Điều khiển trượt ho robot 2 bậ tự do

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIHoàng Thăng LongĐIỀU KHIỂN ROBOT 2 BẬC TỰ DOChuyên ngành : Điều khiển và ự động hóaTLUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬTĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hoàng Thăng Long

ĐIỀU KHIỂN ROBOT 2 BẬC TỰ DO

Chuyên ngành : Điều khiển và ự động hóa T

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS PHAN XUÂN MINH

HÀ NỘI – 201 4

M C L C Ụ Ụ

L I CAM OAN 3 Ờ Đ

M Ở ĐẦ U 4 DANH M C CÁC T VI T T T VÀ KÝ HI U 9 Ụ Ừ Ế Ắ Ệ

CH ƯƠ NG I: T NG QUAN V ROBOT CÔNG NGHI P 12 Ổ Ề Ệ

VÀ PH ƯƠ NG PHÁP I U KHI N 12 Đ Ề Ể 1.1 S l c v s phát tri n Robot công nghi p 12 ơ ượ ề ự ể ệ 1.2 nh ngh a v robot và m t s khái ni Đị ĩ ề ộ ố ệm 12 1.2.1 Các nh ngh a v Robot công nghi p 12 đị ĩ ề ệ 1.2.2 M t s khái ni m 13 ộ ố ệ 1.2.3 M t s thông s c tr ng c a h th ng Robot 14 ộ ố ố đặ ư ủ ệ ố 1.3 M c tiêu và ng d ng c a Robot công nghi p 14 ụ ứ ụ ủ ệ 1.3.1 M c tiêu ng d ng c a Robot công nghi p 14 ụ ứ ụ ủ ệ 1.3.2 ng d ng và mô hình hóa Robot công nghi p 14 Ứ ụ ệ 1.4 C u trúc c a m t h th ng Robot công nghi p 16 ấ ủ ộ ệ ố ệ 1.4.1 Các thành ph n chính c a Robot công nghi p 16 ầ ủ ệ 1.4.2 Các d ng c c u hình h c c a Robot 17 ạ ơ ấ ọ ủ 1.4.3 Mô hình ng l c h c 18 độ ự ọ 1.5 Các ph ng pháp i u khi n Robot công nghi p 29 ươ đ ề ể ệ 1.5.1 Các ph ng pháp i u khi n truy ươ đ ề ể ề n th ng 29 ố 1.5.2 Ph ng pháp i u khi n thông minh 35 ươ đ ề ể 1.6 Lý thuyế ổ đị t n nh Lyapunov 40

CH ƯƠ NG II: I U KHI N TR Đ Ề Ể ƯỢ T 42 2.1 Đặ đ ể đ ề c i m i u khi n tr t 42 ể ượ 2.2 i u khi n tr t 43 Đ ề ể ượ 2.3 T ng h p i u khi n tr t 45 ổ ợ đ ề ể ượ 2.4 Ví d minh h a 46 ụ ọ

CH ƯƠ NG III: THI T K B I U KHI N TR Ế Ế Ộ Đ Ề Ể ƯỢ T 49

CHO ROBOT 2 B C T DO 49 Ậ Ự 3.1 Mô hình Robot Planar 2 b c t do 49 ậ ự 3.2 Thi t k b i u khi n tr t cho robot 2 b c t do mô hình xác nh 50 ế ế ộ đ ề ể ượ ậ ự đị 3.3 Mô ph ng ki m ch ng trên n n Matlab-Simulink 51 ỏ ể ứ ề 3.3.1 Xây d ng các s mô ph ng 51 ự ơ đồ ỏ 3.3.2 K t qu mô ph ng 52 ế ả ỏ 3.3.3 Nh n xét, ánh giá k t qu mô ph ậ đ ế ả ỏng 56

K T LU N VÀ PH Ế Ậ ƯƠ NG H ƯỚ NG PHÁT TRI N 57 Ể

PH L C 61 Ụ Ụ

L I CAM OAN Ờ ĐTôi xin cam oan lu n v n th c s v i tài đ ậ ă ạ ĩ ớ đề “ i u khi n trĐ ề ể ượt cho robot hai

Minh Các s li u và k t qu hoàn toàn trung th c ố ệ ế ả ự

Ngoài các tài li u tham kh o ã d n ra cu i lu n v n, tôi m b o r ng ệ ả đ ẫ ở ố ậ ă đả ả ằkhông sao chép các công trình ho c k t qu c a ng i khác N u phát hi n có s sai ặ ế ả ủ ườ ế ệ ự

ph m v i i u cam oan trên, tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m ạ ớ đ ề đ ị ệ

H c viên ọ

M Ở ĐẦU

Theo quá trình phát tri n c a xã h i, nhu c u nâng cao s n xu t và ch t l ng ể ủ ộ ầ ả ấ ấ ượ

s n ph m ngày càng òi h i ng d ng r ng rãi các ph ng ti n t ả ẩ đ ỏ ứ ụ ộ ươ ệ ự động hóa s n ả

xu t Xu h ng t o ra nh ng dây chuy n và thi t b t ng có tính linh ho t cao ã ấ ướ ạ ữ ề ế ị ự độ ạ đhình thành và phát tri n m nh m … Vì th ngày càng t ng nhanh nhu c u ng d ng ể ạ ẽ ế ă ầ ứ ụ

ng i máy t o ra các h s n xu t t ng linh ho t ườ để ạ ệ ả ấ ự độ ạ

Robot ng d ng r ng rãi và óng vai trò quan tr ng s n xu t c ng nh trong ứ ụ ộ đ ọ ả ấ ũ ư

đờ ối s ng Robot là c c u a ch c n ng có kh n ng l p trình ơ ấ đ ứ ă ả ă ậ được dùng di đểchuy n nguyên v t li u, các chi ti t, các d ng c thông qua các truy n ng ể ậ ệ ế ụ ụ ề độ được

l p trình tr c Khoa h c robot ch y u d a vào các phép toán v i s ma tr n ậ ướ ọ ủ ế ự ề đạ ố ậ

* Robot có th thao tác nh con ng i và có th h p tác v i nhau m t cách ể ư ườ ể ợ ớ ộthông minh

* Robot có cánh tay v i nhi u b c t do và có th th c hi n ớ ề ậ ự ể ự ệ được các chuy n ể

động nh tay ng i và i u khi n ư ườ đ ề ể được b ng máy tính ho c có th i u khi n b ng ằ ặ ể đ ề ể ằ

ch ng trình ươ được n p s n trong chip trên bo m ch i u khi n robot ạ ẵ ạ đ ề ể

Càng ngày ngành robot càng phát tri n, nó em l i nh ng thay i quan tr ng ể đ ạ ữ đổ ọtrong ch t o s n ph m và nâng cao n ng su t ch t l ng r t nhi u ngành công ế ạ ả ẩ ă ấ ấ ượ ở ấ ềnghi p S d ng Robot công nghi p (RBCN), các xí nghi p công nghi p thu ệ ử ụ ệ ệ ệ được nhi u l i ích nh : t ng th i gian ho t ng c a máy móc, t ng linh ho t, có kh ề ợ ư ă ờ ạ độ ủ ă độ ạ ả

n ng nh tr c ă đị ướ được công vi c s n xu t và t ng s n l ng nh làm n nh quá ệ ả ấ ă ả ượ ờ ổ địtrình Vi c t ng hóa nh robot c ng kh c ph c ệ ự độ ờ ũ ắ ụ được tình tr ng thi u nhân công, ạ ế

đồng th i t ng ờ ă đượ độc an toàn cho ng i và thi t b Vi c ti t ki m nhân công ã ườ ế ị ệ ế ệ đ

h ạ được giá thành s n ph m, m t u i m quy t nh kh n ng c nh tranh Giá ả ẩ ộ ư đ ể ế đị ả ă ạthành c a robot ang gi m i trong khi tính n ng c a nó ủ đ ả đ ă ủ được gia t ng và công ăngh ngày càng d s d ng RBCN và máy CNC có th k t h p v i nhau thành m t ệ ễ ử ụ ể ế ợ ớ ộ

h th ng và có th l p trình i u khi n b ng máy tính cho chúng ho t ng theo ệ ố ể ậ đ ề ể ằ để ạ độcông ngh ã t ra ệ đ đặ

Robot óng vai trò quan tr ng trong t ng hóa linh ho t nh công tác v n đ ọ ự độ ạ ư ậchuy n b tr cho máy CNC, trong dây chuy n l p ráp, s n hàn t ng, trong các ể ổ ợ ề ắ ơ ự độthao tác l p i l p l i, trong các vùng nguy hi m M t robot có th chuy n ng t ặ đ ặ ạ ể ộ ể ể độ ừ

v trí này sáng v trí khác cung c p chi ti t ng th i v n giao ti p v i các thi t ị ị để ấ ế đồ ờ ẫ ế ớ ế

b ngo i vi nh b PLC, bàn i u khi n ho c h th ng m ng truy n thông công ị ạ ư ộ đ ề ể ặ ệ ố ạ ềnghi p u i m quan tr ng nh t c a k thu t robot là t o nên kh n ng linh ho t ệ Ư đ ể ọ ấ ủ ỹ ậ ạ ả ă ạhóa s n xu t Vi c s d ng máy tính i n t - robot và máy i u khi n theo ch ng ả ấ ệ ử ụ đ ệ ử đ ề ể ươtrình ã cho phép tìm đ được nh ng ph ng th c m i m t o nên các dây chuy n ữ ươ ứ ớ ẻ để ạ ề

t ng cho s n xu t hàng lo t v i nhi u m u, lo i s n ph m K thu t robot công ự độ ả ấ ạ ớ ề ẫ ạ ả ẩ ỹ ậnghi p và máy vi tính ã óng vai trò quan tr ng trong vi c t o ra các dây chuy n ệ đ đ ọ ệ ạ ề

t ng linh ho t (H s n xu t linh ho t FMS) ự độ ạ ệ ả ấ ạ

Để ệ đ ề h i u khi n robot ( KRB) có tin c y, chính xác cao, giá thành h ể Đ độ ậ độ ạ

và ti t ki m n ng l ng thì nhi m v c b n là h KRB ph i m b o giá tr yêu ế ệ ă ượ ệ ụ ơ ả ệ Đ ả đả ả ị

c u c a các i l ng i u ch nh và i u khi n Ngoài ra, h KRB ph i m b o ầ ủ đạ ượ đ ề ỉ đ ề ể ệ Đ ả đả ả

ổ địn nh động và t nh, ch ng ĩ ố được nhi u trong và ngoài, ễ đồng th i không gây tác ờ

h i cho môi tr ng nh : ti ng n quá m c quy nh, sóng hài c a i n áp và dòng ạ ườ ư ế ồ ứ đị ủ đ ệ

đ ệi n quá l n cho l i i n ớ ướ đ ệ

Khi thi t k h KRB mà trong ó s d ng các h i u ch nh t ng truy n ế ế ệ Đ đ ử ụ ệ đ ề ỉ ự độ ề

động, c n ph i m b o h th c hi n ầ ả đả ả ệ ự ệ đượ ấ ảc t t c các yêu c u v công ngh , các ch ầ ề ệ ỉtiêu ch t l ng và các yêu c u kinh t Ch t l ng c a h th ng ấ ượ ầ ế ấ ượ ủ ệ ố được th hi n trong ể ệ

tr ng thái t nh và tr ng thái ạ ĩ ạ động Tr ng thái t nh yêu c u quan tr ng là chính ạ ĩ ầ ọ độxác i u ch nh Tr ng thái ng thì có yêu c u v n nh và các ch tiêu v ch t đ ề ỉ ạ độ ầ ề độ ổ đị ỉ ề ấ

l ng ng là quá i u ch nh, t c i u ch nh, th i gian i u ch nh và s l n ượ độ độ đ ề ỉ ố độ đ ề ỉ ờ đ ề ỉ ố ầdao ng độ Đố ớ ệ Đi v i h KRB, vi c l a ch n s d ng các b bi n i, các lo i ng ệ ự ọ ử ụ ộ ế đổ ạ độ

c i n, các thi t b o l ng, c m bi n, các b i u khi n và c bi t là ph ng ơ đ ệ ế ị đ ườ ả ế ộ đ ề ể đặ ệ ươpháp i u khi n có nh h ng r t l n n ch t l ng i u khi n bám chính xác qu đ ề ể ả ưở ấ ớ đế ấ ượ đ ề ể ỹ

đạo c a h ủ ệ

Đặ đ ểc i m c b n c a h th ng KRB là th c hi n ơ ả ủ ệ ố Đ ự ệ đượ đ ềc i u khi n bám theo ể

m t qu o ph c t p t tr c trong không gian, tuy nhiên khi d ch chuy n thì ộ ỹ đạ ứ ạ đặ ướ ị ể

tr ng tâm c a các chuy n ng thành ph n và mômen quán tính c a h s thay i, ọ ủ ể độ ầ ủ ệ ẽ đổ

đ ề đi u ó d n n thông s ng h c c a h c ng thay i theo qu o chuy n ng ẫ đế ố độ ọ ủ ệ ũ đổ ỹ đạ ể độ

và ng th i xu t hi n nh ng l c tác ng qua l i, xuyên chéo gi a chuy n ng đồ ờ ấ ệ ữ ự độ ạ ữ ể độthành ph n trong h v i nhau Các y u t trên tác ng s là cho h KRB mang ầ ệ ớ ế ố độ ẽ ệ Đtính phi tuy n m nh, gây c n tr r t l n cho vi c mô t và nh n d ng chính xác h ế ạ ả ở ấ ớ ệ ả ậ ạ ệ

th ng KRB Do v y, khi KRB bám theo qu o t tr c ph i gi i quy t ố Đ ậ Đ ỹ đạ đặ ướ ả ả ế được

nh ng v n sau ữ ấ đề

* Kh c ph c các l c t ng tác ph thu c vào v n t c, gia t c c a qu o ắ ụ ự ươ ụ ộ ậ ố ố ủ ỹ đạriêng các chuy n ng thành ph n và qu o chung c a c h nh : l c quán tính, ể độ ầ ỹ đạ ủ ả ệ ư ự

l c ly tâm, l c ma sát ự ự

* Khi tr ng tâm c a các chuy n ọ ủ ể động thành ph n và c a c h thay i theo ầ ủ ả ệ đổ

qu o riêng và chung kéo theo s thay i c a các thông s ng h c c a h , i u ỹ đạ ự đổ ủ ố độ ọ ủ ệ đ ề

đ đó òi h i ph i có s bi n thiên các tham s ỏ ả ự ế ố đưa vào b i u khi n t ng ng ộ đ ề ể ươ ứ để

v n m b o s cân b ng, n nh và b n v ng ng th i v n bám theo ẫ đả ả ự ằ ổ đị ề ữ đồ ờ ẫ được qu ỹ

đạ đặo t

Các ph ng pháp i u khi n thông th ng s d ng bi n pháp phân tích gián ươ đ ề ể ườ ử ụ ệ

ti p thông qua mô hình làm vi c c a h , song l i không cung c p ế ệ ủ ệ ạ ấ được thông tin

m t cách y v toàn b h th ng Còn i v i nh ng ph ng pháp phân tích ộ đầ đủ ề ộ ệ ố đố ớ ữ ươ

tr c ti p thì ngo i tr tiêu chu n Lyapunov cho vi c phân tích tính n nh và ự ế ạ ừ ẩ ệ ổ đị

ph ng pháp m t ph ng pha gi i h n h phi tuy n có hai bi n tr ng thái, cho t i ươ ặ ẳ ớ ạ ở ệ ế ế ạ ớnay ch a có m t ph ng pháp c th nào khác ư ộ ươ ụ ể

Ph ng pháp ươ đ ềi u khi n ể động l c h c ngự ọ ược c n ph i bi t chính xác thông ầ ả ế

s c a ố ủ đố ượi t ng, trong khi đố ượi t ng th c t l i có thông s thay ự ế ạ ố đổi và nhi u ễkhông xác nh trong môi tr ng làm vi c Do ó, vi c th c hi n các b i u khi n đị ườ ệ đ ệ ự ệ ộ đ ề ểtheo ph ng pháp này g p nhi u khó kh n v chính xác, hay nói cách khác là ươ ặ ề ă ề độkhó th c hi n ự ệ được trong th c t ự ế

Ph ng pháp ươ đ ềi u khi n phân ly phi tuy nể ế có nh c i m là h th ng i u ượ đ ể ệ ố đ ềkhi n có tính phi tuy n cao, do ó ph c t p trong i u khi n là khá l n, khó có ể ế đ độ ứ ạ đ ề ể ớ

kh n ng th c hi n trong th c t ả ă ự ệ ự ế

Ph ng pháp ươ đ ềi u khi n thích nghi theo mô hình chu n ể ẩ ch th c hi n ỉ ự ệ đơn

gi n cho mô hình tuy n tính v i gi thi t b qua s liên h ng l c h c gi a các ả ế ớ ả ế ỏ ự ệ độ ự ọ ữchuy n ng thành ph n trong h Ngoài ra, s n nh c a h th ng kín c ng ang ể độ ầ ệ ự ổ đị ủ ệ ố ũ đ

là v n khó gi i quy t v i tính phi tuy n cao c a mô hình chu n ấ đề ả ế ớ ế ủ ẩ

Ph ng pháp ươ đ ềi u khi n thích nghi theo sai l ch ể ệ có lu t i u khi n thích nghi ậ đ ề ểđượ đơc n gi n hóa b ng cách áp d ng ph ng pháp i u khi n thích nghi suy gi m ả ằ ụ ươ đ ề ể ảphân ly, do ó ph ng pháp này luôn t n t i sai l ch qu o trong quá trình i u đ ươ ồ ạ ệ ỹ đạ đ ềkhi n th c và nh v y s không phù h p v i yêu c u c a h i u khi n chính xác ể ự ư ậ ẽ ợ ớ ầ ủ ệ đ ề ể

qu o ỹ đạ

Ph ng pháp ươ đ ềi u khi n trể ượt có u i m l n ó là r t n gi n và có tính b n ư đ ể ớ đ ấ đơ ả ề

v ng cao Trong th c t nói chung và trong công nghi p nói riêng có r t nhi u i ữ ự ế ệ ấ ề đố

t ng ng d ng ph ng pháp i u khi n tr t b i nh ng u i m c a ph ng ượ ứ ụ ươ đ ề ể ượ ở ữ ư đ ể ủ ươpháp này, c bi t các i t ng là robot Mô hình ng l c c a Robot là mô hình đặ ệ đố ượ độ ự ủphi tuy n v i nhi u tham s b t nh Ph ng pháp ti p c n u tiên i u khi n ế ớ ề ố ấ đị ươ ế ậ đầ để đ ề ểcác Robot là các ph ng pháp i u khi n tuy n tính, các ph ng pháp thi t k này ươ đ ề ể ế ươ ế ế

có m t s h n ch c bi t i v i Robot có c tính phi tuy n m nh ho c có tham ộ ố ạ ế đặ ệ đố ớ đặ ế ạ ặ

s b t nh Chính vì v y các ph ng pháp i u khi n ph i ố ấ đị ậ ươ đ ề ể ả được ti p t c nghiên c u ế ụ ứ

để đ áp ng ứ được các yêu c u v ch t l ng ho t ng c a Robot ầ ề ấ ượ ạ độ ủ

H th ng i u khi n Robot òi h i m t c u trúc i u khi n thay i linh ho t ệ ố đ ề ể đ ỏ ộ ấ đ ề ể đổ ạ

để đả m b o tính n nh và ch t l ng b n v ng khi có s thay i các tham s c a ả ổ đị ấ ượ ề ữ ự đổ ố ủ

mô hình và khi có nhi u tác ễ động Và vì v y i u khi n tr t (ậ đ ề ể ượ Sliding Mode

System - VSS) là m t ph ng pháp hi u qu gi i quy t v n này T nh ng ộ ươ ệ ả để ả ế ấ đề ừ ữ

đánh giá nêu trên, tác gi lu n v n ã quy t nh l a ch n tài “Đ ềả ậ ă đ ế đị ự ọ đề i u khi n trể ượt cho robot hai b c t do”ậ ự

N i dung lu n v n ộ ậ ă được chia thành 3 ch ng v i n i dung c b n nh sau: ươ ớ ộ ơ ả ư

Trình bày các ki n th c c b n ế ứ ơ ả được áp d ng thi t k trong lu n v n nh ụ để ế ế ậ ă ưcác lí thuy t v ế ề

- S l c v s phát tri n Robot công nghi p ơ ượ ề ự ể ệ

- nh ngh a v robot và m t s khái ni m Đị ĩ ề ộ ố ệ

- M c tiêu và ng d ng c a Robot công nghi p ụ ứ ụ ủ ệ

- C u trúc c a m t h th ng Robot công nghi p ấ ủ ộ ệ ố ệ

- Các ph ng pháp i u khi n Robot công nghi p ươ đ ề ể ệ

Chương 3: Ứng d ng i u khi n trụ đ ề ể ượt vào i u khi n robot planar hai b c đ ề ể ậ

nh t nh Kính mong nh n ấ đị ậ đượ ự đc s óng góp và ch b o thêm c a các th y cô ỉ ả ủ ầXin trân tr ng g i l i c m n t i Vi n ào t o Sau i h c, B môn i u ọ ử ờ ả ơ ớ ệ Đ ạ đạ ọ ộ Đ ềkhi n T ể ự động tr ng ườ Đại h c Bách Khoa Hà N i ã t o m i i u ki n thu n l i ọ ộ đ ạ ọ đ ề ệ ậ ợcho tác gi trong quá trình th c hi n lu n v n ả ự ệ ậ ă

Xin được bày t lòng bi t n sâu s c t i GS.TS Phan Xuân Minh, ng i ã ỏ ế ơ ắ ớ ườ đ

định h ng và t n tình ch b o, giúp ướ ậ ỉ ả đỡ để tác gi có th hoàn thành lu n v n t t ả ể ậ ă ốnghi p ệ

Cu i cùng, xin ố được g i l i c m n sâu s c t i gia ình, b n bè và các ng ử ờ ả ơ ắ ớ đ ạ đồnghi p, nh ng ng i luôn ng h nhi t tình và là ngu n ng viên to l n i v i tác ệ ữ ườ ủ ộ ệ ồ độ ớ đố ớ

gi trong su t quá trình nghiên c u và hoàn thành lu n v n ả ố ứ ậ ă

Hà n i, ngày 26 tháng 3 n m 2014 ộ ă

H c viên ọ

Hoàng Th ng Long ă

DANH M C CÁC T VI T T T VÀ KÝ HI U Ụ Ừ Ế Ắ Ệ

SMC Sliding Mode Control Đ ềi u khi n tr t ể ượ

VSC Variable Structure Control Đ ềi u khi n c u trúc thay i ể ấ đổ

ĐKRB Đ ềi u khi n Robot ể

DANH M C HÌNH V Ụ ẼHình 1.1 Robot v n chuy n hàng ậ ể

Hình 2.4 K t qu mô ph ng s d ng hàm khu ch i bão hòa ế ả ỏ ử ụ ế đạ

Hình 3.1 Mô hình Robot Planar 2 b c t do ậ ự

Hình 3.2 Mô hình Simulink c a rôbot planar ủ

Hình 3.3 Mô hình simulink c a b i u khi n tr t cho robot planarủ ộ đ ề ể ượ

Hình 3.4 Qu o bám và sai l ch qu o kh p 1 ỹ đạ ệ ỹ đạ ớ

Hình 3.5 Qu o bám và sai l ch qu o kh p 2 ỹ đạ ệ ỹ đạ ớ

Hình 3.6 Đáp ng mô men khi có nhi u t i kh p 1 ứ ễ ả ớ

Hình 3.7 Đáp ng mô men khi có nhi u t i kh p 2 ứ ễ ả ớ

Hình 3.8 Qu o bám và sai l ch qu o kh p 1 khi có nhi u t i ỹ đạ ệ ỹ đạ ớ ễ ảHình 3.9 Đáp ng mô men kh p 1 khi có nhi u t i và nhi u n tr ng ứ ớ ễ ả ễ ổ ắHình 3.10 Đáp ng mô men kh p 2 khi có nhi u t i và nhi u n tr ng ứ ớ ễ ả ễ ổ ắHình 3.11 Bám qu o c a kh p 1 khi có nhi u t i và nhi u n ỹ đạ ủ ớ ễ ả ễ ổHình 3.12 Bám qu o c a kh p 2 khi có nhi u t i và nhi u n ỹ đạ ủ ớ ễ ả ễ ổ

CHƯƠNG I: T NG QUAN V ROBOT CÔNG NGHI P Ổ Ề Ệ

VÀ PHƯƠNG PHÁP I U KHI N Đ Ề Ể

T NG QUAN V ROBOT CÔNG NGHI PỔ Ề Ệ

1.1 S lơ ược v s phát tri n Robot công nghi p ề ự ể ệ

N m 1921, tă ừ “Robot” xu t hi n lấ ệ ần u trong v k ch đầ ở ị “Rossum’s Universal

ông dùng t ừ “Robot”, biến thể ủ ừ ố c a t g c Slav ơ “Rabota”, g i m t thiđể ọ ộ ết b - lao ịcông do con người (nhân v t Rossum) t o ra ậ ạ

Đầu nh ng n m 60, công ty M AMF qu ng cáo m t lo i máy t ng v n ữ ă ỹ ả ộ ạ ự độ ạ

n ng g i là “ ng i máy công nghi p” và ngày nay ă ọ ườ ệ đượ đặc t tên là Robot công nghi p Ngày nay nh ng lo i thi t b có dáng d p và có m t vài ch c n ng nh tay ệ ữ ạ ế ị ấ ộ ứ ă ư

ng i ườ đượ đ ềc i u khi n t ng th c hi n m t s thao tác s n xu t c ng ể ự độ để ự ệ ộ ố ả ấ ũ được g i ọ

là robot công nghi p ệ

Ti p theo M , các n c khác c ng b t u s n xu t robot công nghi p: Anh -ế ỹ ướ ũ ắ đầ ả ấ ệ

1967, Th y i n và Nh t - 1968, CHLB ụ Đ ể ậ Đức - 1971, Pháp - 1972, Ý- 1973, … 1.2 nh ngh a v robot và m t s khái ni m Đị ĩ ề ộ ố ệ

Theo IRA-Vi n nghiên c u robot Hoa Kì: Robot công nghi p là m t c c u ệ ứ ệ ộ ơ ấthao tác a ch c n ng v i ch ng trình làm vi c có th đ ứ ă ớ ươ ệ ể được l p trình l i, ậ ạ được dùng di chuy n v t li u, chi ti t máy, d ng c ho c dùng cho nh ng công vi c để ể ậ ệ ế ụ ụ ặ ữ ệ

đặc bi t thông qua nh ng chuy n ng khác nhau ã ệ ữ ể độ đ đượ ậc l p trình nh m m c ích ằ ụ đhoàn thành nh ng nhi m v a d ng Robot công nghi p là ph n t t ữ ệ ụ đ ạ ệ ầ ử ự động hóa

kh trình, là b ph n không th thi u trong s n su t linh ho t ả ộ ậ ể ế ả ấ ạ

Theo ISO -T ch c tiêu chu n qu c t : Robot công nghi p là m t c c u thao ổ ứ ẩ ố ế ệ ộ ơ ấtác a ch c n ng v i nhi u chi u chuy n đ ứ ă ớ ề ề ể động và đượ đ ềc i u khi n t ể ự động v i ớ

ch ng trình làm vi c có th thay i cho các công vi c có m c ích khác nhau Nó ươ ệ ể đổ ệ ụ đ

có th ể được g n c nh trên sàn ho c di ng ắ ố đị ặ độ

Định ngh a c a M.Bradky: Robot công nghi p là s ghép n i thông minh t ĩ ủ ệ ự ố ừ

nh n th c t i hành ng ậ ứ ớ độ

Robot công nghi p c ng ệ ũ đượ địc nh ngh a n gi n là nh ng thi t b t ng ĩ đơ ả ữ ế ị ự độlinh ho t, b t chạ ắ ướ được c các ch c n ng lao ng công nghi p c a con ngứ ă độ ệ ủ ười Các nh ngh a v robot tuy khác nhau nh ng u là các thi t b t ng hóa đị ĩ ề ư đề ế ị ự độđượ đ ềc i u khi n theo ch ng trình l p trình s n nh các b vi x lý và các m ch ể ươ ậ ẵ ờ ộ ử ạtích h p chuyên dùng ợ

Trong khuôn kh lu n v n này, em ch xin ổ ậ ă ỉ đề ậ đế c p n lo i Robot n i ti p ạ ố ếPlanar r t ph bi n trong công nghi p và h th ng i u khi n ấ ổ ế ệ ệ ố đ ề ể được thi t k d a trên ế ế ự

ch y u là d a trên ph ng trình ng l c h c c a Robot ủ ế ự ươ độ ự ọ ủ

B c t do là s chuy n ng c l p hay s t a c n thi t bi u di n v trí ậ ự ố ể độ độ ậ ố ọ độ ầ ế để ể ễ ị

và h ng c a v t th tay robot trong không gian làm vi c ướ ủ ậ ể ở ệ Để bi u di n hoàn ể ễ

ch nh m t i t ng trong không gian c n 6 tham s : 3 t a xác nh v trí i ỉ ộ đố ượ ầ ố ọ độ để đị ị đố

t ng trong không gian và 3 t a ượ ọ độ bi u di n h ng c a v t th S b c t do s ể ễ ướ ủ ậ ể ố ậ ự ẽ

t ng ng v i s kh p ho c s thanh n i c a robot ươ ứ ớ ố ớ ặ ố ố ủ

M i robot th ng bao g m nhi u khâu liên k t v i nhau qua các kh p t o ỗ ườ ồ ề ế ớ ớ ạthành m t xích ng h c xu t phát t m t khâu c b n ng yên H t a g n v i ộ độ ọ ấ ừ ộ ơ ả đứ ệ ọ độ ắ ớkhâu c b n g i là h t a c b n các h t a g n v i các khâu ng g i là h ơ ả ọ ệ ọ độ ơ ả ệ ọ độ ắ ớ độ ọ ệ

t a suy r ng trong t ng th i i m ho t ng, các t a suy r ng xác nh c u ọ độ ộ ừ ờ đ ể ạ độ ọ độ ộ đị ấhình c a robot b ng các d ch chuy n dài ho c d ch chuy n góc c a các kh p t nh ủ ằ ị ể ặ ị ể ủ ớ ị

ti n ho c kh p quay Các h t a g n lên các khâu ph i tuân theo quy t c bàn tay ế ặ ớ ệ ọ độ ắ ả ắ

ph i ả

Vùng làm vi c là t p h p t t c các i m mà tay robot có th ch m t i Là toàn ệ ậ ợ ấ ả đ ể ể ạ ớ

b th tích ộ ể được quét b i khâu ch p hành cu i khi robot th c hi n t t c các chuy n ở ấ ố ự ệ ấ ả ể

động có th Vùng làm vi c b ràng bu c b i các thông s hình h c c a robot c ng ể ệ ị ộ ở ố ọ ủ ũ

nh các ràng bu c c h c c a các kh p ư ộ ơ ọ ủ ớ

• Độ ặ l p l i: c tr ng cho kh n ng c a robot ạ đặ ư ả ă ủ đư đầa u cu i bàn tay c a nó ố ủ

ch m vào m t i m theo ch ng trình nh s n ạ ộ đ ể ươ đị ẵ

1.3 M c tiêu và ng d ng c a Robot công nghi p ụ ứ ụ ủ ệ

Ư đ ểu i m quan tr ng nh t c a robot công nghi p là t o nên kh n ng linh ho t ọ ấ ủ ệ ạ ả ă ạhoá s n xu t Vi c s d ng máy tính i n t , robot và máy i u khi n theo ch ng ả ấ ệ ử ụ đ ệ ử đ ề ể ươtrình ã cho phép tìm đ được nh ng ph ng th c m i t o nên nh ng dây chuy n ữ ươ ứ ớ để ạ ữ ề

t ng s n xu t hàng lo t v i nhi u lo i s n ph m K thu t robot công nghi p và ự độ ả ấ ạ ớ ề ạ ả ẩ ỹ ậ ệmáy tính óng vai trò quan tr ng trong vi c t o ra các dây chuy n t ng linh ho t đ ọ ệ ạ ề ự độ ạRobot có th th c hi n ể ự ệ được m t quy trình thao tác h p lý b ng ho c h n ộ ợ ằ ặ ơ

ng i th lành ngh m t cách n nh trong su t th i gian làm vi c Vì th robot có ườ ợ ề ộ ổ đị ố ờ ệ ế

th góp ph n nâng cao ch t l ng và kh n ng c nh tranh c a s n ph m H n th ể ầ ấ ượ ả ă ạ ủ ả ẩ ơ ếrobot có th nhanh chóng thay i công vi c thích nghi v i s bi n i m u mã, ể đổ ệ để ớ ự ế đổ ẫkích c s n ph m theo yêu c u c a th tr ng c nh tranh ỡ ả ẩ ầ ủ ị ườ ạ

T nh ng m c tiêu ng d ng c a robot công nghi p trên mà ta có th phân ừ ữ ụ ứ ụ ủ ệ ểchia ra các l nh v c ng d ng nh sau: ĩ ự ứ ụ ư

Robot có th nh t chi ti t m t v trí và chuy n d i n m t v trí khác Robot ể ặ ế ở ộ ị ể ờ đế ộ ị

có th g p m t chi ti t m t v trí c nh ho c trên m t b ng t i ang chuy n ng ể ắ ộ ế ở ộ ị ố đị ặ ộ ă ả đ ể độ

và t m t v trí c nh khác ho c t lên b ng t i khác ang chuy n ng v i đặ ở ộ ị ố đị ặ đặ ă ả đ ể độ ớ

định h ng chi ti t khác Trong dây chuy n s n xu t thì robot ướ ế ề ả ấ được s d ng a ử ụ để đưchi ti t và l y chi ti t ra kh i máy gia công kim lo i, máy CNC, máy t d p, máy ế ấ ế ỏ ạ độ ậ

ép nh a ho c dây chuy n úc Trong công o n óng gói thì robot x p các v t li u ự ặ ề đ đ ạ đ ế ậ ệlên m t giá và óng gói, x p các s n ph m vào kho ho c óng gói ộ đ ế ả ẩ ặ đ

Hình 1.1: Robot v n chuy n hàng ậ ể

Ứng d ng trong l nh v c gia công v t li u bao g m các công ngh nh hàn, ụ ĩ ự ậ ệ ồ ệ ư

s n, gia công kim lo i, … S n là m t công vi c n ng nh c và c h i, ng th i ơ ạ ơ ộ ệ ặ ọ độ ạ đồ ờ để

đạt yêu c u k thu t òi h i các th s n ph i ầ ĩ ậ đ ỏ ợ ơ ả đượ đc ào t o m t th i gian và t n kém ạ ấ ờ ốtrong khi Robot có th h c ể ọ đượ ấ ảc t t c các ki n th c ph c t p ch trong vài gi và ế ứ ứ ạ ỉ ờ

có th l p l i chính xác các ng tác khó Robot còn ể ặ ạ độ được dùng ph c v máy công ụ ụ

c , làm khuôn trong công nghi p nh a, g n kính xe h i, g p hàng ra kh i b ng ụ ệ đồ ự ắ ơ ắ ỏ ă

t i và t chúng vào các tr m chuy n trung gian ng d ng robot trong công ngh ả đặ ạ ể Ứ ụ ệhàn đường, v a t n ng su t cao và ch u ừ đạ ă ấ ị được nhi t r t nóng phát ra trong quá ệ ấtrình hàn C m bi n g n trên robot s xác nh v trí úng c a ả ế ắ ẽ đị ị đ ủ đường hàn

Hình 1.2: Robot hàn

Hình 1.3: Robot l p ráp ô tô ắ

Ứng d ng robot trong l p ráp: M t nhà máy s n xu t t ng hoàn toàn: t ý ụ ắ ộ ả ấ ự độ ừ

t ng ng i ta thi t k ra s n ph m, sau ó t hàng v t li u, l p ra ch ng trình ưở ườ ế ế ả ẩ đ đặ ậ ệ ậ ươgia công, l p ra chi n l c ậ ế ượ đường i c a chi ti t trong nhà máy, i u khi n cung c p đ ủ ế đ ề ể ấchi ti t vào máy gia công, l p ráp và ki m tra t ng thông qua các máy CNC, các ế ắ ể ự độrobot t nh và ĩ động ng d ng trong l nh v c ki m tra: Robot c ng Ứ ụ ĩ ự ể ũ được s d ng ử ụtrong công o n th nghi m, ki m tra nh ki m tra kích th c, v trí và hình d ng đ ạ ử ệ ể ư ể ướ ị ạ

c a các chi ti t máy ho c các b ph n c khí ủ ế ặ ộ ậ ơ

1.4 C u trúc c a m t h th ng Robot công nghi p ấ ủ ộ ệ ố ệ

- Cánh tay robot là k t c u c khí g m các khâu liên k t v i nhau b ng kh p ế ấ ơ ồ ế ớ ằ ớ

động có th t o nên nh ng chuy n ng c b n c a robot để ể ạ ữ ể độ ơ ả ủ

Hình 1.4: Các thành ph n chính c a Robot công nghi p ầ ủ ệ

- Nguồn ng l c là các ng c iđộ ự độ ơ đ ện là ng c servo hođộ ơ ặc động cơ bước, các

hệ th ng xy lanh khí nén, thố ủy l c ự để tạo động lực cho máy hoạt động

- D ng c thao tác ụ ụ được g n lên khâu tác ắ động cu i c a robot, các d ng c ố ủ ụ ụnày có th có nhi u lo i khác nhau nh d ng bàn tay n m b t i t ng ho c các ể ề ạ ư ạ để ắ ắ đố ượ ặcông c làm vi c nh m hàn, á mài, u phun s n,… ụ ệ ư ỏ đ đầ ơ

- Thi t b d y h c dùng d y cho robot các thao tác c n thi t theo yêu c u ế ị ạ ọ để ạ ầ ế ầ

c a quá trình làm vi c, sau ó robot t l p l i các ủ ệ đ ự ặ ạ động tác ã đ được d y làm ạ để

vi c ệ

- Các c m bi n giúp cho robot nh n bi t ả ế ậ ế được tr ng thái c a b n thân, xác ạ ủ ả

định v trí c a i tị ủ đố ượng làm vi c, ho c có nhi m v dò tìm khác, i u khi n các ệ ặ ệ ụ đ ề ể

b ng t i ho c c c u c p phôi ho t ng ph i h p v i các robot khác ă ả ặ ơ ấ ấ ạ độ ố ợ ớ

Tùy thu c vào s khâu và s t h p các chuy n ộ ố ự ổ ợ ể động quay (R) và chuy n ể

động t nh ti n (T) mà tay máy có các k t c u khác nhau Các k t c u th ng g p ị ế ế ấ ế ấ ườ ặ

c a Robot là ki u t a ủ ể ọ độ Đề các, ki u t a tr , ki u t a c u, robot ki u Scara, ể ọ độ ụ ể ọ độ ầ ể

B i u khi n ộ đ ề ểmáy tính

Cánh tay robot

H truy n ệ ềđộng

D ng c ụ ụthao tác

Để xây d ng mô hình ự động l c h c Robot tr c h t ta c n nh v và nh ự ọ ướ ế ầ đị ị đị

h ng t ng khâu trên cánh tay c ng nh khâu tác ng sau cùng ng i ta ph i g n ướ ừ ũ ư độ ườ ả ắcác h t a suy r ng lên t ng khâu, c c c u có m t h quy chi u chung n i v i ệ ọ độ ộ ừ ả ơ ấ ộ ệ ế ố ớgiá c nh, h quy chi u này có ch c n ng v a mô t nh v , nh h ng khâu ố đị ệ ế ứ ă ừ để ả đị ị đị ướtác ng sau cùng c a tay máy, v a mô t i t ng tác ng c a tay máy mà nó độ ủ ừ để ả đố ượ độ ủ

c n nh n di n Vi c xây d ng các h quy chi u này c n có tính th ng nh t cao, òi ầ ậ ệ ệ ự ệ ế ầ ố ấ đ

e) d)

c) b)

a)

hỏi tính xác nh duy nh t Sau ây s xem xét quy t c Denevit-Hartenberg là m t đị ấ đ ẽ ắ ộquy t c iắ đ ển hình giúp xây dựng c u trúc ấ động học của Robot giúp gi i quy t bài ả ếtoán iđ ều khi n phía sau : ể

c a nó trùng v i ủ ớ đường vuông góc chung và h ng t tr c ( -1) t i tr c ( ), tr c y ướ ừ ụ i ớ ụ i ụ

t xác nh theo quy t c bàn tay ph i Tr c t a ự đị ắ ả ụ ọ độ z i-1 trùng v i tr c quay c a kh p ớ ụ ủ ớ( ), i

- Tr c x trùng ph ng ụ ươ đường vuông góc chung gi a tr c ( -1) và kh p ( ), ữ ụ i ớ i

chi u ề đường h ng t tr c (ướ ừ ụ i - 1)

- Tr c y t xác nh theo quy t c bàn tay ph i ụ ự đị ắ ả

Quy c các góc và kho ng cách trên l c nh sau: ướ ả ượ đồ ư

a ilà kho ng cách gi a hai kh p theo ph ng ả ữ ớ ươ đường vuông góc chung

d i là kho ng cách gi a giao i m c a hai ả ữ đ ể ủ đường vuông góc chung v i tr c ớ ụquay, tính theo ph ng các ươ đường vuông góc chung

αilà góc quay tr c ụ x iđể z i-1 n trùng v i đế ớ z i

θilà góc quay tr c ụ z i-1 để x i-1 n trùng v i đế ớ x i

Công vi c còn l i là bi n ệ ạ ế đổi sao cho h quy chi u ệ ế O i-1 trùng v i h quy ớ ệchi u ế O i Do ó ta c n i tìm ma tr n bi n i h tr c t a hay còn g i là ma tr n đ ầ đ ậ ế đổ ệ ụ ọ độ ọ ậDenevit – Hartenberg

B c 1: H t a th ướ ệ ọ độ ứ i-1 ị d ch chuy n theo tr c ể ụ z i-1 m t kho ng ộ ả d i ng th i đồ ờmang g c ố O i-1 theo v trí ị H i-1 Ma tr n bi n i t a thu n nh t t ng ng là: ậ ế đổ ọ độ ầ ấ ươ ứ

100

0010

0001),(

i i

i

d x

Bước 2: Ti p theo quay h tr c t a ế ệ ụ ọ độ i-1 m i quanh tr c ớ ụ z i-1 m t góc ộ θi

để ụ tr c x i-1 chuy n n tr c ể đế ụ x i Ma tr n bi n i t a thu n nh t tậ ế đổ ọ độ ầ ấ ương ng là: ứ

0100

00cossin

00sincos

),

i i

i i

z

θθ

B c 3: Ti p t c th c hi n phép t nh ti n h tr c t a thu ướ ế ụ ự ệ ị ế ệ ụ ọ độ đượ ở ước b c 2

d c theo tr c ọ ụ x i g c t a để ố ọ độ O i-1chuy n n ể đế O i Ma tr n bi n ậ ế đổ ọ đội t a thu n ầ

0100

0010

001),(

i

i i

x T

α

B c 4: Quay h t a thu ướ ệ ọ độ đượ ở ước b c 3 quanh tr c xụ i m t góc ộ αiđể đư a

h tr c t a i-1 trùng h tr c t a i Nh n ệ ụ ọ độ ệ ụ ọ độ ậ được ma tr n bi n i h t a thu n ậ ế đổ ệ ọ độ ầ

0cossin0

0sincos

0

0001

),(

i i

i i

i i

x T

θθ

θθ

),(),(),(),( 1 1

1

i i i i i i i i i

00

0

1

i i i

i i i i i

i i

i i i i i i i

i i

d c

s

s c s c

c s

c s s s c c A

αα

θαθαθ

αθ

θαθαθαθ

(1.5)

Ma tr n ậ được bi u di n theo (1.4) ể ễ được g i là ma tr n bi n i ma tr n thu n ọ ậ ế đổ ậ ầ

nh t Denevit – Hartenberg Trong ó ch s bên trên cho bi t t a tham chi u còn ấ đ ỉ ố ế ọ độ ế

ch s d i là h t a ỉ ố ở ướ ệ ọ độ được kh o sát Ma tr n ả ậ i− 1

i

A cho phép bi u di n quan h ể ễ ệ

v h t a c a m t i m trong hai h t a i và i -1 Ví d l y b t k m t i m ề ệ ọ độ ủ ộ đ ể ệ ọ độ ụ ấ ấ ỳ ộ đ ểtrong h t a i là ệ ọ độ p i= [p x p y p z 1]T

Khi ó t a c a i m P trong h t a th đ ọ độ ủ đ ể ệ ọ độ ứi-1 được xác nh theo bi u th c sau: đị ể ứ

0)

( 1 1 1

i i i i i i

i

i i i i i i i

i i

i

i i i i

c d c c s s s

s d s c c s c

s c

A A

αα

θαθ

α

αα

θαθα

αθ

T b ng thông s D – H trên ta tính ừ ả ố được các Ai nh sau: ư

- Ma trận mô tả hướng và vị trí của khớp thứ nh t so vấ ới h trệ ục tọa độ g c ố

0100

cos0

cossin

cos0

sincos

1 1 1

1

1 1 1

1

θθ

θ

θθ

0100

cos0

cossin

cos0

sincos

2 2 2

2

2 2 2

2

θθ

θ

θθ

+++

−+

=

=

10

00

01

00

cos)(cos0

)cos(

)sin(

cos)cos(

0)sin(

)cos(

1 1 2 1 2 2 2

1 2

1

1 1 2 1 2 2

1 2

θθθ

θθ

θ

θθ

θθ

θθ

θ

l l

l l

sin

)cos(

cos

2 1 12

2 1 12

θθθ

θθθ

0

0 2

z z z z

y y y y

x x x x

p a n

p a n

p a n

1000000

A A p a n

p a n

p a n

z z z z

y y y y

x x x x

z

y y y

y

x x x

x

p a

n

p a n

+

+++

−+

10

00

01

0

0 ) cos( ) 0 cos ( ) cossin(

cos)cos(

0)sin(

)cos(

1 1 2 1 2 2 2

1 2

1

1 1 2 1 2 2

1 2

1

θθ

θθθ

θθ

θ

θθ

θθ

θθ

θ

l l

l l

(1.12)

T ph ng trình (1.11), cân b ng hai v thành ph n pừ ươ ằ ế ầ x, và thành ph n pầ y ta được:

1 1 12 2

sinsin

coscos

θθ

θθ

l l

p

l l

p

y x

Bình ph ng hai v c a ph ng trình ta ươ ế ủ ươ được:

=

++

=

1 12 2 1 2 2 1 12 2 2 2 2

1 12 2 1 2 2 1 12 2 2 2 2

sinsin2sinsin

coscos2coscos

θθθ

θ

θθθ

θ

l l

l p

l l

l p

y x

C ng hai ph ng trình l i ta ộ ươ ạ được:

2 2

2 2

2 1 2

=

2

2

2 2

2 1 2 2 2

2

2 2

2 1 2 2 2

21

sin

2cos

l

l l p p l

l l p p

y x

y x

1 1 12 2

sinsin

coscos

θθ

θθ

l l

p

l l

1 1 2 1 2 2 1 2

cossin

coscos

sin

cossin

sincos

cos

θθ

θθ

θ

θθ

θθ

θ

l l

l p

l l

l p

y x

→ 



++

=

−+

=

1 1 2 2 2 1 2

2 1 2 1 2 2 2

cos)cos(sincos

sinsincos

)cos(

θθ

θθ

θθθ

θ

l l

l

p

l l

l p

y

Do ó ta tính đ được:

=

++

++

=

2 2 2 2

2 1 2 2

2 2 1 2 2 1

2 2 2 2

2 1 2 2

2 2 1 2 2 1

sin)

cos(

sin)

cos(sin

sin)

cos(

sin)

cos(cos

θθ

θθ

θ

θθ

θθ

θ

l l l

l p l l

p

l l l

l p l l

p

x y

y x

(1.17)

Góc kh p ớ θ1 tính được nh sau: ư

)cos,(sin

1 1 1

1

cos

sinsin

cos

1 1

1 1 1

1

1 1 1

θθ

θθθ

c c

c c

c c c

l Y

l X l

Y

l X P

2 2 2 2 2

1 1 1 1

00

00

00,

]00

1

zz yy

xx T

I I

I I

w θ&

Động n ng c a thanh n i 1 là: ă ủ ố

2 1 2

2 1

2

12

1

12 1

1

sinsin

coscos

2 2

2 2

θθ

c c

c c

c

l l

Y

l l

X

Đạo hàm hai v ta ế được:

++

=

)(coscos

)(sinsin

2 1 12 1

1 1

2 1 12 1

1 1

2 2

2 2

θθθθ

θ

θθθθ

c c

l l

Y

l l

++

=

++

++

=

)(coscos2)(sincos

)(sinsin2)(sinsin

2 1 12 1 1

2 2 1 12 2 2 2 1 1 2 2

1

2

2 1 12 1 1

2 2 1 12 2 2 2 1 1 2 2

1

2

2 2

2

2 2

2

θθθθθ

θθθ

θ

θθθθθ

θθθ

c

c c

c

l l

l

Y

l l

2 = θ& + c θ& +θ& + cθ& θ& +θ& θ

=

2 2 2

00

00

00,

]0

0

[ 1 2 1

2

zz yy

xx T

I I

I I

w θ& θ&

Động n ng c a thanh n i 2 là: ă ủ ố

2 2 1 2

2 1 1 1

2 2 1 2 2 1

2 1 2

2

1)cos)(2)((

2

1

2 2

m l

l g m

c

c

1 1 1

1 1

sin

cos]

10

1

1

θθ

l m l

l

l l

g m

c

c

))sin(

sin()

sin(

sin

)cos(

cos]1

0

2 1 1

1

2 1 1

1 2

1

1

θθθ

θθθ

θθθ

++

++

2 2 1 2

2 1 1 1

2 2 1

2 1

2 2

2 1 1

2 1 2 1

)(2

1)cos)((

2

)((

2

12

12

1

2 2

2 1 1

1

θθθ

θθθ

θθθθ

+

+++

+

=+

=

zz c

c c zz

c

I l

l l m I

l m K K

K

(1.28)

- Th n ng c a các thanh n i ế ă ủ ố

g l

l m g l

m P

- Ph ng trình Lagrangeươ :

g l

l m g l

m I

l

l l m I

l m P K

L

c c

zz c

c c zz

c

)sin(

sin(sin

)(2

1)cos)((

2

)((

2

12

12

1

2 1 1

1 2 1 1

2 2 1 2

2 1 1

1

2 2 1 2 2 1

2 2

2 1

2 1

2 1

1 1

2 2

2 1 1

1

θθθ

θθ

θθ

θθθ

θθθ

θθ

++

−

−++

++++

)(cos

2cos)(2)(22(2

1

2 1 2

1 1 2 2 1

2 2 1

2 1

2 2 1 1

2

1

θθθ

θθ

θθθ

θθ

θθ

c c

c zz

sinsin

)(sin)

(cos)

(

2 1 2

1 1 2 1

2

1

2 1 2 2 1 2 1 2 1

2 1

2 2 1 1 1 1

2

1

1

1 2

2

2 2

1 1

1

θθθ

θθ

θ

θ

θθθθθ

θθθ

θθ

θθ

−

−

+

−++

++

++

=

∂

∂

zz c

c

c c

c zz

c

I l

m l

m

l m l

m l

m l m I

l m l

1

2 1 1

2 1

2 1

2 2

θθθ

θθ

θθ

l m L

(1.34)

)(]sin2cos2)(2[2

1

2 1 1

2 1

1 2 1

2 1

2 2

θθθ

θθ

θθ

θθ

c

l m L

dt

d

(1.35)

g l

m l

g l

l m l

m

l m l

m I

l l

m

I l

l l m I l

m

c c

c c

zz c

c

zz c

c zz

c

)]

cos(

cos(cos

[

sinsin

2])cos(

[

])cos2(

[

2 1 1

1 2 1 1

2 1 2 1

2 2 1 2 1

2 2

1

2

2

1 2

1 2 2 1 2

1 1

1

1 1

2 1

2 1

1

2 1

1 1

2

θθθ

θ

θθθ

θθθ

θ

θθ

τ

++

+

−

−+

++

+++

m l

m

l m l

m I

l m I

l

l

m

c c

c c

zz c zz

c

c

)cos(

sin

sinsin

)(

])cos[

2 1 2

2 1

2

1

2 1 2 1 2 1 2 1

2

2 2 1 2

2 2

1 2 1

1 2

θθθ

θ

θ

θθθ

θθθ

θθ

τ

++

+

+

−+

++

+

++

+++

)cos(

cos(cos

sin

00

sin0

sin

2

)cos2(

)cos(

)cos2(

2 1 2

2 1 1

1 2 2

2

2 1

2 1 2 1

2 1 2 1

2

1 2

1 2

1

2 2

2 1

2 2 2

1 2 2 1 2

2

2 1

2 2 1

1 1

2 1

1 2

1 1 1

2

θθ

θθθ

θ

θθ

θθ

θθ

θ

θθ

θθ

τ

τ

c

c c

c

c c

zz c zz

c c

zz c

c zz

c c zz

c

l m

l l

m l

m

l m

l m l

m

I l m I

l l m

I l

l m I

l l l m I l

Ph ng trình ng l c h c có th a v m t trong các d ng sau s s d ng ươ độ ự ọ ể đư ề ộ ạ ẽ ử ụ đểtính toán a lu t i u khi n vào: đư ậ đ ề ể

)(),()

(q q V q q f q

= & &

1.5 Các phương pháp i u khi n Robot công nghi p đ ề ể ệ

Các b i u khi n truy n th ng trong không gian kh p nh PID, PD bù tr ng ộ đ ề ể ề ố ớ ư ọ

tr ng, i u khi n phi tuy n trên c s mô hình là các b i u khi n kinh i n s ườ đ ề ể ế ơ ở ộ đ ề ể đ ể ử

d ng trong i u khi n Robot Jụ đ ề ể T và J-1 là các b i u khi n kinh i n trong i u ộ đ ề ể đ ể đ ềkhi n trong không gian làm vi c ể ệ

Ph ng trình ng l c h c c a Robot: ươ độ ự ọ ủ

1)

đk = − &+

Các thông s i u khi n: ố đ ề ể

K p : là ma tr n ậ đường chéo xác nh d ng đị ươ

K d : là ma tr n ậ đường chéo xác nh d ng đị ươ

e: sai s v trí ố ị e = q d - q

ây là ph ng pháp i u khi n truy n th ng th ng Đ ươ đ ề ể ề ố ườ được áp d ng trong i u ụ đ ềkhi n i m- i m v i ể đ ể đ ể ớ q d = const, q&d =q&d =0

• S ơ đồ ấ c u trúc :

Nh n xét: ậ Thành ph n G(q) trong lu t i u khi n là thành ph n tr ng tr ng ầ ậ đ ề ể ầ ọ ườ

ph thu c vào kh i l ng c a các thanh n i hay kh i l ng c a kh p n i, kh i ụ ộ ố ượ ủ ố ố ượ ủ ớ ố ố

l ng c a v t mà Robot g p Mà các thành ph n này là ta không xác nh chính xác ượ ủ ậ ắ ầ đị

được, do ó lu t i u khi n PD bù tr ng tr ng không đ ậ đ ề ể ọ ườ được s d ng trong i u ử ụ đ ềkhi n Robot òi h i chính xác cao ể đ ỏ độ

Ph ng trình ng l c h c c a Robot: ươ độ ự ọ ủ

)(),()(q q H q q G q

q&d+ p − d&

='

K p , K d là hai ma tr n ậ đường chéo, xác nh d ng đị ươ

• S ơ đồ ấ c u trúc phương pháp i u khi n phi tuy n trên c s mô hình: đ ề ể ế ơ ở