PUMA( Programable Universal Machine for Assembly hoặc Programable Universal for Arm) được phát triển bởi Giáo sư người Mĩ Victor David Scheinman tại công ty robot tiên phong Unimation vào những năm 1980 dựa trên những thiết kế mà ông phát minh ra khi còn học ở Đại học Stanford. Puma 500 là dòng seri có thể đạt tới độ cao gần 2m sử dụng ngôn ngữ lập trình val. Thiết kế của nó gồm 2 phần chính: cánh tay cơ và hệ thống điều khiển. Chúng được kết nối với nhau bằng một hoặc hai dây cáp lớn nhiều dây dẫn. Khi hai dây cáp được sử dụng, một dây dẫn truyền lực đến động cơ servo và phanh trong khi dây thứ hai mang phản hồi vị trí cho từng khớp trở lại hệ Unimate 500 PUMA (1983), thiết bị điều thống điều khiển. Máy tính điều khiển và thiết bị đầu cuối máy tính khiển dựa trên kiến trúc LSI11 rất giống với máy tính PDP11.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MƠN HỌC KỸ THUẬT ROBOT NHĨM TÌM HIỂU VỀ ROBOT PUMA 500 GVHD: PGS.TS Khoa: Tự động hóa Hà Nội, 7/2023 BẢNG PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ MỤC LỤC PHẦN GIỚI THIỆU VỀ PUMA 500 1.1 Giới thiệu PUMA 500 .1 1.2 Thông số kỹ thuật 1.3 Ứng dụng robot PUMA 500 PHẦN ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ 2.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg .5 2.2 Thiết lập bảng D-H cho robot PUMA PHẦN TÍNH TỐN MA TRẬN JACOBY 10 3.1 Ma trận Jacoby JH 10 PHẦN ĐỘNG HỌC NGƯỢC VỊ TRÍ .16 4.1 Tổng quan phương pháp tính động học ngược robot PUMA .16 4.2 Bài tốn tìm vị trí giao điểm trục cổ tay .17 4.3 Tìm hướng cổ tay 19 PHẦN THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOT 21 5.1 Giới thiệu thiết kế quỹ đạo 21 5.2 Thiết kế quỹ đạo không gian khớp 21 5.3 Điều khiển chuyển động cho Robot theo thuật tốn PID .23 5.3.1 Phương trình động lực học 23 5.3.2 Thiết kế điều khiển PID 23 PHẦN XÂY DỰNG MƠ HÌNH ROBOT TRÊN SIMSCAPE/ MATLAB 24 6.1 Mơ hình robot SolidWork .24 6.2 Sơ đồ khối Robot PUMA MATLAB/Simulink 27 6.3 Bộ điều khiển PID 28 6.4 Đáp ứng đầu khớp 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 PHỤ LỤC 36 PHẦN GIỚI THIỆU VỀ PUMA 500 1.1 Giới thiệu PUMA 500 PUMA( Programable Universal Machine for Assembly Programable Universal for Arm) phát triển Giáo sư người Mĩ Victor David Scheinman công ty robot tiên phong Unimation vào năm 1980 dựa thiết kế mà ông phát minh học Đại học Stanford Puma 500 dòng seri đạt tới độ cao gần 2m sử dụng ngơn ngữ lập trình val Thiết kế gồm phần chính: cánh tay hệ thống điều khiển Chúng kết nối với hai dây cáp lớn nhiều dây dẫn Khi hai dây cáp sử dụng, dây dẫn truyền lực đến động servo phanh dây thứ hai mang phản hồi vị trí cho khớp trở lại hệ Unimate 500 PUMA (1983), thiết bị điều thống điều khiển Máy tính điều khiển thiết bị đầu cuối máy tính khiển dựa kiến trúc LSI-11 giống với máy tính PDP11 Hình 1.1 Unimate 500 PUMA (1983) Hệ thống có chương trình khởi động cơng cụ gỡ lỗi tải chip ROM Hệ điều hành tải từ nhớ ngồi thơng qua cổng nối tiếp, thường từ đĩa mềm Bộ điều khiển chứa nguồn servo, bảng xử lý phản hồi tương tự kỹ thuật số, hệ thống truyền động servo 1.2 Thông số kỹ thuật Bảng thông số kỹ thuật Robot PUMA 500 AXES revolute axes Configuaration degrees of freedom Dive Elictric DC servomotors Power Requirement 110-130 VAC, 50-60Hz,1500 Watts Repeatability ± 0.1 mm Maximum static load 25 N Maximum Straight Line Velocity 51cm/sec Reach 86,6 cm to the wris 92.2 cm to the flange Weight 54.4 kg Hình 1.2 Thơng số (tính inch) robot PUMA 500 Hình 1.3 Hệ thống khớp Robot PUMA 500 Hình 1.4 Giới hạn góc khớp 1.3 Ứng dụng robot PUMA 500 Puma 500 dùng dây truyền sản suất gắp di chuyển vật co khối lượng nhẹ dây truyền sản xuất đồ uống, dung vẽ kĩ thuật với tốc độ độ xác cao cịn nhiều ứng dụng khác Hình 1.5 Robot PUMA gắp vật Tuy nhiên, ngày robot PUMA thấy sử dụng công nghiệp Robot PUMA giới thiệu với mục đích giáo dục nghiên cứu PHẦN ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ 2.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg Để đặt hệ trục tọa độ lên Robot, phương pháp Denavit – Hartenberg sử dụng Các bước thực phương pháp tóm tắt sau: Bước 1: Xác định số khớp nối Robot Robot n khớp (i = 1:n) bao gồm khớp quay khớp tịnh tiến n+1 nối: đánh số từ đến n Thanh nối cố định Thanh nối n gắn với khâu tác động cuối Khớp i nối nối i - i Bước 2: Khai báo hệ trục tọa độ nối {OiXiYiZi} (i = 0:n) Cách xác định trục Zi Khớp (i+1) tịnh tiến: Zi trục mà theo khớp (i+1) trượt Khớp (i+1) quay: Zi trục mà xung quanh khớp (i+1) quay Cách xác định trục Xi + Trường hợp 1: Zi-1 Zi chéo nhau: Xi đường vng góc chung Zi-1 Zi + Trường hợp 2: Zi-1 // Zi + Trường hợp 3: Zi-1 cắt Zi Bước 3: Xác định thông số động học nối Các tham số+ ai: chiều dài nối, ai>=0 + αi: góc vặn nối ii: góc vặn nối i + di: độ lệch với nối (i-1) + qi: góc quay nối i Bước 4: Xác định ma trận Ai cos (θθi) Ai = [ sin(θθi) 0 − sin(θθi)cos(θαi) sin(θθi)sin(θαi) aicos(θθi) cos(θθi)cos(θαi) sin(θα ) − cos(θθi)sin(θαi) cos(θα ) aisin(θθi) d ] i i i Bước 5: Xác định ma trận 0T6 kết toán động học thuận Robot: n0x T6 = A1A2 … A6 = n y nz0 [0 s0x sy0 sz0 a0x ay0 az0 p0x py0 pz0 ] Chú ý rằng, ma trận chuyển vị từ hệ i đến hệ i-1 hàm biến khớp i (nếu khớp thứ i khớp quay) di (nếu khớp thứ i khớp trượt) Một cách tổng quát, quy tắc Denavit – Hartenberg cho phép tổ hợp ma trận chuyển vị riêng rẽ thành mà trận chuyển vị nhất, biểu diễn vị trí hướng khâu n so với khâu sở