Phân tích cơ sở lý thuyết điều khiển robot công nghiệp, giải quyết bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot công nghiệp trong không gian khớp và không gian công tác..[r]
(1)Copyright NhuQuyTho 2011
Robot công nghi pệ
Handout for mechatronics class 2011
©
Gi ng viên: Nh Quý Thả ữ ơ
Trường đ i h c Công Nghi p Hà N iạ ọ ệ ộ
Khoa c khí – B mơn C đi n tơ ộ ơ ệ ử Phone: 04.37655121(Ext 324) Mobile: 0947593636
(2)Chương
Cơ sở điều khiển robot
(3)Copyright NhuQuyTho 2011
N i dung chính c a u n robot liên quan t i ộ ủ ề ể ớ
nh ng v n đ sau:ữ ấ ề
Quan h gi a qu đ o ho t đ ng c a ph n công tác ệ ữ ỹ ạ ạ ộ ủ ầ
v i các thông s đ ng h c, đ ng l c h c c a tay máy.ớ ố ộ ọ ộ ự ọ ủ
Lu t, phậ ương pháp u n và c u trúc c a h ề ể ấ ủ ệ
đi u khi n.ề ể
Các c c u c a h th ng u n nh c c u ơ ấ ủ ệ ố ề ể ư ấ
phát đ ng, c m bi n, b đi u khi n, cùng các c c u ộ ả ế ộ ề ể ơ ấ
chuy n đ i và truy n tín hi u gi a chúng.ể ổ ề ệ ữ
(4)4.1. Thi t k qu đ oế ế ỹ ạ
Qu đ o là v n đ chung trong đi u khi n robot, vì đ hồn thành ỹ ấ ề ề ể ể
nhi m v c th c a mình thì trệ ụ ụ ể ủ ước h t ph n công tác ph i di ế ầ ả
chuy n theo đúng qu đ o xác đ nh. Nói cách khác, qu đ o là y u ể ỹ ị ỹ ế
t c b n đ mô t ho t đ ng c a robot. Vi c thi t k qu đ o ố ả ể ả ộ ủ ệ ế ế ỹ
cung c p d li u đ u vào cho h th ng đi u khi n nên cũng là c ấ ữ ệ ầ ệ ố ề ể
s tr c ti p cho vi c đi u khi n.ở ự ế ệ ề ể
Phân bi t hai thu t ng ệ ậ ữ đường d ch chuy nị ể hàm ý ch t p h p ỉ ậ ợ
các đi m trong không gian mà khâu c n đi u khi n ph i đi qua ể ầ ề ể ả
trong quá trình làm vi c, nó ch a đ ng các y u t hình h c ệ ứ ự ế ố ọ
thu n túy.ầ
Thu t ng ậ ữ qu đ o chuy n đ ngỹ ạ ể ộ hay g i t t là ọ ắ qu đ oỹ ạ bao
g m c y u t hình h c c a đồ ả ế ố ọ ủ ường d ch chuy n l n y u t th i ị ể ẫ ế ố
gian th c hi n chuy n đ ng đó nh v n t c, gia t c. Vì v y bài ự ệ ể ộ ậ ố ố ậ
toán thi t k qu đ o liên quan đ n các v n đ đ ng h c và ế ế ỹ ế ấ ề ộ ọ
(5)Copyright NhuQuyTho 2011 4.1. Thi t k qu đ oế ế ỹ ạ
Các y u t đ u ra là qu đ o c a ph n cơng tác. Nói chung, mơ ế ố ầ ỹ ạ ủ ầ
t chính xác đả ường d ch chuy n là r t khó khăn. Ngị ể ấ ười ta gi m b t ả
các tham s b ng cách quy đ nh các đi m biên c a vùng ho t đ ng, ố ằ ị ể ủ ộ
thêm các đi m trung gian mà để ường ph i đi qua, sau đó x p x (n i ả ấ ỉ ộ
suy) b ng các đằ ường đ n gi n. tơ ả ương t nh v y, y u t th i gian ự ậ ế ố
c a qu đ o không th xác đ nh cho t ng đi m mà thủ ỹ ể ị ể ường quy đ nh ị
cho c đo n đả ường. Chúng cũng thường được quy đ nh b ng các ị ằ
giá tr gi i h n nh v n t c cho phép, hay gia t c cho phép, ho c ị ậ ố ố ặ
gán b ng các giá tr m c đ nh.ằ ị ặ ị
Bài toán thi t k qu đ o đế ế ỹ ạ ược đ t ra trong c không gian kh p ặ ả ớ
l n vùng ho t đ ng. Các ràng bu c v ẫ ộ ộ ề đường d ch chuy nị ể thu n ầ
túy các y u t hình h c thế ố ọ ường đựơc mô t trong vùng ho t đ ng. ả ộ
Ngượ ực l i l c chuy n đ ng c a h th ng thể ộ ủ ệ ố ường xu t phát t các ấ
kh p, nên vi c đi u khi n các đ ng c d n đ ng đòi h i xác đ nh ớ ệ ề ể ộ ẫ ộ ỏ ị
quy lu t bi n thiên theo th i gian c a các bi n kh p, vi c này th c ậ ế ủ ế ệ ự
(6)4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
Chuy n đ ng c a tay máy thể ộ ủ ường được mô t trong ả vùng làm vi c b ng các đi m nút (g m đi m đ u, đi m ệ ằ ể ồ ể ầ ể cu i, và có th có m t s đi m trung gian) và th i gian ố ể ộ ố ể ờ chuy n đ ng. Vì v y, đ thi t k qu đ o trong không ể ộ ậ ể ế ế ỹ ạ gian kh p ph i gi i bài toán ngớ ả ả ược đ ng h c đ xác ộ ọ ể đ nh giá tr các bi n kh p t i các đi m nút. Sau đó thi t ị ị ế ớ ạ ể ế l p các hàm n i suy q(t) đ mô t qu đ o v a nh n ậ ộ ể ả ỹ ạ ừ ậ được.
Thu t toán thi t k qu đ o trong không gian kh p ậ ế ế ỹ ạ ớ u c u: + Khơng địi h i tính tốn q nhi u;ầ ỏ ề
(7)Copyright NhuQuyTho 2011
4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• 4.1.1.1. Chuy n đ ng đi m đi m:ể ộ ể ể
• Chuy n đ ng đi m đi m s d ng cho m t s lo i robot nh ể ộ ể ể ụ ộ ố
robot hàn đi m, tán đinh, x p d v t li u, trong d ng chuy n đ ng ể ế ỡ ậ ệ ể ộ
này, người ta ch quan tâm đ n các t a đ đi m đ u, đi m cu i c a ỉ ế ọ ộ ể ầ ể ố ủ
đường d ch chuy n và th i gian chuy n đ ng gi a các đi m đó ch ị ể ể ộ ữ ể ứ
khơng quan tâm đ n d ng hình h c c a đế ọ ủ ường d ch chuy n. Nhi m ị ể ệ
v đ t ra là xác đ nh qu đ o chuy n đ ng th a mãn các yêu c u ụ ặ ị ỹ ể ộ ỏ ầ
chung và có th thêm c m t s tiêu chí t i u nào đó. ể ả ộ ố ố
(8)4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
a, Thi t k theo quy lu t t i u hóa năng lế ế ậ ố ư ượng
• G i I là mơmen qn tính c a m t v t r n quay quanh ọ ủ ộ ậ ắ
tr c c a nó, c n xác đ nh quy lu t thay đ i c a góc q, ụ ủ ầ ị ậ ổ ủ
gi a giá tr đ u qi (i: initial) và giá tr cu i qf trong ữ ị ầ ị ố
kho ng th i gian tf. (f: finish). L c phát đ ng là mô men ả ờ ự ộ
t m t đ ng c Tiêu chu n t i u đ t ra là năng ừ ộ ộ ơ ẩ ố ư ặ
lượng tiêu th trên đ ng c là nh nh t.ụ ộ ơ ỏ ấ
• Quan h c a góc quay và v n t c góc th hi n d i ệ ủ ậ ố ể ệ ướ
d ng đ o hàm nh sau: ạ ạ ư
• Quan h v i momen đ ng c : ệ ớ ộ ơ
'
q
(9)Copyright NhuQuyTho 2011
4.1.1 Thi t k qu đ o trong khơng gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• Vì ch xét trong kho ng th i gian tỉ ả i đ n tế f nên c n có đi u ki n:ầ ề ệ
• Tiêu chu n t i u:ẩ ố
• L i gi i t ng quát: ờ ả ổ
• Qu đ o chuy n đ ng s có d ng: ỹ ể ộ ẽ
• Ph ng trình v n t c: ươ ậ ố
• Gia t c thay đ i theo quy lu t b c nh t:ố ổ ậ ậ ấ
f t i f q q dt t ) ( f t dt t
2 ( ) min
c bt
at
t)
( 2 3 )
(t a t a t a t a
q 2 3 ) (
' t a t a t a
q ) (
(10)4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• Đ xác đ nh đ c 4 h s gi đ nh th ng c n có 4 đi u ể ị ượ ệ ố ả ị ườ ầ ề
ki n đ u, thệ ầ ường là v trí đ u qi và v trí cu i qf, v n t c ị ầ ị ố ậ ố
đ u q’i v n t c cu i q’f. ầ ậ ố ố Thường ch n v n t c đ u và ọ ậ ố ầ
v n t c cu i b ng không qi = qf = 0.ậ ố ố ằ Các h s gi i đ nh ệ ố ả ị
được xác đ nh t h phị ừ ệ ương trình: