Chương 1 khái niệm robot,robotic chương 2 robot PLANAR

Giới thiệu Chương 1.Khái niệm Robot,Robotic Chương 2.Robot PLANAR Chương 1:Khái niệm Robot,Robotic 1.1.Khái niệm Robot Robot công nghiệp định nghĩa theo số tiêu chuẩn sau:  Theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp  Theo tiêu chuẩn RIA Mỹ (Robot institute of America  Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 Nga Do đó, robot cơng nghiệp hiểu thiết bị tự động linh hoạt, thực chức lao động công nghiệp người hệ thống điều khiển theo chương trình lập trình sẵn 1.2.Khái niệm Robotic • Robotic ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot ứng dụng chúng lĩnh vực hoạt động khác xã hội loài người nghiên cứu khoa học kĩ thuật, kinh tế, quốc phịng an ninh dân sinh • Robotic ngành khoa học liên ngành gồm khí, điện tử, kĩ thuật điều khiển công nghệ thông tin Nó sản phẩn đặc thù nghành điện tử • Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot có bước tiến đáng kể 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị toàn quốc thực nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng robot như: Trung tâm Tự động hoá-Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Điện tử -Tin học, Viện Khoa học Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN… Chương :Robot PLANAR 2.1.Cấu trúc • Tay máy (manipulator) cấu khí gồm khâu khớp, chúng hình thành cánh tay (arm) để tạo chuyển động bản, cổ tay (wrist) tạo nên khéo léo, linh hoạt bàn tay (hand) để trực tiếp thao tác đối tượng • Hệ thống cảm biến: gồm sensor thiết bị chuyển đổi tín hiệu khác • Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho khâu tay máy Một vài hình ảnh robot PLANAR 2.2.Động học thuận vị trí •  Giới thiệu • Mục đích tốn động học thuận tính tốn vị trí hướng tay robot tương ứng với cấu hình robot xác định Q = [] X = [Px, Py, 0, 0, 0, ]  Trong đó: Px = l1cos() + l2cos() + l3cos() Py = l1sin() + l2sin() + l3sin()   Phương pháp Danevit – Hartenberg (D-H) Bước 1: xác định số khớp nối - Robot Planar DOF khớp, nối Bước 2: gắn trục tọa độ lên nối Tại thời điểm ban đầu T = A A A 3  cos(θ1 + θ + θ3 ) − sin(θ1 + θ + θ )  sin(θ + θ + θ ) cos(θ + θ + θ ) 3 =  0  0  Trong : l1 cos θ1 + l2 cos(θ1 + θ ) + l3 cos(θ1 + θ + θ )  l1 sin θ1 + l2 sin(θ1 + θ ) + l3 sin(θ1 + θ + θ3 )     l1 cos θ1 + l2 cos(θ1 + θ ) + l3 cos(θ1 + θ + θ3 )   l sin θ + l sin(θ + θ ) + l sin(θ + θ + θ )  2 3     T X =  PX , PY , PZ ,  =         θ1 + θ + θ3   2.3.Tính tốn ma trận JACOBIEN : 2.3.1.Phương pháp trực tiếp 2.3.2.Phương pháp JH Bước : Xác định ma trận Tni ( i = → n − 1) Bước 2: Xác định ma trận • • Khi (i+1) khớp trượt, biến khớp Sử dụng H   suy  : H ả px =nzi ả ri+1 ; ã J theo quy tắc D-H H ; ¶ py ¶ ri+1 =o ¶ px =n iy p xi - n xi p iy ; ¶ qi +1 ; θi +1 H ¶ py ¶ qi+1 ; H ¶fx =nzi ¶ qi +1 ; H ¶ pz =a zi ¶ ri+1 Khi (i+1) khớp quay, khớp H H ¶ p y H ¶ pz ¶ px = = =0 ¶ ri +1 ¶ ri+1 ¶ ri +1 H i z H ; H i y i x i x =o p - o p ¶f i y ¶ pz i i i i =a y px - a x p y ¶ qi+1 H y ¶ qi +1 =o i z ¶fz =a zi ¶ qi +1 Bước : Tính J R J = 0 n 0 H ×J 0 Rn  2.4.Ma Trận Jacobi Robot Planar 3DOF Ma trận Jacobi có dạng : J 6n é¶ x ê ê¶ q1 ê ê¶ y ê ê¶ q1 ê ê¶ z ê¶ q ¶x = =ê ê¶ ff ¶Q x ê ê¶ q ê ê¶ ff y ê ê¶ q1 ê ê¶ ffz ê ê ë¶ q1 ¶x ¶ q2 ¶y ¶ q2 ¶z ¶ q2 ¶ x ¶ q2 ¶ y ¶ q2 ¶ z ¶ q2 ¶x ù ú ¶ q3 ú ú ¶y ú ú ¶ q3 ú ú ¶z ú ¶ q3 ú ú ¶fx ú ú ¶ q3 ú ú ¶fy ú ú ¶ q3 ú ú ¶fz ú ú ¶ q3 ú û • Phương pháp tính trực tiếp Theo tốn động học thuận vị trí, ta có : l1 cos θ1 + l2 cos(θ1 + θ ) + l3 cos(θ1 + θ + θ3 )   l sin θ + l sin(θ + θ ) + l sin(θ + θ + θ )  2 3     X =        θ + θ + θ    −l1 sin θ1 − l2 sin(θ1 + θ ) − l3 sin(θ1 + θ + θ3 ) −l2 sin(θ1 + θ ) − l3 sin(θ1 + θ + θ3 ) −l3 sin(θ1 + θ + θ3 )   l cos θ + l cos(θ + θ ) + l cos(θ + θ + θ ) l cos(θ + θ ) + l cos(θ + θ + θ ) l cos(θ + θ + θ )  ∂X  1 2 3 2 3 3  J= =  0 ∂Q    0     0   1   • Phương pháp tính Ma trận J H cho Robot Planar 3D Bước : xác định ma trận T3i (i =1, 2, 3) cos(θ1 + θ + θ3 ) − sin(θ1 + θ + θ3 )  sin(θ + θ + θ ) cos(θ + θ + θ ) 3 T30 =   0  0  l1 cos θ1 + l2 cos(θ1 + θ ) + l3 cos(θ1 + θ + θ3 )  l1 sin θ1 + l2 sin(θ1 + θ ) + l3 in(θ1 + θ + θ )     cos(θ + θ ) − sin(θ + θ )  sin(θ + θ ) cos(θ + θ ) 3 T31 = A2 A3   0  0   cosθ  sinθ T32 = A3 =     − sinθ3 cosθ3 0 0 l3 cos θ  l3 sin θ     l2 cos θ + l3 cos(θ + θ )  l2 s in θ + l3 sin(θ + θ )     Bước 2: Xác định ma trận J J H  l1 sin(θ + θ3 ) + l2 sin θ3 l cos(θ + θ ) + l cos θ + l 3 1  =     H l2 sin θ3 l2 cos θ3 + l3 0 0 l3  0  0 0  1 Bước : Xác định ma trận J • • • Từ tốn động học thuận vị trí, ta có : Áp dụng công thức : Ta được: cos(θ1 + θ + θ3 ) − sin(θ1 + θ + θ3 )  R30 =  sin(θ1 + θ + θ3 ) cos(θ1 + θ + θ3 )   0   R30 J = 0 0 H J 0 R3   −l1 sin θ1 − l2 sin(θ1 + θ ) − l3 sin(θ1 + θ + θ3 ) −l2 sin(θ1 + θ ) − l3 sin(θ1 + θ + θ3 ) −l3 sin(θ1 + θ + θ3 )   l cos θ + l cos(θ + θ ) + l cos(θ + θ + θ ) l cos(θ + θ ) + l cos(θ + θ + θ ) l cos(θ + θ + θ )  2 3 2 3 3  1   0 J =  0     0   1   2.5.Thiết kế quỹ đạo 2.5.1 Quỹ đạo dạng đa thức bậc qua điểm trung gian • θ Thơng số đầu vào : v q1i Thông số nút: q2i q3i t1i ( s ) Thời gian chuyển động   t2i ( s ) t3 i ( s ) v1i (o / s ) Vận tốc nút v2i (o / s) v3i (o / s ) • Xét với khớp thứ ( khớp lại làm tương tự ): Đường bậc đầu có dạng : Đường bậc sau có dạng : • Giả sử đường cong xuất phát từ t=0 dừng lại t= • Cân vị trí đầu - cuối- trung gian : θ ( t ) = a10 + a11t + a12t + a13t θ ( t ) = a20 + a21t + a22t + a23t (với i=1,2) chọn tf tf ≠ tf i q = a10 qv = a10 + a11t + a12t + a13t qv = a20 q11 = a20 + a21t + a22t + a23t 01 • Phương trình cân tốc độ điểm điểm đầu cuối : f1 f1 f2 f1 f2 = a11 = a21 + 2a22t + 3a23t f2 f2 f2 • Phương trình cân tốc độ điểm trung gian : • Phương trình cân gia tốc điểm trung gian : • Giải phương trình ta : a11 + 2a12t f + 3a13t f = a21 2a12 + 6a13t f1 = a22 a10 = q01 a11 = a12 = 12qv − 3q112 − 9q01 4t f a13 = −8qv + 3q113 + 5q01 4t f a20 = qv a21 = 3(q11 − q01 ) 4t f a22 = −12qv + 6( q11 + q01 ) 4t f a23 = 8qv − 5q113 − 3q01 4t f • 2.5.2 Quỹ đạo dạng đa thức 2-1-2 Thông số đầu vào: Thời gian xuất phát khớp thứ i: tai ( s ) Thời gian dừng lại khớp thứ i: t fi ( s ) Gia tốc khớp thứ i: ( o / s ) Góc thời điểm ban đầu khớp thứ i: qi (tai ) = q0i Góc thời điểm tf khớp thứ i: qi (t fi ) = q fi • Thơng số đầu ra: phương trình quỹ đạo chuyển động khớp Khớp 1: • Phương trình q trình tăng tốc khớp: đoạn AB & q (t ) = q01 + q& t & q&= q& &= q& & q& = const • Phương trình trình tốc độ ổn định: đoạn BC & q& (t ) = q1 − q0 & q= t f − tb q = qb + q&.(t − tb1 ) • Phương trình q trình giảm tốc : đoạn CD & q = q1 − q& ( t − t ) b1 & q&= − q& 0t & & q& (t ) = − q& = const • Cân giá trị tốc độ B AB BC ta thu q1 − q0 q1 − q0 & = q& tb ⇒ tb − t f tb + =0 & t f − tb q& Đặt : V delta = t f 4(q1 − q0 ) − & q tf V delta ⇒ tb = − 2 • Tương tự ta tính tốn cho khớp lại ... = a 21 2a 12 + 6a13t f1 = a 22 a10 = q 01 a 11 = a 12 = 12 qv − 3q 1 12 − 9q 01 4t f a13 = −8qv + 3q 113 + 5q 01 4t f a20 = qv a 21 = 3(q 11 − q 01 ) 4t f a 22 = ? ? 12 qv + 6( q 11 + q 01 ) 4t f a23 = 8qv − 5q 113 ... θ ( t ) = a10 + a11t + a12t + a13t θ ( t ) = a20 + a21t + a22t + a23t (với i =1, 2) chọn tf tf ≠ tf i q = a10 qv = a10 + a11t + a12t + a13t qv = a20 q 11 = a20 + a21t + a22t + a23t 01 • Phương trình... cuối : f1 f1 f2 f1 f2 = a 11 = a 21 + 2a22t + 3a23t f2 f2 f2 • Phương trình cân tốc độ điểm trung gian : • Phương trình cân gia tốc điểm trung gian : • Giải phương trình ta : a 11 + 2a12t f + 3a13t