Nghiên cứu, khảo sát các đặc tính làm việc của hệ thống chấp hành của robot công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN PHẠM THÀNH LONG NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN PHẠM THÀNH LONG NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 2.01.09 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS-TS TRẦN VỆ QUỐC THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Phạm Thành Long Nơi công tác: Bộ môn Cơ điện tử, khoa Cơ khí, ĐHKT CN Thái Nguyên Tên đề tài: Nghiên cứu, khảo sát thông số làm việc hệ thống chấp hành robot công nghiệp Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 2.01.09 Tôi xin cam đoan, luận án riêng Các kết trình bày luận án tơi phát triển, chưa cơng bố tài liệu Thái Nguyên, ngày 27 tháng 11 năm 2008 Ngƣời viết PHẠM THÀNH LONG Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Trang phụ bìa luận án Lời cam đoan Mục lục Danh mục thuật ngữ, kí hiệu, từ viết tắt Danh mục bảng biểu 11 Danh mục hình vẽ đồ thị 12 MỞ ĐẦU 15 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH TRÊN ROBOT CÔNG NGHIỆP Robot đặc tính làm việc hệ thống chấp hành 19 1.1.1 Hệ thống chấp hành robot công nghiệp 19 1.1.2 Tổng quan cổ tay cầu truyền động song song dư 25 1.1.3 Robot đặc tính làm việc hệ thống chấp hành 28 1.1.4 Khởi tạo, đo đếm truyền thông số 29 Robot toán học cấu chấp hành 31 Động học 31 1.1 1.2 1.2.1 1.2.1.1 Bài tốn giải tích động học 32 1.2.1.2 Bài toán tổng hợp động học 32 1.2.2 Tĩnh học 32 1.2.3 Động lực học 33 1.2.3.1 Giải tích động lực học 33 1.2.3.2 Tổng hợp động lực học 34 1.3 Một số nghiên cứu tổng hợp thông số làm việc hệ thống 34 1.4 Hƣớng nghiên cứu đề tài 37 1.5 Kết luận chƣơng 38 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG - GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT 2.1 Chất lƣợng q trình làm việc robot cơng nghiệp 40 2.2 Dữ liệu toán động học ngƣợc robot 41 2.2.1 Dữ liệu động học vị trí toán ngược điều khiển 41 2.2.2 Các phương pháp xây dựng liệu động học 42 Bài toán động học quan điểm điều khiển thời gian thực 43 2.3.1 Một số vấn đề động học robot 43 2.3.2 Hiệu giải thuật quan điểm điều khiển thời gian thực 45 Quan hệ toán động học toán tối ƣu 46 2.4.1 Cơ sở việc thay đổi kiểu toán 46 2.4.2 Số bậc tự robot dạng toán tối ưu 49 2.4.3 Bài toán di chuyển tối thiểu 50 Tự động hoá xác định biến điều khiển động học robot 51 2.5.1 Giải thuật sở toán tối ưu 51 2.5.2 Khả ứng dụng giải thuật máy tính 52 Bài toán quy hoạch phi tuyến với ràng buộc dạng chuẩn 53 2.6.1 Bài toán quy hoạch phi tuyến nghiệm tối ưu 53 2.6.2 Các phương pháp triển vọng với dạng hàm mục tiêu Banana 54 2.3 2.4 2.5 2.6 2.6.2.1 Phương pháp cầu phương (SQP) 54 2.6.2.2 Phương pháp Giảm Gradient tổng quát (GRG) 55 2.6.2.3 Phương pháp di truyền (GA) 56 2.6.3 Mơi trường lập trình lựa chọn hàm chức 57 2.6.3.1 Nhận định chung 57 2.6.3.2 Kết tốn mẫu 58 2.6.3.3 Kết chạy chương trình 59 2.6.3.4 Lựa chọn phương pháp tối ưu 60 Giải tốn ngƣợc với cơng cụ Solver MS – OFFICE 61 2.7.1 Giới thiệu chung giải thuật phương pháp 61 2.7.2 Minh hoạ thao tác với cơng cụ Solver 65 2.7 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết luận chƣơng 2.8 68 CHƢƠNG - ỨNG DỤNG MÁY TÍNH GIẢI BÀI TỐN NGƢỢC VÀ XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA BIẾN KHỚP Các tiêu đánh giá 70 3.1.1 Tính vạn 70 3.1.2 Tốc độ hình thành lời giải 70 3.1.3 Tính xác 70 3.1.4 Tính thực dụng, khả lồng ghép yêu cầu riêng 71 So sánh kết với phƣơng pháp khác 72 3.2.1 Cơ cấu ba khâu phẳng (Toàn khớp quay) 72 3.2.2 Robot Adept-One (Bốn bậc tự do, q3 tịnh tiến) 75 3.2.3 Robot Scorbot (Năm bậc tự toàn khớp quay) 77 3.2.4 Robot Stanford (Sáu bậc tự do, q3 tịnh tiến) 79 3.2.5 Robot Elbow (Sáu bậc tự toàn khớp quay) 82 3.2.6 Robot Puma (Sáu bậc tự toàn khớp quay) 85 3.2.7 Robot Fanuc (Sáu bậc tự toàn khớp quay) 88 3.1 3.2 Xây dựng đặc tính động học khớp 3.3 3.3.1 Mơ tả tốn 3.3.2 Xây dựng ma trận Pi 3.3.3 Tính tốn chiều dài đường hàn, thời gian hàn 3.3.4 Hệ phương trình động học thuận robot VR-006CII 3.3.5 Giải toán ngược điểm chốt 3.3.6 Xây dựng đặc tính chuyển động khơng gian khớp 3.3.6.1 Biến khớp q6 3.3.6.2 Biến khớp q5 3.3.6.3 Biến khớp q4 3.3.6.4 Biến khớp q3 3.3.6.5 Biến khớp q2 3.3.6.6 Biến khớp q1 3.4 Mơ robot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mềm điều khiển Robot thí nghiệm 92 3.5.1 Mơ tả cấu trúc thí nghiệm 92 3.5.2 Chương trình máy tính 92 Kết luận chƣơng 93 3.5 3.6 CHƢƠNG - TỔNG HỢP ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CỔ TAY ROBOT BA BẬC TỰ DO Các cấu cổ tay cầu dùng truyền động bánh nón điển 4.1 hình 125 4.1.1 Các cấu điển hình 125 4.1.2 Phân loại theo số khâu hợp thành 125 4.1.2.1 Cổ tay bảy khâu 126 4.1.2.2 Các cổ tay tám khâu sở cổ tay bảy khâu 126 4.1.2.3 Các cổ tay tám khâu 126 4.1.2.4 Cổ tay chín khâu 126 Động học cấu bánh nón vi sai 127 4.2.1 Phương trình mạch sở 127 4.2.2 Điều kiện đồng trục 128 Tổng hợp cấu trúc động học cổ tay robot cầu ba bậc tự 128 4.3.1 Giới thiệu cổ tay robot cầu có phần đóng mạch 128 4.3.2 Đề xuất cấu trúc phần chấp hành 129 4.3.3 Tổng hợp cấu trúc phần đóng mạch 130 4.2 4.3 4.4 4.3.3.1 Điều kiện hoạt động mạch vịng kín 130 4.3.3.2 Tính chất lát cắt 131 4.3.3.3 Các quan hệ động học cổ tay cầu 133 4.3.3.4 Tổng hợp cấu trúc đóng mạch 135 4.3.3.5 Kiểm nghiệm kết 137 Kết luận chƣơng 139 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ (Các báo, cơng trình cơng bố tác giả nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 142 http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dung đề tài luận án) TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 CÁC PHỤ LỤC CỦA LUẬN ÁN Phụ lục 1: Các vẽ thiết kế Robot thí nghiệm Phụ lục 2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển robot Phụ lục 3: Sơ đồ nguyên lý mô đun điều khiển động bước Phụ lục 4: Chương trình mô robot AutoLisp Phụ lục 5: Mã nguồn chương trình điều khiển robot thí nghiệm Phụ lục 6: Mã nguồn chương trình mơ động học robot Phụ lục 7: Phương trình đặc tính chuyển động biến khớp Phụ lục 8: Khai triển sơ đồ cổ tay cầu truyền động song song Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT TT KÍ ĐƠN DIỄN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ HIỆU VỊ a( ) Approach (Véc tơ hướng tiếp cận vật thể bàn kẹp) Lượng tịnh tiến dọc theo trục ox Ai Ma trận truyền khâu (i-1) khâu (i) aij AT Transpose (A) i (mm) Hệ số thứ (i) đa thức nội suy thứ (j) Góc quay quanh trục ox (rad) CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing Cijk Cos(qi + qj + qk) 10 CNC Computer Numerical Control 11 D Miền thỏa mãn ràng buộc vật lí khớp 12 DH Denavit-Hartenbeg 13 di Lượng tịnh tiến dọc theo trục oz 14 E Véctơ mô tả mũi dụng cụ (hoặc tâm bàn kẹp) hệ quy chiếu chung 15  Sai lệch tuyệt đối cho phép hàm mục tiêu (mm) 16 EUL Euler 17 GA Genetic algorithms 18 GRG Generalized Reduced Gradient 19 IR Industrial Robot 20 J Véctơ định vị điểm đặt robot so với hệ quy chiếu chung 21 Li Lower bound (i) 22 m Độ động tay máy 23 MRO Minimal Represent Orient 24 n( ) Normal (Véc tơ pháp tuyến mặt phẳng chứa s, a) 25 n Số bậc tự robot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 26 NC Numerical Control Biến khớp thứ (i) 27 qi 28 qi’ Vận tốc (dài/góc) khớp thứ (i) 29 qi” Gia tốc (dài/góc) khớp (i) 30 RPY Roll-Pitch-Yaw 31 s( ) Sliding (Véc tơ hướng đóng mở bàn kẹp) 32  33 Sijk Sin(qi + qj + qk) Hệ số phục vụ robot 34 SQP Sequential quadratic programming 35 36 Tn Phương trình động học thuận i 1 Ti Biểu diễn hệ quy chiếu (i) hệ quy chiếu (i-1) j Thời gian thực ứng với điểm cuối đoạn quỹ đạo thứ (j) (sec) 38  j 1 Thời gian thực ứng với điểm đầu đoạn quỹ đạo thứ (j) (sec) 37 39 Ui Upper bound (i) 40 X Jacobian 41 i Góc tiếp cận có khả định hướng bàn kẹp 42 (i ) Độ dài bước theo hướng (f ) toán tối ưu vịng lặp (i) 43 i Góc quay quanh trục oz 44  Véctơ gradien Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (rad) (rad) http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 125 lại, lát cắt không ngang qua cấu vi sai mà vị trí truyền khác liên kết chúng 3c a b a c 3a b 6c 5c 6d 5d d c d Hình 5.12: Sơ đồ tạo lát cắt cấu trúc Mỗi khâu số khâu tách tham gia vào mạch kín độc lập có i=1 đó: i3a 5d i5c 3c  i5d  d i6 c 5c  Hay cịn viết dạng: i3a 5d i5d 6d  1 i3c 5c i5c 6c Từ có quan hệ tỉ số truyền hai nửa cấu trúc: i3a 5d  i3c 5c ; i5d  d  i5c  c Quan hệ nói lên rằng, chân có số nối với có quan hệ tỉ số truyền tương ứng, sơ đồ chân nối với phải thành cặp: 3a 3c; 5d 5c; 6d 6c, Khi tổng hợp cấu trúc đóng mạch cho khớp cổ tay robot, phần đóng mạch coi bị cắt từ cấu trúc đầy đủ có mạch vịng kín với i=1 Bài toán quy xác định cấu vi sai đối tiếp với phần đề xuất ban đầu, để liên kết hai nửa lại hình thành số mạch kín có i=1 số bậc tự mà cấu trúc phải tạo ra, mạch kín phải có nguồn động số trục quay tạo chuyển động công tác 4.3.3.3 Các quan hệ động học cổ tay cầu Xét cấu cổ tay ba bậc tự H 5.8, điều kiện phụ thuộc động học chuyển động chấp hành 1 ;2 ' ;3" vào chuyển động ba động dẫn động biểu diễn sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 126 d  i1 1  d  i2 ' 2 '   i   d 3" 3" Trong i2'  i2 i22' ; i3"  i3 i33" i1, i2, i3 tỉ số truyền trục động khâu chủ yếu để tạo bậc tự chuyển động cấu trúc Hệ phương trình thiết lập cho cấu ba bậc tự chuyển động, quan hệ động học suy từ mơ hình có số bậc tự hai sau chia cắt thành cấu trúc có hai bậc tự Để biến đổi tiếp hệ phương trình này, xét cấu trúc sau: 2' a Hình 5.13: Cơ cấu vi sai hai bậc tự phẳng Phương trình liên kết động học khâu có dạng: (2  1 )  i2 a (a  1 ) Tỉ số truyền liên kết khâu với khâu a là: i2 a  (5.3) Za Z2 Biểu thức vận tốc góc bánh vệ tinh 2’ phụ thuộc vào vận tốc góc ba cặp 1,2 1,a 2,a có dạng sau:  i       22' ' ia '2 '  a  1  i22'2 '  i2 a (a  2 )   i2 a (5.4) Tỉ số truyền i22’ ia2’ tỉ số truyền liên kết khâu khâu a với khâu 2’ cần vi sai đứng yên Xét hệ vi sai phẳng có ba bậc tự hình vẽ: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 127 3" B' 2' 3' B Hình 5.14: Cơ cấu vi sai ba bậc tự phẳng Xem cấu hai bậc tự gồm khâu (2’, 3’, B’) bánh vệ tinh 3”, giống cấu xét trên, phương trình liên kết động học với cấu tương tự cấu xét nên viết được: 3'  2'  i3' B ' (B '  2' )  i3'3"3"  3'  2' (5.5) Chia hệ thành hai hệ hai bậc tự nối với bao gồm: (1, 3, 3’) (1, B, B’) Tương tự (5.4) có: 3'  3  1 i33' ; B '  B  1 iBB ' Khi đặt giá trị  3' , B ' , 2 ' từ (5.4) vào (5.5) kể đến rằng: i33' i3' B '  i3B ' i33' i3'3"  i33" Hệ phương trình mơ tả động học cấu ba bậc tự sau: (i3B 'iBB '  i22'iBB '  i3B 'i22'  i33'iBB ' )1  (i33'iBB '  i3B 'iBB ' )2  i22'iBB '3  i3B 'i22'B   i22'i33"3"  (i33'  i22' )1  i33'2  i22'3 i       22' ' (5.6) 4.3.3.4 Tổng hợp cấu trúc đóng mạch Từ quan hệ động học cổ tay hình 5.9, viết được: i22'  i33'  iBB'  i3B' i33"  iB 3" Thay vào (5.6) tối giản hố: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 128  2(   )     B   3   3"  i33"   2  1 2 '  i22 '  (5.7) Thay (5.7) vào (5.6), kể quan hệ khử rơ thân cấu trúc: 3 x  3 ; Bx   B ; Các quan hệ động học mà cấu đối tiếp đóng mạch cần thoả mãn là: d  i1 1   i (   )  d2 2     i (    3x )  d3 21  22  3 x   Bx (5.8) Do có ba bậc tự ứng với ba khâu đầu ra, để khép kín mạch sử dụng bốn khâu nền, tổng số khâu cấu trúc: n0 = + = Số bậc tự cấu w = 3, nên số mạch vịng kín tương ứng p = Như số lượng cấu vi sai tối thiểu toàn cấu trúc: K M  n0  w  p   31  w Trong có cấu vi sai phần chấp hành, cấu trúc đóng mạch cịn lại cấu, để thuận tiện cho liên kết kí hiệu chân cấu vi sai: A(3x, d3, 2); B(4, d1, d2); C(Bx, d3, 4); D(2, d1, d2) Trong chân kí hiệu d1, d2, d3 chân nối nguồn chuyển động Trong hệ phương trình (5.8) mơ tả cấu trúc phần đóng mạch, phương trình thứ ba từ xuống có chứa thừa số (3x, d3, 2) giống chân cấu vi sai A, tỉ số truyền i1, i2, i3 (5.8) phép chọn trước, chọn: i3 = -2, d  i32  i33 x Đặt  22  5 ; có phương trình d  5  23 x Đây phương trình tắc mơ tả cấu vi sai kí hiệu A sơ đồ cấu trúc Đối với phương trình thứ (5.8) chọn i2 = có: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 129 d  2(2  1 ) đặt i1  1 thay vào phương trình thứ (5.8) d  1 Vậy phương trình thứ hai là: d  22  21  5  2d đặt 6  d Phương trình thứ hai (5.8) sau có dạng 5  6  2d Đây phương trình tắc mơ tả cấu vi sai kí hiệu D sơ đồ cấu trúc Thay tỉ số truyền i3 = - 2; i2 = 2; i1  1 vào ba phương trình đầu (5.8) để rút đại lượng 2 , 1 , 3 x thay vào phương trình cuối (5.8) nhận kết sau tối giản: 2Bx  d  d  2d  phương trình tương đương với hệ phương trình sau sau thêm bớt 4 , 4  d  2Bx  4  d  2d So sánh với kí hiệu chân cấu vi sai, hai phương trình biểu diễn quan hệ động học cấu B C Đặt d  7 với lí cấu vi sai khơng bố trí trục, kí hiệu  khâu cố định cấu trúc   Vậy hệ phương trình mà cấu đóng mạch phải thoả mãn là: d  5  23 x     2 d1  4  8  2 Bx  4  d  2d  5  22 6  d  7  d    Trong bốn phương trình đầu biểu diễn bốn cấu vi sai, chân tên cấu liên kết với Bốn phương trình biểu thị trục trung gian đảo chiều chuyển động cấu trúc vị trí liên kết nguồn chuyển động vào cấu trúc Căn vào hệ phương trình phải xác định sơ đồ liên kết cấu vi sai với Các chân tên cấu khác liên kết với theo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 130 tính chất lát cắt Ba động truyền dẫn nối giá cố định (hay nối với khâu có   ) bốn đầu chờ cấu chấp hành ba bậc tự gồm: Chân (1) liên kết với cấu dẫn động phần khép mạch d1 (theo quan hệ 1  d ) ; Chân (2) nối với theo quan hệ 5  22 ; Chân (3) nối với 3x theo quan hệ khử rơ 3  3 x ; Chân (B) liên kết với Bx theo quan hệ khử rơ B  Bx ; Sơ đồ động sơ đồ nguyên lí liên kết sau: 2' 3" B' 3' B 3x Bx 3x A d3 d3 C Bx C A D d1 d2 d2 B d1 B D d2 d1 d3 Hình 5.15: Sơ đồ động cổ tay ba bậc tự có phần đóng mạch Có thể kiểm tra mạch vịng kín i=1 tương ứng ln xuất kích hoạt động tương ứng 4.3.3.5 Kiểm nghiệm kết Quy ước bánh màu xanh động (các bánh màu tạo thành đường truyền) riêng bánh màu đỏ sơ đồ bánh tự hãm nối với trục bánh vít Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 131 20 M1 A C 16 15 24 25 29 19 14 M2 30 31 23 10 21 17 11 R1 13 M3 12 B 28 26 27 18 D 22 Hình 5.16: Truyền động trục Roll Theo sơ đồ động M1 hoạt động có R1 chuyển động quay quanh trục trung tâm cấu, chuyển động theo R2 R3 khơng có mặt 20 M1 A C 16 15 24 25 29 19 23 14 M2 30 31 R3 10 21 17 11 13 M3 12 B 26 27 28 18 D 22 Hình 5.17: Truyền động trục Yaw Theo sơ đồ M2 hoạt động M1 M3 không hoạt động, số đầu vào cấu chấp hành có hai đầu có chuyển động Do có đầu định hướng cấu tự quay quanh trục nó, chuyển động theo khác không tồn 20 M1 A C 15 16 24 25 29 19 30 31 23 14 M2 R2 10 21 17 11 13 M3 B 12 D 26 27 28 18 22 Hình 5.18: Truyền động trục Pitch Khi M3 hoạt động sinh chuyển động R2 cấu chấp hành, khơng có chuyển động theo khác Các tính tốn chứng minh thực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 132 nghiệm, vẽ lắp toàn hộp giảm tốc cổ tay có sơ đồ động học cho Chú ý quan hệ động học 5  22 tạo tỉ số truyền 0.5 sơ đồ động, truyền bánh trụ ăn khớp trục hộp 4.4 Kết luận chƣơng Trong chương trình bày số vấn đề sở liên quan đến động học cấu cổ tay cầu sử dụng truyền động bánh Vai trị, vị trí kết cấu nhóm điển hình cổ tay cầu Nhằm tăng cường khả tải, khả cân động khử khe hở cấu trúc truyền dẫn cổ tay, cổ tay sử dụng truyền động song song dư với số khâu lớn sử dụng mục đích Trong chương đề xuất phần chấp hành cấu cổ tay ba bậc tự với bốn khâu tổng hợp động học phần đóng mạch cho cấu trúc này, để có ba mạch vịng kín ứng với ba truyền động cổ tay Trên sở sơ đồ động cấu cổ tay nói phần cuối chương tiến hành xác định kết cấu khí cổ tay Các kiểm chứng sở thực nghiệm với cổ tay thật cho thấy hoạt động hồn tồn với mơ tả chức Với đặc điểm độ cứng vững học cao, khả cân động học khử khe hở mặt bên truyền khí tốt, cấu ứng dụng cho mục đích u cầu độ tin cậy khả tải lớn Tuy nhiên số lượng khâu lớn kết cấu phức tạp, hiệu suất truyền động khối lượng thân cấu nhược điểm cần tiếp tục giải Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 133 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án có đóng góp lĩnh vực động học số mô đun thiết bị phần chấp hành robot công nghiệp, cụ thể là: Phân tích yếu tố định tốc độ hình thành lời giải tốn động học ngược robot Chỉ điểm hạn chế phương pháp giải toán động học ngược robot, dựa kỹ thuật biến đổi phương trình véc tơ vịng kín phương pháp số Đề xuất sử dụng phương pháp tối ưu hoá để thay cho phương pháp nói trên, đồng thời đưa sở xây dựng giải thuật cho tốn động học ngược robot Đây phương pháp có tính tổng quát cao dễ sử dụng đảm bảo yêu cầu điều khiển thời gian thực với robot Chỉ dạng thức khác tốn tối ưu trường hợp robot khơng đủ bậc tự cơng tác Cần ưu tiên vị trí định hướng khâu chấp hành So sánh lựa chọn phương pháp tối ưu hố thích hợp với dạng hàm Banana toán, sở phương pháp có triển vọng cao tạp chí toán học chuyên nghành tối ưu xếp hạng, đảm bảo tính ổn định thời gian giải tốn ngắn so với phương pháp khác Sử dụng hàm Solver MS-Excel giải toán ngược cho số robot điển hình kiểm tra kết cách đối chiếu với phương pháp truyền thống Phương pháp cho phép khởi tạo toán ngược đến 200 biến, đáp ứng yêu cầu giải toán ngược cho robot thực tế Nội suy quỹ đạo chuyển động cho robot không gian khớp, lấy thơng tin đầu vào kết tốn động học ngược thời gian chuyển động hết quãng đường hai điểm tựa cho trước ma trận Đề xuất cấu trúc cổ tay cầu sử dụng truyền động song song dư tăng cường khả cân động học khả tải cấu trúc Chế tạo thử nghiệm thành cơng mơ hình dựa thiết kế Một số kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 134  Phát triển phương pháp tối ưu hoá giải toán động học cho robot song song, theo định hướng ghép toán xác định nghiệm toán học nghiệm điều khiển làm toán nhằm giảm thời gian chuẩn bị liệu  Phát triển phương pháp tối ưu giải toán động học ngược robot hở để giải toán khác kết hợp tránh va chạm vùng làm việc, hạ thấp trọng tâm, di chuyển tối thiểu, sở điều chỉnh miền chọn nghiệm toán tối ưu, khởi tạo toán quy hoạch đa mục tiêu  Phát triển phương pháp tối ưu xác định biên vùng làm việc dựa chức gán trước giá trị mục tiêu Excel, tạo đám mây điểm tâm bàn kẹp nằm ranh giới phía phía ngồi biên miền làm việc  Phát triển phương pháp tối ưu giải toán động học ngược robot để khảo sát di động điểm tựa cơng nghệ hợp lí, giải tốn động học ngược robot theo phương pháp nhóm ba [8]  Phát triển phương pháp tối ưu giải toán động học ngược robot, sở quy tắc chuyển vị xoắn liên tiếp thay sử dụng quy tắc DH  Định nghĩa lần từ đầu chương trình, nhằm tránh việc tính tốn lặp lại đại lượng siêu việt có tần suất xuất lớn hàm mục tiêu Từ rút ngắn thời gian chuẩn bị liệu động học  Phát triển phương pháp tối ưu giải toán động học ngược robot thành pha 2, tốn động học ngược dùng phương pháp hình học có pha sử dụng phương pháp nhóm [8] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 135 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ (Các báo, cơng trình cơng bố tác giả nội dung đề tài luận án) Phạm Thành Long, Trần Vệ Quốc (2004), “Điều khiển Robot hàn gia công quỹ đạo phức hợp”, Tạp chí khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, (48+49), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr 137-141 Phạm Thành Long, Hoàng Vị (2008), “Xác định biến điều khiển động học robot, Tạp chí khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, (65), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr 30-33 Phạm Thành Long, Hồng Vị (2009), “Tự động hóa chuẩn bị liệu động học điều khiển robot”, Tạp chí khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, (68), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr 53-58 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Tạ Văn Đĩnh (2000), Phương pháp tính- giáo trình dùng cho trường đại học kỹ thuật, Nxb Giáo Dục, Hà Nội, tr 7-21 Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm (2003), Lập trình Matlab, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 114-131 Đào Văn Hiệp (2004), Kỹ thuật Robot, Nxb Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, tr 18-55 B Heimann, W Gerth, K Popp (2008), Cơ điện tử, Nxb Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, tr 19-65 Nguyễn Nhật Lệ (2001), Tối ưu hóa ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 76-87 Tạ Duy Liêm (2004), Robot hệ thống công nghệ Robot hóa-Giáo trình cao học ngành khí, Nxb Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, tr 109-127 Nguyễn Thiện Phúc (2002), Robot công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, tr 86-133 Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Thuần (1978), Ứng dụng ma trận kỹ thuật, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 123-142 Trần Thế San (2003), Cơ sở nghiên cứu sáng tạo Robot, Nxb Thống kê, tr 27-192 10 Trần Vũ Thiệu, Bùi Thế Tâm (1998), Các phương pháp tối ưu hóa, Nxb Giao thơng vận tải, Hà Nội, tr 373-389 11 Nguyễn Mạnh Tiến (2007), Điều khiển Robot công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, tr 59-99 12 Bùi Minh Trí (1995), Tối ưu hóa, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, tr 165195 13 Đoàn Thị Minh Trinh (1998), Công nghệ CAD/CAM, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 23-37 14 Nguyễn Phùng Quang (2006), “Những điều cần biết điều khiển robot”, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, (68), tr 49-52 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 137 15 Nguyễn Trọng Doanh (2008), “Thiết kế hệ thống đo độ xác lặp cho robot cơng nghiệp”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, (64), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr 25-29 16 Phạm Thành Long (2003), “Nghiên cứu động học, động lực học tay máy hàn PANASONIC” Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ĐHKT CN Thái Nguyên 17 Thái Thu Hà, Hồ Thanh Tâm (2005), “Ứng dụng robot song song máy đo toạ độ CMM”, Tuyển tập báo cáo khoa học vica 6, Hà Nội, tr 162-166 18 Lê Hồi Quốc, Chung Tấn Lâm (2007), Nhập mơn robot công nghiệp, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 128-214 Tiếng Anh 19 J Abadie and J Carpentier (1969), Generalization of the Wolfe reduce gradient method to the case of nonlinear constraint, Optimization, Academic Press, London, pp 37-47 20 P T Boggs and J W Tolle (2000), Sequential quadratic programming for largge-scale nonlinear optimization, J Comput Appl Math 124, (1-2), pp 123-137 21 K Deb (2000), An efficient constraint handling method for genetic algorithm, Comput, Methods Appl Mech Eng 186 , (2- 4), pp 311-338 22 L Yan and D Ma (2001), Global Optimization for constrained nonlinear programs using line-up competition algorithm, Compus Oper Res 25, (11-22), pp 1601-1610 23 M Mathur, S B Karale, S Priye, V K Jayaraman, and B D Kulkani(2000), Ant Colony approach to continuos function optimization, Ind Engng Chem Res 39, (10), pp 3814-3822 24 M Sakawa and K Yauchi (2000), Floating point genetic algorithms for non convex nonlinear programming problems: revised GENOCOP III, Electron Comm Japan 83, (8), pp 1-9 25 H sarimveis and A Nikolakopoulos (2005), A A line up evolutionary algorithm for solving nonlinear Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên constrained optimization problems, http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 138 Comput Oper Res 32, (6), pp 1499-1514 26 C Kao (1998), Performance of Several nonlinear Programming Software packages on microcomputers, Comput Oper Res 25, (10), pp 807-816 27 A F Kuri-Morales and J Guitiérrez-Garcia (2001), Penalty functions methods for constraited optimization with genetic algorithm: a statistical analysis, Proc 2nd Mexican International Conference on Artificial Intelligence, Springer-Verlag, Heidelberg, Gemany, pp 108-117 28 L S Lasdon, A D Warren, A Jain, and M Ratner (1978), Design and Testing of a generalized reduced gradient code for nonlinear Programming, ACM Trans Math SoftWare 4, (1), pp 34-50 29 Z Michelewicz (1995), Genetic Algorithms, Numerical Optimization and constraints, Proc, 6th International Conference on Genetic algorithm (L J Eshelman, ed.), Morgan Kaufmann, California, pp 151-158 30 Z Michelewicz, M Schoenauer (1996), Evolutionary algorithms for constrained parameter optimization problems, Evolutionary Computation 4, (1), pp 1-32 31 K Miettinen, M M Makela, and J Toivanen (2003), Numerical comparison of some penalty-based constraint handling techniques in genetic algorithms, J Global Optimum 27, (4), pp 427- 446 32 Parviz E Nikravesh (1988), Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems, Printed in the USA, pp 19-250 33 Katsuhiko Ogata (2002), Modern Control Engineering; Fourth Edition; Printed in the USA, pp 1-9 34 H S Ryoo and N V Sahinidis (1995), Global optimization of nonconvex NLPs and MINLPs with applications in process design, Comput Oper Res 19, (5), pp 551-566 35 L Sciavicco, B Siciliano (1996); Modeling and control of Robot Manipulator, McGraw –Hill, pp 61-85 36 Dean L Taylor (1992), Computer Aided Design, Copyright © by AddisonWesley Publishing Company, pp 45-60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ci s Aii 1 (qi )  Aii'1 Aii '   i 0  0  si ci ci ci si si si  ci si ci 0 ci  si  di    139 37 P.M Taylor (1990), Robotic Control, Printed in the London, pp 12-33 38 T Wang (2001), Global optimization for constrained nonlinear programming, Ph D thesis, Department of Computer Science, University of Illinois, Illinois, pp 1-40 39 Ozgur Yeniay (2005); A Comparative study on optimization methods for the constrained nonlinear programming problems; Mathematical Problems in Engineering 2005, pp 165-173 Tiếng Nga 40 Я.A ШИФPИHA (1982), ПPOMЫШЛEHHAЯ POБOTO-TEXHИKA, MOCKBA “MAШИHOCTPOEHИE”, 54-122C Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH TRÊN ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.1 Robot cơng nghiệp đặc tính làm việc hệ thống chấp hành Hệ thống chấp hành robot công nghiệp bao gồm khâu... CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH TRÊN ROBOT CƠNG NGHIỆP Robot đặc tính làm việc hệ thống chấp hành 19 1.1.1 Hệ thống chấp hành robot công nghiệp 19 1.1.2 Tổng... ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN PHẠM THÀNH LONG NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 2.01.09 LUẬN ÁN TIẾN