Mô hình hóa và mô phỏng robot song song loại 6 chân

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT

• PHÂN LOẠI ROBOT

“Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel, 1985) hay “Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con người”; rộng hơn nữa M.P.Groover đưa ra định nghĩa về robot không dừng lại ở tay máy mà mở rộng cho nhiều đối tượng khác có những đặc tính tương tự con người như suy nghĩ, có khả năng đưa ra quy định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được đặc điểm của vật hay đối tượng mà nó phải thao tác hoặc xử lý, đó là “Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”. Trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm biến (sensors) cho phép cung cấ tín hiệu phản hồi hỗ trở lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vỉtí không gian của robot cũng như những thông tin về môi trường bên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệ t độ của môi trường, v.v.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ CÔNG CỤ SIMMECHANICS

• MÔ TẢ CHUYỂN ĐỘNG VỚI SIMMECHANICS .1 Chuyển động và trạng thái chuyển động
• THƢ VIỆN CÁC KHỐI CHUẨN CỦA SIMMECHANICS

Ở các hệ thống cơ khí phức tạp thường tồn tại các ràng buộc cơ khí hoặc các khâu dẫn động trong hệ thống thì việc sử dụng phương pháp Newton - Euler dựa trên việc phân tích lực và mômen đặt lên các phần tử của hệ thống hoặc ph ương pháp Euler - Lagrrange dựa trên cân bằng năng lượng trong hệ thống để xây dựng hệ phương trình toán học mô tả hệ thống gặp nhiều khó khăn mà bộ công cụ Simmechanics lại trả lời được vấn đề này. Trạng thái chuyển động: Trạng thái chuyển động của hệ thống cơ khí là tập họp các giá trị tức thời của vị trí (đối với chuyển động tịnh tiến), góc quay (đối với chuyển động quay) và vận tốc của chúng. 2.1.2.2 Chuyển động của thân trong SimMechanics Không gian hoạt động và các hệ tọa độ:. SimMechanics mô phỏng chuyển động của cơ cấu sử dụng tiêu chuẩn động lực học của Newton, là một tập tất cả các trạng thái, trừ gia tốc, trong không gian quán tính. SimMechanics sử dụng một không gian quán tính chủ đạo gọi là World. Chúng ta có thể chọn bất kì một điểm nào đó như một gốc tọa độ và đặt vào đó các trục tọa độ trực giao gọi là hệ tọa độ mở rộng. Sự chuyển động giữa các hệ tọa độ:. C là tọa độ điểm O trong hệ tọa độ cố định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Sự phụ thuộc vào thời gian của các hệ số trong R thay cho sự định hướng của u so với e. Các phần tử của vector v được đo trong hệ tọa độ World được thay bởi vector cột, vWorld. Trong hệ tọa độ O, chúng được thay bởi vector cột vO. Mối quan hệ giữa hai tọa độ là vWorld RWO*vO. Với R có các cột là thành phần của u trong hệ tọa độ World. Rzx Rzy Rzz. Rxx Rxy Rxz. Do sự trực giao và chiều dài đơn vị của u đảm bảo rằng R là một ma trận quay trực giao thỏa mãn RRT=RTR=I, vậy ta có R-1=RT. o Quan sát chuyển động của thân từ một hệ tọa độ khác:. Hình 2.1 Hệ tọa độ toàn thể và hệ tọa độ tương đối. Cho hai hệ tọa độ quan sát: World và O như trên, và 1 điểm p chuyển động bất kì. Tọa độ của p trong hệ tọa độ World là vector cột pWorld và trong hệ tọa độ O là pO, mối quan hệ giữa hai hệ tọa độ là:. o Mối quan hệ giữa vận tốc giữa hai hệ quan sát:. Vi phân bậc nhất theo thời gian công thức trên, chúng ta được mối quan hệ vận tốc. dp dC dp dR. dt dt dt dt. o Thay thế chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của thân:. Xét chuyển động của điểm p, cố định trên thân, O là hệ tọa độ gắn với thân và có gốc O đặt tại điểm trọng tâm. Do chúng cố định trên thân do đó, ta có:. dpO dt , do đó công thức tính vận tốc ở trên được viết lại:. dt dt do đó chúng ta thêm RRT bên trái của pBody và định nghĩa ma trận phản đối xứng dRRT RdRT. Và ω là vận tốc góc của thân trong hệ tọa độ World. World World World. Mối quan hệ giữa vi phân của vector V được đo trong World và đo trân thân. nói chung: World. 2.1.2.3 SimMechanics thay thế sự định hướng của thân. Trong SimMechanics, chúng ta thay sự định hướng của thân bằng cách chỉ ra hướng của các trục tọa độ đặt tại tâm so với các trục đã chọn trước.Sự quay nói chung trong không gian 3 chiều, có 3 bậc tự do. Có nhiều phương pháp để diễn tả chúng, SimMechanics sử dụng phương pháp: đo chuyển động của thân bằng sensor và khối RotationMatrix2VR. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Dạng trục và góc của phép quay là dạng trình bày cơ bản nhất: Chỉ ra trục n, sau đó quay theo quy tắc bàn tay phải quanh trục đó 1 góc θ. Dạng trục quay thường được viết như là vector 4 phần tử: [nx,ny,nz,θ]. Quaternion thay thế phép quay cầu như là 4 phần tử của vector cột có độ dài đơn vị:. Định nghĩa này thay thế cho định nghĩa ở trên, quay quanh trục chỉ ra bởi 3 thành phần đầu của vector cột một góc θ. Dạng ma trận quay:. Từ dạng trục - góc quay, chúng ta có thể định nghĩa ma trận quay R theo dạng số mũ như sau: R exp n*J với Jk là ma trận số thực, phản đối xứng và thỏa mãn:. Dạng số mũ của R được giản thiểu tới dạng đóng bằng sự nhận dạng:. Một cách khác để biểu diễn ma trận quay R, quay quanh 3 trục độc lập, bằng 3 góc Euler độc lập. Ma trận quay của hệ tọa độ thân được tạo nên bởi phép nhân ma trận theo thứ tự từ phải qua. Sự quy ước ngầm của 3 góc quay Euler:. +) Quay lần 2 quanh trucjtoaj độ thân (quay từ chính điểm gốc của nó). +) Sau cùng quay quanh trục tọa độ đầu tiên một lần nữa (trục có tên mà vừa quay của lần 1 với hệ tọa độ mới sau khi quay lần 2).

MÔ HÌNH HOÁ ROBOT SONG SONG LOẠI HEXAPOD

• XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỪNG CHÂN .1. Cấu trúc chân thứ nhất
• ĐỊNH DẠNG CÁC KHỐI

Từ đây ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc SimMechanics của chân thứ nhất, với 2 khối Body đại diện cho Upper leg và Lower leg, 2 khối khớp cầu Upper Spherical và Lower Spherical đại diện cho 2 khớp xoay dạng bi upper joint và lower joint, 1 khớp trượt Prismatic nối kết giữa Upper leg và Lower leg để thay đổi độ dài của chân, lấy từ thư viện của SimMechanics. Tương tự như với chân Leg1 các chân còn lại Leg2, Leg3, Leg4, Leg5, Leg6 cũng được cấu thành từ 6 khối (Upper Spherical, Upper Leg, Pristical, Lower Leg, Lower Spherical, Ground) như trên, chỉ khác ở các thông số đặc trưng cho vị trí của từng chân tại thời điểm mà Robot vẫn còn ở trạng thái tĩnh và ở các Ground không đánh dấu lựa chọn Show Machine Environment port.

KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA HEXAPOD Ở CHẾ ĐỘ ĐỘNG HỌC NGƢỢC

Đầu vào ở chế độ động học ngược ứng với khớp chủ động Prismatic đó là: vị trí (Position) của điểm tác động cuối, đơn vị là mét; tốc độ (Velocity), đơn vị m/s và gia tốc (Acceleration), đơn vị m/s2. Để phân tích các chế độ động học đối với Robot Analysis mode bao gồm 4 chế độ như sau: đối với Robot có kết cấu vòng hở nếu phân tích ở chế độ động học thuận thì lựa chọn Forward Dynamics, còn nếu phân tích ở chế độ động học ngược thì lựa chọn Inverse Dynamics; đối với Robot có kết cấu vòng kín nếu phân tích ở chế độ động học ngược thì lựa chọn Kinematics.

KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA HEXAPOD Ở CHẾ ĐỘ ĐỘNG HỌC THUẬN

Ở chế độ này ta cung cấp lực cho các khớp chủ động là các khớp trượt Prismatic, giá trị thu được sẽ là chuyển động của điểm tác động cuối cùng với vị trí và tốc độ của các khớp. Nhận xét: Ở chế độ này khi không cung cấp lực nhưng do tác dụng của lực trọng trường, các chân robot chuyển động xuống phía dưới, nhưng do chân trên và chân dưới liên kết với nhau bởi khớp trượt, chúng tác động, kéo, đẩy lẫn nhau dẫn đến chuyển động của robot có dạng như trên đồ thị Scope.