tính toán và mô phỏng robot

tính toán và mô phỏng robot

Đồ án chuyên ngành Mục Lục CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan Robot 1.2 Cấu trúc tay máy robot Bậc tự robot Khớp robot Cổ tay robot Bàn tay robot ( cấu tác động cuối) 1.3 Hệ thống điều khiển robot CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Giới thiệu phương pháp Denavit-Hartenberg 2.2 Xây dựng phương trình động lực học thuận 2.3 Xây dựng phương trình động học ngược 10 2.4 Phương trình động lực học 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 17 3.1 Mô hình toán học khớp robot 17 3.2 Hệ thống điều khiển phân ly khớp 19 3.3 Tính toán thông số hệ thống điều khiển 19 Tính toán điều khiển dòng điện 19 Tính toán điều khiển tốc độ 21 Tính toán điều khiển vị trí 22 Xác định momen cản hai khớp 23 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 25 4.1 Giới thiệu Simulink 25 4.2 Sơ đồ mô 25 4.3 Kết mô 27 Kết mô vị trí hai khớp 27 Đặc tính momen cản khớp 28 Tài liệu tham khảo: 29 Đồ án chuyên ngành LỜI NÓI ĐẦU Nền công nghiệp giới đà phát triển ngày cao, hệ thống máy móc dây chuyền sản xuất đại hoá, chuyên môn hoá chức để thực nhiệm vụ yêu cầu sản xuất khác Các vấn đề tự động điều khiển thiết bị tự động hoá đặt lên hàng đầu trinh nghiên cứu ứng dụng công nghệ vào sản xuất Nó đòi hỏi khả xử lý, mức độ hoàn hảo, xác hệ thống ngày cao để đáp ứng nhu cầu số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày cáng cao xã hội nhu cầu giải phóng sức lao động người nâng cao hiệu lao động Sự xuất máy tính vào năm đầu thập niên 60 hỗ trợ người làm việc tốt nhiều lĩnh vực khác sản xuất nghiên cứu khoa học Đồng thời song song với phát triền máy tinh phát triển dây chuyền sản xuất thiết bị tự động hoá robot có nhiều ứng dụng rộng rãi đời sống người: phục vụ từ yêu cầu nhỏ người, robot không ngừng hoàn thiện nhằm vuơn tới mục tiêu robot có khả tư người Ngày kết hợp robot máy tính tạo mạnh cho loại robot Robot đáp ứng yêu cầu khắt khe người sản xuất nghiên cứu, học tập đời sống Do phạm vi ứng dụng Robot không ngừng mở rộng lĩnh vực thay người sản xuất, tăng xuất xí nghiệp Trước yêu cầu đòi hỏi thiết để tìm hiểu công nghệ sản xuất đại cách hoạt động dây chuyền máy móc dùng robot Em định tiếp cận tìm hiểu khả ứng dụng, nguyên lý hoạt động, vận hành điều khiển Robot Dưới báo cáo bọn em tính toán mô Robot Trong trình làm đồ án bọn em hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Mạnh Tiến, thầy cô môn tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành tốt đồ án Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan Robot Thuật ngữ robot có nguồn gốc từ khoa học viễn tưởng Từ “Robota” lần xuất năm 1920 kịch nhà viết kịch người Tiệp Karel Capek, ông mô tả “nhân vật” ứng xử người, có khả làm việc khỏe gấp đôi người, cảm tính, cảm giác người Sự phát triển robot 40 năm sau Từ kỉ 17, số thiết bị máy móc chế tạo có số đặc tính làm việc robot công nghiệp Jacques de Vancanson chế tạo vài “búp bê nhạc sĩ” Năm 1805, Henri Maillarder chế tạo búp bê khí có khả vẽ tranh Trong đồ chơi đó, số cấu cam sử dụng chương trình điều khiển thiết bị vẽ viết Trong cách mạng công nghiệp, có số phát minh khí khác lĩnh vực dệt, điển hình khung dệt vải Jacques(1801) Cyril Walter Kenward (người Anh) nhà phát minh đăng kí quyền cho thiết bị Robot vào tháng 3/1954 phát minh ông thực năm 1957 Người thứ hai nhà phát minh George C Devol (người Mỹ) có hai phát minh góp phần vào phát triển robot đại ngày Đó thiết bị ghi tín hiệu điện từ hóa sử dụng cho điều khiển máy Thiết bị chế tạo vào công bố vào năm 1952 Phát minh thứ hai “Thiết bị truyền báo lập trình” công bố vào năm 1961 Với hợp tác nghiên cứu Joseph Engelberger Chủ tịch Công ty Unimate George C Devol, robot Unimate robot Unimate robot công nghiệp xuất thị trường năm 1962 Mỹ Những năm sau đó, nhiều đóng góp giá trị ngôn ngữ lập trình robot đánh dấu bước phát triển quan robot đại Đó công trình nghiên cứu ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng cho robot Viện Nghiên cứu Stanford: Ngôn ngữ thực nghiệm WAVE (1973) ngôn ngữ AL (1974) Ngôn ngữ VAL công ty Unimate ngôn ngữ lập trình thương mại Trải dài qua thời gian trính lịch sử phát triển robot, robot đại kết hợp kỹ thuật điều khiển số cấu tự động điều khiển xa Thực vậy, robot cấu khí với chuyển động điều khiển kỹ thuật lập trình tương tự sử dụng máy điều khiển số Đồ án chuyên ngành 1.2 Cấu trúc tay máy robot Hình 1.1 Cấu trúc tay máy robot Bậc tự robot Bậc tự robot số tọa độ cần thiết để biểu diễn vị trí hướng vật thể tay robot không gian làm việc Để biểu diễn hoàn chỉnh đối tượng không gian cần tham số: tọa độ xác định vị trí đối tượng không gian tọa độ biểu diễn hướng vật thể Như robot công nghiệp điển hình có số bậc tự Số bậc tự robot công nghệp tương ứng với số khớp số nối robot Nếu số bậc tự nhỏ 6, không gian chuyển động robot không gian bị hạn chế Với robot bậc tự do, tay robot chuyển động dọc theo trục x, y, z hướng tay không xác định, Tương tự robot có trục mặt phẳng Ngược lại, số bậc tự lớn 6, có nhiều lời giải biểu diễn vị trí hướng robot không gian có nhiều phương án điều khiển chuyển động Đồ án chuyên ngành Khớp robot Khớp khâu liên kết hai nối có chức truyền chuyển động để thực di chuyển robot Thanh nối gắn với thân robot nối vào, nối chuyển động so với nối vào Khớp robot gồm hai loại: khớp tịnh tiến khớp quay Khớp tịnh tiến thực chuyển động tịnh tiến trượt nối đầu Các dạng cấu khớp tinh tiến cấu xilanh-piston, cấu kính viễn vọng… Khớp quay có ba dạng: R, T, V Khớp quay dạng R có trục xoay vuông góc với hai nối Dạng khớp quay T có trục xoay trùng với trục hai nối Dạng khớp quay V có trục xoay trùng với trục nối vào vuông góc với trục nối Cổ tay robot Cổ tay robot có nhiệm vụ định hướng xác bàn tay robot (cơ cấu tác động cuối) không gian làm việc Bàn tay robot ( cấu tác động cuối) Bàn tay gắn lên cổ tay robot đảm bảo cho robot thực nhiệm vụ khác Cơ cấu bàn tay có hai dạng khác tùy theo chức robot dây truyền sản xuất: cấu bàn kẹp cấu dụng cụ 1.3 Hệ thống điều khiển robot Điều khiển robot Điều khiển thô (Điều khiển quỹ đạo) Điều khiển tạo độ khớp Điều khiển tinh (Điều khiển lực) Điều khiển tạo độ Đecac Điều khiển trở kháng Hình 1.2 Các phương pháp điều khiển robot Điều khiển hỗn hợp Đồ án chuyên ngành Liên quan đến đặc điểm làm việc robot chia toán điều khiển hai loại: điều khiển thô điều khiển tinh Ở toán điều khiển thô, xác định luật điều khiển thích hợp để tốc độ, vị trí chuyển động khớp bám sát quỹ đạo thiết kế thời gian trình độ nhỏ nhất, toán thứ hai liên quan đến trình robot di chuyển tiếp xúc với môi trường làm việc trường hợp robot lắp ráp chi tiết vào thiết bị máy Như trình làm việc yêu cầu điều khiển lực vị trí Phân loại phương pháp điều khiển robot trình bày hính 1.2 Điều khiển chuyển động thô hay điều khiển quỹ đạo thực hệ tọa độ khớp hay tọa độ Decac tùy thuộc vào quỹ đạo thiết kế cho tọa độ khớp hay tọa độ Decac Điều khiển chuyển động tinh điều khiển lực, thực chất kết hợp nhiều điều khiển lực vào quỹ đạo Điều khiển lực gồm điều khiển trở kháng điều khiển hỗ hợp Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chuyển động (quỹ đạo) robot vẽ hình 1.3 Robot gồm n khớp khớp truyền động động hệ thống truyền động riêng Bộ điều khiển vị trí có ( Bộ DKi) có chức điều khiển chuyển động robot Khâu Tạo quay đạo chuyển động tính toán quỹ đạo chuyển động mong muốn khớp ( từ quỹ đạo mong muốn tay robot ( Quỹ đạo chuyển động mong muốn khớp ( tín hiệu đặt vị trí điều khiển vị trí khớp Tín hiệu điều khiển ( tín hiệu điều khiển truyền động khớp tương ứng Mỗi điều khiển vị trí khớp tương ứng đo cảm biến biến vị trí (CBi) Quỹ đạo đặt khớp Tín hiệu ĐK khớp Bộ ĐK1 Tạo Quỹ đạo tay quỹ đạo chuyển động Bộ ĐK2 ROBOT Bộ ĐKn CBn CB2 CB1 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển vị trí Vị trí tay Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Giới thiệu phương pháp Denavit-Hartenberg Xét mô hình robot gồm có n khâu Các khâu đánh số dần từ khâu sở đến khâu thứ n, khớp thứ i nối khâu thứ i-1 với khâu thứ i khớp quay tịnh tiến Mỗi loại khớp có bậc tự Hình 2.1 Hệ tọa độ theo Denavit-Hartenberg Để mô tả mối quan hệ mặt động học khâu liên tiếp, người ta thường sử dụng quy ước Denavit-Hartenberg đề xuất năm 1955 Theo khớp ta gắn hệ trục tọa độ, quy ước cách đặt hệ tọa độ sau: - Trục zi-1 chọn dọc theo hướng trục khớp động thứ i - Trục xi-1 chọn dọc theo đường vuông góc chung trục zi-2và trục zi-1 Nếu hai trục song song xi-1 chọn đường vuông góc chung hai trục khớp, trường hợp hai trục cắt xi-1 chọn tùy ý - Gốc tọa độ Oi-1 chọn giao điểm trục xi-1 zi-1 Đồ án chuyên ngành - Trục yi-1 xác định cho (Oxyz)i-1 tạo thành hệ quy chiếu thuận Bốn thông số D-H để biến đổi hai hệ trục tọa độ liên tiếp xác định sau: θi : góc xoay quay trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến xi’ song song xi di : dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục zi-1 để gốc tọa độ Oi-1 chuyển đến Oi’ giao xi trục zi-1 : dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục xi để điểm Oi’ chuyển đến điểm Oi αi : góc quay quanh trục xi cho trục zi-1’( song song với zi-1) chuyển đến trục zi 2.2 Xây dựng phương trình động lực học thuận Áp dụng cho mô hình robot bậc tự y x2 O2 z2 a2 x1 θ2 z1 O1 a1 θ1 z x Hình 2.2 Khung tọa độ robot nối Bảng D-H KTĐ 0 0 Đồ án chuyên ngành Ta có: ci  s i 1 Ai   i 0  0  si c i ci c i si s i ci s i s i c i ci  si  di    c1  s1c1 s1s1 a1c1  c1 s1  s   s c  c   c  s  a s  1 1 1    c1 A1   0  0    0  0 0  Rot ( z,1 ) c  s A2       s 2c c 2c s s c s 0 a2c  c a2 s   s         s c 0 a1c1  a1s1     a2c  a2 s      Rot ( z1 ,2 ) Ta có ma trận điểm tác động cuối: T2  A1 (1 ).1 A2 (2 ) c(1   )  s(1   )  s (   ) c(   )  T2    0  0  a1c1  a2c(1   )  a1s1  a2 s(1   )     Đồ án chuyên ngành 2.3 Xây dựng phương trình động học ngược Ta có: T2  A1 (1 ).1 A2 (2 )  A1 (1 )1.T2  A2 (2 )  c1 s1   s c   0   0 a1   nx 0   ny    ox oy 0 0 px  c p y   s    0   1   s s 0 a2c  a2 s     Ta xét cột cuối ma trận hai vế phương trình, ta được: | | c1 px  s1 p y  a1  | | |  s1 px  c1 p y  |   | | |   | |  |  c1 px  s1 p y  a1  a2c    s1 px  c1 p y  a2 s | |  |  | | | a2c  | | a2 s  | |   | |  Bình phương hai vế hai phương trình (1), (2) cộng vế, ta có: c  px2  p y2  a12  a22 2a1a2  2  atan2(s2 ; c2 ) với : s   c 22 10 (1) (2) Đồ án chuyên ngành Momen hai khớp viết lại dạng rút gọn sau: M1  H111  H12  h112 22  2h1121  g1 M  H 211  H 22  h21112  g đó: H11  m1lg21  J1  m2 (l12  lg22  2l1lg cos 2 )  J H12  H 21  m2 (lg22  l1lg cos  )  J H 22  m2lg22  J h112  h122  h211   m2l1lg sin  g1  m1 glg1 cos 1  m2 g l1 cos 1  lg cos(1   )  g  m2 glg cos(1   ) (6), (7) phương trình động lức học cấu robot hai nối Phương trình động lực học robot hai nối viết dạng phương trình ma trận sau: M  H (q )q  V (q , q )  G(q ) đó: H H   11  H 21 H12  - ma trận hệ số quán tính H 22   h122 22  2h1121  V   - thành phần momen nhớt hướng tâm h21112   g  G    - thành phần momen trọng lực  g2  Hoặc dạng: với: M  H ( q ) q  C ( q , q ) q  G (q ) h  C   112  h2111 h1121  h122    Giải thích: - Thành phần H111 momen khớp gây ra tốc khớp I với H11 momen quán tính hiệu khớp i 15 Đồ án chuyên ngành - Thành phần H12 H 211 tương ứng momen khớp gây gia tốc khớp 2; H12 H 21 momen quán tính đối ngẫu khớp 2 - Thành phần h112 momen hướng tâm tác dụng lên khớp gây tốc độ khớp - Thành phần g1 , g thành phần trọng lực khớp khớp 16 Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 3.1 Mô hình toán học khớp robot Ta có, phương trình động lực học cấu robot viết dạng tổng quát sau: M  H ( q ) q  C ( q , q ) q  G (q ) (1) Từ (1), phương trình momen khớp robot viết dang: M i  [H (q )q ]i  [C (q , q )q ]i  Gi (q ) (2) Xét thành phần [H (q )q ]i hàng i ma trận H  q [H (q )q ]i  Hi1q1  Hi q2   Hii qi   Hin qn (3) Thành phần H ii viết tách thành hai thành phần: Hii  Hii  Hii : H ii - thành phần chứa số khớp i (momen quán tính, khối lượng, chiều dài khớp i) H ii - thành phần chứa số khớp khác i biến khớp Khi (2) viết dạng: M i  Hii qi  di (q , q , q ) (4) với: di (q , q , q )  n  j 1( j # i ) n H ij q j  H ii qi   Cij qi  Gi (q ) j 1 Phương trình momen động điện viết dạng: M Di  Kmi I Di  M 0i  K gi M i  J Di qDi (5) Kết hợp (4) (5), nhận phương trình: M Di  Kmi I Di  J i qDi  M ci (6) với: M ci  M 0i  K gi di (q , q , q ) - momen cản động truyền động khớp i J  i  J Di  K gi2 Hii - momen quán tính tổng khớp 17 Đồ án chuyên ngành K gi  qi - tỉ số truyền từ khớp động qDi Động truyền động khớp cấu robot động chiều nam châm vĩnh cửu Phương trình điện áp động viết dạng toán tử Laplace: U Di ( p)  RDi (1  TDi p) I Di ( p)  KeiDi ( p)  I Di ( p) RDi  U Di ( p)  K eiDi ( p)  TDi p (7) Với : TDi  LDi RDi đó: U Di , I Di , Di - tương ứng điện áp, dòng điện phận ứng tốc độ động LDi , RDi - tương ứng điện cảm điện trở phần ứng K ei - hệ số sức điện động động Mô hình toán học cấu động – robot khớp mô tả phương trình (6), (7) trình bày hình 3.1 Nếu tỉ số truyền hộp số lớn: tốc độ động lớn so với tốc độ khớp ( K gi nhỏ), thành phần memen cản hệ truyền động khớp bao gồm thành phần buộc khớp động bé coi momen nhiễu Khi đó, phương trình (6) phương trình tuyến tính độc lập Điều cho tách rời độc lập khớp robot điều khiển khớp robot thiết kế độc lập, phụ thuộc vào tham số khớp Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khớp 18 Đồ án chuyên ngành 3.2 Hệ thống điều khiển phân ly khớp Sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi điển hình cho khớp có dạng hình 3.2 Hệ thống điều khiển gồm mạch vòng điều chỉnh dòng điện, tốc độ động vị trí khớp với điều khiển tương ứng Ri ( p) , R ( p) Rp ( p) Cấu trúc điều khiển dòng điện, tốc độ, vị trí tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu có dạng: Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển cho khớp 3.3 Tính toán thông số hệ thống điều khiển Tính toán điều khiển dòng điện Mạch vòng dòng điện quy đổi: Hình 3.3 Mạch vòng dòng điện quay đổi 19 Đồ án chuyên ngành Đối tượng điều khiển: P Do TCL  KCL RD Ki (TCL p  1)(TD p  1)(Ti p  1) mà biến đổi xung áp nên f lớn dẫn đến TCL nhỏ, nên có 2f thể bỏ qua TCL P KCL RD Ki (TD p  1)(Ti p  1) Chọn điều khiển dòng điện điều khiển PI RI ( p)  k p p  ki p  k p ki p  Ta p   ki p Tb p Theo phương pháp tối ưu module, ta xác định điều khiển dòng điện có dạng: RI  TD p  1 KCL KiTi p RD Ta có: K i1  K i  1; K CL1  K CL  30; RD1  RD  3,5(); LD1  LD  13(mH ); TD1  TD  LD  0,0037( s); RD Ti  0,001( s); Thông số điều khiển dòng điện hai khớp là: RI  RI  0,0037 p  0,0171 p 20 Đồ án chuyên ngành Tính toán điều khiển tốc độ Mạch vòng tốc độ quy đổi: Hình 3.4 Mạch vòng tốc độ quy đổi FRi : Hàm truyền tương đương mạch vòng điều khiển dòng điện Bản chất hàm truyền bậc coi gần bậc 1, hàm kín hàm truyền mạch vòng điều khiển dòng điện có nhỏ FRi  TRi p  với TRi  2Ti Đối tượng điều khiển: P Ki K m J  K p(TRi p  1)(T p  1) Do T nhỏ nên ta coi đồi tượng điều khiển gần sau: P Ki K m J  K p(Ts p  1) với Ts  TRi  T  2Ti  T Chọn điều khiển tốc độ điều khiển P P  kp Theo phương pháp tối ưu module, ta xác định điều khiển tốc độ có dạng: R  1 Km KTs Ki J Ta có: K m  0,047; K  Ki  1; Ts  2Ti  T  2.0,001  0,01  0,012( s); 21 Đồ án chuyên ngành J 1  J D1  K g21H110  J D1  K g21 (m1lg21  J1 ) (1,9.0,152  0,098)  2,067.105 90  J D  K g22 H 220  J D  K g22 (m2lg22  J )  3,3.106  J2  3,3.106  (0,93.0,12  0,0115)  4,74.10 6 120 Thông số điều khiển tốc độ hai khớp là: R1  0,03665; R  0,008; Tính toán điều khiển vị trí Mạch vòng vị trí quy đổi: Hình 3.5 Mạch vòng vị trí quy đổi FR : Hàm truyền tương đương mạch vòng điều khiển tốc độ Bản chất hàm truyền bậc coi gần bậc 1, hàm kín hàm truyền mạch vòng điều khiển tốc độ có Ts nhỏ FR  TR p  với TRi  2Ts 22 Đồ án chuyên ngành Đối tượng điều khiển: P K K g K p p(TR p  1)(Tp p  1) Do Tp nhỏ nên ta coi đồi tượng điều khiển gần sau: P K K g K p p(Tsp p  1) với Tsp  TR  Tp  2Ts  Tp Chọn điều khiển tốc độ điều khiển P P  kp Theo phương pháp tối ưu module, ta xác định điều khiển tốc độ có dạng: R  K g K pTsp K Ta có: K p  1; Tsp  2Ts  Tp  2.0,012  0,001  0,025( s); Thông số điều khiển tốc độ hai khớp là: Rp1  1800; Rp  2400; Xác định momen cản hai khớp - Ta có, momen cản động truyền động khớp i là: M ci  M 0i  K gi di (q , q , q )  M 0i  n  j 1( j # i ) n H ij q j  H ii qi   Cij qi  Gi (q ) j 1 23 Đồ án chuyên ngành - Đối với khớp 1: M c1  M 01  K g1 ( H122  H111  C111  C122  g1 ) đó: M 01  0; H12  m2 (lg22  l1lg cos  )  J ; H11  m2 (l12  lg22  2l1lg cos  )  J ; C11  m2l1lg sin  2 ; C12  m2l1lg sin  21  m2l1l g sin  2 ; g1  m1 glg1 cos 1  m2 g l1 cos 1  lg cos(1   )  ; - Đối với khớp 2: M c  M 02  K g ( H 211  H 222  C211  C122  g2 ) đó: M 01  0; H 21  m2 (lg22  l1lg cos  )  J ; H 22  0; C21  m2l1lg sin  21; C22  0; g  m2 glg cos(1   ); 24 Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 4.1 Giới thiệu Simulink Simulink phần mền mở rộng Matlab (1 Toolbox Matlab) dùng đề mô phỏng, mô hình hóa phân tích hệ thống động Đặc điểm Simulink lập trình dạng sơ đồ cấu trúc hệ thống Nghĩa là, để mô hệ thống mô tả dạng phương trình vi phân, phường trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc trúc cần chuyển sang chương trình Simulink dạng khối khác theo cấu trúc khảo sát Với cách lập trình này, người nghiên cứu hệ thống thấy trực quan dễ hiểu Trong môi trường Simulink tận dụng khả tính toán, phân tích liêu, đồ họa Matlab, sử dụng khả Toolbox khác Toolbox xử lý tín hiệu số, logic mờ điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu… Việc Simulink kết hợp với Toolbox khác tạo công cụ mạnh để khảo sát động học hệ tuyến tính phi tuyến môi trường thống 4.2 Sơ đồ mô 25 Đồ án chuyên ngành 26 Đồ án chuyên ngành 4.3 Kết mô Với thông số điều khiển dòng điện, tốc độ, vị trí hai khớp thay vào sơ đồ mô Kết mô vị trí hai khớp Hình 4.2 Kết mô vị trí hai khớp Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy thời gian độ khớp t =0,34s, thời gian độ khớp t = 0,34s Độ điều chỉnh hai khớp δ% = Do trính tính toán có xảy phép gần sai số hệ thống đạt tiêu thiết kế điều khiển 27 Đồ án chuyên ngành Đặc tính momen cản khớp Hình 4.3 Đặc tính momen cản khớp Nhận xét: Từ hình 4.3 ta thấy ảnh hưởng momen cản khớp lớn nhiều so với momen cản khớp 28 Đồ án chuyên ngành Tài liệu tham khảo: Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển robot công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Đào Xuân Tiệp, Kỹ thuật robot, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội -2004 Nguyễn Phùng Quang, Matlab&Similink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2004 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 29 [...]... rất mạnh để khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất 4.2 Sơ đồ mô phỏng 25 Đồ án chuyên ngành 26 Đồ án chuyên ngành 4.3 Kết quả mô phỏng Với các thông số các bộ điều khiển dòng điện, tốc độ, vị trí của hai khớp thay vào sơ đồ mô phỏng 1 Kết quả mô phỏng vị trí hai khớp Hình 4.2 Kết quả mô phỏng vị trí hai khớp Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy thời gian quá độ của...  m2 glg 2 cos(1   2 ); 24 Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 4.1 Giới thiệu về Simulink Simulink là một phần mền mở rộng của Matlab (1 Toolbox của Matlab) dùng đề mô phỏng, mô hình hóa và phân tích một hệ thống động Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống Nghĩa là, để mô phỏng hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phường trình trạng thái,... khớp I với H11 là momen quán tính hiệu quả của khớp i 15 Đồ án chuyên ngành - Thành phần H12 2 và H 211 tương ứng là momen của khớp 1 và 2 gây ra gia tốc của khớp 1 và 2; H12 và H 21 là momen quán tính đối ngẫu giữa khớp 1 và 2 2 - Thành phần h112 2 là momen hướng tâm tác dụng lên khớp 1 gây ra bởi tốc độ của khớp 2 - Thành phần g1 , g 2 thành phần trọng lực của khớp 1 và khớp 2 16 Đồ án chuyên ngành... trực quan và dễ hiểu Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích dữ liêu, đồ họa của Matlab, sử dụng các khả năng Toolbox khác nhau như Toolbox xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu… Việc Simulink kết hợp được với các Toolbox khác đã tạo ra công cụ rất mạnh để khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến... gồm các thành phần rằng buộc giữa các khớp của động cơ rất bé có thể coi là momen nhiễu Khi đó, phương trình (6) là phương trình tuyến tính và độc lập Điều đó cho tách rời độc lập các khớp robot và các bộ điều khiển các khớp robot sẽ thiết kế độc lập, chỉ phụ thuộc vào các tham số của khớp Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khớp 18 Đồ án chuyên ngành 3.2 Hệ thống điều khiển phân ly khớp Sơ đồ hệ... khiển gồm 3 mạch vòng điều chỉnh dòng điện, tốc độ động cơ và vị trí khớp với 3 bộ điều khiển tương ứng là Ri ( p) , R ( p) và Rp ( p) Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện, tốc độ, vị trí được tổng hợp theo các tiêu chuẩn tối ưu có dạng: Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển cho một khớp 3.3 Tính toán các thông số của hệ thống điều khiển 1 Tính toán bộ điều khiển dòng điện Mạch vòng của dòng điện quy đổi:... thanh nối 12 Đồ án chuyên ngành Giả thiết khớp 1 sinh ra momen tác dụng giữa thanh nối 1 và 2; trọng lực tác dụng có hướng theo trục y Chọn momen và nối i là tác dụng giữa bệ và thanh nối 1; khớp 2 sinh ra và là các biến khớp tống quát Ký hiệu động năng và thế năng của thanh (i=1,2) Đối với thanh nối 1, động năng được tính như sau: 1 1 K1  m1lg2112  J112 2 2 (1) Thế năng thanh nối 1 xác định theo:... phần trọng lực của khớp 1 và khớp 2 16 Đồ án chuyên ngành CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 3.1 Mô hình toán học khớp robot Ta có, phương trình động lực học của cơ cấu robot được viết dưới dạng tổng quát như sau: M  H ( q ) q  C ( q , q ) q  G (q ) (1) Từ (1), phương trình momen một khớp robot được viết dưới dang: M i  [H (q )q ]i  [C (q , q )q ]i  Gi (q ) (2) Xét thành phần [H (q... eiDi ( p) 1  TDi p (7) Với : TDi  LDi RDi trong đó: U Di , I Di , Di - tương ứng là điện áp, dòng điện phận ứng và tốc độ động cơ LDi , RDi - tương ứng là điện cảm và điện trở của phần ứng K ei - hệ số sức điện động động cơ Mô hình toán học cơ cấu động cơ – robot của một khớp được mô tả bằng các phương trình (6), (7) được trình bày trên hình 3.1 Nếu tỉ số truyền của hộp số rất lớn: tốc độ động cơ... trính tính toán có xảy các phép gần đúng và sai số nhưng hệ thống vẫn đạt được các chỉ tiêu về thiết kế bộ điều khiển 27 Đồ án chuyên ngành 2 Đặc tính momen cản của các khớp Hình 4.3 Đặc tính momen cản của các khớp Nhận xét: Từ hình 4.3 ta thấy sự ảnh hưởng momen cản của khớp 1 là lớn hơn nhiều so với momen cản của khớp 2 28 Đồ án chuyên ngành Tài liệu tham khảo: 1 Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển robot ... tuyến tính phi tuyến môi trường thống 4.2 Sơ đồ mô 25 Đồ án chuyên ngành 26 Đồ án chuyên ngành 4.3 Kết mô Với thông số điều khiển dòng điện, tốc độ, vị trí hai khớp thay vào sơ đồ mô Kết mô vị... chuyên ngành Khớp robot Khớp khâu liên kết hai nối có chức truyền chuyển động để thực di chuyển robot Thanh nối gắn với thân robot nối vào, nối chuyển động so với nối vào Khớp robot gồm hai loại:... KHIỂN CHO ROBOT 3.1 Mô hình toán học khớp robot Ta có, phương trình động lực học cấu robot viết dạng tổng quát sau: M  H ( q ) q  C ( q , q ) q  G (q ) (1) Từ (1), phương trình momen khớp robot