Giáo trình IUH Kỹ thuật robot Chương 1 Giới thiệu

TS Ngô Thanh Quyền (Chủ biên) TS Dương Miên Ka TS Nguyễn Văn Thọ KỸ THUẬT ROBOT TS NGÔ THANH QUYẾN (chủ biên) TS DƯƠNG MIÊN KA - TS NGUYỄN VĂN THỌ KỸ THUẬT ROBOT NHÀ XUẤT BẲN ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH LỜI NĨI ĐÂU Hiện nay, kinh tế Việt Nam hội nhập mạnh mẽ, nguồn vốn đầu tư, nhà máy xây (lựng kéo theo nhu cầu cải tiến công nghệ, (lây chuyền sản xuất có ứng (lụng robot Trong nhiều thập kỷ qua, robot ngày ứng (lụng nhiều lĩnh vực từ sán xuất tới giải trí (lời sống giúp nâng cao lực sán xuất, chất lượng sản phẩm (loanh nghiệp Giáo trình Kỹ thuật Robot biên soạn có tính kế thừa từ sách tiếng lĩnh vực Robot “Robotics Modeling, Planing and Control"1 nhóm tác giá Bruno Siciliano Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo lược dịch, hiệu chỉnh cách đọng (lo nhóm tác giả: Tiến sĩ Ngô Thanh Quyền, Tiến sĩ Dương Miên Ka Tiến sĩ Nguyên Văn Thọ giảng viên có nhiều năm kinh nghiệm giảng (lạy nghiên cứu lĩnh vực Robot thực Giáo trình Kỹ thuật Robot (lành cho sinh viên chuyên ngành Robot Hệ thống điều khiển thông minh, chuyên ngành tự động hóa lĩnh vực hên quan tới robot nhằm đem lại kiến thức tang kỳ thuật robot, đặc biệt Robot nhà máy sản xuất, từ làm tảng kiến thức đe sinh viên tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực diều khicn Robot Giáo trình tổ chức thành Chương bao gồm: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Dộng học Chương 3: Động học vi phân tĩnh học Chương 4: Hoạch định quỹ đạo chuyển động cho robot Chương 5: Cơ cấu chấp hành cảm biến Chương 6: Dộng lực học Robot Chương 7: Diều khiển chuyên động Tuy tác giả có nhiều cố gắng q trình biên soạn chắn khó tránh khói thiếu sót, mong nhận góp ý từ bạn dọc để giáo trình dược hồn chỉnh cho lần tái sau Mọi góp ý xin gửi Nhà xuất Trường Dại học Công nghiệp TP.HCM - Số 12 Nguyễn Văn Báo, quận Gò vấp, Thành phố Hồ Chí Minh i Mục lục 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Giới thiệu Tổng quan robot Kết cấu khí robot 1.2.1 Tay máy robot 1.2.2 Robot động Các loại robot công nghiệp Các loại robot cải tiến 1.4.1 Robot trường 1.4.2 Robot phục vụ Mơ hình hóa hoạch định điều khiển robot 1.5.1 Mơ hình hố 1.5.2 Hoạch định chuyển động 1.5.3 Điều khiển CÂU HỎI ỒN TẬP Động học 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 12 20 20 21 25 26 26 27 27 29 Tư vật thể rắn Ma trận quay 2.2.1 Các phép quay 2.2.2 Biểu diễn véc-tơ 2.2.3 Phép quay véc-tơ Tổng lìựp ma trận quay Góc Eulcr 2.4.1 Góc ZYZ 2.4.2 Góc RPY (Roll-Pitch-Yaw) Góc trục Phép biến đổi Dộng học thuận 2.7.1 Tay máy chuỗi hở 2.7.2 Quy tắc Denavit Hartenberg (D-H) 2.7.3 Tay máy chuỗi kín Dộng học số cấu trúc tay máy tiêu biểu 2.8.1 Tay máy ba khâu phẳng 2.8.2 Tay máy hình bình hành Một số vấn đề động học ngược 2.9.1 Nghiệm tay máy khâu phẳng iii 29 30 31 32 34 35 36 37 37 38 40 42 44 45 48 51 51 52 54 55 Giải toán (lộng học ngược tay rmíy có khớp cổ tay khớp cầu 57 2.9.3 Giải (lộng học ngược cho tay máy tọa độ cầu 2.10 CÂƯ HỒI ÔN TẬP 58 60 Dộng học vi phân Tĩnh học 3.1 Jacobi hình học 3.1.1 Dạo hàm ma trận (play 3.1.2 Vận tốc cửa Khâu 3.1.3 Tính toán Jacobi 3.2 Jacobi số cấu trúc cánh tay tiêu biểu 3.2.1 Tay máy ba khâu phẳng 3.2.2 Tay máy hình người 3.2.3 Tay máy Stanford 3.3 Các diem kỳ dị động học 3.3.1 Tách diem kỳ dị 3.3.2 Các diem kỳ dị cổ tay 3.3.3 Điểm kỳ dị cánh tay 3.4 Phân tích dư bậc 3.5 Dộng học vi phân ngược 3.5.1 Các tay máy dư bậc 3.5.2 Các diem kỳ dị dộng học 3.6 CÁU HỎI ÔN TẬP 63 63 64 66 68 70 70 71 72 72 74 76 76 78 79 80 82 83 2.9.2 Hoạch định quỹ đạo chuyển động 85 4.1 Dường di quỹ dạo 85 4.2 Quỹ dạo không gian khúp 86 4.2.1 Chuyên dộng diem diem 87 4.2.2 Chuyển dộng thông qua dãy điểm 93 4.3 CÂU HỔI ÔN TẬP 103 Cơ cầu chấp hành cảm biến 105 5.1 Hệ thống dẫn động khớp 105 5.1.1 Bộ truyền dộng 106 5.1.2 Dộng Servo 107 5.1.3 Bộ khuếch dại công suất 110 5.1.4 Nguồn cung cấp 111 5.2 Bộ diều khiển 111 5.2.1 Bộ diều khiên diện 111 5.2.2 Bộ điều khiển thuỷ lực 115 5.2.3 Hiệu ứng truyền động 117 5.2.4 Diều khiển vị trí 119 5.3 Cảm biến nội vi 121 5.3.1 Bộ chuyển dổi vị trí 122 5.3.2 Bộ chuyển đổi vận tốc 125 5.4 Các cảm biến ngoại vi 126 5.4.1 Cảm biến lực 126 5.4.2 Cảm biến khoảng cách 129 iv Động Lực Học Robot 135 6.1 Phương pháp Lagrange 135 6.1.1 Tính tốn động 137 6.1.2 Tính toán 143 6.1.3 Phương trình chuyển động 143 6.2 Một số tính chất đáng ý mơ hình động lực học 145 6.2.1 Dối xứng xiên Ma trận B — 2C 145 6.2.2 Sự tuyến tính thơng số động học 148 6.3 Mơ hình động lực học số cấu trúc tay máy đơn giản 153 6.3.1 Cánh tay Dề-các khâu 153 6.3.2 Cánh tay phẳng khâu 154 6.3.3 Cánh tay hình bình hành 158 6.4 Nhận dạng tham số động lực học 160 6.5 Phương pháp Newton-Euler 163 6.5.1 Gia tốc Khâu 165 6.5.2 Giải thuật đệ quy 166 6.5.3 Ví dụ 169 6.6 Dộng lực học thuận động lực học ngược 172 6.7 Hiệu chỉnh động lực học theo quỹ đạo chuyểnđộng 173 6.8 Mơ hình động lực học khơng gian làmviệc 175 6.9 CÂU HĨI ƠN TẬP 178 Điều khiển chuyển động 180 7.1 Bài toán diều khiên 180 7.2 Diều khiển không gian khớp 182 7.3 Diều khiển phân tán 185 7.3.1 Diều khiển khớp dộc lập 187 7.3.2 Bộ bù truyền thẳng phân tán 195 7.4 Diều khiển mơ-men tính toán truyền thẳng 199 7.5 Diều khiển tập trung 202 7.5.1 Diều khiến PD kết hợp bù trọng lực 202 7.5.2 Diều khiên động lực học ngược .205 7.5.3 Diều khiển bền vững 207 7.5.4 Diều khiển thích nghi 213 7.6 Diều khiển không gian hoạt dộng 217 7.6.1 Sơ đồ tổng quát 218 7.6.2 Diều khiển PD với bù trọng lực .219 7.6.3 Diều khiển dộng lực học ngược .221 7.7 CÂU HỎI ÔN TẬP .222 V Bảng ký hiệu Ký hiệu Mơ tả í Véc-tơ (ìi X 1), vec-tơ biến khớp Ma trận quay Hệ tọa độ i so với Hệ tọa độ j M