Để mô phỏng hoạt động của rôbốt, đầu tiên ta cần thiết kế quỹ đạo chuyển động của khâu thao tác, dựa vào bài toán động học ngược ta sẽ tìm được chuyển động của các khớp tương ứng. Lấy kết quả này làm đầu vào cho chuyển động của mô hình robot trong môi trường Simmechanics.
3.3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động
Với rôbốt gắp phôi, quỹ đạo thông thường sẽ gắp vật ở vị trí P1, sau đó
chuyển phôi sang vị trí P2 và quay lại vị trí P1 rồi tiếp tục lặp lại quá trình như vậy.
điểm A, B, C, D, E như đồ thị hình 3.7. Robot lần lượt chuyển động theo các quỹ đạo thẳng AB, BC, quỹ đạo cong CD và cuối cùng là quỹ đạo thẳng DE. Tọa độ các điểm là A(0.55, -0.2, 0.6); B(0.55, -0.2, 0.8); C(0.45, -0.2, 0.8); D(0.2, 0.45, 0.8); E(0.2, 0.45, 0.6). Sử dụng kết quả của bài toán động học ngược ở chương 2, từ quỹ đạo chuyển động ở trên, ta tìm được chuyển động của các khớp như đồ thị ở dưới.
Hình 3.7: Quỹ đạo khâu thao tác
Hình 3.8: Đồ thị mô tả các tọa độ khớp
3.3.2 Mô hình robot trên phần mềm SolidWorks
Trong bài toán này, ta chỉ tập trung vào vấn đề mô phỏng hoạt động, vì vậy việc thiết kế chỉ tập trung vào việc mô tả cấu trúc động học của robot (có 6 bậc tự do, các trục khớp 2,3,4 song song với nhau).
Hình 3.9: Thiết kế mô hình rrôbốt trong Solidworks
3.3.3 Mô phỏng hoạt động trên MATLAB/Simulink
3.3.3.1. Mô hình hóa robot bằng Simmechanics
Hình 3.10: Các khối mô tả các khâu của rôbốt
Như đã nói ở phần trước, thư viện Simmechanics sẽ giúp ta chuyển mô hình robot từ SolidWorks sang môi trường MATLAB/Simulink. Các khớp quay sẽ được mô tả bởi các khối Revolute, các khâu được mô tả bằng khối Bodies.
Hình trên thể hiện các đặc tính về khối lượng, tenxo quán tính cũng như tọa độ trọng tâm và các vị trí các gốc của các hệ tọa độ gắn lên khâu 1. Các đặc tính này có được từ việc ta thiết kế trên môi trường CAD.
3.3.3.2. Mô phỏng hoạt động
Để mô phỏng chuyển động của robot, ta cần cung cấp quy luật chuyển động của các khớp, ở đây chính là nghiệm của bài toán động học ngược với quỹ đạo hoạt động đã thiết kế ở phần trước. Ở đây có 3 khối chính ta cần quan tâm, đó là khối giải động học ngược, khối khai báo chuyển động khớp và khối mô hình robot.
Hình 3.12: Sơ đồ khối của chương trình mô phỏng chuyển động rôbốt
KẾT LUẬN
Để thiết kế chế tạo các rôbốt phục vụ cho việc đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền công nghiệp thì việc nghiên cứu động học, động lực học và điều khiển các rôbốt là một công việc cần thiết và hết sức quan trọng. Trong đề tài này, các tác giả đã tập trung nghiên cứu các bài toán động học thuận và động học ngược và mô phỏng chuyển động của robot UR 6 bậc tự do. Đây là một trong những bài toán cơ bản nhất của việc phân tích và tổng hợp các robot. Một số kết quả đạt được trong đề tài này đó là:
1. Phân tích động học thuận robot UR. Việc giải quyết bài toán này nhằm mục đích xác định vị trí, vận tốc và gia tốc các khâu của robot, đồng thời từ phân tích này cũng giúp ta xây dựng được phương trình động học của robot, đây là cơ sở để giải bài toán phân tích động học ngược sau này.
2. Phân tích động học ngược robot UR. Đối với bài toán này, các tác giả đã đưa ra được nghiệm giải tích của các biến khớp, việc tìm ra được nghiệm giải tích sẽ giúp cho việc giải quyết bài toán điều khiển sau này trở nên đơn giản hơn rất nhiều.
3. Dựa trên các bài toán động học thuận và động học ngược, các tác giả đã xây dựng được chương trình tính toán động học ngược và mô phỏng chuyển động của robot UR.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn Khang (2009), Động lực học hệ nhiều vật, NXB Khoa học kỹ thuật.
[2] Nguyễn Văn Khang, Chu Anh Mỳ (2011), Cơ sở rôbốt công nghiệp, NXB giáo dục Việt Nam
[3] Nguyễn Thiện Phúc (2006), Rôbốt công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Lung Twen Sai (1999), Robot Analysis, The Mechanics of Serial and
Parallel Manipulators, John Willey & Sons, INC. Pulisher. [5] Đào Văn Hiệp (2006), Kỹ thuật rôbốt, NXB Khoa học kỹ thuật.
[6] Nguyễn Mạnh Tiến (2007), Điều khiển rôbốt công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật.
[7] Đinh Văn Phong, Đỗ Sanh, Nguyễn Trọng Thuần, Đỗ Đăng Khoa (2002),“
Tính toán động học và mô phỏng 3D rô bốt Gryphon”, Đại học Bách Khoa
Hà Nội.