Nghiên cứu mô hình và kết cấu mẫu robot RoPC01: Từ lý thuyết đến ứng dụng

KHÁI QUÁT VỀ CẤU TRÚC VÀ KẾT CẤU MẪU ROBOT RoPC01

Dựa trên yêu cầu về chế độ điều khiển, cũng như những thông số cụ thể về đặc tính động học và động lực học đặt ra đối với robot RoPC01, tiến hành tính toán thiết kế và lập trình điều khiển cho từng môđun cụ thể, sau đó được tích hợp để tạo ra hệ thống mạch điều khiển chung cho toàn bộ hoạt động của robot. • Môđun quan sát định vị - M4: Gồm có hai cụm thiết bị: cụm định vị - là các sensor siêu âm dùng để xác định các vị trí khoảng cách theo yêu cầu của công nghệ đặt ra, duy trì và đảm bảo độ chính xác thao tác khâu cuối của robot, đặc biệt trong chế độ điều khiển làm việc tự động; cụm quan sát – là một camera quan sát (loai thông thường, hoặc hồng ngoại – khi làm việc trong điều kiện môi trường ánh sáng yếu), truyền tín hiệu hình ảnh của đối tượng công nghệ và khu vực hoạt động làm việc của robot về thiết bị điều khiển từ xa, giúp cho việc điều khiển bằng tay di chuyển robot được thuận lợi, dễ dàng, cũng như cho phép giám sát quá trình làm việc tự động của robot một cách chặt chẽ và với độ tin cậy cao.

MỘT SỐ YÊU CẦU CƠ BẢN TRONG TÍCH HỢP CÁC MÔĐUN MẪU ROBOT RoPC01

Song vẫn dễ dàng, thuận tiện tháo lắp khi kiểm tra, sửa chữa hoặc bảo dưỡng thay thế. Bộ điều khiển trung tâm cần phải được lắp đặt trên các lớp đệm đàn hồi vừa đảm bảo đủ cứng vững, lại vừa có khả năng giảm chấn tốt.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ CẤU TRÚC MẪU ROBOT RoPC01 – VềI LẮC NGANG

Trong đồ án này ta chỉ khảo sát động học cánh tay làm việc của robot, nên ta chỉ xét đến cấu trúc của cánh tay máy robot.

CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

Ma trận cosin chỉ hướng Ai biến đổi các tọa độ của điểm P bất kỳ thuộc vật rắn trong hệ qui chiếu động Oxi yi zi sang các tọa độ của điểm P đó trong hệ qui chiếu cố đinh Ox0 y0 z0. Nhờ khái niệm tọa độ thuần nhất trong không gian 4 chiều ta có thể chuyển bài toán cộng ma trận trong không gian ba chiều sang bài toán nhân ma trận trong không gian bốn chiều.

BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN

Như vậy, ma trận tích 0Ti là ma trận mô tả hướng và vị trí của hệ tọa độ thứ i (khâu thứ i) so với hệ toạ độ cố định. Ma trận truyền tịnh tiến dọc trục x có dạng:. Ma trận truyền tịnh tiến dọc trục y có dạng:. Ma trận truyền tịnh tiến dọc trục x có dạng:. Tính toán dộng học thuận Robot RoPC01. Nhệm vụ của bài toán động học thuận là ta phải đi xác định trạng thái điểm làm việc của robot. Trong bài toán thuận chúng ta dựa vào giá trị biến khớp của các khâu hoạt động, các thông số động học, hình học đã được cho trước từ đó ta đi tính toán trạng thái hoạt động khâu thao tác của robot, cụ thể ở đây ta đi tính tọa độ điểm làm việc của robot. Nhiêm vụ của bài toán đặt ra là xác định phương trình tọa độ điểm làm việc của robot với các biến là các biến khớp hoạt động. Mô hình robot với các hệ trục tọa độ và các biến khớp được dặt như hình vẽ. Từ đó ta sẽ đi xây dựng các ma trận truyền cosin chỉ hướng giữa các hệ trục tọa độ của robot. _Ma trận truyền từ trục gốc O sang hệ trục O1: quay quanh trục z với biến khớp q1. _Ma trận truyền từ hệ trục O1 sang hệ trục O2: quay quanh trục z với biến khớp q2. _Ma trận truyền từ hệ trục O2 sang hệ trục O3: tịnh tiến theo trục x với biến khớp q3. _Ma trận truyền từ hệ trục O3 sang hệ trục O4: quay quanh trục z với biến khớp q4. Ma trận truyền quay quanh trục z, với biến khớp q5 :. Vậy ma trận truyền từ hệ trục tọa độ O4 sang hệ trục tọa độ O5 :. Vậy ta có ma trận truyền từ hệ trục tọa độ gốc sang hệ trục tọa độ khâu làm việc O5 là :. Ta có tọa độ điểm làm việc của robot là :. Phương pháp Denavit-Hartenberg. 2.1 Sơ đồ chọn các trục tọa độ và lập bảng tham số động học Denavit- Hartenberg. a) Chọn các hệ trục toạ độ. -Chọn gốc cố định O tại đế, z0 được chọn dọc theo trục của khớp bản lề thứ nhất có chiều hướng ra ngoài, x0 được chọn vuông góc với z0 và hướng sang phải, y0 có chiều hướng lên trên. So sánh kết quả của hai phương pháp với cùng các biến khớp như nhau đều cho ta cùng một giá trị vị trí khâu cuối.

BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC

Các tấm thép cần làm sạch được đặt trên những giá đỡ nghiêng góc 80o, quỹ đạo điểm làm việc của robot sẽ là 1 đường hình sin nằm trên 1 mặt phẳng song song với mặt phẳng cần phun, như vậy nó sẽ nghiêng 80o so với phương nằm ngang. Khi robot hoạt động, không những phải đảm bảo rằng điểm làm việc của robot bám đúng theo quỹ đạo cho sẵn mà phải đảm bảo cả về phương chiều sao cho robot phun cát được đến đúng bề mặt làm việc. Ta sẽ thay các hàm qi tính được trong bài toán ngược vào các biểu thức vận tốc góc tuyệt đối trên, rồi từ đó dùng phần mềm Matlap để vẽ ra đồ thị của các vận tốc góc tuyệt đối theo thời gian t.

Để kiểm tra xem kết quả tính toán bài toán động học ngược có chính xác không ta có sẽ thay biểu thức của các biến khớp vừa tìm được ở bài toán ngược vào các gía trị tọa độ của điểm làm việc đã tính được từ bài toán thuận, sau đó đưa vào phần mềm Matlap để vẽ lại quỹ đạo của điểm làm việc xem nó đúng là quỹ đạo đường sin trong không gian như yêu cầu không. Khi so sánh số liệu tính toán, cũng như các đồ thị được xuất ra từ chương trình Matlap ta có thể nhận thấy rằng các giá trị của robot khi ta cho q2 điều khiển theo quy luật đã cho biết trước có vẻ đều hơn, biến đổi tuần hoàn hơn, ít biến động hơn, vùng làm việc kéo dài hơn, nhiều hơn.