Trong phần này, thuật toán vượt kỳ dị động học đã được đề xuất sử dụng cho robot song song. Qua kết quả mơ phỏng trên mơ hình robot song song phẳng 3RRR cho thấy, mỗi khi bàn máy động di chuyển qua điểm kỳ dị, biến khớp và giá trị đáp ứng của phương trình liên kết có biến động. Đây chính là kết quả của việc thay đổi phương pháp tính tốn khi bàn máy động di chuyển vào vùng lân cận của kỳ dị. Tuy nhiên, sai lệch đáp ứng vẫn đủ nhỏ để đảm bảo hoạt động trơn tru liên tục của robot.
với các giá trị khác nhau của cũng cho thấy, khi giá trị
quá bé thì đường cong vận tốc chuyển tiếp tại các điểm kỳ dị có sự thay đổi lớn. Độ lớn của để khoanh vùng kỳ dị sẽ được người lập trình khảo sát và lựa chọn cho phù hợp với từng loại robot. Với mô phỏng được thực hiện trong luận án giá trị này nên chọn trong khoảng 0.001 0.0001 đã đủ đảm bảo di chuyển trơn tru cho robot.
2.6 Kết luận chương 2
Phân tích động học trên robot giúp chuyển đổi thông tin từ không gian thao tác sang không gian khớp và ngược lại. Trong phần này, bài tốn phân tích động học tổng quát cho robot song song phẳng ba bậc tự do 3RRR dưới dạng giải tích đã được tác giả tập trung nghiên cứu. Với các điểm kỳ dị, xác định kỳ dị và vượt kỳ dị động học bằng thuật toán đề xuất đã được tác giả chứng minh tính hiệu quả thơng qua các kết quả mô phỏng số. Với cơ sở lý thuyết vượt kỳ dị động học này, robot song song có thể dễ dàng đi qua các điểm kỳ dị và vùng lân cận kỳ dị một cách trơn tru, tránh những tác động có hại ảnh hưởng đến robot. Ngồi ra, giải pháp ước lượng động học cũng đã được trình bày nhằm hỗ trợ các trường hợp khi robot khó có thể bố trí cảm biến đo lường các biến khớp phụ thuộc. Các nội dung nghiên cứu đã giải quyết nhiều vấn đề để phục vụ nâng cao chất lượng điều khiển trong các phần sau. Nội dung tiếp theo sẽ nghiên cứu về động lực học robot song song.
Các nội dung trình bày trong chương này đã được tác giả công bố trong các bài báo khoa học số 1, 6, 7, 8 trong “Danh mục các cơng trình đã cơng bố của luận án”.
CHƯƠNG 3:
ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT SONG SONG CÓ KỂ ĐẾN HỆ DẪN ĐỘNG
3.1 Mở đầu
Mô phỏng động lực các hệ nhiều vật có quan hệ chặt chẽ với việc thiết lập các phương trình chuyển động và phương pháp giải các phương trình này. Đối với các cơ hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vòng như cơ cấu hay robot song song, các tọa độ suy rộng dư thường được sử dụng kết hợp với các nhân tử Lagrange cho ta một hệ phương trình vi phân đại số. Việc mơ phỏng số các cơ hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vịng đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả [14] [98]. Theo đó các đối tượng nghiên cứu được coi như là tổng hợp của nhiều vật rắn liên kết với nhau thành vịng kín. Tuy nhiên, với mỗi bậc tự do của robot song song chúng ta cần sử dụng một nguồn dẫn động độc lập. Sự ảnh hưởng của chúng được mô tả trong mơ hình động lực học của hệ vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Trong phần này trình bày việc mơ hình hóa robot song song có tính đến ảnh hưởng của cơ cấu chấp hành (động cơ điện một chiều) được mơ tả trong mơ hình động lực học của robot song song. Trong đó, phương trình Lagrange dạng nhân tử được sử dụng để thiết lập phương trình vi phân chuyển động cho robot song song. Đối với các bộ truyền động các phương trình được thiết lập từ quan hệ động học và điều kiện cân bằng công suất. Đối với các động cơ DC các phương trình cơ và điện được thiết lập dựa trên định lý mô men động lượng và định luật Kirchhoff về tổng điện áp trong một mạch vịng, trong đó tương tác cơ - điện được đề cập tới.
3.2 Mơ hình động lực học của robot song song có kể đến hệ dẫn động
Với các robot công nghiệp, mỗi khớp đều được dẫn động độc lập bởi động cơ điện. Thơng thường đó là động cơ điện một chiều kết hợp với hộp giảm tốc nhằm khuếch đại mô men dẫn động (Hình 3.1). Việc đưa các đối tượng này vào mơ hình động lực của robot làm cho mơ hình mơ tả sát với thực tế hơn.
Phần này trình bày việc xây dựng mơ hình động lực học cho robot song song dẫn động bằng động cơ điện một chiều (Động cơ DC). Xét robot song song đủ dẫn động n bậc tự do được dẫn động bằng n động cơ. Để thiết lập phương trình động lực cho robot song song, phương pháp tách cấu trúc được kết hợp với phương trình Lagrange dạng nhân tử được áp dụng. Trước hết, robot được tách thành 3 dạng cấu trúc: hệ nhiều vật cấu trúc mạch vòng, các bộ truyền động, và các động cơ dẫn động.