Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng phương pháp trượt điều khiển cánh tay robot Scara nhiều bậc tự do

Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá mức độ điều khiển của các phương pháp trượt. Thiết kế được bộ điều khiển theo phương pháp trượt HOSMC dùng hàm sign và phương pháp lớp biên dùng hàm Sat nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển quỹ đạo robot. Mời các bạn tham khảo!

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN ANH QUÝ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP TRƢỢT ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT SCARA NHIỀU BẬC TỰ DO Chuyên ngành : Tự động hóa Mã số: 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2014 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH DUY Phản biện 1: PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH Phản biện 2: TS VÕ NHƢ TIẾN Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 11 năm 2014 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển không ngừng lĩnh vực khí, điện tử, tích hợp lĩnh vực tự động hóa phát triển coi ngành mũi nhọn q trình đại hóa cơng hiệp hóa đất nước Sản phẩm tự động hóa nhiều robot thể tất ba lĩnh vực Đặc điểm hệ thống điều khiển robot thực điều khiển bám theo quỹ đạo phức tạp đặt trước không gian, nhiên dịch chuyển trọng tâm chuyển động thành phần mơmen qn tính hệ thay đổi, điều dẫn đến thơng số động học hệ thay đổi theo quỹ đạo chuyển động Do vậy, điều khiển robot bám theo quỹ đạo đặt trước phải giải vấn đề sau: Khắc phục lực tương tác phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc quỹ đạo riêng chuyển động thành phần quỹ đạo chung hệ như: lực quán tính, lực ly tâm, lực ma sát v.v Phương pháp điều khiển động lực học ngượccần phải biết xác thơng số đối tượng, đối tượng thực tế lại có thơng số thay đổi nhiễu không xác định môi trường làm việc Phương pháp điều khiển phản hồi phân ly phi tuyếncó nhược điểm hệ thống điều khiển có tính phi tuyến cao, độ phức tạp điều khiển lớn, khó có khả thực thực tế Phương pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩnchỉ thực đơn giản cho mơ hình tuyến tính với giả thiết bỏ qua liên hệ động lực học chuyển động thành phần hệ Phương pháp điều khiển thích nghi theo sai lệchcó luật điều khiển thích nghi đơn giản hoá cách áp dụng phương pháp điều khiển thích nghi suy giảm phân ly, phương pháp tồn sai lệch quỹ đạo Phương pháp điều khiển kiểu trượtcó ưu điểm tính bền vững cao, đặc tính động học hệ phụ thuộc vào việc lựa chọn mặt trượt Tại thời điểm đầu trình độ, hệ thống điều khiển nhạy cảm với nhiễu sai lệch để bám vào quỹ đạo trượt vốn biến đổi theo thời gian nên thường xuất tình trạng lập bập, điều gây rung động không mong muốn hệ điều khiển Phương phápđiều khiển trượt có đầy đủ yếu tố cần thiết cho việc thiết kế điều khiển có tính theo yêu cầu đề Tính ổn định điều khiển trượt rộng đồng quy ứng dụng việc thực điều khiển nhảy cấp lý tưởng Phương pháp đảm bảo tính bền vững tính bất biến tác động bên ngồi Với ý nghĩa đó, tác giả chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp trượt điều khiển cánh tay robot Scara nhiều bậc tự do” Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: - Đánh giá mức độ điều khiển phương pháp trượt Mục tiêu cụ thể: - Thiết kế điều khiển theo phương pháp trượt HOSMC dùng hàm sign phương pháp lớp biên dùng hàm Sat nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển quỹ đạo robot Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Cánh tay robot Scara bậc tự Phạm vi nghiên cứu - Điều khiển quỹ đạo chuyển động cánh tay robot bám xác quỹ đạo đặt trước theo phương pháp trượt - Giảm tượng chartering dùng hàm sat Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu lý thuyết điều khiển tự động, lý thuyết điều khiển bền vững Xây dựng mơ hình toán học đối tượng lý thuyết + Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển trượt cánh tay robot Nghiên cứu thực nghiệm: + Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển mô phần mềm Simulink Matlab + Nhận xét đánh giá kết Bố cục đề tài gồm chƣơng - Chương Tổng quan robot công nghiệp - Chương 2: Điều khiển trượt bền vững cho hoạt động tay máy - Chương 3: Phương trình động học robot - Chương 4: Xây dựng hệ thống điều khiển trượt cánh tay robot - Chương 5: Mô kết Tổng quan tài liệu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu dựa tài liệu có liên quan đến nội dung lý thuyết điều khiển tự động lý thuyết điều khiển đại, robot công nghiệp, lý thuyết phương pháp điều khiển robot, phương pháp điều khiển trượt ứng dụng cho robot công nghiệp CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ROBOT 1.2 NHỮNG ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH HIỆN NAY CỦA ROBOT 1.3 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT 1.3.1 Điều khiển theo quỹ đạo đặt a Điều khiển theo chuỗi điểm giới hạn b Điều khiển lặp lại c Điều khiển kiểu robot thông minh 1.3.2 Các hệ thống điều khiển hệ tuyến tính [5] 1.3.3 Các hệ thống điều khiển hệ phi tuyến [2] a Phương pháp tuyến tính hố lân cận điểm làm việc b Điều khiển tuyến tính hình thức c Điều khiển bù phi truyến 1.3.4 Các phƣơng pháp điều khiển robot a Phương pháp điều khiển động lực học ngược b Phương pháp điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến c Phương pháp điều khiển thích nghi theo sai lệch d Phương pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu e Phương pháp điều khiển động lực học ngược thích nghi g Điều khiển trượt 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG CHƢƠNG ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT BỀN VỮNG CHO HOẠT ĐỘNG TAY MÁY 2.1 LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH LYAPUNOV ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN HỆ ROBOT 2.2 TIÊU CHUẨN LYAPUNOV 2.3 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHỂN TRƢỢT CHO ROBOT N BẬC TỰ DO [6], [7], [8], [10] 2.3.1 Cơ sở toán học Ta xem xét hệ động học sau: x(n) = a(X) + B(X).u (2.1) Trạng thái ban đầu Xd(0) phải là: Xd(0)  X(0) (2.2) Ngoài ra, ta định nghĩa bề mặt biến thiên theo thời gian s(t) không gian trạng thái R(n) phương trình vơ hướng S(X;t) = đó: ( X ; t )  ( d   ) n1 ~ x dt (2.3) với  số dương Việc giữ giá trị vơ hướng S giải cách chọn luật điều khiển u (2.1)sao cho bên ngồi s(t) ta có: d S ( X , t )   S dt (2.4)  số dương Biểu thức (2.4) cho thấy khoảng cách đến bề mặt s, tính S2,giảmxuống theo quỹ đạo hệ thống Vì buộc quỹ đạo hệ thống hướng tới bề mặt s(t) Xét hệ phi tuyến bậc hai có phương trình trạng thái sau: x  a (X)  B(X)u (2.5) với T X  x x  ma trận biểu thị trạng thái hệ thống a Các giả thiết * Giả thiết có phương trình động lực học robot sau: q  a (q, q  )  B(q).u  d( t ) * Hàm a(X) khơng biết xác có ngưỡng giới hạn ~a (X)  a(X)  a (X) hàm xác định (2.6) max * ~  B ( X ) B 1 ( X )   x x (2.7) b Các bước xây dựng điều khiển trượt Sai lệch quỹ đạo: e  xd  x d  x  e  x (2.8) + Bước 1: Định nghĩa mặt s(t) sau: d  S ( X , t)      dt   ( n1) e0 (2.9)  số dương + Bước 2: Tính u trạng thái hệ thống tiến mặt s(t) nằm )   H(q).q  h (q, q Phương trình ĐLH (2.17) viết lại sau: q  a (q, q  )  B(q). Với: a (q, q  )   H 1 (q ).h (q, q ) (2.21) Chọn sai số trạng thái mặt trượt có dạng mô tả sau: e = qd – qt s  Ce  e , với C = CT> Dễ thấy rằng, việc trì mặt trượt (s = 0) dẫn đến q(t)  qd Thực tế chọn s = phương trình (2.23) trở thành: e  Ce Phương trình (2.24) có nghiệm e = Nói cách khác, đặc trưng cho hệ động lực học ổn định tiệm cận có e = giải pháp nhất, từ điều kiện bám qt qd thoả mãn 2.3.2 Phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng hệ điều khiển trƣợt a Phương pháp dùng bộđiềukhiển với chế độ trượt bậc cao HOSMC – High Order Sliding Mode Controller Mặt trượt sử dụng để minh họa hành vi động học khớp tay robot phương trình vi phân bậc nhất: s  ( d   )   ( d  ) - u nÕu u  u    VM sign ( y  g c ( y1 )) nÕu u  (2.45) b Phương pháp lớp biên để làm giảm tượng chattering Để khắc phục tượng chattering, thay hàm dấu sgn(S) hàm bão hòa sat(S):  S sat ( S )     S    S   (2.48) S   làm nhẵn tín hiệu điều khiển không liên tục lớp biên mỏng B(t): B(t)  x :S(X, t)   Lớp bao quanh mặt trượt S = với bề dày  độ rộng  = / e(t)     /  Khi (2.50) S   sat (S )  S hàm liên tục nên tín hiệu  giảm chattering, xảy sai lệch quỹ đạo c Phương pháp dùng hàm Sat_PI - Chuyển mạch tích phân bão hòa Bằng cách thay hàm chuyển mạch sign hàm chuyển mạch tích phân-bão hòa (sat-PI), tượng chattering giảm xuống chất lượng điều khiển nâng cao  sgn(S )  t  (S )   S  K I  S ( )  d  to  S     S   (2.51) Trong KI hệ số tích phân dương, to thời điểm đầu trạng thái hệ thống vào lớp biên B(t) ~ u  ueq  B 1K  (S ) (2.52) Trong ueq K chọn (2.14) (2.15) T (S)  1 (S1 ), ,  n (S n )  Giả sử hệ số tích phân KI chọn đủ lớn cho:  S   K I S  S     S   K I S  S   (2.53) Việc sử dụng hàm sat sat-PI bảo đảm loại bỏ tượng chattering 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 10 3.1.3 Giới hạn không gian làm việc robot Scara 3.2 ĐỘNG HỌC ROBOT SCARA [4], [9] 3.2.1 Động học thuận Bảng 3.2: Tham số Denavit – Hartenberg robot Scara Thanh nối i (0) i (rad) di (m) Biến Chuyển động a1 1 1 Quay 180 a2 2 2 Quay 0 d3 d3 Tịnh tiến 0 4 4 Quay Phương trình động học thuận tay máy robot: nx = C1(C2 C4 + S2S4) – S1(S2C4 – C2S4) (3.4) ny = S1(C2 C4 + S2S4) + C1(S2C4 – C2S4) (3.5) nz = (3.6) ox = C1(S2C4- C2 S4) + S1(C2C4 + S2S4) (3.7) oy = S1(S2C4 - C2 S4) - C1(C2C4 + S2S4) (3.8) oz = (3.9) ax = (3.10) ay = (3.11) az = -1 (3.12) Và hệ phương trình xác định vị trí điểm tác động cuối sau: x= px = a1.C1 + a2.C12 y = py = a1.S1 + a2.S12 z = pz = - d3 (3.13) (3.14) (3.15) 3.2.2 Động học ngƣợc Hệ phương trình động học ngược robot Scara là: 11 (a1  a2C2 ) p x  a2 S p y C1  S1  p x2  p y2 (a1  a2C2 ) p y  a2 S p x p x2  p y2 1= atan2(S1,C1) C2  (3.26) p 2x  p 2y  a12  a 22 2.a1.a S2   (1  cos2θ ) 2= atan2(S2,C2) d3 = - pz θ  θ1  θ  atan2(  n 2x , n x ) 3.3 ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT SCARA [4], [8]  )  g (q )   (3.27) H (q )q  h (q, q 3.3.1 Hàm Euler – Lagrange vấn đề động lực học L=K–P (3.37) Do phương trình động lực học xác định biểu thức:  i d L L  i dt q q i (3.38) Động khớp thứ i: 1 m i vi2  J i i2 2 3.3.2 Động lực học robot Scara a Tính toán động cho khớp b Phương trình động lực học Lagrange hệ thống: Ki  LK P (3.39) 12 Các phần tử phương trình động lực học: i  d L L  i dt q q i    H11    H    21    H 31 H12 H 22 H 32 (3.48) H13  θ1  T22  2T12      (3.66) H 23 .θ    - T12   H 33  θ    3.4 MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG BẰNG HỆ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI Đặt biến trạng thái cho khớp sau: T X(t) = X1T (3.68) X 2T X 4T  Tín hiệu vào:  u1       u u      u       (3.70) Hệ phương trình vi phân trạng thái khớp viết sau:  x  x12 Khớp 1:  11  x12  a1  b11u1  b12u2  b13u4 (3.71)  x  x22 Khớp 2:  21  x22  a2  b21u1  b22u2  b23u4 (3.72)  x  x42 Khớp 4:  41  x42  a4  b31u1  b32u2  b33u4 (3.73) 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 13 CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNTRƢỢT CÁNH TAY ROBOT 4.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT 4.1.1 Mơ hình cấu chuyển động Phương trình động lực học có dạng tổng quát: M  H( q ) q  h(q, q )  g(q ) (4.1) 4.1.2 Hệ thống truyền động 4.2 XÂY DỰNG QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CHUẨN [4] Để xác định đường mong muốn robot theo thời gian, quỹ đạo tính tốn thiết kế khơng gian biến khớp Thiết kế quỹ đạo xác định quy luật chuyển động biến khớp để điều khiển chuyển động khớp tổng hợp thành chuyển động chung robot Khi thiết kế quỹ đạo không gian biến khớp, nút phải xác định giá trị biến khớp phương pháp tính toán động học ngược Ta chọn biến khớp qi thay cho góc quay i (i =1, 2, 3) Thời gian chuyển động từ vị trí đầu (x 0, y0, z0) tới vị trí cuối (xc, yc, zc) td Giá trị ban đầu q thời điểm ban đầu (t = 0) q giá trị t = td qc Đồ thị quỹ đạo chuyển động chuẩn Hình 4.5: Hình 4.5: Quỹ đạo chuyển động chuẩn 14 Quỹ đạo chuyển động xuất phát từ q0 đến qc qua ba giai đoạn: gia tốc, chuyển động với tốc độ không đổi giảm tốc 4.2.1 Xác định giá trị q02 qc1 q02  q0  qc1  qc  qc  q0 t0 td  2t0 (4.5) (4.6) qc  q0 t0 t d  2t 4.2.2 Phƣơng trình đoạn cd: Quỹ đạo đoạn cd đường thẳng biểu diễn phương trình: q cd  qc  q0 t  2t   q 02 t d  2t (4.7) 4.2.3 Phƣơng trình đoạn ac: Quỹ đạo đoạn ac biểu diễn phương trình dạng đa thức bậc bốn: qac = a0ac + a1act + a2act2 + a3act3 + a4act4 4.2.4 Phƣơng trình đoạn df: Quỹ đạo đoạn df biểu diễn phương trình dạng đa thức bậc bốn: qdf = a0df + a1dft + a2dft2 + a3dft3 + a4dft4 4.3 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT CHO TAY MÁY ROBOT SCARA 4.3.1 Hệ phƣơng trình động lực học Lagrange Hệ phương trình động lực học Lagrange tay máy Scara viết dạng ma trận sau :  1   H 11    H  2  21       H 31 H 12 H 22 H 32   2T      T H 13  θ1  2       H 23 .θ    - T1      H 33    θ    4.3.2 Hệ phƣơng trình trạng thái Biến trạng thái cho khớp 1, cho 3.68  3.70: 15   x 11  1  X        x 12  1     x 21     X        x 22       x    X   41        x 42      u1    tín hiệu vào U  u2         u4    Hệ phương trình vi phân trạng thái khớp 1, viết sau: Khớp 1:  x11  x12   x12  a1  b11u1  b12u2  b13u4 (4.21) Khớp 2:  x21  x22   x22  a2  b21u1  b22u2  b23u4 (4.23) Khớp 4:  x41  x42   x42  a4  b31u1  b32u2  b33u4 (4.25) 4.3.3 Thiết kế điều khiển kiểu trƣợt dùng hàm Sign Chọn mặt trượt cho khớp có dạng sau: Khớp S1 = C1.e11 + e12 = (4.27) Khớp S2 = C2.e21 + e22 = (4.28) Khớp S4 = C4.e41 + e42 = (4.29) Tín hiệu điều khiển cho khớp có dạng:   Bˆ 1 cq  K.sgn(S ) 16 Khớp u1  H11C1.e12  x12  K1.sgn(S1 )  aˆ1 ( X )  H12 C2 e22  x22  K2 sgn(S2 )  aˆ2 ( X ) (4.32)  H13 C4 e42  x42  K4 sgn(S4 )  aˆ4 ( X ) Khớp u2  H 21 C1.e12  x12  K1.sgn(S1 )  aˆ1 ( X )  H 22 C2 e22  x 22  K sgn(S )  aˆ ( X ) (4.33)  H 23 C4 e42  x 42  K sgn(S )  aˆ ( X ) Khớp u4  H 31 C1.e12  x12  K1.sgn(S1 )  aˆ1 ( X )  H 32 C2 e22  x22  K sgn(S )  aˆ ( X ) (4.34)  H 33 C4 e42  x42  K sgn(S )  aˆ ( X ) 4.3.4 Thiết kế điều khiển trƣợt dùng hàm Sat Thay hàm Sign hàm bão hòa Sat V(S/) S /   1  1 với:    S /   (4.36) V ( S /  )  S /    S /  Ta có tín hiệu điều khiển cho khớp: Khớp     S S u1 H11 C1.e12  x12  K1.V    aˆ1 ( X )  H12 C2 e22  x22  K V    aˆ2 ( X ) (4.37)  1   2         H13 C4 e42  x42  K V  S4   aˆ4 ( X )  4    Khớp     S S u  H 21 C1 e12  x12  K1 V    aˆ1 ( X )  H 22 C2 e22  x 22  K V    aˆ ( X )  1   2      (4.38)    H 23 C4 e42  x 42  K V  S   aˆ ( X )  4    Khớp     S S u  H 31 C1.e12  x12  K1.V    aˆ1 ( X )  H 32 C2 e22  x22  K V    aˆ2 ( X )  1   2         H 33 C4 e42  x42  K V  S4   aˆ4 ( X )  4    4.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG (4.39) 17 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 5.1 SƠ ĐỒ MƠ HÌNH HĨA CÁC KHÂU CỦA HỆ THỐNG 5.1.1 Mơ hình chung robot Hình 5.1: Sơ đồ khối mơ hình hóa robot Scara 5.1.2 Mơ hình khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn Các điều kiện đầu cuối quỹ đạo chuyển động chuẩn tính thông qua tọa độ đặt không gian (x 0, y0, z0), (xc, yc, zc) thời gian chuyển động (t d) Quỹ đạo chuyển động chuẩn khớp xác định theo giai đoạn: gia tốc, tốc độ không đổi giảm tốc, biểu diễn phương trình (4.8) đến (4.16) Tồn chương trình tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn viết tệp qdcdc.m phần Phụ lục Sơ đồ Simulink khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn thể phần phụ lục 5.1.3 Mơ hình điều khiển Để xác định tín hiệu điều khiển cho khớp ta xây dựng mơ hình simulink cho robot với tín hiệu ui thể sơ đồ Simulink phần phụ lục a Phương pháp điều khiển trượt dùng hàm Sign b Phương pháp điều khiển trượt sử dụng hàm Sat_ Giảm tượng chartering 5.1.4 Mơ hình khối robot Scara 5.2 CÁC THÔNG SỐ ROBOT SCARA 18 Khi chạy chương trình mơ ta đánh lệnh dkhientruotRBSC cửa sổ chương trình Matlab, hình sơ đồ điều khiển sau: Hình 5.3: Mơ hình điều khiển robot Tay robot thiết kế chuyển động theo quỹ đạo xuất phát từ vị trí ban đầu có tọa độ DDau = [x0, y0, z0] đến vị trí cuối có toạ độ DCuoi = [xc, yc, zc] với thời gian chuyển động td thời gia tốc (giảm tốc) ta Với tải định mức: m t = 1.5kg Khi thực mô tay máy ba bậc tự ta sử dụng tham số sau: Bảng 5.1: Bảng thông số robot l (m) lg (m) m (kg) J (kg.m2) Khâu 0,25 0,25 4.1 0.0200 Khâu 0,15 0,15 1.6 0.0033 Khâu 0 0.61 0.0011 Tải 0 1.5 0.003 19 Việc mô thực với trường hợp có tải (khối lượng tải mt = 1.5 kg mơmen qn tính tải Jt = 0,0003 kg.m2) hàm Sign, bão hòa (Sat) sử dụng điều khiển Các thông số mơ hình nhập vào Block Parameter sơ đồ Simulink 5.3 KẾT QUẢ Với vị trí ban đầu [x0, y0, x0] = [0.35; 0.1;0] Vị trí cuối [xC; yC; zC] = [0; -0.3; 0] Thời gian đặt td = 1s Thời gian gia tốc (giảm tốc) ta = 0.1s Ta thu kết quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực, sai số quỹ đạo đặt quỹ đạo thực tế, đáp ứng momen khớp 1, robot sau: 5.3.1 Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực, sai số đáp ứng momen khớp sử dụng hàm Sign a Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực, sai số khớp Hình 5.4: Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực sai số khớp – Sign Kết mô phương pháp trượt sử dụng hàm Sign cho kết quỹ đạo thực tế dạng bám xác với quỹ đạo 20 chuẩn đặt trước Sai lệch quỹ đạo nhỏ nằm giới hạn cho phép b Đáp ứng momen Khớp 1: Hình 5.5: Đáp ứng momen khớp 1- Sign Khớp 2: Hình 5.6: Đáp ứng momen khớp - Sign Khớp 4: Hình 5.7:Đáp ứng momen khớp - Sign Khi sử dụng hàm Sign kết mô cho thời gian đáp ứng mô men chậm, xảy tượng dao động mạnh khởi động cánh tay robot Trong thời gian gia tốc, giảm tốc chạy mô men dao động lớn 5.3.2 Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực, sai số đáp ứng momen khớp sử dụng hàm Sat 21 a Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực khớp Hình 5.8: Quỹ đạo đặt, quỹ đạo thực sai số khớp - Sat Kết mô phương pháp trượt sử dụng hàm Sat cho kết quỹ đạo thực tế dạng bám xác với quỹ đạo chuẩn đặt trước Sai lệch quỹ đạo nhỏ dù có lớn so với phương pháp trượt sử dùng hàm Sign nằm giới hạn cho phép Ngoài sử dụng hàm Sat để điều khiển giảm tượng rung động (chattering) cánh tay robot di chuyển Điều thể rõ đồ thị mô sai số quỹ đạo dao động sử dụng hàm Sign khơng Sai số quỹ đạo dùng hàm Sign Hình 5.9: Độ dao động sai lệch quỹ đạo sử dụng hàm Sign 22 Sai số quỹ đạo dùng hàm Sat Hình 5.10: Độ dao động sai lệch quỹ đạo sử dụng hàm Sign b Đáp ứng moomen khớp robot Khớp 1: Hình 5.11: Đáp ứng momen khớp - Sat Khớp Hình 5.12: Đáp ứng momen khớp - Sat Khớp 4: Hình 5.13: Đáp ứng momen khớp - Sat 23 Khi sử dụng hàm Sat kết mô cho thời gian đáp ứng mô men nhanh phương pháp trượt sử dụng hàm Sign, tượng lập bập (chartering) giảm nhiều khởi động cánh tay robot Trong thời gian gia tốc, giảm tốc chạy mô men dao động phạm vi nhỏ Tóm lại, kết mơ sử dụng hai phương pháp cho thấycác nối robot bám xác quỹ đạo chuyển động chuẩn với sai số góc quay tĩnh sai số góc quay giai đoạn di chuyển tốc độ khơng đổi nhỏ Sai số góc quay giai đoạn gia tốc giảm tốc đủ nhỏ giới hạn cho phép Khi sử dụng hàm chuyển mạch sat(S) hàm sgn(S) ta thấy quỹ đạo thực bám sát quỹ đạo đặt với sai số nhỏ Tuy nhiên sử dụng hàm sgn(S) đáp ứng momen động xảy tượng lập bập (chattering) khởi động giai đoạn gian tốc ban đầu, chạy giảm tốc cuối quỹ đạo, giải vấn đề cách sử dụng hàm chuyển mạch sat(S) điều khiển thấy tượng chattering giảm hẳn thấy rõ điều kết mô Điều cho thấy việc cải tiến sử dụng hàm sat(S) nêu phần đầu luận văn hoàn toàn hợp lý 5.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 24 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, giúp đỡ nhiệt tình TS Nguyễn Anh Duy thầy cô giáo tổ mơn đến tác giả hồn thành luận văn thời gian dự kiến Luận văn nghiên cứu lý thuyết điều khiển bền vững áp dụng cho robot n bậc tự với mơ hình kiểm nghiệm robot Scara ba khớp động Luận văn kiểm nghiệm tính đắn thuật tốn điều khiển thơng qua việc xây dựng phương trình động lực học cho robot Scara dựa vào thông số cho nhà sản xuất Đưa cơng thức tính động học thuận động học ngược, xây dựng mơ hình toán học cho cấu truyền động robot, tổng hợp hệ truyền động Thiết kế điều khiển bền vững áp dụng tiêu chuẩn ổn định Lyapunov Đánh giá chất lượng tĩnh động hệ thống mơ hình hoá hệ thống thiết kế sử dụng Simulink robot mô làm việc không tải tải định mức với quỹ đạo chuyển động chuẩn đặt trước Kết mô cho thấy nối Robot bám xác quỹ đạo chuyển động chuẩn với sai số góc quay tĩnh sai số góc quay giai đoạn di chuyển tốc độ khơng đổi nhỏ Sai số góc quay giai đoạn gia tốc giảm tốc đủ nhỏ giới hạn cho phép Vì điều kiện thời gian nên luận văn dừng lại mức độ mô Trong thời gian tới, có điều kiện tác giả xin tiếp tục tiếp cận ứng dụng vào mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng lại phương pháp điều khiển ... giả chọn đề tài Ứng dụng phương pháp trượt điều khiển cánh tay robot Scara nhiều bậc tự do Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: - Đánh giá mức độ điều khiển phương pháp trượt Mục tiêu cụ... thuyết điều khiển tự động lý thuyết điều khiển đại, robot công nghiệp, lý thuyết phương pháp điều khiển robot, phương pháp điều khiển trượt ứng dụng cho robot công nghiệp 4 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT. .. thức c Điều khiển bù phi truyến 1.3.4 Các phƣơng pháp điều khiển robot a Phương pháp điều khiển động lực học ngược b Phương pháp điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến c Phương pháp điều khiển