Robot hàn tự động

ii LIăCAMăĐOAN Tôi cam đoan đơy lƠ công trình nghiên cu ca tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn lƠ trung thực vƠ cha từng đc ai công bố trong bất kỳ công trình nƠo khác. 1 (Ký tên vƠ ghi rõ họ tên) Phan Vân Hoàn iii LIăCMăT             ,              ,  , ,  .                          :     , p, -  p.MCM                                  .     ,               , ,                            .              cho t                    .                         .      ,           .  Phan Vân Hoàn iv TịMăTT Theo đƠ phát trin nhanh chóng ca khoa học, Robot ngƠy cƠng đc sử dng phổ biến hn trong sản xuất cũng nh trong đi sống ca con ngi. Robot đƣ chiếm mt vị trí quan trọng khó có th thay thế đc, nó giúp con ngi lƠm việc với năng suất cao vƠ trong các điều kiện khó khăn, nguy him… Lĩnh vực Robot di đng đang ngƠy cƠng chiếm đc nhiều sự quan tơm ca các nhƠ nghiên cu vƠ xƣ hi. Từ thực tế đó, việc xơy dựng các b điều khin cho Robot di đng đƣ tr nên mt yêu cầu thiết yếu. BƠi toán di đng bám tng( wall-following problem) lƠ mt trong các bƠi toán thng gặp trong Robot di đng vƠ nó đƣ đc giải theo nhiều cách khác nhau. Trong luận văn “Robot hƠnătăđng” đc thực hiện từ 6/2010 đến tháng 9/2011 ti trng đi học S Phm Kỹ Thuật Tp.HCM, bài toán Robot di đng bám tng đc giải quyết bằng môt b điều khin phi tuyến dựa trên tiêu chuẩn ổn định ca Lyapunov. Luận văn đƣ thiết kế vƠ kim chng b điều khin nƠy thông qua kết quả mô phỏng vƠ kết quả thực nghiệm trên Robot hƠn tự đng. ABSTRAC Nowaday, Robot is widely used in industry and human life.It has taken an important part and hardly to be replaced, it helps human to increase the yield and to work in dangerous or difficult conditions. The field of Moving-Robot has attracteda lot of attention of researchers and society. From the fact of that, designing the controllers of Moving-Robot has became an important problem. Wall-following problem is one of the problems of Moving-Robot and it was solved by different ways. In this thesis ắautomaticweldingă Robot”, which was done from 6/2010 to 9/2011 at technical education university, the Wall-following problem of Moving- Robot was solved by the nonlinear controller based on Lyapunov theorem. This controller was designed and tested by simulation results and experimental result of real system called automaticwelding Robot. v MCăLC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tƠi Lý lịch cá nhơn i Li cam đoan ii Cảm t iii Tóm tắt iv Mc lc v Danh sách các hình vii Danh sách các bảng ix Chngă1.ăTNGăQUANă 1 1.1ăTngăquanăchungăvălƿnhăvcănghiênăcu,ăcácăktăquănghiênăcuătrongă vƠăngoƠiăncăđƣăcôngăb. 1 1.1.1 Tổng quan chung về Robot, Mobile Robot 1 1.1.2 Các kết quả nghiên cu trong vƠ ngoƠi nớc đƣ công bố 12 1.2ăMcătiêu,ăkháchăthăvƠăđiătngănghiênăcu 12 1.3ăNhimăvăcaăđătƠiăvƠăphmăviănghiênăcu 12 1.4ăPhngăphápănghiênăcu 13 Chngă2.ăLụăTHUYTă 14 2.1 Phầnăcng 14 2.1.1 Các loi đế di chuyn 14 2.1.1.1 Robot tự hƠnh di chuyn bằng chân 14 2.1.1.2 Robot tự hƠnh di chuyn bằng bánh 15 2.1.2B phận xử lý trung tơm – Pic16F877A 18 2.2ăPhầnămm 19 2.2.1Các khơu chính trong hot đng ca Mobile Robot 19 2.2.2Định lý ổn định th 2 ca Lyapunov 20 2.3ăLýăthuytăhƠnătăđng 22 Chngă3. THITăKăBăĐIUăKHIN 25 3.1 Vấnăđăcầnăgiiăquyt 25 3.2ăPhơnătíchăđaăraăgiiăpháp 25 vi 3.3ăThităkăbăđiuăkhin 26 3.4ăĐoălngăsaiăs 31 Chngă4. KTăQUăMỌăPHNG 32 4.1 GiiăthiuăvăchngătrìnhămôăphngăvƠăcáchăbătríămôăphng 32 4.2Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.1 36 4.3Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.2 37 4.4Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.3 38 4.5Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.4 38 4.6Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.5 39 4.7Môăphngătheoăbẳngăsăliuă4.6 39 4.8GiiăthíchăvƠănhnăxétăktăquămôăphng 41 Chngă5. THITăKăROBOT 43 5.1 Thităkăphầnăcng 43 5.1.1 B phận cảm biến 43 5.1.1.1 Cảm biến đo góc 43 5.1.1.2 Cảm biến đo khoảng cách 44 5.1.2 Mch điều khin 45 5.1.3 Mch công suất 46 5.1.4 Đế di chuyn 47 5.1 ThităkăchngătrìnhăchoăRobot 47 Chngă6. KTăQUăTHCăNGHIM 49 6.1 Giiăthiu 49 6.2Ktăquăthcănghim 50 6.2.1 Thực nghiệm với quỹ đo tròn 50 6.2.2 Thực nghiệm với quỹ đo cong ngẫu nhiên 51 6.2.3 Thực nghiệm khả năng vt qua đim kỳ dị trên quỹ đodi chuyn 52 Chngă7. KTăLUN 53 7.1 Nhngăktăquăđtăđc 53 7.2HnăchăcaăđătƠiă 53 7.3HngăphátătrinăcaăđătƠi 53 TĨIăLIUăTHAMăKHO 54 PHăLC 55 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Robot hƠn ca KUKA vƠ Robot song song Delta 1 Hình 1.2: Robot lau chùi BR 700 7 Hình 1.3: Robot hot đng dới nớc ROV Tiburon 7 Hình 1.4: Robot kim tra ống dẫn dầu 7 Hình 1.5: Robot tự hƠnh Sojourner 8 Hình 1.6: Robot Plustech 8 Hình 1.7: Robot Pioneer 8 Hình 1.8: Robot AGV 9 Hình 1.9: Robot Helpmate 9 Hình 1.10: RobotKheppera 10 Hình 1.11: Robot đi b giống ngi ca hƣng Honda 10 Hình 1.12: RobotSwords 10 Hình 1.13: RobotPioneer 11 Hình 1.14: RobotB21 11 Hình 1.15: RobotAlice 11 Hình 2.1: Robot di chuyn bằng chơn 14 Hình 2.2: Ký hiệu ca các loi bánh xe 15 Hình 2.3: Robot di chuyn bằng bánh 15 Hình 2.4: Cấu trúc Pic 16F877A 18 Hình 2.5: Sđồcấutrúchot đng ca Mobile Robot 20 Hình 2.6: Minh họa hàm Lyapunov 21 Hình 2.7: Ví d minh họa đinh lý Lyapunov 21 Hình 3.1: Mô hình Robot hàn 25 Hình 3.2: Mô hình bƠi toán di chuyn ca Robot hàn 26 Hình 3.3: Tìm quan hệ giữa (  )và (   ) với d và  28 viii Hình 3.4: Tính toán sai số e = [e 1 , e 2 ] T trên thực tế 31 Hình 4.1: Giao diện chng trình mô phỏng 32 Hình 4.2: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.1 với quỹ đo đng thẳng 36 Hình 4.3: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.1 với quỹ đo cung lồi 36 Hình 4.4: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.1 với quỹ đo cung lõm 37 Hình 4.5: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.2 với quỹ đo cung lồi 37 Hình 4.6: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.3 với quỹ đo cung lồi 38 Hình 4.7: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.4 với quỹ đo cung lồi 38 Hình 4.8: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.5 với quỹ đo cung lồi 39 Hình 4.9: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.6 với quỹ đo đng thẳng 39 Hình 4.10: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.6 với quỹ cung lồi 40 Hình 4.11: Kết quả mô phỏng theo bảng 4.6 với quỹ cung lõm 40 Hình 4.12: Giải thích kết quả mô phỏng 41 Hình 5.1: S đồ khối Robot hƠn tự đng 43 Hình 5.2: Cảm biến đo góc 44 Hình 5.3: Cảm biến đo khoảng cách 44 Hình 5.4: S đồ nguyên lý ca mch điều khin 45 Hình 5.5: Mch công suất 46 Hình 5.6: Đế di chuyn 47 Hình 5.7: Lu đồ giải thuật Robot hƠn tự đng 48 Hình 6.1: Thực nghiệm Robot di chuyn theo quỹ đo tròn 50 Hình 6.2: Thực nghiệm Robot di chuyn theo quỹ đo cong ngẫu nhiên 51 Hình 6.3: Thực nghiệm khả năng vt qua đim kỳ dị trên quỹ đodi chuyn 52 ix DANHăSÁCHăCÁCăBNG BNGă TRANG Bngă1.1: Tóm tắt lịch sử phát trin ca Robot 3 Bngă2.1: Các cách bố trí bánh xe ca Robot 16 Bngă4.1: Số liệu mặc định ca Robot 34 Bngă4.2: Số liệu sau khi tăng vr 34 Bngă4.3: Số liệu sau khi tăng k 1 , k 2  mc đ trung bình 34 Bngă4.4: Số liệu sau khi tăng k 1 , k 2  mc đ cao nhất 35 Bngă4.5: Số liệu sau khi tăng dr 35 Bngă4.6: Số liệu sau khi thay đổi đim đặt ban đầu ca tơm Robot 35 Chngă1 TNGăQUAN TRANG 1 Chngă1 TNGăQUAN 1.1ăTngăquanăchungăvălƿnhăvcănghiênăcu,ăcácăktăquănghiênăcuătrongăvƠă ngoƠiăncăđƣăcôngăb.ăă 1.1.1ăTngăquanăchungăvăRobot, Mobile Robot. Khái niệm Robot theo nghĩa chung thng đc hiu đồng nghĩa với khái niệm tự đng hoá công nghiệp, điều nay chỉ đúng mt phần bi vì: th nhất, Robot chỉ là mt thành phần trong hệ thống tự đng hoá, th hai lƠ tự thơn việc trình bƠy, miêu tả Robot trong sinh hot xƣ hi ít nhiều phóng đi. Những Robot xuất hiện lần đầu tiên  NewYork vƠo ngày 9/10/1922 trong v kịch “Rossum’s Universal Robot” ca nhƠ son kịch ngi Tiệp Khắc lƠ Karen Chapek, và từ Robot lƠ mt cách gọi khác ca từ Robota-theo tiếng Tiệp có nghĩa lƠ công việc lao dịch. Khi đó, Karen Chapek cho rằng Robot lƠ những ngi máy có khả năng lƠm việc nhng không có khả năng suy nghĩ. Gần mt thế kỷ tiếp theo, khái niệm Robot đƣ liên tc đc phát trin, đóng góp thêm bi nhiều nhƠ nghiên cu, nhiều công ty chuyên về lĩnh vực Robot. NgƠy nay, ngƠnh công nghiệp Robot đƣ đt đc những thƠnh tựu hết sc to lớn. Những cánh tay Robot (manipulator) chiếm giá trị khoảng 2 tỉ đô la ca ngƠnh công nghiệp .Những tay máy đc đặt trên mt đế cố định, có th di chuyn với tốc đ nhanh vƠ chính xác đ thực hiện các công việc có tính chất lặp đi lặp li nh hƠn hoặc sn (hình 1.1). Trong ngƠnh công nghiệp điện tử, các cánh tay Robot có th đc sử dng đ lắp ráp linh kiện cho điện thoi di đng vƠ máy tính xách tay với đ chính xác ca mt siêu nhơn. Hình 1.1Robot hƠn ca KUKA vƠ Robot song song Delta of SIG Demaurex SA Chngă1 TNGăQUAN TRANG 2 Tuy nhiên, dù đt đc nhiều thƠnh công nhng những Robot công nghiệp trên vẫn còn mt nhc đim c bản đó lƠ thiếu tính lu đng. Những cánh tay Robot chỉ có th chuyn đng trong mt khoảng không gian cố định ph thuc vƠo ni nó đc đặt. Ngc li, những Robot tự hƠnh (MobileRobot) có th di chuyn khắp ni, khả năng ng dng linh hot lƠm cho nó có th đc sử dng  bất c ni đơu. RobottựhànhlàloiMobileRobotcókhảnăngtựhotđng, thựcthinhiệm vmƠkhôngcầnsựcanthiệpcaconngi.Với nhữngcảmbiến,chúngcókhảnăngnhậnbiếtvềmôitrngxung quanh.Robottựhànhngàycàngcónhiềuýnghĩatrong cácngành côngnghiệp, thngmi, ytế,cácngdngkhoahọcvàphcv đisốngcaconngi.VớisựpháttrincangànhRobothọc, Robottựhànhngày càngcókhảnănghotđngtrong cácmôi trngkhácnhau,tùymilĩnhvựcápdngmàchúngcónhiều loikhácnhaunh Robotsn,Robothàn,Robotcắtcỏ,Robotthám himđidng,RobotlƠmviệcngoàivũtr.Cùngvới sựphát trincayêucầutrongthựctế,Robottựhànhtiếptcđaranhững tháchthcmớichocácnhànghiêncu. VấnđềcaRobottựhànhlàlàmthếnƠođRobottựhƠnhcó thhotđng,nhậnbiếtmôitrngvàthựcthicácnhiệmvđềra. Vấnđềđầutiênlàdichuyn,Robot tựhànhnêndichuynnhthế nƠovƠccấudichuynnàolàsựlựachọntốtnhất.Điềuhớng là vấnđềcbảntrongnghiên cuvàchếtoRobottựhành.Trong hiệphinghiêncuvềRobottựhànhcó2hớngnghiêncukhác nhau: HớngthnhấtlƠnghiêncuvềRobottựhànhcókhảnăng điềuhớng tốcđcaonhthôngtinthuđctừcảmbiến,đơylà loiRobotcókhả nănghotđngmốitrngtrongphòngcũng nhmôi trngbênngoài.LoiRobotnàyyêucầukhảnăngtính [...]... khi n logic Nghiên c u về Robot gây nên Robot trí thông thất nghiệp minh nhơn t o Các tiến b về c khí Bắt đầu dự án Swarm-bots Swram-bots gồm 2001 nhiều Robot nhỏ h p l i đ thực hiện m t nhiệm v chung 2002 Xuất hiện Robot tự Ph c v cho việc dò đ lau chùi nhƠ cửa ng Roomba Robot ho t đ ng Robot quét dọn t i hoƠn toƠn tự ch , 2003 tơm th phát tri n m nh 2004 TRANG Robot đồ ch i Robotics mua đ tránh ch... aRobot Robotlo inày cànglinh ho tthìchiphíchết ocƠngcao Robottựhànhdichuy nbằngchơnđ cmô phỏngtheocác loƠiđ ngvậtvìthếmàchúngcólo i1chơn,lo i2,4,6 chânvàcó th nhiềuh n.Ví d số lo i Robot di chuy n bằng chơn( hình 2.1) Hình 2. 1Robot di chuy n bằng chơn 2.1.1.2 Robott hƠnhdichuy nbằngbánh (WheeledRobot) TRANG 14 m t CH NGă2 BánhxelƠc cấuchuy nđ ngđ Robottựhành.Vấnđềcơnbằngth phảilƠvấnđềđ LụăTHUY T c sửd ngr... 2.1.1.1Robott hƠnhdichuy nbằngchơn(LeggedRobot) uđi m lớnnhấtc alo iRobot làcóth thíchnghi này vàdi chuy n trêncácđịahìnhgồghề.H nnữachúngcòncóth điqua nhữngvậtcảnnh hố,vếtn tsơu Nh cđi mchínhc aRobotlo inàychínhlàchết oquá ph ct p.ChơnRobotlàkếtcấunhiềubậctựdo,đơylànguyên nhơnlƠmtăngtrọngl ngc aRobotđồngth igiảm chuy n.Cáckỹnăngnh cầm, nắmhaynơngtảicũnglànguyên tốcđ di nhânlàm giảm đ c ngvữngc aRobot Robotlo... ycao,dảiđolớnđ cóth điềukhi nRobotdichuy n tốcđ cao,trongnhữngmôi tr H ớng th hai ngcóđịahìnhph ct p lƠnhằmgiảiquyếtcácvấnđềvềcáclo iRobottự hànhchỉdùngđ ho tđ ngtrongmôitr ngtrongphòng Lo i Robottựhànhnàycókếtcấuđ ngiảnh nlo itrên,thực hiện nhữngnhiệmv đ ngiản Tómăt tăl chăs ăphátătri năc a Robot Bảng 1.1trình bày tóm tắt quá trình lịch sử hình thƠnh vƠ phát tri n c a công nghệ chế t o Robot, và những tác... nghiên c uđ c 1970 TRANG c tăng ng Robot có trí thông ng d ng Robot Giới thiệu vi xử NASA vƠ lý NAVY Sự bùng nổ lần 3 Phát tri n vi xử lý Sự h n chế Ch ngă1 minh nhơn t o T NGăQUAN 1980 đ dùng trong những việc nguy hi m (1983) c a nền kinh Robot Chế t o ra Robot đầu tiên c a tế Robot công nghiệp đ c ng d ng r ng rƣi Giới thiệu về 1990 Robot thông minh trong sản xuất Robot giống con 2000 ng i Kỹ thuật... quang tự đ ng gồm các thƠnh phần đi n hình: - Robot hƠn hồ quang -Nguồn điện - Súng hƠn: đ truyền dòng điện hƠn từ cáp hƠn tới điện cực -B lƠm s ch súng hƠn: đầu súng hƠn gần hồ quang vƠ dần dần dính vẩy hƠn, cần phải lƠm s ch - B cấp điện cực: đ bù l i dơy điện cực tự tiêu khi hƠn Robot hƠnăh ăquang: Các Robot hƠn ch yếu có d ng cánh tay có khớp hoặc xoay Lo i Robot tr c Đề-các chỉ đ c dùng cho các Robot. .. tay Robot đ d ng nhiều do nó cho phép súng hƠn chuy n đ ng nh cách con ng TRANG 22 c sử i thao tác Góc CH NGă2 LụăTHUY T súng hƠn vƠ góc di chuy n có th thay đổi đ hƠn mọi vị trí, nhất lƠ những vị trí khó tiếp cận Cánh tay Robot cũng gọn nhẹ nhất vƠ có tầm với lớn nhất Th Robot hàn có 5-6 tr c tự do, lập trình đ ng các c Bên c nh các cách tay Robot, ngƠy nay ng i ta còn phát tri n m t ph ng pháp hƠn tự. .. điều khi n sao cho Robot luôn di chuy n song song và cách mặt cong đ ng m t khoảng cách không đổi với m t vận tốc đều cho tr ớc 1 H păđi uăkhi n 2 Nhi ên li uă hàn 5 Cảm biến đo góc; 6 3 Cánh tay hàn; Đi m cần hàn; , 4 Mô t điều khi n hai bánh trái, phải Cảm biến đo khoảng cách Hình 3.1 Mô hình Robot hàn 3.2PhơnătíchăvƠăđ a raăgi iăpháp: Trong các công trình nghiên c u về Robot bám t ng đƣ đ... c a Robot hàn TRANG 26 x ng CH NGă3 THI TăK ăB ăĐI UăKHI Nă Trong đó:  (x,y): hệ tr c tọa đ tuyệt đối [m,m]  r : bán kính bánh xe c a Robot [m]  ϕ : góc nghiêng c a Robot [rad]  b : khoảng cách từ tơm Robot đến bánh xe [m]  ϕw : góc nghiêng c a mặt cong đ ng [rad]  W(xw,yw) : đi m cần hƠn[m,m] � 0 � � 0 � 0 1 Gọi v,ω lƠ vận tốc dƠi vƠ vơn tốc góc c a tơm Robot, ta có: � T = � � � 0 (1) ng tự đối... mtiếpxúc + Bánhlái: 2bậctựdo,cóth quayxungquanhkhớplái +BánhSwedish:3bậctựdo,cóth quayđôngth ixungquanhtr cbánhxe,tr clănvƠ đi mtiếpxúc Kýhi ucáclo ibánhxe Bánhđah ớngkhôngtruyềnđ ng Bánhtruyềnđ ngSwedish(đah ớng) Bánhquaytựdotiêuchuẩn Bánhtruyềnđ ngtiêuchuẩn Bánhvừatruyềnđ ngvừalàbánhlái Hình2.2 Ký hiệu c a các lo i bánh xe Hình 2. 3Robot di chuy n bằng bánh S đồbánhxec aRobottựhƠnh2bánh,3bánh,4bánhvƠ6bánhđ . Robotsn,Robothàn,Robotcắtcỏ,Robotthám himđidng,RobotlƠmviệcngoàivũtr.Cùngvới sựphát trincayêucầutrongthựctế,Robottựhànhtiếptcđaranhững tháchthcmớichocácnhànghiêncu. VấnđềcaRobottựhànhlàlàmthếnƠođRobottựhƠnhcó. cuvàchếtoRobottựhành.Trong hiệphinghiêncuvềRobottựhànhcó2hớngnghiêncukhác nhau: HớngthnhấtlƠnghiêncuvềRobottựhànhcókhảnăng điềuhớng tốcđcaonhthôngtinthuđctừcảmbiến,đơylà loiRobotcókhả. li, những Robot tự hƠnh (MobileRobot) có th di chuyn khắp ni, khả năng ng dng linh hot lƠm cho nó có th đc sử dng  bất c ni đơu. RobottựhànhlàloiMobileRobotcókhảnăngtựhotđng,