Báo cáo bài tập lớn kỹ thuật robot_Đề tài : robot ep4000d

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, robot ngày càng trở nên phổ biến, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Robot có thể giúp con người làm việc trong những môi trường khắc nghiệt, hoặc tăng năng suất, hiệu quả lao động trong công nghiệp. Như vậy, nghiên cứu và triển khai robot trong thực tế có ý nghĩa thiết thực trong sự phát triển của xã hội. Qua bài tập lớn robot EP4000D của hãng Yaskawa, chúng em đã hiểu thêm về ứng dụng của robot trong thực tế, cũng như ôn luyện bài tập qua thông số của robot. Robot EP4000D có thiết kế nhỏ gọn, cho phép robot làm việc trong vùng hạn chế. Hơn nữa, robot có kết cấu 6 trục quay, với cơ cấu chấp hành gồm khí nén và động cơ điện giúp robot chuyển động linh hoạt, phù hợp với nhiều ứng dụng thực tế như gắp, hàn, sơn,... Bản báo cáo được chia thành sáu phần như sau: Giới thiệu robot EP4000D. Tính động học thuận vị trí. Tính ma trận Jacobi. Tính động học ngược vị trí. Thiết kế quỹ đạo khớp dạng bậc 3. Mô phỏng động lực học robot

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 2

NỘI DUNG 3

1 Giới thiệu tổng quan về Robot EP4000D 3

Robot EP4000D được phát triển để ứng dụng vào các dây truyền sản xuất công nghiệp với phù hợp với nhiều công việc khác nhau như: 3

2 Tính toán động học thuận vị trí 7

2.1 Xác định các hệ trục tọa độ 7

2.2 Lập bảng thông số Denavit – Hartenberg 8

2.3 Thiết lập hệ phương trình động học cho robot EP4000D: 8

2.4 Chương trình Matlab để nhập dữ liệu, hiển thị kết quả 10

3 Tính toán ma trận Jacoby 11

3.1 Xác định các ma trận i n T 11

3.2 Xác định ma trận H J 11

3.3 Xác định ma trận Jacoby 12

3.4 Chương trình Matlab tính toán ma trận Jacoby 12

4. Tính toán động học đảo vị trí Robot 13

4.1 Tính ma trận nghịch đảo của các ma trận vị trí khớp 13

4.2 Tính toán động học ngược robot 14

5 Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho các khớp Robot theo quỹ đạo dạng bậc 3 15

6 Mô phỏng động lực học Robot EP4000D 17

a Thiết kế Robot 17

b Thiết kế bộ điều khiển 20

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, robot ngày càng trở nên phổ biến,

có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành Robot có thể giúp con người làm việc trong những môi trường khắc nghiệt, hoặc tăng năng suất, hiệu quả lao động trong công nghiệp Như vậy, nghiên cứu và triển khai robot trong thực tế có ý nghĩa thiết thực trong sự phát triển của xã hội

Qua bài tập lớn robot EP4000D của hãng Yaskawa, chúng em đã hiểu thêm về ứng dụng của robot trong thực tế, cũng như ôn luyện bài tập qua thông số của robot Robot EP4000D có thiết kế nhỏ gọn, cho phép robot làm việc trong vùng hạn chế Hơn nữa, robot có kết cấu 6 trục quay, với cơ cấu chấp hành gồm khí nén và động

cơ điện giúp robot chuyển động linh hoạt, phù hợp với nhiều ứng dụng thực tế như gắp, hàn, sơn,

Bản báo cáo được chia thành sáu phần như sau:

- Giới thiệu robot EP4000D

NỘI DUNG

1 Giới thiệu tổng quan về Robot EP4000D

Robot EP4000D được phát triển để ứng dụng vào các dây truyền sản xuất

công nghiệp với phù hợp với nhiều công việc khác nhau như:

• Robot gắp (Handling)

• Robot nâng bốc, đóng gói ( Picking/packing, palletizing)

• Robot hàn, hàn điểm ( Arc handling, spot welding)

• Robot sơn ( Painting)

• Robot lắp ráp ( Assembly/distributing)

Hình 1.1 Robot EP4000D

Do vậy việc sử dụng sản phẩm robot EP4000D của Yaskawa sẽ đảm bảo tính tương thích, độ nhất quán và chất lượng dịch vụ cao trong việc tự động hóa các máy móc, dây chuyền sản xuất vì Yaskawa có thể cung cấp tát cả các loại robot để giải quyết các bài toán và đáp ứng các yêu cầu khác nhau của khách hàng Các robot EP4000D có trọng tải 200 kg, chiều ngang 3,505 mm và tầm với thẳng đứng 2,629 mm Thiết kế gọn nhẹ của robot cho phép làm việc trong không gian chật hẹp một cách linh hoạt

Đây là loại robot có sáu trục quay vận hành bằng khí nén kết hợp với động cơ điện, giúp robot vận hành một cách linh hoạt, di truyền dễ dàng dến từng vị trí đảm bảo độ chính xác của robot trong công việc

Hình ảnh bên dưới cho ta thấy các kích thước của robot, cũng như vùng làm việc của robot là vùng có màu xanh

Hình 1.2 Vùng làm việc của Robot

Hình ảnh bên dưới mô tả thông số kĩ thuật của robot:

Hình 1.3 Thông số kĩ thuật của robot

Hình ảnh dưới mô tả các trục quay của robot:

Hình 1.4 Tên các bộ phận và trục làm việc

2.2 Lập bảng thông số Denavit – Hartenberg

𝑑𝑖 khoảng cách giữa 2 khớp liên tiếp theo phương 𝑧𝑖−1

2.3 Thiết lập hệ phương trình động học cho robot EP4000D:

a Các ma trận đổi toạ độ:

1

>> A2=[c2 s2 0 a2*s2; s2 -c2 0 a2*s2; 0 0 -1 0 ;0 0 0 1];

>> A3=[c3 0 s3 a3*c3; s3 0 -c3 a3*s3; 0 1 0 0; 0 0 0 1];

fprintf( 'T\xEDnh m\x61 tr\x1EADn \x62i\x1EBFn \x64\x1ED5i T th\x65o

\x62i\x1EBFn kh\x1EDBp nh\x1EADp v\xE0o\n' );

i z i z

n p n p

o p o p

a p a p X

J

n o a

H n

3.4 Chương trình Matlab tính toán ma trận Jacoby

% Xác định mà trận Jacoby thông qua ma trận JH

JH{1}(1,i) = Tn{i}(2,1)*Tn{i}(1,4) - Tn{i}(1,1)*Tn{i}(2,4);

JH{1}(2,i) = Tn{i}(2,2)*Tn{i}(1,4) - Tn{i}(1,2)*Tn{i}(2,4);

JH{1}(3,i) = Tn{i}(2,3)*Tn{i}(1,4) - Tn{i}(1,3)*Tn{i}(2,4);

4 Tính toán động học đảo vị trí Robot

4.1 Tính ma trận nghịch đảo của các ma trận vị trí khớp

Từ các ma trận vị trí khớp đã xây dựng ở phần động học thuận, sử dụng lệnh inv trong matlab ta tìm được các ma trận nghịch đảo:

4.2 Tính toán động học ngược robot

Giả sử biết trước ma trận :

 A.c23 + B.s23 = C

 Do đó : i23 = atan2(B,A) + atan2 (± √𝐴 2 + 𝐵 2 − 𝐶 2 ,C)

 i2 = atan2 (ky – d6.hy + d4.c23- a3.c23 , kx – d6.hx – d4.c23 - a3.s23)

 i23=i2 - i3

 => i3= i2 – i23= atan2 (ky – d6.hy + d4.c23- a3.c23 , kx – d6.hx – d4.c23 -

a3.s23) - atan2 (ky – d6.hy + d4.c23- a3.c23 , kx – d6.hx – d4.c23 - a3.s23)

• Tính i4,i5,i6

+ Khi xác định được i1,i2,i3 ta hoàn toàn có thể xác định được T36

Giả sử T36 = [

𝑓1𝑥 𝑔1𝑥 ℎ1𝑥 𝑘1𝑥𝑓1𝑦 𝑔1𝑦 ℎ1𝑦 𝑘1𝑦

THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG DẠNG BẬC 3

• Giả sử khớp quay thứ i được yêu cầu di chuyển từ góc khớp ban đầu 0

đến  trong thời gian f t f

• Hai ràng buộc về giá trị góc khớp ban đầu và giá trị góc khớp cuối là:

0

(0)( )t f f

- Vậy quỹ đạo cho từng khớp qi là:

Để mô phỏng động lực học robot, chúng em sử dụng thư viện Simscape

Multibody trong Simulink của Matlab Thư viện cho phép mô phỏng động lực

học vật rắn bằng cách tạo các thanh nối, khớp nối từ các khối hình cơ bản (có

thể tùy chỉnh hàm phân phối trọng lượng) Trong mô phỏng, chúng em đã tối

giản thanh nối, khớp nối của robot dưới dạng các khối cơ bản (đảm bảo các

trục quay, hệ tọa độ giống với thông số thực tế của robot; mỗi thanh nối được

biểu diễn bằng một màu) như hình sau:

Hình 6.1 Hình 3D mô phỏng robot

Các khối trong Simulink mô phỏng robot được mô tả như hình sau:

Hình 6.2 Mô phỏng robot trong Simulink Các thanh nối của robot đều có khối lượng, vì vậy khi đặt mô men vào các trục quay, các biến khớp của robot sẽ thay đổi theo mô men đặt Kết

quả mô phỏng cho thấy các biến khớp thay đổi theo mô men đặt vào trục quay đúng theo lý thuyết

b Thiết kế bộ điều khiểnTrong hình 6.1 mô phỏng robot, chúng em đặt trọng trường hướng ngược trục

Z Như vậy, khi robot có khối lượng (các thanh nối đều có khối lượng), các biến khớp sẽ có thêm mô men do trọng lực gây ra Để điều khiển các biến khớp trong điều kiện có trọng trường như vậy, chúng em sử dụng bộ điều khiển PD bù trọng trường Bộ điều khiển PD bù trọng trường có vector mô men điều khiển như sau:

Vì tổng thế năng P của robot không chứa thành phần Q nên vector Q G( )

được tính theo công thức sau:

6.2 - file mô phỏng robot.slx), thế năng Pcó thể tính như sau:

%Tính thế năng P của robot EP4000d cho mô phỏng

P=P1(3)

Kết quả thu được thế năng 𝑃(𝑄), từ đó tính được vector 𝐺(𝑄) theo công thức

trên Để đơn giản, ma trận 𝐾𝑃, 𝐾𝐷 được chọn là 𝐾𝑃 = 𝐾𝐷 = 5000 ∗ 𝐼 (𝐼 là ma

trận đơn vị) Bộ điều khiển được mô tả trong Simulink như sau:

Hình 6.3 Cấu trúc bộ điều khiển PD bù trọng trường

Mô phỏng toàn hệ thống gồm robot và bộ điều khiển trong Simulink như hình

sau:

Hình 6.4 Mô phỏng điều khiển robot Kết quả mô phỏng điều khiển biến khớp 𝑄 của robot dưới tác động trọng

trường cho kết quả tốt, biến khớp 𝑄 xác lập sau khoảng 4 giây với đồ thị đáp

ứng của một biến khớp 𝜃2 như hình sau:

Hình 6.5 Kết quả mô phỏng điều khiển biến khớp 𝜃2

Mô phỏng điều khiển robot với 𝑄𝑆𝑃 = (−𝜋/3, 𝜋/3, 𝜋/3, 𝜋/3, 𝜋/4, 𝜋/6)𝑇 cho kết quả tốt, các biến khớp đều xác lập với đồ thị như hình 6.5, kết quả mô phỏng robot được mô tả như hình sau:

Hình 6.6 Hình 3D mô phỏng điều khiển robot

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Robot công nghiệp - GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc

2 Trang web:

https://motoman.com/en-us/products/robots/industrial/assembly-handling/ep-series/ep4000d

3 Datasheet - 2bbf86788edc/163305-1CD.pdf.aspx

https://motoman.com/getmedia/a164a96d-f479-407a-95e2-4 Instruction Manual - b35e-54d52837ed0c/EP4000D_EPH4000D-DX100.pdf.aspx