Ứng dụng matlab simulink mô phỏng chuyển động tay máy 2 hoặc 3 bậc tự do trong bài toán động học ngược,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG TAY MÁY HOẶC BẬC TỰ DO TRONG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC Giáo viên hướng dẫn: TS.Phạm Hoàng Vương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đại Dương Nguyễn Công Quỳnh Lớp: Cơ – Điện Tử k49 TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~1~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ngày tháng năm 2012 SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG ~2~ LỜI CẢM ƠN Trước vào thuyết trình chi tiết, nhóm Nghiên Cứu Khoa Học chúng em gồm thành viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường trước hết, tạo điều kiện cho chúng em có hội học tập nghiên cứu Tạo sân chơi bổ ích cho sinh viên chúng em rèn luyện, qua chúng em trau dồi thêm kiến thức, tầm hiểu biết kỹ tự nghiên cứu, thuyết trình…Thơng qua nghiên cứu nhỏ này, chúng em thêm tự tin thêm chững chạc để trở thành kỹ sư tương lai Chúng em xin cảm ơn thầy giáo : TS.Phạm Hoàng Vương giáo viên hướng dẫn chúng em suốt trình làm bài, sát bảo tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn thành tốt nghiên cứu Qua đây, chúng em gửi lời cảm ơn tới kỹ sư, anh chị trước diễn đàn khí Việt Nam trao đổi cho chúng em kinh nghiệm phần mềm kĩ học tập Bài Nghiên Cứu Khoa Học chúng em lần đầu tiếp cận với phần mềm tương đối khó nên cịn nhiều thiếu sót cịn sai số vấn đề chưa hiểu hết chất nó.Nhưng thành cơng sức mà chúng em bỏ tìm tịi, học hỏi nghiên cứu Mong qua Nghiên Cứu Khoa Học này, giúp cho bạn sinh viên ngành kỹ thuật có thêm nhìn matlab simulink Autodesk Inventor học tập phần mềm hữu ích này, đưa matlab simulink Autodesk Inventor thành công cụ thiếu kỹ sư tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn ! SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~3~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: robot SCARA 3DOF bậc tư Hình 1.2 Phân loại thiết bị tay máy Hình 1.3: Các phận cấu thành Robot cơng nghiệp Hình 1.4 Tay máy khớp quay Hình 1.5 Định vị định hướng “ điểm tác động cuối” Hình 1.6 Sơ đồ lập trình điều khiển Hình 1.7 Biểu diễn điểm khơng gian Hình 1.8 Các hệ toạ độ Hình 1.9 Các hệ toạ độ Hình 2.1 Giao diện phần mền matlab Hình 2.2 Giao diện Autodesk Inventor Professional 2008 Hình 2.3 Mơ hình lắp ghép cụm chi tiết Hình 3.1: Sơ đồ hóa robot SCARA 3DOF Hình 3.2: Khối mơ Simulink Hình 3.3 : đồ thị quỹ đạo xoy Hình 4.1: Khâu tay máy Hình 4.2: Khâu tay máy Hình 4.3: Khâu tay máy Hình 4.4: Khâu tay máy Hình 4.5: lắp ráp tay máy Hình 4.6 Khởi động chương trình matlab Hình 4.7 Giao diện matlab Hình 4.8 Lấy khối constant Hình 4.9 : Hàm tính quỹ đạo chuyển động Hình 4.10: Viết chương trình cho hàm Hình 4.11: Khối hiển thị VR Sink Hình 4.12: Hiệu chỉnh thơng số cho cánh tay robot ( arm1,arm2,arm3) Hình 4.13: Quỹ đạo chuyển động robot không gian SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~4~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hoá, đại hoá đất nước vấn đề tự động hố sản xuất có vai trị đặc biệt quan trọng Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hàng hoá đặt vấn đề thời để hệ thống tự động hố sản xuất phải có tính linh hoạt nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hố Robot cơng nghiệp phận cấu thành thiếu hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Gần nửa kỉ có mặt sản xuất Robot cơng nghiệp có lịch sử phát triển hấp dẫn Ngày nay, Robot công nghiệp dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản suất Điều xuất phát từ ưu điểm loại Robot lựa chọn đúc kết qua năm ứng dụng nhiều nước Ở nước ta, trước năm 1990 chưa du nhập kỹ thuật Robot Từ năm 1990 nhiều sở công nghiệp bắt đầu nhập ngoại nhiều loại Robot phục vụ việc tháo lắp dụng cụ cho trung tâm CNC, lắp ráp linh kiện điện tử, hàn vỏ xe ô tô, xe máy phun phủ bề mặt … Có nơi bắt đầu thiết kế chế tạo lắp ráp Robot Có thể nói, Robot góp phần lớn vào nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Với ý nghĩa to lớn Robot công nghiệp, chắn ngành công nghiệp chế tạo ứng dụng Robot phát triển mạnh tương lai Trong lĩnh vực Robot nay, phần Cơ khí (Robot Mechanics), hệ thống Điều khiển (Robot control) hệ thống Lập trình (Programming system) coi thành phần độc lập nhà sản xuất chào bán độc lập Vì vậy, với kiến thức học hướng dẫn thầy giáo TS.Phạm Hoàng Vương, chúng em nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng Matlab – Simulink mô chuyển động tay máy Robot bậc tự toán động học ngược” SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~5~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC .5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1.Robot công nghiệp: 1.1.1 Sự đời Robot công nghiệp: .8 1.1.2.Phân loại tay máy Robot công nghiệp: 1.2 Ứng dụng Robot công nghiệp: 11 1.2.1.Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp: 11 1.2.2.Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp: 12 1.2.3 Các xu ứng dụng Robot tương lai: 12 1.2.4 Tình hình tiếp cận ứng dụng Robot công nghiệp Việt Nam: 13 1.3.Cấu trúc Robot công nghiệp: 13 1.3.1.Các phận cấu thành Robot công nghiệp: .13 1.3.2.Bậc tự toạ độ suy rộng : 14 1.3.2.1.Bậc tự do: 14 1.3.2.2 Toạ độ suy rộng: 15 1.3.3.Nhiệm vụ lập trình điều khiển Robot: 16 1.3.3.1 Định vị định hướng “điểm tác động cuối”: 16 1.3.3.2 Lập trình điều khiển Robot cơng nghiệp: 17 1.4 Các phép biến đổi toán học cho Robot: 18 1.4.1.Biến đổi toạ độ dùng ma trận: 18 1.4.1.1.Vector điểm toạ độ nhất: 18 1.4.1.2.Quay hệ toạ độ dùng ma trận 3x3: 19 1.4.1.3.Biến đổi ma trận dùng toạ độ nhất: 20 1.4.1.4 Ý nghĩa hình học ma trận nhất: .22 SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~6~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG 1.4.2.Các phép biến đổi bản: 24 1.4.2.1.Phép biến đổi tịnh tiến: .24 1.4.2.2 Phép quay quanh trục toạ độ: 24 CHƯƠNG II 26 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB-SIMULINK VÀ PHẦN MỀN CAD 3D INVENTOR 26 2.1 Giới thiệu Matlab-Simulink: 26 2.1.1 Giới thiệu Matlab: 26 2.1.1.1 Biến Matlab: 27 2.1.1.2 Script file (M-files): 27 2.1.1.3 Files liệu: 28 2.1.2 Giới thiệu Simulink: 28 2.1.2.1 khái niệm: .28 2.1.2.2 Các phương pháp giải toán mô Simulink: .29 2.2 Giới thiệu phần mền CAD 3D Inventor: 30 2.2.1 khái niệm : .30 2.2.2 Những khản AutoDesk Inventor: 32 2.2.2.1 Khản trợ giúp thiết kế : 32 2.2.2.2 Khản diễn họa: 32 CHƯƠNG III 34 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 34 3.1 Tính động học tay máy: 34 3.1.1 Phân tích động học thuận: .34 3.1.2 Phân tích động học ngược: 35 3.2 Mô Matlab Simulink: 36 3.2.1 Khối Simulink: 36 3.2.2 Chương trình mơ chuyển động: 37 3.2.3 Kết mô phỏng: 38 CHƯƠNG IV 39 KẾT NỐI MATLAB VÀ INVENTOR 39 4.1 Thiết kế tay máy: 39 SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CƠNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~7~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG 4.1.1 Thiết kế khâu tay máy: 39 4.1.2 Lắp ráp tay máy: 40 4.2 Mô tay máy Matlab –Simulink: 41 4.2.1.Tạo khối mô phỏng: 41 4.2.2 Kết nối matlab với cad 3d: 45 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 46 Tổng Kết: 46 Hướng Phát Triển Đề Tài: 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 PHỤ LỤC 48 SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CƠNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~8~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1.Robot công nghiệp: 1.1.1 Sự đời Robot công nghiệp: Thuật ngữ “Robot” lần xuất năm 1922 tác phẩm “Rosum’s Universal Robot “ Karal Capek Theo tiếng Séc Robot người làm tạp dịch Trong tác phẩm nhân vật Rosum trai ông tạo máy gần giống người để hầu hạ người Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng Karel Capek bắt đầu thực Ngay sau chiến tranh giới lần thứ 2, Mỹ xuất tay máy chép hình điều khiển từ xa, phịng thí nghiệm phóng xạ Năm 1959, Devol Engelber chế tạo Robot công nghiệp công ty Unimation Năm 1967 Nhật Bản nhập Robot công nghiệp từ công ty AMF Mỹ Đến năm 1990 có 40 cơng ty Nhật, có cơng ty khổng lồ Hitachi, Mitsubishi Honda đưa thị trường nhiều loại Robot tiếng Từ năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính robot ý nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc Tại trường đại học tổng hợp Stanford, người ta tạo loại Robot lắp ráp tự động điều khiển vi tính sở xử lý thông tin từ cảm biến lực thị giác Vào thời gian công ty IBM chế tạo Robot có cảm biến xúc giác cảm biến lực điều khiển máy vi tính để lắp ráp máy in gồm 20 cụm chi tiết Những năm 90 áp dụng rộng rãi tiến khoa học vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng Robot công nghiệp tăng nhanh, giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Nhờ Robot cơng nghiệp có vị trí quan trọng dây truyền sản xuất đại Ngày nay, chuyên ngành khoa học nghiên cứu Robot “Robotics” trở thành lĩnh vực rộng khoa học, bao SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~9~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG gồm vấn đề cấu trúc cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v… Robot kiểu SCARA đời vào năm 1979 trường đại học Yamanashi (Nhật Bản) kiểu robot nhằm đáp ứng đa dạng trình sản xuất Tên gọi SCARA viết tắt "Selective Compliant Articulated Robot Arm" tay máy mền dẻo tùy ý loại robot thường dùng công việc lắp ráp nên SCARA đơi giải thích từ viết tắt "Selective Compliant Articulated Robot Arm" Ba khớp kiểu robot chuyển động tịnh tiến theo trục x,y,z quay quanh x,y,z trục điều khớp theo phương thẳng đứng ,điển hình robot SCARA 3DOF Hình 1.1: robot SCARA 3DOF bậc tư 1.1.2.Phân loại tay máy Robot công nghiệp: Ngày nay, nói đến Robot thường ta hay hình dung chế máy móc tương tự người, có khả sử dụng cơng cụ lao động để thực công việc thay cho người, chí tính tốn hay có khả hành động theo ý chí Trong thực tiễn kỹ thuật, khái niệm Robot đại hiểu rộng, mà theo Robot “tất hệ thống kỹ thuật có khả cảm nhận xử lý thơng tin cảm SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II % ~ 38 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG Calculate theta1 k1 = L2 * c2 + L1; k2 = L2 * s2; theta1 = atan2 ( y, x) - atan2 ( k2, k1); c1 = cos(theta1); s1 = sin(theta1); c12 = cos( theta1 + theta2 ); s12 = sin( theta1 + theta2 ); % q = [ theta1, theta2, z]'; % Calculate param for simulate arm1Rot = [ 0, 0, 1, theta1]; arm2Trans = [ L1 * c1, L1 * s1, delta_d + baseZ]; arm2Rot = [ 0, 0, 1, theta1 + theta2 ]; arm3Trans = [ L2 * c12 + L1 * c1, L2 * s12 + L1 * s1 , z]; arm3Rot = [ 0, 0, 1, theta1 + theta2 ]; 3.2.3 Kết mô phỏng: Quỹ đạo chuyển động tay máy mặt phẳng xoy hình elip hình 3.3 Hình 3.3 : đồ thị quỹ đạo xoy SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 39 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG CHƯƠNG IV KẾT NỐI MATLAB VÀ INVENTOR 4.1 Thiết kế tay máy: 4.1.1 Thiết kế khâu tay máy: Ta chia tay máy thành khâu ( 𝑙1 , 𝑙2 , 𝑙3 , 𝑙4 ) thiết kế riêng khâu mơi trường thiết kế sheet metal.ipt , Hình 4.1: Khâu tay máy Hình 4.2: Khâu tay máy SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 40 ~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG Hình 4.3: Khâu tay máy Hình 4.4: Khâu tay máy 4.1.2 Lắp ráp tay máy: Sau vẽ xong khâu tay máy ta đưa đưa qua môi trường lắp ghép assembly.iam hình 4.5 SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 41 ~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG Hình 4.5: lắp ráp tay máy Lưa file vừa vẽ (scara_model) dạng đuôi (*.wrl) scara_model.wrl 4.2 Mô tay máy Matlab –Simulink: 4.2.1 Tạo khối mô phỏng: Khởi động matlab cách : Vào start -> programs->MATLAB-> MATLAB R2008b Hình 4.6 Khởi động chương trình matlab SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 42 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG Chọn thư viện Simulink: Hình 4.7 Giao diện matlab Vào thư viện simulink library borowser -> Commony Used -> chọn constant : Hình 4.8 Lấy khối constant Nhấn chuột trái vào constant kéo thảo vào unitled chương trình mơ cần sử dụng khối constant đồng thời kết hợp đưa thong số đầu vào SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 43 ~ GVHD:PHẠM HỒNG VƯƠNG Để lấy hàm tính quỹ đạo chuyển động ,vào User-Defined Functi…-> chọn Embedded –MATLAB Function : Hình 4.9 : Hàm tính quỹ đạo chuyển động Nhấn chuột trái vào Embedded –MATLAB Function kéo thảo vào unitled: Nhấp đúp chuột trái vào Embedded –MATLAB Function để viết chương trình cho khối : SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CƠNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 44 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG Hình 4.10: Viết chương trình cho hàm Để hiển thị chuyển động sử dụng khối VR Sink ta vào Virtual Reality Toolbox -> chọn VR Sink , đồng thời muốn biết quỹ đạo chuyển động măt phẳng xoy ta chọn thêm khối XY Graph Hình 4.11: Khối hiển thị VR Sink SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 45 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG 4.2.2 Kết nối matlab với cad 3d: Nhấn đúp vào VR Sink -> vào Browse chọn file cad scara_model.wrl nhấp open hình 4.12 Hình 4.12: Hiệu chỉnh thông số cho cánh tay robot ( arm1,arm2,arm3) Sau đưa đầy đủ thông số đầu vào ta sơ đồ khối hình 3.2Nhấn đúp chuột trái -> nhấn play vào VR Sink ta kết mơ Hình 4.13: Quỹ đạo chuyển động robot khơng gian SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CƠNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 46 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Tổng Kết: Đề tài nghiên cứu lý thuyết điều khiển, từ xây dựng thuật tốn điều khiển robot theo phương pháp động lực học ngược cho robot Scara 3dof với ba khớp động.Đề tài kiểm nghiệm tính đắn thuật tốn điều khiển thơng qua việc xây dựng phương trình động lực học cho robot Scara 3dof dựa vào thông số cho nhà sản xuất Đưa cơng thức tính động học thuận động học ngược cho robot Scara 3dof , xây dựng mơ hình tốn học cho cấu truyền động robot, tổng hợp hệ truyền động Đánh giá chất lượng tĩnh động hệ thống khảo sát hệ thống chế độ làm việc khác phương pháp mơ hình hố hệ thống mơ phần mềm Matlab-Simulink Kết mô cho thấy nối robot bám xác quỹ đạo chuyển động chuẩn Mặc dù luận văn chưa có kết thực nghiệm, song kết thu tạo sở tốt cho việc thiết kế hệ thống điều khiển bám xác quỹ đạo chuyển động robot thực tế Hướng Phát Triển Đề Tài: Kết toán động học bước khởi đầu quan trọng việc nghiên cứu robot Dựa vào kết thu nghiên cứu tốn động lực học, tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động Từ phát triển robot ngày hồn thiện Sử dụng mô robot SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 47 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hồng Hải(2003),”Lập trình Matlab” NXB KHKT 2003 Đào Văn Hiệp (2002),”Kỹ thuật Robot” NXB KHKT Nguyễn Thiện Phúc (2004),”Robot công nghiệp” NXB KHKT Nguyễn Thiện Phúc (1991),” Người máy công nghiệp sản xuất tự động linh hoạt” NXB KHKT Nguyễn Phùng Quang (2006), “Điều khiển Robot công nghiệp - Những vấn đề cần biết” Tạp chí Tự động hố ngày - số tháng 4, 5, / 2006 Nguyễn Thiện Phúc (2005),”Robot - Thế giới công nghệ cao bạn” NXB KHKT Nguyễn Phùng Quang (2004),”Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động” NXB KHKT Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (2003),”Nguyên lý máy” NXB GD Nguyễn Hồng Thái (2002) “Xây dựng thuật tốn điều khiển mơ động Robot nhiều bậc tự do” Thư viện ĐHBK HN 10 Lê Huy Tùng (2003) “Điều khiển trượt thích nghi động cho đối tượng phi tuyến có mơ hình khơng tường minh” Thư viện ĐHBK HN 11 Harry (1971), “Nonlinear Modulation Theory” 12 Solomon (1965) “Stability of nonlinear control systems” SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CÔNG QUỲNH TRƯỜNG DH GTVT–CS II ~ 48 ~ GVHD:PHẠM HOÀNG VƯƠNG PHỤ LỤC SVTH: NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG NGUYỄN CƠNG QUỲNH Báo Cáo Tóm Tắt Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên Ứng dụng Matlab – Simulink mô chuyển động tay máy Robot bậc tự toán động học ngược Nguyễn Đại Dương Nguyễn Công Quỳnh Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải – Cơ Sở II Email: tailieu.cdt49@gmail.com Tóm tắt Robot ứng dụng rộng rãi đóng vai trị quan trọng sản xuất đời sống Robot cấu đa chức có khả lập trình dùng để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ thông qua truyền động lập trình trước Khoa học robot chủ yếu dựa vào phép toán đại số ma trận Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển cho robot Scara 3Dof, với matlab simulink mơ quỹ đạo chuyển động robot ,một cách linh hoạt nhằm rút ngắn thời gian từ làm giảm thời gian chi phí gia cơng, đem lại nguồn lợi lớn cho doanh nghiệp Phạm vi Nghiên Cứu Khoa Học tìm hiểu tổng quan phần mềm matlab simulink, cách tiếp cận làm việc môi trường matlab simulink với cấu đơn giản, từ thấy lợi ích từ matlab simulink ứng dụng vào thực tế cách dễ dàng − Khâu 2: 1.Phần mở đầu Bài Nghiên Cứu Khoa Học thể nội dung chính: − Tổng quan robot cơng nghiệp − Giới thiệu matlab-simulink phần mền cad 3d inventor − Phân tích động học tay máy − Kết nối matlab với inventor 2.Nội dung 2.1.Thiết kế tay máy: − Khâu 3: − Khâu 1: GVHD: TS.Phạm Hoàng Vương SVTH: Nguyễn Đại Dương-Nguyễn Cơng Quỳnh Báo Cáo Tóm Tắt Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên − Khâu 4: Chúng em sử dụng thông số động học sửa đổi Craig, cách đặt thông số diễn tả khâu theo khâu gắn trước thay khâu theo sau cách truyền thống 2.2.1.Phân tích động học thuận: Từ bảng thơng số, ta có cơng thức tính ma trận chuyển vị sau : Tính ma trận chuyển vị : − Lắp ghép khâu: 2.2.2 Phân tích động học ngược: 2.2.Phân tích động học tay máy: Từ tính chất tay máy, ta xác định tọa độ điểm làm việc tham số (x, y, z, γ) với γ góc xoay OP Ox : Hình 3.1: Sơ đồ hóa robot SCARA 3DOF Bảng thơng số tay máy bậc tự : GVHD: TS.Phạm Hoàng Vương Từ (1) & (2) ta có : SVTH: Nguyễn Đại Dương-Nguyễn Cơng Quỳnh Báo Cáo Tóm Tắt Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên % input_args x = input_args(1); y = input_args(2); z = input_args(3); % Calculate theta2 c2 = ( x.^2 + y.^2 - L2^2 - L1^2 ) / ( * L1 * L2 ); if c2 > && c2 < 1.00001 c2 = 1; end Mô Matlab Simulink: Hình 3.2: Khối mơ Simulink if state==0 s2 = sqrt ( - c2.^2 ); else s2 = -sqrt ( - c2.^2 ); end theta2 = atan2 ( s2, c2); % Calculate theta1 k1 = L2 * c2 + L1; k2 = L2 * s2; theta1 = atan2 ( y, x) - atan2 ( k2, k1); c1 = cos(theta1); s1 = sin(theta1); c12 = cos( theta1 + theta2 ); s12 = sin( theta1 + theta2 ); % q = [ theta1, theta2, z]'; % Calculate param for simulate arm1Rot = [ 0, 0, 1, theta1]; arm2Trans = [ L1 * c1, L1 * s1, delta_d + baseZ]; arm2Rot = [ 0, 0, 1, theta1 + theta2 ]; arm3Trans = [ L2 * c12 + L1 * c1, L2 * s12 + L1 * s1 , z]; arm3Rot = [ 0, 0, 1, theta1 + theta2 ]; Hình 3.3 : đồ thị quỹ đạo xoy 2.2.3.Chương trình mơ chuyển động: function [arm3Rot, arm3Trans, arm2Rot, arm2Trans, arm1Rot] = arm3DOF_ikine( L1, L2, delta_d, baseZ, input_args, state ) %SCARA_IKINE Summary of this function goes here % Detailed explanation goes here % input_args = [x,y,z] GVHD: TS.Phạm Hoàng Vương Hình 3.4: Quỹ đạo chuyển động robot không gian SVTH: Nguyễn Đại Dương-Nguyễn Công Quỳnh Báo Cáo Tóm Tắt Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên 3.Kết luận Đưa cơng thức tính động học thuận động học ngược cho robot Scara 3dof , xây dựng mơ hình tốn học cho cấu truyền động robot, tổng hợp hệ truyền động Đánh giá chất lượng tĩnh động hệ thống khảo sát hệ thống chế độ làm việc khác phương pháp mơ hình hố hệ thống mơ phần mềm Matlab-Simulink Kết mô cho thấy nối robot bám xác quỹ đạo chuyển động chuẩn 4.Tài liệu tham khảo Nguyễn Hoàng Hải(2003),”Lập trình Matlab” NXB KHKT 2003 Đào Văn Hiệp (2002),”Kỹ thuật Robot” NXB KHKT Nguyễn Thiện Phúc (2004),”Robot công nghiệp” NXB KHKT Nguyễn Thiện Phúc (1991),” Người máy công nghiệp sản xuất tự động linh hoạt” NXB KHKT Nguyễn Phùng Quang (2006), “Điều khiển Robot công nghiệp - Những vấn đề cần biết” Tạp chí Tự động hố ngày - số tháng 4, 5, / 2006 Nguyễn Thiện Phúc (2005),”Robot - Thế giới công nghệ cao bạn” NXB KHKT Nguyễn Phùng Quang (2004),”Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động” NXB KHKT Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (2003),”Nguyên lý máy” NXB GD Nguyễn Hồng Thái (2002) “Xây dựng thuật toán điều khiển mô động Robot nhiều bậc tự do” Thư viện ĐHBK HN 10 Lê Huy Tùng (2003) “Điều khiển trượt thích nghi động cho đối tượng phi tuyến có mơ hình khơng tường minh” Thư viện ĐHBK HN 11 Harry (1971), “Nonlinear Modulation Theory” 12 Solomon (1965) “Stability of nonlinear control systems” GVHD: TS.Phạm Hoàng Vương SVTH: Nguyễn Đại Dương-Nguyễn Công Quỳnh