Nhằm làm đối tượng thực nghiệm số chung cho các vấn đề giải quyết ở phần sau, robot song song phẳng 3RRR (mỗi chân của robot được hình thành từ 3 khớp quay) được lựa chọn sử dụng làm mơ hình nghiên cứu chính (Hình 1.24). Robot được hình thành từ ba chân, mỗi chân có 2 khâu và được đẫn động bởi một động cơ điện một chiều. Robot có các đặc điểm chính sau:
- Ba chân của robot được gắn lên các bệ cố định phân bổ theo một hình tam giác đều có chiều dài cạnh L0 .
- Hệ tọa độ cố định O0 x0 y0 O1 x1 y1
- Hệ tọa độ gắn lên bàn máy động OP xP yP có điểm đặt tại trọng tâm, và góc nghiêng so với phương ngang là .
- Ba chân của robot có kích thước giống nhau với các thơng số ký hiệu lần lượt là l1 vàl2 , khối lượng các khâu là m1 và m2 , mơ men qn tính IC1 và IC 2 . - Các khâu thuộc mỗi chân của robot có dạng thanh đồng chất, trọng tâm đặt tại
trung điểm của khâu tương ứng.
- Bàn máy động có dạng tam giác đều với kích thước cạnh ký hiệu là b , khối lượng m 3 và mơ men qn tính JC 3 .
- Mỗi khớp chủ động của robot được dẫn động bởi một động cơ điện một chiều thông qua hộp giảm tốc thể hiện trong Hình 1.24. Các tham số của động cơ được thể hiện trong Bảng 1.2.
- Tọa độ suy rộng dư sử dụng cho robot này:q [ q1 ,...., q9 ]T [ , , x]T . Trong đó q [ 1 , 2 , 3 ]T , b [ 1 , 2 , 3 ]T , x [ xP , yP , ]T .
Bảng 1.2: Bảng thông số của robot song song 3RRR
Thông số Ký hiệu Đơn vị i 1 i 2 i 3
Giá cố định xOi m 0 1.2000 0.6000 L0 1.2 [ m] y Oi 0 0.0000 1.0392 l i ,1l1 m 0.582 0.582 0.582 l i,2l2 0.623 0.623 0.623 Các chân m i,1 kg 2.072 2.072 2.072 m i,2 0.750 0.750 0.750 I C1 2 0.10272 0.10272 0.10272 I C 2 kgm 0.03046 0.03046 0.03046 i [rad] 7 1 1 6 6 2 Bàn động b m 0.185 m3 kg 0.978 IC ,3 kgm2 0.00672 Tỉ số truyền rg 10.0 J m 2 0.01 kgm Động cơ DC K m Nm / A 3.00 Ke Vs / rad 0.10 Ra Ohm 3.00
Giá trị các tham số của robot song song phẳng 3RRR sử dụng trong nghiên cứu được thể hiện trong (Bảng 1.2)
Các tham số và phương trình liên kết của robot được sử dụng để thực hiện mơ phỏng, tính tốn đánh giá lý thuyết trong các chương tiếp theo.
1.6 Kết luận chương 1
Robot song song với các ưu điểm nổi bật so với robot chuỗi như đã phân tích đem lại khả năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực công nghiệp, mô phỏng, y học,… Trong phần này, tác giả đã tổng hợp nhiều nghiên cứu cả ở Việt Nam và thế giới, các nghiên cứu này đã giải quyết nhiều khía cạnh của robot song song. Tuy nhiên, cũng còn nhiều hạn chế trong các nghiên cứu này đã được tác giả chỉ ra. Để hoàn thiện hơn nữa, robot song song vẫn cần những nghiên cứu chi tiết và đầy đủ hơn về cả mô tả động học, động lực học và các chiến lược điều khiển. Các phân tích trong nội dung này đã đưa ra định hướng nghiên cứu về việc mơ hình hóa robot song song có kể đến
ảnh hưởng của cơ cấu dẫn động, các thuật toán vượt kỳ dị cả về động học lẫn động lực học và các thuật tốn điều khiển trong khơng gian khớp và không gian thao tác để đem lại chất lượng điều khiển tốt hơn nữa. Các nghiên cứu chi tiết được trình bày trong các phần tiếp sau đây.
CHƯƠNG 2:
PHÂN TÍCH KỲ DỊ ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG
2.1 Mở đầu
Phân tích kỳ dị động học là một trong những việc cần làm trong chuỗi chu trình thiết kế các dạng robot song song. Vấn đề động học của robot song song bao gồm hai bài toán động học thuận và động học ngược. Động học thuận là bài toán xác định trạng thái động học của khâu thao tác khi biết quy luật chuyển động của các khâu dẫn động. Động học ngược là bài toán xác định trạng thái động học các khớp chủ động khi biết quy luật chuyển động khâu thao tác. Khi tiến vào vùng kì dị, bộ điều khiển robot khơng thể giải chính xác được các bài tốn động học thuận và ngược, điều này dẫn tới giảm khả năng kiểm soát hoạt động của robot. Về mặt vật lý, hiện tượng kỳ dị làm robot phát động lực/mô men nhưng không tạo ra được chuyển động [13][78], nó có thể gây ra biến dạng hoặc phá hủy cấu trúc khi lực/mô men tăng cục bộ [13]. Vì vậy quỹ tích các điểm kỳ dị trong khơng gian làm việc của robot song song có vai trị quan trọng trong lập trình quỹ đạo và điều khiển chuyển động. Chúng ta cần biết các quỹ tích này để thiết kế quỹ đạo làm việc tránh hoặc tìm cách vượt qua nó để chuyển động của robot được trơn tru [25][26]. Phần sau đây sẽ trình bày về các bài tốn động học và phân tích kỳ dị robot song song.
2.2 Hệ phương trình liên kết của robot song song
Để tính tốn động học cho robot song song mỗi chân của robot song song sẽ được coi như là một tay máy dạng chuỗi (Hình 2.1).
Bàn máy động Chân Chân 1 z0 Chân 2 O0 y0 x0 Giá cố định