Điều khiển chuyển động cho robot trụ xoay

Điều khiển chuyển động cho robot trụ xoay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Báo cáo bài tập lớn Môn điều khiển robot công nghiệp Giáo viên hướng dẫn : PGS.Nguyễn Phạm Thục Anh Báo cáo bài tập lớn MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 1. Khái niệm: Thuật ngữ robot xuất hiện lần đầu tiên năm 1920 trong một vở kịch của nahf viết kịch người Tiệp Karel Capek. Robot có nhiều cách định nghĩa khác nhau: - Viện Robot (Mỹ): Robot là cơ cấu đa chức năng được lập trình trước với các cảm biến bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau như: lắp ráp, vận chuyển… - Trong Bách khoa toàn thư mới: Robot có thể định nghĩa là một thiết bị tự điều khiển hoàn toàn bao gồm các bộ phận điện, điện tử và cơ khí,… - Trong kĩ thuật: Robot là 1 cánh tay vài bậc tự do được điều khiển bằng máy tính có thể thực hiện các chuyển động như tay người, còn được gọi là tay máy. Cấu tạo robot gồm 3 bộ phận chính: 2 Báo cáo bài tập lớn - Cơ cấu cơ khí. - Cơ cấu điều khiển. - Cơ cấu cảm biến. 2. Lựa chọn phương án: Từ những yêu cầu của đề bài nhóm chúng em lựa chọn phương án thiết kế như sau: - Cơ cấu robot: Robot có 1 trục quay và 2 trục tịnh tiến. - Xây dưng phần mềm tính toán bọn em sử dụng Gui trong chương trình Mathlab . PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CỦA ROBOT 1. Phương trình động học ngược: - Cơ cấu robot: 3 Báo cáo bài tập lớn - Bảng D-H : a i α i d i θ i 1 0 0 0 θ 1 2 0 -90 0 d 1 0 3 0 0 d 2 0 - Ma trận biểu diễn quan hệ giữa hai khung tọa độ i-1 và i : 4 Báo cáo bài tập lớn A i =       − −       1000 cossin0 sinsincoscoscossin coscossincossincos iii iiiiiii iiiiiii d a a αα θαθαθθ θαθαθθ - Ta có: 0 A 1 =       −       1000 0100 00cossin 00sincos 11 11 θθ θθ ; 1 A 2 =       −       1000 010 0100 0001 1 d ; 2 A 3 =             1000 100 0010 0001 2 d ; - Suy ra: RT H = 0 A 1 1 A 2 2 A 3 =       −       1000 0100 00cossin 00sincos 11 11 θθ θθ x       −       1000 010 0100 0001 1 d x             1000 100 0010 0001 2 d RT H =       − −−       1000 010 coscos0sin sinsin0cos 1 1211 1211 d d d θθθ θθθ 5 Báo cáo bài tập lớn - Sau khi giải phương trình động học ngược ta có:          −= −= = θ θ sin )tan( 2 2 21 x y x P d P P a Pd 2. Tính ma trân Jacoby 2.1 Tính theo cách trực tiếp Ta có : X= [ 12 sin θ d 12 cos θ d d 1 0 0 1 θ ] T Ma trận Jacoby: J=                     − −− 001 000 000 010 cos0sin sin0cos 112 112 θθ θθ d d 2.2 Tính ma trận Jacoby theo phương pháp H J A 3 =             1000 100 0010 0001 2 d ; 1 3 T =             − 1000 010 100 0001 1 2 d d 6 Báo cáo bài tập lớn 0 3 T = A 1 x A 2 x A 3 =       − −−       1000 010 coscos0sin sinsin0cos 1 1211 1211 d d d θθθ θθθ Tính ma trận H J: H J=                     − − − 000 001 000 100 010 00 2 d Ma trận Jacoby: J=                     − −− 001 000 000 010 cos0sin sin0cos 112 112 θθ θθ d d Phần 3 : Xây dựng phần mềm tính toán cho động lực thuận vị trí và ma trận Jacoby 1. Giới thiệu về công cụ thiết kế Ở bài tập lớn này chúng em sử dụng GUI trong Matlab để giải quyết bài toán. Ưu điểm của GUI là tạo ra một giao diện thân thiện. Thuận lợi cho việc kiểm chứng kết quả. Với Gui rất dễ lập trính các phép tính toán. 7 Báo cáo bài tập lớn 2. Xây dựng phần mềm tính toán cho động lực thuận vị trí Như đã tính toán ở trên ta tính được ma trận truyền là: RT H =       − −−       1000 010 coscos0sin sinsin0cos 1 1211 1211 d d d θθθ θθθ Với nhập đầu vào là Q= [PhyZ1 d 1 d 2 ] T Ta sẽ thu được ma trận truyền R T H 3. Xây dựng phần mềm tính toán cho ma trận Jacoby Ta vẫn sử dụng nhập số liệu vào là Q= [PhyZ1 d 1 d 2 ] T Kết quả cho ra là ma trận Jacoby và mà trân H J. Ở đây em cho cả hai phương pháp trên một màn hình hiển thị để so sánh kết quả nhận được của 2 phương pháp. 8 Báo cáo bài tập lớn Phần 4 Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp 1. Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot. - Ta có, tại thời điểm ban đầu:      = = = 0)0( 0)0( 0)0( 2 1 0 d d θ - Chọn thời gian t = 5 s, kết thúc quá trình chuyển động, robot có các thông số:      = = = md md 1)0( 1)0( 45)0( 2 1 0 0 θ Do quỹ đạo chuyển động theo phương trình bậc 3 không thể kiểm soát được gia tốc, mặt khác quỹ đạo 2-1-2 chỉ ứng dụng trong trường hợp điều khiển khi có vật cản nên ta chọn quỹ đạo chuyển động theo phương trình bậc 5. 9 Báo cáo bài tập lớn + Quỹ đạo một khớp quay : 5 5 4 4 3 3 2 210 )( tatatatataat +++++= θ ⇒ Quỹ đạo tốc độ : 4 5 3 4 2 321 5432)( tatatataat ++++= θ  ⇒ Quỹ đạo gia tốc : 3 5 2 432 201262)( tatataat +++= θ  + Từ các ràng cuộc của bài cho, ta có:                −−+−− = −+++− = −−+−−= = = = 5 2 000 5 4 2 000 4 2 0003 0 2 01 00 2 )()(6)(12 2 )23()1614()(30 )3()128()(20 2 f fffff f fffff fffff t tt a t tt a tta a a a θθθθθθ θθθθθθ θθθθθθ θ θ θ      - Từ đó ta tính được phương trình quỹ đạo cho các khớp như sau:              +−= +−= +−= = 6 5 4 4 3 3 1 6 5 4 4 3 3 1 6 5 1 4 4 1 3 3 11 61510 61510 61510 )(5 fff d fff d fff d f t t x t t x t t xq t t y t t y t t yq t t t t t t q st θθθ 10 [...]... 1,45   3.Bộ điều khiển PID phản hồi đầu ra: - Bộ điều khiển khớp xoay θ1  Pk = 500   Pi = 0  P = 200  d - Bộ điều khiển khớp tịnh tiến Qd1  Pk = 1000   Pi = 700  P = 500  d - Bộ điều khiển khớp tịnh tiến Qd2 12 Báo cáo bài tập lớn  Pk = 500   Pi = 0  P = 200  d Hình 2.1.1: Mô hình điều khiển robot Hình 2.1.2: Bộ điều khiển PID 13 Báo cáo bài tập lớn Hình 2.1.3: Mô hình robot Hình 2.1.4:... thị vị trí của robot 14 Báo cáo bài tập lớn Hình 2.1.5: Đồ thị vận tốc của robot Hình 2.1.6: Đồ thị gia tốc của robot 15 Báo cáo bài tập lớn PHẦN 5: KẾT LUẬN Sau một quá trình học tập, nghiên cứu môn học Điều khiển robot công nghiệp”, cùng với sự hướng dẫn của cô Nguyễn Phạm Thục Anh và sự cố gắng của cả nhóm, chúng em đã hoàn thành bài tập lớn: Điều khiển chuyển động cho robot trụ xoay Bài tập đã... Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển robot di chuyển đến điểm mong muốn • Thực hiện mô phỏng với kết quả tương đối chính xác Trong quá trình thực hiện, chắc chắn nhóm em không thể tránh được những thiếu sót, vì vậy chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của cô và các bạn để bài tập lớn này hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn! 16 Báo cáo bài tập lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Điều khiển robot công... ơn! 16 Báo cáo bài tập lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Điều khiển robot công nghiệp – TS.Nguyễn Mạnh Tiến, NXB Khoa học và kỹ thuật 2 MATLAB và Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động - GS.TSKH.Nguyễn Phùng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật 3 Introduction to Robotics – John J.Craig, Prentice Hall 4 Simmechanic user’s guide – MathWorks 17 ...Báo cáo bài tập lớn 2 Các thông số của robot - Khâu trụ xoay có dạng hình hộp chữ nhật, kích thước: X*Y*Z = 0,1*0,4*1,7 (m); khối lượng 14 kg 1 1  I 1 = m(Y 2 + Z 2 ) = 14(1,4 2 + 0,17 2 ) = 2,32(kgm 2 )  12 12  1 1  2 2 2 2 2  I 1 = m( Z + X... ta tính được các ma trận I của khâu đế, khâu tịnh tiến và khâu tác động cuối - Khâu đế có kích thước: X*Y*Z = 1*0,08*0,5 (m); khối lượng 14 kg 0  0,3 0 I Đ =  0 1,46 0    0 0 1,17   ⇒ - Khâu tịnh tiến có kích thước: X*Y*Z = 0,1*1,2*0,17 (m); khối lượng 12 kg I TT ⇒ 0  1,47 0  0 0,04 0  =   0 0 1,45   - Khâu tác động cuối có kích thước: X*Y*Z = 1,2*0,1*0,17 (m); khối lượng 12 kg . Điều khiển chuyển động cho robot trụ xoay. Bài tập đã thực hiện được các nhiệm vụ: • Xây dựng phần mềm tính toán sử dụng Gui trong Mathlab. • Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển robot di chuyển. điều khiển robot. Hình 2.1.2: Bộ điều khiển PID. 13 Báo cáo bài tập lớn Hình 2.1.3: Mô hình robot. Hình 2.1.4: Đồ thị vị trí của robot. 14 Báo cáo bài tập lớn Hình 2.1.5: Đồ thị vận tốc của robot. Hình. được điều khiển bằng máy tính có thể thực hiện các chuyển động như tay người, còn được gọi là tay máy. Cấu tạo robot gồm 3 bộ phận chính: 2 Báo cáo bài tập lớn - Cơ cấu cơ khí. - Cơ cấu điều khiển. -