Nghiên cứu thiết kế chế tạo tay máy song song với chân dẫn động phụ phục vụ ứng dụng công nghiệp

BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA  BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2012 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài: PHÂN VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA TẠI TP HỒ CHÍ MINH LÊ QUỐC HÀ TP HỒ CHÍ MINH – 02/2013 BỘ CƠNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA PHÂN VIỆN TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2012 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CƠNG NGHIỆP CƠ QUAN CHỦ TRÌ PHÂN VIỆN TRƢỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Lê Quốc Hà Lê Quốc Hà BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HỐ PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS LÊ QUỐC HÀ TP HỒ CHÍ MINH – 02/2013 i DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN CHỦ CHỐT THAM GIA ĐỀ TÀI Chuyên môn Đơn vị Lê Quốc Hà TS ĐT-TĐH VIELINA HMC Trần Khánh Ninh ThS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Ngô Văn Thành TS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Hồ Đắc Bằng KS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Trần Viết Tâm KS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Văn Đình Phúc KS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Nguyễn Đức Trí KS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Trần Thanh Hoàng KS ĐT-TĐH VIELINA HCMC Nguyễn Xuân Vinh Tự động hoá NCS VIELINA 10 Trần Cơng Tuấn Tự động hố NCS VIELINA TT Họ tên ii TĨM TẮT Robot song song có nhiều ƣu điểm nhƣ độ cứng vững, khả thay đổi vị trí định hƣớng linh hoạt, độ xác ổn định cao, đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực Đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot song song với chân dẫn động phụ ứng dụng công nghiệp ABSTRACT Parallel Robot has some advantages such as: rigidity, changing position, ability and flexible navigation, accuracy and high stability, They are applied in a lot of fields The project researching, designing and manufacture equipment parallel robot with lead assistant leg for industrial application iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình số tay máy thơng dụng Hình 1.4: Robot hàn Hình 1.5: Robot sơn Hình 1.6: Robot lắp ráp tự động Hình 1.7: Phân xưởng sản xuất đồ nhựa gồm máy ép nhựa có gắn tay máy lấy SP Hình 1.8: Robot spirit phát triển NASA ứng dụng thám hiểm hỏa Được đưa lên hỏa vào tháng năm 2004 Hình 1.9: Xe vận chuyển chất đồng vị phóng xạ từ lị phản ứng hạt nhân Hình 1.11: Robot qn (USA) Hình 1.12: Cách bố trí chuỗi động học cấu chấp hành song song phẳng 11 Hình 1.13: Cấu trúc chấp hành song song 3PRP 11 Hình 1.14: Cấu trúc chấp hành kiểu cầu 3RRR 11 Hình 1.15: Một số cấu trúc chân robot song song khơng gian 12 Hình 1.16: Tấm dịch chuyển Stewart 12 Hình 1.17: Robot Delta 13 Hình 1.18: Cấu trúc chấp hành song song 3RPS 13 Hình 1.19: Tay máy song song 3-PRS 14 Hình 1.20: Tripteron 15 Hình 1.21: Tay máy KNTU 15 Hình 1.22: Tấm dịch chuyển Gough 17 Hình 1.23: Sơ đồ robot Delta ứng dụng nâng gắp công nghệ thực 17 phẩm Hình 1.24: Hệ gia cơng Hexapod+CNC trục ảo 18 Hình 1.25: Hệ gia cơng Hexapod+CNC trục ảo 18 Hình 1.26: Tấm dịch chuyển Stewart 19 Hình 1.27: Bộ mô xe đạp KAIST sản phẩm Caren Motek 19 Hình 1.28: SurgiScope vận hành Surgical Robotics Lab, 20 Đại học Humboldt (Berlin, Đức) iv Hình 1.29: Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương 20 Hình 1.30: Robot leo cột Phịng thí nghiệm PCR 21 Hình 1.31: Mơ hình thiết bị đồ gá thiết bị thực tế Viện Cơ học 22 Hình 1.32: Hệ thống gia cơng trục ảo CNC+Hexapod 23 Hình 1.33: Tay máy song song với dẫn động phụ bên ngồi khơng gian làm 25 việc H.2.1 Tay máy song song có dẫn động phụ 27 H.2.2 Mơ hình hình học 28 H.2.3 Mơ hình tay máy song song với tâm dịch chuyển (0 3), góc 30 hướng dịch chuyển  = 0,  = 𝟏𝟎𝝅  =𝟏𝟎𝝅 H.2.4 Mơ hình tay máy song song với dẫn động phụ 33 H.2.5 Cấu tạo khớp trượt 34 H.2.6 Cấu tạo khớp cầu 35 H.2.7 Cấu tạo khớp nối dài 35 H.2.8 Tấm đế di động 36 H.2.9 Tấm đế cố định 37 Hình 3.1 Nguyên lý phần cứng điều khiển robot 38 Hình 3.2 Cấu trúc phần cứng điều khiển robot 40 Hình 3.3 Cấu trúc CPU điều khiển khâu trượt robot 41 Hình 3.4 Cấu trúc CPU -100-V20 41 Hình 4.1 Sơ đồ khối chương trình điều khiển vận hành robot từ máy tính PC 43 Hình 4.2 Giải thuật chương trình vận hành robot OB1 44 Hình 4.3 Giản đồ thuật tốn xử lý điều khiển 45 Hình 4.4 Giản đồ chương trình hoạt động CPU-Main 47 Hình 4.5 Giải thuật chương trình vận hành robot OB1a 48 Hình 4.6 Giản đồ thuật tốn xử lý điều khiển 49 Hình 4.7 Giản đồ chương trình hoạt động CPU-DRIVER 50 Hình 4.8 Giản đồ chương trình ngắt từ CPU-Main 51 Hình 5.1 Bộ điều khiển số với hàm PID số 52 Hình 5.2 Sơ đồ điều khiển tay máy với thuật tốn Fuzzy 55 Hình 6.1: Hệ gia cơng Hexapod+CNC trục ảo 57 Hình 6.2: Hệ gia công Hexapod+CNC trục ảo 57 v Hình 6.3: Hệ thống gia cơng trục ảo CNC+Hexapod 58 Hình 6.4: Robot song song ABB ứng dụng phân loại dây chuyền bánh 59 kẹo Hình 6.5: Robot đóng gói sản phẩm xúc xích, đóng gói thịt xơng khói 59 Hình 6.6: Robot Cơng ty Elekta (Thụy Điển) nâng giữ kính hiển vi 59 Hình 6.7: Robot song song cho mô bay để đào tạo phi cơng 60 Hình 7.1 Hệ thống điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ 62 Hình 7.2 Chương trình điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ 62 vi Mục lục Trang Báo cáo khoa học kỹ thuật Nghiên cứu tổng quan 1.1 Mở đầu 1.2 Phân loại chung robot 1.3 Một số ứng dụng robot 1.4 Robot song song 1.5 Kết luận 26 Thiết kế khí Robot song song 27 2.1 Mở đầu 27 2.2 Thiết kế cấu trúc toán động học cho Robot song song 27 2.3 Các vẽ chi tiết cho Robot song song 32 2.4 Kết luận 37 Thiết kế hệ thống điều khiển cho Robot song song 3.1 Mở đầu 38 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển (phần cứng) 38 Thiết kế phần mềm điều khiển Robot song song 42 4.1 Mở đầu 42 4.2 Thiết kế chƣơng trình điều khiển cho Robot song song 42 4.3 Chƣơng trình hoạt động CPU-MAIN 46 4.4 Chƣơng trình hoạt động CPU-DRIVER cho khớp 50 4.5 Kết luận 51 Thiết kế giải thuật cho Robot song song 52 5.1 Thuật toán PID 52 5.2 Thuật toán Fuzzy 55 5.3 Kết luận 56 Nghiên cứu khả ứng dụng tay máy song song có dẫn động phụ đƣợc thiết kế chế tạo đề tài Thiết kế mơ hình ứng dụng 6.1 Giới thiệu chung 57 57 Xây dựng hệ thống thực hành robot song song 60 Các kết thực đề tài 62 7.1 Sản phẩm đề tài hồn thành 62 7.2 Các tính kỹ thuật hệ thống 63 7.3 Kết luận kiến nghị 63 6.2 38 Tài liệu tham khảo 65 vii BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC KỸ THUẬT Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS LÊ QUỐC HÀ Thiết kế giải thuật cho Robot song song 5.1 Thuật toán PID Các cảm biến kiểu Encoder số gắn trục động vận hành khớp, nên việc sử dụng hàm PID số thuật toán điều khiển tay máy thuận tiện Trên hình 5.1 mơ hình điều khiển hàm PID số đƣợc thiết kế sử dụng cho tay máy Scorbot, với Kp thành phần tỷ lệ , Ki/S – thành phần tích phân SKd – thành phần vi phân Kp qd + - K i /S + + + Scorbot q SKd Hình 5.1 Bộ điều khiển số với hàm PID số Tín hiệu số q từ Encoder thơng báo vị trí khớp tay máy scorbot đƣợc đƣa trở so sánh với giá trị đặt qd Bộ điều khiển (CPU) tính giá trị sai lệch, tham chiếu hàm PID số để tạo tín hiệu điều khiển tƣơng ứng Việc tạo tín hiệu tham chiếu PID đƣợc thực chƣơng trình Để thực hàm PID số, điều khiển thực thuật toán điều khiển nhƣ sau: t M (t )  K C e  ( K C  edt  M i )  K C de dt Với KC hệ số khuếch đại vòng Mi giá trị lối ban đầu vòng điều khiển Trong biểu thức trên, thành phần thứ vế phải thừa số tỷ lệ (P) , thành phần thứ hai thừa số tích phân (I) thành phần thứ ba – thừa số vi phân (D) Để thực chức điều khiển máy tính số, giá trị liên tục e cần đƣợc mã hố thành số Phƣơng trình PID là: n M n  K C e n  ( K I  ei  M i )  K D ( e n  e n 1 ) Với Mn giá trị tính tốn lối vòng điều khiển thời điểm lấy mẫu n KC hệ số khuếch đại vòng Mi giá trị lối ban đầu vòng điều khiển KI , KD số tỷ lệ thành phần tích phân vi phân tƣơng ứng en giá trị sai lệch thời điểm lấy mẫu n en-1 giá trị sai lệch thời điểm lấy mẫu n-1 Trong biểu thức trên, thành phần tỷ lệ hàm giá trị lấy mẫu tại, cịn thành phần tích phân biểu diễn nhƣ hàm tất sai lệch từ giá trị lấy mẫu đến giá trị n Thành phần vi phân hàm giá trị giá trị lấy mẫu trƣớc 52 Trong máy tính số, không cần thiết phải trữ tất giá trị lấy mẫu Máy tính số cần tính tốn lối theo lần lấy mẫu giá trị sai số, nên cần trữ giá trị sai lệch lấy mẫu trƣớc giá trị thành phần tích phân trƣớc Bằng việc thực lặp lại máy tính số, phƣơng trình đơn giản hố tính tốn điều khiển lối cho lần lấy mẫu: M n  K C e n  ( K I e n  MX )  K D ( e n  e n 1 ) Với Mn giá trị tính tốn lối vịng điều khiển thời điểm lấy mẫu n KC hệ số khuếch đại vòng KI , KD số tỷ lệ thành phần tích phân vi phân tƣơng ứng en giá trị sai lệch thời điểm lấy mẫu n en-1 giá trị sai lệch thời điểm lấy mẫu n-1 MX giá trị trƣớc thành phần tích phân Bộ vi xử lý (CPU) sử dụng dạng biến đổi phƣơng trình tính giá trị lối vịng điều khiển Phƣơng trình là: Mn = MPn + MIn + MDn Với Mn giá trị tính tốn lối vịng điều khiển thời điểm lấy mẫu n MPn giá trị thành phần tỷ lệ lối thời điểm lấy mẫu n MIn giá trị thành phần tích phân lối thời điểm lấy mẫu n MDn giá trị thành phần vi phân lối thời điểm lấy mẫu n Thành phần tỷ lệ Thành phần tỷ lệ KP tích hệ số khuếch đại vịng điều khiển KC (điều khiển độ nhạy tính toán lối ra) với giá trị sai lệch giá trị đặt SPn giá trị đo PVn KP = MPn = KC (SPn - PVn ) Thành phần tích phân Thành phần tích phân MIn tỷ lệ với tổng sai lệch toàn khoảng thời gian: Ki = MIn = KC (TS / TI ) (SPn - PVn ) + MX Với MIn giá trị thành phần tích phân lối thời điểm lấy mẫu n TS thời gian lấy mẫu TI chu kỳ tích phân vịng (cịn gọi thời gian tích phân xố) SPn giá trị đặt thời điểm lấy mẫu n PVn giá trị đo – biến trình thời điểm lấy mẫu n MX giá trị thành phần tích phân lối thời điểm lấy mẫu n-1( cịn gọi tổng tích phân giá trị phân cực – bias) Sau lần thực tác động tích phân, giá trị MX đƣợc cặp nhật vào nhớ CPU Thành phần vi phân Thành phần vi phân MDn tỷ lệ với thay đổi sai lệch Kd = MDn = KC (TD / TS ) (SPn - PVn ) - (SPn- - PVn-1 ) Với MDn giá trị thành phần vi phân lối thời điểm lấy mẫu n TS thời gian lấy mẫu TD chu kỳ vi phân vòng (còn gọi thời gian đạo hàm vận tốc) SPn giá trị đặt thời điểm lấy mẫu n PVn giá trị đo - biến trình thời điểm lấy mẫu n 53 SPn-1 giá trị đặt thời điểm lấy mẫu n-1 PVn-1 giá trị đo - biến trình thời điểm lấy mẫu n-1 Khi giá trị đặt không đổi : SPn = SPn-1 , biểu thức đƣợc rút gọn: MDn = KC (TD / TS ) (PVn-1 - PVn ) + Lập trình ĐK: Trong chƣơng trình thực hai phần : khởi động gọi hàm - Khởi động: Khi CPU thực vòng quét đầu tiên, ta nạp tham số Ts (0.01s), số Ti, số Td, hệ số khuyếch đại Kc Ngoài cần khai báo chế độ ngắt cho CPU theo thời gian Ts=0.01s; khai báo điều rộng xung (PWM 0) với chu kỳ 0.75ms; khai báo đếm tốc độ cao (HSC 1) chế độ đếm Up/Down ,4x , tín hiệu lệch pha A B - Gọi hàm: Phần gọi hàm đƣợc thực đặn lần ngắt xảy ra(10ms) Quá trình thực với việc chuẩn hố tín hiệu phản hồi, tính hàm PID, chuẩn hố tín hiệu điều khiển Tín hiệu đặt cần thay đổi có yêu cầu Sau thực nạp giá trị đặt phản hồi gọi hàm PID Sau kết thúc tính PID, ta chuẩn hố tín hiệu cho điều rộng xung 54 5.2 Thuật toán Fuzzy Bộ điều khiển mờ làm nhiệm vụ chỉnh định tham số điều khiển (mờ lai) Sơ đồ điều khiển tay máy với thuật toán mờ đƣợc trình bày hình 5.2 qd qd + Accel + - K - - Ki/S + + Scorbot Kf S FUZZY Hình 5.2 Sơ đồ điều khiển tay máy với thuật toán Fuzzy Trong sơ đồ trên, hệ số đƣợc biến đổi đơn vị tƣơng đối: K'  K 'f  K i'  K  K K max  K K f  K f K f max  K f K i  K i K i max  K i Ngõ vào điều khiển mờ giá trị sai lệch vị trí vận tốc (ƣớc lƣợng) Mờ hố ngõ vào sai lệch vị trí: NB NS Z -1 -0.5 PS 0.5 55 PB q Mờ hoá ngõ vào vận tốc: NB NS Z -1 -0.5 PS PB 0.5 Hàm liên thuộc hợp thành theo dạng đơn trị (Singleton): 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Dùng luật hợp thành Max-Prod giải mờ theo trung bình trọng tâm, hệ số K‟, K‟f, K‟i đƣợc tính tốn lúc điều khiển là: 25 K (t )  '  y  i 1 A' 25 K (t )  ' f A' i 1 25 y i 1 25 f ( e(t ))  B ' ( e' (t )) ( e(t ))  B ' ( e' (t ))  A' ( e(t ))  B ' ( e' (t ))  i 1 A' ( e(t ))  B ' ( e' (t )) A' ( e(t ))  B ' ( e' (t )) 25 K (t )  ' i y i 1 25 i  i 1 A' ( e(t ))  B ' ( e' (t )) 5.3 Kết luận Trong phần trình bày thuật tốn điều khiển Robot: - Thuật tốn PID - Thuật tốn Fuzzy Ngồi phần điều khiển từ máy tính, chƣơng trình mở sẵn phần phát ứng dụng nghiên cứu triển thuật toán 56 Nghiên cứu khả ứng dụng tay máy song song có chân dẫn động phụ đƣợc thiết kế chế tạo đề tài Thiết kế mơ hình ứng dụng 6.1 Giới thiệu chung Nhƣ trình bày trên, robot song song có ƣu điểm nhƣ khả chịu tải cao, có độ cứng vững cao, thực đƣợc thao tác phức tạp hoạt động với độ xác cao Chính robot song song ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi Các ứng dụng robot song song công nghiệp rộng, từ việc lắp ráp chi tiết cực nhỏ tới chuyển động thực chức phức tạp, địi hỏi độ xác cao nhƣ: phay, khoan, tiện, hàn, Trên hình 6.1 dạng máy gia công trục CNC+Hexapod với tâm đứng Ohuma (Nhật), gia cơng với tốc độ cao Hình 6.1: Hệ gia cơng Hexapod+CNC trục ảo Trên hình 6.2 hệ gia cơng CNC+Hexapod trục ảo G&L Hình 6.2: Hệ gia công Hexapod+CNC trục ảo Hiện nƣớc, việc gia cơng sản phẩm có hình dạng phức tạp, chẳng hạn nhƣ khuôn đặc biệt, bánh đặc biệt, khớp gối (các chi tiết thay cho ngƣời bị khuyết tật tai nạn), … gặp nhiều khó khăn đơn vị thực Các vấn đề nghiên cứu ứng dụng robot song song gia cơng khí đƣợc nhà khoa học TP.HCM quan tâm nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot song song (Gough – Stewart Platform) sử dụng hệ thống thiết bị tạo chuyển 57 động phức hợp, hình thành trung tâm gia cơng chế tạo trục ảo - nghiên cứu robot cho ứng dụng cơng nghiệp (hình 6.3) Hình 6.3: Hệ thống gia công trục ảo CNC+Hexapod[25] Sản phẩm đề tài hệ thống gia công cắt gọt, xây dựng sở robot song song Stewart-Gough Platform, có khả tạo hình tƣơng đƣơng máy phay CNC trục cỡ nhỏ với chuyển động bàn máy (mang phôi) đƣợc vận hành điều khiển chân (Hexapod) sử dụng động tuyến tính tạo chuyển động trực tiếp Hệ thống đƣợc điều khiển tích hợp sở máy tính với phần mềm điều khiển hoạt động gia cơng tạo hình theo chuẩn IEA (G&M code) tƣơng thích với phần mềm CAD/CAM chuẩn Các nghiên cứu Robot song song có ƣu điểm có độ xác cao toạ độ, có độ cứng vững cao, vận tốc cao khả chịu tải lớn, cho phép xây dựng hệ thống gia cơng khí có độ xác cao, gia công cấu trúc phức tạp Việc nghiên cứu phát triển tiếp tục hƣớng ứng dụng robot song song kết hợp máy CNC, nâng số trục ảo hệ thống lên 8-9 trục, để gia cơng tạo hình sản phẩm khí phức tạp lĩnh vực tiên tiến, đƣợc nhiều nƣớc phát triển Các Robot cấu song song làm việc không cần bệ đỡ di chuyển tới nơi mơi trƣờng sản xuất Chúng làm việc thuyền treo trần, tƣờng Robot dùng cho kiểm tra chất lƣợng, phân loại sản phẩm Loại robot mà điển hình ABB parallel robot có nhu cầu cao sản xuất chế biến Đặc điểm loại robot hoạt động nhanh, cần có giải pháp tích hợp kèm, thƣờng giải pháp thị giác cho robot (hình 6.4) 58 Hình 6.4: Robot song song ABB ứng dụng phân loại dây chuyền bánh kẹo Các nhu cầu khu vực: phân loại bánh sản xuất bánh kẹo, phân loại hạt điều (hiện triển khai công nhân, với số lƣợng lớn lao động phổ thông vào mùa chế biến), phân loại trứng (gà, vịt, cút), … Một số quy trình sản xuất thịt, cá, … yêu cầu nhiệt độ thấp vô trùng cao Đây môi trƣờng ứng dụng tốt cho robot phân loại, đóng gói sản phẩm (hình 6.5) Hình 6.5: Robot đóng gói sản phẩm xúc xích, đóng gói thịt xơng khói Robot song song đƣợc sử dụng để nâng kính viễn vọng điều khiển dịch hƣớng tự động, giữ kính hiển vi dùng việc giải phẫu (hình 6.6) Hình 6.6: Robot Cơng ty Elekta (Thụy Điển) nâng giữ kính hiển vi 59 Robot song song đƣợc ứng dụng nhiều hệ thống mô Trên hình 6.7 hệ thống mơ bay Mỹ, sử dụng hexapod Hình 6.7: Robot song song cho mô bay để đào tạo phi công Robot song song có chân dẫn động phụ cấu hình đặc biệt robot song song Trong số trƣờng hợp ứng dụng, việc điều khiển chân dẫn động gặp trở ngại, việc điều khiển chân dẫn động nằm platform điều khiển hoạt động robot Trong mơ hình dao động tàu thủy, robot đƣợc đặt bể nƣớc dịch chuyển chuyển động tạo dao động cho thí nghiệm dao động tàu thuỷ Chân dẫn động phụ đƣợc gắn đế thứ hai bể Việc điều khiển dao động đƣợc thực thông qua chân động phụ 6.2 Xây dựng hệ thống thực hành robot song song Với cấu hình kinh phí thấp robot thực đề tài, mơ hình ứng dụng phù hợp sử dụng cho đào tạo Hệ thống robot song song với hệ thống tự thiết kế khí điều khiển hồn chỉnh cho phép thực hành kỹ thuật điều khiển tự động hố cơng cụ robot Đặc điểm robot song song đƣợc thiết kế đề tài dễ dàng chuyển đổi từ robot song song với chân dẫn động phụ sang robot chân (Hexapod), mơ hình thực hành gồm phần: - Robot song song kiểu Hexapod - Robot song song song với chân dẫn động phụ nằm ngồi khơng gian làm việc robot Sinh viên khảo sát so sánh đặc tính hai loại robot nói Sinh viên thực hành với nội dung sau: - Khảo sát cấu trúc robot - Vận hành robot - Khảo sát hoạt động robot tƣơng ứng với thuật toán điều khiền (PID, PIV, Fuzzy,…) - Điều khiển robot vận hành theo quỹ đạo xác định - Mô hoạt động robot 60 - Thực hành lập trình điều khiển - Thực hành xác định điểm suy biến không gian làm việc robot - Thực hành điều khiển với chân dẫn động phụ Để triển khai mơ hình thực hành robot, cần phải xây dựng phần mềm đào tạo máy tính tài liệu hƣớng dẫn thực hành 61 Các kết thực đề tài 7.1 Sản phẩm đề tài hoàn thành Toàn hệ thống điều khiển robot song song với dẫn động phụ đƣợc giới thiệu hình 7.1 7.2, bao gồm:  Hệ thống khí robot song song  Bộ điều khiển  Hệ thống phần mềm điều khiển Hình 7.1 Hệ thống điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ Hình 7.2 Chƣơng trình điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ 62 7.2 Các tính kỹ thuật hệ thống Hệ thống tay máy song song với chân dẫn động phụ với thơng số: - Gồm khâu trƣợt có khâu làm dẫn động phụ - Bộ điều khiển khâu, độ xác khâu : ± 100 µm - Mơ hình hệ thống có khơng gian làm việc : X/Y/Z: 300/300/200mm, ±25°quanh trục A - Bộ điều khiển Servo kênh - Khối lƣợng lớn dụng cụ 1kg  Phần mềm đƣợc thiết kế bao gồm: - Phần mềm điều khiển vận hành tay máy từ máy tính từ thiết bị điều khiển trực tiếp Phần mềm thuật toán điều khiển: PID, điều khiển mờ  Hệ thống cho phép giám sát hoạt động robot (bằng biểu đồ bảng số) theo giá trị điều khiển trạng thái điều khiển  Hệ thống cung cấp phƣơng tiện phần cứng phần mềm cho phép phát triển nghiên cứu ứng dụng 7.3 Kết luận kiến nghị Đề tài hoàn thành nhiệm vụ đặt thiết kế, chế tạo đƣa vào hoạt động hệ thống robot song song với chân dẫn động phụ theo tính dự kiến Đề tài kiến nghị đƣợc triển khai tiếp giai đoạn 2, với nội dung:  Xây dựng thuật tốn chương trình tối ưu hóa tham số thiết kế nhằm nâng cao tính tác dụng nhanh độ tin cậy, tối ưu hóa vùng làm việc tay máy song song xem xét đến cấu hình đặc biệt - Xây dựng giải thuật cho thiết kế tối ưu điều khiển tay máy song song với chân dẫn phụ Thiết lập thuật tốn chương trình tối ưu hóa đa tiêu chuẩn tham số tay máy cấu trúc song song theo tiêu chuẩn: 1)Thể tích lớn vùng làm việc; 2) Thể tích lớn vùng làm việc, số vị trí thực lớn tâm khâu có tính đến góc hướng; 3)Thể tích lớn vùng làm việc, số vị trí thực lớn tâm khâu có tính đến góc hướng, khả tải trọng - Phân tích tổng hợp ràng buộc xác định vít xoắn bên hình đặc biệt dựa sở lý thuyết vít Xem xét tiêu chuẩn đặc biệt ảnh hưởng đến thể tích vùng làm việc khả tải chúng 63 - Xây dựng thuật tốn chương trình mơ hình hóa vấn đề đề cập máy vi tính  Ứng dụng thử nghiệm hệ thống thiết kế cho nhiệm vụ sau: o Hoặc xây dựng hệ thống thực hành robot song song o bệ đỡ cho buồng mô dao động tàu thủy o giá mang kính viễn vọng, … o bàn máy mang mâm cặp tự động nhặt phôi hạ chi tiết thay hoàn toàn xe dao 64 Tài liệu tham khảo Bonev I.A., Delta parallel robot – The story of success, May 6, 2001, http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html Trần Thế San, Cơ sở nghiên cứu & sáng tạo robot, Nhà xuất Thống kê, 2003 Stewart D., A platform with degrees of freedom, Proc Of the Institution of mechanical engineers, 180 (Part 1, 15):371-386, 1965 Jean-Pierre Merlet (2000), Parallel Robots, Kluwer Academic Publishers Nguyen Minh Thanh, Tran Cong Tuan, Victor Glazunov, Nguyen Xuan Vinh, Multicriteria optimization of the parallel mechanism with actuators located outside working space,Báo cáo Hội nghị ICARCV 2010 Singapore tháng 12-2010 Wisama Khalil, Ouarda Ibrahim (2007), General Solution for the Dynamic Modeling of Parallel Robots, Journal of Intelligent and Robotics Systems, Vol 49, Issue 1, pp 19-37, 2007 Jean-Charles Faugère, Jean-Pierre Merlet, Fabrice Rouillier, On solving the direct kinematics problem for parallel robots, Unité de recherche INRIA Rocquencourt Jean-Pierre Merlet, Parallel robots – Open problems, Robotics Research, Proceedings of the 9th International Symposium, Snowbird, UT, United Kingdom, 9-12 Oct 1999, pp 27-32, 2000 Lionel Birglen, Haptic Devices Based on Parallel Mechanisims - State of the Art, http://www.parallemic.org/Reviews/Review003.html Alexandre Lecours, Clément Gosselin, Determination of workspace of a 3-PRPR Parallel Mechnism for Human-Robot Collaboration, Transaction of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol 33, No 4, 2009 Ghasem Abbasnejad, Soheil Zarkandi, and Misagh Imani, Forward Kinematics Analysis of a 3-PRS Parallel Manipulator, World Academy of Science, Engineering and Technology, 61, 2010 Mohammad M Aref and Hamid D Taghirad, Geometrical Workspace Analysis of a Cable-Driven Redundan Parallel Manipulator: KNTU CDRPM, 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Acropolis Convention Center, Nice, France, Sept, 22-26, 2008 Phạm Văn Bạch Ngọc, Vũ Quang Thắng, Đỗ Trần Thắng, Phạm Anh Tuấn, Mô thiết kế Hexapod cho gia cơng khí xác, Hội nghị toàn quốc lần Cơ Điện tử, Tp.HCM, 2004 Phạm Văn Bạch Ngọc, Vũ Quang Thắng, Đỗ Trần Thắng, Phạm Anh Tuấn, Thiết kế robot cấu song song (Hexapod) ứng dụng gia công khí xác, báo cáo Hội nghị Cơ học toàn quốc 25 năm thành lập Viện Cơ học, 04/2004 Từ Diệp Cơng Thành, Đặng Văn Nghìn, Bộ điều khiển Parallel Robot, Bộ môn Cơ Điện tử, Khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa Tp.HCM Đinh Cơng Hn, Vƣơng Thị Diệu Hƣơng, Đỗ Thị Ngọc Oanh, Nguyễn Huy Thụy, Phạm Anh Tuấn, Một giải pháp điều khiển robot cấu song song, Hội nghị toàn quốc lần Cơ Điện tử, Tp.HCM, 2004 65 Thái Thị Thu Hà, Hồ Thanh Tâm, Ứng dụng robot song song máy đo tọa độ CMM, VICA6, Hà Nội, 2005 Đặng Bảo Lâm, Phạm Minh Hải, Phan Văn Đồng, Thuật toán tìm miền làm việc họ robot sonng song phẳng bậc tự do, VICA6, Hà Nội, 2005 Nguyễn Thiện Phúc, Trần Minh Nghĩa, Nguyễn Đình Nin, Nghiên cứu tạo dựng robot song song loại HEXA, VICA6, Hà Nội, 2005 Võ Quang Vinh, Lâm Hùng Sơn, Võ Thu Hà, Điều khiển tối ƣu chuyển động tay máy song song, VICA6, Hà Nội, 2005 Bùi Quang Đƣợc, Đặng Văn Nghìn, Thiết kế, chế tạo robot Crane, Hội nghị toàn quốc lần Cơ Điện tử, Hà Nội, 2002 Lê Thanh Thủy, Phạm Anh Tuấn, Phạm Văn Bích Ngọc, Đỗ Trần Thắng, Mô động lực học robot cấu song song, Hội nghị toàn quốc lần Cơ Điện tử, Hà Nội, 2002 Hồ Đắc Hiền, Giải toán động học ngƣợc cấu Hexapod CTC, Hội nghị toàn quốc lần Cơ Điện tử, Hà Nội, 2002 Hồ Đắc Hiền, Thiết kế động học máy cắt gọt kim loại Hexapod mơ phỏng, Hội nghị tồn quốc lần Cơ Điện tử, Tp.HCM, 2004 Lê Hoài Quốc, Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot song song (Gough – Stewart Platform) sử dụng hệ thống thiết bị tạo chuyển động phức hợp, hình thành trung tâm gia công chế tạo trục ảo Báo cáo đề tài nhà nƣớc mã số KC.03.16/06-10, 3-2011 66