Mô hình hóa khớp nối đàn hồi .... Mô hình thực tế của robot phẳng có khớp nối đàn hồi .... Robot phẳng 2 khâu có khớp nối đàn hồi .... Robot phẳng 3 khâu có khớp nối đàn hồi .... Tay máy
Trang 1Giảng viên hướng dẫn: GS TSKH Nguyễn Văn Khang Viện: Cơ khí
HÀ NỘI, 2020
Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132024381000000
Trang 2Ngành: K thu ỹ ật cơ điệ n t ử
Giảng viên hướng dẫn: GS TSKH Nguyễn Văn Khang
Viện : Cơ khí
HÀ NỘI, 2020
ký c a GVHD Chữ ủ
Trang 3ĐỀ TÀI LU N VĂN Ậ
Đề : tài ng lĐộ ực học và điều khi n robot ph ng có kh p nể ẳ ớ ối đàn hồi
Ngành: Kỹ thuật cơ điệ ửn t
H c viên: ọ Trần Văn Hải
GI NGẢ VIÊN HƯỚNG D N Ẫ
GS TSKH Nguyễn Văn Khang
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, t xin g i l i côi ử ờ ảm ơn chân thành và sâu sắc t i GS.TSKH ớNguyễn Văn Khang, người đã định hướng, t n tình ậ chỉ ả b o tôi trong quá trình th c hi n luự ệ ận văn thạc sĩ
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô đang công tác tạ ộ môn Cơ i B học ứng d ng và B môn K thuụ ộ ỹ ật Cơ điện t - ử Trường Đại h c Bách Khoa ọ
Hà nội đã hướng dẫn, truy n cho tôi nh ng kinh nghi m quý báu trong ề ữ ệnghiên c u khoa h c ứ ọ
Tôi xin chân thành cảm ơn tới ban ch nhiủ ệm Khoa Cơ khí, Trường
Đạ ọi h c Th y L i cùng toàn th các thủ ợ ể ầy cô đang công tác tạ ội B môn K ỹthuật Cơ điện tử, Trường Đạ ọi h c Th y Lủ ợi đã tạo mọi điều ki n thu n l i, ệ ậ ợgiúp đỡ tôi trong su t quá trình làm lu n văn này ố ậ
Cuối cùng, t xin chân thành côi ảm ơn đến gia đình và b n bè, nh ng ạ ữngười đã đ ng viên ng h trong su t th i gian qua ộ ủ ộ ố ờ
Trần Văn Hả i
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi, các k t ứ ủ ếquả nghiên cứu được trình bày trong lu n án là trung th c, khách quan và ậ ựchưa ừ t ng đư c công b trong b t k công trình nào khác ợ ố ấ ỳ
Tác gi ả luận văn
Trần Văn Hả i
Trang 6M C L C Ụ Ụ
M C L C i
M 1 U T L RÌNH CHUY NG C A ROBOT PH NG CÓ KH P N I 3 i hai c a robot có kh p n 3 i 1.1.1 Mô hình hóa Robot có kh p n 3 i 1.1.2 Thi t l i II 7
i hai c a robot hai khâu và ba khâu ph ng có kh p n 9 i 1.2.1 Robot ph 9 i 1.2.2 Robot ph ng 3 khâu có kh 17 i NG L C H C ROBOT PH NG CÓ KH P N I I 25
ng hc robot 25
2.1.1 Không gian thao tác và không gian c u hình c a robot 25
2.1.2 ng hc robot 27
2.1.2.1 i bài toán 28
2.1.3 S t n t i và duy nh t nghi m 28
2 2 Ging h 29 c b 29
2.2.2 Các công th suy rng 29
2.2.3 Thu t toán hi u ch suy rng 30
32
2.3 Phép n i suy và x p x hàm [7] 32
2.3.1 Khái ni m v n i suy 33
Trang 7ii
2.3.2 i thi u hay x p x trung bình
34
2.4 Ging l c h c b 41
2.4.1 Nng l c h c robot có kh p n i 41 c ging lc hc robot có kh p n i 42
ng l c h c robot ph ng hai khâu có kh p n i 43
ng h p qu ng th ng 44
ng h p qu m thao tác là ng tròn 51
ng l c h c robot ph ng ba khâu có kh p n i 60
U KHI N ROBOT PH NG CÓ KH P N H I 73
3.1 T ng quan v u khi n bám qu o c a khâu thao tác 73
3.1.1 Gi i thi u chung 73
u khi n trong không gian kh p 74
u khi n trong không gian thao tác 74
u khi n bám qu o robot có kh p n i 75
u khi n d a trên tuy n tính hóa ph n h i 75
3.2.2 B u khi n PD d ng lc [16] 77
3.2.3 B u phi n PD bù tr ng l c [ 17] 77
K T LU N 79
TÀI LI U THAM KH O 80
Trang 8DANH M C B NG BI U Ụ Ả Ể
10
14
14
19
20
20
Trang 9iv
Hình 1.1.1 Khớp đàn hồi Harmonic 4
Hình 1.1.2: Robot nhẹ DLR LWR III 7R có khớp nối đàn hồi- 5
Hình 1.1.3 Mô hình hóa robot N khâu có khớp nối đàn hồi 6
Hình 1.1.4 Mô hình hóa khớp nối đàn hồi 6
Hình 1.2.1.a Mô hình thực tế của robot phẳng có khớp nối đàn hồi 9
Hình 1.2.1.b Robot phẳng 2 khâu có khớp nối đàn hồi 10
Hình 1.2.2.a Robot phẳng 3 khâu có khớp nối đàn hồi 18
Hình 1.2.2.b Mô hình hóa Robot phẳng 3 khâu có khớp nối đàn hồi 19
Hình 2.1.1 Tay máy 3 khâu có khớp nối đàn hồi 27
Hình 2.5.2 Robot phẳng 2 khâu có khớp nối đàn hồi 44
Hình 2.5.3 Đồ thị các tọa độ suy r ng ộ 45
Hình 2.5.4 Cấu hình robot 46
Hình 2.5.5 Sai s ố hàm lượng giác x p x ấ ỉ 47
Hình 2.5.6 Sai số hàm lượng giác ấ x p x ỉ 47
Hình 2.5.7 Đồ thị hàm lượ ng giác 50
Hình 2.5.8 Đồ thị hàm lượ ng giác 50
Hình 2.5.9 Đồ thị mômen 51
Hình 2.5.10 Đồ thị mômen 51
Hình 2.5.11 Robot phẳng 2 khâu có khớp nối đàn hồi 52
Hình 2.5.12 Đồ thị các tọa độ suy r ng ộ 54
Hình 2.5.13 Cấu hình robot 54
Hình 2.5.14 Sai số hàm lượng giác x p x ấ ỉ 55
Hình 2.5.15 Sai s ố hàm lượng giác x p x ấ ỉ 56
Hình 2.5.16 Đồ thị hàm lượ ng giác 59
Hình 2.5.17 Đồ thị hàm lượ ng giác 59
Hình 2.5.18 Đồ thị mômen 60
Hình 2.5.19 Đồ thị mômen 60
Hình 2.6.1 Robot phẳng 3 khâu có khớp nối đàn hồi 61
Hình 2.6.2 Đồ thị các tọa độ suy r ng ộ 63
Trang 10Hình 2.6.3 Cấu hình robot 3 khâu có khớp nối đàn hồi 63
Hình 2.6.4 Sai s ố hàm lượng giác x p x ấ ỉ 64
Hình 2.6.5 Sai số hàm lượng giác x p x ấ ỉ 65
Hình 2.6.6 Sai s ố hàm lượng giác x p x ấ ỉ 65
Hình 2.6.7 Đồ thị hàm 69
Hình 2.6.8 Đồ thị hàm 70
Hình 2.6.9 Đồ thị hàm 70
Hình 2.6.10 Đồ thị mômen 71
Hình 2.6.11 Đồ thị mômen 71
Hình 2.6.12 Đồ thị mômen 72
Hình 3.1.1 Sơ đồ hoạt động của robot 73
Hình 3.1.2 Sơ đồ điều khiển trong không gian khớp 74
Hình 3.1.3 Sơ đồ điều khiển trong không gian thao tác 75
Trang 13Bố cục của luận văn
Trang 14CHƯƠNG 1 THIẾ T L ẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘ NG
1.1 Phương trình lagrange loạ i hai c a robot có kh ủ ớp ối đàn hồ n i
Trang 16Hình 1.1 : 2 Robot nhẹ DLR LWR III 7R có khớp nối đàn hồi
Trang 18 là t suy rnh v trí c a các khâu
(1.1.3)
K
Định nghĩa 2
ng quát (complete model)
trình Lagrang II
Trang 201.2 Phương trình lagrange loại hai c a robot hai khâu và ba khâu ph ng ủ ẳ
có kh p n ớ ối đàn hồ i
Thanh l 1 1 2
Trang 22Động năng của hai khâu:
Cơ năng của hai motor
Động năng roto của hai mô tơ
Trang 25Cách 2: Thi t l ế ập phương trình Lagrange loạ i II d ng ma tr n ạ ậ
Khâu Vị trí trọng tâm Khối
Trang 30Bảng 1.2.4 Thông số Robot phẳng 3 khâu có khớp nối đàn hồi
Trang 3120
Thiết lập phương trình Lagrange loại II dạng ma trận
Trang 36CHƯƠNG 2 ĐỘ NG L C H Ự ỌC NGƯỢ C ROBOT PH NG CÓ Ẳ
Trang 3726
v trí c m thao tác còn
thao tác là :
Trang 382.1.2 Bài toán động học ngược robot
Trang 402 2 Giải bài toán động học ngược bằng phương pháp số
(2.1.5)
2.2.1 Các công thức xác định véctơ vận tốc và véctơ gia tốc suy rộng
Trang 42Ta cnh trình (2.3.9)
ta có
(2.3.17)
(2.3.18) Chú ý r ng là ma tr n c m x n,
Trang 44
c Vì vi ta tìm cách thay hàm b i hàm
d tính ) sao cho s sai khác gi a và ) càng bé càng t t Cách thay bi y g i là x p x hàm Có nhi u cách x p x khác nhau, cn mp x n nht là: X p x b
b Sự duy nhất của đa thức nội suy
Định lý: Đa thức bậc sinh ra từ bảng số (3.1.1), thỏa mãn điều kiện (3.1.2) là duy nhất
Trang 47
(2.3.9) Hãy tìm hàm
Trang 4938
nh th (2.3.15) t n t i dy nhât nghi ng th i hàm s
Trang 50 còn
f Trường hợp hệ cơ bản là hệ lượng giác
Trong th c t , nhi u khi ta g p hàm có tính ch t tu n hoàn, hàm
Trang 522 4 Giải bài toán động lực học ngược bằng phương pháp số
2.4.1 Nội dung bài toán động lực học ngược robot có khớp nối đàn hồi
Trang 53
(2.4.3)
Trang 542 5 Độ ng l c h ự ọc ngượ c robot ph ng hai khâu có kh p n ẳ ớ ối đàn hồ i
Phương trình vi phân chuyển động
hình 2.5
Trang 58Hình 2.5.5 Sai số hàm lượng giác xấp xỉ
Trang 622 5.2 Trườ ng h p qu ợ ỹ đạo điểm thao tác là đườ ng tròn
1
m thao tác E chuyng tròn tâm o
Trang 63
(5.2.1)
Trang 64m thao tác E chuyng tròn tâm , bán
Trang 6554
Hình 2.5.12 Đồ thị các tọa độ suy rộng
Hình 2.5.13 Cấu hình robot
Trang 70Hình 2.5.16 Đồ thị hàm lượng giác
Trang 7160
2.6 Độ ng l c h ự ọc ngượ c robot ph ng ba khâu có kh p n ẳ ớ ối đàn hồ i
hình 6.1
Trang 76Hình 2.6.5 Sai số hàm lượng giác xấp xỉ
Trang 8170
Trang 82Hình 2.6.10 Đồ thị mômen
Trang 8372
Trang 84CHƯƠNG 3 ĐIỀ U KHI N ROBOT PH NG CÓ KH P N Ể Ẳ Ớ ỐI ĐÀN
Trang 90-
Trang 91[5] Chu Hoàng Anh, Tính toán động lực học và mô phỏng số robot công nghiệp
dựa trên chương trình ROBOTDYN cải tiến
[11] Jalon J.G., Bayo E Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody
System/ The Real - Time Challenge Springer,Berlin 1994
[12] M.W Spong, M.Vidyasagar, Robot Dynamics and Control, John Wiley
& Sons, 1989
Trang 92[13] M W Spong, Modeling and Control of elastic joint robots, ASME-Journal
of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol.109, 1987, pp
310-319
[14] C Canudas de Wit, B Siciliano, G Bastin, Theory of Robot Control,
Springer, London 1996
[15] A.T.M Mossod, Motion and force control of flexible joint robot
manipulartor, Doctor Thesis, McMaster University, Canada 1994
[16] A.De Luca, P Lucibello, A general algorthm for dynamic feedback
linearization of robots with clastic joints, IEEE International conference on Robotics and Automation, Belgium 1998,pp 504 -510
[17] S.Nicosia and P.Tomei, A PD control law for trajectory tracking of flexible joint robots, , IFAC Robot Control, Vienna, Austria, 1991