Đồ án robot GRYPHON

Đầu tiên, Robot được dùng trong một số ngành công nghiệp kỹ thuật cao như công nghiệp xe hơi, công nghiệp máy bay…để làm những công việc như hàn thân xe, phun sơn…Những Robot này là những cánh tay máy mô phỏng con người, mỗi tay máy bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau bằng các khớp. Các khâu này có thể chuyển động tương đối với nhau và làm thay đổi tầm với của Robot. Thông thường những Robot này được đặt cố định một chỗ và chỉ thao tác được trong khả năng tầm với của chúng.

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 LỜI NÓI ĐẦU Từ lâu, con người đã không còn xa lạ với từ “Robot” nữa. Bởi lẽ, Robot đã xuất hiện nhiều trong cuộc sống của chúng ta và nếu chưa tận mắt chứng kiến những Robot này hoạt động thì cũng được xem qua các phương tiện thông tin đại chúng. Có thể thấy Robot đã đi vào mọi lĩnh vực của đời sống con người. Vậy, Robot được ứng dụng như thế nào? Có thể nói, Robot được ứng dụng rất phong phú trong đời sống con người, cả trong trường học và trong nông nghiệp. Đạc biệt trong công nghiệp, Robot được sử dụng rộng rãi để làm một số công việc: vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm, máy móc hay làm những công việc nặng nhọc, hoặc trong những môi trường làm việc có nhiệt độ cao, độc hại… Đầu tiên, Robot được dùng trong một số ngành công nghiệp kỹ thuật cao như công nghiệp xe hơi, công nghiệp máy bay…để làm những công việc như hàn thân xe, phun sơn…Những Robot này là những cánh tay máy mô phỏng con người, mỗi tay máy bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau bằng các khớp. Các khâu này có thể chuyển động tương đối với nhau và làm thay đổi tầm với của Robot. Thông thường những Robot này được đặt cố định một chỗ và chỉ thao tác được trong khả năng tầm với của chúng. Với những kiến thức đã học và sau một thời gian tìm hiểu cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, sự đóng góp trao đổi xây dựng của bạn bè nhóm em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Song với những hiểu biết còn hạn chế nên nhóm em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo của thầy giáo để bài tập của nhóm em hoàn thiện hơn. Nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ nhóm em đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Nguyễn Trọng Du . 1 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC GÓC QUAY CƠ BẢN VÀ BỘ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC DH 1.1 Phép quay (Rotation) quanh các trục tọa độ Giả sử ta cần quay một điểm hoặc một vật thể xung quanh trục tọa độ nào đó với góc quay θ 0 , ta lần lượt có các ma trận chuyển đổi như sau: Rot(x, 0 θ )= 1 0 0 0 0 os sin 0 0 sin os 0 0 0 0 1 c c θ θ θ θ               − Rot(y, 0 θ )= os 0 sin 0 0 1 0 0 sin 0 os 0 0 0 0 1 c c θ θ θ θ               − Rot(z, 0 θ )= os sin 0 0 sin os 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 c c θ θ θ θ               − 1.2 Phép quay Euler: Trên thực tế, việc định hướng thường là kết quả của phép quay xung quanh các trục x, y, z. Phép quay Euler mô tả khả năng định hướng bằng cách : - Quay một góc φ xung quanh trục z - Quay tiếp một góc θ xung quanh trục y mới, đó là y’ - Cuối cùng quay một góc ψ quanh trục z mới, đó là z’’ 2 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Hình 1.1 : Phép quay Euler Ta biểu diễn phép quay Euler bằng cách nhân ba ma trận với nhau : Euler ( φ , θ , ψ ) = Rot(z, φ )Rot(y, θ )Rot(z, ψ ) Kết quả của phép quay phụ thuộc chặt chẽ vào thứ tự quay, tuy nhiên ở phép quay Euler nếu thực hiện theo thứ tự ngược lại, nghĩa là quay góc ψ quanh z rồi tiếp đến quay góc θ quanh y và cuối cùng quay góc φ quanh z cũng đưa đến kết quả tương tự (Xét trong cùng hệ quy chiếu). ( , , ) ( , ). ( , ). ( , )R R z R y R z φ θ ψ φ θ ψ = Với : ( , )R z φ = 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S S C φ φ φ φ                 − ( , )R y θ = 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 C S S C θ θ θ θ               − ( , )R z ψ = 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S S C ψ ψ ψ ψ               − 3 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 ( , , )R φ θ ψ = 0 0 0 0 0 0 1 C C C S S C C S S C C S S C C C S S C S C C S S S C S S C ψ ψ ψ ψ φ θ φ φ θ φ φ θ ψ ψ ψ ψ φ θ φ φ θ φ φ θ ψ ψ θ θ θ                 − − − − − + − 1.3 Bộ thông số DH Hình 1.2 : Các thông số của khâu θ , d, a, α Các thông số cơ bản giữa hai trục quay của khớp động i và i+1 : a i là độ dài đường vuông góc chung giữa hai trục khớp động i và i+1, khi các trục z không cắt nhau thì a bằng khoảng cách pháp tuyến của hai trục, khi các trục z cắt nhau thì a=0. i α là góc chéo giữa hai trục khớp động i và i+1, i α = góc quay quanh trục x i biến z i thành 1 z i+ . d i là khoảng cách đo dọc trục khớp động i từ đường vuông góc chung giữa trục khớp động i và trục khớp động i+1 tới đường vuông góc chung giữa khớp động i và trục khớp động i-1. 4 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 i θ là góc giữa hai đường vuông góc chung nói trên. Bộ thông số này được gọi là bộ thông số Denavit – Hartenberg hoặc viết tắt là bộ thông số DH. Biến khớp: Nếu khớp động i là khớp quay thì i θ là biến khớp, i θ = * i θ . Nếu khớp động i là tịnh tiến thì d i là biến khớp. Để kí hiệu biến khớp dùng thêm dấu * và trong trường hợp khớp tịnh tiến thì a i được xem là bằng 0. CHƯƠNG II: HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT GRYPHON 2.1.Giới thiệu mô hinh và nguyên tắc hoạt động Rô bốt Gryphon do hãng FeedBack của Anh sản xuất phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Đây là 1 rô bốt 5 trục kèm theo bàn kẹp như hình 2 - Trục hông (waist axis) - Trục vai (shoulder) - Trục khuỷu tay (elbow axis) - Trục cổ tay (tool pitch axis) - Trục cổ tay (tool roll axis) - Bàn kẹp (grypper) Những ưu điểm nổi bật của rô bốt là chuyển động nhanh, chính xác và mềm mại. Rô bốt được điều khiển bởi 4 vi xử lý cho phép điều khiển đặt vật chính xác. Mỗi trục của rô bốt được điều khiển bởi 1 động cơ bứơc với bộ mã phản hồi. Trong bộ điều khiển, 1 vi xử lý sẽ giám sát vị trí của các trục. Hai cái khác sẽ quản lí các động cơ và cái còn lại sẽ giám sát cả 3 trên đồng thời làm nhiệm vụ giao tiếp với máy chủ. 2.2.Công thức xác định vị trí 5 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Khi áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg gắn các hệ trục toạ độ vào các khâu ta thu được sơ đồ động học của rô bốt Gryphon như hình 3 - Bảng thông số DH CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT GRYPHON GRYPHON là robot có5 khâu với cấu hình RRRRR. Tất cả 5 khâu đều chuyển động quay. Hình 3.1 Robot GRYPHON 6 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Khâu i θ ∗ i α i a i d Khớp 1 1 θ ∗ 90 0 2 a 1 d R 2 2 θ ∗ 0 4 a 0 R 3 3 θ ∗ 0 a5 0 R 4 4 θ ∗ 90 0 0 - 3 d R 5 5 θ ∗ 0 0 6 d R * : Các biến khớp Hình 3.2 Bảng thông số DH của robot GRYPHON Trong ví dụ mô phỏng robot này chúng ta chọn các giá trị như sau: 2 a = 0.2m 4 a = 0.4m a 5 =0.4m 1 d = 0.6m d 3 =0.1m 6 d = 0.25m Các giá trị * i θ chọn ban đầu bằng 0 3.1 Xây dựng hệ toạ độ. Bật nút lệnh số 5 trên menu ngang, dưới. Vào menu chính : FILE -> LOAD -> ROBOTFILE chọn DHTempl ->OPEN. Vào menu chính : ROBOTICS -> ROBOTMOTION + KINEMATICS -> KINEMATICS DATAChọn Active Join -> Ok -> Activ Joint (1) RZ (khớp thứ nhất là khớp quay) -> Ok -> Nhập các thông số DH của khâu thứ nhất. 7 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Vào lại bước 4 -> Number Active Joint(1) -> Ok -> ấn đúp chuột vào vệt xanh hoặc đưa con trỏ vào phần nhập dữ liệu (text box) ấn 2 (Bây giờ số khớp động là 2), nhập các thông số DH cho khâu số 2. Khâu 3,4,5 làm tương tự. Kết quả các hệ tọa độ gắn trên các khâu như hình sau: 8 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Ta có thể kiểm tra các số liệu đã nhập bằng cách kích chuột vào menu : ROBOTICS -> ROBOTMOTION + KINEMATICS -> KINEMATICS DATA -> KINEMATIC INFOMATION để xem lại số khâu, khớp và các thông số DH. Nếu vào dữ liệu sai ta có thể hiệu chỉnh lại. 3.2.Thiết kế hình dáng robot (Chú ý:mỗi lần thiết kế hoặc chỉnh sửa xong chúng ta phải Save vào robot file) Thiết kế robot Vào menu 3D-CAD -> select group -> robot group-> ok (Để thiết kế robot) 9 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Thiết kế khâu 0 (đế) Vào menu 3D-CAD -> create/import new 3D body-> block ( chọn khối hình hộp). + Chọn kích thước khâu + Gán cho khâu 0 Đặt tên cho khâu: 10 . ĐỘNG HỌC ROBOT GRYPHON GRYPHON là robot có5 khâu với cấu hình RRRRR. Tất cả 5 khâu đều chuyển động quay. Hình 3.1 Robot GRYPHON 6 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4. 5 RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4 Khi áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg gắn các hệ trục toạ độ vào các khâu ta thu được sơ đồ động học của rô bốt Gryphon như