Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm nghiên cứu xây dựng mô hình toán học và mô hình bán vật lý cho tay máy công nghiệp có xét đến tổn thất cơ chế chấp hành; trên cơ sở đó tiến hành phân tích khả năng điều khiển tay mảy khi bị tổn thất cơ chế chấp hành; đề xuất phương pháp điều khiển tay máy ở chế độ tổn thất cơ chế chấp hành cố gắng duy trì hoạt động của tay máy đảm bảo yêu cầu chất lượng. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!
BỘ GIÁO DUC VA BAO TAO | TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA HA NỘI Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐÈ XUÁT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY CÔNG NGHIỆP TRONG TÌNH TRẠNG TON THAT CO’ CHE CHAP HANH - _ LUẬNÁNTIẾNSĨ - KY THUAT DIEU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội — 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO _ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Ngọc Trúc PHAN TICH VA DE XUAT PHU'O'NG PHAP DIEU KHIEN TAY MAY CONG NGHIEP TRONG TINH TRANG TON THAT CO’ CHE CHAP HANH Ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 9620216 _ LUẬNÁNTIẾNSĨI - KY THUAT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Hà Nội — 2021 LOI CAM DOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đẩy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày - thắng 10 năm 2021 Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Lê Ngọc Trúc LOI CAM ON Lời đâu tiên, xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến hướng dẫn tận tỉnh Thay GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang suốt trình thực luận án từ giai đoạn hình thành ý tưởng đê tài đến xây dựng kế hoạch bước thực để hoàn thành luận án Tôi xin cảm ơn Viện Kỹ thuật Điều khiến Tự đơng hóa (Đại học Bách khoa Hà Nơi) tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có mơi trường nghiên cứu cởi mở nghiêm túc sở vật chất cân thiết đề thực luận án Và quan trọng có đóng góp trao đơi sâu sắc thiết thực vẻ nội dung nghiên cứu tơi q trình thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo Bộ môn Tự đông hóa cơng nghiệp, Bộ mơn Điều khiển tự động (Viện Điện, Đại học Bách khoa Hà Nội) có hướng đẫn chuyên môn hét sức cân thiết giá trị Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Ban lãnh đạo Khoa Cơ Động lực, thấy đồng nghiệp Khoa Cơ khí Động lực tạo điều kiện giúp đỡ nhiều thời gian làm nghiên cứu sinh Tôi xin cảm ơn anhíchỉ/em nghiên cứu sinh Viện Kỹ thuật Điễu khiển Tự đơng hóa, Viện Điện (Đại học Bách khoa Hà Nội) động viên, khích 18, giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình nghiên cứu Tôi xin cảm ơn người bạn thân thiết với chương trình ANOT giúp tơi có thêm nghị lực giai đoạn quan trọng luận án đành tỉnh cảm lời cảm ơn chân thành đến gia đình tơi, đặc biệt vợ tơi, EYVTTI, ủng hộ, chia sẻ tỉnh thân lẫn vật chất đẻ tơi hồn thành luận án Tác giả luận án Lê Ngọc Trúc ii MỤC LỤC =1 KY HIEU VA CHU VIET TAT BẢNG HINH VE, ĐỎ THỊ để tài —- ii seeeetbaesssseseicozDNE xiv perpen xv is} Đ LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MUC CAC DANH MỤC CÁC DANH MUC CAC MỞ ĐẦU Sự cân thiết Ý nghĩa khoa học thực tiễn dé tài Những đóng góp luận án BO cue cia Wud accents we ry Muc tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu ces — - = — TONG QUAN 1.1 Giới thiệu robot công nghiệp 1.2 Các cầu hình robot cơng nghiệp 1.3 Các thành phân robot cơng nghiệp 1.4 Cơ chế chấp hành : 1.5 Van dé tén thất chế chấp hành khả điều khiến 5 1.5.1 Các dạng tổn thất chế chấp hành “i 1.5.2 Tinh hinh nghién ctu vé ton that co ché chap hanh tay may robot 12 1.5.3 Phân tích khả điều khiển tay máy công nghiệp tinh trang tổn thất chế chấp hành "ã¬AA 1.5.3.1 Phân tích động học kiểu tay máy cơng nghiệp có khớp quay điển hình bị tốn thất chế chấp hành 14 1.5.3.2 Các khả điều khiển tay máy công nghiệp điển hình bị yn thất chế chấp hành MA "%5 1.6 Để xuất hướng nghiên cứu luận án 1.6.1 Hướng nghiên cứu luận án 1.6.2 Dự kiến đồng góp : 1.7 Kết luận chương1 wa Tre c “i sees - 27 — , 28 28 iii MO HINH DONG LUC HOC CUA TAY MAY ROBOT 2.1 Giới thiệu Tre 2.2 Vận tốc tịnh tiến vận tốc quay khâu 2.3 Phương trình Euler-Lagrange 2.4 Mơ hình đơng lực học đạng tốn học 2.5 Mơ hình bán vật lý cho tay máy robot 2.5.1 Giới thiệu “ aac 2.5.2 Mơ hình CAD 3D tay máy robot 2.5.3 Phương pháp đùng mạng vật lý để mơ hình hóa i " ƠƠ “ —= “ _= " “ — seo 39 hệ thống vật lý 41 2.5.3.1 Phương pháp dùng Simulink truyền thông 41 2.5.4.2 Mơ mơ hình robot có vịng điều khiên 46 2.5.3.2 Phương pháp dùng mạng vật lý “ _ 2.5.4 Mơ hình bán vật lý chưa xét tới ma sát khớp 42 2.5.4.1 Mô đáp ứng động lực học “ — 5.5 Mơ hình bán vật lý có ma sát khớp 2.6 Kết luận chương — - sensed 52 TON THAT CO CHE CHAP HANH VA PHUONG PHAP DIEU KHIEN 54 3.1 Ảnh hưởng tổn thất co chế chấp hành đạng suy giảm mô men 3.1.1 Giới thiệu " _ sects 3.1.2 Ảnh hưởng xét theo quỹ đạo khép 3.1.2.1 Ảnh hưởng tổn thất chế chấp hành dạng PDT 54 S4 56 58 3.1.2.2 Ảnh hưởng tôn thất chế chấp hành dạng BDT 59 3.1.2.3 Ảnh hưởng tồn thất ché chap hanh dang BDTR 61 3.1.3 Ảnh hưởng xét theo quỹ đạo điểm công tác 63 3.1.3.1 Ảnh hưởng tồn thất chế chấp hành dạng PDT 3.1.3.2 Ảnh hưởng tôn thất chế chấp hành dạng BDT 3.1.3.3 Ảnh hưởng tồn thất chế chấp hành dạng BDTR 3.2 Phương pháp điều khiển có tổn thất chế chấp hành Giới thiệu Tre Khái quát vẻ lý thuyết điều khiển trượt Khái quát lý thuyết điều khiên thích nghĩ 69 72 ~- - re 66 - 2.4 Mơ hình hệ thơng có tơn thất chế chấp hành dang PDT T3 _ TT 80 iv 2.5 Thiết kế điều khiển trượt thích nghỉ có tổn thất chế chấp hanh dang PDT MA nn 3.2.6 Ap dung cho tay máy robot 2-DOE a ` 3.2.7 Áp dụng cho robot công nghiép 6-DOF 3.3 Kết luận chương # 81 85 89 L/ES:AnI G1018 a ` 97 KÉT Q MƠ PHỊNG VÀ THỰC NGHIỆM CHO MỘT DẠNG TAY MAY ROBOT 4.1 Giới thiệu robot Serpent 4.2 Đông học 4.2.1 Động học thuận 2.2 Động học ngược 4.3 Mơ hình đơng lực học 4.3.1 Mơ hình tốn hoc 4.3.2 Mơ hình bán vật —-Tre —-Tre — " ƠỊ dán sinsesse.asiaprafB) " Ð — secr “ _ — Al 105 4.4 Lập quỹ đạo chuyền động —— = 4.5 Các kết mô thực nghiệm 4.5.1 Kết mô 4.5.2 Kết thực nghiệm 4.6 Kat Iudn chong4 cece se - 112 esssseesssszes-eeaSHĐ e sev n 125 136 KÉT LUẬN VÀ KIỀN NGHỊ 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH Đà CƠNG BỒ CỦA LUẬN ÁN 140 TÀI LIÊU THAM KHẢO 141 PHU LUC =— neat =— DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TÁT Danh mục ký hiệu Kýhiêu Đơnvi Ý nghĩa Tốn tử tích Kronecker Ky higu cho dang vector hinh hoc Ký hiệu đạo hàm cấp biến “e” theo thời gian KÝ hiệu đạo hàm cấp hai biển “e” theo thời gian Ma trận đơn vị có chiều n x n Gia tốc tinh tiền đọc theo đoạn AB Độ dài pháp tuyến chung trục khớp i va trục khớp í + đo đọc trục x, (tham số D-H) Gia tốc tịnh tiền lớn quỹ đạo tổng quát Gia tốc tịnh tiền lớn đọc theo đoạn AB Gia tốc tịnh tiền lớn đọc theo đoạn OA Gia tốc tịnh tiên đọc theo đoạn OA > pws WOWWOS Ay, Ay, az M Gia tốc tịnh tiền đọc trục k (k x, y, z) Gia tốc tịnh tiền lớn đọc trục k (k x, y, Z) Vector gia tốc tịnh tiền khâu EE hệ tọa độ sở với thành phân đọc trục ac;, đC€y, đc; Hệ số đương thứ ¿ da thức thu sau khai triển biến trượt s thành đa thức Các thành phần vector a hệ tọa độ sở Vector hướng trục z EE Vector tham số ước lượng ước lượng Điểm đầu mút quỹ đạo điểm làm việc Một điểm tùy ý khâu í Ma trận đường chéo tinh theo vector Khoảng bão hòa ham sat() Vector tham số cập nhật luật thích nghỉ Điểm đầu mút quỹ đạo điểm làm việc Ma trận tham số chứa thành phân bắt định Ma trận giá trị nhận đạng B Ma trận sai lệch B Biểu diễn cho hàm cos(q;) Biểu diễn cho hàm cos(q; + q;) Các ma trận đường chéo với hệ số dương Vị trí điểm trọng tâm khâu ỉ Đường giao miễn giới hạn S;; mặt cầu (tâm điểm làm việc p, ban kinh d,) Ma trận Coriolis 1y tâm vi Ma trận C với giá trị nhận dạng Ma trận Coriolis/y tâm robot 2-DOF Do rad rad rad Đô đài pháp tuyến chung trục x;_; trục x; đo dọc trục z,_; (ham số D-H), 'Vùng không gian làm việc day đủ robot 'Vùng không gian làm việc bị hạn chế robot chế chấp hành thứ ỉ bị bó cứng Phan tử số đương cột i, hang j Sai lệch bám khớp đặt thứ ¿ dap ting khép i Vector sai lệch bám khớp đặt đáp ứng khớp Vector cét thứ ỉ ma trận đơn vị 'Vector sai lệch vị trí với thành phản ép p £p„ Vector sai lệch x», vax Sai lệch góc vector n affine SISO S09 99 0D 09 OG LBP Sth affine MIMO Uée long cia ham fi affine MIMO Vector tham sé chita cdc phan bat định Vector giá trị nhận dạng f Vector sai lệch f Ê Hằng số đương thứ í Gia tốc trọng trường Vector Vector Vector Vector DOF thành phân trọng lực g với giá trị nhận đạng thành phẩn trọng lực robot 2-DOF gia tốc trọng trường xét hệ tọa độ sở Ham phi tuyén affine SISO Hàm phi tuyến affine MIMO > Ước lượng ham hj; affine MIMO Phân tử thứ ¿ vector h mm eS Vector thay thể cho tich Mq Vector hàm phi tuyển hạ, Ma trận cde ham [hj;] affine MIMO ie fe ee Ma hàm [Â,,] affine MIMO Mô men Ma tran thứ ¿ Ma trân sở Ma tran quán tính khâu i theo trục z tensor quan tính khâu ¿ xét hệ tọa tensor qn tính khâu ¿ xét hệ tọa đỏ Jacobi quay tng véi vector a; Ma trén Jacobi quay ting véi vector w? Ma tran Jacobi tinh tién tng voi vector vo Nui(rad/s) Hệ số khuếch đại điều khiến SMC cho hệ SISO Hệ số ma sát nhớt khớp í vii Vector tham sé cila bé diéu khién SMC Tông động tay máy robot Ma trận đường chéo tính theo vector k Ma trận đường chéo chứa tham số kạ; Ma trận đường chéo chứa tham số k„, Các ma trận tham số điều khiên Các ma trận tham số điều khiển Chiều dài khâu ¡ Ham Lagrange Số đâu vào hệ phi tuyến affine MIMO Khối lượng khâu í Ma trận qn tính tơng qt tay máy robot Ma trận M với giá trị nhận dạng Ma tran qn tính tơng qt robot 2-DOF Số bậc tự đo Các thành phân vector n hệ tọa độ sở Be, ĐÁ, PB Pe, Pw - dim G kh Ÿì Gia Gir dium diem @“B Pus Py Pe Ba, BBBBEBESB m d rad rad/s rad/s? rad rad rad rad rad rad/s rad/s” rad rad Vector hướng trục x EE Các thành phản vector o hệ tọa độ sở Vector hướng trục y EE Vi tri ban dau cia EE Gốc hệ tọa độ thứ ¡ Đô dài Øạ điểm làm việc chiều lên ạxoy Các tọa độ vector p hệ tọa độ sở Vector 46 dai Op va diém A; Vector độ dài Øạ diém C; Vector vị trí điểm làm việc EE Vector đại số vector Øa, hệ tọa độ sở Vector dai số vector Bc, hệ tọa độ sở Vị trí tâm mặt câu hướng (tâm cỗ tay) Tổng tay máy robot Góc quay khớp í tạo động khớp í Biển góc khớp í Vận tốc biến góc khớp í Gia tốc biến góc khớp í Quỹ đạo mong muốn biến góc khớp í Quỹ đạo tham chiều biển góc khớp ¡ Đáp ứng góc khớp í mơ hình tốn học Đáp ứng góc khớp í mơ hình bán vật lý Vector biên góc khớp Vector van tốc biên góc khớp Vector gia tốc biên góc khớp 'Vector quỹ đạo mong mn góc khớp Vector qu¥ dao tham chiều góc khớp Vector độ dài Ø; điểm 4, viii ... hưởng tồn thất chế chấp hành dạng PDT 3.1.3.2 Ảnh hưởng tôn thất chế chấp hành dạng BDT 3.1.3.3 Ảnh hưởng tồn thất chế chấp hành dạng BDTR 3.2 Phương pháp điều khiển có tổn thất chế chấp hành Giới... co ché chap hanh tay may robot 12 1.5.3 Phân tích khả điều khiển tay máy cơng nghiệp tinh trang tổn thất chế chấp hành "ã¬AA 1.5.3.1 Phân tích động học kiểu tay máy cơng nghiệp có khớp quay... tốn thất chế chấp hành 14 1.5.3.2 Các khả điều khiển tay máy cơng nghiệp điển hình bị yn thất chế chấp hành MA "%5 1.6 Để xuất hướng nghiên cứu luận án 1.6.1 Hướng nghiên cứu luận án