến phương pháp thiết kế điều khiển hợp lý Vì vậy, nghiên cứu phân tích kỳ dị điều khiển trượt mờ robot song song phẳng có kể đến hệ dẫn động khơng mang lại ý nghĩa khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tế với trình ứng dụng phát triển robot song song Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu góp phần hồn thiện khảo sát động học, mơ hình động lực học làm đa dạng phương án điều khiển robot song song Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án robot song song dẫn động động điện chiều Các vấn đề động học, động lực học điều khiển có ảnh hưởng tới hoạt động robot tập trung nghiên cứu Thực nghiệm số thực mơ hình động lực học robot song song phẳng 3RRR để đánh giá lý thuyết đề xuất nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm số để đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu Ý nghĩa khoa học Luận án thực giải tương đối đầy đủ tốn phân tích động học, động lực học điều khiển robot song song phẳng, đặc biệt xử lý vấn đề kỳ dị Luận án tài liệu tham khảo ý nghĩa cho việc nghiên cứu, phân tích đối tượng tương tự Đồng thời kết nghiên cứu luận án góp phần mang lại nhận thức xây dựng mơ hình, thức vượt qua kỳ dị robot song song Ý nghĩa thực tiễn - Phương pháp xây dựng mơ hình động lực học cung cấp mơ hình tương đối gần thực tế cho việc thiết kế điều khiển dựa mơ hình - Phương án vượt kỳ dị động học động lực học góp phần vào thiết kế điều khiển đảm bảo cho robot làm việc vùng lân cận vị trí kỳ dị - Chương trình tính tốn mơ hỗ trợ cho việc tính tốn thiết kế robot dạng Các kết dự kiến đạt Nghiên cứu luận án đưa sở lý thuyết tiến hành thực nghiệm số đánh giá nội dung đặt bao gồm: Đưa sở lý thuyết xây dựng mơ hình động lực cho robot song song có kể đến ảnh hưởng động dẫn động Xác định kỳ dị vượt kỳ dị giải toán động học, động lực học robot song song Xây dụng thuật toán điều khiển trực tiếp robot song song không gian thao tác Ước lượng động học xác định tham số thay cho thông tin thu từ thiết bị đo thực Xử lý yếu tố bất định môi trường ảnh hưởng đến hoạt động robot song song điều khiển trượt mờ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Robot robot song song Robot đời phát triển tất yếu để đáp ứng nhu cầu xã hội Robot khơng có khả tạo sản phẩm với số lượng lớn, suất, chất lượng cao mà cịn có khả “tái lập trình”, “tái cấu trúc” linh hoạt để làm việc đa chức Bên cạnh đó, robot cịn làm việc môi trường độc hại, nơi mà người chưa thể tiếp cận được… Trong loại robot phục vụ sản xuất công nghiệp, robot song song có nhiều ưu điểm có nhiều ứng dụng thực tiễn đóng góp vào phát triển chung xã hội Dịng robot hình thành từ khâu liên kết với thành vịng kín Bộ phận chứa phần công tác thường gọi bàn máy động, robot cố định giá cố định kết nối với bàn máy động qua chân Thường số chân số bậc tự do, điều khiển nguồn phát động đặt giá cố định chân Việc kết nối khâu tạo nên vịng động học khép kín làm cho robot song song nhiều ưu điểm ứng dụng nhiều đời sống hoạt động sản xuất cơng nghiệp Để có phát triển thời điểm robot song song có q trình lịch sử lâu dài phải kể tới số dấu mốc lịch sử bật Đầu tiên phải kể tới nguyên mẫu robot song song làm bệ đỡ cho rạp chiếu phim (Hình 1.1) cấp sáng chế cho Gwinnet vào năm 1928 [1] Hình 1.1: Bệ đỡ rạp chiếu phim Gwinnet thiết kế Vào năm 1947, Gough [2] xây dựng cấu với cấu trúc vịng kín cho phép điều chỉnh vị trí hướng sử dụng làm thiết bị kiểm tra lốp xe (Hình 1.2) Thiết bị sau phát triển thức đưa vào hoạt động vào năm 1955 Bàn máy động thiết bị có dạng hình lục giác, góc nối với chân khớp cầu, đầu lại nối với bệ máy khớp Cardan Các chân cấu có chiều dài thay đổi nhờ điều khiển Vào năm 1965, Stewart [3] đề xuất sử dụng cấu Gough cho hệ thống mơ buồng tập lái máy bay (Hình 1.3), cấu cịn thường nói cấu Stewart Ngày nay, cấu dựa tảng Gough chọn làm sở cho hệ thống mơ tập lái máy bay đại Hình 1.2: Mơ hình hệ thống có cấu trúc vịng kín Gough Hình 1.3: Mơ hình ngun lý hệ thống tập lái máy bay Một biến thể thiết kế thành công dựa tảng cấu Gough mẫu robot song song delta (Hình 1.4) đề xuất Clavel [4][5][6] dạng robot song song phẳng (Hình 1.5) [5] Các dạng phổ biến robot song song phẳng dạng có kết cấu ba chân RPR RRR (R đại diện cho khớp quay, P đại diện cho khớp trượt, khớp gạch chân khớp chủ động) Hình 1.4: Mơ hình robot song song delta khơng gian Hình 1.5: Robot song song phẳng 3RPR Nếu với robot chuỗi, tải trọng ảnh hưởng tăng dần từ cấu chấp hành cuối đến với robot song song tải trọng chia sẻ chân robot nên cấu chấp hành song song thường có khả chịu tải lớn [7][8] Khi hoạt động, robot song song có qn tính nhỏ nhiều so với robot chuỗi động dẫn động bố trí bệ máy phận mang tải cịn bố trí gần với bệ máy Robot song song có độ cứng cao tải trọng robot chuyển sang dạng kéo nén khâu tránh tượng bị uốn robot chuỗi Độ xác vị trí robot song song cao lỗi bù trung bình từ lỗi chân cấu trúc song song mà khơng bị tích lũy robot nối tiếp Nhưng robot song song tồn nhược điểm như: không gian làm việc nhỏ robot chuỗi kết cấu dạng vịng kín giới hạn chuyển động tính linh hoạt robot song song nhiều [6]–[8] Sự so sánh ưu nhược điểm robot nối tiếp với robot song song thể bảng Bảng 1.1: (với (+) thể ưu thế, (-) thể yếu thế) Bảng 1.1: So sánh robot chuỗi robot song song TT Tiêu chí Robot chuỗi Robot song song Độ xác khâu chấp hành cuối + Độ xác lặp lại +- ++ Độ cứng vững - + Tỷ lệ khối lượng tải/robot + Gia tốc khâu thao tác cuối +- ++ Không gian làm việc (rộng, tránh vật cản) ++ - Tính linh hoạt (thích nghi với nhiệm vụ đặt ra) ++ +- Chi phí thời gian tính tốn (động học, động lực học) +- Trong đó: ‐ Độ xác tuyệt đối độ xác lặp lại robot song song cao robot chuỗi: Điều robot chuỗi cấu tạo khâu kết nối liên tiếp nên chúng gặp phải sai số tích lũy từ khâu trước robot song song không gặp phải điều ‐ Độ cứng robot song song cao robot chuỗi: nhiều trường hợp, tải trọng đặt vào robot song song chuyển thành lực kéo nén đặt vào khâu nên độ cứng hệ tốt ‐ Tỷ lệ khối lượng tải/khối lượng robot: Robot song song có tỷ lệ lớn hơn, điều làm cho robot song song tiêu tốn lượng so với robot chuỗi thực nhiệm vụ ‐ Gia tốc khâu thao tác cuối: Robot song song có gia tốc lớn kết cấu nhẹ vững chúng ‐ Không gian làm việc: robot song song có khơng gian làm việc hạn chế robot chuỗi ràng buộc nhiều khâu với ‐ Tính linh hoạt: robot song song robot chuỗi ràng buộc mặt cấu trúc khí ‐ Chi phí thời gian tính tốn: Robot song song địi hỏi chi phí tính tốn động học động lực học nhiều
Ngày đăng: 20/09/2022, 23:29
Xem thêm:
