Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di động

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di độngLuận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho robot hàn di động

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

Tổng quan về robot

Robot hay người máy là loại máy tự động thực hiện công việc nhờ vào điều khiển của máy tính hoặc vi mạch điện tử được lập trình sẵn Đây là hệ thống cơ khí-điện tử, hoạt động như một tác nhân cơ khí, nhân tạo hoặc ảo, có khả năng tự động hóa các nhiệm vụ Với sự chuyển động và hoạt động của mình, robot tạo ra cảm giác gần giống như có giác quan của con người Thuật ngữ "robot" thường được hiểu theo hai nghĩa chính: robot cơ khí và phần mềm tự hoạt động, giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Ngành công nghiệp robot hiện nay đã đạt được những thành tựu to lớn, với các cánh tay robot cố định trên đế có khả năng di chuyển nhanh và chính xác để thực hiện công việc lặp lại như hàn và sơn Trong lĩnh vực điện tử, robot giúp lắp ráp linh kiện cho TV, máy tính, điện thoại di động với độ chính xác cao, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lỗi.

Robot đang ngày càng thay thế con người trong các công việc tại môi trường độc hại cao như hầm mỏ, ngành đúc kim loại, sản xuất tiếp xúc với hóa chất độc hại và nghề hàn Các nghiên cứu đã nhấn mạnh ứng dụng của robot trong ngành hàn để nâng cao an toàn, hiệu quả và giảm thiểu rủi ro cho công nhân làm việc trong môi trường nguy hiểm Việc sử dụng robot trong các lĩnh vực này không chỉ giúp giảm thiểu tai nạn lao động mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Công nghệ hàn hồ quang sử dụng hồ quang điện để tạo ra nhiệt độ cao giúp làm nóng chảy kim loại Khi ngắt hồ quang điện, kim loại nguội đi và đông đặc lại, hình thành liên kết bền vững giữa các vật hàn Đây là phương pháp hàn tiên tiến, ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sửa chữa và chế tạo kim loại.

Bản chất của hồ quang và sự ra đời của nó:

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế thấp, tạo ra dạng plasma liên tục để trao đổi điện tích Nhờ vào nhiệt độ cao của các điện cực, hồ quang điện có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật, đặc biệt trong hàn điện, nơi một cực là tấm kim loại cần hàn và cực kia là que hàn Nhiệt độ cao của hồ quang làm cho que hàn nóng chảy, giúp lấp đầy chỗ cần hàn trên tấm kim loại một cách nhanh chóng và chắc chắn.

Hình 1.1 Máy hàn hồ quang điện

- Máy hàn này sử dụng que hàn có thuốc bọc

- Sử dụng dòng điện hàn AC hoặc DC

Sự phát triển của công nghệ hàn:

Khoảng năm 3200 năn trước Công Nguyên hàn hàn vảy cứng các đồ trang sức

Khoảng 1500 năm trước công nguyên hàn ghép sơ khai đầu tiên, hàn qua lửa và hàn rèn

Năm 1809 Davy nhà vật lý người Anh đã phát hiện ra hồ quang điện

Năm 1867 Eliku Thomsen đã phát hiện ra hàn điện trở từ thép

Năm 1885 russen, Bernados và Olszewsky đã thử nghiệm phương pháp hàn hồ quang Hồ quang được được đốt cháy giữa cực than và chi tiết

Năm 1890 Russe Slavianoff phát triển phương pháp hàn hồ quang với điện cực kim loại nóng chảy phát hiện ra Axêtylen- phát triển phương pháp hàn hóa lỏng khí

Năm 1896 Drager phát hiện ra que hàn

Năm 1901 lần đầu tiên áp dụng axeton giải phóng axêtylen – Kjellbergw lần đầu tiên sử dụng que hàn có vỏ bọc để hàn các thiết bị

Năm 1937 hàn dưới lớp thuốc bọc được áp dụng ở nước Đức

Năm 1940, công nghệ hàn khí trơ bắt đầu phát triển mạnh mẽ tại Mỹ với việc sử dụng khí Helium, trong khi tại Cộng hòa Liên bang Đức, khí Argon được ứng dụng trong quá trình hàn khí trơ Đồng thời, hàn khí bảo vệ bằng khí CO2 cũng được phổ biến rộng rãi, đặc biệt trong các công nghệ hàn tự động, nâng cao hiệu quả và chất lượng công đoạn hàn.

Năm 1995 lần đầu tiên que hàn điện có sỉ ở UDSSR

Năm 1956 phát minh ra hàn đắp bằng dây hàn

Năm 1957 phát triển phương pháp hàn que hàn có xỉ

Năm 1957 ứng dụng cắt plasma

Năm 1961 sử dụng phát minh hàn tia điện tử ứng dụng hàn plasma

Năm 1965 dây hàn rỗng chứa thuốc được phát triển, phát triển lase khí và lỏng

Công nghệ hàn ngày càng trở nên phổ biến và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, xây lắp công trình công nghiệp và dân dụng, giao thông vận tải, và ngành hóa chất Các loại máy hàn đa dạng được sử dụng để nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong các công việc hàn, góp phần thúc đẩy sự phát triển của các lĩnh vực này.

- Máy hàn điểm dùng để hàn đính từng điểm

- Sử dụng dòng điện làm nóng chảy kim loại và lực ép tạo ra mối hàn

Máy hàn Hồ Quang Jasic ARC200

Tải hướng dẫn sử dụngIn báo giá

Hình 1.3 Máy hàn hồ quang điện ARC400

- Máy hàn dùng dòng điện xoay chiều.

- Được sử dụng phổ biến để hàn Với nhiều máy hàn loại khác nhau có dòng

Hình 1.4 Máy hàn hồ quang điện HERO DC – 315

- Máy hàn hồ quang dùng dòng một chiều

- Máy hàn có dòng hàn ổ định

- Ứng dụng dùng để hàn mối mối hàn chịu tải lớn

Hình 1.5 Máy hàn công nghệ Inverter

- Loại máy hàn này có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn

- Có thể hàn được với dòng xoay chiều và một chiều

Hình 1.6 Máy Hàn Bán Tự Động MAG - VMAG350/500

- Là máy hàn điện hồ quang

- Que hàn dạng cuộn dây có bọc lớp chống gỉ

- Khí bảo vệ mối hàn là khí CO2 dùng để hàn vật liệu là sắt

- Khí bảo vệ mối hàn là khí Argon dùng để hàn kim loại mầu như Al, Cu và Inox

Hình 1.7 Robot hàn OTC DAIHEN

- Robot này có thể hàn khung xe máy, nhanh, đẹp và tốc độ cao

- Mỏ hàn di chuyển linh hoạt

Hình 1.8 Robot hàn ARC Mate1000B/2000B của hang Fanuc

- Là dòng robot thông minh ứng dụng trong hàn công nghiệp, với tầm với và tốc độ hàn nhanh nhất so với các sản phẩm cùng loại

Hình 1.9 Máy hàn của hãng Panasonic

- Robot hàn đường thẳng của mối hàn góc

- Độ chính xác và tốc độ hàn cao

Hình 1.10 Rùa hàn tự động bám dầm Hit-8SS

- Máy hàn có tính ổn định cao

Hình 1.11 Hàn hồ quang chìm tự động

- Máy hàn tự động, hàn hồ quang, chạy theo đường thẳng

- Mối hàn đạt chất lượng cao

- Được dùng nhiều trong hàn kết cấu lớn

Dù đạt nhiều thành công trong lĩnh vực robot hàn, nhưng các robot này vẫn còn nhược điểm lớn là thiếu tính lưu động, chỉ có thể hoạt động trong phạm vi cố định hoặc theo đường thẳng Thực tế cho thấy, các vật hàn có dạng đa dạng, đường hàn có thể là thẳng hoặc cong, và không gian làm việc rộng lớn, đòi hỏi phải có robot phù hợp với các yêu cầu này Chính vì vậy, robot tự hành (Mobile robot) ra đời với khả năng di chuyển linh hoạt khắp mọi nơi, giúp nâng cao khả năng ứng dụng và mở rộng phạm vi hoạt động trong các dự án hàn tự động.

Robot tự hành đang đặt ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ Trong ngành công nghiệp hàn robot, việc thiết kế cần đảm bảo các tính năng then chốt như khả năng tự động hóa cao, độ chính xác vượt trội và tích hợp các công nghệ mới để nâng cao hiệu suất Các nhà nghiên cứu phải đối mặt với yêu cầu phát triển hệ thống điều khiển thông minh và khả năng thích nghi linh hoạt với các môi trường làm việc khác nhau Để thúc đẩy sự tiến bộ của robot tự hành trong hàn, việc tối ưu hóa khả năng cảm biến và cải tiến phần mềm điều khiển là cực kỳ quan trọng.

- Có khả năng nhận biết được nhiệt độ mối hàn và đường hàn

- Có thể thay đổi vận tốc hàn và dòng điện hàn cho phù hợp với vật hàn

Có sự thông minh và khả năng đưa ra các lựa chọn phù hợp dựa trên môi trường xung quanh Hệ thống này hoạt động một cách tự động theo các trình tự đã được lập trình sẵn, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và nâng cao hiệu quả công việc.

- Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng

- Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều

- Có sự khéo léo trong vận động

Các robot hàn tự hành đã được chế tạo:

- Robot này có khả năng di chuyển linh hoạt

- Hàn được đường hàn có không gian rộng

- Robot này có độ chính xác cao

- Có thể thay đổi góc độ hàn

Chế độ hàn tự động được kiểm soát hiệu quả nhờ vào hệ thống bánh xe giúp robot di chuyển linh hoạt trong quá trình làm việc Các loại bánh xe phổ biến phù hợp với nhiều kích thước và nền tảng robot khác nhau, từ nhỏ khoảng vài chục centimet đến lớn hàng mét Xu hướng phát triển hiện nay tập trung vào các bánh xe nhỏ, khoảng 5 cm, với thiết kế gồm 3 bánh xe—một bánh lái và hai bánh di chuyển—để tối ưu khả năng điều hướng Các hệ thống phức tạp hơn có thể tích hợp bộ quay hồi chuyển để nâng cao độ chính xác và ổn định khi di chuyển.

Vật liệu làm bánh xe không yêu cầu đặc biệt, nhưng trong những trường hợp đặc thù như bánh xe robot quân sự, cần đảm bảo khả năng chống trượt Điều này có thể được đạt bằng cách thiết kế cấu trúc bánh xe phù hợp; ví dụ, robot với 4 hoặc 6 bánh xe thường có khả năng chống trượt tốt hơn so với robot chỉ có 2 bánh Ngoài ra, cơ cấu bánh xe cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế chuyển động của robot, đòi hỏi chú ý đặc biệt để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Một quan niệm sai lầm phổ biến là xây dựng những robot có bánh xe lớn, nguồn năng lượng sử dụng không cung cấp đủ nhu cầu của robot

Bánh xe là cơ cấu làm cho WMR di chuyển, thông thường có ba loại bánh xe:

- Bánh xe tiêu chuẩn: hai bậc tự do, có thể quay quanh trục bánh xe và điểm tiếp xúc

- Bánh lái: hai bậc tự do, có thể quay xung quanh khớp lái

- Bánh đa hướng - Swedish: ba bậc tự do, có thể quay đồng thời xung quanh trục bánh xe, trục lăn và điểm tiếp xúc

Hình 1.2.1 Hình ảnh các loại bánh xe a) bánh xe tiêu chuẩn, b) bánh xe đa hướng a) b)

Bảng 1.1 Ký hiệu các loại bánh xe

Bánh xe lái phía trước, một bánh phía sau

Hai bánh truyền động với trọng tâm ở bên dưới trục bánh xe

Hai bánh truyền động ở giữa, một bánh và có điểm thứ ba tiếp xúc.

Hai bánh truyền động ở phía sua và một bánh lái phía trước

Hai bánh truyền động được nối trục ở phía sau và một bánh lái phía trước

Hai bánh truyền động độc lập ở giữa, hai bánh lái ở hai đầu

Cấu trúc sơ đồ ba bánh nổi bật với khả năng duy trì cân bằng tốt nhất, giúp robot ổn định hơn trong quá trình hoạt động Tuy nhiên, cấu trúc hai bánh vẫn có thể đạt được sự cân bằng nếu được thiết kế hợp lý Khi số bánh của robot vượt quá ba, cần thiết kế hệ thống treo chuyên dụng để đảm bảo tất cả các bánh xe tiếp xúc liên tục với mặt đất, duy trì ổn định và khả năng vận hành hiệu quả.

Dưới đây là một số sơ đồ bố trí bánh xe điển hình của WMR:

Hình 1.2.2 Cấu hình một bánh lái phía trước, một bánh truyền động phía sau

Hình 1.2.3 Cấu hình hai bánh truyền động với trọng tâm ở bên dưới trục bánh xe

Hình 1.2.4 Cấu hình hai bánh chuyển động vi sai và thêm hai điểm tiếp xúc

Hình 1 2.5 Cấu hình hai bánh truyền động độc lập ở phía sau và một bánh lái ở phía trước

Hình 1.2.6 Cấu hình hai bánh quay tự do ở phía sau, bánh trước vừa là bánh truyền động vừa là bánh lái

Hình 1.2.7 Cấu hình ba bánh đa hướng

Hình 1.2.8 Cấu hình bốn bánh đa hướng

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Kỹ thuật điều hướng cho robot di động bằng bánh xe

Vấn đề di chuyển là yếu tố cốt lõi của robot di động, đòi hỏi robot phải thực hiện một chuỗi các tác vụ liên quan đến bài toán nhỏ trong quá trình di chuyển Để đảm bảo hiệu quả, robot cần tối ưu hóa các thuật toán xử lý vận động, giúp nâng cao độ chính xác và độ linh hoạt trong hành trình Việc giải quyết các bài toán con về lập bản đồ, định vị và tránh va chạm là bước quan trọng trong quá trình phát triển robot di động hiện đại.

Sự di chuyển của WMR cơ bản theo hai hướng sau :

- Từ điểm này (điểm bắt đầu) đến điểm kia (điểm mục tiêu)

- Di chuyển bám theo quỹ đạo cho trước

Hình 1.3.1 Chuyển động cơ bản của WMR a) di chuyển từ điểm bắt đầu đến điểm đích, b) di chuyển theo quỹ đạo

Robot bám đường là loại robot di chuyển theo một quỹ đạo cố định, dựa trên cảm biến để theo dõi đường đi Đường đi có thể là một đường màu đen trên nền trắng hoặc ngược lại, giúp robot xác định hướng chính xác Ngoài ra, robot còn có thể theo dõi các đường vô hình như dòng từ trường, mang lại khả năng hoạt động linh hoạt trong nhiều môi trường khác nhau.

Trong các dây chuyền sản xuất tự động, robot di chuyển theo quỹ đạo lặp đi lặp lại để thực hiện các nhiệm vụ, góp phần nâng cao hiệu quả hệ thống tự động hóa Hiện nay, các ô tô hiện đại ngày càng tích hợp hệ thống lái tự động giúp việc lái xe trở nên an toàn và tiện lợi hơn Ngoài ra, thuật toán đi theo quỹ đạo còn được ứng dụng rộng rãi trong các cuộc thi Robocon dành cho sinh viên các trường Cao đẳng và Đại học kỹ thuật, thúc đẩy phát triển công nghệ tự động hóa.

Vấn đề điều khiển WMR di chuyển theo quỹ đạo đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, từ việc áp dụng các thuật toán điều khiển thích nghi đến mã hóa thông tin đường đi bằng cảm biến thu phát quang và xử lý ảnh Trong luận văn này, bài toán WMR di động theo quỹ đạo được giải quyết bằng bộ điều khiển sử dụng thuật toán “Trượt – Tích phân,” với kết quả được chứng minh qua các mô phỏng trên MATLAB, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình điều khiển.

Tóm tắt một số công trình đã nghiên cứu

1 “Structural Properties and Classification of Kinematicand Dynamic Models of Wheeled Mobile Robots”, Guy Campion, Georges Bastin, and Brigitte D’ AndrCa-Nove; iEEE transactions on Robotics and automation, vol 12, no 1, february 1996.[1]

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Hình 1.3.2 cấu trúc của robot di chuyển bằng bánh

2 “ A Simple Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile Robot”, T H Bui, T T Nguyen, T L Chung, and S B Kim, International Journal of Control, Automation, and Systems, Vol 1, No 1, pp 35-42, 2003.[5]

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Hình 1.3.3 Mô hình Robot hàn MR-SL

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Hình 1.3.4 Các sai số bám e1, e2, e3 có sai lệch

Hình 1.3.5 Vận tốc của mỏ hàn và WMR

Từ kết quả mô phỏng hình, tác giả đi đến kết luận như sau :

- Mỏ hàn cố định có thể bám theo đường thẳng, nhưng cần nhiều thời gian để các sai số tiến về 0

- Không thể sử dụng WMR có mỏ hàn cố định bám theo theo đường cong vì có sai số lớn

- Trường hợp mỏ hàn điều khiển được thì bám đường cong trơn nhanh hơn với sai số chấp nhận được

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Hình 1.3.7 Các sai số bám và của robot super MARIO

Mặc dù lý thuyết về điều khiển hệ thống robot đã được giải quyết phần lớn, nhưng các nhà thiết kế điều khiển WMR vẫn đối mặt với nhiều thách thức Một trong những vấn đề chính là nhược điểm của nhiều bộ điều khiển ổn định vị trí, đặc biệt là quá trình chuyển tiếp kém Việc cải thiện quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái của robot là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu quả điều khiển và đảm bảo sự ổn định trong vận hành.

4 “Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Nonholonomic Wheeled Mobile Robots “,Jung-Min Yang and Jong-Hwan Kim, IEEE transactions on Robotics and automation, vol 15, no 3, june 1999 [8]

Trong bài báo này, tác giả áp dụng kỹ thuật điều khiển kiểu trượt và bộ điều khiển động lực học có nhiễu ngoài bị chặn để giải quyết bài toán điều khiển bám cho WMR Robot trong thực nghiệm có tên là MICRO, và kết quả mô phỏng cho thấy khả năng robot duy trì đường thẳng trong quá trình hoạt động như hình 1.3.9 Các phương pháp điều khiển này đã chứng minh hiệu quả trong việc đảm bảo sự ổn định và chính xác của robot MICRO khi bám theo đường định sẵn.

Hình 1.3.8 Các sai số khi robot MICRO bám đường thẳng

Kết quả mô phỏng cho thấy robot có thể bám theo đường cong tham chiếu, nhưng vẫn còn hiện tượng dao động lớn như sai số thể hiện ở hình 1.12

This article discusses the application of sliding mode control for a two-wheeled welding mobile robot designed to accurately track smooth, curved welding paths The authors, Tan Lam Chung, Trong Hieu Bui, Tan Tien Nguyen, and Sang Bong Kim, explore advanced control strategies to enhance the robot’s path-following precision, ensuring efficient and reliable welding operations Published in the KSME International Journal (Vol 18, No 7, pp 1094-1106, 2004), this research highlights the effectiveness of sliding mode control in robotic welding applications, contributing to advances in automation and robotic precision in manufacturing.

Trong bài báo này, bộ điều khiển phi tuyến dựa trên kiểu điều khiển trượt được đề xuất để điều khiển robot di động hàn đường viền (WMR) theo đường cong hàn phẳng với vận tốc không đổi, đảm bảo độ chính xác cao Robot được mô hình hóa dựa trên động lực học có các tham số đã biết trước và chịu tác động của nhiễu bị chặn, giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống Tuy nhiên, bộ điều khiển này cần khoảng 16 giây để các sai lệch e1, e2, e3 giảm về không đối với mỏ hàn cố định, như minh họa trong hình 1.18, cho thấy quá trình điều khiển còn cần thời gian ổn định Vận tốc góc của xe thay đổi theo quỹ đạo chuyển động, nhưng vẫn còn dao động quanh giá trị trung bình như trình bày trong hình 1.3.10, phản ánh tính linh hoạt và khả năng xử lý của hệ thống điều khiển trong các điều kiện thực tế.

Hình 1.3.9 Các sai lệch bám của robot hàn

Hình 1.3.10 Vận tốc góc của robot của robot hàn

6 “Sliding-Mode Tracking Control of Nonholonomic Wheeled Mobile

Robots in Polar Coordinates”, Dongkyoung Chwa, IEEE transactions on control systems technology, vol 12, no 4, july 2004.[10]

Trong bài báo này, đề xuất phương pháp điều khiển trượt cho robot có bánh di động trong hệ tọa độ cực, giúp nâng cao khả năng kiểm soát vận hành của robot Phương pháp kết hợp giữa điều khiển trượt và mô hình động học cho phép robot di chuyển chính xác trong hệ tọa độ cực hai chiều Quỹ đạo tham chiếu có thể là đường cong hoặc đoạn thẳng, phù hợp với nhiều bài toán thực tế Kết quả mô phỏng cho thấy robot có thể theo sát đường thẳng và đường cong như trong hình 1.20 và 1.21, minh họa hiệu quả của phương pháp điều khiển đề xuất.

Hình 1.3.11 Robot bám theo đường thẳng

Hình 1.3.12 Robot bám theo đường cong

Phương này cho thấy robot bám theo quỹ đạo đường thẳng hay đường cong tham chiếu rất tốt, có thể áp dụng và nghiên cứu thêm.

Nhận xét chung và hướng tiếp cận

Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng các giải thuật điều khiển khác nhau để hướng dẫn robot di chuyển bằng bánh (WMR) theo quỹ đạo tham chiếu với vận tốc không đổi Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng; ví dụ, điều khiển tuyến tính tuy đơn giản và dễ tính toán nhưng lại thiếu chính xác và phù hợp chỉ với hệ thống đơn giản trong phạm vi hẹp Trong thực tế, hệ thống robot ngày càng phức tạp và yêu cầu cao về độ chính xác, khiến phương pháp điều khiển tuyến tính trở nên hạn chế trong ứng dụng.

Phương pháp điều khiển phi tuyến có nhược điểm là xây dựng luật điều khiển phức tạp, yêu cầu xác định phương trình toán học và thông số hệ thống, nhưng lại có ưu điểm về độ chính xác cao và khả năng xác định đường đi phức tạp Điều khiển phi tuyến đảm bảo độ ổn định tốt và phạm vi hoạt động rộng, phù hợp với yêu cầu khắt khe của robot hàn trong luận văn này Để điều khiển robot di động theo quỹ đạo với vận tốc cố định cho nhiệm vụ, thách thức lớn là thiết kế bộ điều khiển phản ứng nhanh với các thay đổi của tín hiệu tham chiếu Nếu dựa chỉ vào mô hình động học, các yếu tố nhiễu như ma sát, lực cản không khí và thay đổi thông số gây sai lệch lớn so với giá trị tham chiếu Do đó, quá trình thiết kế bộ điều khiển cần xem xét các nhiễu trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ và đòi hỏi mô hình động lực học chính xác, phản ánh các thuộc tính như khối lượng, quán tính, lực ma sát, lực ly tâm và mô men để nâng cao hiệu quả điều khiển.

Trong bài toán điều khiển, mục tiêu chính là giảm thiểu các sai số bám vị trí và sai số bám tốc độ hướng về không khi thời gian tiến tới vô cùng Điều kiện này đòi hỏi hệ thống phải đạt độ quá độ nhỏ theo yêu cầu, ngay cả trong môi trường có nhiễu như ma sát hay sức cản của gió Việc thiết kế hệ thống điều khiển phù hợp nhằm đảm bảo các sai số này giảm dần và tiến tới giá trị mong muốn một cách ổn định, hiệu quả trong mọi điều kiện môi trường.

Trong luận văn này, chúng tôi đề xuất một thuật toán điều khiển kết hợp giữa bộ điều khiển trượt dựa trên điều khiển động học và động lực học với thuật toán điều khiển trượt tích hợp cho robot di động hai bánh theo chiến lược vận tốc không đổi Phương pháp điều khiển trượt ban đầu được nghiên cứu bởi Emelyanov et al vào năm 1970, sau đó đã được Itkis (1976) và Utkin (1977) phát triển mở rộng, góp phần nâng cao hiệu quả điều khiển trong các hệ thống tự động.

Phương pháp điều khiển trượt dựa trên việc trực tiếp sử dụng mô hình động lực học của hệ thống để điều khiển, bao gồm hai bước chính Đầu tiên, chọn một mặt trượt phù hợp để đảm bảo sai lệch quỹ đạo luôn tiến về 0, giúp hệ thống theo đúng hướng mong muốn Tiếp theo, thiết lập luật điều khiển phù hợp nhằm giữ trạng thái của hệ thống luôn nằm trên mặt trượt, đảm bảo độ chính xác cao trong điều khiển Phương pháp này nổi bật với khả năng kiểm soát chính xác và độ bền vững cao trước nhiễu tải và biến động thông số của đối tượng điều khiển Nhờ những ưu điểm này, điều khiển trượt đã trở thành một trong những hướng nghiên cứu được quan tâm và phát triển mạnh trong thời gian gần đây.

Điều khiển với cấu trúc biến đổi trong chế độ trượt tích phân đảm bảo hệ thống có độ bền vững cao và duy trì chất lượng ổn định Phương pháp này giúp hệ thống giữ nguyên hiệu suất ngay cả khi các tham số của đối tượng thay đổi trong phạm vi nhất định Nhờ đó, tính ổn định của hệ thống được tăng cường, đáp ứng tốt yêu cầu của các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.

- Sự ổn định của hệ thống được chứng minh dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov

Trong luận văn, phần mềm Matlab được sử dụng để mô phỏng quá trình điều khiển, giúp thể hiện rõ hiệu quả của các thuật toán điều khiển đã triển khai Kết quả mô phỏng bằng Matlab không chỉ minh họa chính xác hoạt động của giải thuật mà còn hỗ trợ trong việc phân tích, đánh giá hiệu suất hệ thống điều khiển một cách trực quan và chính xác Việc sử dụng Matlab trong nghiên cứu giúp làm rõ các bước thực hiện cũng như cung cấp các số liệu minh chứng cụ thể cho kết quả đạt được.

Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống điều khiển bám theo chiến lược mong muốn cho robot hai bánh, sử dụng bộ điều khiển trượt tích phân nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình điều khiển Cụ thể, đề tài giới thiệu một giải thuật điều khiển trượt tích phân để điều khiển robot di chuyển theo chiến lược mong muốn với vận tốc cố định, đảm bảo tính ổn định và chính xác trong hoạt động điều khiển robot hai bánh Phương pháp này giúp robot duy trì trạng thái mong muốn và thích nghi nhanh với các biến đổi của môi trường, phù hợp cho các ứng dụng tự động hoá và robot di chuyển trong môi trường phức tạp.

Nhiệm vụ của luận văn

 Tổng quan về robot di động hai bánh

 Xây dựng mô hình động học và động lực học cho robot hàn di động hai bánh

 Thiết kế bộ điều khiển trượt tích phân cho robot hàn di động hai bánh bám theo đường hàn mong muốn

 Mô phỏng và đánh giá kết quả

 Thiết kế mô hình robot hàn di động

 Chạy thực nghiệm robot hàn

 Kết luận và đưa ra hướng phát triển của đề tài

Giới hạn của luận văn

Dưới đây là kết quả khảo sát dựa trên mô phỏng robot hàn di động hai bánh sử dụng thuật toán điều khiển trượt tích phân Phương pháp này điều khiển robot theo đường hàn mong muốn được xác định sẵn trên phần mềm Matlab Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình điều khiển để nâng cao độ chính xác và ổn định của robot hàn trong quá trình hoạt động Mô phỏng trên Matlab giúp kiểm thử và đánh giá hiệu quả của thuật toán điều khiển trượt tích phân trong việc điều hướng robot đi đúng đường hàn, đảm bảo chất lượng và năng suất trong quá trình hàn tự động.

 Thiết kế phần cứng và phần mềm robot hàn di động

Điểm mới của luận văn

Bài luận này trình bày giải thuật điều khiển trượt tích phân cho robot hàn di động hai bánh Thuật toán giúp robot bám theo đường hàn mong muốn một cách chính xác và ổn định Đặc biệt, hệ thống duy trì vận tốc không đổi để đảm bảo quá trình hàn diễn ra hiệu quả Phương pháp này mang lại hiệu suất cao trong việc kiểm soát robot hàn di động trong các ứng dụng công nghiệp.

Nội dung của luận văn

Luận văn bao gồm có 7 chương:

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO ROBOT HÀN DI ĐỘNG HAI BÁNH XE Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TÍCH PHÂN

Chương 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÀN

Chương 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tiêu chuẩn ổn định Lyapunov

Tính ổn định là một trong những tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của bộ điều khiển, đảm bảo hệ thống duy trì hoạt động ổn định trước các tác động bất ngờ Tính chất động học này giúp hệ thống nhanh chóng khôi phục trạng thái cân bằng ban đầu sau khi bị lệch khỏi điểm cân bằng do tác động tức thời Đảm bảo tính ổn định cho bộ điều khiển là yếu tố cốt lõi để hệ thống vận hành liên tục, chính xác và an toàn.

Phương pháp Lyapunov là công cụ quan trọng giúp xác định điều kiện đủ để đánh giá tính ổn định của hệ phi tuyến Ngoài ra, phương pháp này còn được sử dụng để thiết kế các bộ điều khiển phi tuyến hiệu quả Chính nhờ vào sự đa dạng ứng dụng này, phương pháp Lyapunov hiện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong phân tích và thiết kế hệ phi tuyến, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống điều khiển phi tuyến.

Triết lý của Lyapunov dựa trên nguyên lý năng lượng, cho thấy nếu năng lượng của hệ thống liên tục giảm, hệ thống sẽ tiến tới điểm cân bằng Để khảo sát sự ổn định của hệ thống, người ta tìm một hàm vô hướng dương biểu thị năng lượng, xem xét xem hàm này tăng hay giảm theo thời gian Định lý Lyapunov phát biểu rằng, nếu tồn tại hàm V(x) là hàm xác định dương và đạo hàm theo thời gian của nó là âm, thì hệ thống sẽ ổn định Hàm V(x) này được gọi là hàm Lyapunov, đóng vai trò quan trọng trong phân tích ổn định của hệ thống điều khiển.

 Khi V(x) ̇(x) < 0 : hệ thống ổn định tiệm cận

 Khi V(x) ̇(x) = 0 : biên giới ổn định

 Khi V(x) ̇(x) > 0 : hệ thống không ổn định

Hình 2.1 Minh họa hàm Lyapunov

Điều khiển trượt

Phương pháp điều khiển trượt được công nhận là một trong những công cụ hiệu quả để thiết kế bộ điều khiển mạnh mẽ cho các hệ thống có phương trình động lực học phi tuyến bậc cao phức tạp Phương pháp này đặc biệt phù hợp trong các điều kiện không chắc chắn, giúp đảm bảo hệ thống duy trì hoạt động ổn định và chính xác Với khả năng điều khiển mạnh mẽ và tính linh hoạt cao, điều khiển trượt là giải pháp tối ưu cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao.

2.2.1 Xuất phát điểm của phương pháp điều khiển trượt

Xét hệ cho trong hình 2.2 từ sơ đồ khối của hệ cũng như hàm truyền đạt của khâu tuyến tính, ta có ngay khi w = 0 :

Hình 2.2 Sơ đồ khối một hệ điều khiển

Chúng ta sẽ khảo sát tính chất động học của hệ bằng phương pháp mặt phẳng pha trong không gian trạng thái với hai biến trạng thái x1 và x2 Mô hình toán học cho phép xác định rằng mặt phẳng pha phải là mặt phẳng có hai trục tọa độ x1 và x2 Mặt phẳng pha này được chia thành hai miền điểm bởi đường thẳng chuyển đổi P, có phương trình kx1 + x2 = 0.

Trong hình 2.3b, đồ thị quỹ đạo pha cho thấy nửa mặt phẳng pha phía trên đường thẳng tương ứng với u = -1, trong khi nửa mặt phẳng phía dưới là nơi u = 1 Khi u bằng -1, điều này thể hiện trạng thái pha riêng biệt của hệ thống, phản ánh sự phân chia rõ ràng giữa các trạng thái pha khác nhau Việc xác định vị trí của u trên đồ thị giúp hiểu rõ hơn về hành vi quỹ đạo pha trong các hệ thống vật lý, góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát và phân tích các quá trình liên quan đến pha.

Trong đó, hằng số c1 phụ thuộc vào giá trị ban đầu của hệ thống Quỹ đạo pha (quỹ đạo trạng thái tự do) của các giá trị c1 khác nhau có dạng parabol và được thể hiện rõ ràng trong hình 2.3a bằng đường nét liền Chiều của các parabol này được xác định dựa trên nguyên tắc rằng khi x2 > 0, thì x1 phải có xu hướng tăng, đảm bảo tính logic của quá trình Ngoài ra, khi u = 1, hệ thống định hình quỹ đạo theo cách nhất quán với các đặc tính đã phân tích từ trước.

Quỹ đạo pha của hệ phụ thuộc vào giá trị đầu và có dạng parabol theo biểu thức (2.3), được thể hiện bằng đường nét rời trong hình 2.3a Bạn có thể xây dựng quỹ đạo pha bắt đầu từ điểm tùy ý trong mặt phẳng pha, ví dụ điểm A như trong hình 2.3b Do điểm A nằm trên phần mặt phẳng pha phía trên đường chuyển đổi P (có u = -1), nên quỹ đạo pha đi qua đó theo đường parabol nét liền Khi gặp đường thẳng P phân chia hai miền điểm tại điểm B, quỹ đạo pha sẽ chuyển thành đường parabol nét rời do đã đi vào miền mặt phẳng pha có u = 1, khiến quỹ đạo thay đổi dạng và hướng đi phù hợp với điều kiện mới.

Quỹ đạo pha của hệ dao động có hình dạng thay đổi theo nguyên lý chuyển đổi giữa đường parabol nét rời và đường parabol nét liền Khi quỹ đạo pha đi từ điểm B tới điểm C, nó gặp đường chuyển đổi P và chuyển sang đường parabol nét liền Quá trình này lặp lại theo chu trình chuyển đổi liên tục giữa các loại parabol, giúp xây dựng quỹ đạo pha hoàn chỉnh từ điểm xuất phát A Nhờ nguyên lý chuyển đổi này, hệ dao động có thể mô tả chính xác quỹ đạo pha tổng thể, như hình 2.3b đã trình bày.

Dạng quỹ đạo pha dần có xu hướng tiến về gốc tọa độ và kết thúc tại đó, cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và có khả năng kiểm soát tốt Điều này phản ánh chất lượng hệ thống điều khiển trong việc đảm bảo tín hiệu ổn định và không gây dao động lớn Các kết quả này giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống trong việc duy trì trạng thái cân bằng và nâng cao độ chính xác của các quá trình điều khiển Từ đó, ta có thể khẳng định rằng hệ thống đạt được tiêu chuẩn về độ tin cậy và ổn định lâu dài.

- Hệ có một điểm cân bằng là gốc tọa độ trong mặt phẳng pha (x1, x2)

- Hệ không có dao động điều hòa, không có hiện tượng hỗn loạn

- Hệ ổn định tại gốc tọa độ

- Hệ có miền ổn định 0 là toàn bộ mặt phẳng pha (ổn định toàn cục)

Ngoài các kết luận trước đó, hệ thống còn đặc trưng bởi hiện tượng trượt (sliding), xảy ra khi quỹ đạo pha đi vào phần đường phân điểm P Trong hiện tượng này, đường parabol nét liền không còn nằm phía trên P và đường parabol nét rời không còn nằm phía dưới P Hiện tượng trượt được mô tả bằng đoạn thẳng trên P nằm giữa điểm tiếp xúc E của P với parabol nét liền và điểm tiếp xúc F của P với parabol nét rời, thể hiện đặc trưng của hệ thống trong điều kiện nhất định.

Hình 2.4 Giải thích hiện tượng trượt a) Xác định khoảng trượt, b) hiện tượng quỹ đạo pha trượt về gốc tọa độ

Khi đoạn quỹ đạo pha ξ theo parabol nét liền (hình 2.4b) gặp đường chuyển đổi P nằm trong khoảng EF, nó sẽ chuyển sang đường parabol nét rời Tuy nhiên, đoạn đường parabol nét rời này nằm trong phần mặt phẳng pha tương ứng với đường parabol nét liền, gây ra sự chuyển đổi liên tục giữa hai dạng parabola Quỹ đạo pha sau đó lại quay trở về đường parabola nét liền, gặp lại điểm P tại một vị trí gần gốc tọa độ hơn trong khoảng trượt EF Quy trình này lặp lại, dẫn đến quỹ đạo pha chuyển động dạng zick-zack quanh điểm P để hướng về gốc tọa độ, thể hiện hiện tượng trượt trong quá trình di chuyển.

2.2.2 Nguyên lý điều khiển trƣợt

Ta xem xét hệ động học sau: x(n) = a(X) + B(X).u (2.1) (2.1)

Trong bài viết này, đại lượng vô hướng x đại diện cho đầu ra mong muốn, trong khi u là tín hiệu điều khiển đầu vào Vectơ trạng thái X gồm các thành phần như x, ẋ, , x(n-1) mô tả trạng thái hệ thống Hàm phi tuyến a(X) biểu diễn các đặc tính phi tuyến không biết chính xác của hệ thống, còn ma trận B(X) thể hiện độ khuếch đại điều khiển, nhưng cũng không rõ chính xác Sự kết hợp giữa các thành phần này giúp mô phỏng và điều khiển hệ thống một cách chính xác hơn, phù hợp với các quy tắc tối ưu hóa theo tiêu chuẩn SEO.

Trạng thái ban đầu Xd (0) phải là:

Gọi véc tơ sai lệch tín hiệu đặt là X ~  X  X d   x ~ x ~  x ~ ( n  1 )  T

Để điều khiển theo mục tiêu, chúng ta cần xác định luật điều khiển hồi tiếp u = u (X) sao cho hệ vòng kín có thể theo dõi trạng thái mong muốn một cách chính xác Việc này giúp triệt tiêu sai số và đảm bảo hệ luôn duy trì trạng thái ổn định khi thời gian tiến đến vô cùng Áp dụng luật điều khiển phù hợp sẽ tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống tự động điều khiển, đáp ứng yêu cầu của bài toán điều khiển bám mục tiêu một cách chính xác và tin cậy.

Ta định nghĩa bề mặt trượt là bề mặt biến thiên theo thời gian S(t) trong không gian trạng thái R(n) bằng phương trình vô hướng S(X;t) = 0 trong đó:

Với  là một hằng số dương Ví dụ nếu n = 2 thì S  ~ x    x ~ tức s là tổng mức ảnh hưởng của sai lệch vị trí và sai lệch vận tốc

Việc giữ giá trị vô hướng S bằng 0 có thể giải quyết được bằng cách chọn luật điều khiển u trong (2.1) sao cho ở bên ngoài S(t) ta có:

Trong đó  là hằng số dương (2.4) cho thấy rằng khoảng cách đến bề mặt S, được tính bằng S2, giảm xuống theo quỹ đạo hệ thống

Vì thế nó buộc các quỹ đạo hệ thống hướng tới bề mặt S(t) như minh họa trong hình 2.5a dưới đây

Nguyên lý trượt bắt đầu khi quỹ đạo trạng thái chạm vào mặt trượt tại điểm xuất phát ban đầu Sau đó, hệ sẽ trượt dọc theo mặt trượt và hướng tới trạng thái ổn định theo hàm mũ với tốc độ xác định bởi hằng số thời gian 1/λ (Hình 2.5b).

Tóm lại, phương trình (2.3) cho phép chọn một hàm S phù hợp để xây dựng luật điều khiển u trong (2.1), nhằm duy trì một hàm Lyapunov đảm bảo sự ổn định của hệ thống kín Quá trình thiết kế điều khiển này nhằm bất chấp các yếu tố như thiếu chính xác của mô hình và sự có mặt của nhiễu loạn Trình tự thiết kế điều khiển bao gồm hai bước chính: lựa chọn hàm S phù hợp và xác định luật điều khiển u sao cho hàm Lyapunov này luôn giảm dần, đảm bảo ổn định hệ thống.

+ Bước một, chọn luật điều khiển u thỏa mãn điều kiện trượt (2.4)

Bước hai trong quy trình là làm nhẵn luật điều khiển không liên tục đã chọn trong bước một để tối ưu hóa sự cân bằng giữa dải thông điều khiển và độ chính xác của quỹ đạo Quá trình này cũng giúp khắc phục hiện tượng chattering, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống điều khiển.

2.2.3 Các bước xây dựng bộ điều khiển trượt Định nghĩa sai lệch quỹ đạo: d d x x e x x e

∫ (2.6) với K là ma trận đường chéo với các phần tử là hằng số dương

Trong không gian n chiều, phương trình S=0 xác định mặt cong gọi là mặt trượt (sliding surface), đóng vai trò quan trọng trong phân tích hệ thống động lực phi tuyến Phương pháp Lyapunov là công cụ hiệu quả để kiểm tra sự ổn định của hệ thống, trong đó việc chọn một hàm Lyapunov V dương xác định giúp đảm bảo tính không âm của hàm Thông thường, hàm Lyapunov V có dạng đơn giản, dễ tính toán, như là tổng bình phương của các biến trạng thái hoặc các hàm có ý nghĩa vật lý phù hợp, nhằm mục đích xác định và duy trì mặt trượt ổn định trong hệ thống.

Tính đạo hàm bậc nhất của V, ta được : ̇ ̇ (2.8)

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO ROBOT HÀN DI ĐỘNG

Mô hình hình học của robot hàn di động hai bánh xe

Trong phần này, mô hình động học và động lực học của robot hàn được trình bày rõ ràng, kết hợp với các ràng buộc nonholonomic để mô phỏng chính xác quá trình hoạt động Robot hàn được xây dựng dựa trên các giả định chính xác, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác trong quá trình làm việc Các phân tích này giúp hiểu rõ hơn về điều kiện vận hành của robot hàn trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

1 Bán kính cong của đường hàn phải đủ lớn hơn bán kính xoay của rô bốt hàn

2 Rô bốt hàn có hai bánh lái và được lắp ở trục đi qua tâm hình học của rô bốt

3 Hai bánh bị động được lắp ở phía trước và sau của phần thân rô bốt để tạo cân bằng cho rô bốt cho nên các chuyển động của chúng được bỏ qua trong mô hình phần động học và động lực học

4 Tâm khối lượng và tâm xoay của rô bốt được giả định trùng nhau

5 Cơ cấu trượt mỏ hàn nằm trùng với trục đi qua tâm của hai bánh lái

6 Các nhiễu bên ngoài và các yếu tố không chắc chắn là các ẩn số nhưng thay đổi chậm nên đạo hàm bậc nhất được giả sử bằng không

Hình 3.1 Cấu trúc hình học của robot hàn e 2

Mô hình động học của robot hàn di động hai bánh xe

Điểm tham chiếu R chuyển động với vận tốc không đổi v r Tọa độ (Xr, Yr) và góc r trên đường hàn tham chiếu thỏa mãn công thức sau:

(1) Đầu tiên, phương trình động học của điểm tâm rô bốt trong hệ tọa độ đề các được biểu diễn như sau:

(2) Với q = [x, y, ] T là véc tơ hình dáng của rô bốt xoay quanh điểm tâm C[x, y] trong hệ tọa độ đề các, Z = [v, ] T là vec tor vận tốc thực

Mối quan hệ giữa v,  và vận tốc góc của hai bánh lái cho bởi:

Thứ hai, công thức động học của điểm hàn W(xw, yw) được cố định với bộ phận giữ mỏ hàn, có thể xác định từ tâm robot C[x, y] Công thức này, như minh họa trong hình 2, giúp xác định chính xác vị trí điểm hàn dựa trên chuyển động của robot, đảm bảo quá trình hàn đạt độ chính xác cao.

(4) Đạo hàm của công thức (4) ta có:

Mô hình động lực học của robot hàn di động hai bánh xe

Phương trình động lực học của rô bốt với các nhiễu bên ngoài được viết lại như sau :

 là véc tơ mô men xoắn của nhiễu bên ngoài

R 2x f  là véc tơ lực của nhiễu bên ngoài

  là véc tơ tín hiệu điều khiển Đầu tiên véc tơ điều khiển u  R 2 x 1 được thiết kế bởi phương pháp mô men tính toán như sau: τ = M(q)z + V(q,q)z + M(q)ud (8)

Trong đó z d  R 2 x 1 là vector vận tốc điều khiển

Từ (6 ) và ( 8) ta có phương trình sau: u f z z  d     (9)

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TÍCH PHÂN

Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về robot hàn sử dụng các giải thuật điều khiển khác nhau để nâng cao hiệu quả và độ chính xác Các bộ điều khiển phi tuyến đơn giản thường chỉ dựa vào mô hình động học để dò theo đường hàn, nhưng bỏ qua yếu tố động lực học và nhiễu từ bên ngoài (tham khảo [1]) Đề xuất bộ điều khiển trượt tích hợp kết hợp phần động học và động lực học cùng các ràng buộc nhiễu từ bên ngoài nhằm cải thiện khả năng dò theo đường hàn của robot hàn (tham khảo [2]) Ngoài ra, các bộ điều khiển trượt thích nghi cũng được đề xuất để kiểm soát robot dựa trên mô hình động lực học với các thông số nhiễu từ bên ngoài (tham khảo [3]) Tuy nhiên, vận tốc của các điểm hàn không được giữ cố định như thiết kế ban đầu trong quá trình điều khiển Để khắc phục vấn đề này, nghiên cứu mới kết hợp giải thuật điều khiển trượt tích phân cho robot đa hướng ba bánh nhằm đưa ra bộ điều khiển phi tuyến kết hợp mô hình động học và điều khiển trượt tích phân có ràng buộc nhiễu từ bên ngoài, giúp dò theo đường hàn với vận tốc cố định mong muốn Tính ổn định của hệ thống được chứng minh dựa trên lý thuyết Lyapunov, và kết quả mô phỏng cho thấy tính hiệu quả của phương pháp điều khiển này trong điều khiển robot hàn.

4.2 Thiết kế bộ điều khiển trƣợt tích phân

Bộ điều khiển trượt tích phân cho robot được thiết kế dựa trên mô hình động học và động lực học của hệ thống Điểm tham chiếu R (x_r, y_r, φ_r) di chuyển theo đường dẫn đã định trước với tốc độ cố định, giúp đảm bảo chính xác trong quá trình điều khiển Trong hình 1, véc tơ sai số e = [e_1, e_2, e_3]^T thể hiện sự chênh lệch giữa điểm hàn W và điểm tham chiếu R, cung cấp dữ liệu cần thiết để điều chỉnh và tối ưu hóa quá trình điều khiển robot.

Mục đích của bài toán là thiết kế bộ điều khiển phi tuyến để cho điểm hàn W dò theo điểm tham chiếu R nghĩa là làm cho sai số e0, khi t0

Xét trường hợp chiều dài mỏ hàn có thể điều khiển được khi sử dụng cơ cấu trượt mỏ hàn Đạo hàm bậc nhất của phương trình (10) ta được:

Hàm Lyapunov được định nghĩa như sau:

S  là véc tơ mặt trượt

Luật điều khiển động lực học được thiết kế như sau [1]:

Chiều dài mỏ hàn thỏa mãn:

Với C C C 1 , 2 , 3 là giá trị dương

Với vận tốc điều khiển (15) V  1 trở thành :

Véc tơ mặt trượt S v được định nghĩa như sau: dt e K e

Với  1 2  2 1 x v v d v z z e e R e      là vectơ sai số vận tốc và K v là ma trận đường chéo dương Đạo hàm của Sv như sau:

Thay thế (9) vào (19) và rút gọn, ta được phương trình sau: v v d v f u z z K e

Luật điều khiển u   u 1 u 2   thiết kế như sau: v v v v Psign S K e QS u   ( )  (21)

Q i và P i , i 1 2, là hằng số dương i f m , i 1 2, là giới hạn trên của f i

Với luật điều khiển (21), (20) trở thành:

Thay (22) vào phương trình đạo hàm bậc 1 của V 2

Theo bổ đề Barbalat, S v  0 khi t  , nghĩa là tồn tại luật điều khiển u ổn định mặt trượt tiến về không

Từ (12) đến (14), cũng như các điểm (17), (23), cho thấy rằng V  0, nghĩa là cả hai giá trị e  0v và e v  0 Điều này đảm bảo rằng điểm W của robot bám theo điểm tham chiếu R sẽ chuyển động theo đường cong tham chiếu với vận tốc không đổi, đạt được mục tiêu điều khiển liên tục và chính xác trong hệ thống robot tự hành.

4.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Hình 4.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển

4.3.2 Các kết quả mô phỏng

Hình 4.3.2.Quỹ đạo (đường hàn) mong muốn cho WMR

Hình 2 trình bày đường hàn tham chiếu mong muốn với đường cong hình chữ S có độ cong vừa phải, giúp robot hàn duy trì ổn định trong quá trình di chuyển Các thông số thiết kế cho bộ điều khiển bao gồm P1 = 1.5, P2 = 1.1, Q1 = 12, Q2 = 15, C1 = 7.5, C2 = -8.2, C3 = 0.27 và hệ số Kv = [0.3 0; 0 0.6], nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của robot Các giá trị của các tham số robot cũng như giá trị ban đầu được liệt kê trong Bảng 1 và Bảng 2 để hỗ trợ quá trình điều chỉnh và vận hành hệ thống.

Bảng 4.1 Các giá trị của các thông số khi mô phỏng

Thông số Giá trị Đơn vị b 0.39 [ ] m r 0.16 [ ] m l 0.45 [ ] m m c 32,67 [kg] m w 2.75 [kg]

Bảng 4.2 Các giá trị ban đầu Thông số Giá trị Đơn vị x r 0.2 [ m ] y r 0.2 [ ] m

Hình 4.3.3 thể hiện chuyển động bám đường hàn mong muốn của WMR, cho thấy tại thời điểm ban đầu, đường hàn tham chiếu và đường cong quỹ đạo của xe hàn rất khít nhau, chứng tỏ giải thuật trượt tích phân đạt hiệu quả cao Đáp ứng sai số được trình bày trong hình 4.3.4 cho thấy độ chính xác của hệ thống trong quá trình điều khiển Những kết quả này nhấn mạnh tính ổn định và độ chính xác của phương pháp điều khiển trong công nghệ hàn tự động.

Hình 4.3.4 minh họa các sai lệch vị trí e1, e2, e3 giữa điểm bám M và điểm tham chiếu R trong suốt quá trình WMR di chuyển theo quỹ đạo mong muốn Các sai lệch e1 và e2 thể hiện sự chênh lệch theo phương MXO và MYO trong hệ trục tọa độ cục bộ của xe, còn e3 biểu thị sai lệch góc dẫn hướng giữa điểm mong muốn và góc dẫn hướng của WMR Tất cả các sai số này đều có khả năng tự hiệu chỉnh về 0 khi robot hàn bám theo quỹ đạo đã xác định.

Hình 4.3.5 Vận tốc góc của bánh phải và bánh trái

Trong quá trình xe chạy thẳng, vận tốc góc của bánh trái và bánh phải gần như không đổi, chỉ lệch nhau khoảng 20 deg/s khi xe vào đường cong Khi xe vào đường cong, một bánh chạy nhanh hơn bánh còn lại, với bánh trái chậm còn bánh phải nhanh, như quan sát từ giây thứ 40 đến 100 và từ 150 đến 200, cho thấy sự lệch vận tốc góc rõ ràng theo hướng quỹ đạo Để đảm bảo xe vận hành ổn định và an toàn, cả hai bánh đều có cùng chiều chuyển động tiến tới, không có bánh nào chạy lùi trong quá trình hoạt động.

Hình 4.3.6 trình bày mặt trượt thời gian bắt đầu, cho thấy mặt trượt nhanh chóng tiến về 0 trong vòng chưa đến 0,1 giây Điều này đồng nghĩa với việc sai số vận tốc ev(2) cũng giảm về 0 tức thì, và vận tốc góc của WMR w = wd cũng đạt giá trị ổn định Quá trình này thể hiện khả năng phản hồi nhanh của hệ thống điều khiển trong việc hạn chế sai số mặt trượt.

Hình 4.3.7 thể hiện mặt trượt s2 theo thời gian bắt đầu, cho thấy mặt trượt s2 nhanh chóng tiếp cận giá trị 0 chỉ trong chưa đến 0,1 giây Điều này đồng nghĩa với sai số vận tốc ev(2) cũng giảm về 0 ngay lập tức, và vận tốc góc của WMR w trở nên khớp với w_d.

Mặt trượt nhanh chóng về 0 chứng tỏ giải thuật trượt tích phân ứng dụng tốt trong trường hợp rohot hàn trong khuôn khổ luận văn

Hình 4.3.8 Momen bánh trái và phải

Trong quá trình điều khiển, ta nhận thấy momen hai bánh gần như bằng 0, chỉ xảy ra khi tín hiệu vị trí xe trùng khớp chính xác với quỹ đạo đường hàn Điều này cho thấy hệ thống điều khiển đang hoạt động hiệu quả khi đạt được trạng thái cân bằng mong muốn Momen về 0 tại những thời điểm này chứng tỏ xe đang theo đúng hướng và ổn định trên quỹ đạo đã định.

Kết quả mô phỏng

4.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Hình 4.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển

4.3.2 Các kết quả mô phỏng

Hình 4.3.2.Quỹ đạo (đường hàn) mong muốn cho WMR

Hình 2 trình bày đường hàn tham chiếu mong muốn với đường cong hình chữ S có độ cong vừa phải, giúp robot hàn di chuyển ổn định và chính xác Các thông số thiết kế cho bộ điều khiển bao gồm P1 = 1.5, P2 = 1.1, Q1 = 12, Q2 = 15, C1 = 7.5, C2 = -8.2, C3 = 0.27 và hệ số Kv = [0.3 0; 0 0.6], đảm bảo hiệu quả trong quá trình điều chỉnh Các giá trị của các tham số robot và các giá trị ban đầu được trình bày chi tiết trong Bảng 1 và Bảng 2, giúp tối ưu hóa quá trình hàn tự động.

Bảng 4.1 Các giá trị của các thông số khi mô phỏng

Thông số Giá trị Đơn vị b 0.39 [ ] m r 0.16 [ ] m l 0.45 [ ] m m c 32,67 [kg] m w 2.75 [kg]

Bảng 4.2 Các giá trị ban đầu Thông số Giá trị Đơn vị x r 0.2 [ m ] y r 0.2 [ ] m

Trong giai đoạn ban đầu, đường hàn tham chiếu và đường cong quỹ đạo của xe hàn rất khít nhau, thể hiện kết quả vượt trội của giải thuật trượt tích phân trong điều khiển chuyển động bám đường hàn mong muốn của WMR Đáp ứng sai số được trình bày trong hình 4.3.4 cho thấy hệ thống duy trì độ chính xác cao, đảm bảo quá trình hàn diễn ra ổn định và chính xác.

Hình 4.3.4 trình bày các sai lệch vị trí e1, e2, e3 của robot trong quá trình di chuyển theo quỹ đạo dự kiến Các sai lệch e1, e2 phản ánh độ chênh lệch theo phương MXO và MYO giữa điểm bám M và điểm tham chiếu R trong hệ trục tọa độ cục bộ của xe Sai số e3 thể hiện sai lệch góc dẫn hướng giữa điểm mong muốn và góc dẫn hướng của robot WMR Tất cả các lỗi này đều tự hiệu chỉnh về 0 trong suốt quá trình robot hàn bám theo quỹ đạo tham chiếu, đảm bảo độ chính xác và ổn định của quá trình thao tác.

Hình 4.3.5 Vận tốc góc của bánh phải và bánh trái

Trong quá trình xe chạy thẳng, vận tốc góc của bánh trái và bánh phải gần như hoàn toàn giống nhau, thể hiện sự đồng bộ trong hoạt động của hệ thống truyền động Tuy nhiên, khi xe tiến vào đường cong, vận tốc góc của hai bánh lệch nhau khoảng 20 độ/sec, với một bánh chạy nhanh hơn bánh còn lại, nhằm duy trì sự ổn định của xe Cụ thể, trong các giây từ 40 đến 100, khi xe đổi hướng trái theo đường cong chữ S, bánh trái chạy chậm hơn bánh phải chạy nhanh; còn từ 150 đến 200 giây, khi xe quẹo phải, bánh trái chạy nhanh hơn bánh phải Điều này cho thấy rằng để đảm bảo việc xe vận hành ổn định, cả hai bánh đều phải chạy tới, không có bánh nào chạy lùi trong quá trình hoạt động.

Hình 4.3.6 thể hiện mặt trượt thời gian bắt đầu, cho thấy mặt trượt cũng lập tức tiến về 0 trong thời gian chưa đến 0,1 giây, phản ánh hiệu quả của quá trình điều khiển Điều này đồng nghĩa với sai số vận tốc ev(2) cũng nhanh chóng giảm về 0, giúp vận tốc góc của WMR (w) đạt tới giá trị mong muốn là wd, đảm bảo độ chính xác và ổn định của hệ thống trong quá trình vận hành.

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Mặt trượt nhanh chóng về 0 chứng tỏ giải thuật trượt tích phân ứng dụng tốt trong trường hợp rohot hàn trong khuôn khổ luận văn

Hình 4.3.8 Momen bánh trái và phải

Trong quá trình điều khiển, momen hai bánh gần như bằng 0, giúp xe duy trì ổn định và đúng quỹ đạo Momen về 0 xảy ra khi tín hiệu vị trí xe trùng khớp chính xác với quỹ đạo đường hàn, điều này sẽ tối ưu hóa hiệu suất điều khiển và đảm bảo độ chính xác trong quá trình vận hành.

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT HÀN

Thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí của robot hàn

Hình 5.1.1 Kích thước robot hàn

Hình 5.1.2 Kích thước robot hàn (tiếp)

Hình 5.1.3 Kích thước robot hàn (tiếp)

Hình 5.1.2 Cấu tạo robot hàn

2 Biến trở xoay , lấy tín hiệu để điều khiển mỏ hàn

3 Càng xoay, tâm xoay của càng được gắn với biến trở

4 Bánh lăn dùng để tiếp xúc với vách tường

5 Thanh răng kết hợp với bánh răng 6 để làm xoay biến trở 2

6 Bánh răng 6 Dùng để truyền động tịnh tiến của thanh răng thành truyền động quay của bánh răng truyền tới biến trở

8 Lò xo dùng tạo lực đẩy ép con lăn luôn bám vào vách tường

9 Cơ cấu kẹp mỏ hàn

10 Cần hàn được tịnh tiến bởi cơ cấu vít me - đai ốc, do động cơ điều khiển

11 Cơ cấu bánh răng dùng để truyền động từ động cơ đến cơ cấu vít me – đai ốc

12 Encoder dùng làm tín hiệu điều khiển mỏ hàn

13 Cơ cấu bánh răng được gắn với thanh trượt đứng, để điều chỉnh độ cao mỏ hàn

14 Động cơ điều khiển độ cao mỏ hàn

Hình 5.1.3 Cấu tạo robot hàn (tiếp)

16 Biến trở xoay dùng để lấy tín hiệu điều khiển cho hai động cơ trái và phải

17 Động cơ điều khiển mỏ hàn

Hình 5.1.4 Cấu tạo robot (tiếp)

18 Hai động cơ encoder điều khiển bánh trái và phải của robot

19 Hai bánh xe trái và phải của robot

20 Hai hộp số tỷ số truyền 1/60, dùng để truyền động từ hai động cơ đến bánh trái và phải của robot

21 Hai bánh đỡ hình cầu được gắn phía trước và sau để tạo cân bằng cho robot.

Sơ đồ hệ thống điều khiển robot hàn

Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển robot hàn

Hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào từ encoder của hai động cơ bánh trái và phải, gửi về bộ xử lý trung tâm bằng bộ mạch DSP F28335 Để đọc tín hiệu từ encoder của động cơ mỏ hàn, bộ mạch DSP cần giao tiếp qua Arduino ProMini sử dụng cổng SCI-B, do DSP chỉ đọc trực tiếp tín hiệu của hai encoder Bộ xử lý trung tâm DSP điều khiển các động cơ qua ba mạch cầu H, đóng hoặc cắt tín hiệu để điều khiển hai bánh xe trái, phải và motor mỏ hàn một cách chính xác.

Giới thiệu card DSP TMS320F28335

TM Experiment Kit tích hợp sẵn các khối chức năng đa dạng phù hợp cho mọi ứng dụng, giúp người nghiên cứu dễ dàng tiếp cận các tính năng cần thiết Card C2000 TM cung cấp khả năng tích hợp hiệu quả và phù hợp với tất cả các dòng DSP của Texas Instruments, bao gồm MS320F28x và TMS320F28335 Bộ kit còn bao gồm mạch điều khiển đa năng với các linh kiện bảo vệ, giao tiếp và IC ổn áp, đảm bảo sự linh hoạt và ổn định trong quá trình thử nghiệm Với F28x Control Card, TM Experiment Kit là giải pháp lý tưởng cho các dự án nghiên cứu và phát triển dựa trên các dòng DSP của TI.

Là bảng mạch chủ nhỏ gọn, tích hợp khe cắm kết nối cho các card điều khiển dòng DSP F28x, giúp người dùng dễ dàng sử dụng các ngõ vào, ra số GPIO hoặc các kênh analog để kết nối với thiết bị hoặc mạch điều khiển khác Các connector được gắn hai bên card điều khiển tạo thuận tiện cho việc kết nối linh hoạt Hình 4.2 thể hiện đế kết nối dành cho các module card DSP dòng TMS320F28335 của TI, đảm bảo tính tương thích và dễ mở rộng cho hệ thống điều khiển tự động.

Hình 5.3.1 Đế kết nối dạng Dock Station của Card DSP TMS320F28335

TMS320F28335 tích hợp các mạch điện cần thiết như dao động, LDO và điện trở kéo lên để hỗ trợ hoạt động ổn định cho bộ điều khiển chính Mạch điều khiển được thiết kế chắc chắn, không chỉ đảm bảo về cơ khí mà còn có khả năng chống nhiễu tốt trong môi trường nhiễu khắc nghiệt, nâng cao độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống.

Hình 5.3.2 Card điều khiển sử dụng chip DSP TMS320F28335

Những đặc tính chính của card điều khiển F28335 Delfino TM

 Được thiết kế với các pad đồng nối với các conector để cấm vào slot của mạch điện chính

 Các ngõ vào ADC được tích hợp diode bảo vệ

 Bộ lọc nhiễu ở ngõ vào ADC

 Mạch giao tiếp UART cách ly sử dụng bộ chuyển đổi RS232 và cách ly ISO7221

Tích hợp bên trong card điều khiển là bộ điều khiển DSP thuộc họ TMS320F28335, chọn làm bộ xử lý trung tâm bao gồm các đặc điểm sau:

Thiết bị hoạt động hiệu suất cao tích hợp công nghệ CMOS tĩnh:

 Mức điện áp hoạt động 1.9V/1.8V và 3.3V

Tốc độ xử lý 32bit:

 Chuẩn IEE-754 Single-Precision Float-Point Unit( FPU)

 Tốc độ xử lý và đáp ứng với ngắt tốc độ cao

Sáu kênh điều khiển DMA ( bao gồm ADC, MCRSP, ePWM, XIMTF, và SARAM)

Boot ROM ( 8K x16) tích hợp các chế độ Boots SCI, SPI, CAN, I2C, McBsP, XINTF, truyền song song

Các ngõ ra giao tiếp ngoại vi như:

 6 ngõ ra HPPWM với độ phân giải 150 ps MEP

 6 ngõ ra cho EVENT capture

 2 kênh đọc và xử lý encoder

 8 timer có độ phân giải là 16 bit

Các module truyền thông như:

 2 module truyền thông mạng CAN

 3 module truyền thông SCI • 1 module SCI và 2 module McBSP có thể cấu hình thành SPI

 88 cổng I/O GPIO đa năng, lọc nhiễu.

Các Module mạch cầu H

Hình 5.5.1 Khối cách ly giữa vi điều khiển và mạch kích

Hình 5.5.2 Khối tạo nguồn 5V cho các IC Logic

Hình 5.5.3 Khối IC Logic tạo xung kích và xung DIR cho khối cầu H

Hình 5.5.4 Khối kích cầu H bằng IR2184.

Module Arduino Pro Mini

Hình 5.6.1 Khối ổn định áp đầu vào cho vi điều khiển

5.6.2 Khối điều khiển trung tâm ATmega328

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Giới thiệu

Dựa trên nền tảng lý thuyết thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển trượt tích phân cho robot hàn di động, bài viết tập trung vào việc phát triển hệ thống điều khiển chính xác để theo dõi quỹ đạo theo kích thước đã định trước Các công trình nghiên cứu này giúp nâng cao khả năng kiểm soát và ổn định của robot hàn di động trong các ứng dụng công nghiệp Mô phỏng nhằm đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển trượt tích phân trong việc đảm bảo robot theo đúng quỹ đạo mong muốn, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất vận hành Kết quả cho thấy phương pháp điều khiển này có thể cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống robot hàn trong các quy trình công nghiệp tự động hóa.

Robot được thiết kế với đầu dò bám vào vách tường có đường cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động hàn Một biến trở xoay đặt tại tâm xoay của càng đầu dò giúp điều chỉnh theo độ cong của đường hàn, tạo ra tín hiệu điện áp thay đổi Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển hai động cơ, giúp hai bánh xe trái và phải chuyển động đồng bộ với vận tốc ổn định.

Trong cơ cấu thanh răng, bánh răng được gắn với một biến trở xoay tại tâm trục, giúp chuyển đổi chuyển động quay thành tín hiệu điện Khi thanh răng trượt vào hoặc ra theo thanh trượt, sự thay đổi khoảng cách của đầu dò làm bánh răng quay và biến trở xoay theo, từ đó tạo ra giá trị điện áp biến đổi Tín hiệu điện áp này được sử dụng để điều khiển hoạt động của động cơ, giúp mỏ hàn luôn bám theo đúng đường hàn một cách chính xác và hiệu quả.

Kết quả chạy thực nghiệm cho thấy, động cơ điều khiển mỏ hàn chỉ hoạt động mạnh mẽ tại thời điểm ban đầu khi đưa mỏ hàn đến vị trí hàn Trong quá trình hàn, động cơ này hoạt động rất nhẹ để duy trì ổn định, đồng thời bù đắp cho sự sai lệch quỹ đạo chuyển động do hai bánh lái gây ra.

Hình 6.1 Vị trí đặt các biến trở xoay Trong quá trình chạy thực nghiệm, robot hàn được thử nghiệm trên ba chương trình với các giải thuật khác nhau

Robot hàn chạy theo chương trình viết theo dạng so sánh (ON-OF)

Kết quả robot hàn chay bám theo đường hàn yêu cầu, nhưng độ rung của robot lớn, tốc độ đến đường cong lớn không đều

Robot hàn chạy theo chương trình viết theo bộ điều khiển trượt tích phân, robot hàn chạy không bám được theo đường hàn

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Kết quả thực nghiệm

6.2.1 Robot chạy bám theo đường hàn

Hình 6.2.1 Robot hàn bám theo đường hàn

Hình 6.2.2 Kết quả 03 đường chạy bám theo đường hàn

Bảng 6.1 Kết quả đo sai số đường hàn bám theo quỹ đạo hàn tham chiếu

Kết quả robot hàn chạy theo đường hàn tham chiếu đã được kiểm nghiệm trên ba đường chạy để đánh giá độ sai lệch so với đường hàn tham chiếu, đảm bảo độ chính xác trong quá trình hàn Đường hàn màu đỏ dùng để kiểm tra, có chiều dài 1.520 mm, với chiều rộng của điểm lồi ra và điểm lõm vào lớn nhất là 6 mm, chủ yếu xuất hiện tại điểm bắt đầu cong của đường hàn Đường hàn màu xanh 1 cách đường hàn tham chiếu khoảng 10 mm về độ lồi lõm lớn nhất, trong khi đó, đường hàn màu xanh 2 có khoảng cách khoảng 6 mm so với đường hàn tham chiếu, cho thấy khả năng kiểm soát đường đi của robot hàn đạt yêu cầu về độ chính xác.

Hình 6.2.3 Robot hàn di động

VỊ TRÍ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ĐỎ 51 54 53 57 57 52 52 57 58 54 53 57 54 55 55 XANH 1 69 71 72 77 74.5 67 71 68 68 69 68 68.5 67 68 68 XANH 2 87 89 89 91.5 92 87 91 90 89 89 88 87.5 90 88 86

Hình 6.2.4 Quỹ đạo đường hàn

Hình 6.2.6 Kết quả đường hàn

Hình 6.2.7 Kết quả đường hàn

Kết quả kiểm tra đường hàn trên chiều dài 2.200 mm cho thấy mối hàn đạt yêu cầu kỹ thuật, với đường hàn đều, không có đường cong gãy khúc lớn Điều này chứng tỏ robot thực hiện chạy theo đường hàn chuẩn xác, đảm bảo chất lượng và độ chính xác của quá trình hàn.

Hình 6.6 Đồ thị kiển tra quỹ đạo di chuyển của đường hàn

Kết quả thực tế của quá trình hàn cho thấy độ sai lệch rất nhỏ theo đường chạy của mỏ hàn, được kiểm soát chính xác trên đồ thị máy tính Điều này đảm bảo mối hàn đáp ứng tiêu chuẩn về độ sai lệch bề rộng, với sai lệch không vượt quá giới hạn cho phép là b ≤ 2 mm.