Bài tập nhóm mô phỏng hệ cơ điện tử

MỤC LỤC MỤC LỤC THÀNH VIÊN VÀ PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC: CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ CẤU TRÚC 3D 1.1 Phân tích cấu trúc 1.2 Thiết kế 3D Robot Solidworks 1.2.1 Thiết kế khâu đặt hệ trục 1.2.2 Lắm ghép xuất file 15 CHƯƠNG 2: PHẦN ĐỘNG HỌC 17 2.1 Động học thuận 17 2.1.1 Tình phương trình động học cần thiết 17 2.1.2 Phương trình quỹ đạo điểm cuối, vận tốc, gia tốc 19 2.1.3 Mô động học thuận 24 2.2 Động học ngược .40 2.2.1 Giải toán động học ngược phương pháp số (Newton-raphson) 40 2.2.2 Kết tính tốn biến khớp, vận tốc khớp, giá tốc khớp 45 2.2.3 Kiểm tra tính xác tốn ngược: 49 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO .52 3.1 Thiết kê quỹ đạo hình học đơn giản: 52 3.2 Thiết kế quỹ đạo qua điểm: .53 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG OPEN GL 63 4.1 Giới thiệu chung OpenGL 63 Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 1 4.2 Mơ quỹ đạo đường trịn: .76 CHƯƠNG 5: ĐỘNG LỰC HỌC 77 5.1 Động lực học tổng quát .77 5.3 Mô số toán động lực học ngược: 81 5.4 Mơ tốn động lực học thuận: 87 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 90 6.1 Chọn luật điều khiển PID tổng quát 90 6.2 Mô PID Simulink 92 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ ĐỒ THỊ 95 7.1 Mơ tả vị trí code tính tốn 95 7.2 Phần động học tổng quát : 96 7.3 Động học thuận 98 7.4 Động học ngược .105 7.5 Thiết kế quỹ đạo 111 7.6 Động lực học ngược 113 PHỤ LỤC 116 Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm THÀNH VIÊN VÀ PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC: Họ tên MSSV Phân cơng Đánh giá Phạm Thanh Tú 20156794 Động học (thuận ngược 10/10 code maple, matlab) + Tích cực động lực học (tổng quát+ngược) + thiết kế quỹ đạo Nguyễn Trọng Huy 20155706 3d + xuất stl + hỗ trợ mô 10/10 Simulink (sửa lỗi Tích cực xuất, trục, body), open GL Nguyễn Tiến Lợi 20155993 Động học (thuận, code 10/10 maple) + động lực học( hỗ Tích cực trợ sửa lỗi, sửa code) Bùi Văn Trường 3d+Mô Open GL+ 10/10 PID+ động lực học ( tham Tích cực gia hỗ trợ giải, sửa lỗi) Nguyễn Mạnh Thắng 20156502 3d+Mô Simulink 10/10 +PID +động lực học (viết Tích cực khối simulink + thuận+ngược) Đỗ văn Đức 20155389 PID + Hỗ trợ mô 10/10 Simulink + hỗ trợ sửa lỗi Tích cực code NOTE: - Các kết tính tốn dài trình bày phụ lục Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm TIẾN ĐỘ HOÀN THÀNH VÀ CHƯA HOÀN THÀNH STT Mục Động học Thuận Cơng việc Hồn thành Quy luật quỹ đạo điểm cuối Yes Mô số (Đặc biệt bất kì) Yes Ngược Mơ số đường thẳng Yes Mơ số trịn Yes Kiểm tra toán mức vận tốc Yes Thiết kế quỹ đạo Động lực Đơn giản Quỹ đạo tròn thẳng theo thời gian Yes điểm Thiết kế quy luật khớp, vận tốc Yes Tổng quát Tính ma trận khối lượng, ma trận C, phương trình vi phân Yes Ngược Tính mơ men đối vơi dạng quỹ đạo thẳng, trịn Yes Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 4 PID Mô Báo cáo Thuận Sử dụng kết tính ngược tính Yes ngược lại biến khớp Thiết kế Thiết kế xong PID Yes Chọn hệ Từ tốn động lực học thuận số ko có PID so sánh độ lệch đồ thị (tính tốn, thực) tìm hệ số Yes Mô Mô PID simulink Yes Open GL Chạy thành công quỹ đạo thẳng trịn Yes Mơ Matlab Chạy thành cơng quỹ đạo thẳng Yes trịn matlab Mơ hình có gắn PID sử dụng kết tính tốn động lực học Words Hoàn thành báo cáo chi tiết Yes Power point Hồn thành báo cáo No Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Mơ hình Robot hệ trục Dh tương ứng Hình Minh họa phương pháp đặt hệ trục D-H: Hình Khâu đế 13 Hình Cách đặt Hệ trục khâu đế 13 Hình Khâu .14 Hình Cách đặt hệ trục khâu .14 Hình Khâu .15 Hình Cách đặt hệ trục khâu tịnh tiến ( khâu 2) 15 Hình Khâu .16 Hình 10 Cách đặt hệ trục khâu quay (Khâu 3) 16 Hình 11 Khâu .17 Hình 12 Cách đặt hệ trục khâu quay (khâu 4) .17 Hình 13 Miền làm việc theo phương X-Y .25 Hình 14 Miền làm việc không gian Y-Z 26 Hình 15 Miền làm việc khơng gian X-Z 26 Hình 16 Miền làm việc vẽ không gian 3D 27 Hình 17 Quỹ đạo điểm cuối tốn thuận kiểm tra .29 Hình 18 Quỹ đạo mô thuận 30 Hình 19 Đồ thị vận tốc, gia tốc điểm E theo phương x 31 Hình 20 Đồ thị vận tốc, gia tốc điểm E theo phương y 31 Hình 21 Đồ thị vận tốc gia tốc điểm E theo phương z 31 Hình 22 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo x 32 Hình 23 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo y 33 Hình 24 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo z 33 Hình 25 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo x 34 Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm Hình 26 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo y 34 Hình 27 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo z 35 Hình 28 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo x 35 Hình 29 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo y 36 Hình 30 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo z 36 Hình 31 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo x 37 Hình 32 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo y 37 Hình 33 Đồ thị vận tốc, gia tốc khối tâm khâu theo z 38 Hình 34 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 39 Hình 35 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 40 Hình 36 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 41 Hình 37 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 42 Hình 38 Quỹ đại điểm cuối theo quy luật cho trước .44 Hình 39 Đồ thị kiểm tra 45 Hình 40 Vẽ hai đồ thị miền 45 Hình 41 Đồ thị quy luật cho trước 46 Hình 42 Đồ thị kiểm tra 47 Hình 43 Vẽ hai đồ thị miền 47 Hình 44 Đồ thị q1 48 Hình 45 Đồ thị q2 49 Hình 46 Đồ thị q3 50 Hình 47 Đồ thị q4 51 Hình 48 Đồ thị vận tốc thực vận tốc kiểm tra phương x 52 Hình 49 Đồ thị vận tốc thực vận tốc kiểm tra phương y 53 Hình 50 Đồ thị vận tốc thực vận tốc kiểm tra phương z 53 Hình 51 Quỹ đạo đoạn 59 Hình 52 Quỹ đạo đoạn 60 Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm Hình 53 Quỹ đạo đoạn 60 Hình 54 Quỹ đạo đoạn 61 Hình 55 Quỹ đọa qua điểm .61 Hình 56 Đồ thị vận tốc theo phương x 63 Hình 57 Đồ thị vận tốc theo phương y 64 Hình 58 Đồ thị vận tốc theo phương z 65 Hình 59 Mơ quỹ đạo tròn 79 Hình 60 Mơ hình động học Robotác thơng số đầu vào: 81 Hình 61 Mô tả sumlink giải động học ngược 85 Hình 62 Đồ thị MoMen khâu .85 Hình 63 Đồ thị Lực khâu 86 Hình 64 Đồ thị Momen khâu 86 Hình 65 Đồ thị Momen khâu 87 Hình 66 Đồ thị Momen khớp .87 Hình 67 Đồ thị Lực khớp 88 Hình 68 Đồ thị Momen khớp .88 Hình 69 Đồ thị Momen khớp .89 Hình 70 Mơ tả simulink giải động học thuận 90 Hình 71 Đồ thị tính tốn so sánh q1 91 Hình 72 Đồ thị tính tốn so sánh q2 91 Hình 73 Đồ thị tính tốn so sánh q3 92 Hình 74 Đồ thị tính tốn so sánh q4 92 Hình 75 Mơ hình điều khiển tổng qt 93 Hình 76 Mơ hình điều khiển PID thiết kế Thiết kế: 93 Hình 77 Tồn sơ đồ PID 95 Hình 78 Tín hiệu đặt 96 Hình 79 Khối tính Mơ men, Lực 96 Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm Hình 80 Khối tính biến khớp thực tế theo lực, mô men điều khiển 97 Hình 81 Khối so sánh lực thực tế tính tốn 97 Hình 82 Khối PID 97 Hình 83 quỹ đạo điểm cuối toán thuận theo quỹ đạo tùy ý bên .102 Hình 84 Đồ thị vận tốc gia tốc điểm cuối 103 Hình 85 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 104 Hình 86 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 105 Hình 87 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 106 Hình 88 Vận tốc gia tốc góc khâu theo x,y,z 107 Hình 89 Kiểm tra quỹ đạo thẳng 108 Hình 90 Kiểm tra quỹ đạo trịn 109 Hình 91 Kiểm tra khớp .110 Hình 92 Kiểm tra khớp .110 Hình 93 Kiểm tra khớp .111 Hình 94 Kiểm tra khớp .111 Hình 95 kiểm tra vận tốc phương x .112 Hình 96 kiểm tra vận tốc phương y .112 Hình 97 Kiểm tra vận tốc phương z 113 Hình 98 Đồ thị quỹ đạo điểm chọn 115 Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ CẤU TRÚC 3D 1.1 Phân tích cấu trúc Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 10 Phương trình q4: Đồ thị: Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 155 Hình 136 Đồ thị quỹ đạo điểm chọn Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 156 7.6 Động lực học ngược Đầu vào: Đường tròn: x Et =100∗cos ( 15 π t )+750 y Et =0 z Et =100∗sin ( 15 π t )+900 Đường thẳng: x Et =50∗t +600 y Et=0 z Et =100∗t+300 Đầu ra: Đường trịn: Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 157 thi Momen khau 106 1.5 thi Momen khau Momen Momen 0.5 N.mm N.mm 0 -1 -2 -0.5 -3 10 -1 s 108 thi Momen khau 10 thi Momen khau Momen N.mm N.mm 107 10 Momen -1 -2 -2 -3 -4 -4 s s Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 10 -6 10 s 158 Đường thẳng: Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 159 7.7 Động lực học thuận: Đầu vào: Các lực, Mơ men tính từ tốn động lực học ngược Bài tốn khơng dùng PID: Bài tốn có dùng PID: Đường thẳng Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 160 Đường trịn Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 161 PHỤ LỤC Các phương trình động học tìm được: Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 162 Ma trận chuyển khâu cố định Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 163 Các hàm tọa độ khâu cuối theo thời gian (quy luật động học thuận): Các vận tốc tốc khâu cuối: Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 164 Các ma trận khối tâm khâu với hệ sở: Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 165 Các ma trận Jacobi tịnh tiến khối tâm: Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 166 Các ma trận sóng: Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 167 Các ma trận vận tốc góc khâu Các ma trận gia tốc góc: Các ma trận Jacobi quay Bài tập lớn mô hệ điện tử: Nhóm 168 10 Ma trận khối lượng M: 11 Ma trận C: 12 Các phương trình vi phân chuyển động: Bài tập lớn mơ hệ điện tử: Nhóm 169