Nghiên cứu và khảo nghiệm mô hình teleoperation có phản hồi lực cho tay máy trên mobile robot

Đại Học Quốc Gia Tp.HồChí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐINH VĂN BẰNG NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO NGHIỆM MÔ HÌNH TELEOPERATION CÓ PHẢN HỒI LỰC CHO TAY MÁY TRÊN MOBILE ROBOT Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộhư ớng dẫn khoa học : PGS.TS Lê Hoài Quoác … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Cán bộchấm nhận xét 1: TS Nguyễn Tấn Tiến … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Cán bộchấm nhận xét 2: TS Chung Tấn Lâm … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Luận văn thạc sỹđư ợc bảo vệtại HỘI ĐỒ NG CHẤ M LUẬN VĂ N THẠ C SĨ TRƯ Ơ ØNG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA, ngà y 15 tháng năm 2007 TRƯ Ơ ØNG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TƯ ÏDO – HẠ NH PHÚC Tp HCM, ngày 05 tháng 02 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TH ẠC SĨ Họ tên học viên : Đinh Văn Bằng Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1975 Chuyên ngành: Công NghệChếTạo Máy Phái : Nam Nơi sinh: Bình Phư ớc MSHV: 00405050 I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO NGHIỆM MÔ HÌNH TELEOPERATION CÓ PHẢN HỒI LỰC CHO TAY MÁY TRÊN MOBILE ROBOT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên cư ùu chếhoạt động vàthiết kếcơ cấu phản hồi lư ïc tư øtay máy Teleoperation - Hiện thư ïc hóa môhình Teleoperation dạng hư õu tuyến có khả phản hồi lư ïc tư øtay máy - Thư û nghiệm môhình Teleoperation vôtuyến có khả phản hồi lư ïc tư øtay máy - Đánh giá kết đạt đư ợc III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngà y 05 tháng 02 năm 2007 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngà y 05 tháng 07 năm 2007 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS.Lê Hoài Quốc CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Lê Hoài Quốc CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Trần Doãn Sơn LỜI CẢM ƠN Tôi hoà n thành luận văn nà y trư ớc hết lànhờcông sư ùc tất Thầy Côgiáo trư ng Đại học Bách khoa nh phốHồChí Minh đãgiảng dạy Tôi thờ i gian nghiên cư ùu vàhọc tập trư ng Tôi x in chân nh cảm ơn tất Thầy Côgiáo Phò ng đà o tạo sau đại học vàKhoa Cơ Khí trư ng Đại học Bách khoa nh phốHồChí Minh Đặc biệt Tôi xin bà y tỏ lò ng biết ơn chân nh PGS.TS LêHoà i Quốc, TS Chung Tấn Lâm đãtận tình hư ớng dẫn cho Tôi trình thư ïc luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cám ơn chân nh đến õng anh chị trư ớc tất õng ngư i bạn đãchân nh giúp đỡTôi tron g trình hoà n nh luận văn TÓM TẮ T Nội dung luận văn hư ớng vềnghiên cư ùu vàkhảo nghiệm cấu phản hồi lư ïc cho thiết bịTeleoperation Nội dung gồm : Chương 1: Chư ơng nà y trình bà y tổng quan vềTeleoperation Lịch sư û phát triển, tóm tắt tình hình nghiên cư ùu nư ớc vàở nư ớc ngoà i , mục tiêu nghiên cư ùu luận văn Chương 2: Chư ơng nà y trình bà y õng vấn đềliên quan đến nội dung nghiên cư ùu : cảm biến lư ïc, vềthắng tư ø.v.v vàcơ cấu phản hồi lư ïc khớp Teleoperation Chương 3: Chư ơng nà y trình bày mạch điện tư û đư ợc sư û dụng việc nghiên cư ùu vàkhảo nghiệm cấu phản hồi lư ïc cho Teleoperation Chương 4: Trình bày vềkết việc thư û nghiệm thiết bị Teleoperation theo hai hư ớng : liên lạc hư õu tuyến vàliên lạc vôtuyến Chương 5: Bà n vềnhư õng triển vọng hư ớng phát triển đềtà i đểnhư õng nghiên cư ùu sau sẽtiếp tục phát huy vàhoà n thiện m ôhình teleoperation có phản hồi lư ïc SUMMARY The main content of essay tends to research and exexperiment force-feedback for teleoperation The content includes : Chapter 1: This chapter shows general of Teleoperation History and development of teleoperation, problems concerned in the resea rch of teleoperation in VietNam and other countries, objective that will be research in this essay Chapter 2: This chapter shows problems that relative to contents were rearched For example : force sensors, magnetic brake This chapter also shows force-feedback fabric that using on the articulations Chapter 3: This chapter shows electronic circuits that using for rearch and exexperiment force feedback fabric of teleoperation Chapter 4: This chapter shows results of experimenting Teleoperation in two communication situations They are experiment ed to control manipulator by using wire and wireless Chapter 5: This chapter shows the results of research, as well as giving the ways of researching in the future MUÏC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vềTeleoperation Trang 1.2 Lòch sư û phát triển, Tóm tắt tình hình nghiên cư ùu nư ớc vàở nư ớc ngoà i 1.3 Đặt vấn đềvàmục tiêu nghiên cư ùu luận văn 14 CHƯƠNG2 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ SỞ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cảm biến đo biến dạng 17 2.1.1 Biến dạng vàphư ơng pháp đo 17 2.1.2 Đầu đo điện trở kim loại 18 2.1.3 Cảm biến áp trở silic 21 2.1.4 Đầu đo chếđộđộng 23 2.1.5 Ư Ùng suất kếdây rung 24 2.2 Cảm biến lư ïc 25 2.2.1 Nguyên lý đo lư ïc 25 2.2.2 Cảm biến áp điện 26 2.2.3 Cảm biến tư øgiảo 30 2.2.4 Cảm biến đo lư ïc dư ïa phép đo dịch chuyển 33 2.2.5 Cảm biến xúc giác 33 2.2.6 Cảm biến lư ïc dạng chư õthập 34 2.2.7 Loadcell chö õS 36 2.3 Cảm biến vịtrí 2.3.1 Nguyên lý đo vịtrí vàdịch chuyển 38 38 Trang 2.3.2 Điện kếthếđiện trở 38 2.3.3 Cảm biến điện cảm 44 2.3.4 Caûm biến điện dung 51 2.3.5 Cảm biến quang 56 2.4 Ly hợp điện tư øvàthắng điện tư ø 58 2.4.1 Ly hợp điện tư ø 58 2.4.2 Thắng điện tư ø 59 2.5 Cơ cấu phản hồi lư ïc 61 CHƯƠNG 3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO NGHIỆM MÔ HÌNH 3.1 Mạch tạo nguồn chuẩn 64 3.2 Mạch so sánh vàchuyển đổi tín hiệu tư øloadcell 65 3.3 Mạch giao tiếp giư õa tay máy vàtay điều khiển 66 3.4 Mạch xư û lý trung tâm 67 3.5 Maïch điều khiển động tay máy 68 3.6 Mạch điều khiển phanh tư øtrên tay điều khiển 69 3.7 Mạch công suất động bư ớc 70 3.8 Mạch hiển thị 71 3.9 Mạch khuếch đại tín hiệu vi sai tư øbiến trở 72 3.10 Mạch nguồn 73 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TELEOPERATION ĐIỀU Trang KHIỂN TAY MÁY 5.1 Xây dư ïng môhình thư ïc nghiệm 77 5.2 Thư û nghiệm môhình teleoperation điều khiển tay máy hư õu tuyến 81 5.3 Thö û nghiệm môhình teleoperation điều khiển tay máy vô tuyeán 83 CHƯƠNG TRIỂN VỌNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CU ÛA ĐỀ TÀI 6.1 Thảo luận vềkết nghiên cư ùu luận văn 86 6.2 Như õng vấn đềcần tiếp tục nghiên cư ùu vàhoà n thiện 86 6.3 Hư ớng phát triển đềtà i 87 Tài liệu tham khaûo 88 LUẬN VĂ N THẠ C SĨ Mở đầu Với sư ïphát triển khoa h ọc vàkỹthuật, robot đãngà y đư ợc hoà n thiện vàtrở nên phổbiến Robot tham gia o tất ngành công nghiệp Robot đư ợc đư a o thay thếcho ngư i õng môi trư ờng m việc nguy hiểm, robot tham gia thám hiểm vũtrụ, m việc lòphản ùng hạt nhân, kiểm tra cống thoát nư ớc, tháo gỡbom mìn,v.v Tù y theo chư ùc vànhiệm vụmà robot đư ợc điều khiển theo õng cách khác n hau : ví dụnhư robot SCARA m nhiệm vụlắp ráp sẽđư ợc lập trình theo trình tư ïcông việc dây chuyền sản xuất, robot thám hiểm hỏa đư ợc lập trình đểtư ïgiải õng vấn đề phát sinh việc di chuyển thám hiểm hỏa thư ïc õng nhiệm vụlấy mẫu phân tích, robot sơn đư ợc lập trình đểtư ïchọn chếđộ sơn vàmàu sơn cho nhiều chủng loại sản phẩm khác dây chuyền sơn tư ï động v.v Tuy nhiên có õng nhiệm vụmàrobot không thểhoà n toàn thay thếcon ngư i Ví dụnhư robot phẫu thuật cần có sư ïđiều khiển bác só Robot thám hiểm đáy biển sâu vànhư õng nới màcon ngư i chư a biết trư ớc địa hình, môi trư ng hoạt động cần phải có sư ïđiều khiển ngư i Robot an ninh công tác tháo gỡbom, mìn cần phải có sư ïđiều khiển chuyên gia vềthuốc nổ v.v Đây lànhư õng công việc đò i hỏi phải có hệ thống điều khie ån dạng Teleoperation Hiện nay, nư ớc hà ng đầu thếgiới đãchếtạo thành công hệ thống teleoperation vàđãtriển khai sản xuất thư ơng mại hóa với giá nh cao Tuy nhiên việc nghiên cư ùu vàchếtạo h ệ thống Teleoperation Việt Nam cò n vàgặp nhiều khó khăn Tư øđó em chọn đề tà i luận văn tốt nghiệp cao học làđề tà i :” Nghiên cư ùu vàkhảo nghiệm mô hình Teleoperation có phản hồi lư ïc cho tay máy mobile robot” Hệ thống teleoperation có phản hồi lư ïc mang lại cho ngư i õng cảm nhận vềlư ïc sinh GVHD: PGS.TS LÊHOÀI QUỐ C HVTH: ĐINH VĂ N BẰ NG ... Máy Phái : Nam Nơi sinh: Bình Phư ớc MSHV: 00405050 I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO NGHIỆM MÔ HÌNH TELEOPERATION CÓ PHẢN HỒI LỰC CHO TAY MÁY TRÊN MOBILE ROBOT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Nghiên. .. nghiệp cao học làđề tà i :” Nghiên cư ùu v? ?khảo nghiệm mô hình Teleoperation có phản hồi lư ïc cho tay máy mobile robot? ?? Hệ thống teleoperation có phản hồi lư ïc mang lại cho ngư i õng cảm nhận vềlư... chếhoạt động vàthiết kếcơ cấu phản hồi lư ïc tư ? ?tay máy Teleoperation - Hiện thư ïc hóa m? ?hình Teleoperation dạng hư õu tuyến có khả phản hồi lư ïc tư ? ?tay máy - Thư û nghiệm m? ?hình Teleoperation