Luận văn Điều khiển lai vị trí lực tương tác cho robot planar ba bậc tự do theo phương pháp thích nghi

Robot ngày cảng khóc léo và thông mình, được coi là sẵn phẩm điển hình của nghành kỹ thuật mới: nghành co-dién ti Mechatronics Bản luận văn có nhiệm vụ nghiên cứu điều khiển Robot, ứng

Trang 1

_BO GIAO DUC VA DAO TAO | TRUONG DAI HOC BACH KHOA HÀ NỘI

PHAM ANH QUAN

_ DIEU KHIEN LAI VI TRi- LUC TƯƠNG

TAC CHO ROBOT PLANAR BA BAC TY DO

THEO PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỌNG HÓA

Hà Nội - 2008

Trang 2

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

PHAM ANH QUAN

_ DIEU KHIEN LAI VI TRi- LUC TƯƠNG

TAC CHO ROBOT PLANAR BA BAC TU DO

THEO PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYEN NGANH: TU DONG HOA

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC

TS NGUYEN PHAM THUC ANH

Hà Nội - 2008

Trang 3

LOT CAM ON

Sau một thời gian thực tập và nghiên cứu, tôi đã cơ bản hoàn thành đề tải

luận văn tốt nghiệp “ĐIỂU KHIẾN LAI VỊ TRI-LUC TUONG TAC CHO

ROBOT PLANAR BA BAC TỰ DO THEO PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHỊ”

Cho tôi được bảy tổ lòng biết ơn chân thành nhất đến 7§án Sỹ Nguyễn Phạm

Thục Anh-Cñảng viên bộ mẫn Tự Động Hóa XNCN-Khoa Điện-Trường Đại Hạc

Bách Khoa-Hà Nội đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Xin bay 16 lỏng biết ơn lới các thầy cô trong Bộ môn Tự Động Hóa thuộc

Khoa Diện lrường Lại Học Bách khoa Hà Mội đã hướng dẫn và đào tạo tôi trong,

suốt giai đoạn học Lập và nghiên cứu sau Đại Học

Tôi cũng xin bảy t lỏng biết ơn sâu sắc đến gia dinh và bạn bẻ, những người

luôn ủng hệ, khích lệ đề tôi yên tâm nghiên cứu, làm việc vả trưởng thành như ngày

Trang 4

Tom tat luận văn

Vào đầu thế kỷ trước, ý tưởng đầu tiên về Robot xuất hiện, thể hiện

ước mơ cháy bỏng của con người là tạo ra những người máy dễ thay thể

mình trong những công việc nặng nhọc, nhằm chán, nguy hiểm Vào khoảng,

năm 1940, mẫu Robot đầu tiên (Master-Slave manipulator) ra déi tai phỏng

thí nghiệm quốc gia Oak Ripge va Argonne cia Hoa Kỳ, dễ vận chuyển các

hoạt chat phóng xạ Dén thập kỷ 80 trên thế giới đã có 40 nghin Robot thuộc

300 kiểu, do 200 hãng tham gia sản xuất Ngày nay, Robot đã được sử dụng

rộng rãi trong sản xuất, nghiên cứu khoa học và đời sống 13 là thiết bị

không thể thiểu được Irong các hệ thông sản xuất, đặo biệt là các hệ thống

sẵn xuất lĩnh hoạt Robot ngày cảng khóc léo và thông mình, được coi là sẵn

phẩm điển hình của nghành kỹ thuật mới: nghành co-dién ti (Mechatronics)

Bản luận văn có nhiệm vụ nghiên cứu điều khiển Robot, ứng dụng vào điều khiển Robot Planar ba bậc tự do tương tác vị trí-lực bằng phương

pháp thích nghỉ Từ đó, mô phỏng quỹ đạo chuyển động của RoboL trên

không gian khớp bằng Matlab-Simulink

Dễ thực hiện được nhiệm vụ nghiền cửu đề ra học viên đã nghiền cứu:

-_ Tổng quan về Robot công nghiệp

- Mô hinh toán học của Robot Planar

-_ Lý thuyết điều khiển Robot

- ‘Tir mé hình toán học xây dựng mô hình mô phông theo luật diều

khiển thích nghị, kiểm tra tính n định và thời gian đáp ứng của hệ thống

Bản luận văn góp phần quan trọng trong việc tiếp cân với hệ thống

điều khiển thông minh và linh hoạt, được xây dựng dựa trên những mỗ

phéng Matlab-Simulink Pay là diều kiện chuẩn bị cho các bước tiến hành

thử nghiệm thực tế

Trang 5

2

LOT NOT DAT

Vào đầu thé kỷ trước, ý tưởng đầu tiên về Robot xuất hiện, thể hiện ước mơ

chảy bồng của con người là tạo ra những người máy dễ thay thế mình trong những

công việc năng nhọc, nhằm chán, nguy hiểm Vào khoảng năm 1940, mẫu Robot

đầu tién (Master-Slave manipulator) ra đời tại phòng thí nghiệm quấc gia Oak

Rigge va Argonne của Hoa Kỳ, để vận chuyển các hoạt chất phóng xạ Đến thập kỷ

80 trên thê giới đã có 40 nghìn Robot thuộc 500 kiểu, do 200 hãng tham gia sản

xuất Ngày nay, RoboL đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, nghiên cứu khoa

học và đời sống Đó là thiết bị không thể thiểu được trong các hệ thông sản xuât,

đặc biệt là các hệ thống sản xuất linh hoạt Robot ngày cảng khóo léo và thông

minh, dược coi là sản phẩm diễn hình của nghành kỹ thuật mới: nghành cơ-diễn tử

(Mechatronics)

Tản luận văn có nhiệm vụ nghién ctu diéu khién Robot, img dung vio diéu

khiển Robot Planar ba bậc tự do tương tác vị trí-lực bằng phương pháp thích nghỉ

Từ đó, mê phỏng quỹ đạo chuyến động của RoboL trên không gian khớp bằng

Matiab-Simulink

Tế thực hiện được nhiệm vụ nghiên cửu để ra học viên đã nghiền cứu:

-_ Mô hinh toán học của Robot Planar

-_ Từ mô hình toán học xây dựng mô hình mô phỏng theo luật điều khiển

thích nghĩ, kiểm tra tính ôn định và thời gian đáp ứng của hệ thống

Bản luận văn góp phần quan trọng trong việc tiếp cận với hệ thông điều

khiển thông minh và linh hoạt, được xây dụng dựa trên những mẽ phỏng Miatlab-

Simulink Pay là điều kiện chuẩn bị cho các bước tiền hành thử nghiệm thực tế

Học viên: Phạm Anh Quân- Tự động hoá XNCWN

Trang 6

3.3.1 Diéu khién logic mé

3.3.2 Điều khiển trượt -

3.3.3 Điều khiển thích nghỉ

3.3.4 Mạng Nơron

.4 Áp dụng vào Robot planar ba bậc tự do

3.4.1 Điều khiển theo luật PD-bùủ trọng trường

3.4.2 I uật diều khiển 1.ee-Slotine

3.4.3 Luật điều khiển thích nghỉ dựa trên cơ sơ mô hình

3.4.4 Điều khiến vị trí của Robot theo luật PD-bù trọng trường đưới tác

dụng của lục 7ˆ

3.4.5 Điều khiển thích nghỉ Tương tác

Chương IV: Mô phúng trên Matlab-Siraulink

4.1 Thông, số của Robot Planar ba bic tw do

4.2 Kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink

42 1 Luật diễu khiển PD bù trọng trường

42.2 Luật diều khiển thích nghị dựa trên cơ sở mô hình

4.2.3 Luật điều khiến thích nghí tương tác vị trí-lực

Trang 7

Tom tat luận văn

Trang 8

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 9

Chương I: Tổng quan về Robat công nghiệp

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Cấu tạo của Robot

1.1.2 Các chuyển động của Robot

1.1.3 Hệ thống truyền động

1.1.4 Hệ thống cảm biến

1.2 Phân loại Robot công nghiệp

1.2.1 Phân loại thco dạng hình học không gian làm việc

1.2.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển

1.2.3 Phân loại theo số bậc tự do

1.2.4 Phân loại theo hệ thống truyền ding

1.3 Các ứng dụng của Robot

1.3.1 Ưu điểm của RoboL

1.3.2 Các xu hướng ứng dụng của Robot

1.4 Tổng quan về sáo phương pháp điều khiển Robot

Chương LI: Phương trình động lực học Robot

2.1 Bài toán động học vị trí

2.2 Động học vị trí Robot Planar ba bac tu do

2.3 Phương trình động học ngược

3.4 Đông lực học Robat

2.4.1 Phuong trinh Lagrange

2.4.2 Phương trình động lực học Robot Planar ba bậc t tự ráo

Chương II: Lý thuyết điều khiển Robot

êu khiển tự dông,

3.2 Phương pháp diều khiển cổ diễn

3.3 Phương pháp điều khiến thông minh

Trang 10

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các thành phần chính của Robot

Hình 1.2 Robot tọa độ vuông góc

Hình 1.3 Robot tọa độ trụ

Hìmh 1 4 Robot lọa độ

Hình 2.1Robot Planar ba bậc tự do

Tĩnh 3.1 Mô hình động cơ kiểu kích từ độc lập

Hình 3.2 Mô men trên các trục động cơ

Tĩnh 3.3 Sơ đồ khối hàm truyền chuyển động 1 bậc tự đo

Hình 3.4 Sơ đề khi của một hệ thống mở

Tĩnh 3.5 Sơ đồ nguyên lý điều khiển trượt

u

Hình 3.6 Cầu trúc chung của bộ điều khiển thích nghĩ tự chỉnh (STR)

Hình 3.7 Bộ điều khiển thích nghi đựa trên mô hình miu

Tlinh 3.8 Bộ điều khiển thích nghỉ đựa trên cơ sở mô hình

Hình 3.9 Sơ đề quỹ

Hình 3.10 Sơ dễ vân

Tĩnh 3.11 Điều khiển thích nghỉ tương tác vị trí-lực

Hình 4.1 Quỹ đạo qi-luật PI2 bủ trọng trường

Hình 4.2 Quỹ đạo q¿-luật PD bù trọng trưởng

Hình 4.3 Quỹ đạo g›-luật PD bu trong trường

Hình 4.4 Quỹ dạo qu-luật PD bù trọng trường khi gắp vật mạ

Tĩnh 4.5 Quỹ đạo q;-luật PD bù trọng trường khi gắp vật mạ

Hình 4.6 Quỹ đạo oa-luật PI2 bủ trọng trường khi gắp vật ma

Hìmh 4.7 Quỹ đạo q1-luật thích nghĩ trên cơ sở mồ hình

Hình 4.8 Quỹ đạo g2-luật thích nghỉ trên cơ sở mô hỉnh

Hìmh 4.9 Quỹ dạo q3-luật thích nghĩ trên cơ sở mồ hình

lạo q;-kuật thích nghỉ trên cơ sở mô hình (m4=20kg)

TTinh 4.12 Quỹ đạo q;-luật thích nghỉ trên cơ sở mê hình (m4=20kg)

Hình 4.13 Quỹ dạo điều khiển không pian khớp -

Hình 4.14 Quỹ đạo tính toán từ đồng học ngược không gian Kc

Hình 4.15 Sai lệch vị trí không gian khớp

Trang 11

3.3.4 Mạng Nơron

Trang 12

Trang 13

u

Trang 14

Chuong I

TONG QUAN VE ROBOT CONt

1.1 Giải thiện chưng

NGIIẸP

Từ giữa thể kỹ 18, J.de.Vaucanson đã xây dựng thành công máy băn kết câu

cơ khi có thế chơi nhạc, phục vụ mục đích giải trí Đây dược coi là sẵn phẩm dầu tiên của Robot Tiếp đó, Henri Maillardet chế tạo một húp bề máy có khá năng vẽ

tranh, nó trình diễn đầu tiên ở Philadelphia nim 1805

Thuật ngữ “Robot” xuất hiện năm 1922 trong tac phim “Rossum’s

Universal Robot” của Karel Capek Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng đã bắt đầu

thành hiện thực Sau thé chiến 2, ở Iloa Kỳ đã xuất hiện những lay máy chép hình điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liêu phóng xa Vào giữa những, năm 50 thì xuất hiện các loại tay máy chép hình thủy lực và điện từ như tay máy

Mmoltaur T hoặc Handyman của Gencral Elcctric

Robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1961 tại một nhà máy ô tô của General Motor tai Trenton, New Jersey, Iloa Ky

Năm 1967, Nhật Bán mới nhập chiếc rohot công nghiệp dầu tiền tit cong ty AMF

Iloa Ky và đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản đưa ra các loại robot nếi tiếng

Những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot dã chú ý nhiều đến

sự lắp đặt thêm các loại cảm biển ngoại tín hiệu đề nhận biết mồi trường làm việc Tại

trường đại học tổng hợp 8umlurd, người 1a đã tạo ra loại robot lắp ráp tự động điều khiển

bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ cảm biển vả thị giác

Từ những năm 80 và 90, do sự áp dụng rộng rãi các tiễn bộ khoa học kỹ thuật, nhất

à ví xử lý và công nghệ thing tin, số lượng robot công nghiệp tăng lên, giá thành giám và

tỉnh năng thì vượt trội Nhờ vậy, robot công nghiệp có vị trí quan trọng trong các dây

chuyển tự động sản xuất hiện đại

Trang 15

Thesis Summary

At the beginning of last contury,the idea of Robot had been Moaled,

which showed the dream of mankind in the creation of machine that can

replaced human in tedious and dangerous works In around 1940, the first

robot model (master — slave manipulator) was invented at the National

Laboratory at Oak Riddge and Argonne in the Linited States to transport

radio active substances Al the 1980s, there had been around 40,000 machine

robots in 500 models;those were produced by 200 companies in all around the world Today, robots were widely used in productions, science research and daily life, especially in flexcible line productions Robot has become

smarter and considered as the products of new field: the Mechatronics

‘The purpose of this thesis is to study the control of Robot, application

in contral the Robot Planar with three free dimmentions Krom that, simulate

the movement of robot on space by Matlab — Simulink

To accomplish the goal of this thesis, the candidate had studied:

- Overall of industrial Robot

- Mathematical model of Robot Plancr

- From the Mathematical model to build the stimulated model based on

adaption controlling, check Lor stability and time response of the

Trang 16

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 17

Tom tat luận văn

Trang 18

Trang 19

Chuong I

NGIIẸP

Trang 20

Tom tat luận văn

Trang 21

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 22

Thesis Summary

Trang 23

3.3.4 Mạng Nơron

Trang 24

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 25

Chuong I

NGIIẸP

Trang 26

Chuong I

NGIIẸP

Trang 27

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 28

Trang 29

3.3.4 Mạng Nơron

Trang 30

u

Trang 31

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 32

Tom tat luận văn

Trang 33

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Trang 34

Tom tat luận văn

Trang 35

Thesis Summary

Trang 36

Trang 37

2

LOT NOT DAT

(Mechatronics)

Matiab-Simulink

Tiêu đề	Điều khiển lai vị trí lực tương tác cho robot planar ba bậc tự do theo phương pháp thích nghi
Tác giả	Phạm Anh Quân
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Phạm Thục Anh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Tự động hóa
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	564,68 KB