Giải pháp ứng dụng robot trong đào hầm

Nhan đề : Giải pháp ứng dụng robot trong đào hầm Tác giả : Phan Văn Nghiêm Người hướng dẫn: Phan Bùi Khôi Từ khoá : Robot Năm xuất bản : 2019 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về robot; động học robot; động lực học robot.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - PHAN VĂN NGHIÊM GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG ROBOT TRONG ĐÀO HẦM Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN BÙI KHƠI Hà Nội – Năm 2019 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc SĐH.QT9.BM11 BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Phan Văn Nghiêm Đề tài luận văn: Giải pháp ứng dụng robot đào hầm Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số SV: CB160081 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 01/11/2019 với nội dung sau: - Lỗi trình bày, xoạn thảo văn (phông chữ, cỡ chữ) - Bố cục xếp nội dung chương - Chú thích số hình ảnh - Đánh số thứ tự cơng thức chương - Nhận xét kết tính toán Ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Tác giả luận văn LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi hồn thành hướng dẫn bảo tận tình PGS.TS Phan Bùi Khôi Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Học viên Phan Văn Nghiêm LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân nhiệt tình hướng dẫn Thầy PGS.TS Phan Bùi Khơi, tơi cịn nhận hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cơ, động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS Phan Bùi Khơi người hết lịng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cơ giảng dạy giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu học tập Thạc sĩ trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các Thầy Cơ tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu hoàn thiện đề tài luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đến gia đình, anh chị bạn học đồng nghiệp hỗ trợ cho nhiều suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh Một lần xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Học viên Phan Văn Nghiêm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VẼ .5 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung robot .9 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.1.2 Các khái niệm robot 12 1.1.3 Phân loại ứng dụng 14 1.2 Giới thiệu robot đào hầm 18 1.2.1 Giới thiệu chung 18 1.2.2 Robot khoan nổ mìn 18 1.2.3 Robot khoan hầm 20 1.3 Quá trình đào hầm .22 1.3.1 Các công cụ khoan, phá đất đá 22 1.3.2 Nghiên cứu robot đào hầm 24 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ROBOT 25 2.1 Nghiên cứu động học robot 25 2.1.1 Đề xuất robot .25 2.1.2 Hệ tọa độ robot 26 2.1.3 Phương trình động học robot 28 2.2 Bài toán động học thuận 32 2.2.1 Bài tốn vị trí .32 2.2.2 Bài toán thuận vận tốc gia tốc 32 2.2.3 2.3 Giải toán động học thuận 33 Bài toán động học ngược 35 2.3.1 Đặc trưng hình học đối tượng gia công 35 2.3.2 Giải toán động học ngược Robot 40 CHƯƠNG 3: ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 47 3.1 Phương trình động lực học tổng quát 47 3.1.1 Khảo sát động lực học: 47 3.1.2 Phương trình động lực học tổng quát 47 3.2 Xác định ma trận khối lượng, lực quán tính, vector lực suy rộng lực .48 3.2.1 Xác định ma trận khối lượng 48 a) Khối lượng, tọa độ khối tâm ten-xơ quán tính 48 b) Ma trận Jacobian JTi 51 c) Ma trận Jacobian JRi 55 3.2.2 Lực quán tính coriolis quán tính ly tâm 56 3.2.3 Vector lực suy rộng lực G(q) 56 3.3 Ngoại lực tác dụng vào mũi khoan 57 3.4 Giải toán động lực học 59 3.4.1 Bài toán động lực học ngược 59 3.4.2 Bài toán động lực học thuận 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 Kết luận 64 Kiến nghị 64 Tài liệu tham khảo 65 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: robot sử dụng ngành sản suất ô tô, tàu thủy, xây dựng Hình 2: Robot Lilliput Hình 3: George Devol Joe Engleberger cánh tay robot 10 Hình 4: WABOT-1 WABOT-2 10 Hình 5: Robot Genghis 11 Hình 6: Robot Dante II Sojourner 11 Hình 7: Robot ASIMO 12 Hình 8: Sơ đồ cấu tạo phận Robot công nghiệp 13 Hình 9: Các hình dạng điển hình Robot công nghiệp 14 Hình 10: Robot Hadrian 16 Hình 11: Robot trục thực cơng việc in 3D từ thép nóng chảy 16 Hình 12: Robot lắp ráp pin mặt trời 17 Hình 13: Robot đào hầm TBM 17 Hình 14: Robot khoan nổ mìn Sandvik Tamrock 18 Hình 15: giai đoạn phát triển khoan hầm nổ mìn 19 Hình 16: (a) Các mơ đun hệ thống (b) Các thành phần vật lý 20 Hình 17: Máy khoan hầm TBM 21 Hình 18: Máy khoan hầm simex TF cuter 21 Hình 19: Máy khoan đá thủy lực (a) búa phá đá thủy lực(b) 22 Hình 20: Đầu phá TF - Cutter Heads (a) RWE - Wheel Saws – Simex (b) 22 Hình 21:MP - Cutter Heads for profiling(a);TF – Twin drum mini rotary cutter (b) 23 Hình 22: Đầu khoan phá Rockwheel axial cutter 23 Hình 23: Mơ hình cánh tay robot khoan hầm bậc tự 25 Hình 24: Hệ tọa độ robot 27 Hình 25: Đồ thị tọa độ xE(1), yE(2), zE(3) theo thời gian 34 Hình 26: Đồ thị tọa độ điểm E không gian 34 Hình 27: Đồ thị vận tốc chuyển động theo phương x(1), y(2), z(3) 35 Hình 28:Đồ thị gia tốc chuyển động theo phương x(1), y(2), z(3) 35 Hình 29: Biên dạng đường hầm (1) vị trí thao tác robot (2) 40 Hình 30: Đồ thị vị trí X(1),Y(2),Z(3)và hướng ROTX(4),ROTY(5),ROTZ(6) điểm cuối theo thời gian 41 Hình 31: Đồ thị vận tốc X(1), Y(2), Z(3), ROTX(4), ROTY(5), ROTZ(6) theo thời gian 42 Hình 32: Đồ thị gia tốc X(1), Y(2), Z(3), ROTX(4), ROTY(5), ROTZ(6) theo thời gian 43 Hình 33: Đồ thị chuyển động khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 44 Hình 34: Đồ thị vận tốc chuyển động khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 45 Hình 35: Đồ thị gia tốc chuyển động khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 46 Hình 36: Vector lực F momen M 59 Hình 37: Đồ thị vecto lực khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 60 Hình 38: Đồ thị so sánh chuyển động khớp(1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 62 Hình 39: Đồ thị so sánh vận tốc khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 62 Hình 40: Đồ thị so sánh gia tốc khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian .63 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong nghiệp công nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành Điều khiển, Tự động hóa thiết kế hệ thống Cơ điện tử đóng vai trị quan trọng Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 giai đoạn phát triển cách toàn diện tác động đến hầu hết lĩnh vực đời sống Các Robot, đặc biệt Robot cơng nghiệp có vị trí đặc biệt quan trọng q trình sản xuất sản phẩm, gia cơng khí, xây dựng dịch vụ giải trí Nhằm nâng cao suất, chất lượng, cải thiện điều kiện lao động, tăng suất lao động… đặt vấn đề cần giải phải có loại robot tích hợp cơng nghệ tiên tiến vào q trình gia công Robot xuất sản xuất từ nhiều năm trước Ngày nay, Robot sử dụng nhiều lĩnh vực, với tính mà người khơng thể có như: khả làm việc ổn định với khối lượng cơng việc lớn, làm việc môi trường độc hại, khả xử lý công việc thời gian ngắn đảm bảo độ xác cao,… Do đó, việc nghiên cứu, chế tạo điều khiển loại tay máy Robot phục vụ cho cơng tự động hóa sản xuất, ứng dụng gia cơng khí ngành xây dựng cần thiết cho tương lai Robot ngành xây dựng phát triển với tốc độ chậm Các robot robot xây nhà, robot lát gạch, loại máy xúc, máy đào đất, robot đào hầm ngầm… Với phát triển giao thơng khai thác khống sản nước ta góp mặt robot đào hầm cần thiết đề tài “Giải pháp ứng dụng robot đào hầm” nghiên cứu hình dạng, động học, động lực học robot ứng dụng đào hầm nói chung đào hầm mỏ nói riêng Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài là: xây dựng mơ hình động học robot, phân tích tính tốn phương trình động học động lực học Robot ứng dụng đào hầm giải phương trình động lực học Đề tài sở ứng dụng để tính tốn thiết kế robot thực tế sau Đề tài giúp làm quen tìm hiểu sâu vấn đề cốt lõi việc thiết kế điều khiển Robot, có ích cho việc học tập nghiên cứu làm việc sau Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nước ta nước phát triển, cần cải tạo xây dựng nhiều hệ thống đường ống thoát nước, đường hầm, đường ray lịng đất cơng trình xây dựng khác long đất Để không ảnh hưởng đến bề mặt cơng trình khác bên thi cơng xây dựng ta cần phải có loại máy móc thi cơng làm việc long đất Robot đào hầm loại máy móc Nghiên cứu robot đào hầm sử dụng để đào đường hầm giao thông hay đường ống dẫn nước… Với ưu điểm suất làm việc cao, giảm lượng nhân công hạn chế tai nạn liên quan Qua tìm hiểu thực tế mơ hình Robot giới, phạm vi luận văn này, tác giả xin đề xuất cấu trúc động học robot, phương trình động học, động lực học robot, tốn tính tốn động học, động lực học, tính tốn thiết kế quỹ đọa chuyển động Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Robot đào hầm giúp người thực công việc xây dựng đường hầm nhanh hiệu Đặc biệt độ xác cao so với phương pháp thông thường làm giảm thiểu tối đa tai nạn lao động xây dựng cơng trình lịng đất Robot hoạt động dự nguyên tắc khoan, loại bỏ lớp đất đá mà không làm ảnh hưởng lớn đến địa tầng phương pháp nổ mìn mà từ xưa sử dụng Kết hợp với hệ thống thủy lực giúp robot khoan nhanh hơn, điều chỉnh hướng dễ dàng Bên cạnh lắp thêm phận tự động lắp ghép, gia công đường bao hầm giúp giảm thời lượng thi công nhân công xây dựng Đề tài góp phần bổ sung tài liệu tham khảo cho tính tốn thiết kế robot đào hầm, kết nghiên cứu động học động lực học sở cho việc tính tốn thiết kế thực tế Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính tốn Từ tài liệu lý thuyết chuyên ngành, sách, báo kế thừa kiến thức ứng dụng cơng nghệ Robot Từ tác giả đề xuất mơ hình Robot sở thực khảo sát chuyển động mơ động học Từ số tài liệu nghiên cứu q trình gia cơng đất đá số loại máy khoan phá, tác giả nghiên cứu áp dụng tính tốn ngoại lực tác dụng lên robot từ giải tốn động lực học robot Q trình thực có sử dụng phần mềm cơng cụ hỗ trợ Solidworks, Matlab, Maple… Chân thành cảm ơn! Học viên Phan Văn Nghiêm  Ten xơ quán tính: Đơn vị (kg.m2) I= 95.544519 0 77.576866 0 96.175557 Khâu 5:  Khối lượng: m5= 1132.294274 kg  Tọa độ khối tâm C4: X= -0.000043 m Y= 0.000033 m Z= 0.801441 m  Ten xơ quán tính: Đơn vị (kg.m2) 174.758069 I= −0.000140 0.024365 −0.000140 172.615619 −0.016378 0.0243650 −0.016378 22.428139 b) Ma trận Jacobian JTi Gọi rci vector cột biểu diễn toạ độ khối tâm khâu i hệ toạ độ gốc Tính ma trận Jacobian tịnh tiến theo công thức sau: R Aci  Ai i Aci   Tci 0 J Ti  rci q rci   (3.2) 51  Rc1 rc1  T  0 Xét khâu 1: i = ta có Ac1  A1 Ac1   Ta có: Ac1 = 0 A1 = R r  Ac1  A1 1Ac1   cT1 c1  = 1 0 rc1 = JT1 = = =  Rc 0 Xét khâu 2: i = ta có Ac  A2 Ac   T 0 rc   52 Ac2 = A2 = R r  Ac2  A2 Ac2   cT2 c2  1 0 Ac2 = rc2 = JT2 = = =  Rc3 A  A A  Xét khâu 3: i = ta có c 3 c3  0T  rc   53 0 Ac3 = A3 = R Ac  A3 Ac   cT3 0 rc  =  rc3 = JT3 = = = Thực tính tốn khâu khâu thu kết JT4 JT5 54 c) Ma trận Jacobian JRi Ma trận Jacobian quay khâu i biểu diễn hệ toạ độ gắn vào khâu I khối tâm Ci Áp dụng cơng thức tính vận tốc góc khâu i  RciT Rci T i  i32 ,i13 ,i 21  ci J Ri  (3.3) i qi Khâu 1:i=1  1  Rc1Rc1 T Ta có: Rc1= RTc1= Ta tính ω1 →c1JR1 = (3.4) Khâu 2:i=2 Ta có: 55 Rc2= RTc2= Ta tính ω2 c2JR2 Đối với khâu 3, 4, ta làm tương tự kết c3JR3, c4JR4, c5JR5 Dựa vào kết tính tốn phần trước ta tiến hành thay khối lượng mi, ma trận Jacobian tịnh tiến JTi, Jacobian quay JRi tenxo qn tính vào cơng thức Kết ta thu ma trận khối lượng M(q) 3.2.2 Lực quán tính coriolis qn tính ly tâm Áp dụng cơng thức tính lực quán tính coriolis quán tính ly tâm: Ψ( , ̇ ) = [Ψ , Ψ , Ψ , Ψ , Ψ ]  q,q  c1,c2 , ,c5 ;  Ѱj j   k,l; jq kq l;  k,l; j  k,l 1  mkj mlj mkl       ql q k q j  (3.5) Ta thay giá trị m q ứng với số k, l, j vào biểu thức ta thu biểu thức ma trận lực quán tính Ѱ(q) 3.2.3 Vector lực suy rộng lực G(q) Từ công thức: T G  q    g1 ,g , ,g  , gj   q j (3.6) Áp dụng cơng thức tính hệ Robot cho khâu:     q   5i 1 mi g zci (3.7) Với trục Z0 theo chiều hướng lên ta thay vào cơng thức tính khâu 56 Từ kết tính động ta thay vào cơng thức: tính g1, g2, g3, g4, g5, từ ⇒G(q)=[ g1, g2, g3, g4, g5]T 3.3 Ngoại lực tác dụng vào mũi khoan Để tính lực suy rộng Q ta ta cần xác định ngoại lực tác dụng vào đầu gia công: lực dọc trục, lực tiếp tuyến (lực cắt), lực pháp tuyến (lực dịch chuyển dao cụ), momen xoắn lưỡi cắt Lực dọc trục mũi khoan Lực dọc trục mũi khoan xác định sau[11]: P ≥ σ (a + a )cos(ρ − θ) + k h sin(ρ + γ) (3.8) Trong đó: σ : giới hạn bền nén đất đá; r1, r2 : bán kính tương ứng với mép mép lưỡi cắt; a1,a2: chiều rộng mặt đầu tương ứng với mép ngồi mép lưỡi cắt; ρ: góc ma sát; θ: góc nghiêng đường cắt so với mặt cắt ngang; γ: góc trước; k: hệ số tính đến điều khiện mặt trước đất đá bị phá vỡ khơng nén mà cịn trượt lở (k=0,5); h: chiều dày cắt đất đá, h= v/nq (3.9) Với: v: tốc độ khoan lý thuyết (v = 0,0052083 m/s); nq: tốc độ quay khoan (nq = 300v/ph); Thay vào cơng thức (3.9) ta tính h= 0,00165m = 1,65mm; Với: Đất đá có hệ số kiên cố f=12, σ = 120Mpa; Bán kính mép ngồi lưỡi cắt r1 = 0,05m; 57 Bán kính mép lưỡi cắt r2 = 0,01m; Chiều rộng mặt đầu mép a1 = 0,0025m; Chiều rộng mặt đầu mép a2 = 0,001m; Góc ma sát ρ = 150 Góc nghiêng đường cắt so với mặt cắt ngang θ = 30 Góc trước γ = 10 Thay vào cơng thức (3.8) tính P ta giá trị P = 20,02KN Lực cắt mũi khoan (lực tiếp tuyến) Lực cắt mũi khoan tạo momen xoắn → Lực cắt lưỡi cắt tạo momen xoắn [11]: F = σ [(a + a )sin(ρ − θ) + k h sin(ρ + γ)] (3.10) Thay số vào công thức ta Q = 5,2 KN; Lực dịch chuyển mũi khoan (lực phá tuyến) Để di chuyển đầu khoan theo đường gia cơng cần phải có lực tác dụng theo phương pháp tuyến, kết hợp với lực cắt bề mặt khoan phá hủy lớp đất đá bề mặt Giả sử để di chuyển đầu khoan ta cần lực gấp khoảng 1,9 lần lực cắt Với lực cắt tính phần ta có Fn = 9,5 KN Momen xoắn lưỡi cắt Momen xoắn xác định công thức: Mz = Ft.rM (3.11) → Mz = 0,25KNm; Để xác định lực suy rộng Q ta xác định thành phần ngoại lực chiếu lên trục x, y, z lực theo phương Fx Fy Fz momen xoắn trục Mx My Mz Theo hệ tọa độ robot (hình 29) kết ta có: 58 Fz lực khoan (lực dọc trục) đầu khoan khoan sâu điểm đầu sau di chuyển theo quỹ đạo chuyển động nên lực dọc trục tác động lên robot khơng nhiều Giả sử ta tính với giá trị 1/5 giá trị khoan M → Fz = 5,005KN; Fy lực cắt (lực tiếp tuyến) F → Fy = 5,2KN; Fx lực di chuyển mũi khoan (lực pháp tuyến) → Fx = 9,5 KN; Hình 36: Vector lực F momen M Mz momen xoắn lực dọc trục → Mz = 0,25KNm; Từ ta có ma trận biểu diễn ngoại lực tác dụng vào đầu gia công: FE=[Fx Fy Fz]T = [5,005 5,2 9,5]T ME=[Mx My Mz]T = [0 0,25]T Từ ta tính véc tơ lực Q theo cơng thức Q=JTTE FE + JTRE ME Thay Q, M(q), Ѱ(q, ̇ ), G(q)vào phương trình tổng quát (3.1) với tham số biết ta tính U véc tơ dẫn động cho khâu robot 3.4 Giải toán động lực học 3.4.1 Bài toán động lực học ngược Giải tốn động lực học ngược để tìm vector lực dẫn động khớp Với giá trị đặt biết quỹ đạo chuyển động khớp thay vào phương trình vi phân chuyển động tìm vector lực dẫn động khớp Trong toán động lực học ngược ta sử dụng giá trị đầu vào biết từ kết tính tốn quỹ đạo chuyển động phần động học ngược mục 2.3.2 để áp dụng tính tốn Từ giá trị tính tốn q, ̇ , ̈ biểu thức M(q), Ѱ(q, ̇ ), G(q), Q thay vào công thức tổng quát:   (q,q)   G(q)  Q  U M(q)q 59 Sử dụng phần mềm Maple để tính tốn, tính giá trị lực dẫn động U khớp tương ứng, giá trị biểu diễn đồ thị sau: (3) (2) (5) (4) (1) N Nm Nm (1) (2) Nm (3) Nm (4) (5) Hình 37: Đồ thị vecto lực khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian Ta thấy giá lực dẫn động lớn khớp 1: 12KNm, khớp 2: 40KNm, khớp 3: 80KN, khớp 4: 8KN, khớp 5: 19KN.Từ kết tính véc tơ lực khớp sở để tính tốn momen lực chọn hệ dẫn động động 60 xy lanh thủy lực cho robot Lực dẫn động robot tương đối lớn robot có kích thước lớn, để robot hoạt động ổn định nên chọn động thủy lực xy lanh thủy lực truyền lực dẫn động 3.4.2 Bài toán động lực học thuận Bài toán động lực học thuận sử dụng cần xác định trạng thái động lực học robot tác dụng lực biết để kiểm tra kết tính tốn lực từ lực dẫn động tính toán động lực học ngược để giải toán động lực học thuận, kiểm tra kết chuyển động nhận Từ kết tính biểu thức M(q), Ѱ(q, ̇ ), G(q) phần Và thông số ngoại lực Q lực dẫn động U, Theo công thức tổng quát:   (q,q)   G(q)  Q  U M(q)q Giải phương trình cách tích phân theo phương pháp Runger – Kuta bậc ta quy luật chuyển động q1, q2, q3, q4, q5 khâu khớp vận tốc khâu khớp Sử dụng phần mềm tính tốn maple để giải toán Ta sử dụng kết thu so sánh với điều kiện đặt toán động lực học ngược để kiểm tra phương pháp giải Kết biểu diễn đồ thị Trong đồ thị có đường biểu diễn: đường biểu diễn giá trị tính toán động lực học thuận, đường biểu diễn điều khiện đặt toán động lực học ngược, đường biểu diễn sai số so sánh đường Nếu nhìn thấy đường biểu diễn đồ thị có nghĩa khơng có sai số sai số không đáng kể m rad (1) (2) (3) rad 61 rad (4) rad (5) Hình 38: Đồ thị so sánh chuyển động khớp(1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian Như ta thấy khơng có sai lệch nhiều đường đồ thị chuyển động khớp, điều chứng tỏ phương pháp kết việc giải phương trình động lực học thuận tương đối xác Vận tốc gia tốc: rad/s rad/s m/s (2) (1) rad/s (3) rad/s (4) (5) Hình 39: Đồ thị so sánh vận tốc khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian 62 rad/s2 rad/s2 m/s2 (2) (1) rad/s2 (3) rad/s2 (4) (5) Hình 40: Đồ thị so sánh gia tốc khớp (1), (2), (3), (4), (5) theo thời gian Đối với vận tốc gia tốc kết so sánh có biểu sai số, ngồi ta thấy có số đoạn đồ thị bị nhảy vọt điều toán động lực học thuận giải theo phương pháp tích phân phương trình vi phân chuyển động theo phương pháp Runger – Kuta bậc tích phân khoảng ngắn tồn sai số tương đối nhỏ khoảng dài quỹ đạo gia cơng sai số lớn tránh khỏi Để giảm bớt sai số, trình giải tác giả chia quỹ đạo chuyển động thành đoạn tính toán đoạn, thấy sai số tương đối lấy lại giá trị đầu tích phân tiếp đoạn sau Tuy nhiên sai số thấy giá trị vận tốc gia tốc quỹ đạo chuyển động sai số khơng đáng kể phương pháp tính áp dụng Từ kết đại lượng biểu diễn đồ thị ta thấy có sai số kết hai toán động lực học thuận nghịch không nhiều Những sai số chấp nhận robot cỡ lớn robot đào hầm Từ cho thấy phương pháp tính tốn, thuật tốn giải kết có độ tin cậy cao Vậy nghiên cứu đề tài sử dụng để thiết kế tính tốn robot có cấu trúc hình dạng tương tự 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Cấu trúc Robot nghiên cứu phù hợp với nhu cầu sử dụng hoạt động linh hoạt gia cơng nhiều biên dạng dường hầm khác Các kết nhận từ việc tính tốn phương trình động học thuận, động học ngược phương trình động lực học sử dụng để thiết lập chương trình điều khiển chọn thiết bị, cấu dẫn động cho robot So với robot đào hầm có ngồi thực tế độ linh hoạt tính đa dạng gia cơng thấp so với robot bậc tự Robot co thể đào biên dạng hầm với kích thước nằm vùng thao tác Nhưng thời gian suất so với loại robot khoan loại hầm đặc chủng Robot phát triển thêm chức phụ chở lắp ghép vách đường hầm, chức tự động đưa lớp đất đá theo băng tải, chức khoan đặt mìn tầng đá có độ cứng cao Kết nghiên cứu tạo điều kiện sở cho việc triển khai nghiên cứu ứng dụng việc điều khiển Robot tự động vào lĩnh vực xây dựng khai thác khoáng sản Là tảng để nghiên cứu phát triển robot khác thác, xây dựng cơng trình giới cao nưa khai thác tài nguyên hành tinh tương lai Kiến nghị Sau đề tài nghiên cứu hồn tất, vận dụng liệu luận văn làm sở để nghiên cứu ứng dụng vào tính tốn hệ dẫn động nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn Để ứng dụng rộng rãi thực tiễn giảng dạy cần tiếp tục nghiên cứu sâu kết cấu, độ xác tối ưu hóa q trình điều khiển để Robot hoạt động linh hoạt nâng cao độ xác Do robot tính tốn thiết kế dạng mơ hình nên thiết kế thực tế cần thiết kế xác sau áp dụng chương trình tính tốn lại kết Đề tài đề cập đến tính tốn động học động lực học để tiến tới hiệu ứng dụng cao cần nghiên cứu phát triển thêm mô lập trình điều khiển robot 64 Tài liệu tham khảo [1] PGS.TS Phan Bùi Khôi (2009), Bài giảng robotics, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] GS TSKH Nguyễn Văn Khang, TS Chu Anh Mỳ (2010), Cơ sở Robot công nghiệp, NXB Lao động xã hội, Hà Nội [3] TS Nguyễn Thiện Phúc (2006), Robot công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] PGS.TS Phan Bùi Khơi (2009), Bài tốn động học điều khiển chuyển động chương trình robot tác hợp, Tuyển tập cơng trình Hội nghị học tồn quốc kỷ niệm 30 năm Viện Cơ học Tạp chí học Tập 2, tr 317-323 [5] PGS.TS Phan Bùi Khôi, Trần Minh Thúy, Bùi Văn Hạnh (2007), Tính tốn động học robot hàn có di động Tuyển tập cơng trình hội nghị học toàn quốc lần thứ VIII, Tập 1, tr 280-293 [6] Nguyễn Mạnh Tiến (2007), Điều khiển Robot công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội, tr 59-99 [7] Phan Bùi Khôi, Nguyễn Xuân Hồng, Nguyễn Văn Toản (2016), “Ứng dụng logic mờ điều khiển robot tác hợp gia công mài”, Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa [8] Phan Bùi Khơi, Nguyễn Xuân Hồng, Nguyễn Văn Toản, Trần Đức Trung, Nguyễn Mạnh Hà (2017), “Tích hợp ứng dụng logic mờ với điều khiển robot”, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội, 8-9/12/2017, Tập 1, Động lực học điều khiển; Cơ học Máy [9] Nguyễn Quang Hoàng, Bài giảng Matlab & Simulink, ĐHBKHN, 2016 [10] Phan Bùi Khôi, Robotics – Tĩnh học, động lực học, thiết kế quỹ đạo chuyển động, điều khiển, ĐHBKHN 2016 [11] PGS.TS Đinh Văn Chiến, TS Lê Quý Chiến (2017), Tính toán áp dụng máy khoan đập xoay khai thác mỏ, NXB Xây Dựng [12] Phạm Tiến Vũ (2006), Cơ giới hóa khai đào cơng trình ngầm, viện khoa học công nghệ mỏ 65 ... Nghiên cứu robot đào hầm Trong phạm vi nghiên cứu đề tài ? ?Giải pháp ứng dụng robot đào hầm? ?? đề cập việc nghiên cứu ứng dụng cánh tay robot bậc tự để thực trình khoan phá theo biên dạng hầm cho từ... gạch, loại máy xúc, máy đào đất, robot đào hầm ngầm… Với phát triển giao thơng khai thác khống sản nước ta góp mặt robot đào hầm cần thiết đề tài ? ?Giải pháp ứng dụng robot đào hầm? ?? nghiên cứu hình... khoan hầm simex TF cuter Trong phạm vi nghiên cứu đề tài ? ?Giải pháp ứng dụng robot đào hầm? ?? nghiên cứu loại robot khoan hầm dạng cánh tay robot Vì nhỏ gọn dễ vận chuyển, thi công dạng đường hầm