CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CỔ TAY ROBOT
4.3. Tổng hợp cấu trúc động học cổ tay robot cầu ba bậc tự do
4.3.3. Tổng hợp cấu trúc phần đóng mạch
4.3.3.5 Kiểm nghiệm kết quả
Quy ước các bánh răng màu xanh là động (các bánh răng cùng màu tạo thành một đường truyền) riêng các bánh răng màu đỏ trên sơ đồ là các bánh răng tự hãm vì nối với trục của bánh vít.
131
M3 B
3
4
M2 10
2
M1 1 A
R1
12 D
13 18
22
26 27 28 21
20
14
11 9 8
17 19 5
76
C 15 16
23 29
24 25 30 31
Hình 5.16: Truyền động trục Roll
Theo như sơ đồ khi động cơ M1 hoạt động chỉ có R1 là chuyển động quay quanh trục trung tâm của cơ cấu, các chuyển động theo R2 và R3 không có mặt.
M3 B
3
4
M2 10
2
M1 1 A
12 D
13 18
22
262728 21
20
14
11 9 8
17 19 5
76
C 15 16
23 29
24 25 30 31
R3
Hình 5.17: Truyền động trục Yaw
Theo như sơ đồ này khi M2 hoạt động M1 và M3 không hoạt động, trong số 4 đầu vào của cơ cấu chấp hành chỉ có hai đầu có chuyển động. Do đó chỉ có đầu định hướng của cơ cấu là tự quay quanh trục của nó, các chuyển động theo khác không tồn tại.
M3 B
3
4
M2 10
2
M1 1 A
12 D
13 18
22
262728 21
20
14
11 9 8
17 19 5
76
C 15 16
23
24 2529R23031
Hình 5.18: Truyền động trục Pitch
Khi M3 hoạt động chỉ sinh ra chuyển động R2 của cơ cấu chấp hành, không có chuyển động theo khác. Các tính toán trên đây đã được chứng minh bằng thực
132
nghiệm, bản vẽ lắp của toàn hộp giảm tốc cổ tay có sơ đồ động học như trên được cho như dưới đây.
Chú ý rằng quan hệ động học 522 đã tạo ra một tỉ số truyền 0.5 duy nhất trên sơ đồ động, đó là bộ truyền bánh răng trụ ăn khớp ngoài ở trục trên cùng của hộp.
4.4. Kết luận chương 4
Trong chương này trình bày một số vấn đề cơ sở liên quan đến động học cơ cấu cổ tay cầu sử dụng truyền động bánh răng. Vai trò, vị trí và các kết cấu nhóm điển hình của cổ tay cầu.
Nhằm tăng cường khả năng tải, khả năng cân bằng động và khử khe hở trong cấu trúc truyền dẫn của cổ tay, các cổ tay sử dụng truyền động song song dư với số khâu nền lớn hơn được sử dụng vì mục đích này.
Trong chương còn đề xuất phần chấp hành của cơ cấu cổ tay ba bậc tự do với bốn khâu nền và tổng hợp động học phần đóng mạch cho cấu trúc này, để có ba mạch vòng kín ứng với ba truyền động của cổ tay.
Trên cơ sở sơ đồ động của cơ cấu cổ tay nói trên phần cuối chương đã tiến hành xác định kết cấu cơ khí của cổ tay.
Các kiểm chứng trên cơ sở thực nghiệm với cổ tay thật cho thấy hoạt động hoàn toàn đúng với các mô tả về chức năng.
Với đặc điểm độ cứng vững cơ học cao, khả năng cân bằng động học và khử khe hở mặt bên của bộ truyền cơ khí tốt, cơ cấu này có thể ứng dụng cho các mục đích yêu cầu độ tin cậy và khả năng tải lớn.
Tuy nhiên do số lượng khâu lớn và kết cấu phức tạp, hiệu suất truyền động và khối lượng bản thân của cơ cấu này là những nhược điểm cần tiếp tục giải quyết.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận án đã có được những đóng góp mới trong lĩnh vực động học và một số mô đun thiết bị phần chấp hành của robot công nghiệp, cụ thể là:
1. Phân tích các yếu tố quyết định tốc độ hình thành lời giải trong bài toán động học ngược của robot. Chỉ ra những điểm hạn chế của các phương pháp giải bài toán động học ngược robot, dựa trên các kỹ thuật biến đổi phương trình véc tơ vòng kín và các phương pháp số.
2. Đề xuất sử dụng phương pháp tối ưu hoá để thay thế cho các phương pháp nói trên, đồng thời đưa ra cơ sở xây dựng giải thuật mới cho bài toán động học ngược robot. Đây là phương pháp có tính tổng quát cao dễ sử dụng và đảm bảo được yêu cầu điều khiển thời gian thực với robot.
3. Chỉ ra các dạng thức khác nhau của bài toán tối ưu trong trường hợp robot không đủ 6 bậc tự do công tác. Cần ưu tiên vị trí hoặc định hướng của khâu chấp hành.
4. So sánh lựa chọn phương pháp tối ưu hoá thích hợp với dạng hàm Banana của bài toán, trên cơ sở những phương pháp có triển vọng cao do các tạp chí toán học chuyên nghành tối ưu xếp hạng, đảm bảo tính ổn định và thời gian giải bài toán ngắn nhất so với các phương pháp khác.
5. Sử dụng hàm Solver của MS-Excel giải bài toán ngược cho một số robot điển hình và kiểm tra kết quả bằng cách đối chiếu với các phương pháp truyền thống. Phương pháp này cho phép khởi tạo bài toán ngược đến 200 biến, đáp ứng mọi yêu cầu giải bài toán ngược cho robot trên thực tế.
6. Nội suy quỹ đạo chuyển động cho robot trong không gian khớp, lấy thông tin đầu vào là kết quả bài toán động học ngược và thời gian chuyển động hết quãng đường giữa hai điểm tựa cho trước bởi ma trận thế.
7. Đề xuất một cấu trúc cổ tay cầu sử dụng truyền động song song dư tăng cường khả năng cân bằng động học và khả năng tải của cấu trúc. Chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình dựa trên thiết kế đó.
8. Một số kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo:
Phát triển phương pháp tối ưu hoá giải bài toán động học cho robot song song, theo định hướng ghép bài toán xác định các nghiệm toán học và nghiệm điều khiển làm một bài toán duy nhất nhằm giảm thời gian chuẩn bị dữ liệu.
Phát triển phương pháp tối ưu giải bài toán động học ngược robot hở để giải quyết các bài toán khác kết hợp như tránh va chạm trong vùng làm việc, hạ thấp trọng tâm, di chuyển tối thiểu, trên cơ sở điều chỉnh miền chọn nghiệm của bài toán tối ưu, hoặc khởi tạo bài toán quy hoạch đa mục tiêu.
Phát triển phương pháp tối ưu xác định biên của vùng làm việc dựa trên chức năng gán trước giá trị mục tiêu của Excel, tạo ra một đám mây điểm là tâm bàn kẹp nằm trên ranh giới phía trong và phía ngoài biên của miền làm việc.
Phát triển phương pháp tối ưu giải bài toán động học ngược robot để khảo sát sự di động của điểm tựa công nghệ hợp lí, trong khi giải bài toán động học ngược của robot theo phương pháp các nhóm ba [8].
Phát triển phương pháp tối ưu giải bài toán động học ngược robot, trên cơ sở quy tắc chuyển vị xoắn liên tiếp thay vì sử dụng quy tắc DH như hiện nay.
Định nghĩa một lần từ đầu chương trình, nhằm tránh việc tính toán lặp lại các đại lượng siêu việt có tần suất xuất hiện lớn trong hàm mục tiêu. Từ đó rút ngắn thời gian chuẩn bị dữ liệu động học hơn nữa.
Phát triển phương pháp tối ưu giải bài toán động học ngược robot thành pha 2, trong bài toán động học ngược dùng phương pháp hình học có pha 1 sử dụng phương pháp các nhóm 3 [8].
135
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ (Các bài báo, các công trình đã công bố của tác giả về nội dung của đề tài luận án).
1. Phạm Thành Long, Trần Vệ Quốc (2004), “Điều khiển Robot hàn khi gia công các quỹ đạo phức hợp”, Tạp chí khoa học công nghệ các trường đại học kỹ thuật, (48+49), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr. 137-141.
2. Phạm Thành Long, Hoàng Vị (2008), “Xác định các biến trong điều khiển động học robot, Tạp chí khoa học công nghệ các trường đại học kỹ thuật, (65), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr. 30-33.
3. Phạm Thành Long, Hoàng Vị (2009), “Tự động hóa chuẩn bị dữ liệu động học trong điều khiển robot”, Tạp chí khoa học công nghệ các trường đại học kỹ thuật, (68), Nxb Bách Khoa Hà Nội, tr. 53-58.
136