Nghiên cứu thiết kế cánh tay robot di động tự động làm sạch bình ngưng

Bộ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỚ HỊ CHÍ MINH BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÈ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT DI ĐỘNG Tự ĐỘNG LÀM SẠCH BÌNH NGƯNG Mã số: 09012013 Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Thanh Quyền TRƯỊNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM THƯ VIÊN MÃ VẠCH : TP HỒ CHÍ MINH, 09/2014 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN cứu ĐỀ TÀI STT HỌ VÀ TÊN HỌC VỊ GHI CHÚ Ngô Thanh Quyền Tiến sĩ Chủ nhiệm đề tài Lê Thiện Thanh Thạc sĩ Thành viên THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN cứu ĐÈ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG (dùng cho Báo cáo tổng kết đề tài) Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế cánh tay robot di động tự động làm bình ngưng - Mã số: - Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Thanh Quyền Điện thoại: 0908869898 Email: thanhquyenngo2000@yahoo.com - Đơn vị quản lý chuyên môn (Khoa, Tổ môn): Khoa Công Nghệ Điện - Thời gian thực hiện: 30/08/2013 đến 30/08/2014 Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế cánh tay robot di động tự động làm bình ngưng bề mặt làm mát nước cho đối tượng nhà máy nhiệt điện, nguồn lạnh chu kỳ nhiệt động lực học tuabin nước lớn Nội dung chính: Nội dung 1: Tổng quan bình ngưng phương pháp làm Tồng quan bình ngưng - ứng dụng bình ngừng Các phương pháp làm bình ngưng Việt Nam Nội dung 2: Thiết kế cánh tay robot di động làm bình ngưng - Tìm hiểu chung robot Chọn lựa khâu khớp sử dụng cho cánh tay robot di động làm bình ngưng - Thiết lập mơ hình đơng học, động lực học cho cánh tay robot đề xuất làm bình ngưng Nội dung 3: Điều khiển thông minh cho cánh tay robot làm bình.ngưng - Tìm hiểu lý thuyết điều khiển thơng minh để điều khiển cánh tay robot làm bình ngưng - Thiết kế điều khiển thông minh cho cánh tay robot - Kiểm định kết phương pháp mơ Kết đạt (khoa học, đào tạo, kinh tế-xã hội, ứng dụng, ) - - Thơng qua q trình thực đê tài, cán tham gia có điêu kiện nâng cao kiến thức kinh nghiệm công tác nghiên cứu khoa học lĩnh thiết kế ứng dụng lý thuyết điều khiển thông minh cho cánh tay robot đề xuất Là đom vị đào tạo nghiện cứu, thông qua kết nghiên cứu đề tài nâng vị lãnh vực nghiên cứu khoa học Dự kiến đề tài đào tạo sinh viên đại học Dựa hướng nghiên cứu triển khai áp dụng nhà máy nhiệt điện, máy móc hóa chất ngành cơng nghiệp khác tương lai TĨM TẮT NƠI DUNG ĐÈ TÀI TĨM TẤT Đề tài đưa hệ thong điều khiển tự tổ chức dựa điều khiển liên kết mơ hình tiểu não wavelet (WCMAC) cho cánh tay robot làm bình ngưng Hệ thong điều khiển đề xuất kết hợp WCMAC điều khiền mơ hình trượt (SMC), kích thước khơng gian đầu vào WCMAC đơn giản, cấu trúc WCMAC tự tổ chức; là, lớp WCMAC tăng giảm cách tự động chức tiếp thu điều chỉnh cách tự động Hệ thẳng điều khiển bao gồm WCMAC tự tổ chức (SOWCM) điều khiển bền vững SOWCM bao gồm quạn sát thành phần không chắn WCMAC sử dung điều khiển điều khiển bền vững thiết kế để làm giảm bớt ảnh hưởng sai số xấp xỉ Phương pháp giảm độ dốc sử dụng để điều chỉnh trực tuyến tham sé WCMAC hàm Lyapunov sử dụng để đảm bảo ổn định hệ thong Cuoi cùng, thông qua kết mô số chứng minh hiệu sơ đồ điều khiển đề xuất cho cánh tay robot mởi làm bình ngưng đề xuất đạt SUMMARY This subject presents a self-organizing control system based on wavelet cerebellar model articulation controller (WCMAC) for a condenser ciearning robot manipulator The proposed control system merges a WCMAC and sliding-mode control (SMC), so the input space dimension of WCMAC can be simplified The structure of WCMAC will be self­ organized; that is, the layers of WCMAC will grow or prune systematically and their receptive functions can be automatically adjusted The control system consists of a self­ organizing WCMAC (SOWCM) and a robust controller SOWCM containing a WCMAC uncertainty observer is used as the principal controller and the robust controller is designed to dispel the effect of approximation error The gradient-descent method is used to online tune the parameters of WCMAC and the Lyapunov function is applied to guarantee the stability of the system Finally, through the simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control system for novel condenser ciearning robot manipulator can be achieved rye v.ap rương Mục lục Chương 1: Tổng quan bình ngưng phương pháp ỉàm 1.1 Tổng quan bình ngưng 1.2 ứng dụng bình ngừng 1.3 Các phương pháp làm bình ngưng Việt Nam Chương 2: Thiết kế cánh tay robot di động ỉàm bình ngưng 2.1 Tìm hiểu chung robot 2.2 Chọn lựa khâu khớp sử dụng cho cánh tay robot di động làm bình ngưng 2.3 Thiết lập mơ hình đơng học, động lực học cho cánh tay robot đề xuất làm bình ngưng Chương 3: Điều khiển thông minh cho cánh tay robot làm bình ngưng 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Tìm hiểu lý thuyết điều khiển thông minh để điều khiển cánh tay robot làm bình ngưng 3.3 Thiết kế điều khiển thông minh cho cánh tay robot,, 3.4 Kiểm định kết phương pháp mô Danh Mục Bảng Bien Bảng 1: Thiệt hại kinh tế bụi bẩn bình ngưng gây Bảng 2: Tham số D-H cánh tay robot làm bình ngưng 11 Bảng 3: Các tham số phương trình chuyển động (1.8) tìm thấy sau 18 MV UI XlUUllg; CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH NGƯNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH 1.1 Tổng quan bình ngưng Bình ngưng thiết bị truyền nhiệt, thiết bị sử dụng để ngưng tụ chất từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng ngược lại, thông thường cách làm lạnh Khi làm vậy, ẩn nhiệt (Ẳn nhiệt nhiệt độ nóng chảy, hhiệt độ kết tinh, nhiệt độ hóa nhiệt kết tinh, nhiệt hóa nhiệt hóa lỏng) đưa loại vật chất chuyển sang làm mát bình ngưng 1.2 ứng dụng bình ngưng Bình ngưng thường thiết bị trao đổi nhiệt có mẫu mã đa dạng kích cỡ khác nhau, từ nhỏ (cầm tay) thiết bị công nghiệp quy mô lớn sử dụng trình nhà máy Ví dụ, tủ lạnh sử dụng bình ngưng để lấy nhiệt chiết xuất từ bên đơn vị để thảy khơng khí bên ngồi Bình ngưng tụ sử dụng điều hịa khơng khí, q trình hóa học cơng nghiệp chưng cất nước, nhà máy điện nước, xử lý hóa chất, nhà máy lọc dầu, HVAC, hàng hải hệ thống trao đổi nhiệt khác Sử dụng nước làm mát khơng khí làm lạnh xung quanh phổ biến nhiều thiết bị ngưng tụ Một số hình ảnh tiêu biểu ứng dụng bình ngưng Thiết Kế Cánh Tay Robot Làm Sạch Bình Ngưng Hình 2: ứng dụng bình ngưng lĩnh vực nhà máy nhiệt điện 1.3 Các phương pháp làm bình ngưng Việt Nam Bình ngưng thiết bị truyền nhiệt lớn nhà máy nhiệt điện, máy móc hóa chất ngành cơng nghiệp khác Nó nguồn lạnh chu kỳ nhiệt động lực học tuabin nước lớn Đặc tính làm việc tốt hay xấu trực tiếp ảnh hưởng đến kinh tế an toàn toàn tuabin nước Các phản ứng hóa học nước làm mát khơng trình trao đổi nhiệt bình ngưng làm việc không thuận lợi cho truyền nhiệt chất bẩn tích lũy bên thành ống tuabin Các tắc nghẽn gây số tác hại như: làm giảm hiệu suất tuabin nước, làm tăng chi phí điện, chí dẫn đến tai nạn tắc nghẽn thủng ống tuabin ăn mịn Dựa thống kê cơng trình nghiên cứu [1], thiệt hại mặt kinh tế bụi bẩn bình ngưng gây ước tính liệt kê bảng 1: Năm Tổng cơng suất lắp Tổng công suất lắp Tổn thất trực tiếp đặt nước (100 đặt nhà máy nhiệt nhà máy nhiệt Triệu KW) điện (100 Triệu điện tiêu thụ hàng KW) năm (USD) 2003 3.82 2.87 860,675,143 2006 4.4 3.3 989,861,940 2010 5.87 4.4 1,319,808,734 Thiết Kê Cánh Tay Robot Làm Sạch Binh Ngưng X khớp dịch Một đầu chuỗi ràng buộc nền, đàu cịn lại gắn kết với cổ tay Kết chuyển động cấu thu thành phần chuyển động liên kết liên quan đến chuyển động trước Vì vậy, để tính tốn đối tượng khơng gian, cần thiết để mơ tả vị trí định hướng cổ tay Chương dành riêng để tìm phương trình động học thuận X thơng qua cách tiếp cận có hệ thống, cách tiếp cận dựa đại số tuyến tính Điều cho phép vị trí hướng cổ tay (tư thế) thể hàm biến chung kết cấu khí hệ quy tham chiếu Cả hai cấu trúc động học dây chuyền mở đóng xem xét Liên quan tới biểu diễn tối thiểu hướng, khái niệm không gian hoạt động giới thiệu mối quan hệ với khơng gian khớp thiết lập Hơn nữa, kỹ thuật hiệu chỉnh thơng số động học tay máy trình bày Chương kết thúc với nguồn gốc giải pháp cho vấn đề động học ngược, bao gồm việc xác định biến khớp tương ứng với mục tiêu cổ tay cho 2.3.1.2 Động học thuận Vấn đề động học thuận cho tay máy liên kết nối tiếp tìm vị trí hướng cổ tay liên quan đến vị trí tất khớp giá trị tất thơng số liên kết hình học so với khung Thông thường, khung cố định cổ tay gọi khung công cụ, cố định khung cuối N, nói chung có giá trị ràng buộc vị trí hướng từ khung N Tương tự vậy, khung trạm thường đặt tai vị trí để thiết lập vị trí cơng việc thực Khung thường có giá trị ràng buộc liên quan đến tư khung 0, khung cố định Một cách biểu diễn tổng quát vấn đề động học thuận tìm mối quan hệ vị ' trí hướng hai thành phần định cho cấu trúc hình học cánh tay giá trị vị trí khớp bàng với số bậc tự cúa cấu vấn đề động học thuận quan trọng cho việc phát triển thuật toán điều phối tay máy vị trí khớp thường đo cảm biến gắn khớp cần thiết để tính tốn vị trí trục khớp liên quan đến hệ quy chiếu cố định Trong thực tế, vấn đề động học thuận tìm thấy cách tính tốn chuyển đổi hệ quy chiếu gắn với cổ tay hệ quy chiếu cố định gắn với nền, tức công cụ trạm Cách tính cho dây chuyền nối tiếp cuối thu biến đổi chuyển dịch vị trí từ cổ tay liến quan đến Thông thường để biểu diễn hình học tay máy trình bày [2] Đề Tài Cấp Trường X X ' (mục 1.4), nghĩa phải tìm một ma trận biến đổi đồng 4x4 liên quan đến dịch chuyển phần hệ quy chiếu cuối cổ tay hệ quy chiếu Theo [14], ma trận chuyển đổi đồng 4x4 biểu diễn dạng sau: cos(ỚJ -sin(ớt) a{_ỵ sin(ớ;)cos(