Thiết kế hệ thống cơ điện tử cho robot hai bậc tự do RR

Thiết kế hệ thống cơ điện tử cho robot hai bậc tự do RR

Sinh viên thực hiện Đinh Đức Anh

Hà Nội 12/2013

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

1 Giới thiệu chung về robot công nghiệp

3 Tính toán động học thuận, ngược robot RR

4 Bài toán tĩnh học robot RR

5 Bài toán động lực học Robt RR

6 Thiết kế quỹ đạo chuyển động

7 Điều khiển và mô phỏng robot

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT

 Trên thế giới:

 Năm 1921, thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc(Czech), nó xuất hiện lần đầu tiên trong một vở kịch Rossum’s Universal Robot của Karel Capek cùng năm đó.

Cho đến nay, thế giới đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ trong lĩnh vực Robot.đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phát triển như : Anh, Thụy Điển,Nhật,Mỹ, CHLB Đức,Pháp, Ý…….

2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D CỦA ROBOT RR

Ta thiết kế mô hình 3D của robot có dạng như sau

3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC

Ta có sơ đồ đặt hệ tọa độ cho robot theo quy tắc Hatenberg như sau :

Denavit-BẢNG DH VÀ KHÔNG GIAN LÀM VIỆC

Sau khi chọn trục tọa độ như trên ta có bảng DH:

Với giá trị giới hạn góc xoay các biến khớp như trên thì ta có không gian làm việc (hay vùng làm việc ) của robot có thể vẽ như sau:

Không gian làm việc của robot

Dạng tổng quát của ma trân Denavit-Havtenberg cho các khâu có dạng như sau :

Ma trận Denavit-Hatenberg của khâu 1: Ma trận Denavit-Hatenberg của khâu 2

CÁC MA TRẬN TRUYỀN DH

Thiết lập các phương trình động học

Từ các ma trận trên ta xác định được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhât của

khâu 2 so với khâu cố định là:

Ma trận trên cho ta biết vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ

cố định,nên có thể biểu diễn qua các biến khớp qi

Thiết lập các phương trình động học(tiếp)

Ta có ma trận Cacdan biểu diễn hướng của hệ tọa độ động cuối đối với khâu đế

Từ ma trận trên kết hợp với ma trận Thì ta có các phương trình động học Robot

Động học thuận

Chọn quy luật chuyển động bất kì như sau:

Động học thuận (tiếp)

Thay các giá trị trên vào phương trình ta được :

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -150

-100 -50 0 50 100

Và được

đồ thị

như hình

vẽ

Đồ thị vận tốc và gia tốc điểm tác động cuối

Với các thông số đã chọn như trên thì khi đó ta vẽ được đồ thị vận tốc và gia tốc của điểm tác động cuối như sau:

Đồ thị gia tốc

Vận tốc góc các khâu

Vận tốc góc các khâu (tiếp)

Vận tốc góc khâu 2 , khâu cuối

Đồ thị vận tốc góc khâu cuối

Sau khi có được biểu thức vận tốc góc khâu cuối thì ta vẽ được đồ thị vận tốc góc

Động học ngược

Dễ dàng giải ra ta được

Đồ thị các biến khớp trong bài động học ngược

Đồ thị các biến khớp trong bài động

học ngược (tiếp)

Đồ thị thu được

4 Bài toán tĩnh học

Mô

hình

4 Bài toán tĩnh học (tiếp)

Phương pháp:

4 Bài toán tĩnh học (tiếp)

Kết quả

5 Tính toán động lực học

Mô hình

5 Tính toán động lực học (tiếp)

Ma trận khối lượng suy rộng

5 Tính toán động lực học (tiếp)

Sau khi thay các thông số vào ta thu được các phương trình vi phân chuyển động của robot

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động

6.1 thiết kế quỹ đạo theo không gian khớp

Là xác định đường biểu diễn của vị trí góc khớp (góc quay của khớp với khớp quay và độ di chuyển của khớp đối với khớp tịnh tiến) theo thời gian khi di chuyển từ vị trí ban đầu (A) tới vị trí cuối (B) trong thời gian với q là biến khớp tổng quát Quỹ đạo di chuyển của khớp giữa hai vị trí sẽ thỏa mãn 4 điều kiện :

vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng, tốc độ tại vị trí ban đầu và tốc độ tại vị trí cuối cùng Do đó đa thức bậc 3 sẽ phù hợp với quỹ đạo của khớp robot:

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Khớp 1

Khớp 2

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Ta thu được các đồ thị tương ứng của vị trí, vận tốc và gia tốc của khớp

Khớp 1

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Khớp 2

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

6.2 Thiết kế quỹ đạo theo không gian làm việc

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Ta được đồ thị

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Hình vẽ mô phỏng vị trí cơ cấu theo t khi đó

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

6.3 thiết kế quỹ đạo chuyển động điểm cuối di chuyển theo đường tròn đường kính AB

Tiến hành giải hệ phương trình ta thu được

6 thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp)

Vị trí cơ cấu tương ứng theo thời gian t

7 Điều khiển và mô phỏng

7.1 Hệ thống điều khiển theo không gian khớp

7.1.1 Điều khiển theo hệ thống điều khiển phản hồi

Sơ đồ điều khiển

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Các thông số điều khiển và sơ đồ điều khiển

Ta chọn luật điều khiển là PD với các hệ số như

bên

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Các khối con như sau

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Khối Robot

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Ta thu được các kết quả

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

7.2 Sử dụng mô hình xuất ra từ SolidWorks

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Xuất bản vẽ mô hình từ SolidWork và chuyển sang file có dạng xml rồi sau

đó import sang môi trường matlab ta được

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Thêm các khối điều khiển vào

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Chạy chương trình và ta thi được kết quả

7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp)

Kết luận

- ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp

em làm quen và tìm hiểu kĩ hơn các vẫn đề cốt lõi và bản chất về robot và có ích hơn cho em sau này Qua

đó chúng em có thể tìm hiểu sâu hơn , hiểu được cách tiếp cận và giả quyết các vẫn đề của môn học Đồng thời qua đó hình thành thêm các kĩ năng làm việc,lập

kế hoạch, viết báo cáo…rất có ích cho sau này.

- Trong quá trình làm đồ án cũng có nhiều vẫn đề mà trong khả năng của em có thể chưa giải quyết được,

em rất mong được các thầy cô trong Viện chỉ bảo

thêm.