Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường phân tích và mô phỏng động học rôbốt 6 bậc tự do cấp phôi cho các máy phay cnc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ ề Đ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG n iê gh in tà u ĐỀ TÀI oa kh PHÂN TÍCH VÀ MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC RƠBỐT BẬC TỰ DO CẤP PHÔI CHO CÁC MÁY PHAY CNC c họ Chủ nhiệm đề tài: TS HOÀNG MẠNH CƯỜNG Thành viên tham gia: KS NGUYỄN ĐỨC SANG Hải Phòng, tháng 05/2016 i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Robot công nghiệp 1.2 Cấu trúc chung robot công nghiệp 1.3 Phân loại robot công nghiệp 1.4 Các tiêu đánh giá thông số kỹ thuật 1.5 Các toán thường gặp robot công nghiệp CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC ROBOT UR 11 2.1 Phân tích động thuận rơbốt UR 11 2.2 Phân tích động học ngược robot UR 18 ề Đ 2.3 Một số kết mô 32 tà CHƯƠNG MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT UR 38 in iê gh 3.1 Giới thiệu chung kỹ thuật mô 38 n 3.2 Giới thiệu thư viện Simmechanics 39 3.3 Mô hoạt động Robot cấp phôi 42 u oa kh KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 c họ ii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Với phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, việc tự động hóa q trình sản xuất ngày nâng cao, làm cho cơng nghệ sản xuất chuyển sang thời kỳ mới: thời kỳ cơng nghệ sản xuất tiên tiến mà robot cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng, robot tham gia vào hầu hết nguyên công dần thay người công việc nhàm chán, nặng nhọc, nguy hiểm, … Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng robot vào sản xuất tự động nhiều người quan tâm nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ề Đ Robot công nghiệp sử dụng phổ biến hệ thống sản xuất linh in tà hoạt, có nhiều cấu hình robot nghiên cứu ứng dụng sản xuất iê gh đề cập nhiều tài liệu [3, 4, 5, 6, 7] Tuy nhiên, cấu hình robot UR, với n đặc điểm nhỏ gọn linh hoạt, nhiều người quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhiều hệ thống sản xuất khác u kh Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu oa c họ - Mục tiêu đề tài nghiên cứu đưa nghiệm giải tích tốn phân tích động học ngược cấu hình robot cơng nghiệp, dựa vào nghiệm xây dưng chương trình mơ chuyển động mơ hình robot - Đối tượng nghiên cứu đề tài robot UR, cấu hình robot nhiều người quan tâm nghiên cứu nhiều ứng dụng - Phạm vi nghiên cứu, với giới hạn đề tài nghiên cứu cấp trường cơng trình dừng lại tốn phân tích động học mơ chuyển động đối robot UR Phương pháp nghiên cứu, kết cấu cơng trình nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng cơng trình phương pháp tính tốn mơ mơ hình máy tính Kết cấu thuyết minh đề tài, mở đầu, kết luận, nội dung đề tài chia làm chương: chương 1, giới thiệu nét robot công nghiệp, chương 2, tập trung phân tích động học cấu hình robot UR, chương 3, tập trung xây dựng chương trình mơ chuyển động robot UR Kết đạt đề tài Một số kết đạt đề tài là: - Phân tích động học thuận robot UR Xác định vị trí, vận tốc, gia tốc khâu thiết lập phương trình động học robot - Phân tích động học ngược robot UR Đã đưa nghiệm giải tích biến khớp, việc tìm nghiệm giải tích giúp cho việc giải toán ề Đ điều khiển sau trở nên đơn giản n iê gh động robot UR in tà - Xây dựng chương trình tính tốn động học ngược mô chuyển u oa kh c họ CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Robot cơng nghiệp Nhu cầu nâng cao suất chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành Các thiết bị thay dần máy tự động “cứng” đáp ứng việc định thị trường ln địi hỏi thay đổi mặt hàng chủng loại, kích cỡ tính Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Thuật ngữ “robot” lần xuất năm 1921 tác phẩm viễn ề Đ tưởng “Rossum’s Universal Robot” Karel Capek Theo tiếng Séc robot tà người làm tạp dịch Trong tác phẩm nhân vật Rossum trai ông in n iê gh tạo máy gần giống người để hầu hạ người u oa kh c họ Hình 1.1 Ba robot kịch Karel Capek, 1921 Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng Karel Capek bắt đầu thực Ngay sau chiến tranh giới lần thứ 2, Hoa Kỳ xuất loại tay máy chép hình điều khiển từ xa phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50, bên cạnh tay máy chép hình khí , xuất loại tay máy chép hình thủy lực điện từ, tay máy Minotaur I tay máy Handyman General Electric Năm 1954 George C Devol thiết kế thiết bị có tên “ Cơ cấu lề dùng để chuyển hàng theo chương trình” Đến năm 1965 Devol với Joseph F Engelber, kỹ sư trẻ công nghiệp hàng không, tạo loại robot công nghiệp năm 1959 Công ty Unimation Chỉ đến năm 1975 Công ty Unimation bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot Chiếc robot công nghiệp đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, nhà máy ô tô General Motors Trenton, New Jersey Hoa Kỳ Năm 1967 Nhật Bản nhập robot công nghiệp từ Công ty AMF Hoa Kỳ ( American Machine and Foundry Company) Đến năm 1990 có 40 cơng ty Nhật Bản, có cơng ty khổng lồ in tà robot tiếng ề Đ Công ty Hitachi Công ty Mitsubishi, đưa thị trường quốc tế nhiều loại gh Từ năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính robot ý n iê nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết mơi trường u làm việc Tại trường Đại học Tổng hợp Standford người ta tạo loại robot lắp kh ráp tự động điều khiển máy vi tính sở xử lý thông tin từ cảm biến oa lực thị giác Vào thời gian này, Công ty IBM chế tạo loại robot có cảm họ biến xúc giác cảm biến lực, điều khiển máy tính để lắp ráp máy in c gồm 20 cụm chi tiết Vào giai đoạn nhiều nước khác tiến hành cơng trình nghiên cứu tương tự, tạo loại robot tự hành theo hướng bắt chước chân người súc vật Các robot chưa có nhiều ứng dụng cơng nghiệp Tuy nhiên loại xe robot (robocar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Từ năm 80, vào năm 90, áp dụng rộng rãi tiến kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Nhờ robot cơng nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền tự động sản xuất đại Trước bước vào nghiên cứu nội dung tiếp theo, cần thống thuật ngữ “ robot công nghiệp” ( Industrial robot) Trong nhiều tài liệu khác nhau, định nghĩa robot công nghiệp khác Khi “ robot công nghiệp” đời, Công ty AMF quảng cáo loại máy tự động vạn Trong từ điển Webster định nghĩa robot máy tự động thực số chức người Nhưng có nhiều loại máy khác gọi robot Viện Kỹ thuật robot Hoa Kỳ định nghĩa robot loại tay máy nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được, dùng để thực số thao tác sản xuất Có nhiều tài liệu định nghĩa robot lưu ý đến tiêu chí điều khiển máy tính phân loại robot công nghiệp theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS B 0134- 1979) có nhóm tay máy điều ề Đ khiển tay in tà Theo ISO ( International Standards Organization) thì: “ robot cơng nghiệp gh tay máy đa mục tiêu, có số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ n iê động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ vật dụng khác Do chương trình u thao tác thay đổi nên thực nhiều nhiệm vụ đa dạng” Tuy nhiên, robot kh công nghiệp định nghĩa chưa hoàn toàn thỏa đáng oa Robot cơng nghiệp hiểu thiết bị tự động linh hoạt, bắt họ chước chức lao động cơng nghiệp người Nói đến thiết bị c tự động linh hoạt nhấn mạnh đến khả thao tác với nhiều bậc tự do, điều khiển trợ động lập trình thay đổi Cịn nói đến bắt chước chức lao động cơng nghiệp người có ý nói đến khơng hạn chế từ chức lao động chân tay đơn giản đến trí khơn nhân tạo, tùy theo loại hình cơng việc lao động cần đến chức hay khơng Đồng thời nói đến mức độ cần thiết bắt chước người hay không 1.2 Cấu trúc chung robot cơng nghiệp Trên hình 1.2 giới thiệu phận chủ yếu robot công nghiệp thông thường Tay máy gồm phận: đế đặt cố định gắn liền với xe di động 2, thân 3, cánh tay 4, cánh tay 5, bàn kẹp Hình 1.2 Các phận cấu thành robot cơng nghiệp Bên bên ngồi tay máy cịn đặt nhiều phận khác nữa: ề Đ + Hệ thống truyền dẫn động khí, thủy khí điện khí, phận tà in chủ yếu tạo nên chuyển dịch khớp động iê gh + Hệ thống điều khiển đảm bảo hoạt động robot theo thông tin đặt n trước nhận biết trình làm việc u + Hệ thống cảm biến tín hiệu thực việc nhận biết biến đổi thông tin mà robot phục vụ (cảm biến ngoại tín hiệu) oa kh hoạt động thân robot (cảm biến nội tín hiệu) mơi trường- đối tượng họ c Các thông tin đặt trước cảm biến đưa vào hệ thống điều khiển sau xử lý máy vi tính, tác động vào hệ thống truyền dẫn động tay máy Trực tiếp liên hệ với bàn kẹp dụng cụ (tools) thao tác với môi trường đối tượng làm việc 1.3 Phân loại robot công nghiệp Ngày robot công nghiệp phát triển đa dạng Có thể phân loại robot công nghiệp theo nhiều cách khác nhau: + Theo vị trí “ cơng tác” phân loại robot cấp phơi, robot vận chuyển, robot vạn + Theo dạng công nghệ chuyên dụng phân loại robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp + Theo cách thức đặc trưng điều khiển phân ra: robot điều khiển tự động, robot điều khiển dạy học, robot điều khiển tay, robot nhìn ( vision) + Theo hệ tọa độ dùng thực chuyển động phân robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ, cầu sinh 1.4 Các tiêu đánh giá thông số kỹ thuật Để cấu tay máy hoạt động linh hoạt tức thực dễ dàng chuyển dịch muôn màu mn vẻ, chúng cần phải có số bậc tự chuyển động cần thiết Như biết, với cấu tay máy dùng cấu hở không gian có khớp động loại số bậc tự số khâu động Khi tăng số bậc tự tức tăng số khâu động tăng số thiết bị động lực cho khâu động nên tăng độ phức tạp kết cấu chế tạo Vấn đề đặt số bậc tự ề Đ chọn lựa cấu tay máy đảm bảo tính linh hoạt cao Tính linh in tà hoạt cấu tay máy tiêu tổng hợp thể qua yếu tố sau iê gh đây: n 1.4.1 Độ động cấu Khâu thao tác robot xác định thông số xE , yE , z E , ,  ,  , u oa kh thông số đầu vị trí gốc hệ tọa độ gắn với khâu thao tác, cịn thơng số sau xác định hướng khâu thao tác Trong lúc cấu hình cấu tay máy họ c xác định n giá trị biến khớp q1, , qn Số bậc tự n cấu tay máy khác Có thể xảy trường hợp sau: + Nếu n=6, điểm E thực di chuyển nhỏ  xE ,  yE , zE , , , sang vị trí đó, xác định  q1 , , qn cách đơn trị + Nếu n  khơng phải lúc điểm E đạt tới vị trí với định hướng yêu cầu + Nếu n  có nhiểu lời giải để điểm E đạt tới vị trí với định hướng yêu cầu Hiệu số n-6=m gọi độ động tay máy Có thể xác định độ động m số bậc tự lại cấu giữ cố định bàn kẹp lại Ví dụ, trường hợp cấu hình 2.4 bàn kẹp vật vị trí cố định, tức khâu trở nên cố định số khâu động lại Tính theo cơng thức (2.1) lúc cấu lại bậc tự (w=1) Sự tồn độ động ( m  ) có lợi cấu tay máy đạt tới đích với nhiều phương án khác Điều quan trọng mơi trường làm việc có chướng ngại Tuy nhiên dễ có độ động cao, tức cần số bậc tự cao độ phức tạp kết cấu tay máy tăng theo không tránh khỏi việc tăng giá thành giảm độ xác chuyển động 1.4.2 Hệ số phục vụ Trong vùng làm việc, tức khoảng không gian mà bàn kẹp tay máy thao tác được, khơng phải điểm vùng bàn kẹp tay máy thao tác dễ dàng Để đánh giá mức độ dễ dàng thao tác ề Đ người ta dùng khái niệm hệ số phục vụ in tà Hệ số phục vụ  tỷ số góc phục vụ  so với 4 Góc phục vụ  góc nón qt vùng khơng gian mà phía bàn kẹp hướng n u  4 iê  gh tới tọa độ cần thiết: kh oa Giá trị   khơng phụ thuộc vào vị trí điểm thao tác vùng c họ làm việc, mà phụ thuộc vào kết cấu tay máy 1.4.3 Độ dễ điều khiển cấu tay máy Trong thực tế điều khiển hoạt động tay máy, từ nhận tín hiệu định vị định hướng của” điểm tác động cuối” E điểm quỹ đạo, điều khiển để đạt mục tiêu đó, robot phải thực hoạt động khoảng thời gian định Thời gian bao gồm thời gian tính tốn để xác định thơng số điều khiển thời gian thực di chuyển Tổng thời gian gọi thời gian điều khiển Trong thời gian tính tốn giá trị biến khớp qi theo thông số định vị định hướng điểm E, phụ thuộc vào loại cấu tay máy Qua thông số thời gian điều khiển nói xác định mức độ khó dễ điều khiển, tiêu đánh giá cấu tay máy a2  a3  0.4  m  ; d1  0.3; d  d  d  d5  0.2; d  0.15  m  ; 2.3.1 Mô toán động học thuận Trong thực tế, chuyển động rôbốt lúc làm việc thường chia làm giai đoạn chính, giai đoạn 1, rơbốt nhanh chóng đạt tới vị trí mong muốn chuyển động quay khớp đầu, giai đoạn 2, rôbốt thay đổi hướng khâu thao tác chuyển động quay khớp cuối Sau thực xong công việc, bôbốt quay lại vị trí ban đầu Từ đó, ta giả sử quy luật chuyển động khớp cho phương trình: q1  150; q2  105; q3  100  q4  75   t     t  10  ;  q  45  18 t      q6  30  24  t   q1  150  24  t  10   q1  30; q2  75; q3  80   q2  75   t  10   q4  105   t  15  10  t  15 ;  15  t  20  ;  q  135  18 t  15   q  80  t  10     q  105; q  135; q  150  q  150  24  t  15    ề Đ q1  30  24t q  75  6t   t  5 ;  q  80  t  q4  75; q5  45; q6  30 n iê gh in tà u kh Với tọa độ khớp cho trên, sau mô ta số kết oa c họ cho hình từ 2.3 đến 2.7 Hình 2.3: Đồ thị mơ tả góc quay khớp 33  Hình 2.4: Sự thay đổi hướng véctơ n ề Đ n iê gh in tà u oa kh họ c  Hình 2.5: Sự thay đổi hướng véctơ s  Hình 2.6: Sự thay đổi hướng véctơ a 34 Hình 2.7: Quỹ đạo điểm định vị khâu thao tác ề Đ 2.3.2 Mô toán động học ngược in tà + Hoạt động Robot khảo sát qua trường hợp bản: gh TH1: Khâu thao tác chuyển động theo đường thẳng T=10(s): n iê p x  0.55; p y  0.2; pz  0.9  0.04t ; nx  0; s y  0; a z  0.55 oa kh c họ  0 0.2   0.9  0.04t   0  u 0 1 T 0  0 TH2: Khâu thao tác chuyển động theo đường tròn T=10(s):     p x  0.55; py  0.1  R sin  t   ; pz  0.9  R cos  t   ; 2 2   nx  0; s y  0; az  0; R  0.1  m ;   2 /  s 1  0  1  T 0   0 0.55    2 t    0 0.1  0.1sin        2 t    0.9  0.1cos    2   0  35 Với số liệu cho sau tính tốn ta kết cho hình từ 2.8 đến 2.11 Hình 2.8: Đồ thị mơ tả biến khớp tính phương pháp số cho trường hợp ề Đ n iê gh in tà u oa kh họ c Hình 2.9: Đồ thị mơ tả biến khớp tính phương pháp giải tích cho trường hợp Hình 2.10: Đồ thị mơ tả biến khớp tính phương pháp số cho trường hợp 36 Hình 2.11: Đồ thị mơ tả biến khớp tính phương pháp Giải tích cho trường hợp Nhận xét: Kết tốn động học ngược tính phương pháp số Đ ề phương pháp giải tích giống nhau, ta có kết tin cậy Ở phần tà hoạt động rôbốt n iê gh in tiếp theo, kết toán động học ngược đầu vào cho tốn mơ u oa kh c họ 37 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT UR 3.1 Giới thiệu chung kỹ thuật mô Mô kỹ thuật đại, áp dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu sản xuất Ngày nay, trước bắt tay vào chế tạo sản phẩm, nhà sản xuất ln phải bắt đầu thiết kế, mơ phỏng, tính tốn sản phẩm máy vi tính nhằm có nhìn bao qt vấn đề xảy sau Trong lĩnh vực chế tạo robot tốn mơ hoạt động vấn đề quan trọng Khi nghiên cứu điều khiển robot thực điều khiển trực tiếp robot điều khiển mô Điều khiển mô dùng mơ hình tính tốn động học động lực học robot kết hợp với phương pháp đồ họa máy vi ề Đ tính để mơ tả kết cấu hoạt động cánh tay robot tà Nghiên cứu mô hoạt động robot máy tính giúp cho in iê gh nhà thiết kế nhanh chóng chọn phương án hình- động học robot, n kiểm tra khả hoạt động robot hình, kiểm tra phối hợp robot với thiết bị khác dây chuyền Điều có ý nghĩa u oa kh trình thiết kế, chế tạo robot bố trí dây chuyền sản xuất Qua mơ thiết kế đánh giá tương đối đầy đủ khả làm việc họ c phương án thiết kế mà khơng cần chế thử Nó xem phương tiện đối thoại, hiệu chỉnh thiết kế theo yêu cầu đa dạng người sử dụng Phương pháp lập trình mơ giúp người thiết kế chọn quỹ đạo công nghệ hợp lý robot trình làm việc với đối tượng cụ thể hay phối hợp với thiết bị khác công đoạn sản xuất tự động hóa Hiện có nhiều phần mềm công nghiệp phần mềm nghiên cứu khác để mô robot, phạm vi ứng dụng giá thành chúng khác Nhìn chung, phần mềm mô cần đáp ứng yêu cầu sau: Thiết kế phận cấu thành nên rôbốt (các khâu, khớp, dụng cụ thao tác ) Sau cho phép thiết lập ràng buộc khâu lắp ráp thành rơbốt có cấu trúc động học theo u cầu thực tế Cho phép mô hoạt 38 động robot thông qua việc cho trước liệu chuyển động khớp khâu thao tác Trong phạm vi chương này, mô hoạt động rôbốt kết hợp phần mềm thiết kế phần mềm lập trình, tính tốn Cụ thể, mơ hình 3D rôbốt thiết kế phần mềm SolidWorks, sau mơ hình đưa vào tính tốn, mơ môi trường MATLAB/Simulink thông qua thư viện Simmechanics 3.2 Giới thiệu thư viện Simmechanics Simmechanics khối thư viện Simulink MATLAB, sử dụng để mơ hình hóa mơ hệ học, kết hợp với tiện ích khác Simulink công cụ mạnh, đặc biệt toán động lực ề Đ học Đối với phiên gần đây, Simmechanics cho phép kết hợp với in tà phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp như: Inventor, SolidWorks, ProEngi- iê gh neer,…Sau thiết kế mơ hình 3D phần mềm CAD, đặc tính hình n học (kết cấu học, hình dáng, màu sắc, kích thước…) với đặc tính động lực học (khối lượng, trọng tâm, tenxo quán tính khối) chi tiết u oa kh chuyển vào môi trường MATLAB/Simulink qua thư viện Simmechanics Từ đó, dựa mơ hình “nhúng” này, cho phép ta thực tốn mơ phức họ c tạp với cơng cụ tính tốn số mạnh mẽ MATLAB Hình 3.1: Thư viện Simulink MATLAB 39 Trong thư viện Simmechanics bản, cung cấp khối chính: Bodies, Constraints & Drivers, Force Elements, Interface Elements, Joints, Sensor & Actuators Utilities Dưới đây, ta xem xét chức năn khối + Khối Bodies: Cung cấp cho mô hình gồm Body, Ground, Machine Environment Shared Environment Chức khối cung cấp mơ tả vật rắn đặc tính khối lượng, tenxo quán tính khối, hệ tọa độ gắn vào vật rắn, mô tả hướng mơ tả hình dáng Chú ý thơng số nhập từ người dùng nhập từ mơ hình vật rắn thiết kế phần mềm CAD ề Đ n iê gh in tà u kh oa Hình 3.2: Khối Bodies thư viện Simulink c họ Hình 3.3: Khối Constraints & Drivers thư viện Simulink + Khối Constraints & Drivers: Cung cấp cho ta mơ hình: Angle Driver, Distance Driver, Gear Constraint, Linear Driver, Parallel Constraint, Point-Cruve 40 Constraint Velocity Driver Chức khối mô tả ràng buộc khâu chuyển động khâu cố định theo quy tắc cho trước khoảng cách, song song, quan hệ vận tốc… + Khối Force Elements Interface Elements: Hai khối cung cấp cho mơ hình, mơ tả mối quan hệ khâu kề hệ, mối quan hệ mơ hình lị xo-giảm chấn, Hình 3.4: Khối Force Elements Interface Elements thư viện Simulink + Khối Joints: Cung cấp cho ta mơ hình ràng buộc vật rắn bất kỳ, Đ ề trượt , quay tương nhau, gắn cứng với nhau, tà n iê gh in liên kết với qua khớp cầu, … u oa kh c họ Hình 3.5: Khối Joints thư viện Simulink + Khối Sensors & Actuators: Cung cấp cho ta “cảm biến” để đo góc, vị trí khớp, vị trí hướng hệ tọa độ gắn vật rắn, đồng thời cung cấp “động cơ” để thực hoạt động cho khớp, để khớp hoạt động cần có mơ tả đặc tính chuyển động khớp vị trí, vận tốc, gia tốc mô tả lực đặt vào khớp 41 ề Đ n iê gh in tà u Hình 3.6: Khối Sensors & Actuators thư viện Simulink kh Như vậy, từ khối cung cấp thư viện Simmechanics cho phép oa ta thực việc mơ hình hóa mơ chuyển động hệ học Ở họ mục tiếp theo, ta sử dụng thư viện này, kết hợp với kết tính tốn động c học thuận, động học ngược chương để mô hoạt động robot 3.3 Mô hoạt động Robot cấp phôi Để mô hoạt động rôbốt, ta cần thiết kế quỹ đạo chuyển động khâu thao tác, dựa vào toán động học ngược ta tìm chuyển động khớp tương ứng Lấy kết làm đầu vào cho chuyển động mơ hình robot mơi trường Simmechanics 3.3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động Với rôbốt gắp phôi, quỹ đạo thơng thường gắp vật vị trí P1, sau chuyển phơi sang vị trí P2 quay lại vị trí P1 tiếp tục lặp lại trình Ở đây, ta giả sử quỹ đạo điểm tác động cuối khâu thao tác qua 42 điểm A, B, C, D, E đồ thị hình 3.7 Robot chuyển động theo quỹ đạo thẳng AB, BC, quỹ đạo cong CD cuối quỹ đạo thẳng DE Tọa độ điểm A(0.55, -0.2, 0.6); B(0.55, -0.2, 0.8); C(0.45, -0.2, 0.8); D(0.2, 0.45, 0.8); E(0.2, 0.45, 0.6) Sử dụng kết toán động học ngược chương 2, từ quỹ đạo chuyển động trên, ta tìm chuyển động khớp đồ thị ề Đ n iê gh in tà u oa kh Hình 3.7: Quỹ đạo khâu thao tác c họ Hình 3.8: Đồ thị mơ tả tọa độ khớp 3.3.2 Mơ hình robot phần mềm SolidWorks Trong toán này, ta tập trung vào vấn đề mơ hoạt động, việc thiết kế tập trung vào việc mô tả cấu trúc động học robot (có bậc tự do, trục khớp 2,3,4 song song với nhau) 43 Hình 3.9: Thiết kế mơ hình rrơbốt Solidworks 3.3.3 Mơ hoạt động MATLAB/Simulink 3.3.3.1 Mơ hình hóa robot Simmechanics ề Đ n iê gh in tà u Hình 3.10: Các khối mô tả khâu rôbốt kh oa Như nói phần trước, thư viện Simmechanics giúp ta chuyển mơ hình c họ robot từ SolidWorks sang môi trường MATLAB/Simulink Các khớp quay mô tả khối Revolute, khâu mô tả khối Bodies Hình 3.11: Nhập tham số cho khâu rơbốt 44 Hình thể đặc tính khối lượng, tenxo quán tính tọa độ trọng tâm vị trí gốc hệ tọa độ gắn lên khâu Các đặc tính có từ việc ta thiết kế môi trường CAD 3.3.3.2 Mô hoạt động Để mô chuyển động robot, ta cần cung cấp quy luật chuyển động khớp, nghiệm tốn động học ngược với quỹ đạo hoạt động thiết kế phần trước Ở có khối ta cần quan tâm, khối giải động học ngược, khối khai báo chuyển động khớp khối mơ hình robot ề Đ n iê gh in tà u oa kh Hình 3.12: Sơ đồ khối chương trình mơ chuyển động rôbốt c họ 45 KẾT LUẬN Để thiết kế chế tạo rôbốt phục vụ cho việc đẩy mạnh cơng nghiệp hóa đại hóa cơng nghiệp việc nghiên cứu động học, động lực học điều khiển rôbốt công việc cần thiết quan trọng Trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu toán động học thuận động học ngược mô chuyển động robot UR bậc tự Đây toán việc phân tích tổng hợp robot Một số kết đạt đề tài là: Phân tích động học thuận robot UR Việc giải tốn nhằm mục đích xác định vị trí, vận tốc gia tốc khâu robot, đồng thời từ phân tích giúp ta xây dựng phương trình động học robot, sở để ề Đ giải tốn phân tích động học ngược sau in tà Phân tích động học ngược robot UR Đối với toán này, tác giả đưa iê gh nghiệm giải tích biến khớp, việc tìm nghiệm giải tích n giúp cho việc giải toán điều khiển sau trở nên đơn giản u nhiều oa kh Dựa toán động học thuận động học ngược, tác giả xây dựng chương trình tính tốn động học ngược mơ chuyển động c họ robot UR 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Khang (2009), Động lực học hệ nhiều vật, NXB Khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Văn Khang, Chu Anh Mỳ (2011), Cơ sở rôbốt công nghiệp, NXB giáo dục Việt Nam [3] Nguyễn Thiện Phúc (2006), Rôbốt công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Lung Twen Sai (1999), Robot Analysis, The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators, John Willey & Sons, INC Pulisher [5] Đào Văn Hiệp (2006), Kỹ thuật rôbốt, NXB Khoa học kỹ thuật [6] Nguyễn Mạnh Tiến (2007), Điều khiển rôbốt công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật ề Đ [7] Đinh Văn Phong, Đỗ Sanh, Nguyễn Trọng Thuần, Đỗ Đăng Khoa (2002),“ Tính tốn động học mơ 3D rơ bốt Gryphon”, Đại học Bách Khoa Hà Nội n iê gh in tà u oa kh c họ 47