Xây dựng mô hình và điều khiển robot ó khâu đàn hồi

Sayahkarajy et al.. Nh bƠi báo ắĐộng l c hựọc và điều khiển tay máy có khâu đàn hồi” c a nhóm tác gi Dương Xuân Biên, Chu Anh Mỳ và Phan Bùi Khôi [9].. Khi đó đ ng năng.

B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI -  XÂY DU KHIN ROBOT I LU K THUN T HÀ NI  2017 17083300079144d2d270e-6c39-4203-bfb5-a66b09f2f6d6 170833000791451b53cf2-2443-4294-875b-ee26b042d880 1708330007914a41055be-6e60-4c33-8824-033a1e1e2ced B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI -  XÂY DU KHIN ROBOT I LU K THUN T NG DN KHOA HC: PGS.TS NGUYN QUANG HOÀNG HÀ NI - 2017 L Tơi xin cam đoan ni dung đc trình bày lun văn nƠy lƠ kt qu nghiên cu ca bn thân tơi, khơng có s chép hay copy ca bt c tác gi Tôi xin t chu trách nhim v li cam đoan ca Tác gi  Đu tiên xin gửi li cm n sơu sc nht đn ngi thy đư hng dn hoàn thành lun văn nƠy: PGS.TS Nguyn Quang Hoàng Thy đư ln tn tình bo, hng dn vƠ đng viên mi tơi gặp khó khăn sut q trình làm lun văn Xin cm n gia đình vƠ bn bè, nhng ngi bên cnh đng viên giúp đỡ tơi lúc khó khăn vƠ lƠ ngun đng lc đ tơi hồn thành lun văn Hà Ni, ngƠy 16 tháng 10 năm 2017 MC LC LI CM N DANH MC CÁC T VIT TT LI NịI ĐU CHNG I TNG QUAN & NÊU VN Đ 1.1 S lc trình phát trin ca robot 1.2 Quá trình phát trin robot đƠn hi 1.2.1 Quá trình phát trin robot đƠn hi th gii 1.2.2 Tình hình nghiên cu robot đƠn hi ti Vit Nam: 13 1.3 Phm vi nghiên cu 13 1.4 Kt lun 14 CHNG II 15 XÂY DNG MƠ HÌNH ĐNG LC HC CA ROBOT Cị KHỂU ĐÀN HI 15 2.1 Tng quan v tay máy có khơu đƠn hi 15 2.2 C s lý thuyt phn tử hu hn [1],[2] 16 2.2.1 Đnh nghĩa hình hc ca phn t hu hn 17 2.2.2 Hàm xp xỉ - đa thc ni suy ậ phép ni suy 20 2.2.3 Ma trn hàm dáng 25 2.3 Xây dng ma trn khi lng vƠ đ cng ca phn tử dm đƠn hi 31 2.3.1 Ma trn khi lng phn tử dm đƠn hi .31 2.3.2 Th năng, ma trn đ cng ca phn tử đƠn hi 42 2.4 Phng trình vi phơn chuyn đng ca tay máy có khơu đƠn hi 49 2.4.1 Phng trình vi phơn chuyn đng ca robot đƠn hi đn trc tnh tin 51 2.4.2 Phng trình vi phơn chuyn đng ca robot đƠn hi đn trc quay 64 2.5 Kt lun 81 CHNG III 82 XÂY DNG B ĐIU KHIN CHO ROBOT Cị KHỂU ĐÀN HI 82 3.1 C s lý thuyt điu khin PID 82 3.1.1 Tng quan điu khin PID 82 3.1.2 Lý thuyt điu khin PID .84 3.2 C s lý thuyt điu khin trt 87 3.2.1 Tng quan v điu khin trt .87 3.2.2 Tng quát hóa: nguyên tc chung ca điu khin trt .95 3.3 Xây dng b điu khin cho robot đƠn hi 98 3.3.1 Xây dng lut điu khin PD .99 3.3.2 Xây dng lut điu khin trt 99 3.3.3 Áp dng mô cho robot đn trc đƠn hi 103 3.4 Kt lun 140 KT LUN 142 TÀI LIU THAM KHO 144  Ký hiu N FMs H thng tay máy đƠn hi (Flexible manipulator system) MIMO H thng nhiu vào nhiu (Multi input multi output) SIMO H thng vào nhiu (Single input multi output) FEM Phng pháp phn tử hu hn (Finite element method) AMM Phng pháp mơ hình gi đnh (Assumed modes method) SMC Phng pháp điu khin trt (Sliding mode control) LPM Phng pháp gp tham s (Lumped parametermethod) Mj(q) Ma trn khi lng phn tử dm th j M Ma trn khi lng toàn khâu MA Ma trn khi lng vt nặng gn ti đim A ca dm MB Ma trn khi lng vt nặng gn ti đim B ca dm Kj Ma trn đ cng phn tử dm th j K Ma trn đ cng tồn khâu C(q,q Ma trn qn tính Coriolis ca khâu Gj Ma trn trng lc ca phn tử dm j G Ma trn trng lc ca toàn khâu Zj Ma trn jacobi chuyn đi q Ta đ suy rng toàn khâu qj Ta đ suy rng phn tử dm j qe Ta đ suy rng đƠn hi qr Ta đ suy rng gia trc ta đ dm vi trc ta đ c đ  Trong s nghip cơng nghip hóa, hin đi hóa đt nc vn đ t đng hóa có vai trị đặc bit quan trng Nhằm nâng cao sut dây chuyn công ngh, nâng cao cht lng kh cnh tranh ca sn phẩm, ci thin điu kin lao đng địi hỏi h thng sn xut phi có tính linh hot cao Robot công nghip, đặc bit nhng tay máy robot b phn quan trng đ to nhng h thng Tay máy robot đư có mặt sn xut t nhiu năm trc, ngày đư đc sử dng  nhiu lĩnh vc sn xut, xut phát t nhng u đim ca tay máy robot đc đúc kt li trình sn xut, làm vic, cho thy tay máy robot có nhng tính mƠ ngi khơng th có đc, ví d nh kh lƠm vic n đnh có th làm vic mơi trng đc h Do vic đu t nghiên cu, ch to nhng loi tay máy robot phc v cho cơng cuc t đng hóa sn xut rt cn thit cho hin ti vƠ tng lai Vi tc đ phát trin ca ngành robotics, hin đư xut hin rt nhiu loi robot vi tính đa dng Mt yu t hƠng đu đ la chn robot tc đ vƠ giá thƠnh Do robot có khơu đƠn hi lƠ mt hng nghiên cu có th đáp ng đc tiêu chí Vi robot có khơu đƠn hi tc đ ca robot s đc ci thin khi lng hay quán tính ca tay máy nhỏ Tuy nhiên, dao đng thng xut hin đ cng ca khâu nhỏ Vn đ điu khin gim dao đng cho tay máy đƠn hi hin thu hút đc s quan tâm ca nhiu nhà nghiên cu Đ thit k thử nghim b điu khin mơ hình hóa khơu đƠn hi hay c h tay máy đƠn hi đóng mt vai trị quan trng Do đ tƠi ắXây du khin robot có i” có Ủ nghĩa thc tin bi cnh cơng nghip hóa hin Lun văn có th cịn nhiu thiu sót, em rt mong s nhn đc nhiu ý kin đóng góp, b xung ca thy, đ hồn thin hn na đ tài Em xin chân thành cm n!  NG QUAN & NÊU  1.1 c trình phát trin ca robot Thut ng ắRobot” xut phát t ting CH Séc (Czech) ắRobota” có nghĩa lƠ cơng vic tp dch v kch Rossum’s Universal Robots ca Karel Capek, vƠo năm 1921 Trong v kch này, Rossum trai ca ông ta đư ch to nhng chic máy gn ging vi ngi đ phc v ngi Có l lƠ mt gi Ủ ban đu cho cá nhà sáng ch kỹ thut v nhng c cu, máy móc bt chc hot đng c bp ca ngi Đu thp kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) qung cáo mt loi máy t đng vn vƠ gi lƠ ắNgi máy công nghip” (Industrial Robot) NgƠy ngi ta đặt tên ngi máy công nghip (hay robot công nghip) cho nhng loi thit b có dáng dp mt vài chc nh tay ngi đc điu khin t đng đ thc hin mt s thao tác sn xut V mặt kỹ thut, nhng robot công nghip ngày nay, có ngun gc t hai lĩnh vc kỹ thut đi sm hn lƠ c cu điu khin t xa (Teleoperators) máy công c điu khin s (NC - Numerically Controlled machine tool) Các c cu điu khin t xa (hay thit b kiu ch-t) đư phát trin mnh chin tranh th gii ln th hai nhằm nghiên cu vt liu phóng x Ngi thao tác đc tách bit khỏi khu vc phóng x bi mt bc tng có mt vài cửa quan sát đ có th nhìn thy đc cơng vic bên Các c cu điu khin t xa thay th cho cánh tay ca ngi thao tác; gm có mt b kẹp  bên (t) hai tay cm  bên (ch) C hai, tay cm b kẹp, đc ni vi mt c cu sáu bc t đ to v trí vƠ hng tuỳ ý ca Tay cm b kẹp C cu dùng đ điu khin b kẹp theo chuyn đng ca tay cm Vào khong năm 1949, máy công c điu khin s đi, nhằm đáp ng yêu cu gia công chi tit ngành ch to máy bay Nhng robot đu tiên thc cht s ni kt gia khơu c khí ca c cu điu khin t xa vi kh lp trình c máy cơng c điu khin s Di đơy s đim qua mt s thi đim lch sử phát trin ca ngi máy công nghip Mt nhng robot công nghip đu tiên đc ch to robot Versatran ca công ty AMF, Mỹ Cũng vƠo khong thi gian ny  Mỹ xut hin loi robot Unimate 1900 đc dùng đu tiên kỹ ngh ôtô Tip theo Mỹ, nc khác bt đu sn xut robot công nghip: Anh 1967, Thy Đin Nht 1968 theo bn quyn ca Mỹ; CHLB Đc -1971; Pháp - 1972;  Ý - 1973 Tính lƠm vic ca robot ngƠy cƠng đc nâng cao, nht kh nhn bit xử lỦ Năm 1967  trng Đi hc tng hp Stanford (Mỹ) đư ch to mu robot hot đng theo mơ hình ắmt-tay”, có kh nhn bit vƠ đnh hng bàn kẹp theo v trí vt kẹp nh cm bin Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đa loi robot đc điu khin máy vi tính, gi robot T3 (The Tomorrow Tool: Cơng c ca tng lai) Robot có th nơng đc vt có khi lng đn 40 kg Có th nói, Robot s t hp kh hot đng linh hot ca c cu điu khin t xa vi mc đ ắtri thc” ngƠy phong phú ca h thng điu khin theo chng trình s nh kỹ thut ch to b cm bin, công ngh lp trình phát trin ca trí thơng minh nhân to, h chuyên giaầ Trong nhng năm sau này, vic nơng cao tính hot đng ca robot khơng ngng phát trin Các robot đc trang b thêm loi cm bin khác đ nhn bit môi trng xung quanh, vi nhng thành tu to ln lĩnh vc Tin hc Đin tử đư to th h robot vi nhiu tính đăc bit S lng robot ngày cƠng gia tăng, giá thƠnh ngƠy cƠng gim Nh vy, robot cơng nghip đư có v trí quan trng dây chuyn sn xut hin đi 1.2 Quá trình phát trii 1.2.1 Quá trình phát triàn hi th gii a, Các cơng trình khoa học, báo robot đàn hồi Hin th gii vic nghiên cu tay máy robot đc coi mt lĩnh vc rt quan trng công nghip Vic nghiên cu đc sơu vƠo hai mng tay máy robot cng vƠ tay máy robot đƠn hi (Flexible manipulator system-FMs)