BÀI GIẢNG ROBOT CÔNG NGHIỆP

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC Ụ Ọ• Cung cấp những kiến thức tổng quan về kỹ thuật robot • Cung cấp những kiến thức tổng quan về kỹ thuật robot và robot công nghiệp • Hiểu và vận dụng các phương pháp

Trang 1

ROBOT CÔNG NGHIỆP Ệ

GV: TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT GV: S NGU N ỨC O

Trang 2

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC Ụ Ọ

• Cung cấp những kiến thức tổng quan về kỹ thuật robot

và robot công nghiệp

• Hiểu và vận dụng các phương pháp nghiên cứu thíchhợp để khảo sát về cấu tạo, động học và động lực họcrobot

Trang 3

NỘI DUNG MÔN HỌC

• Tổng quan về robot và ứng dụng

• Quá trình phát triển

Định nghĩa Phân loại

• Định nghĩa – Phân loại

Cấu tạo hình học và các kiểu chuyển động của robot công

• Cấu tạo hình học và các kiểu chuyển động của robot côngnghiệp

• Các phương pháp điều khiển và phương tiện lập trình

Trang 4

ĐỘNG HỌC ROBOT TAY MÁY

• Các phương pháp nghiên cứu động học robot – tay máyp g p p g ộ g ọ y y

• Phương pháp tọa độ thuần nhất và các ma trận Denavitz –artenbergg

• Các bài toán động học và phương pháp giải

ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT – TAY MÁY

• Mục đích của bài toán ĐLH

Thiết lập phương trình chuyển động của cơ hệ nhiều bậc tự

• Thiết lập phương trình chuyển động của cơ hệ nhiều bậc tự

do - Phương trình Lagrange loại II

ÁP DỤNG MATLAB TRONG VIỆC GIẢI BÀI TOÁN

ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TAY MÁY Ộ Ọ Ộ Ự Ọ

Trang 5

ĐIỀU KHIỂN ROBOT – TAY MÁY

Các nguồn dẫn động cơ bản

• Các nguồn dẫn động cơ bản

Cơ hế điề khiể ị t í

• Cơ chế điều khiển servo vị trí

Ý hĩ ủ á bài á độ h iệ điề

• Ý nghĩa của các bài toán động học trong việc điều khiển robot

• Các kiểu điều khiển robot công nghiệp

• Điều khiển robot tự hành (mobile robot)

Trang 6

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ROBOT

Các giai đoạn thiết kế à tích hợp hệ thống

• Các giai đoạn thiết kế và tích hợp hệ thống

• Thiết kế động học robot

ế ế ầ ế ấ ề

• Thiết kế phần kết cấu truyền động robot

• Thiết kế phần điều khiển robot

• Thử nghiệm – hiệu chỉnh

• Kiểm tra và đánh giá chất lượng hoạt động của robot

Trang 7

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Thảo luận trên lớp

• Tham khảo tài liệu được cung cấp làm cơ sở ban đầu

để thuyết trình theo nhóm về những chủ đề được phâny g ợ pcông

PHƯƠNG THỨC ĐÁNH GIÁ

• Kết quả thuyết trình trên lớp

• Kết quả kiểm tra giữa kỳ

• Kết quả thi cuối khóa

Trang 8

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phillip John McKerrow, Introduction to Robotics, British Library, England, 1993

[2] Andrew C Staugaard, Jr., Robotics and AI, An Introduction to Applied

Machine Intelligence Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1987 [3] Lê Hoài Quốc, Kỹ thuật người máy, Phần I: Robot Công Nghiệp, NXB HQG

TP HCM, 2003, 2005 (tb)

Trang 11

MA TRẬN VÀ CÁC PHÉP TOÁN

VẾT (DẤU) CỦA MA TRẬN VUÔNG

Trang 12

CỘNG VÀ NHÂN MA TRẬN VỚI ĐẠI LƯỢNG VÔ HƯỚNG

Trang 13

NHÂN MA TRẬN

Trang 14

NHÂN MA TRẬN

Trang 15

NHÂN MA TRẬN

VÍ DỤ:

Trang 16

VI PHÂN, TÍCH PHÂN VÀ MA TRẬN ĐƠN VỊ

Trang 17

MA TRẬN NGHỊCH ĐẢO

C: ma trận phần phụ đại số

Trang 18

MA TRẬN NGHỊCH ĐẢO

Ví dụ:

Trang 19

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỔ ĐẠI ỊỊ CỔ ĐẠI Ạ

Trang 20

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VIỄN KHOA HỌC VIỄN TƯỞNG

Trang 21

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ỊỊ ỨNG DỤNG Ụ

Trang 22

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ỊỊ ỨNG DỤNG Ụ

Trang 23

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ỊỊ

Trang 26

VI DU

Các thao tác đơn Các thao tác đồng thờiCác thao tác đơn Các thao tác đồng thời

Trang 27

VI DU

Các thao tác đơn Các thao tác đồng thờiCác thao tác đơn Các thao tác đồng thời

Trang 28

VI DU

Trang 29

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Trang 31

Trang 32

ROBOT CÔNG NGHIỆP –– THUẬT NGỮ THUẬT NGỮ

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Trang 36

ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ Ệ HỆ TỌA Ệ Ệ Ọ TỌA ĐỘ Ọ ĐỘ Ộ

(COORDINATE FRAMES)

Robot gồm nhiều khâu liên kết (links) với nhau

Khâu liên kết đầu (base): không chuyển động

ế

Các liên kết được thực hiện qua các khớp động (Joints)

Hệ tọa độ gắn với khâu liên kết đầu: hệ tọa độ

Trang 37

ROBOT CÔNG NGHIỆP BẬC TỰ DO Ệ BẬC TỰ DO Ậ Ậ Ự Ự

(DOF

(DOF –– DEGREES OF FREEDOM) DEGREES OF FREEDOM)

• Số khả năng chuyền động của một cơ cấu (chuyển động quay, tịnh tiến)

• Đề dịch chuyển một vật trong không gian, cơ cấu chấp hành của

Trang 38

ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ Ệ HỆ TỌA Ệ Ệ Ọ TỌA ĐỘ Ọ ĐỘ Ộ

(COORDINATE FRAMES)

Hệ t độ t ê R b t t â th tắ bà t hải

Hệ tọa độ trên Robot tuân theo quy tắc bàn tay phải:

Sử dụng On để chỉ hệ tọa độ gắn trên khâu thứ n

Không gian làm việc (Workspace – Ranger of Motion ):

Trang 39

ROBOT CÔNG NGHIỆP KẾT

KẾT CẤU CẤU TAY TAY MÁY MÁY KẾT

KẾT CẤU CẤU TAY TAY MÁY MÁY

Tay máy: thành phần quan trọng quyết định khả năng y y p q ọ g q y ị glàm việc của Robot

Được thiết kế đa dạng: cơ cấu tay con người, loài vật…

Các thông số cần quan tâm đối với tay máy:

Trang 40

Trang 41

Trang 42

PHÂN PHÂN LOẠI LOẠI PHÂN

PHÂN LOẠI LOẠI

Phân loại theo kết cấu:

Theo tọa độ: Đề các trụ cầu góc Theo tọa độ: Đề các, trụ, cầu, góc…

Trang 43

PHÂN PHÂN LOẠI LOẠI PHÂN

PHÂN LOẠI LOẠI

Phân loại theo ứng dụng:

Robot son hàn Robot son, hàn…

Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương ạ ặ g p gpháp điều khiển

Trang 44

CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỔI THUẦN NHẤT

(Homogeneous Transformation)

Trang 45

Khi hiê ứ ối hệ iữ R b t à ật thể

• Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa Robot và vật thể:

• Vị trí (Position) tuyệt đối của điểm, đường cong, mặt( ) y g gcủa vật so với điểm tác động cuối (End effector) củarobot

• Định hướng (Orientation) của khâu chấp hành cuối khivận động, hoặc định vị tại một vị trí

• Để mô tả mối quan hệ này: sử dụng các phép biến đổi

h ầ hấ

thuần nhất

Trang 46

Trang 47

Trang 48

• Dịch chuyển tịnh tiến (Translation)

• Thông số hệ tọa độ Fg ệ ọ ộ 22 qua hệ tọa độ Fq ệ ọ ộ 11

Trang 49

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Trang 54

Trang 55

Trang 56

ROBOT CÔNG NGHIỆP CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỔI THUẦN NHẤT

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Trang 60

• Các đặc điểm vật lý:

ế ổ ầ ấ

• Ma trận biến đổi thuần nhất giữa các hệ tọa độ

: vector dịch chuyển tịnh tiến của

ma trận biến đổi của điểm xác định trong hệ tọa độ

Fii sang hệ tọa độ Fg i-1i 1

Trang 61

Trang 62

• Ma trận dịch chuyển tịnh tiến

• Vd:

Trang 63

Trang 64

• Ma trận quay

Trang 65

Trang 66

Trang 67

• Vd:

• Dịch chuyển hệ tọa độ 10 cm theo trục

• Quay một góc 90 xung quanh trục

• Xác định ma trận chuyển đổi F2 / F0

Trang 68

• Solution:

Trang 69

• Vd:

• Dịch chuyển hệ tọa độ 10 cm theo trục

• Quay một góc 90 xung quanh trục

• Xác định ma trận chuyển đổi F2 / F0

Trang 70

• Solution:

Trang 71

• Vd: Ma trận RPY

• Quay một góc xung quanh

• Quay một gócQuay một góc xung quanhxung quanh

Trang 72

Trang 73

Trang 74

Trang 75

Trang 76

ROBOT CÔNG NGHIỆP ĐỘNG HỌC THUẬN (KINEMATIC EQUATIONS)

Bài toán thuận:

Xác định vị trí của tay máy so với hệ tọa độ gốc

Trang 77

Bài toán thuận:

Ma trận T = Dịch chuyển + Hướng quay của F / F

Ma trận T3 = Dịch chuyển + Hướng quay của F3 / F0

Trang 78

Bài toán thuận:

Xây dựng mô hình robot dựa trên các yếu tố: vị trí vân tốc

Xây dựng mô hình robot dựa trên các yếu tố: vị trí, vân tốc, gia tốc, tải trọng

Ma trận thuần nhất trong bài toán thuận đặc trưng qua 4 thamsố:

Trang 79

Trang 80

4 tham số ma trận động học thuận:

Trang 82

4 tham số giữa các hệ tọa độ nối tiếp qua phép quay và tịnh tiến:

Trang 83

Ma trận quan hệ giữa các hệ tọa độ:

Trang 84

Với khớp tịnh tiến ai, θi = 0 :

Trang 85

Thuật toán:

Đánh số thứ tự khớp từ 1 tới n

Hệ tọa độ gốc F0

Trang 86

Thuật toán:

Trang 87

Thuật toán:

Trang 88

thuật toán:

Trang 90

Xác định bảng tham số

Trang 95

Sử dụng công thức

Mô hình động học

Trang 96

Kiểm tra

Trang 97

Mô hình Robot

Ma trận thuần nhất giữa vật và tay máy

Trang 98

Xác định tọa độ tay máy nếu biết

Trang 100

ROBOT CÔNG NGHIỆP ĐỘNG HỌC NGƯỢC (KINEMATIC INVERSE)

Trang 101

ROBOT CÔNG NGHIỆP ĐỘNG HỌC NGƯỢC (KINEMATIC INVERSE)

Trang 102

ĐỘNG HỌC NGƯỢC (KINEMATIC INVERSE)

Dữ liệu:ệ

Vị trí X của vật (tay máy)

Các thông số của Robot (chiều dài; vận tốc,…)

Ma trận dịch chuyển Gk và C

Xác định

Trang 103

Ma trận X ?

X = thông tin về tọa độ đối tượng

Trang 104

Ma trận X ?

X = thông tin về tọa độ đối tượng

Trang 105

Ví dụ:

Dựa vào hình vẽ hãy xác định XDựa vào hình vẽ hãy xác định X

Xác định X khi dịc chuyển và phép quayRPY

Trang 107

Giải thuật:ậ

Tìm các phương trình lượng giác

Tối giản phương trình

Trang 108

Giải thuật:ậ

Tìm các phương trình lượng giác

Biết Chưa biết

Trang 109

Vd:

Tìm các phương trình nếu biết

Trang 110

Vd:

Tìm các phương trình

Trang 111

Vd:

Trang 113

Kỹ thuật

Trang 114

Kết quả:

Trang 115

Giải các phương trình lượng giác

Trang 116

Nếu 1:Nếu 1:

Thì có hai khả năng sau:g

Trang 117

Nếu 2:Nếu 2:

Thay:y

Nhận được:

Hay:

Trang 118

Trang 120

Trang 121

Nếu 4:Nếu 4:

Nghiệm duy nhất:

Trang 122

Giải các phương sau:

Trang 123

Dấu ± trong các phương trình của robot:

Trang 124

kết quả:

Trang 126

MA TRẬN JACOBIENNE

Khớp tay máy

Tọa độ gốc

Vật thể

Trang 128

MA TRẬN JACOBIENNE NGHỊCH

Khớp tay máy

Tọa độ gốc

Vật thể

Trang 130

Giải thuật:

Xác định:

Công thức (2 12) được viết lại dưới dạng:

Công thức (2.12) được viết lại dưới dạng:

Đại lượng và là chưa xác định trong (2.12)

Khớp dich chuyển tịnh tiến và khớp quay

Trang 131

VD1:

Xác định vận tốc và gia tốc khi

Robot dịch chuyển tịnh tiến theo d ii

và với giả thiết các hệ tọa khớp khác

Trang 133

Giải thuật:

Trên cơ sở vd1 và vd2 thu được:

Đối với khớp trượt:

Đối với khớp quay:Đối với khớp quay:

Với i=1 tới n sử dụng công thức (2.13)

Cần xác định:

Trang 136

Mô hình Robot

Ma trận thuần nhất giữa vật và tay máy

Trang 137

 vector vector xác định qua cột thứ 4 của ma trận xác định qua cột thứ 4 của ma trận

Trang 139

Giải há

Giải pháp:

Xác định ma trận A i và T 3 :

Trang 141

Giải há

Giải pháp:

Trang 142

Giải há

Giải pháp:

Vận tốc:

Trang 144

ể

Mục đích: quỹ đạo làm việc đặc biệt (điểm kỳ dị) củatay máy

Trang 145

•Gần các điểm đặc biệt sẽ không tồn tại nghiệm duy nhất cho bài toán động học nghịch (Có thể vô nghiệm hay vô số nghiệm)

Trang 146

ể

Vd: quỹ đạo làm việc đặc biệt (điểm kỳ dị) của tay máy 6 trục

Trang 147

ể

Vd: quỹ đạo làm việc đặc biệt (điểm kỳ dị) của tay máy con người

Trang 149

Giải há

Giải pháp:

Trang 153

Lập Lập trình trình robot robot công công nghiệp nghiệp

NGÔN NGỮ RAPID

Trang 157

Lập Lập trình trình robot robot công công nghiệp nghiệp

Chương trình con:

Định dạng
Số trang	158
Dung lượng	5,68 MB

BÀI GIẢNG ROBOT CÔNG NGHIỆP

ĐỘNG HỌC THUẬNĐỘNG HỌC THUẬN