3.3 Xây dựng chương trình mô phỏng điều khiển robot bằng Simulink
3.3.3 Xây dựng chương trình mô phỏng bằng Simulink
Để trình bày mô phỏng điều khiển robot bằng Simulink, dưới đây sử dụng một ví dụ điều khiển một quy trình công nghệ gia công tạo hình một sản phẩm.
Ví dụ 3: Điều khiển robot theo luật PD+lực thực hiện thao tác gia công cắt tạo hình biên dạng như trong ví dụ 1.
+ Cho tham số động học robot:
𝑎2 = 0.4𝑚; 𝑑3 = 0.15𝑚; 𝑎3 = 0.4𝑚 + Cho tham số động lực học robot:
Các tham số động lực học robot về khối lượng, ten xơ quán tính đã được xác định ở mục 2.1.1, và được dẫn ra ở bảng (….)
+ Thao tác công nghệ:
Cắt theo biên dạng là đường tròn, tọa độ tâm:
58
{
𝑥0 = 0.4 𝑦0 = 0.3 𝑧0 = 0.4
Bán kính đường tròn:
R = 0.2 + Chế độ cắt
Vận tốc cắt: v = 0.3m/s
Từ yêu cầu thao tác công nghệ và chế độ cắt (vận tốc cắt) tính được quy luật chuyển động của các khâu về vị trí, vận tốc, gia tốc, biểu diễn theo đồ thị
+ Vị trí các khâu:
Hình 3. 9 Biểu đồ vị trí của 3 khâu + Vị trí từng khâu:
Khâu 1
Khâu 2 Khâu 3
(rad)
59
Hình 3. 10 Biểu đồ vị trí khâu 1
Hình 3. 11 Biểu đồ vị trí khâu 2
t (s)
t (s) (m)
(rad)
60
Hình 3. 12 Biểu đồ vị trí khâu 3 + Vận tốc các khâu:
Hình 3. 13 Biểu đồ vận tốc của 3 khâu + Vận tốc từng khâu:
Khâu 1 Khâu 2
Khâu 3 t (s)
(rad/s)
61
Hình 3. 14 Biểu đồ vận tốc khâu 1
Hình 3. 15 Biểu đồ vận tốc khâu 2
t (s)
(rad/s)
t (s) (m/s)
62
Hình 3. 16 Biểu đồ vận tốc khâu 3
+ Gia tốc các khâu:
Hình 3. 17 Biểu đồ gia tốc 3 khâu + Gia tốc từng khâu:
Khâu 1 Khâu 2 Khâu 3 t (s)
(rad/s2)
63
Hình 3. 18 Biểu đồ gia tốc khâu 1
Hình 3. 19 Biểu đồ gia tốc khâu 2
t (s)
t (s) (m/s2)
(rad/s2)
64
Hình 3. 20 Biểu đồ gia tốc khâu 3
Vị trí, vận tốc, gia tốc các khâu được lưu giữ thành các file PTT.mat, VTT.mat, ATT.mat là tín hiệu đặt đầu vào khí áp dụng luật điều khiển PD+lực trong không gian khớp. Dưới đây trình bày chương trình mô phỏng bằng Simulink được xây dựng cho bộ điều khiển và các kết quả mô phỏng.
Hình 3. 21 Mô hình bộ điều khiển PD + Lực Trong đó:
1. Khối tín hiệu đặt
1 3 4
5
7
2
6
t (s)
65
2. Khối tín hiệu đầu 3. Khối PD
4. Khối khử phần tử phi tuyến, tính lực điều khiển
5. Khối cơ cấu chấp hành, tích phân phương trình vi phân chuyển động 6. Khối biểu diễn tín hiệu ra của lực điều khiển
7. Khối tín hiệu ra
Hình 3. 22 Mô hình bộ tín hiệu đặt
66
Hình 3. 23 Mô hình bộ tín đầu
67
Hình 3. 24 Mô hình khối PD
Hình 3. 25 Mô hình khối phần tử phi tuyến
68
Hình 3. 26 Khối Matlab tính toán lực điều khiển theo luật PD+Lực
Hình 3. 27 Mô hình khối cơ cấu chấp hành
69
Hình 3. 28 Khối Matlab tích phân phương trình chuyển động của robot
70
Hình 3. 29 Mô hình bộ tín hiệu ra
❖ Một số kết quả tính toán:
+ Vị trí các khâu
Hình 3. 30 Biểu đồ kết quả tính toán vị trí 3 khâu
Khâu 1 Khâu 2 Khâu 3
t (s)
71
+ Vận tốc các khâu:
Hình 3. 31 Biểu đồ kết quả tính toán vận tốc 3 khâu
Hình 3. 32 Đồ thị góc quay khớp 1
Khâu 1
Khâu 2
Khâu 3
t (s)
t (s)
72
Hình 3. 33 Đồ thị sai số góc quay khớp 1
Hình 3. 34 Đồ thị góc quay khớp 2
t (s) t (s)
73
Hình 3. 35 Đồ thị sai số góc quay khớp 2
Hình 3. 36 Đồ thị biến khớp 3
t (s) t (s)
74
Hình 3. 37 Đồ thị sai số biến khớp 3
t (s)
75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Trong quá trình thực hiện luận văn em đã có được các hiểu biết nhất định về robot như các khái niệm robot, ứng dụng của robot trong lĩnh vực gia công cơ khí và đặc biệt là trong gia công bằng tia laser. Luận văn nghiên cứu về cơ cấu robot có 3 khâu 3 bậc tự do và đã giải quyết đầy đủ bài toán động lực học về robot bao gồm tính toán động năng, thế năng, động lực học thuận và ngược.
Ngoài ra, trong luận văn em còn khảo sát về động học robot, cách tính động học thuận và động học ngược robot. Tiếp đó em thực hiện tính toán điều khiển robot, thiết lập phương trình điều khiển và xây dựng được chương trình mô phỏng điều khiển bằng phần mềm Matlab - Simulink. Sau đó là đưa ra các số liệu tính toán từ bài toán động lực học và kiểm tra được các kết quả tính toán.
2. Kiến nghị
Sau quá trình nghiên cứu hoàn tất, có thể vận dụng các dữ liệu trong luận văn vào việc ứng dụng điều khiển robot vào gia công thực tiễn ngay.
Đây là đề tài rất hay và có tiềm năng phát triển mở rộng hơn nữa. Chính vì vậy em mong rằng đề tài nghiên cứu này sẽ tiếp tục được triển khai mở rộng và đi sâu hơn nhằm mang lại hiệu quả cao hơn trong việc phát triển công nghệ gia công thời đại mới.
76