Mô hình hóa và khảo sát sai số của robot công nghiệp (Tóm tắt)

Đã xây dựng được giải thuật tính toán, khảo sát sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác robot: Xác định sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác tác theo sai số hình học, động học c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ ANH TUẤN

MÔ HÌNH HÓA VÀ KHẢO SÁT SAI SỐ CỦA

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 62520103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – Năm 2013

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Phan Bùi Khôi

2 GS TS Trần Văn Địch Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Phản biện 3: ………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp

Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội

- Thư viện Quốc gia

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

[1] Phan Bùi Khôi, Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Quang Hưng (2011)

Nâng cao khả năng công nghệ cho robot hàn bằng đồ gá di động Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Toàn quốc về

Cơ khí nhân dịp kỷ niệm 55 năm thành lập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 10.2011

[2] Phan Bùi Khôi, Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Quang Hưng (2011)

Khảo sát sai số vị trí của robot hàn điểm Tuyển tập công trình

Hội nghị Khoa học Toàn quốc về Cơ khí nhân dịp kỷ niệm 55 năm thành lập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 10.2011 [3] Phan Bùi Khôi, Nguyễn Văn Trường, Nguyễn Quang Hưng,

Đỗ Anh Tuấn (2012) Khảo sát động học robot tác hợp ứng dụng trong hàn tự động Tuyển tập công trình khoa học Hội

nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 9, 12.2012, trang 7-18

[4] Phan Bùi Khôi, Đỗ Anh Tuấn , Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn

Chí Linh (2012) Khảo sát động học robot hàn di động ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu thủy Tuyển tập công trình khoa học

Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 9, 12.2012, trang 271-279 [5] Phan Bùi Khôi, Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn

Chí Linh (2013) Khảo sát độ chính xác của robot cấu trúc nối tiếp chuỗi hở Tuyển tập công trình khoa học Hội nghị Khoa

học và Công nghệ toàn quốc về Cơ khí lần thứ III, 04.2013

bỏ qua sai số bậc cao khi tính toán giúp cho kết quả khảo sát

ảnh hưởng của sai số tới sai lệch cũng như xác định sai số

khi biết được sai lệch sẽ chính xác hơn

3 Đã xây dựng được giải thuật tính toán, khảo sát sai lệch vị trí

và hướng của khâu thao tác robot: Xác định sai lệch vị trí và

hướng của khâu thao tác tác theo sai số hình học, động học

của các khâu, khớp trung gian Bài toán được áp dụng khảo

sát cho các mô hình robot công nghiệp có cấu trúc khác nhau

4 Đã thiết lập được quan hệ về mặt toán học và vận dụng được

phương pháp hiện đại là thuật toán di truyền để giải bài toán

nhiều nghiệm, xác định sai số trong các khâu, khớp trung

gian của robot theo sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác

Là tiền đề cho việc bù sai số để nâng cao độ chính xác robot

5 Xây dựng được bộ chương trình để giải bài toán động học và

tính toán sai số, áp dụng cho các loại mô hình robot công

nghiệp phổ biến có cấu trúc khác nhau

Kiến nghị hướng phát triển của đề tài:

1 Tiếp tục phát triển phương pháp và khảo sát ảnh hưởng của

sai số phi hình học Tạo ra công cụ đánh giá sai số và độ

chính xác cho các loại robot khác như robot tác hợp, robot di

động, robot dạng người, máy công cụ điều khiển số…

2 Nghiên cứu, thiết lập và sử dụng hệ thống đo để xác định sai

lệch vị trí và hướng của khâu thao tác, tạo cơ sở dữ liệu cho

việc hiệu chuẩn một robot cụ thể

3 Xây dựng phần mềm, mô đun chương trình tính toán và điều

khiển robot đạt độ chính xác cao Xây dựng phần mềm lập

trình ngoại tuyến (off-line programming) cho robot

4 Xây dựng thuật toán bù sai số cho robot

5 Tạo công cụ thương mại phục vụ hiệu chuẩn robot Chế tạo

robot có độ chính xác tốt hơn

6 Nghiên cứu phương pháp, công cụ xác định lượng bù sai số

trực tiếp cho kỹ thuật điều khiển trực tuyến robot, máy công

cụ điểu khiển số để nâng cao năng suất, chất lượng

1

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Khâu thao tác của robot thực hiện chuyển động trong không gian khi thực hiện thao tác công nghệ Chuyển động của khâu thao tác là tổng hợp chuyển động của các khâu của robot Vị trí và hướng của khâu thao tác được xác định bởi các tham số đặc trưng cho kích thước hình học (gọi là các tham số hình học) của robot và các tham

số động học đặc trưng cho chuyển động của các khâu Thực tế, các tham số hình học và động học của robot luôn tồn tại các sai số Các sai số này ảnh hưởng đến độ chính xác định vị của khâu thao tác về

vị trí và hướng của nó Do đó ảnh hưởng đến độ chính xác thao tác công nghệ của robot

Ngày nay robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp và cả trong dịch vụ phục vụ Việc đảm bảo và nâng cao độ chính xác của robot khi thực hiện thao tác công nghệ là một đòi hỏi ngày càng cao Đã có các công trình nghiên cứu

về độ chính xác của robot, về sai số hình học, động học của robot, song vẫn còn rất nhiều vấn đề về độ chính xác, về sai số của robot công nghiệp cần phải tiếp tục nghiên cứu Do vậy đề tài “Mô hình hóa và khảo sát sai số của robot công nghiệp” được tác giả lựa chọn trong khóa học nghiên cứu sinh

Mục đích nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của sai

số của các khâu, khớp trung gian đến sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác robot, hoặc ngược lại, xác định giá trị các sai số của các khâu, khớp trung gian khi đã xác định được sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác, là cơ sở để đảm bảo độ chính xác của robot

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là robot công nghiệp dạng tay máy có cấu trúc nối tiếp chuỗi hở, cấu trúc mạch vòng và cấu trúc song song

Phạm vi nghiên cứu: theo nhiều tài liệu đã được công bố tác giả thấy rằng ảnh hưởng của sai số hình học, động học lớn hơn nhiều so với sai số phi hình học (biến dạng đàn hồi, giãn nở nhiệt, độ mềm )

Do vây, nội dung luận án tập trung nghiên cứu về các sai số hình học,

động học

Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 05 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về robot và độ chính xác của robot Trình

bày khái quát về robot công nghiệp, về sai số và độ chính xác, phân

tích ảnh hưởng của sai lệch khâu thao tác của robot tới chất lượng sản

phẩm và trình bày một số nghiên cứu trong và ngoài nước về sai số

trong robot

Chương 2: Khảo sát động học robot công nghiệp Trình bày cơ

sở khảo sát động học robot công nghiệp, thiết lập phương trình động

học robot, xây dựng giải thuật và chương trình tính toán động học

thuận và động học ngược của robot Khảo sát động học của một số

robot

Chương 3: Sai số và phương pháp mô hình hoá sai số Trong

chương này của luận án trình bày các nguồn gây ra sai số hình học,

động học trong khâu, khớp robot Đưa ra các mô hình sai số của

khâu, khớp robot, xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ

giữa sai số của các tham số hình học, động học của khâu, khớp và sai

lệch vị trí, hướng khâu thao tác của robot

Chương 4: Khảo sát sai số robot công nghiệp Đưa ra thuật toán

và chương trình để khảo sát sự ảnh hưởng của sai số hình học, động

học của khâu, khớp tới sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác

Chương 5: Nghiên cứu phương pháp xác định sai số hình học,

động học của khâu, khớp robot Tiến hành thiết lập mối quan hệ về

mặt toán học và vận dụng công cụ hiện đại để tìm giá trị của các sai

số hình học, động học trong các khâu, khớp khi đã xác định được sai

lệch vị trí và hướng của khâu thao tác

Cuối cùng là phần Kết quả và bàn luận; Kết luận và kiến nghị:

trình bày những kết quả đạt được, những kết luận quan trọng và

những hướng phát triển của đề tài

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

Xây dựng được giải thuật và chương trình tính toán động học của

một số mô hình robot công nghiệp phổ biến, tiêu biểu

23 rộng thêm dữ liệu các điểm đo để nâng cao tính chính xác cho lời giải

Phương pháp xác định sai số là hết sức có ý nghĩa trong việc hiệu chuẩn lại robot để nâng cao độ chính xác, nâng cao đặc tính làm việc

và thời gian sử dụng robot Với kết quả này, nếu phát triển được một

hệ thống đo hoàn chỉnh để xác định được sai lệch vị trí và hướng của robot, ta có thể xác định cả sai số hình học, động học trong các khâu, khớp trung gian của robot công nghiệp và sẽ đưa ra lượng bù sai số của các tham số đó

Việc bù sai số có thể thực hiện trực tiếp trên bộ điều khiển bằng cách cập nhật lại các tham số cấu trúc trong bộ điều khiển, khi đó các tham số của mô hình điều khiển sẽ đúng với tham số cấu trúc thực của robot đã được chế tạo Hoặc ta cũng có thể cập nhật tham số cấu trúc thực tế của robot vào chương trình giải bài toán động học ngược, khi đó lời giải bài toán sẽ cho ta giá trị các biến khớp điều khiển được chính xác

Đề xuất thuật toán hiệu chuẩn robot công nghiệp Có thể phát triển thuật toán này để có thể xác định sai số cho các máy công cụ điều khiển số để hiệu chuẩn, nâng cao độ chính xác cho máy công cụ

KẾT LUẬN

Luận án đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu để đạt được mục đích đặt ra

Những kết quả đạt được và những đóng góp mới của luận án trong nghiên cứu về sai số và độ chính xác của robot cấu trúc nối tiếp chuỗi

hở, cụ thể là:

1 Vận dụng sáng tạo phương pháp mô hình hóa: sử dụng các tọa độ thuần nhất, ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất, phương pháp ma trận truyền, phương pháp tam diện trùng theo, công

cụ tin học để thiết lập và giải bài toán động học thuận và ngược cho một số mô hình robot công nghiệp phổ biến có cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp

2 Xây dựng được mô hình sai số biểu diễn mối quan hệ giữa sai số hình học, động học của các khâu, khớp trung gian và sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác cho một số robot công nghiệp có cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp mà không

G

như

Sai

lệch

dr px

dr py

dr pz

dp x

dp y

dp z

K

quả

Hìn

s

Kết quả xác định

Giả sử bằng dụn

ư Bảng 5-4:

Bảng 5

Điểm

đo 1

Điểm

đo 2

Đ 2,372 1,34 0

3,59 0,25 1

1,29 1,905 0

0,014 0,12 0

0,092 0,035 0

0,043 0,024 0

Kết quả tính toán

lời giải nhanh,

Hình 5-5: Kết qu

số cho robot

nh 5-6: Kết quả xác

sai số robot 6 bậc tự

22

h sai số bằng GA

ng cụ đo, ta có dữ

5-4

Điểm

đo 3

Điểm

đo 4

Điểm

đo 5 0,567 3,052 2,045 1,095 2,25 3,250 0,625 1,925 1,040 0,02 0,056 0,026 0,005 0,250 0,006 0,022 0,030 0,067

n như Hình 5-6 và

5.4 Kết

Đã th học và v giải thuậ đơn giản cho bà

uả xác định sai

2 bậc tự do

định

do

khâu 1

dq -0.0027

da 0.0311

dd -0.0462

dα 0.0007

Bảng 5-5

như Hình 5-5 và

5.3.1.2 X hình học, động

tự do

Xét robot với các tham 2.4.1.3

ữ liệu đo sai lệch

đ

m Điểm

đo 6

Điểm

đo 7

Đ đ

5 1,925 1,06 1

0 2,06 4,263 0

0 0,036 3,025 0

6 0,07 0,05 0

6 0,006 0,025 0

7 0,021 0,09 0

à Bảng 5-5:

luận chương

hiết lập được quan vận dụng được cô

ật di truyền, cho

ài toán nhiều ngh

Bảng 5-3: Giá động học của

khâu

dl

dq

2 3 0.0019 -0.0031 -0 -0.0537 -0.0098 0 0.0010 0.0003 0 0.0000 0.0000 0

5 Kết quả xác định sa hình học, động

à Bảng 5-3:

Xác định sai số

g học cho robot 6

t như Hình 2-13

số như mục

h tại 10 điểm đo

đo

Điểm

đo 8

Điểm

đo 9

Điểm

đo 10 1,025 0,04 1,592 0,975 0,36 2,058 0,252 2,062 2,952 0,005 0,024 0,028 0,028 0,05 0,036 0,05 0,061 0,052

5

n hệ về mặt toán ông cụ hiện đại

-o phép nhận kết hiệm, có thể mở

trị sai số hình học, robot 2 bậc tự do

1 2 -0.03 -0.02 0.005 0.004

4 5 6 0.0046 0.0052 0.0036 0.0003 0.0017 0.0007 0.0026 -0.0003 0.0826 0.0000 0.0010 0.0000

ai số của 24 tham số

g học

c

o

m

0

2

8

2

8

6

2

n

-

t

ở

6

7

6

0

3 Xây dựng được mô hình sai số hình học, động học của một số cấu trúc robot công nghiệp phổ biến, phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu về vấn đề sai số trong robot công nghiệp

Mô hình sai số cho phép xác định, đánh giá hoặc dự đoán được độ chính xác của robot trên cơ sở phạm vi sai số của các khâu, khớp robot đã được xác định, giúp cho người thiết kế đề ra yêu cầu về dung sai của các khâu của robot một cách hợp lý trong quá trình thiết

kế chế tạo nhằm đạt được điều kiện giới hạn về sai lệch của khâu thao tác

Ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả của luận án: Giải thuật và chương trình tính toán khảo sát động học; mô hình sai số hình học, động học; giải thuật và chương trình xác định sai số cho phép ứng dụng khi tính toán thiết

kế, chế tạo robot công nghiệp nhằm đảm bảo cho robot đạt độ chính xác tốt hơn

1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ROBOT

1.1 Giới thiệu cấu trúc robot công nghiệp 1.2 Thao tác của robot công nghiệp 1.3 Độ chính xác của robot công nghiệp 1.3.1 Tổng quan về sai số và độ chính xác của robot

1.3.1.1 Tổng quan về sai số

Robot được cấu tạo từ bộ phận khác nhau, khi chế tạo và thiết lập các bộ phận thì không thể tránh khỏi những sai số, sai lệch, do vậy trong robot cũng tồn tại các sai số Có nhiều nguyên nhân gây sai số:

- Dung sai chế tạo: tạo ra sai lệch kích thước dài, kích thước góc, khe hở

- Biến dạng đàn hồi, giãn nở nhiệt: do vật liệu chủ yếu chế tạo

là kim loại nên có tính đàn hồi và giãn nở nhiệt làm thay đổi kích thước, hình dạng chi tiết

- Phần mềm, chương trình tính toán: do làm tròn số, phép tính xấp xỉ

- Rung động, sai số trong các cảm biến, hệ thống đo

số p

độn

kích

hình

giãn

1.3.1

Đ

hướ

các

T

điểm

q', L

D

số n

1.3

S

hướ

theo

dụn

1.4

C

học

phư

phân

dễ d

Phư

từ p

phư

Phân loại các sai

phi hình học [10,

ng học là các sai

h thước dài, kích

h học là các sai

n nở nhiệt, ma sát

1.2 Độ chính xác

Độ chính xác củ

ớng khâu thao tác

khâu, khớp robo

Hình 1-1:

Từ Hình 1-1 a ta

m p khi L và q kh

L' nên vị trí của đ

Do vậy, cần nghi

nhằm làm tăng độ

.2 Ảnh hưởng

Sai số trong các

ớng của khâu tha

o quỹ đạo mong m

ng robot

Một số nghi

Các nghiên cứu

, động học Có

ương pháp thứ nh

n ma biến đổi tọa

dàng tính toán th

ương pháp thứ ha

phương trình độn

ương pháp này cò

4

i số trong robot:

, 13, 17, 19, 20,

số do dung sai c thước góc, khe h

số do tải trọng, l

t

của robot

ủa robot phản ản

c, mức độ sai lệch

ot Để làm rõ hơn

Mô hình robot 1 khâ

xác định được tọ hông có sai số T điểm đầu mút cuố iên cứu về sai số

ộ chính xác cho r

của sai số tro

khâu, khớp trung

o tác, làm cho qu muốn, ảnh hưởn

iên cứu về độ

trên thế giới ch hai phương phá hất, mô hình sai s

a độ thuần nhất v

hì bỏ qua các phầ

ai, mô hình sai số

ng học, các ngh

òn ít và mới chỉ

sai số hình học,

23, 25, 27, 30]

chế tạo, lắp ráp g

hở của các khâu, lực tác dụng, biế

nh qua mực độ s

h lại phụ thuộc gi

n vấn đề trên, ta x

âu và mô hình toán c

ọa độ x p và y p biể Trên Hình 1-1 b,

ối sẽ là p'

trong robot để c robot

ong robot

g gian sẽ gây ra

uỹ đạo khâu thao

g tới chất lượng

chính xác của

hủ yếu tập trung

áp để thiết lập m

ố phổ biến là phư

và khi thiết lập m

ần tử ở thứ hạng

ố bằng cách lấy v hiên cứu về mô h dừng lại biểu di

động học và sai Sai số hình học, gây ra sai lệch về khớp Sai số phi

ến dạng đàn hồi,

sai lệch vị trí và

iá trị sai số trong xét ví dụ sau:

của nó

ểu diễn vị trí của

c và d do có sai,

ó thể khử, bù sai

sai lệch vị trí và

o tác không bám sản phẩm khi sử

robot

vào sai số hình

mô hình sai số:

ương pháp lấy vi

mô hình sai số, để

g từ bậc 2 trở đi

vi phân trực tiếp hình sai số theo iễn mối quan hệ

i ,

ề

i ,

à

g

a ,

i

à

m

ử

h

i

ể

p

o

ệ

G Alg chọn tiểu điểm H thươ Too đượ đầu biến lai crite

sử d giản khô

5.3

5.3.1

X 5-4, học thướ M phân sau:

dx dy

 

 

G tại 5 liệu

Giải thuật di truy gorithm – GA) là

n lọc tự nhiên v

u toàn cục ngay

m uốn, các cực ti Hiện nay, GA đ ơng mại, trong lu

ol trong phần mềm

ợc viết trong matl của quần thể (in n; phương pháp ghép; phương p eria): dung sai độ dụng giải thuật d

n là robot có 2 k ông gian làm việc

Ứng dụng g khâu, khớp

1.1 Xác định sai s cho robot 2 bậ

Xét robot 2 khớp , do vậy ta chỉ xác định vị trí

ớc: l 1 = 100 mm;

Mô hình sai số th

n trực tiếp phươ :

cos( ) sin( ) sin(

sin( ) los( ) cos(

q l q l q

q l c q l q



 Giả thiết bằng dụ

50 vị trí khác kh

u đo sai lệch

21 yền hay còn gọi

à thuật toán tối

à tiến hóa di truy

cả khi hàm mục

ểu địa phương, c

đã được tích hợ uận án này tác gi

m Matlab 2010, t lab, kích cỡ quần nitial population) lựa chọn bố mẹ pháp đột biến và

ộ thích nghi, số th

di truyền xác định khâu phẳng và m

c ba chiều

giải thuật di tru robot

số hình học, động h

ậc tự do

p quay phẳng như

có phương trình

í của robot Các

l 2 =150 mm

heo phương pháp ơng trình động h

) cos( ) sin(

) sin( ) os( )

q q q l q q

q q q l c q q

ụng cụ đo, ta đo hau Bảng 5-2 là

i là thuật toán di

ưu ngẫu nhiên yền GA cho phé

c tiêu có nhiều các cực đại địa ph

ợp sẵn trong mộ

iả sử dụng công

ta chỉ cần khai b

n thể (population ); xác suất lai gh (method to selec

à các điều kiện

hế hệ Dưới đây

h sai số cho: một

ột trường hợp ro

uyền xác định s

học

ư Hình

h động

c kích

p vi học như

1

2

2

) )

dl dq dl dq

 

 

 

  (5.15)

được sai lệch một phần dữ

Hình 5-4: R Bảng lệc

i truyền (genetic dựa trên cơ chế

ép tìm được cực cực trị gồm các hương

ột số phần mềm

cụ Optimization

áo hàm mục tiêu size); giá trị ban hép; xác suất đột

ct parents); cách dừng (stopping

y là ví dụ kết quả

t trường hợp đơn obot 6 bậc tự do,

sai số của

Robot 2 bậc tự do

g 5-2: Dữ liệu đo sai

ch theo trục x và y:

c

ế

c

c

m

n

u

n

t

h

g

ả

n ,

i

j

de X X (5.1)

e: gia số sai lệch biểu diễn bởi hiệu số giữa sai lệch thực tế de R j

của robot so với sai lệch từ mô hình sai số de M Khi đó ta có:

e de de de Jde (5.2)

Tại mỗi vị trí ta đó 6 giá

trị sai lệch: dr px,dr py,dr pzvà

, ,

dp dp dp trong khi số ẩn

cần tìm là các sai số lớn, nên

ta cần có số điểm đo đủ lớn

để có nhiều phương trình và

cũng là để khử sai số ngẫu

nhiên của dụng cụ đo, sai số

khi đọc kết quả đo Sau khi

có dữ liệu đo, ta lập bảng theo cấu trúc mảng như Bảng 5-1

Như vậy, để tìm véc tơ de trong phương trình (5.2) ta cho gia số

sai lệch e tiến về 0 Khi đó bài toán sẽ trở về vấn đề “tìm nghiệm của

phương trình”: Jde de R J (5.3)

Do J không phải là ma trận vuông nên không thể tính nghịch đảo

trực tiếp được, nhiều tác giả sử dụng phương pháp ma trận giả nghịch

đảo (hay tựa nghịch đảo) để giải (5.3) Luận án đưa ra phương pháp

khác, bằng việc sử dụng công cụ tối ưu hóa để tìm nghiệm cho bài

toán nhiều nghiệm, nhiều phương trình

5.1.1 Phương pháp ma trận tựa nghịch đảo

Moore-Penrose

5.1.2 Phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính kết

hợp giải thuật di truyền

Theo phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính ta thiết lập

được hàm mục tiêu bình phương tối thiểu trung bình L như sau:

2 1

( j ) 0 j 1, 2, ., m

m

R j j



Sử dụng công cụ giải thuật di truyền ta sẽ tìm được nghiệm de

5.2 Giải thuật di truyền

Sai lệch

Điểm

đo 1

Điểm

đo 2

… Điểm

đo m

Bảng 5-1 Bảng dữ liệu đô sai lệch ở những điểm khảo sát

5 sai lệch vị trí với các sai số của khâu, khớp, chưa biểu diễn đầy đủ cả sai lệch vị trí và hướng

Ở trong nước, hiện tại các nghiên cứu được công bố chủ yếu là đưa ra mô hình và đi tìm lời giải bài toán động học, động lực học phục vụ điều khiển chuyển động mà chưa có nhiều nghiên cứu sâu về

mô hình hóa và khảo sát sai số của robot công nghiệp cũng như là phương pháp xác định giá trị sai số khi biết được sai lệch vị trí và hướng của robot

1.5 Hướng nghiên cứu của đề tài

Phân tích các nguồn sai số trong robot, dựa trên phương pháp lấy

vi phân phương trình động học để thiết lập mô hình sai số biểu diễn mối quan hệ của các sai số trong các khâu, khớp robot với cả sai lệch

vị trí và hướng cho ba cấu trúc robot công nghiệp phổ biến: nối tiếp chuỗi hở, mạch vòng và song song Đưa ra giải thuật, chương trình

để khảo sát động học, khảo sát ảnh hưởng của sai số và xác định giá trị sai số khi đã xác định được sai lệch vị trí và hướng

1.6 Kết luận chương 1

Qua kết quả nghiên cứu tài liệu đã được công bố tác giả thấy rằng cần tiếp tục nghiên cứu để làm rõ về vấn đề sai số trong robot và đưa

ra được mô hình sai số biểu diễn đầy đủ cả sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác cho một số robot công nghiệp có cấu trúc phổ biến Thiết lập phương trình động học, đưa ra thuật toán, chương trình giải bài toán động học, khảo sát ảnh hưởng của sai số trong khâu, khớp trung gian tới sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác Thiết lập quan hệ về mặt toán học và vận dụng công cụ hiện đại để xác định sai

số khi đã xác định được sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác

2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP 2.1 Cơ sở khảo sát động học robot

2.1.1 Tọa độ thuần nhất và ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất

2.1.2 Ma trận truyền 2.1.3 Phương pháp tam diện trùng theo

Tùy thuộc vào đối tượng công nghệ, nhiệm vụ công nghệ mà robot cần thực hiện ta sẽ có được quỹ đạo công nghệ, khi khâu thao

tác t

sao

khâu

thao

C

một

Các

mỗi

tượn

đượ

trình

M

diện

của

tại m

k k

 

diện

Á

giải

2.2

2.2

-0

thực hiện thao tá

cho vị trí của đi

u thao tác di chu

o tác được xác đị

Chia quỹ đạo cô

t

c tham số hình họ

i điểm cụ thể tr

ng công nghệ đư

ợc tập hợp theo

h này gọi là số hó

Mặt khác, ở đầu

n vuông    Đk k k

dụng cụ thao tác

mỗi điểm thuộc q

kkphải trùng nh

n trùng theo Ta c

f f f k k

    

Hình 2-1

Áp dụng điều kiệ

i phương trình độ

Thiết lập ph

.1 Ma trận trạn

- Theo tọa độ t

0

p

T

T

6

ác công nghệ thì iểm tác động cuố uyển trên quỹ đạ

nh bởi yêu cầu k

ng nghệ thành

ọc (vị trí gốc tam

ên quỹ đạo côn ược xác định đố trình tự và lưu

óa (mô hình hóa)

u mút của dụng c

Để thực hiện lên

c và hướng của d quỹ đạo công ngh hau Phương phá

có điều kiện công

kk

1: Tam diện vuông gắ

ện công nghệ (2

ộng học robot côn

hương trình độ

ng thái khâu th

thao thác:

( , , ) ( , , ( , , ) ( , , ( , , ) ( , ,













vị trí và hướng c

ối của dụng cụ th

ạo công nghệ và

kỹ thuật

m diện và hướng c

g nghệ phụ thuộ

ối với một hệ qu dưới dạng một f ) quỹ đạo công ng

cụ thao tác ta cũ đối tượng công n dụng cụ thao tác

hệ, nghĩa là hai t

áp này gọi là ph

g nghệ:

ắn điể

.18) sẽ giúp cho

ng nghiệp một cá

ộng học robot hao tác của rob

13 23 33

, ) ( , , ) , ) ( , , ) , ) ( , , )

p p p













của nó di chuyển hao thác gắn trên hướng của khâu

i điểm

f f f

   của tam diện) tại

ộc vào từng đối

uy chiếu nào đó file dữ liệu, quá ghệ

ũng gắn một tam nghệ thì đầu mút phải trùng khớp tam điện

f f f

   hương pháp tam

(2.18)

việc thiết lập và ách thuận tiện

bot

(2.19)

n

n

u

m

i

i

ó

á

m

t

p

m

à

K Hìn điểm 4- b điểm

x, y,

4.4

Đ sát c phỏ C hưở Việ mới sai c

bổ d khi chín

5.

5.1

thứ phư học hướ

Kết quả nhận đư

nh 4- mô tả sự l

m tác động cuối biểu diễn sai lệch

m tác động cuối

, z

Hình 4-5: Sa

Kết luận chư

Đã xây dựng đượ cho một số trườn ỏng động cho thấy

Có thể thực hiện ởng sai số của từn

c khảo sát sai số

i, thông qua kết q chế tạo, lắp ráp c dung sai chế tạo ở chế tạo để hạ gi

nh xác cần thiết

NGHIÊN CỨU HỌC, ĐỘNG H

Cơ sở phươ

j R

de : véc tơ sai l j; X cj: véc tơ v ương trình động h

là các giá trị dan ớng thực tế của kh

x)

19 ược biểu diễn trên ệch của quỹ đạo (mũi hàn) Hình

h về giá trị tọa độ theo các phương

ai lệch về quỹ đạo đi

ương 4

ợc chương trình

ng hợp cụ thể Kế

y tính chính xác v

n với số lượng tí

ng tham số đến s

ố rất ý nghĩa tro quả khảo sát ta có các khâu, khớp ro

ở các khâu, khớp

iá thành sản phẩ

PHƯƠNG PHÁ HỌC CỦA KHÂ ơng pháp xác đ

ệch vị trí và hướ

vị trí và hướng học của robot ứng

nh nghĩa (không hâu thao tác của r

y)

n

o

h

ộ

g

iểm tác động cuối củ

khảo sát sai số

ết quả khảo sát đ

và tin cậy

ính toán đủ lớn

ai lệch vị trí và h ong quá trình thi

ó thể điều chỉnh obot và cũng có t

p sao cho hài hòa

m mà vẫn đảm b

ÁP XÁC ĐỊNH

ÂU, KHỚP ROB định sai số củ

ớng thực tế của r của khâu thao t

g với các tham số

có sai số) và X mj

robot tại điểm đo

ủa robot

Tiến hành khảo được dùng để mô

để đánh giá ảnh hướng của robot iết kế một robot yêu cầu về dung thể cân đối, phân

a, dễ đạt dung sai bảo robot đạt độ

SAI SỐ HÌNH BOT

a khâu, khớp

obot tại điểm đo tác được tính từ

ố động học, hình

j: véc tơ vị trí và

o j Khi đó:

Hình 4-4: Sa lệch về quỹ đạo điểm tác động cuối củ robot

z)

o

ô

h

t

g

n

i

ộ

o

ừ

h

à

ai ỹ

c

ủa

T

khả

khá

hưở

trí v

K

phỏ

4.3

M

tham

10,

(i=1

1

da

Đồ thị sai lệch vị trí

Đồ

Tương tự như vậ

o sát cho nhiều

c nhau để đán

ởng của sai số đến

và hướng

Kết quả khảo

ỏng động để kiểm

Khảo sát sa

Mô hình robot hà

m số động học củ

a 3 = 132,89; d 3 =

1,6) là các biế

2

3mm da, 4mm

x)

x)

Hình 4-2: Mô p

18

khâu thao tác (1 – xa

thị sai lệch về hướng

ậy, ta có thể trường hợp

nh giá ảnh

n sai lệch vị

sát được mô

m chứng

ai số trong robo

àn hồ quang đã đ

ủa robot: a 1 = 209

= 38,7; d 4 = 61,5

ến khớp Giả

4

y)

y)

phỏng kiểm tra sai lệ khi không có sai

anh: chính xác, 2 - đ

g của khâu thao tác

ot hàn hồ quan

được chỉ ra ở Chư

9,38; d 1 = 401,5;

; d 6 = 396,2 (đơn

thiết sai sai tr

Hình 4-1: Mô hì thân xe và quỹ đ

ệch của khâu thao tá

số, b - khi có sai

đỏ: khi có sai số)

ng

ương 2 Cho các

a 2 = 580,3; d 2 =

n vị là mm) và q i

rong các khâu:

3mm

ình robot hàn đạo các điểm

z)

z)

c do sai số a –

c

=

i

-2.2

T khâu

H T



















V

2.2

X tác:

X

“020

M khâu

0

T robo

- Theo cấu trúc

.2 Phương trìn

Từ (2.19) và (2.2

u thao tác, theo (

Hay:

0

   

   

   







Ta có hệ phương

( , ) ( , ) ( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , ) ( ) ( , )

















Với: qq q1 2

.3 Phương trìn

Xét nhánh động

1E 11 12 1E

T  T T T

Xét nhánh động h

0”  “021”  “02

22 20 21 22

T  T T T

Ma trận mô tả vị

u thao tác:

0

cos -sin 0 sin cos 0

P

T















Theo điều kiện c

ot mạch vòng như

7 động học: 0

n

T 

nh động học ro

23), các ma trận (2.18) ta có:0T p p(

13

23

33

     

     

     



 





trình động học:

) ) (2.28)

T n

q , ss s1 2

nh động học ro

học từ khâu “0”

E (2.34) học từ nút “0” 

22”, ta có:

(2.39) trí và hướng của

0 0

1 0

0 1

E E

x y













(2.44)

công nghệ (2.18

ư phương trình (2

0 1 n 1

T T T

obot cấu trúc c

0

p

T và 0

n

T đều biể

0

p  T q s (2.24

31

( , )

q

c q s c q s c q

c q s c q s c q

c q s c



32 ( , ) 33 ( ,

q q s c q q









.s h T

obot mạch vòn

”  “11”  “12



a

8), ta có phương 2.48)

x 0

O 0

y

11



0



y 11

y E

x 11

O 11

"11" "1

"0"

Hình 2-3 trúc m

Hình trúc n

(2.23)

chuỗi hở

ểu diễn trạng thái 4)

q q

s x q s

s y q s

1

q

s z q s







(2.27)

ng

2”  khâu thao

g trình động học

12 22



21



y 12

x E

x 12

y 21

y 21

O 21

y 20

x 20

O 20

O 12

x 22

y 22

O 22

O E

12"

"22"

"21"

3: Robot cấu mạch vòng

2-2: Robot cấu

ối tiếp chuỗi hở

i

o

c













2.2

X

bất

M

0

1 p

r

C

,

p

x y

11 ,

 









P

2.3

SWR

S

SWR



0

( , )

( , )

[1,1] ,

( , )

( , )

E

E

 

 

 

 

 





 







.4 Phương trìn

Xét một nhánh độ

kỳ, ta có ma trận

0



Mặt khác, ta lại c

0



1p 1p 1p 1p

O x y z và O1

0

12

r

Các phần tử c

p p p p p

y z    C

11, d1

 , (2.58) đư

( , , ,

( , , ,

( , , ,







 







 



Phương trình độn

Giải thuật và

R.mv, chứa

SWR_DT.txt

-R_FW.txt –

8



( ) 0 ( ) 0 cos 0 ( , ) 0 ( , ) 0

E E

t t



 

 









(2.48

nh động học ro

ộng học theo mộ n:

0



 (2.55

có:

T



 (2.57

2 12 12 12x y z trùng gố 8)

của 0

1 p

r là hàm Các phần tử củ

ợc viết lại:

x y z







ng học robot song

    

à chương trình

tục và

SWR_START.

8)

obot song son

ột chân i

5)

7)

ốc, nên:

m của

ủa 0 12

r là hàm củ

, , ) , , ) , , )

d l

d l

d l







g song viết dưới d

i i

h giải bài toán

à đọc file dữ liệu

SWR_T txt – xác định trạ

Hình 2 chân

g

ủa tọa độ khớp

(2.59)

dạng tổng quát:

 (2.61)

động học

khi chạy

TR.txt

-ạng thái ban đầu,

2-4: Mạch động học

1 của robot song

p

,

M lấy đầy khớ việc khâu lệch chín

4.

4.1

D

trình

RUN MAI

đồ g

4.2 4.2

C tiếp truy tượn

4.2

S hình Chư cho sau:

T

của

Mô hình sai số r

vi phân trực tiếp

đủ quan hệ cả s

ớp mà không phả

c khảo sát ảnh h

u cuối cũng như

h vị trí và hướng

nh xác hơn

KHẢO SÁT SA Giải thuật và hướng

DT.txt

-h động -học, S N_FW.txt – tính IN.mv – chương

giải thuật tính sai

Khảo sát sa hàn điểm 1 Thiết lập mô

Chọn robot hàn

p chuỗi hở, 6 k yền hàn thân xe

ng và quỹ đạo hà

.2 Kết quả khả

Sử dụng thông số

h robot khảo s ương 2 Ta có k giá trị sai số hìn :

Trường hợp 1:

các tham số:

0,017

17 robot công nghiệ

p từ phương trìn

ai lệch vị trí và h

ải bỏ qua sai số hưởng của sai số bài toán xác địn của khâu thao tá

AI SỐ ROBOT

à chương trình

cấu trúc

EQT START.txt – xá

toán sai số vị tr trình chính được

i lệch vị trí và hư

ai số trong robo

ô hình khảo sá

điểm cấu trúc khớp quay trên

e ô tô Robot,

àn như Hình 4.3

ảo sát

ố D-H cụ thể cho sát đã trình bày kết quả khảo sát

nh học, động học

Cho các sai số

ệp mà luận án đề

nh động học cho hướng với tất cả bậc cao khi tính tới sai lệch vị t

nh sai số khi đã x

ác trong robot cô

CÔNG NGHIỆP

h tính toán sai

c robot, DT_ER.t T.txt – tự động t

ác định trạng

rí và hướng của

c lập trong MAPL ướng của robot nh

ot

át

nối dây đối

o mô

y ở khi như

ố

lệch vị trí và

ề xuất bằng cánh

o phép biểu diễn các sai số khâu,

h toán, giúp cho trí và hướng của xác định được sai ông nghiệp được

P lệch vị trí và

txt

-thiết lập phương thái ban đầu, EF

LE 14 Ta có lưu

hư Hình 4.1

0,027rad

ồ giải thuật tính sai hướng của robot

h

n ,

o

a

i

c

g ,

u