Đồ án thiết kế cơ khí , đồ án 1

Đồ án thiết kế cơ khí của sinh viên ĐH BKHN thực hiện tính toán và thiết kế robot 3 bậc tự do , sử dụng gói công cụ tool part để kiểm tra và mô phỏng chi tiết từng bước làm tính toán Đồ án thiết kế cơ khí tử giúp chúng em bước đầu làm quen với những vấn đề cốt lõi và cơ bản nhất về robot, giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại các kiến thức của môn học như: Lí thuyết điều khiển tử động, Robotics, Robot công nghiệp, Tính toán thiết kế Robot, Động lực học hệ nhiều vật, …Đồng thời giúp cho sinh viên làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Ích Thịnh đã hướng dẫn cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ Đề tài:Thiết kế điều khiển cho robot phẳng 3R phần mềm Matlab Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Tiến TỔNG QUAN • Thiết lập bảng thơng số DH • Tìm ma trận biến đổi tọa độ • Tìm ma trận biến đổi tọa độ • Kiểm nghiệm lại kết Corke Robotics Toolbo • Giải tốn động học ngược cho robot • Chương trình Matlab giải tốn động học ngược cho robot phẳng 3R • Kiểm tra lại toàn kết bẳng Corke Robotics Toolbox • Chương trình Matlab tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc robot phẳng 3R • Giải tốn động lực học ngược 10 • Giải tốn động lực học thuận 1.Thiết lập bảng thơng số DH • Thiết lập hệ tọa độ DH 1.Thiết lập bảng thông số DH  Bảng thông số DH Khâu i 1 2 3 di i L1 L2 L3 0 0 Trong đó: - khoảng dịch chuyển trục khớp kề - i góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến trục xi theo quy tắc bàn tay phải - di dịch chuyển tịnh tiến hai đường vng góc chung trục - αi góc lệch trục khớp động liền kề, góc quay quanh trục xi cho trục zi-1 chuyển đến trục zi theo quy tắc bàn tay phải Tìm ma trận biến đổi tọa độ • Ma trận biến đổi tọa độ Denavit – Hartenberg có dạng : cos(i )  sin(i ) cos i � � � � sin(  ) cos(  ) a sin  i i i i i 1 � Ti  � � sin( i ) cos( i ) di � � � 0 � � • Ma trận biến đổi tọa độ : cos(1 )  sin(1 ) � � sin( ) cos(1 ) T1  � � 0 � � 0 L1 cos 1 � L1 sin 1 � � � � � cos(3 )  sin( ) � � sin( ) cos(3 ) T3  � � 0 � � 0 L3 cos  � L3 sin 3 � � � � � cos( )  sin( ) � � sin( ) cos( ) T2  � � 0 � � 0 L2 cos  � L2 sin  � � � � � Tìm ma trận biến đổi tọa độ • Ta có: T3  0T1.1T2 2T3 �cos(1    3 )  sin(1    3 ) � sin(1    3 ) cos(1    3 ) � T3  � 0 � 0 � L2 cos  1     L1 cos(1 )  L3 cos(1    3 ) � � L2 sin  1     L1 sin(1 )  L3 sin(1    3 ) � � � � Sử dụng Matlab để xác định lời giải cho toán động học thuận • Chương trình code Matlab: Sử dụng Matlab để xác định lời giải cho tốn động học thuận • Kết chạy chương trình: Sử dụng Matlab để xác định lời giải cho toán động học thuận Áp dụng cho trường hợp a) � � 0 � T3  � � � 0 0 {1 , ,3} = {0 ,0 ,0 } T 0 T 9� 0� � 0� � 1� Hình 1: Sơ đồ khâu ứng với trường hợp a Sử dụng Matlab để xác định lời giải cho toán động học thuận b) {1 ,  , 3}T = {100 ,200 ,300 }T �1 � �2 �3 T3  � �2 �0 � �0  2 0  3 �   1� 18 �  3� 4sin   � 18 2� � � � cos Hình 2: Sơ đồ khâu ứng với trường hợp b 10 Chương trình MATLAB để tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R • Kết sau chạy chương trình Matlab : Hình 4: Đồ thị vận tốc khớp với thời gian 25 Chương trình MATLAB để tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R Các góc khớp  = {1 2 3}T với thời gian: Hình 5:Đồ thị góc khớp với thời gian 26 Chương trình MATLAB để tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R - Các tọa độ , X = {x y }T (m m rad) với thời gian: 27 Hình 6: Đồ thị tọa độ khâu cuối thời gian Chương trình MATLAB để tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R - Định thức ma trận Jacobian |J| với thời gian: 28 Hình 7: Đồ thị định thức ma trận Jacobian với thời gian Chương trình MATLAB để tính ma trận Jacobian mơ thuật tốn điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R - Các mô men xoắn khớp T = {1 2 3}T với thời gian: 29 Giải toán động lực học ngược 30 9 Giải toán động lực học ngược 31 Giải toán động lực học ngược Đặt lại hệ trục tọa độ theo John Craig để thuận tiện cho việc sử dụng thuật toán Newton – Euler: 32 Giải toán động lực học ngược Chạy chương trình Matlab thu kết quả: 33 Giải toán động lực học ngược &� �� � � � �� & & 1 �� & �&� �� &� & & �  &  �� �  � �� � Để xác định ảnh hưởng trọng lực T g ta đặt: 2� � � & &� �� &� ��   � � � �3 34 10 Giải tốn động lực học thuận • Trong trường hợp ta bỏ qua trọng lực • Với mơmen xoắn khớp, góc khớp ban đầu vận tốc khớp ban đầu tính chuyển động robot:  � �20 � � �� � � T �  � �5 � �  � �1 � �� 10 � �60 � � � � 0  �  20 � �90 � 30 � � 30 � � � � � � � � �� & 10 � �� & �  &20 � �� � � � �� & 30 � � • Thực việc mơ góc khớp vận tốc khớp giây Corke Robotics Toolbox • Cuối ta thu đồ thị góc khớp vận tốc khớp với thời gian giây 35 10 Giải toán động lực học thuận Kết quả: - Các góc khớp (độ)  = {1 2 3}T với thời gian: 36 10 Giải toán động lực học thuận - Các vận tốc khớp (rad/s)  1 2 3  T với thời gian: 37 Kết Luận • Đến đồ án hoàn thành nội dung sau:  Đưa vấn đề cần giải quyết: tính tốn Robot phẳng  Xây dựng mơ hình mơ tả tốn, tính tốn động học Robot  Ứng dung Corke Robotics Toolbox để kiểm tra lại tốn động học  Mơ thuật toán điều khiển điều tốc (resolved-rate control) robot phẳng 3R • Tuy đồ án số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển:  Tính tốn động lực học Robot  Thiết kế quĩ đạo  Thiết kế, chế tạo điều khiển thật cho 38 39 ... Matlab để xác định lời giải cho toán động học thuận Áp dụng cho trường hợp a) � � 0 � T3  � � � 0 0 {1 , ,3} = {0 ,0 ,0 } T 0 T 9� 0� � 0� � 1� Hình 1: Sơ đồ khâu ứng với trường hợp a Sử dụng... định lời giải cho toán động học thuận b) {1 ,  , 3}T = {100 ,200 ,300 }T �1 � �2 �3 T3  � �2 �0 � �0  2 0  3 �   1� 18 �  3� 4sin   � 18 2� � � � cos Hình 2: Sơ đồ khâu ứng với trường... Sử dụng Matlab để xác định lời giải cho toán động học thuận {1 ,  , 3 }T = {900 ,900 ,90 }T �0 � 1 � T3  �0 � �0 0 0 3� 2� � 0� � 1� Hình 3: Sơ đồ khâu ứng với trường hợp c 11 Kiểm nghiệm