tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu, khảo sát các đặc tính làm việc của hệ thống chấp hành

học ngược robot. Đây là phương pháp có tính tổng quát cao dễ sử dụng và đảm bảo được yêu cầu điều khiển thời gian thực với robot. 3. Chỉ ra các dạng thức khác nhau của bài toán tối ưu trong trường hợp robot không đủ 6 bậc tự do công tác. Cần ưu tiên vị trí hoặc định hướng của khâu chấp hành. 4. So sánh lựa chọn phương pháp tối ưu hoá thích hợp với dạng hàm Banana của bài toán, trên cơ sở những phương pháp có triển vọng cao do các tạp chí toán học chuyên nghành tối ưu xếp hạng, đảm bảo tính ổn định và thời gian giải bài toán ngắn nhất so với các phương pháp khác. 5. Sử dụng hàm Solver của MS-Excell giải bài toán ngược cho một số robot điển hình và kiểm tra kết quả bằng cách đối chiếu với các phương pháp truyền thống. Phương pháp này cho phép khởi tạo bài toán ngược đến 200 biến, đáp ứng mọi yêu cầu giải bài toán ngược cho robot trên thực tế. 6. Xây dựng được đặc tính động học của biến khớp dưới dạng hàm giải tích với biến thời gian thực, làm cơ sở lập trình điều khiển robot. 7. Đề xuất một cấu trúc cổ tay cầu sử dụng truyền động song song dư tăng cường khả năng cân bằng động học và khả năng tải của cấu trúc. Hộp giảm tốc bánh răng sóng một cấp hai sóng sử dụng đĩa phát động và cam lệch tâm. Chế tạo và thử nghiệm thành công hai mô hình dựa trên thiết kế đó. TÓM TẮT LUẬN ÁN Tính cấp thiết của đề tài Robot công nghiệp là một lĩnh vực công nghệ cao được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong các dây chuyền sản xuất tự động, trong các hệ thống FMS và CIM. Các nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng robot trong sản xuất của nước ta còn rất hạn chế, chính vì vậy các nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng robot luôn là vấn đề thời sự và cấp thiết. Ở lĩnh vực robot một số kỹ thuật chuẩn bị số liệu lập trình rất phức tạp nhất là vấn đề liên quan đến đặc tính động học, để tiếp cận vấn đề này có nhiều trở ngại, nếu thay thế bằng một kỹ thuật đơn giản hơn sẽ tạo thuận lợi đáng kể. Các thông số động học, động lực học đã được nghiên cứu nhiều nhưng chưa đem lại tính thực dụng khi thực hành. Các thông số động học xác định qua mô hình bài toán ngược chưa kể đến giới hạn cơ học của các khớp. Việc chọn nghiệm điều khiển từ nghiệm toán học thường làm kéo dài thời gian vô ích. Nhằm đáp ứng phần nào các đòi hỏi trên đây, tác giả tập trung nghiên cứu giải quyết vấn đề: “Nghiên cứu, khảo sát các đặc tính làm việc của hệ thống chấp hành của robot công nghiệp” Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu về các thông số đầu vào của quá trình điều khiển robot công nghiệp. Cũng như phương pháp xây dựng những dữ liệu này, chuẩn bị cho lập trình điều khiển. Đánh giá tính hiệu quả các phương pháp đó trên một số phương diện như thời gian thực hiện, độ chính xác của dữ liệu và khả năng ứng dụng máy tính của từng phương pháp. Trọng tâm của đề tài là xây dựng một thuật toán mới giải bài toán động học ngược của tất cả các robot dạng chuỗi động học hở không giới hạn về số bậc tự do. Thuật toán áp dụng với các cấu trúc robot khác nhau theo một trình tự chung và có thời gian thực hiện ngắn hơn, dễ sử dụng hơn so với các phương pháp hiện nay. 24 1 Trên cơ sở giải thuật đề xuất, xây dựng một chương trình máy tính hỗ trợ chuẩn bị dữ liệu điều khiển động học robot. Đề tài còn sử dụng kết quả bài toán ngược làm dữ liệu đầu vào để tiến hành nội suy quỹ đạo chuyển động của robot trong không gian khớp. Dựa trên quan hệ đạo hàm xây dựng các đặc tính chuyển vị, vận tốc và gia tốc dưới dạng hàm giải tích với biến thời gian. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các đặc tính động học của robot, có cấu trúc chuỗi động học hở. Chủ yếu tập trung vào xây dựng một phương pháp mới giải bài toán động học ngược, xác định các thông số động học để xây dựng đặc tính điều khiển chuyển động. Các thông số được tính toán qua mô hình lý thuyết mà luận án đề xuất, đặc tính được nội suy bằng hàm bậc ba, sau đó kiểm chứng lại với kết quả thực hiện theo các phương pháp truyền thống. Kết quả này còn được sử dụng để lập trình mô phỏng và thử nghiệm thực tế trên robot thí nghiệm 6 bậc tự do. Đề tài còn tiến hành tổng hợp động học và chế tạo thử nghiệm hai cấu trúc chấp hành đặc biệt là HGT bánh răng sóng và cổ tay cầu ba bậc tự do. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: + Đánh giá được tính hiệu quả về thời gian, tính vạn năng, độ chính xác của các phương pháp truyền thống giải bài toán động học ngược robot. + Đề xuất một phương pháp giải bài toán ngược mới có tính tổng quát cao, có khả năng áp dụng cho tất cả các robot có cấu trúc chuỗi động học hở. Có thời gian chạy ngắn, đáp ứng được yêu cầu điều khiển thời gian thực. + Xây dựng được một chương trình máy tính hỗ trợ giải bài toán động học ngược, làm cơ sở cho việc tự động hóa chuẩn bị dữ liệu điều khiển động học robot đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh. Hình 4.20: Hộp giảm tốc sóng một cấp i = 50 Kết luận chương 4 - Hai dạng cơ cấu chấp hành đặc biệt trình bày trong chương này là những dạng truyền động khá phức tạp trong việc tổng hợp động học, song đều có ý nghĩa rất lớn với truyền động của robot công nghiệp. - Cả hai dạng truyền động nói trên đều đã được chế tạo và thử nghiệm thành công trong khuôn khổ luận án này. Việc làm chủ được các kỹ thuật thiết kế và chế tạo các dạng chấp hành đặc biệt cũng có ý nghĩa quan quan trọng không kém việc xây dựng các đặc tính điều khiển của robot công nghiệp. Đặc biệt là tại Việt Nam hiện nay có rất ít đơn vị có thể sản xuất được các robot theo yêu cầu công nghiệp, thì điều này có ý nghĩa tạo tiền đề cho một tiếp cận toàn diện với lĩnh vực robot công nghiệp. Kết luận của luận án Luận án đã có được những đóng góp mới trong lĩnh vực động học và một số mô đun thiết bị phần chấp hành của robot công nghiệp, cụ thể là: 1. Phân tích các yếu tố quyết định tốc độ hình thành lời giải trong bài toán động học ngược của robot. Chỉ ra những điểm hạn chế của các phương pháp giải bài toán động học ngược truyền thống. 2. Đề xuất sử dụng phương pháp tối ưu hoá để thay thế cho các phương pháp nói trên, đồng thời đưa ra cơ sở xây dựng giải thuật mới cho bài toán động 232 1 (T) 1 (T) 2 (M) 3 (C) 2 (M) 3 (C) 1 (T) 2 (M) 3 (C) MeC Me MeC T TMe C ZZ Z i i − −= − = 1 1 Hình 4.13: Kết cấu cổ tay thực 4.2 Hộp giảm tốc bánh răng sóng 4.2.1 Kết cấu và hoạt động Mục này giới thiệu nguyên lý hoạt động của truyền động sóng có răng dựa trên biến dạng lan truyền của vành răng mềm. Hình 4.14: Hộp giảm tốc một cấp hai sóng 4.2.2 Tính toán động học Trong trường hợp khâu cứng cố định, tỉ số truyền xác định được: 4.2.3 Vật liệu và nhiệt luyện bánh răng mềm Mục này nêu ra một số mác vật liệu, chế độ nhiệt luyện cho bánh răng mềm. 4.2.4 Tổng hợp động học hộp giảm tốc bánh răng sóng một cấp Chọn hộp giảm tốc một cấp hai sóng, sử dụng cơ cấu phát động là đĩa kết hợp với cam lệch tâm. Luận án đã thiết kế biên dạng bộ truyền và tiến hành chế tạo thử nghiệm, sản phẩm đã được thử nghiệm tại nhà máy Diesel Sông Công. -Ý nghĩa thực tiễn: + Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong giảng dạy, nghiên cứu về robot ở các trường, hoặc ứng dụng vào quá trình chuẩn bị sản xuất trong thực tế. + Rút ngắn được thời gian chuẩn bị dữ liệu, do việc xác định nghiệm toán học và chọn nghiệm điều khiển được sát nhập vào một bài toán duy nhất là bài toán tối ưu. + Thuật toán mới dễ sử dụng hơn so với các thuật toán truyền thống nên việc tiếp cận với lĩnh vực này của robot sẽ dễ dàng hơn với tất cả mọi người. + Mở rộng khả năng công nghệ của các robot có khả năng nội suy đường han chế bằng cách truyền số liệu nội suy qua cổng RS232. Dữ liệu này được xây dựng theo quy trình và phương pháp cụ thể mà luận án đề xuất. Cấu trúc luận án Nội dung luận án được chia thành 4 chương, cuối luận án là kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm: Phần mở đầu. Chương 1: Tổng quan về các đặc tính làm việc của hệ thống chấp hành trên robot công nghiệp. Chương 2: Bài toán ngược trong điều khiển động học robot. Chương 3: Phương pháp giải bài toán ngược và xây dựng các đặc tính động học của biến khớp. Chương 4: Tổng hợp động học và chế tạo thử nghiệm các cơ cấu chấp hành đặc biệt trên robot. Những vấn đề còn tồn tại của luận án - Chưa đánh giá được độ phức tạp của thuật toán đề xuất để giải bài toán động học ngược cho robot. - Chưa giải quyết được vấn đề hiệu suất trong truyền động của cổ tay cầu truyền động song song dư, vấn đề độ bền HGT bánh răng sóng. 2222 3              = −= = −= =+ =+ =+ =+ 0 2 2 2 2 2 17 26 25 124 84 165 353 γ ω ωω ωω ωω ωωω ωωω ωωω ωωω d d dd Bx d xd M3 B 3 4 M2 10 2 M1 1 A 12 D 13 18 22 26 28 27 21 20 14 11 9 8 17 19 5 7 6 C 15 16 23 29 24 25 30 R2 31 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH TRÊN ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan về hệ thống chấp hành của robot công nghiệp Phần này đã đưa ra một số khái niệm định nghĩa: - Khái niệm hệ thống chấp hành của robot, một số kết cấu điển hình. - Khái niệm về đặc tính làm việc của robot gồm đặc tính động học và đặc tính động lực học, quan hệ giữa đặc tính làm việc và các thông số mô tả trạng thái của hệ thống chấp hành. - Sự hình thành của thông số làm việc, cách đo đếm và truyền thông số. 1.2 Tính toán thông số trạng thái cho robot Bài toán cơ học cơ cấu là nguồn cung cấp thông số xây dựng đặc tính công tác phục vụ điều khiển động học, động lực học cấu trúc chấp hành. Các bài toán cơ bản bao gồm: - Động học; - Tĩnh học; - Động lực học. 1.3 Một số nghiên cứu về tổng hợp thông số làm việc của hệ thống Phần này nhằm hệ thống hoá các phương pháp giải bài toán động học ngược từ xưa đến nay theo các phương pháp khác nhau: - Phương pháp hoạ đồ véc tơ vị trí có thể sử dụng cho các cơ cấu phẳng đơn giản. - Nghiên cứu của Pieper sử dụng phép biến đổi đồng nhất xác định các phương trình ứng với các phần tử vuông góc, thể hiện ở hàm sin và cos thích hợp. Từ đó tính góc thông qua hàm arctg hai biến, hàm này có thể nhận giá trị thực hoặc giá trị phức nếu hàm nhận giá trị phức tương ứng với trường hợp vô nghiệm. - Nghiên cứu của Nguyễn Thiện Phúc, năm 1996 “Về một phương pháp giải bài toán ngược động học khi tổng hợp quỹ đạo chuyển động của người máy”. Trong mục này xây dựng điều kiện hoạt động của cấu trúc truyền động song song dư, làm cơ sở cho việc nhận dạng liên kết các khối vi sai trong sơ đồ đóng mạch có sự tham gia của nhiều khối vi sai. Theo đây với một sơ đồ biết trước số lượng cơ cấu vi sai tạo thành mạch vòng kín, để hoạt động được thì các chân cùng tên phải được nối với nhau sao cho tỉ số truyền chung của cả xích động khép kín phải bằng 1. 4.1.4 Các quan hệ động học cổ tay cầu Tiến hành khảo sát trên mô hình toán học các hệ vi sai nhiều bậc tự do để xác định quan hệ mà phần đóng mạch phải thoả mãn ứng với phần chấp hành chọn trước như ở hình 4.2 có dạng: 4.1.5 Sơ đồ động cấu trúc đóng mạch Hình 4.12: Truyền động trục Pitch Cổ tay này đã chế tạo và thử nghiệm thành công các chức năng nêu trên. 214 214 CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP ĐỘNG HỌC VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐẶC BIỆT TRÊN ROBOT Nội dung của chương này đi sâu vào giải quyết bài toán tổng hợp động học và chế tạo thử nghiệm hai cơ cấu chấp hành đặc biệt ứng dụng trên robot công nghiệp là hộp giảm tốc bánh răng sóng và cổ tay cầu ba bậc tự do. 4.1 Cổ tay robot cầu 4.1.1 Các dạng cổ tay vùng làm việc mặt cầu Giới thiệu các kết cấu cổ tay cầu dùng truyền động bánh răng nón điển hình và cổ tay cầu đặc biệt sử dụng số khâu nền lớn hơn số bậc tự do. 1 2 3 B 3' 2' 3" B' Hình 4.2: Cổ tay cầu ba bậc tự do với bốn khâu nền 4.1.2 Điều kiện động học của mạch vòng kín Mục này chỉ ra tác dụng khử rơ và tăng cường khả năng truyền lực của cấu trúc mạch vòng kín, xây dựng điều kiện hoạt động của cấu trúc nhiều bậc tự do Hình 4.3: Sơ đồ nguyên tắc truyền động song song dư Trong sơ đồ trên khâu chấp hành luôn được khử khe hở mặt bên với truyền động bánh răng, vì hai xích truyền lực và khử rơ khi đó đổi vai trò cho nhau. Vấn đề kỹ thuật chính của cơ cấu này là phải khử được chuyển động theo. 4.1.3 Tính chất lát cắt - Nghiên cứu của Nguyễn Thiện Phúc, năm 1997 “Điều khiển chuyển động của robot hàn theo quỹ đạo định trước”. - Nghiên cứu của Nguyễn Thiện Phúc, năm 1999 “Phát triển phương pháp các nhóm ba để giải bài toán ngược động học khi tổng hợp quỹ đạo chuyển động của tay máy- người máy”. - Trong [8], tác giả Nguyễn Thiện Phúc cũng trình bày về phương pháp giải gần đúng nghiệm của hệ phương trình động học ngược robot trên cơ sở khai triển Taylor, đây là một trong các phương pháp số tìm ra kết quả thông qua một quá trình lặp. - Nghiên cứu của Fu. K. S. Gonzater R. C., Lee C. S. G., năm 1987 “Giải bài toán động học ngược của robot Puma theo phương pháp hình học”. - Nghiên cứu của Paul R. P., năm 1981 “Phương pháp biến đổi ngược các ma trận thuần nhất 4x4 giải bài toán động học ngược robot Stanford”. Nhược điểm của các phương pháp này là chưa có cách chung để xác định một lời giải có thể thích hợp ngay trong số khá nhiều lời giải có thể tồn tại. Cũng có thể thấy có rất nhiều học giả phát triển các phương pháp số mang tên mình để giải bài toán động học ngược robot như: - Phương pháp loại trừ thẩm tách Sylvester; - Phương pháp Raghavan và Roth; - Phương pháp Tsai-Morgan; - Phương pháp Newton-Raphson. Đặc điểm chung của các phương pháp số như [8], nhận xét là “Có thể không đưa đến lời giải vì các hàm siêu việt không phải lúc nào cũng có độ hội tụ”. Gần đây xuất hiện thêm phương pháp dịch chuyển vi phân giải bài toán động học ngược. Tại Vica 6 (2005) có một số công trình ứng dụng kỹ thuật xử lí ảnh để từ đó xây dựng thông tin điều khiển thay cho giải bài toán ngược. 5 520 Kết luận chương 1 Đặc tính mô tả quy luật biến thiên theo thời gian của một loại thông số điều khiển xác định với robot, là thông tin quan trọng hàng đầu trong lập trình điều khiển và tính toán bù các sai số phát sinh tương ứng. Xác định nhanh chóng và chính xác các thông số làm việc của hệ thống chấp hành phục vụ điều khiển robot là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Chỉ có xây dựng được những thuật toán hiệu quả giải quyết vấn đề này mới giúp làm chủ thực sự các quá trình động học và động lực học robot, đặc biệt là các robot có nhiều bậc tự do. Trong luận án giới hạn vấn đề nghiên cứu ở các đặc tính động học mà chủ yếu tập trung vào bài toán ngược. Để robot phản ứng nhanh hơn với tín hiệu điều khiển là rút ngắn thời gian xây dựng dữ liệu động học. Do tốc độ của các cụm điện toán bị giới hạn ở trình độ nhất định thì hướng can thiệp vào tốc độ giải bài toán động học là xây dựng một giải thuật mới có tốc độ hội tụ cao. Các vấn đề kỹ thuật cao như robot công nghiệp vốn khó tiếp cận với tất cả mọi người nói chung, việc tạo ra những phương pháp xác định các thông số làm việc của hệ thống chấp hành đơn giản và hiệu quả là đòi hỏi cấp bách, nhất là trong điều kiện nền sản xuất tự động linh hoạt của Việt Nam mới bắt đầu hội nhập với thế giới. Hướng nghiên cứu của đề tài - Xây dựng một mô hình mới cho bài toán động học ngược robot, có tính tổng quát cao, có ưu thế về thời gian thực hiện so với các mô hình khác. - Lựa chọn giải thuật phù hợp với bài toán trên hai tiêu chí phù hợp về chức năng và thời gian thực hiện ngắn nhất. - Xây dựng một chương trình máy tính có chức năng giải bài toán ngược cho tất cả các robot cấu trúc chuỗi động học hở, trên cơ sở thuật toán đề xuất. 3.5 Phần mềm điều khiển robot thí nghiệm Thử nghiệm với robot thực nhằm khẳng định các kết quả đạt được, một hệ thống thí nghiệm được thiết kế hoàn chỉnh để điều khiển với kết quả bài toán ngược nói trên. Sơ đồ khối nguyên lý điều khiển hoạt động của robot này có thể xem trong phụ lục 5 của luận án. Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm Kết luận chương 3 Các kết quả đạt được từ việc giải bài toán ngược theo phương pháp tối ưu đã được sử dụng liên hoàn để xây dựng đặc tính động học của cơ cấu robot, đây chính là mục tiêu cuối cùng của luận án. Đặc tính này dùng để lập trình các động cơ điều khiển các chuyển động của robot theo quỹ đạo cho trước. Trên cơ sở các đặc tính này có thể tính toán bù sai số động học nếu có. Các ràng buộc về miền chọn nghiệm điều khiển hoặc các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật với đường dịch chuyển dụng cụ của robot nếu có đều dễ dàng đáp ứng thông qua việc xác định biên của miền chấp nhận được trong bài toán tối ưu hoặc chọn hệ số góc tiếp tuyến giữa các đoạn quỹ đạo kề nhau. Đây là vấn đề mà một số phương pháp khác khó tạo ra sự chủ động tương tự. Bằng cách tương tự như chỉ ra ở đây, các robot với khả năng nội suy hạn chế có thể nhận dữ liệu lập trình từ một máy tính cá nhân qua cổng RS232 để hoàn thành những công việc có độ phức tạp cao, điều này mở ra khả năng khai thác triệt để năng lực thiết bị. 196 P 12 0.122026 -1.57 0.442457 0.004634 1.647071 4.470977 P 13 -0.74548 -1.57 0.984616 -0.87235 1.66 -6.98 P 14 -0.92549 -1.57 1.184409 -0.96134 1.66 -6.98 P 15 -0.92866 -1.57 1.137799 -0.88257 1.66 -6.98 P 16 -2.7 1.338378 0.52541 -0.38903 1.136394 -6.14476 Sử dụng quan điểm vận tốc tính toán tại các điểm chốt để xây dựng các phương trình đặc trưng cuối cùng nhận được biểu diễn bằng đồ thị của các đường đặc tính (chuyển vị, vận tốc, gia tốc của 6 biến khớp robot VR-006CII) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 thoi gian (giay) q6 (Radian) Do thi bien q6 trong 1,5 chu ky Hình 3.15: Đồ thị chuyển vị q 6 trong 1.5 chu kì 3.4 Mô phỏng robot Trong mục này đã xây dựng một chương trình mô phỏng dùng kết quả phần trên và chạy thử thành công, cụ thể như sau: Hình 3.8: Giao diện chương trình mô phỏng robot - Sử dụng vận tốc tính toán tại các điểm chốt xây dựng phương trình đặc tính mô tả chuyển động trong không gian khớp dưới dạng hàm giải tích với biến thời gian làm cơ sở lập trình điều khiển động học. - Tổng hợp động học và chế tạo thử nghiệm hai cơ cấu chấp hành đặc biệt là cổ tay robot cầu ba bậc tự do truyền dẫn song song dư và hộp giảm tốc bánh răng sóng. CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN NGƯỢC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC ROBOT 2.1 Chất lượng quá trình làm việc và các thông số điều khiển Khái niệm chất lượng làm việc của robot từ góc độ kỹ thuật như: - Độ chính xác định vị; - Độ chính xác định hướng; - Độ chính xác lặp lại; - Độ trễ trong điều khiển và các nguyên nhân gây trễ; 2.2 Dữ liệu của bài toán động học robot Trình bày về vị trí của bài toán động học ngược trong điều khiển mạch kín và điều khiển mạch hở cho robot. Trình bày các phương pháp xây dựng dữ liệu động học phục vụ điều khiển, sơ đồ cấu trúc giao diện điều khiển robot. 2.3 Bài toán động học trên quan điểm điều khiển thời gian thực Điều khiển số nói chung yêu cầu tốc độ nội suy vượt trước tốc độ chuyển động của phần chấp hành một số Block lệnh để làm chủ chương trình và cảnh báo lỗi. Tương tác thời gian thực trong điều khiển robot là một yêu cầu quan trọng với một số tác vụ yêu cầu thao tác nhanh. Trong điều khiển cần xác định nghiệm điều khiển trong thời gian ngắn nhất, tác giả đã đề xuất mô hình mới cho bài toán động học ngược của robot. 2.4 Quan hệ giữa bài toán động học và bài toán tối ưu Thế của khâu chấp hành là hàm của các biến khớp: 187 7 ∏ = − = n i i in AA 1 10 (2.1) Trong đó: A i i 1− với i = 1÷n, là ma trận chuyển đổi giữa hệ toạ độ thứ i đến hệ i-1, xác định theo quy tắc Denavit-Hartenberg. Vị trí và hướng của khâu chấp hành được xác định từ quỹ đạo cho trước: A n zzzz yyyy xxxx n pasn pasn pasn T 0 0 1000 == (2.2) Trong đó: ), ,,( 21 0 nn qqqfT = ; q1 ÷ qn các biến khớp; n, s, a là các vec tơ chỉ phương; p là véc tơ chỉ vị trí; oxyz là hệ toạ độ gốc. Ma trận chuyển đổi tổng hợp có dạng: 1000 34333231 24232221 14131211 0 aaaa aaaa aaaa A n = (2.3) Các thành phần a ij với i,j =1÷3 là các cosin chỉ phương của n,s,a; a 14 , a 24 , a 34 lần lượt là các thành phần chiếu lên hệ oxyz của p. Do tính chất trực giao của các vec tơ chỉ phương nên khi kết hợp (2.2) và (2.3) nhận được:            = = = = = = 34 24 14 23 13 12 ap ap ap aa aa as z y x y x x (2.4) Bản vẽ của chi tiết gia công được mô tả như hình 3.10. 16° 300 126.47 130 Ø100 Ø194 Ø200 Hình 3.10: Mối ghép hàn giữa mặt nón và mặt trụ trong vận tải đường ống Quỹ đạo của mỏ hàn trong không gian sau khi tham số hoá có dạng        ≤≤ = ±= −−±= 5708.1t826.0 )tsin(.100z )tcos(.100y 828.3898)tsin(.2187)t(sin.10196x 2 Chia đường cong nói trên bởi 16 điểm chốt kết hợp với mô tả hướng của mỏ hàn tại từng điểm chốt trên quỹ đạo có 16 ma trận thế tương ứng, và giải bài toán động học ngược tại từng điểm. Kết quả bài toán ngược được thể hiện trong bảng sau: Bảng 3.25: Kết quả bài toán ngược tại các điểm chốt trên quỹ đạo q 1 q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 P 1 -2.7 1.334793 0.529826 -0.43401 1.168159 -5.73116 P 2 -2.7 1.362434 0.524865 -0.49046 1.196229 -5.31168 P 3 -2.7 1.39393 0.531898 -0.55529 1.195205 -4.90147 P 4 -2.7 1.436696 0.531815 -0.61733 1.185463 -4.32259 P 5 -2.7 1.4771 0.522932 -0.67017 1.166648 -4.0963 P 6 -2.7 1.49733 0.508193 -0.70041 1.13847 -4.09246 P 7 -2.7 1.497671 0.495795 -0.7054 1.102072 -4.07542 P 8 -0.0467 -1.57 0.452353 -0.00035 1.569774 2.755281 P 9 -0.00207 -1.57 0.455474 -0.00231 1.556705 3.145272 P 10 0.046149 -1.57 0.452352 -0.00026 1.569774 3.529233 P 11 0.087056 -1.57 0.445772 0.00048 1.603453 3.965605 17 8 169 16 Bảng 3.8: So sánh kết quả mục tiêu robot Scorbot Điểm Mục tiêu Excel Matlab E1 0.458829 4.5883E-001 E2 0.153794 1.5380E-001 E3 0.001592 1.5937E-003 E4 0.151991 1.5199E-001 E5 1.26E-006 1.6825E-006 E6 0.034001 3.4002E-002 E7 0.017703 1.7703E-002 E8 0.001478 1.4782E-003 E9 6612.818 6.6128E+003 3.3 Xây dựng các đặc tính động học của khớp Mục này xây dựng các đặc tính động học cho robot hàn VR-006CII trong trường hợp gia công mối ghép hàn giữa mặt trụ và mặt nón. Bài toán được mô tả như sau: 350 560 130 170 505 324 560 55 Hình 3.8: Sơ đồ động robot VR-006CII - Gọi q = {q1, q2, , qn } : là véc tơ các biến khớp. - Không gian khớp D xác định miền giá trị của các biến khớp:        ≤≤ ≤≤ ≤≤ nnn bqa bqa bqa  222 111 (2.5) L = f(q): Hàm mô tả sai lệch vị trí và hướng của khâu chấp hành. Bài toán xác định giá trị các biến khớp được viết: min), ,( 21 →= n qqqfL (2.6) Trong đó: ni Dq i ÷= ∈ 1 ; Đây là bài toán tối ưu, nghiệm của (2.6) phải là nghiệm của (2.4) vì vậy hàm mục tiêu được xác định theo (2.4) như sau, trước hết viết lại hệ phương trình (2.4) dưới dạng tương đương:            =− =− =− =− =− =− 0ap 0ap 0ap 0aa 0aa 0as 34z 24y 14x 23y 13x 12x (2.7) Bình phương hai vế của hệ phương trình này và cộng theo vế để có: 0)()()()()()( 2 34 2 24 2 14 2 23 2 13 2 12 =−+−+−+−+−+− apapapaaaaas zyxyxx Rõ ràng vế trái không âm nên giá trị nhỏ nhất của vế trái bằng không, tương đương với hệ phương trình (2.4) thỏa mãn. Đặt L là hàm số ở vế trái: 2 34 2 24 2 14 2 23 2 13 2 12 )()()()()()( apapapaaaaasL zyxyxx −+−+−+−+−+−= (2.8) Dạng hàm này có tên gọi riêng là hàm Rosenbrock-Banana [22], Matlab cảnh báo đây là dạng hàm hội tụ chậm với các công cụ tối ưu của phần mềm [...]... với các ràng buộc tuyến tính Nghiệm q*= { q1*, q2*, …, qn* } của (2.6) là nghiệm gần đúng của (2.4) thuộc không gian khớp - Trong điều khiển chỉ đòi hỏi độ chính xác hướng của khâu chấp hành bài Sử dụng kết quả của bài toán ngược để xây dựng các đặc tính động học của biến khớp 3.1 Các chỉ tiêu đánh giá Trình bày một số chỉ tiêu đánh giá bài toán ngược: (2.9) V ≤ L2 ≤ U Tốc độ hình thành lời giải; - Tính. .. Fminbound do đó việc giải bài toán sẽ cần xác định một giải thuật phù hợp ngoài các giải thuật mà các công cụ trên sử dụng CHƯƠNG 3 - PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC VÀ XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA BIẾN KHỚP Trong chương này sử dụng phần mềm Excel giải bài toán ngược cho robot, trên cơ sở kết luận về sự phù hợp của thuật toán GRG với dạng hàm Banana Số bậc tự do của robot và các dạng bài toán... dụng, điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc tiếp cận bài toán động học ngược - Cơ sở của việc chuyển đổi kiểu bài toán và các dạng bài toán tối ưu có thể xuất hiện trong những trường hợp khác nhau đã được thảo luận - Giải thuật đã tính đến những khả năng khác nhau và chứng tỏ được tính hữu hạn, trên cơ sở các nghiên cứu về bài toán tối ưu và nghiệm của nó - Các nghiên cứu đầy đủ chỉ ra rằng trong trường... động hoá xác định các biến trong điều khiển động học robot Trong mục này trên cơ sở thuật toán tối ưu giải bài toán động học ngược của robot, đề xuất sơ đồ giải thuật giải bài toán động học ngược Phương pháp tiến hành ở đây là sử dụng kết quả của bài toán mẫu rút ra từ các tài liệu có tính chuẩn mực đã đựơc thừa nhận để lấy lời giải mẫu Tiến hành chạy các thuật toán nói trên với các phần mềm Matlab... Tính thực dụng, khả năng lồng ghép các yêu cầu riêng 3.2 So sánh kết quả với các phương pháp khác qi ∈ D; Mục đích của phần này là giải bài toán ngược cho một số cơ cấu robot khác i = 1÷ n Ràng buộc: Tính vạn năng; - L1 = f (q1 , q2 , qn ) → min - toán có dạng: nhau bằng phần mềm Excel (thuật toán GRG), đem đối chứng kết quả với các Trong đó: phương pháp khác để khẳng định tính chính xác của giải thuật. .. nên giá trị nhỏ nhất của mục tiêu là bằng không Phương án (q 1 , q 2 , , q n ) làm cho giá trị hàm mục tiêu bằng không là Hình 2.12: Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán Kết luận chương 2 - Bài toán động học ngược robot đã được giải hoàn chỉnh bằng phương pháp mới do tác giả đề xuất, kết quả phù hợp với các phương pháp truyền thống - Thuật toán mới dễ hiểu và dễ sử dụng hơn so với các thuật toán hiện đang... tiến hoặc quay của robot thường có không gian hoạt động bị giới hạn trong một phạm vi nhất định Dấu của biến khớp thể hiện hướng di chuyển của chuyển động, trong khi các biến đều chuyển động khứ hồi nên các ràng buộc thường có dạng chung cho khớp tịnh tiến và quay: lowerbound (i ) ≤ qi ≤ upperbound ( i ) (2.13) Tập hợp ràng buộc của n biến khớp là một miền kín Từ (2.8) nhận thấy, vế phải của hàm mục tiêu... lấy số liệu thành lập bảng so sánh sau Bảng 2.1: Lời giải mẫu Điểm Mục tiêu Điểm Mục tiêu E1 0.000416 E6 280067.7 E2 1.02E-05 E7 118641.4 E3 0.001364 E8 10371.19 E4 0.00662 E9 54359.98 E5 5.71E-06 E10 30543.29 Bảng 2.2: Kết quả của từng phương pháp Thuật toán Điểm SQP Các phương pháp triển vọng với dạng hàm Rosenbrock-Banana, do các tạp chí chuyên ngành tối ưu đề xuất được chọn đưa vào khảo sát bao gồm:... dụng vì có ở hầu hết các máy tính cá nhân, không đòi hỏi cấu hình máy tính cao, chạy ổn định và dễ sử dụng Cho phép khởi tạo bài toán g(qk+1); h(qk+1) là các ràng buộc xây dựng từ vị trí và định hướng, dựa trên ngược đến 200 biến, nên đáp ứng mọi yêu cầu về bài toán ngược trên thực tế 11 Trong đó i = 1 ÷ n là số bậc tự do của cấu trúc; đồng nhất toạ độ thực và toạ độ lí thuyết của khâu tác động cuối... - U, V: Các sai lệch giới hạn xác định theo yêu cầu kỹ thuật P1 1.349474 q2 (rad) 0.001478 0.62669 15 Trong mục này trình bày các thao tác khởi tạo bài toán tối ưu với Excel, phần mềm này cho phép khởi tạo bài toán động học robot đến 200 biến, đáp ứng mọi yêu cầu về bài toán ngược trên thực tế Về bản chất các bài toán (2.6),(2.9),(2.12) là bài toán tối ưu hóa trên miền lồi vì trên thực tế các khớp . niệm hệ thống chấp hành của robot, một số kết cấu điển hình. - Khái niệm về đặc tính làm việc của robot gồm đặc tính động học và đặc tính động lực học, quan hệ giữa đặc tính làm việc và các thông. ứng phần nào các đòi hỏi trên đây, tác giả tập trung nghiên cứu giải quyết vấn đề: Nghiên cứu, khảo sát các đặc tính làm việc của hệ thống chấp hành của robot công nghiệp” Mục đích nghiên cứu . VỀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHẤP HÀNH TRÊN ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan về hệ thống chấp hành của robot công nghiệp Phần này đã đưa ra một số khái niệm định nghĩa: - Khái niệm hệ