Khảo sát phương pháp điều khiển vị trí lực áp dụng cho robot 2 bậc tự do

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ/LỰC ÁP DỤNG CHO ROBOT HAI BẬC TỰ DO BÙI ĐỨC THẮNG HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ/LỰC ÁP DỤNG CHO ROBOT HAI BẬC TỰ DO BÙI ĐỨC THẮNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN PHẠM THỤC ANH HÀ NỘI - 2009 -1- MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa hoc kỹ thuật, ngành Điều khiển Tự động hố có bước tiến quan trọng Những bước tiến góp phần khơng nhỏ vào việc tăng suất lao động, giảm giá thành nâng cao chất lượng sản phẩm Nói tới lĩnh vực Tự động hóa cơng nghiệp, người ta không nhắc tới Robot Ở nước có cơng nghiệp phát triển việc đưa Robot vào trình sản xuất nhà máy để dần thay người, đồng thời khắc phục tình trạng khơng đồng chất lượng sản phẩm, trở nên phổ biến thời gian gần Ở nước ta, việc áp dụng Tự động hoá trang bị Robot cho dây chuyền sản xuất nhà máy mẻ bước đầu ứng dụng, phát triển Tuy nhiên, để phát triển lĩnh vực Robot công nghiệp theo chiều sâu, cần tiếp cận theo hướng nghiên cứu thuật tốn điều khiển thơng minh, điều khiển nâng cao, áp dụng vào cho cánh tay Robot Theo hướng phát triển đó, tác giả luận văn định lựa chọn đề tài: Khảo sát phương pháp điều khiển vị trí/lực áp dụng cho Robot bậc tự làm đề tài cho luận văn cao học Đề tài đề cập đến vấn đề quan trọng điều khiển Robot, vấn đề điều khiển chuyển động Robot có xem xét đến tác động môi trường Nội dung luận văn chia làm chương với nội dung sau: Chương 1- Những nét khái quát Robot công nghiệp: Giới thiệu lịch sử phát triển Robot công nghiệp, khái niệm điều khiển Robot thành phần hệ thống điều khiển Robot Chương 2- Tổng quan điều khiển Robot: Trình bày, phân loại phương pháp điều khiển Robot thông dụng Trên sở đó, đưa mơ hình điều khiển thích hợp cho phương pháp MỞ ĐẦU -2- Chương 3- Điều khiển đồng thời vị trí lực Robot: Đưa phương pháp điều khiển đồng thời vị trí/lực Robot Phân tích ưu nhược điểm phương pháp xây dựng thuật toán điều khiển ứng với phương pháp đưa Chương 4- Kết mô hướng phát triển tiếp theo: Xây dựng mơ hình tốn học Robot Planar hai bậc tự Tiến hành mô với phương pháp điều khiển lai vị trí/lực phương pháp điều khiển lai trở kháng Đánh giá kết đưa hướng phát triển Trong trình nghiên cứu, tác giả luận văn cố gắng tiếp cận giải vấn đề cách triệt để Tuy vậy, thời gian có hạn trình độ chun mơn cịn nhiều điểm chưa hồn thiện, chắn khơng tránh khỏi sai sót định Kính mong nhận đóng góp bảo thầy cô MỞ ĐẦU -3- CHƯƠNG NHỮNG NÉT KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.1 Giới thiệu Robot cơng nghiệp 1.1.1 Lịch sử phát triển Robot công nghiệp Từ Robot xuất hiện, 20 năm sau ước mơ viễn tưởng Kerel Capek ( Zech - 1922 ) việc tạo Robot làm nhiệm vụ tạp dịch nhà, đến trải qua q trình cải tiến hồn thiện nhanh chóng Bắt đầu cấu tay máy chép hình khí, thủy lực điện từ điều khiển từ xa phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Hoa Kỳ tay máy Minotaur I tay máy Handyman Hình 1-1 Hình dạng Robot công nghiệp Một số mốc phát triển đáng ý Robot cơng nghiệp điểm qua: Chương Những nét khái quát Robot công nghiệp -4-  Năm 1938, Harolh Roselund Willard người Mỹ thiết kế cấu phun sơn lập trình đầu tiền cho cơng ty DeVibiss  Năm 1942, Isaac Asimov xuất “Runaround” ơng đưa quy tắc Robot  Năm 1951, Pháp RayMond Goertz thiết kế cánh tay có khớp hoạt động từ xa cho dự án lượng nguyên tử Thiết kế dựa toàn vào mối nối học cánh tay cánh tay phụ (sử dụng cáp thép ròng rọc) Mẫu thiết kế ngày sử dụng cànn sử lý mẫu hạt nhân Nói chung coi bước ngoặt kỹ thuật phản hồi lực  Năm 1954, Goerge C Devol thiết kế cấu Robot lập trình đặt tên Universal Automation, nguồn gốc tên cơng ty sau ông Unimation  Năm 1959, Marvin Minsky John McCarthy thành lập phịng thí nghiệm trí tuệ nhân tạo MIT (Massachusetts Institute of Technology)  Năm 1959, C.DeVol cộng cho đời Robot cơng nghiệp có tên Unimate  Năm 1960, Tập đoàn Codec mua lại công ty Unimation C.Devol bắt đầu phát triển hệ thống Robot Uminate General Motors mua lại Robot công nghiệp Unimate từ công ty Unimation lắp đặt cho dây chuyền sản xuất Robot điều khiển tay loại hệ Robot Unimate  Năm 1964, Các phịng thí nghiệm nghiên cứu trí tuệ nhân tạo nhân tạo mở MIT,SRI(Stanford Research Institute), Trường Đai học Stanford, trường đại học Edinburgh.1964 hãng C&D Robotics thành lập Carnegie Mellon University thành lập học viện Robot (Robotics Institute) Chương Những nét khái quát Robot công nghiệp -5-  Năm 1965, phép biến đổi ứng dụng cho cách tính động học Robot – Nguồn gốc hình thành học thuyết Robot ngày  Năm 1968, SRI thiết kế Shakey, Robot di động có khả quan sát điều khiển máy cỡ lớn phòng  Năm 1970, Giáo sư Victor Scheinman đại học Stanford thiết kế mẫu Robot Standard Arm Mà ngày cấu động học xem cách tay Robot tiêu chuẩn  Năm 1973, Cincinnati Milacron phát minh loại T3, loại Robot công nghiệp mang tính thương mại điều khiển máy tính mini commercially available (designed by Richard Hohn)  Năm 1974, Giáo sư Victor Scheinman, nhà phát triển loại cánh tay Stanford, thành lập công ty Vicarm nhắm đưa thị trường phiên cánh tay Robot cho ứng dụng công nghiệp Loại cánh tay điều khiển máy tính mini  Năm 1976, cánh tay Robot sử dụng tàu thăm dò vũ trụ Viking Trong thiết bị công ty Vicarm sử dụng vi tính máy tính (Microcomputer)  Năm 1977, ASEA, công ty Robot Châu Âu giới thiệu loại Robot công nghiệp chạy điện Cả sử dụng máy vi tính cho việc lập trình điều khiển hoạt động  Năm 1978, Sử dụng công nghệ Vicarm, Unimation sản xuất Robot PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly) Ngày thấy Puma có số phịng thí nghiệm  Năm 1979, Sankyo IBM đưa thị trường mẫu Robot Scara (Selective compliant articulated Robot arm) trường Yamanashi Nhật Chương Những nét khái quát Robot công nghiệp -6- Cho đến nhờ áp dụng có tiến kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng Robot cơng nghiệp gia tăng, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Do Robot cơng nghiệp chiếm vị trí quan trọng cá dây truyền sản xuất Đã có nhiều chủng loại Robot với nhiều hình dáng, kích cỡ ứng dụng nhiều lĩnh vực xã hội, như: công nghiệp, khoa học, y tế, an ninh… 1.1.2 Các ứng dụng Robot công nghiệp Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot cơng nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả tiên tiến robot như: làm việc mệt mỏi, dễ dàng chuyển nghề cách thành thạo, chịu phóng xạ mơi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” từ trường “nghe” siêu âm Robot dùng thay người trường hợp thực công việc không nặng nhọc đơn điệu, dễ gây mệt mõi, nhầm lẫn Robot ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp Ban đầu để gắp đặt vật liệu, hàn điểm phun sơn Với cơng việc khó khăn mơi trường khắc nghiệt rèn kim loại nhiệt độ cao, việc đòi hỏi phải di chuyển nhiều khắp phân xưởng Robot lựa chọn tốt • Sơn công việc nặng nhọc độc hại, đồng thời để đạt yêu cầu kĩ thuật đòi hỏi thợ sơn phải đào tạo thời gian tốn Trong Robot học tất kiến thức phức tạp vài lặp lại xác động tác khó Chương Những nét khái qt Robot cơng nghiệp -7- Hình 1-2 Robot phun sơn • Robot cịn dùng phục vụ máy công cụ, làm khuôn cơng nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng khỏi băng tải đặt chúng vào trạm chuyển trung gian • Ứng dụng Robot cơng nghệ hàn đường, vừa đạt suất cao chịu nhiệt nóng phát q trình hàn Cảm biến gắn Robot xác định vị trí đường hàn Hình 1-3 Robot hàn • Ứng dụng Robot lắp ráp, nhà máy sản xuất tự động hoàn toàn: từ ý tưởng người ta thiết kế sản phẩm, sau đặt hàng vật liệu, lập chương trình gia cơng, lập chiến lược đường chi tiết nhà máy, điều Chương Những nét khái quát Robot công nghiệp -8- khiển cung cấp chi tiết vào máy gia công, lắp ráp kiểm tra tự động thông qua máy CNC, Robot tĩnh động Hình 1-4 Robot lắp ráp • Trong sản xuất lớn, Robot hệ thống tự động hóa hồn tồn: chúng đo đạc, cắt khoan thiết bị xác cịn có khả hiệu chỉnh cơng việc mình.Chỉ cần vài người giám sát, máy móc hoạt động liên tục, Robot làm tất công việc vận chuyển sản phẩm từ công đoạn tới công đoạn khác, kể việc đưa xếp thành phẩm vào kho.Cánh tay Robot trang bị đa dạng nên đáp ứng linh hoạt với nhiều công việc khác Rõ ràng khả làm việc Robot số điều kiện vượt khả người Do đó, phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao suất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn robot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có Robot bị hỏng làm ngừng hoạt động dây chuyền Chính thế, Robot ln hoạt động giám sát người Chương Những nét khái quát Robot công nghiệp %dinh nghia cho dq dq(1,1)=dq1; dq(2,1)=dq2; %thanh phan dJ*dq dJdq=dJ*dq; %%Tinh toc tay khong gian (u,v) ds=J*[dq1;dq2]; %%Tinh luc va dao ham luc : f(1,1)=ke*(u-ue); dfu=ke*ds(1); f(2,1)=0; fu=f(1,1);%luc phap tuyen %%Lua chon cac thong so cua bo dieu khien: ktp=1000; ktd=200; knp=8000; knd=200; %%Vecto dieu khien u : a(1,1)=(in(10)+knd*(in(9)-dfu)+knp*(in(8)-fu))/ke; a(2,1)=in(7)+ktd*(in(6)-ds(2))+ktp*(in(5)-v); %%Momen dieu khien : T=M*inv(J)*(a-dJdq)+h+G+J'*f; Hàm tính ma trận H PHỤ LỤC function h=h(in); global m1 m2 l1 l2; q1=in(1); q2=in(2); s2=sin(q2);dq1=in(3);dq2=in(4); h(1,1)=-2*m2*l1*l2*s2*dq1*dq2-m2*l1*l2*s2*dq2^2; h(2,1)=m2*l1*l2*s2*dq1^2; Hàm tính ma trận G function G=G(in); para; q1=in(1); q2=in(2); c1=cos(q1); c12=cos(q1+q2); G(1)=9.81*0.5*m1*l1*c1+m2*(l1*c1+l2*c12); G(2)=9.81*m2*l2*c12; Hàm tính gia tốc khớp quay function ddq=ddq(in) para; %%Cac dau vao: feed(1,1)=in(1); feed(2,1)=in(2); q2=in(4); c2=cos(q2); %%Tinh ma tran quan tinh: M(1,1)=0.25*m1*l1^2+m2*(l1^2+l2^2+2*l1*l2*c2)+I1+I2; M(1,2)=m2*(l2^2+l1*l2*c2)+I2; PHỤ LỤC M(2,1)=M(1,2); M(2,2)=m2*l2^2+I2; %%Gia toc khop: ddq=inv(M)*feed; Hàm tính ma trận J’*f function JTF=JTF(in) %Thong so tay robot m1=3.5; m2=2; l1=0.25; l2=0.25; I1=m1*l1^2/12; I2=m2*l2^2/12; ue=0.3; ke=300; alpha=pi/4; q1=in(1); q2=in(2); c1=cos(q1); c2=cos(q2); s1=sin(q1); s2=sin(q2); c12=cos(q1+q2); s12=sin(q1+q2); f(2,1)=in(1); f(1,1)=0; J(1,1)=-l2*cos(q1+q2-alpha)-l1*cos(q1-alpha); PHỤ LỤC J(1,2)=-l2*cos(q1+q2-alpha); J(2,1)=-l2*sin(q1+q2-alpha)-l1*sin(q1-alpha); J(2,2)=-l2*sin(q1+q2-alpha); JTF=J'*f; B MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DÙNG PHƯƠNG PHÁP LAI TRỞ KHÁNG Hàm tính Mơmen function T=T(in); para; alpha=pi/4; %%Cac dau vao cua bo dieu khien momen q1=in(1); q2=in(2); dq1=in(3); dq2=in(4); d2q1=in(5); d2q2=in(6); %%Cac dai luong dat dau vao: fd=in(7); vd=in(8); %dvd=in(9); %d2vd=in(10); dvd=0.03; d2vd=0; %%Ki hieu: c1=cos(q1); c2=cos(q2); PHỤ LỤC s1=sin(q1) s2=sin(q2); c12=cos(q1+q2); s12=sin(q1+q2); %%Ham tinh ma tran Jacoby: J(1,1)=-l2*cos(q1+q2-alpha)-l1*cos(q1-alpha); J(1,2)=-l2*cos(q1+q2-alpha); J(2,1)=-l2*sin(q1+q2-alpha)-l1*sin(q1-alpha); J(2,2)=-l2*sin(q1+q2-alpha); dJ(1,1)=(l2*sin(q1+q2-alpha)+l1*sin(q1-alpha))*dq1+l2*sin(q1+q2alpha)*dq2; dJ(1,2)=(l2*sin(q1+q2-alpha))*dq2+l2*sin(q1+q2-alpha)*dq1; dJ(2,1)=(-l2*cos(q1+q2-alpha)-l1*cos(q1-alpha))*dq1-l2*cos(q1+q2alpha)*dq2; dJ(2,2)=(-l2*cos(q1+q2-alpha))*dq2-l2*cos(q1+q2-alpha)*dq1; dJdq=dJ*[dq1;dq2]; %%Ham tinh ma tran truong : G(1,1)=9.81*0.5*m1*l1*c1+m2*(l1*c1+l2*c12); G(2,1)=9.81*m2*l2*c12; %%Ham tinh ma tran quan tinh : M(1,1)=0.25*m1*l1^2+m2*(l1^2+l2^2+2*l1*l2*c2)+I1+I2; M(1,2)=m2*(l2^2+l1*l2*c2)+I2; M(2,1)=M(1,2); M(2,2)=m2*l2^2+I2; %%Ham tinh ma tran tuong ho: h(1,1)=-2*m2*l1*l2*s2*dq1*dq2-m2*l1*l2*s2*dq2^2; h(2,1)=m2*l1*l2*s2*dq1^2; %%Ham tinh phan (-J'.q'): dJdq2(1,1)=l1*c1*dq1^2+l2*c12*(dq1+dq2)^2; PHỤ LỤC dJdq2(2,1)=l1*s1*dq1^2+l2*s12*(dq1+dq2)^2; %%Ham tinh toa tay robot : %x=l1*c1+l2*c12; %y=l1*s1+l2*s12; u=-l2*sin(q1+q2-alpha)-l1*sin(q1-alpha); v=l2*cos(q1+q2-alpha)+l1*cos(q1-alpha); %%Tinh toc tay: ds=J*[dq1;dq2]; %%Tinh gia toc tay: d2s=dJdq+J*[in(5);in(6)]; %%Lua chon cac thong so cua bo dieu khien: hm=1; tm=10; km=150; dm=0.0001; %%Tinh luc phap tuyen: f=he*d2s(1)+be*ds(1)+ke*u; %%Vecto dieu khien a : a(1)=(fd-f)/dm; a(2)=d2vd+(dvd-ds(2))*tm/hm+(vd-v)*km/hm-de*ds(2)/hm; %%Momen dieu khien : T=M*inv(J)*(a'-dJdq)+h+G+J'*f; Hàm tính ma trận G function G=G(in); para; q1=in(1); q2=in(2); c1=cos(q1); c12=cos(q1+q2); G(1)=9.81*0.5*m1*l1*c1+m2*(l1*c1+l2*c12); PHỤ LỤC G(2)=9.81*m2*l2*c12; Hàm tính ma trận H function h=h(in); global m1 m2 l1 l2; q1=in(1); q2=in(2); s2=sin(q2);dq1=in(3);dq2=in(4); h(1,1)=-2*m2*l1*l2*s2*dq1*dq2-m2*l1*l2*s2*dq2^2; h(2,1)=m2*l1*l2*s2*dq1^2; Hàm tính ma trận J’*f function JTF=JTF(in) %Thong so tay robot m1=3.5; m2=2; l1=0.25; l2=0.25; I1=m1*l1^2/12; I2=m2*l2^2/12; %cac thong so lien quan alpha=pi/2; he=0.5; be=1; ke=3.5; de=5; %cac dau vao q1=in(1); q2=in(2); dq1=in(3); dq2=in(4); d2q1=in(5); PHỤ LỤC d2q2=in(6); u=-l2*sin(q1+q2-alpha)-l1*sin(q1-alpha); v=l2*cos(q1+q2-alpha)+l1*cos(q1-alpha); %ma tran Jacobien J(1,1)=-l2*cos(q1+q2-alpha)-l1*cos(q1-alpha); J(1,2)=-l2*cos(q1+q2-alpha); J(2,1)=-l2*sin(q1+q2-alpha)-l1*sin(q1-alpha); J(2,2)=-l2*sin(q1+q2-alpha); %dao ham ma tran Jacobien dJ(1,1)=(l2*sin(q1+q2-alpha)+l1*sin(q1-alpha))*dq1+l2*sin(q1+q2alpha)*dq2; dJ(1,2)=(l2*sin(q1+q2-alpha))*dq2+l2*sin(q1+q2-alpha)*dq1; dJ(2,1)=(-l2*cos(q1+q2-alpha)-l1*cos(q1-alpha))*dq1-l2*cos(q1+q2alpha)*dq2; dJ(2,2)=(-l2*cos(q1+q2-alpha))*dq2-l2*cos(q1+q2-alpha)*dq1; %%Tinh toc tay tren ko gian toa u,v, dung cong thuc %%dx=J.dq ds=J*[dq1;dq2]; %%Tinh gia toc tay: d2s=dJ*[dq1;dq2]+J*[d2q1;d2q2]; f(1,1)=he*d2s(1,1)+be*ds(1,1)+ke*u; f(2,1)=de*ds(2,1); JTF=J'*f; MỤC LỤC Lời cảm ơn PHỤ LỤC Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 1.2 CHƯƠNG 2.1 2.2 CHƯƠNG ROBOT 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 CHƯƠNG THEO 4.1 4.2 4.3 4.4 NHỮNG NÉT KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP Giới thiệu Robot công nghiệp Các phần tử hệ thống điều khiển Robot 12 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT .19 Các phương pháp điều khiển Robot 19 Điều khiển đồng thời vị trí lực Robot 26 ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG THỜI VỊ TRÍ VÀ LỰC TRONG .29 Mơ hình động Robot 29 Điều khiển cứng (Stiffness Control) 30 Điều khiển lai vị trí/ lực 33 Điều khiển lai trở kháng 37 Nhận xét chung phương pháp điều khiển vị trí/ lực 45 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP .47 Khái quát Robot Planar bậc tự .47 Điều khiển lai vị trí/ lực cho Robot Planar hai bậc tự 54 Điều khiển lai trở kháng 63 Đánh giá kết mô 74 KẾT LUẬN .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC .79 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC Chữ viết tắt Nội dung BĐK Bộ điều khiển ĐLH Động lực học DOF Bậc tự PD Proportion-Derivative Controller PID Proportion-Intergral-Derivative Controller DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Hình 1-1 Hình dạng Robot cơng nghiệp .3 Hình 1-2 Robot phun sơn Hình 1-3 Robot hàn Hình 1-4 Robot lắp ráp .8 Hình 1-5 Khớp tịnh tiến 12 Hình 1-6 Các loại khớp quay 13 Hình 1-7 Cấu hình Robot dạng Đề Các 13 Hình 1-8 Cấu hình Robot dạng hình trụ 14 Hình 1-9 Cấu hình Robot dạng hình cầu 14 Hình 1-10 Cấu hình Robot dạng khớp nối .15 Hình 1-11 Cấu hình Scara 15 Hình 1-12 Sơ đồ khối Robot công nghiệp 18 Hình 2-1 Các phương pháp điều khiển Robot 19 Hình 2-2 Mơ hình điều khiển không gian khớp 20 Hình 2-3 Sơ đồ điều khiển PD có bù trọng trường 22 Hình 2-4 Sơ đồ điều khiển PID 23 Hình 2-5 Sơ đồ điều khiển không gian làm việc 23 Hình 2-6 Sơ đồ dùng Jacobien đảo 24 Hình 2-7 Sơ đồ dùng Jacobien chuyển vị .25 Hình 3-1 Hệ thống bậc tự 31 Hình 3-2 Sơ đồ điều khiển theo phương pháp lai vị trí/lực 37 Hình 3-3 Mơi trường có tính quán tính 38 Hình 3-4 Mơi trường có tính trở kháng 39 Hình 3-5 Mơi trường có tính dung 39 Hình 3-6 Khi đầu vào bước nhảy tốc độ 41 Hình 3-7 Khi đầu vào lực dạng bước nhảy 42 Hình 3-8 Sơ đồ hệ điều khiển lai trở kháng .45 Hình 4-1 Mơ hình Robot Planar hai bậc tự 47 Hình 4-2 Chọn hệ tọa độ gắn với Robot 48 Hình 4-3 Tính biến khớp theo tọa độ tay 50 Hình 4-4 Yêu cầu chuyển động Robot 54 Hình 4-5 Sơ đồ điều khiển sử dụng phương pháp điều khiển lai vị trí/ lực .55 Hình 4-6 Sơ đồ hệ điều khiển lai vị trí/ lực xây dựng Simulink .56 Hình 4-7 Vị trí đặt 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ Hình 4-8 Lực đặt .57 Hình 4-9 Đáp ứng vị trí với Ktd=2, Ktp=30 58 Hình 4-10 Đáp ứng vị trí tăng Ktd=20, Ktp=30 .59 Hình 4-11 Đáp ứng vị trí với Ktd=20, Ktp=100 .59 Hình 4-12 Quĩ đạo ứng với Ktp=1000, Ktd=200 60 Hình 4-13 Đáp ứng lực với Knp Knd nhỏ 61 Hình 4-14 Đáp ứng lực cải thiện tốt tăng Knp 61 Hình 4-15 Đáp ứng Knp=8000, Knd=200 62 Hình 4-16 Vị trí theo phương pháp tuyến .63 Hình 4-17 Yêu cầu tay máy 63 Hình 4-18 Sơ đồ hệ thống theo phương pháp điều khiển lai trở kháng 67 Hình 4-19 Sơ đồ Simulink phương pháp điều khiển lai trở kháng 68 Hình 4-20 Đáp ứng vị trí 70 Hình 4-21 Đáp ứng lực .70 Hình 4-22 Đáp ứng vị trí tăng km, giảm dm 71 Hình 4-23 Đáp ứng lực, số lần dao động giảm đáng kể 72 Hình 4-24 Đáp ứng vị trí đáp ứng lực 73 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ TĨM TẮT LUẬN VĂN Với tốc độ phát triển chóng mặt khoa học kỹ thuật nói chung cơng nghiệp tự động hóa nói riêng, Robot cơng nghiệp ngày khẳng định tầm quan trọng Bởi thế, việc nghiên cứu, phát triển, nâng cao tính Robot nhiệm vụ cần thiết kỹ sư nhà phát triển Robot Đứng trước nhiều lĩnh vực lựa chọn để nghiên cứu Robot, tác giả luận văn định lựa chọn đề tài: Khảo sát phương pháp điều khiển vị trí/lực áp dụng cho Robot bậc tự Luận văn đưa số chiến lược điều khiển áp dụng vào điều khiển đồng thời vị trí tay Robot lực tương tác với môi trường làm việc Đáng ý hai phương pháp điều khiển: điều khiển lai vị trí/lực điều khiển lai trưở kháng Trên sở đó, luận văn xây dựng mơ hình động học tiến hành mô Robot Planar hai bậc tự Theo tính tốn kết mơ phỏng, nói bản, luận văn đưa giải pháp hợp lý giải vấn đề điều khiển vị trí/lực tay Robot Bên cạnh đó, việc ứng dụng vào thực tế hướng phát triển mà luận văn muốn thực có điều kiện Từ khóa: robot Planar, điều khiển lai vị trí/lực, điều khiển lai trở kháng, điều khiển cứng, nguyên lý đối ngẫu SUMMARY OF THESIS With the development of science and technology, especially in the industrial automation division, industrial Robot has been having the very important position in the world So, reseaching, developing and improving Robot’s ability becomes a nesecery mission for engineers as well as developers Although there are a lot of issues related to Robot control, I decide to choose the thesis which has content: Consider and design some control strategies to control both force and position, applying for DOF Planar Robot The thesis considered some control methods but it focused on two main methods: hybrid position/force control and hybrid impedance control Base on these, the thesis performanced the dynamic kinematic and simulated for Planar two DOF Robot Following the results of calculation and simulation, it is could be said that the thesis had choosen suitable solutions to solve the problems relate to control position/force for manipulator Beside, the thesis also mentioned that the control methods should to be utilized in the fact, in the future Key words: Planar Robot, hybrid position/force control, hybrid impedance control, stiffness control, duality principle ... loại phương pháp điều khiển Robot thông dụng Trên sở đó, đưa mơ hình điều khiển thích hợp cho phương pháp MỞ ĐẦU -2- Chương 3- Điều khiển đồng thời vị trí lực Robot: Đưa phương pháp điều khiển. .. đồng thời vị trí đặt theo phương cịn lại vị trí cố định Bởi vậy, phạm vi áp dụng phương pháp điều khiển tương đối hẹp 3.3 Điều khiển lai vị trí/ lực Phương pháp điều khiển lai vị trí/ lực trước... khiển Robot - 27 - động lực tác dụng lên môi trường (điều khiển lực) chuyển động điểm cuối tay Robot (điều khiển vị trí) 2. 2 .2 Các phương pháp điều khiển đồng thời vị trí lực Từ khoảng 30 năm trở