silde báo cáo NGHIÊN cứu THIẾT kế, điều KHIỂN ROBOT rắn

 Nghiên cứu phân tích động học và động lực học của robot rắn 7 khớp di chuyển trên mặt phẳng..  Thiết kế bộ điều khiển hướng/ bộ điều khiển bám quỹ đạo cho trước của Robot Rắn.. MỤC TI

Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ Khí, Đại học Bách Khoa TPHCM

Sinh viên thực hiện: THÁI MAI THÀNH

Giáo viên hướng dẫn : TS VÕ TƯỜNG QUÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT RẮN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

 Tìm hiểu tổng quan về Robot Rắn.

 Nghiên cứu phân tích động học và động lực học của robot rắn 7 khớp di chuyển trên mặt phẳng.

 Thiết kế bộ điều khiển hướng/ bộ điều khiển bám quỹ đạo cho trước của Robot Rắn.

 Mô phỏng chuyển động của robot.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

 Thiết kế robot rắn di chuyển bám quỹ đạo cho trước trên mặt phẳng.

PHẠM VI ĐỀ TÀI

 Bỏ qua sai số do trượt của mô hình.

Bỏ qua sai số kích thước của mô hình.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Tiêu chí thiết kế:

 Robot Rắn có khả năng di chuyển trên mặt phẳng giống rắn thật

 Xác định chính xác giá trị góc của mỗi khớp hiện tại

 Chống trượt khi di chuyển

 Tại mỗi khớp có thể điều khiển moment

Hình 5 Cơ cấu chấp hành [2] Hình 6 Cơ cấu chống trượt [1] Hình 7 Cơ cấu hồi tiếp giá trị góc của khớp tại mỗi thời

điểm [3]

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Mục tiêu của thiết kế cơ khí

 Thiết kế Robot Rắn gồm 8 khâu và 7 khớp dạng module giống nhau di chuyển trên

mặt phẳng

 Thiết kế cơ cấu chống trượt ngang cho thân robot

 Thiết kế cơ cấu truyền động cho mỗi khớp

Hình 8 Tsukasa TG-47C-SG-300 [6]

Hình 9 Bánh xe bị động Misumi [7]

Hình 10 Kết cấu của khớp nối

Phương trình động lực học cân nhắc đến lực ràng buộc [4]:

Phương trình chuyển động được viết lại như

KIỂM NGHIỆM TÍNH KHẢ THI

Hình 12 Quỹ đạo của đỉnh đầu robot và trọng tâm của 2 khâu

Dạng moment để truyền vào mỗi khớp có dạng như sau: [5]

(6)

 

• Đường màu xanh dương: Đỉnh đầu robot.

• Đường màu xanh lục: Trọng tâm khâu 1.

• Đường màu đỏ: Trọng tâm khâu 2.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

Mục tiêu thiết kế mạch điện:

 Đọc tín hiệu tọa độ vị trí tức thời của robot bằng camera

 Đọc giá trị góc tức thời của mỗi động cơ

 Truyền giá trị moment để điều khiển 7 động cơ DC

 Giao tiếp giữa máy tính thiết bị điều khiển cấp dưới

BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA

Mục tiêu thiết kế bộ điều khiển:

 Áp dụng cho hệ phi tuyến.

 Sai số vị trí sát lập dưới 10mm

BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA

Đường 1: Đỉnh đầu robot Đường 2: Trọng tâm khâu 1 Đường 3: Trọng tâm khâu 2 Đường 4: Trọng tâm khâu 4.

BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA

Quỹ đạo của đầu robot và các khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu và

 

Đường 1: Đỉnh đầu robot.

Đường 2: Trọng tâm khâu 1.

Đường 3: Trọng tâm khâu 2.

Đường 4: Trọng tâm khâu 4.

BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA

Quỹ đạo của đầu robot và các khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu là đường tròn phương trình (x+4.5)^2 + y^2 = , = và =

 

ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ

Hình 13 Bộ điều khiển moment dùng PWM Hình 14 Kết quả thí nghiệm đo dòng bằng ACS72

ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ

Hình 15 Mạch điều khiển dòng

THỰC NGHIỆM

Hình 16 Mô hình thực tế

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Hình 17 Kết quả thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Hình 18 Kết quả thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel

THỰC NGHIỆM

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

 Nghiên cứu phân tích động học và động lực học của Robot Rắn 7 khớp di chuyển trên mặt phẳng có cân nhắc đến lực ràng buộc động học

 Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa cho hệ phi tuyến bám quỹ đạo cho trước của Robot Rắn

 Mô phỏng chuyển động của robot trên Matlab, đạt kết quả có thể di chuyển thẳng, chuyển hướng, đường cong và đường tròn với sai số dưới 10 mm

 Thiết kế và chế tạo mô hình Robot Rắn gồm 8 khâu, 7 khớp.

 Xây dựng chương trình xử lý ảnh để xác định vị trí tọa độ đỉnh đầu robot

 Thực nghiệm điều khiển Robot Rắn bám quỹ đạo bằng phương trình động học

HẠN CHẾ

 Chưa có điều kiện thực nghiệm với mạch điều khiển moment động cơ DC

 Thực nghiệm bám quỹ đạo với đỉnh đầu robot chưa đạt sai số như mô phỏng

 Chưa thực hiện ứng dụng thời gian thực cho robot, giảm thời gian truyền nhận dữ liệu và xử lý thuật toán

 Xây dựng phương trình động học và động lực học cho Robot Rắn di chuyển trong không gian 3D

 Chế tạo mô hình Robot Rắn có thể vượt địa hình

 Tăng tốc độ xử lý camera để đáp ứng yêu cầu về tốc độ xử lý và giảm thời gian trễ

 Thực hiện ứng dụng thời gian thực để giảm thời gian trễ từ đầu ra bộ điều khiển đến tác động của động cơ bằng cách sử dụng các máy tính nhúng

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Liljebäck, P., Pettersen, K.Y., Stavdahl, O., Gravdahl, J.T, “Snake Robots, Modelling, Mechatronics and Control”

[2] http://vietnamese.alibaba.com/product-gs/permanent-magnet-low-speed-dc-motor-24v-dc-motor-12v-dc-gear-motor-637857116.html Ngày truy cập: 10/11/2015

[3] http://www.alibaba.com/product-detail/YH-16mm-stereo-volume-control-b10k_60200874462.html?spm=a2700.7724857.29.59.9rtYuT Ngày truy cập: 10/11/2015

[4] R Murray, Z Li, and S Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulation CRC, 1994.

[5] Tuong Quan Vo, Hyoung Seok Kim, Byung Ryong Lee (2009), Propulsive Velocity Optimization of 3-Joint Fish Robot Using Genetic-Hill

Climbing Algorithm, Journal of Bionic Engineering 6, pp.415-429.

[6] Tài liệu catalog động cơ của hãng Tsukasa

[7] http://us.misumi-ec.com/vona2/detail/110302648740/?Inch=0 Ngày truy cập: 10/11/2015

CẢM ƠN SỰ LẮNG NGHE

CỦA QUÝ THẦY