Quỹ đạo đó rời rạc hoỏ PID controller Mạch điện tử cụng suất - + Động cơ Rotary Encoder
2.4. CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN ROBOT SHEPHENT
Với chiến lƣợc điều khiển phõn tỏn đó đặt ra, cú 4 vấn đề lớn cần phải giải quyết: Nội suy quỹ đạo dựa trờn 2 điểm đầu cuối với quỹ đạo điểm-điểm hoặc dựa
trờn cỏc điểm tựa với quỹ đạo đƣờng liờn tục để tớnh cỏc điểm quỹ đạo rời rạc theo thời gian định trƣớc
Truyền dữ liệu tớnh toỏn đƣợc này đến từng bộ điều khiển, giỏm sỏt việc bộ điều khiển thực hiện quỹ đạo, đồng bộ chuyển động của cỏc khớp
Xõy dựng bộ điều khiển động cơ cho từng khớp
Xõy dựng bộ điều khiển cỏc đầu vào/ra để thu thập dữ liệu của cỏc cảm biến cũng nhƣ điều khiển cỏc cơ cấu chấp hành khỏc nhƣ xi lanh khớ nộn
2.4.1. Tớnh quỹ đạo rời rạc theo thời gian định trƣớc
Cỏc bộ điều khiển cho cỏc khớp sẽ hoạt động theo nguyờn lý điều khiển động cơ đến cỏc vị trớ sau cỏc khoảng thời gian nhất định vớ dụ 1ms. Với khoảng thời gian rời rạc này, vận tốc của động cơ cú thể coi nhƣ khụng thay đổi. Sai số tại điểm cuối sẽ đƣợc đƣa qua thuật toỏn PID để tớnh toỏn tớn hiệu điều khiển cho bộ điều khiển điều khiển động cơ đến vị trớ tiếp theo, cũng sau khoảng thời gian rời rạc đú.
Do đú, đầu vào của cỏc bộ điều khiển là một bảng cỏc giỏ trị cho khớp (vị trớ động cơ) theo một bƣớc chia thời gian xỏc định. Để xõy dựng đƣợc bảng cỏc giỏ trị này thỡ chỳng ta phải xõy dựng một module nội suy quỹ đạo, trong đú việc nội suy quỹ đạo cỏc điểm thời gian rời rạc đƣợc thực hiện cựng với việc tớnh đến vận tốc và gia tốc của hệ thống cơ tại cỏc điểm đầu tiờn và cuối cựng của quỹ đạo. Module này đƣợc trỡnh bày cụ thể trong chƣơng 3.
2.4.2. Truyền dữ liệu, giỏm sỏt bộ điều khiển thực hiện quỹ đạo và đồng bộ chuyển động của cỏc khớp đồng bộ chuyển động của cỏc khớp
Việc truyền cỏc dữ liệu tớnh toỏn đƣợc sau module nội suy quỹ đạo đến từng bộ điều khiển, giỏm sỏt việc bộ điều khiển thực hiện quỹ đạo và đồng bộ chuyển động của cỏc khớp trong hệ thống phõn tỏn đƣợc thực hiện thụng qua một mạng truyền thụng. Mạng truyền thụng này khụng chỉ yờu cầu độ chớnh xỏc và bảo toàn dữ liệu cao, cú khả năng chống nhiễu trong điều kiện cụng nghiệp mà cũn
phải bảo đảm tốc độ truyền dữ liệu đủ cao để cú thể giỏm sỏt chuyển động theo thời gian thực.
Do đú, khụng chỉ xõy dựng mới hay ỏp dụng một chuẩn vật lý truyền thụng cú tốc độ và khả năng chống nhiễu cao mà chỳng ta cũn phải xõy dựng một bộ giao thức truyền thụng hiệu quả nhằm đảm bảo tớnh năng thời gian thực của hệ thống. Bờn cạnh đú, mạng truyền thụng này phải đƣợc hỗ trợ một cỏch rộng rói, cỏc thành phần để xõy dựng mạng dễ kiếm. Chƣơng 4 sẽ trỡnh bày cụ thể việc xõy dựng một cơ sở truyền thụng trong hệ thống điều khiển phõn tỏn và một số linh kiện cụ thể sẽ đƣợc sử dụng để thiết kế, chế tạo cỏc bộ điều khiển.
2.4.3. Xõy dựng cỏc bộ điều khiển động cơ và cỏc bộ thu thập số liệu, điều khiển cỏc thiết bị chấp hành khỏc điều khiển cỏc thiết bị chấp hành khỏc
Sau khi đó cú dữ liệu quỹ đạo cũng nhƣ một nền tảng truyền thụng, một bƣớc quan trọng trong triển khai hệ thống là phải xõy dựng đƣợc cỏc bộ điều khiển thực, phỏt huy đƣợc thế mạnh của cỏc thuật toỏn điều khiển. Cỏc thiết bị sẽ đƣợc tớch hợp từ cỏc linh kiện sẵn cú trờn thị trƣờng. Đặc biệt, với cỏc thiết bị đƣợc xõy dựng dựa trờn cỏc bộ vi điều khiển thỡ việc lựa chọn vi điều khiển bảo đảm tốc độ xử lý cho thuật toỏn và phự hợp với điều kiện phỏt triển tại Việt Nam trở nờn rất quan trọng. Hơn nữa, cỏc thiết bị khụng những phải đƣợc thiết kế để chống đƣợc nhiễu, khả năng bảo vệ khi cú sự cố, bảo đảm tin cậy trong mụi trƣờng cụng nghiệp, mà cũn phải đƣợc thiết kế về cơ khớ chắc chắn, dễ dàng bảo trỡ, nõng cấp.
Chƣơng 5 sẽ trỡnh bày cỏc kết quả cụ thể trong việc phỏt triển phần cứng của cỏc bộ điều khiển.
CHƯƠNG 3: MODULE TÍNH QUỸ ĐẠO
3.1. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TẠO QUỸ ĐẠO
Phần này tập trung vào một số phƣơng phỏp tớnh toỏn quỹ đạo trong khụng gian đa chiều. Quỹ đạo là một chuỗi theo thời gian cỏc vị trớ, tốc độ và gia tốc cho mỗi mức độ chuyển động.
Vấn đề cơ bản trong điều khiển quỹ đạo robot là di chuyển robot từ vị trớ đầu, xỏc định bởi tool frame Tinitial đến vị trớ cuối xỏc định bởi tool frame Tfinal. Với một tay mỏy robot thỡ vị trớ của điểm đầu tay mỏy và hƣớng tỏc động là cỏc điểm cần xỏc định (Tool Center Point - TCP).
Cỏc vấn đề đặt ra:
Xỏc định cỏc quỹ đạo dựa trờn cỏc điểm tựa với điều khiển quỹ đạo theo đƣờng liờn tục hoặc điểm đầu, cuối với điều khiển quỹ đạo điểm - điểm. Cỏc đặc điểm hỡnh học
Tớnh toỏn quỹ đạo tức thời (trong thời gian làm việc) hoặc thành một bảng cỏc giỏ trị quỹ đạo tại từng điểm thời gian rời rạc.
Những điều kiện của chuyển động trong khụng gian:
Việc xỏc định một chuyển động cú thể thụng qua cỏc điểm trung gian, là cỏc điểm nằm giữa điểm đầu và điểm cuối hoặc giữa cỏc điểm tựa. Cỏc điểm trung gian này thỏa món những điều kiện của chuyển động về thời gian
Việc xỏc định một chuyển động cú thể bao gồm thời gian tiờu tốn giữa cỏc điểm trung gian.
Yờu cầu đối với việc nội suy quỹ đạo:
Thực hiện cỏc chuyển động uyển chuyển: hàm và đạo hàm bậc 1 của chuyển động liờn tục. Trong một số trƣờng hợp cần thiết, đạo hàm bậc 2 của chuyển động cũng cần liờn tục. Cỏc chuyển động đột ngột làm tăng độ mài mũn lờn mỏy múc (cỏc bỏnh răng) và gõy chấn động do kớch thớch cỏc cộng hƣởng của robot.
Điểm đầu tay mỏy (TCP) của Robot chỉ cần đạt đƣợc vị trớ và hƣớng để cú thể thực hiện cỏc thao tỏc cầm nắm đối tƣợng hoặc buụng thả đối tƣợng. Đõy là trƣờng hợp cỏc Robot thực hiện cỏc cụng việc vận chuyển và trao đổi phụi liệu trong một hệ thống tự động linh hoạt Robot hoỏ (đỳc, gia cụng ỏp lực, gia cụng cắt gọt...). Bàn tay mỏy khụng trực tiếp tham gia vào cỏc chuyờn mụn cụng nghệ nhƣ dập tạo hỡnh hoặc cắt gọt kim loại. Cỏc điểm nỳt (điểm đầu và điểm cuối) là mục tiờu quan trọng nhất, cũn dạng đƣờng đi tới cỏc điểm là vấn đề thứ yếu. Robot sẽ hiểu đƣợc nhiệm vụ của nú khi đƣợc “dạy học” bởi cụm bàn phớm điều khiển (Teach Pendant), vớ dụ đơn giản nhất là cỏc Robot nhấc và đặt vật thể (Tick and Place). Thụng thƣờng hỡnh dạng đƣờng trong khụng gian và thời gian đƣợc mụ tả nhờ cỏc hàm của toạ độ khớp. Dạng chuyển động này đƣợc gọi là chuyển động điểm - điểm (Point to Point - PTP) Robot phải xỏc định dạng đƣờng đi qua cỏc điểm nỳt theo thời gian thực. Đú
là trƣờng hợp cỏc tay mỏy trực tiếp thực hiện cỏc nguyờn cụng cụng nghệ nhƣ hàn, sơn, cắt (Laze hay hồ quang ỏp lực ...). Vấn đề thiết kế quỹ đạo cho Robot ở trƣờng hợp ứng dụng này đúng vai trũ quan trọng, quyết định trực tiếp tới chất lƣợng thực hiện cỏc nhiệm vụ cụng nghệ mà nú đƣợc giao phú. Trong chƣơng này, chỳng ta đề cập đến bài toỏn thiết kế quỹ đạo cho một số quỹ đạo điển hỡnh. Dễ nhận thấy cỏc quỹ đạo này khụng chỉ cú ý nghĩa với trƣờng hợp ứng dụng thứ hai mà nú bao hàm một ý nghĩa chung cho mọi Robot vỡ rằng ngay cả trƣũng hợp đơn giản nhƣ Robot “nhấc - đặt” đối tƣợng cũng là những quỹ đạo cơ bản. Thụng thƣờng hỡnh dạng đƣờng trong khụng gian và thời gian đƣợc mụ tả nhờ cỏc hàm toạ độ Đề cỏc, và cú thể cú yờu cầu đồng bộ giữa cỏc chuyển động của cỏc khớp. Dạng chuyển động này gọi là chuyển động đƣờng liờn tục (Continuos Path - CP).
3.1.1. Tạo quỹ đạo cho cỏc chuyển động PTP
Với cỏc chuyển động PTP thụng thƣờng của robot Shephent, hỡnh dạng quỹ đạo núi chung khụng quan trọng. ta chỉ cần quan tõm đến vị trớ điểm đầu và điểm cuối, vận tốc tại 2 điểm này bằng khụng. Vớ dụ cụ thể cho cỏc chuyển động này là thao tỏc nhấc - đặt hoặc di chuyển từ vị trớ hiện tại đến vị trớ bắt đầu thao tỏc.