Xây dựng phương trình động học thuận và ngược biểu diễn mối quan hệ giữa hệ toạ độ tay Robot (End effector) và hệ tọa độ các khớp (Joints)Xây dựng mối quan hệ giữa tốc độ của khớp và tốc độ của cánh tay robotViết hàm matlabXây dựng bộ điều khiển thích nghi giả định rõ
1 TRƯỜNG ĐH KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN - - ĐỒ ÁN Đề tài: Xây dựng phương trình động học thiết kế điều khiển thích nghi giả định rõ Họ tên sinh viên: Bùi Anh Tiến Khoa : 10 Lớp : TDH 9A2 11 Mã SV : 15104300001 12 GVHD : NGUYỄN CAO CƯỜNG 13 14 15 16 Hà Nội-2018 Điện GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG Mục Lục 17 18Lời nói đầu .5 19 Chương I: Tổng quan robot .7 20 1.1 Lịch sử phát triển 21 1.2 Phân loại robot .10 22 1.2.1Phân loại robot theo dạng hình học khơng gian hoạt động .10 23 1.2.2.Phân loại robot theo hệ 18 24 1.2.3.Phân loại robot theo hệ điều khiển 19 25 1.3 Ứng dụng Robot công nghiệp : .21 26 1.3.1.Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp : 21 27 1.3.2.Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp : 21 28 1.3.3 Các xu ứng dụng Robot tương lai : 22 29 1.3.4 Tình hình tiếp cận ứng dụng Robot cơng nghiệp Việt Nam : 22 30 1.3.Cấu trúc Robot công nghiệp: 23 31 1.3.1.Các phận cấu thành Robot công nghiệp : 23 32 1.4.Bậc tự toạ độ suy rộng : .24 33 1.4.1.Bậc tự : 24 34 1.4.2 Toạ độ suy rộng : 24 35 1.4.3Nhiệm vụ lập trình điều khiển Robot: .25 36 1.4.3.1 Định vị định hướng “điểm tác động cuối” : 25 37 CHƯƠNG II: HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 38CỦA ROBOT CƠNG NGHIỆP 26 39 2.1 Hệ phương trình động học Robot : 26 40 2.1.1 Đặt vấn đề : 26 41 2.1.2 Xác định trạng thái Robot tai điểm tác động cuối : 26 42 2.1.3 Mơ hình động học : .27 43 2.1.3.1 Ma trận quan hệ : 27 44 2.2 Phương trình động học thuân robot 28 45 2.2.1 Tham số nối khớp 31 46 2.2.2 Thiết lập hệ tọa độ 31 47 2.2.3 Xây dựng phương trình động học thuận cho robot .32 SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 48 2.2.4 Hệ phương trình động học thuận : .34 49 2.3 Xây dựng phương trình động học ngược cho robot 34 50 2.4 Xây dựng quan hệ tốc độ khớp tốc độ tay robot 39 51 2.4.1 Động thành nối 1: 42 52 Động nối 1: 43 53 2.4.2 Thế nối : 43 54 2.4.3 Động nối 2: 43 55 2.4.4 Thế nối 2: .44 56 2.4.5 Thiết lập hàm Lagrange robot: 44 57 2.4.6 Phương trình động lực: 45 58 2.4.7 Quan hệ tốc độ khớp tốc độ cánh tay robot: 45 59 Chương 3: Viết hàm Matlab .46 60 3.1 Tổng quan Matlab-Simulink: 46 61 3.2 Yêu cầu đề 47 62 3.2.1 Hàm dhrobot(t, td): xác định vị trí khớp khớp 48 63 3.2.3 Hàm veloe để xác định tốc độ tay Robot .50 64 3.2.4 Hàm xác định 50 65 Chương4: Thiết kế “ điều khiển thích nghi giả định rõ “ cho Robot 53 66 4.1 Bộ điều khiển thích nghi 53 67 4.1.1 Khái niệm .53 68 4.2 Phân loại điều khiển thích nghi .53 69 4.3 Điều khiển thích nghi khơng gian biến khớp 54 70 4.3.1 Các dạng mơ hình hệ Euler-Lagrange 54 71 4.4 Mơ điều khiển thích nghi 56 72 4.4.1 Sơ đồ khối điều khiển 56 73 4.4.2 Chương trình 57 74 4.4.3 Mô ta thu kết quả: 61 75 76 77 SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 78 79 Nhận xét giảng viên 80 …………………………………………………………………………… 82 …………………………………………………………………………… 83 …………………………………………………………………………… 84 …………………………………………………………………………… 85 …………………………………………………………………………… 86 …………………………………………………………………………… 87 …………………………………………………………………………… 88 …………………………………………………………………………… 89 …………………………………………………………………………… 90 …………………………………………………………………………… 91 …………………………………………………………………………… 92 …………………………………………………………………………… 93 …………………………………………………………………………… 94…………………………………………………………………………… 81 Hà Nội , Ngày…….tháng năm……… 95 Giảng viên hướng dẫn 96 97 98 99 100 101 102 103 SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG Lời nói đầu 104 Trong nghiệp cơng nghiệp hoá, đại hoá đất nước vấn đề tự động hố 106sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng 105 Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot công nghiệp nhằm nâng cao 108suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản 109phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hàng hoá đặt 110vấn đề thời để hệ thống tự động hố sản xuất phải có tính linh hoạt 111nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hố Robot cơng 112nghiệp phận cấu thành thiếu hệ thống sản xuất tự động linh 113hoạt 107 Gần nửa kỉ có mặt sản xuất Robot cơng nghiệp có lịch sử 115phát triển hấp dẫn Ngày nay, Robot công nghiệp dùng rộng rãi nhiều lĩnh 116vực sản suất Điều xuất phát từ ưu điểm loại Robot 117được lựa chọn đúc kết qua năm ứng dụng nhiều nước 114 Ở nước ta, trước năm 1990 chưa du nhập kỹ thuật Robot 119Từ năm 1990 nhiều sở công nghiệp bắt đầu nhập ngoại nhiều loại Robot 120phục vụ việc tháo lắp dụng cụ cho trung tâm CNC, lắp ráp linh 121kiện điện tử, hàn vỏ xe ô tô, xe máy phun phủ bề mặt … Có nơi bắt 122đầu thiết kế chế tạo lắp ráp Robot Có thể nói, Robot góp phần 123lớn vào nghiệp cơng nghiệp hố, đại hoá đất nước Với ý nghĩa to 124lớn Robot cơng nghiệp, chắn ngành cơng nghiệp chế tạo ứng dụng 125Robot phát triển mạnh tương lai 118 Trong lĩnh vực Robot nay, phần Cơ khí (Robot Mechanics), hệ thống 127Điều khiển (Robot control) hệ thống Lập trình (Programming system) coi 128là thành phần độc lập nhà sản xuất chào bán độc lập Vì vậy, với 129những kiến thức học hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo Th.S 130Nguyễn Cao Cường nghiên cứu đề tài: “Thiết kế Điều khiển cho tay máy 131Robot bậc tự mô Matlab – Simulink” 126 SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG Em có đưa số phương án trình bày đồ án thiết kế Tuy 133nhiên với hiểu biết kiến thức học hạn chế nên đồ án 134em khơng tránh khỏi thiếu sót định Em mong nhận góp ý 135và bảo thầy cô giáo để đồ án em hoàn thiện 132 Hà Nội ngày…tháng…năm 136 Sinh viên thực 137 Tiến 138 Bùi Anh Tiến 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 Chương I: Tổng quan robot 151 1521.1 Lịch sử phát 153Khái niệm Robot 154người 155mơ triển đời vào năm 1992 NewYork , nhà soạn kịch Tiệp tưởng tượng cỗ máy hoạt động cách tự động , niềm ước cong người lúc SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 156Từ ý tưởng thiết kế , chế tạo Robot thúc cong người Đến năm 1571948 158máy 159tay , phòng thí nghiệm quốc gia Argone, Goertz chế tạo thành công tay đôi ( master-slave manimulator) Dến năm 1954, Goertz chế tạo thành công máy đôi sử dụng động servo nhận biết lực tác động nên khâu cuối 160Năm 1956 , hãng Generall Mills chế tạo tay máy hoạt động thám hiểm đại 161dương 162Năm 163bốn 164hệ 1968 , R.S Mosher, General Electric chế tạo cỗ máy biết chân Hệ thống vận hành động đốt chân vận hành thống servo thủy lực 165Năm 1969 , đại học Stanford thiết kế Robot từ vận hành nhờ nhận diện 166 167 Hình 1.1 Robot Shakey 168Năm 169mặt 1970 , người chế tạo robot tự hành Lunokohod, thám hiểm bề mặt trăng 170Trong giai đoạn , nhiều nước khác tiến hành công tác nghiên cữu tương 171tự , tạo Robot điều khiển máy tính có lắp đặt loại cảm biến thiết 172bị giao tiếp người máy 173 174Theo 175hơn tiến khoa học kĩ thuật , Robot ngày chế tạo nhỏ gọn , thực nhiều chức , thông minh SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 176Một lĩnh vực nhiều nước quan tâm Robot tự hành , chuyển động 177của chúng ngày đa dạng , bắt trước chuyển động chân người hay 178loài động vật : bò sát , động vật bốn chân ,…và loại xe Robot nhanh chóng 179được ứng dụng rộng rãi hệ thống sản xuất tự động linh hoạt 180 181 Hình 1.2 Mobile Robot ứng dụng cơng nghệ xử lí ảnh 182Từ trở , người tiếp tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng 183q trình tự động hóa sản xuất để tăng hiệu kinh doanh Ngoài Robot 184được sử dụng thay cho người công việc môi trường độc hại , khắc 185nghiệt 186Chuyên 187trong 188quỹ ngành khoa học Robot trở thành lĩnh vực rộng khoa học , bao gồm vấn đề cấu trúc cấu động học , động lực học , đạo chuyển động , chất lượng điều khiển , … Tùy thuộc vào mục đích 189phương thức tiếp cận , tìm hiểu lĩnh vực nhiều khía cạnh 190khác 191Hiện , phân biệt loại Robot mảng khác : Các loại Robot 192công nghiệp , loại Robot di động Mỗi loại có ứng dụng đặc tính 193khác SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 194 195 Hình1.3 Cánh tay robot bậc tự S 196 197 ố lượng robot số quốc gia năm 2012 SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 1981.2 Phân loại robot 1991.2.1Phân loại robot theo dạng hình học 200 Bảng 1.4: Các khớp sử dụng không gian hoạt động 201 202 203- Miền làm việc: tồn thể tích quét khâu chấp hành cuối robot 204thực tất hoạt động SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 10 GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 1064 10653.2 Yêu cầu đề 1066Viết hàm Matlab thực phương trình chương 2,3 vẽ đường biểu diễn 1067vị trí tốc độ khớp tay robot di truyển từ vị trí đến theo đường thẳng 1068Đồ thị tốc độ đặt trước tay Robot dọc theo quỹ đạo cho 1069 1070 1071 1072 1073 1074 1075 1076 1077 Do tay Robot di chuyển từ [0,0; 0,4] đến [0,0; 0,7] theo dạng đồ thị tốc độ ta có: x(t)=0 y(t)=s(t) =y01 + s(t) quãng đường di chuyển Robot Y01 = s01 = 0,4 Với v(t) = (t) = Vm : vận tốc cực đại tay Robot y(t) = 1078 1079 1080 1081 1082 1083 1084 Với s02 = 0,4+ Vm(0,25)2/0,5 = 0,4 + Vm.0,125 S03 = s02 + Vm.0,5 = 0,4 + Vm.0,125 + Vm.0,5 = 0,4 + Vm.0,625 Khi t = 0, y(t) = y(1) = 0,7 =s03 –Vm.(0,25)2/0,5 + Vm.0,25 = 0,4 + Vm.0,625 – Vm.(0,25)2/0,5 + Vm.0,25 = 0,4 + 0,75.Vm Vm = 0,3/0,75 = 0,4 (m/s) 1085 1086 1087 Vậy: y(t) = 1088 v(t) = (t) = 10893.2.1 Hàm dhrobot(t, td): xác định vị trí khớp khớp 1090 function [pos1,pos2]=dhrobot(t,td) 1091 %chuong trinh tinh toan dong hoc thuan va nguoc cho khop 1092 %cua Robot bac tu 1093 % x0,y0,xc,yc : Toa diem dau va cuoi cua tay Robot 1094 % td: Thoi gian chuyen dong 1095 1096 1097 1098 % Khai bao cac thong so cua Robot l1=0.4; l2=0.3; SVTH:Bùi Anh Tiến-TĐH9a2 43 va GVHD:TS NGUYỄN CAO CƯỜNG 1099 1100 1101 t1=0.25; t2=0.75; 1102 1103 % Tinh vi tri khop va 1104 1105 1106 1107 1108 1109 1110 xt=0; yt=trarb(t,t1,t2,td); k1=sqrt((xt.^2+yt.^2+l1^2+l2^2).^2-2*((xt.^2+yt.^2)^2+l1^4+l2^4)); k2=xt.^2+yt.^2+l1^2-l2^2; k3=xt.^2+yt.^2-l1^2-l2^2; pos1=(atan2(yt,xt)-atan2(k1,k2)) ; pos2=atan2(k1,k3) ; 1111 1112 1113 1114 1115 1116 1117 1118 1119 1120 1121 1122 1123 1124 1125 1126 1127 1128 1129 1130 function trajt=trarb(t,t11,t22,tdd) %Tinh quy dao chuyen dong cua tay robot (st=yt ; xt=0) if (t>=0)&(t=t11)&(t=t22)&(ttdd trajt=0.7 ; % gia tri toa diem cuoi end end end end 11313.2.3 Hàm veloe để xác định tốc độ tay 1132 function velo=veloe(t,t11,t22,tdd) 1133 %chuong trinh tinh van toc tay Robot 1134 % td: Thoi gian chuyen dong 1135 1136 1137 Robot if (t>=0)&(t=t11)&(t=t22)&(t