Ứng dụng Toolbox trong Matlab để khảo sát cánh tay robot ba bậc tự do RRR

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPTên đề tài:Ứng dụng Toolbox trong Matlab để khảo sát cánh tay robot ba bậc tự do RRR NỘI DUNG TRÌNH BÀY1. Giới thiệu tổng quan2. Mô phỏng và xây dựng mô hình toán học3. Điều khiển và mô phỏng pp PD bù trọng trường4. Kết luận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Ứng dụng Toolbox Matlab để khảo sát cánh tay robot ba bậc tự RRR Sinh viên thực : Nguyễn Thị Thúy Giảng viên hướng dẫn: Đào Minh Tuấn Hưng Yên, tháng 5, năm 2016 02:00:33 PM Slide NỘI DUNG TRÌNH BÀY Mơ xây dựng mơ hình tốn học Điều khiển mơ pp PD bù trọng trường 02:00:34 PM Giới thiệu tổng quan Kết luận Slide GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Nội dung  Khái niệm robot công nghiệp ROBOT CƠNG NGHIỆP ĐỘNG HỌC THUẬN  Lịch sử robot cơng nghiệp  Bài toán động học thuận  Bài toán động học ngược  Bài toán động lực học ĐỘNG HỌC NGƯỢC ĐỘNG LỰC HỌC BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN Ta có sơ đồ đặt hệ tọa độ cho robot theo quy tắc DenavitHatenberg sau : Các tham số cánh tay robot m1 = 50 m2 = 20 m3 = 10 a1 = a2 = a3 = g = 9,8 BẢNG D-H Sau chọn trục tọa độ ta có bảng DH: Bảng 1.1: Bảng tham số động học cánh tay robot RRR 02:00:39 PM Khớp di θi αi θ1 a1 π/2 θ2 a2 θ3 a3 CÁC MA TRẬN TRUYỀN DH Dạng tổng quát ma trân D-H cho khâu có dạng sau: �C i  S iC i S iS i aiC i � � � S  i C  iC  i  C  iS  i aiS  i � Ai   � �0 S i C i di � � � 0 � �0 Ma trận D-H khâu 2: C2 S2 a2 C � � � � S C a S 2 � A2    � �0 � � � 0 � � Ma trận D-H khâu 1: C1 S1 a1C1 � � � � S  C a S 1 � A1  � �0 0 � � � � �0 Ma trận D-H khâu 3: C3  S3 a3C3 � � � � S C a S 3 �  A3   � �0 � � � 0 � �0 THIẾT LẬP CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC Ma trận biến đổi tọa độ nhât khâu so với khâu cố định là: �N X � NY � T  A1 A2 A3    �N Z � �0 OX OY AX AY OZ AZ Trong đó: PX � � PY � PZ � � � Nx = C23C1 Ox = -S23C1 Ax = S1 Px = C1(a1 + a3C23+a2C2) Ny = C23S1 Oy = -S23S1 Py = S1(a1 + a3C23+a2C2) Nz = S23 Oz = C23 Ay = -C1 Az = 02:00:39 PM Pz = a3S23 + a2S2 ĐỘNG HỌC THUẬN Ta có tọa độ khâu tác động cuối: �PX � �C1 (a1  a3C23  a2C2 ) � � �� � rE  �PY � �S1 (a1  a3C23  a2C2 ) � �P � � a S  a S � � Z � � 23 2 � Các thông số: a3  a2  a3  02:00:39 PM Chọn quy luật chuyển động bất kỳ: q1  3t q2  2t q3  t Thay giá trị vào PT được: � �3t � � � �3t � � xE (t )  � 2C � �  1� C  C ( t ) � �2 � � � � � � � � � � � 2� 3t � � yE (t )  S (3t ) � 4C � �  6C  t  � �2 � � � z E (t )  3S (2t )  S (3t ) MÔ PHỎNG CÁNH TAY ROBOT ĐỘNG HỌC THUẬN Sử dụng Symbolic Math Toolbox Robotics Toolbox ta quỹ đạo cánh tay robot khoảng t = – π/12 sau: 02:00:40 PM Slide MÔ PHỎNG CÁNH TAY ROBOT ĐỘNG HỌC THUẬN Sử dụng Symbolic Math Toolbox Robotics Toolbox ta quỹ đạo cánh tay robot khoảng t = – π sau: MÔ PHỎNG CÁNH TAY ROBOT ĐỘNG HỌC THUẬN Sử dụng Symbolic Math Toolbox Robotics Toolbox ta quỹ đạo cánh tay robot khoảng t = – 2π sau: 02:00:40 PM 11 BÀI TỐN ĐỘNG HỌC NGƯỢC Ta có ma trận cấu hình thao tác: �a11  x  a12  x  a13  x  a14  x  � � � a x a x a x a x   32   23   24   � T3  x   �21 �a31  x  a32  x  a33  x  a34  x  � � � 0 � � Với tọa độ điểm thao tác cuối E: a14(x) = xE(t) a24(x)= yE(t) a34(x) = yE(t) Từ động học thuận ta có: NX � �N T3 (q)  A1 A2 A3   � Y �N Z � �0 OX OY OZ AX AY AZ PX � PY � � PZ � � 1� Dễ dàng giải được: q1 = Atan2(a24,a14) q2  Atan2( a31a3  a34 , � (a11a3  a14 )2  (a21a3  a24 )2 ) q3 = Atan2(a31,a32) - q2 02:00:40 PM 12 QŨY ĐẠO CÁNH TAY ROBOT ĐỘNG HỌC NGƯỢC Sử dụng Symbolic Math Toolbox Robotics Toolbox ta quỹ đạo cánh tay robot khoảng t = - 2π/6 sau: 02:00:40 PM 13 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC Hàm Lagrange: LK P Momen đặt lên khớp 1: d � L � L M1   dt � q& � q1 Momen đặt lên khớp 2: d � L � L M2   dt � q&2 � q2 Momen đặt lên khớp 3: d � L � L M3   dt � q&3 � q3 02:00:40 PM Phương trình Động lực học: M  H ( q ) q  V ( q, q )  G ( q ) � �H11 � Trong đó: H  �0 H H 22 23 � � �0 H H � 32 33 � � V1 � �0 � � � � � � V � V2 � G � G2 � � � � � V G �3 � �3� 14 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ khối điều khiển cánh tay robot RRR không gian khớp: 02:00:40 PM 15 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Góc quay khớp 1: 02:00:40 PM 16 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Góc quay khớp 2: 02:00:40 PM 17 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Góc quay khớp 3: 02:00:40 PM 18 KẾT LUẬN Các kết đạt Qua thời gian nghiên cứu làm đồ án em thu kết sau:  Giải toán động học thuận, động học ngược  Mô toán động học thuận, động học  Xây dựng thành cơng mơ hình tốn học Xây dựng sơ đồ khối điều khiển không gian khớp Điều khiển phương pháp PD bù trọng trường 02:00:40 PM Slide 19 KẾT LUẬN Hướng phát triển đề tài Thiết kế cánh tay robot Điều khiển thích nghi cánh tay robot Em mong qua đề tài giúp em hiểu rõ công việc ngành sau trường bước đệm để em phát triển công việc sau 02:00:40 PM Slide 20 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Họ tên: Nguyễn Thị Như Gmail: nguyennhu1408@gmail.com 02:00:40 PM 21 VẬN TỐC KHÂU TÁC ĐỘNG CUỐI Đạo hàm vị trí khâu tác động cuối ta vE  rE � PX � � � PY � PZ � � �Trong � � � � � � đó: PX   q2 C1 (a3 S 23  a2 S )  q1 S1 (a1  a3C23  a2C )  q3 a3 S 23C1 PY  q1 C1 (a1  a3 S 23  a2C2 )  q2 S1 (a3 S 23  a2 S )  q3 a3 S 23 S1 PZ  q2 (a3C23  a2C2 )  q3 a3C23 02:00:40 PM 22 02:00:40 PM 22 Thành phần quán tính H: 1 �1 �2 2� 2� H11  I1  a1 � m1  m2  m3 � a3 m3  a2 � m2  m3 �C2  a3 m3C2223 �4 �8 �4 � 1  a1a3m3C23  a2 a3m3C223  a1a2  m2  2m3  C2  a2 a3m3 2 �1 � H 22  I  a � m2  m3 � a2 a3m3C3 �4 � 2 H 32  a3 m3 02:00:41 PM H 23  a3 m3 H 33  I  a3 m3 23 Thành phần tương hỗ V: �1 � � � � � V1  a � m2  m3 � S 22 q1 q2  a3 m3 � q2  q3 � S2223 q1  a1a3m3 � q2  q3 � S 23 q1 � � � � �4 � � �  a2 a3 m3 � 2q2  q3 � S 223 q1  a1a2  2m3  m2  q2 S q1 � � 1 1 � � V2   a2 a3 m3 S3 q2 q3  a22 � m2  m3 � S 22 q12  a32 m3 S 2223 q12 8 � � 2 1 � �  a1a3 m3 S 23 q12  a2 a3 m3 S 223 q12  a1a2 � m2  m3 � S q12 2 � � 1 1 V3   a2 a3 m3 S3 q2 q3  a3 m3 S 2223 q1  a1a3 m3 S 23 q1  a2 a3m3 S 223 q12 2  a2 a3 m3 S3 ( q1  q2  q2 q3 ) 2 02:00:41 PM 24 Thành phần trọng trường G: 1 � � G2  gm2 a2C2  gm3 �a2C3  a3C23 � 2 � � � � G3  gm3 � a2C3  a3C23 � � � 02:00:41 PM 25