tiểu luận môn học robot công nghiệp

Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN Cho tay máy như hình sau : 1. Vẽ sơ đồ nguyên lý của tay máy, xây dựng hệ trục và bảng động học. 2. Giải bài toán vận tốc tay gắp. 3. Giải bài toán động lực học. I. XÂY DỰNG HỆ TRỤC VÀ BẢNG DH 1. Xây dựng hệ trục: Page 1 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng 2. Bảng DH : DL Khâu i γ i α a i d i 1 1 β 90 o 0 h 1 2 1 β 0 h 2 0 3 1 β 90 o 0 0 4 0 0 0 h 3 +h II. TÍNH VẬN TỐC TAY GẮP: Ta có công thức tính vận tốc như sau: .x J q= & & Page 2 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Trong đó 1 2 3 q d β β β       =         & & & & & và J là ma trận Jacobi nên ta có phương trình vận tốc tay máy như sau: [ ] 0 0 0 0 0 0 3 4 1 2 1 2 3 x y z x y z v v v x J J d J J β β ω ω ω β           = =                           & & & & & Trong đó : 0 0 4 1 0 z p J z   × =     ( ) ( ) ( ) 1 0 1 0 4 2 1 0 z p J z   × =       ( ) ( ) ( ) 2 0 2 0 4 3 2 0 z p J z   × =       ( ) 3 0 4 0 z J   =      Tìm ( ) ( ) ( ) 1 0 2 0 3 0 0 , , ,z z z z . Sử dụng kí hiệu s = sin, c = cos, ta có : • 0 0 0 1 z     =       • 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 c s s c A h β β β β     −   =       1 1 0 1 1 1 0 s s 0 c 0 1 0 c R β β β β     ⇒ = −       ( ) 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 s z R c β β         ⇒ = × = −             Page 3 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 2 0 0 1 2 1 2 2 2 1 2 1 . . . . . . . . 0 . 0 0 0 1 c c c s s c c h s c s s c s c h A A A s c s h h β β β β β β β β β β β β β β β β β −     − −   = × =   +     1 2 1 2 1 0 2 1 2 1 2 1 2 2 . . . . 0 c c c s s R s c s s c s c β β β β β β β β β β β β −     ⇒ = − −       ( ) 1 2 0 0 2 1 0 0 1 0 s z R c β β         = × = −            ⇒  • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 3 1 1 3 1 2 2 0 0 1 2 1 3 1 1 3 1 2 2 3 1 2 3 3 3 1 2 2 1 2 2 2 2 2 . . . . 0 . 0 0 . . 0 1 . . . . c s c c c h s c s c c h A A A A c s c c h s s h s β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β + + +     −   = =   − +  +  + +   ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 3 1 1 3 1 3 1 1 3 2 2 0 3 2 2 2 23 3 . . . . 0 c s c s c s c c s c s R s β β β β β β β β β β β β β β β β β β − + +    ⇒ = + +   −    + +  ( ) 1 2 3 0 3 2 3 0 3 3 1 2 0 . ( ) 0 . ( ) 1 ( ) c s R s sz c β β β β β β β β +         × = +         − +     ⇒ =  Tìm ( ) ( ) ( ) 3 0 2 0 1 0 0 4 4 4 4 , , ,p p p p : Ta có: • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 3 1 2 3 3 2 3 3 0 4 0 3 0 3 4 4 4 3 3 4 3 . .( ) . .( ) . 0 ) 0 0 ( c s r h h s s h h c h h p R r p h h β β β β β β β β + +     = + +     − +     = ⇒ = × + =     +  +    • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 2 0 3 0 2 0 2 3 3 1 2 3 3 3 4 2 4 2 3 3 . .(0 ) . .( ) ( 0 0 . ) r c s h h s s h h c h p R r p h β β β β β β β β + +     + +     − + +      = ⇒ = × + =        Page 4 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 3 3 1 2 2 2 3 3 2 2 1 0 2 0 2 2 2 3 3 1 0 1 2 2 2 4 1 2 4 . . . . . . . . . . 0 c h c s h h s h c s h c r h s p h h h s c R p h r h β β β β β β β β β β β β β      + +  = ⇒ = × +      + + +        − + +     + =       • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 3 3 1 2 1 0 0 0 0 1 4 2 2 3 3 1 2 2 2 1 1 3 3 4 . . . . . . . . 0 0 c h c s h h s h c s h h h h s c h r p r p h h β β β β β β β β β β β   + + +      + + +            + − + +    = ⇒ =  + =        Tính J i : • ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 3 3 1 2 2 2 3 3 1 . . . . . . 0 0 0 1 s h c s h h c h c s h h J β β β β β β β β   − + + +      + + +          =           • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 3 3 1 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 2 . . . . . . . . 0 0 1 c h s c h h s h s c h h h c s h h J β β β β β β β β β β β   − − + +      − − + +        + + +   =           • ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 3 2 3 3 2 3 3 3 . .( ) .( ) . 0 0 1 c c h h c h h s h h J β β β β β β β  + +    + +     + + =             • ( ) ( ) ( ) 1 2 3 1 2 3 2 3 4 . . 0 0 0 c s s s c J β β β β β β β β  +    +     − + =             Page 5 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Vậy: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 0 0 1 2 2 2 3 3 1 2 2 2 3 3 1 2 3 3 2 3 1 2 2 2 3 3 1 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . 0 0 0 0 1 1 x y z x y z v v v x s h c s h h c h s c h h c c h h c h c h c s h h s h s c h h h c s h h ω ω ω β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β           =             − + + + − − + +     + +     + + + + − − + +        + + + = & ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 3 1 2 3 2 3 3 2 3 1 2 3 . . . 0 0 0 0 1 0 c s h s s s h h c d β β β β β β β β β β β β β                           ×         + + + + + − + & & & & III. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHO TAY MÁY: 1. Xác định vector vị trí tâm khối lượng C i : Ta có: • 1 0 0 0 0 1 1 0 . 0 c p R r h     = =       • ( ) ( ) ( ) 2 2 1 2 2 1 0 2 0 0 1 1 2 1 2 2 2 2 . . .0 . c c c c h p R r p s s h s h β β β β β +     = = +    =  +   • ( ) 2 2 1 2 2 1 0 0 0 1 1 2 2 1 2 2 . . . c c c c h p r p s s h h s h β β β β β = +     = + +     +   Page 6 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • ( ) ( ) ( ) 3 3 2 0 3 0 0 2 2 3 0 0 . 0 0 c c p R r p     = + =     =   • ( ) ( ) 3 3 1 2 2 1 0 2 0 0 1 1 2 1 2 2 2 2 . . . . . . c c c c h p R r p s c h s h β β β β β     = =       + • ( ) 3 3 1 2 2 1 0 0 0 0 0 1 1 2 2 1 2 2 . . . . . . c c c c h p R r p s c h h s h β β β β β     = + =     +   • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4 1 2 3 3 3 0 4 0 0 3 3 4 1 2 3 3 2 3 3 . . . . . 0 . c c c s h h p R r p s s h h c h h β β β β β β β β + +     = = + +     − + +   + = • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4 1 2 3 3 2 0 3 0 0 2 2 3 1 2 3 3 2 3 3 . . . . . . c c c s h h p R r p s s h h c h h β β β β β β β β + +     = + = + +     − + +   • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4 1 2 2 2 3 3 1 0 2 0 0 1 1 2 1 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 .[ . . ] . .[ . . ] . . c c c c h s h h p R r p s c h s h h s h c h h β β β β β β β β β β β + + +     = + = + + +     − + +   • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4 1 2 2 2 3 3 1 0 0 0 0 0 1 1 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 1 .[ . . ] . .[ . . ] . . c c c c h s h h p R r p s c h s h h s h c h h h β β β β β β β β β β β + + +     = + = + + +     − + + +   2.Tính ma trận quán tính: • 2 1 1 1 0 1 0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 . 0 1 . .( ) . 0 48 0 0 1 T s s c I R I R m s c c β β β β β β   −   = = −       • 1 1 2 2 0 2 0 2 2 2 2 2 0 0 . .( ) 1 . .( ) 0 1 0 75 0 0 1 T s c c s I R I R m β β β β −     = =       Page 7 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • 33 0 3 0 3 3 (I3 . . ) T R I RI = = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 1 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 2 3 2 2 2 2 3 1 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 2 3 2 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3 2 3 . . . . . 3 . . . . . 400 . . . . s c s s c c c s c m s c c c s s s s c c c s c s s c β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β   + + − + − + +   = − + − + + − + +     − + + − + + +   • 0 4 0 4 4 44 . .( ) T R RI I= ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 2 3 2 2 2 4 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 2 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3 2 3 . . . . . 1 . . . . . 300 . . . . c s s c s c s c m s c s s s s s c c c s c s s c β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β β   + + + +   = + + + +     + + + + +   3. Tính vận tốc khối tâm của từng khâu: 3.1.Tính ma trận Jacobi của từng khối tâm:  Khâu 1: Vì là khớp quay nên ta có: • ( ) 1 1 1 0 0 0 0 0 c v c J z p     = × =       • ( ) 1 1 0 0 0 1 c J z ω     = =       Suy ra: 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 c J         =            Khâu 2: Vì là khớp quay nên ta có: Page 8 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • ( ) 2 2 1 2 2 1 0 0 1 2 2 . . 0 c v c s c h J z p c c h β β β β − −     = × = +       • ( ) 2 0 1 0 0 1 c J z ω     = =       • ( ) ( ) ( ) 2 2 1 2 2 2 1 0 1 0 1 2 2 2 2 1 1 . . . . . .( ) c v c c s h J z p s s h c h s c β β β β β β β −     = × = −     +   • ( ) ( ) 2 1 2 1 1 0 0 c s J z c ω β β     = = −       Suy ra: 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 1 1 . . . 0 0 . . . 0 0 0 . .( ) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 c s c h c s h c c h s s h c h s c J s c β β β β β β β β β β β β β − − −     + −     + =       −      Khâu 3: Vì là khớp quay nên ta có: • ( ) ( ) ( ) 3 3 3 2 0 2 0 0 0 0 c v c J z p     = × =       • ( ) ( ) 3 1 3 1 2 0 0 c s J z c ω β β     = = −       • ( ) ( ) ( ) 3 3 1 2 2 2 1 0 1 0 1 2 2 2 2 . . . . . c v c c s h J z p s s h c h β β β β β −     = × = −       Page 9 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng • ( ) ( ) 3 1 2 1 0 1 0 c s J z c ω β β     = = −       • ( ) 3 3 1 1 2 1 0 0 1 2 2 . . . . 0 c v c s c h J z p c c h β β β β −     = × = −       • ( ) 3 1 0 0 0 1 c J z ω     = =       Suy ra: 3 1 1 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 1 1 . . . . 0 0 . . . . 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 c s c h c s h c c h s s h c h J s s c c β β β β β β β β β β β β β − −     −     =       − −      Khâu 4: Vì là khớp trượt nên ta có: • ( ) ( ) ( ) 4 4 3 04 3 0 0 0 0 v c c J z p     = × =       • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 1 2 3 4 3 0 1 2 3 2 3 . . c c s J z s s c ω β β β β β β β β +     = = +     − +   • ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4 1 1 2 3 3 3 2 0 2 0 1 1 2 3 3 . . . . . . 0 c v c s c s h h J z p s c s h h β β β β β β β β + +    = × = − + +       • ( ) ( ) 4 1 1 3 2 0 0 c s J z c ω β β     = = −       Page 10 [...]... chạy chương trình Matlab như sau: Page 30 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Page 31 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Ta có các biểu đồ sau: Quá trình quá độ của hệ thống Đồ thị các điểm cực và điểm không Page 32 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Đường đặc tính tần  NHẬN XÉT: Với các thông số ban đầu của bộ điều khiển PID tính theo công thức thực nghiệm của Ziegler-Nichols... không tắt dần theo thời gian Ta chỉnh định hệ thống ổn định với chất lượng tốt nhất: Page 33 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Ta được các biểu đồ sau: Đồ thị quá trình quá độ Page 34 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Đồ thị các điểm cực và điểm không Đặc tính tần Ta thấy rằng: Page 35 Robot Công Nghiệp • • • GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Thời gian quá độ: tqd = 18.1s Độ quá điều chỉnh: Đường... được tính bằng công thức: Thời gian quá độ là thời gian cần thiết để sai lệch giữa đáp ứng của hệ thống và giá trị xác lập của nó không vượt quá Và thường được chọn là 20% hoặc 5% Thời gian đáp ứng là thời gian để đáp ứng của hệ thống tăng từ 10%-90% giá trị xác lập của nó Page 29 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng VII THIẾT KẾ KHÂU HIỆU CHỈNH PID ĐỂ GIA TĂNG CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG: Công thức thực... hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là quay đạt một góc chính xác trong khoảng từ 90o – 180o Việc điều khiển này được ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng 2 Servo và điều biến độ xung: Page 17 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ... tự do của chân Phương pháp ta sử dụng là phân chia công việc cho 3 bộ xử lý servo, mỗi bộ có thể điểu khiển 8 servo Mỗi bộ chịu trách nhiệm xử lý cho một loại bậc tự do: một cho hoạt động quay của 8 chân, một cho “độ linh hoạt” của các chân và một cho độ quay đốt cuối của chân Page 21 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Các bộ xử lý servo chuyên nghiệp phải được dung với máy tính hoặc bộ vi xử... chính xác Page 16 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled) Trong thực tế bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay, xe hơi Động cơ Servo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín hiệu... có Page 26 (3) Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Đây là hàm truyền cần xác định , nó là tỉ số giữa tín hiệu ra (góc quay θ m) và tín hiệu vào của hệ thống (điện áp U a) Vì hệ thống gồm có động cơ và phụ tải nên tín hiệu ra thực tế là góc quay của trục phụ tải θ L , do dó hàm truyền chuyển động 1 bậc tự do của tay máy là : (4) Và ta có sơ đồ khối tương ứng với hàm truyền: Trong công thức (4)... c ( β 2 + β c 2 ( β 2 + β3 ) Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng d  ∂L  ∂L = Qi  ÷− & & dt  ∂qi  ∂qi n & ⇔ ∑ M ij q j + Vi + Gi = Qi j =1 Lực suy rộng : Q = τ + J T Fc − f r fr = 0 Bỏ qua lực ma sát tại các khớp : Vậy lực suy rộng sẽ là :  Q1  τ 1   F1  Q  = τ  =  F   2  2  2 Q3  τ 3   F       3   Thay vào phương trình động lực học Lagrang, ta được: n & ∑ M... Vì độ dài xung có thể thay đổi tuỳ theo hãng chế tạo nên ta phải trọn servo và máy thu vô tuyến thuộc cùng một hãng đẻ đảm bảo độ tương thích Đối với robot ta phải làm một vài thí nghiệm để xác định xung tối ưu 3 Vai trò của vôn kế: Page 18 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Vôn kế trong Servo giữ vai trò chính trong việc định vị trí của các trục ra Vôn kế được gắn vào trục ra (trong một vài... dùng bộ xử lý servo chuyên nghiệp Bộ này có thể điều khiển 5, 8 động cơ hay nhiều hơn một cách độc lập, sẽ làm giảm bớt chương trình tổng cộng của máy tính hay bộ vi xử lý mà ta đang dùng Ưu điểm của bộ vi xử lý servo chuyên nghiệp là ta có thể điều khiển đồng thời nhiều servo ngay cả khi máy tính, bộ vi xử lý không đa nhiệm vụ Ví dụ: giả sử robot cần 24 servo, có thể là một robot dùng nhện 8 chân, mỗi . i i i i j M q V G Q F τ = + + = = + ∑ & IV. CHỌN ĐỘNG CƠ CHO ROBOT: Do yêu cầu điều khiển chính xác điểm tác động cuối của robot ta chọn động cơ cho các khớp quay là động cơ servo. Để phù. Việc điều khiển này được ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng. 2. Servo và điều biến độ xung: Page 17 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ. cùng một hãng đẻ đảm bảo độ tương thích. Đối với robot ta phải làm một vài thí nghiệm để xác định xung tối ưu. 3. Vai trò của vôn kế: Page 18 Robot Công Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Sĩ Dũng Vôn kế