Báo cáo bài tập lớn học phần Robotics

Tính vận tốc điểm tác động cuối E.. Tính vận tốc góc các khâu.. Tính vận tốc điểm tác động cuối.. Tính gia tốc góc khâu thao tác.. Cho vị trí, vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối, hướng,

MỤC LỤC

ĐỀ BÀI 3

BÀI LÀM 4

1 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 4

1.1 Vẽ hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H và lập bảng thông số D-H 4

1.2 Tính các ma trận D-H: 4

1.3 Xác định vị trí điểm tác động cuối khâu thao tác, hướng của khâu thao tác: 5

1.4 Vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối 6

1.5 Vận tốc góc, gia tốc góc khâu cuối 6

1.6 Bài toán động học ngược 10

2 TĨNH HỌC ROBOT 11

2.1 Lực dẫn động khâu 3: 12

2.2 Lực dẫn động khâu 2: 14

2.3 Lực dẫn động khâu 1: 15

3 ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 16

3.1 Động năng 17

3.1.1 Ma trận Jacobi tịnh tiến trọng tâm các khâu 17

3.1.2 Ma trận Ten-xơ quán tính 18

3.1.3 Ma trận khối lượng 18

3.2 Thế năng 18

3.3 Lực suy rộng 18

3.4 Tính toán bằng phần mềm MAPLE 19

4 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO 26

5 ĐIỀU KHIỂN ROBOT 28

5 Tính vận tốc điểm tác động cuối E Tính vận tốc góc các khâu

6 Tính vận tốc điểm tác động cuối Tính gia tốc góc khâu thao tác

7 Cho vị trí, vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối, hướng, vận tốc góc, gia tốc góc khâu thao tác

8 Tính các tọa độ khớp

9 Tính vận tốc, gia tốc dài của các khâu tương ứng với các khớp tịnh tiến

10 Tính vận tốc góc, gia tốc góc của các khâu tương ứng với các khớp quay

11 Khảo sát bài toán tĩnh học robot theo một trong các câu: 13, 14, 15

12 Thiết kế quỹ đạo chuyển động như câu 16

13 Khảo sát động lực học theo nội dung một trong các câu 17, 18

14 Thiết kế mô hình điều khiển robot theo một trong các câu 19, 20, 21

15 Lập trình tính toán, vẽ đồ thị bằng phần mềm MAPLE, MATLAB, mô phỏng điều khiển robot bằng MATLAB, SIMULINK

1 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

1.1 Vẽ hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H và lập bảng thông số D-H

Bảng thông số D-H của tay máy robot:

1 3 1 3 1 0

thay vào ta được gia tốc aE:

1.5 Vận tốc góc, gia tốc góc khâu cuối

- Vận tốc góc khâu cuối:

1 3 1 3 1 0

 Cho quy luật chuyển động của các khâu như sau:

Ta vẽ có đồ thị biểu diễn vị trí, vận tốc, gia tốc của điểm thao tác E:

Vị trí:

Vận tốc:

Gia tốc:

Và đồ thị vận tốc góc, gia tốc góc của khâu 3:

Vận tốc góc:

Ta được 4 bộ nghiệm

1 2 3

q q q

-0.55859931530.5433981132-1.570796327

-.1573033707 0.3285993428 ( / ) 0.5

3

-0.0197058310 0.1995750313 ( / ) 0.2500000000

0 0 0 3,2 4,3 3

0 0 0 3 0 0 3 0 3,2 4,3 2 3,2 c3 3

m g+Fz 1

m g F 2

1 -m gs 2F 2 2

F

Z x

Z x x

16 2-8.94 6 -8 2

16 2-8.94 6 -8 2

0 0 0 2 0 0 2 0 2,1 3,2 1 2,1 c2 2

2 1 1

00

0 0 0 1 0 0 1 0 1,0 2,1 0 1,0 c1 1

 1 1   0 1 0 1 1

0 0, 1 , 0 ;T 0 1 0

r  d r  R r với

1 1 0

1 1 1

00

2

0 0 0 2

o T – Động năng của cả hệ robot

o Π – Thế năng của cả hệ robot

o qi – tọa độ suy rộng thứ i

o Qi – Lực suy rộng của các lực không thế ứng với tọa độ suy rộng qi

o Ui – Lực/Momen điều khiển ứng với tọa độ suy rộng qi.

o n – Số bậc tự do của robot

Phương trình động lực học dạng ma trận:

( ) ( , ) ( )

M q qC q q qG q  Q U Trong đó:

o  

1 ( )

3.1.1 Ma trận Jacobi tịnh tiến trọng tâm các khâu

Ma trận Jacobi tịnh tiến các trọng tâm các khâu:

2 2

Lực suy rộng  

1

T T

Ti i Ri i i

Ma tran Denavit Hartembeg: DH(theta, d, a, alpha)

Nhan 2 ma tran: nhan2(A,B)

Nhan 3 ma tran: nhan3(A,B,C)

ma tran Jacobi 3dof : J(A,q1,q2,q3)

ma tran Jacobi 2dof: J(A,q1,q2)

Rut gon: rutgon(A)

tao ma tran song: w2ws(w)

van toc goc tu ma tran song: ws2w(ws)

> # -Nhập các biến khớp của robot: -#

> # -các ma trận D-H -#

> # -Nhập tọa độ trọng tâm các khâu của rb -#

> # -Ma trận Jacobi tịnh tiến trọng tâm các khâu -#

>

tao ma tran omega tu ma tran DH: w(A)

>

>

> # =>ĐỘNG NĂNG -

> # Tính ma trận C -

# hàm tính ma trận C #

>

4 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO

Cho 2 điểm A(0.2, 0, 0.5) và B( 0.6, 0.8, 0.7) trong không gian thao tác của robot Quỹ đạo của điểm tác động cuối của robot theo đường thẳng từ A đến B trong khoảng thời gian te(s)

Phương trình đường thẳng từ A(xA,yA,zA) đến B(xB, yB, zB) :

x t a a ta t a t Với điều kiện vận tốc đầu và cuối bằng 0 ta được:

0

(0) 0

(0) 0 ( )

( ) 0

A

x x

e B e

2 2

3 3

0 3( ) 2( )

A

B A e

B A e

2(0.6 0.2)

0.0064 5

3 3

Đồ thị biểu diễn vị trí điểm tác động cuối của robot theo 3 phương:

Đồ thị trong không gian:

5 ĐIỀU KHIỂN ROBOT

Điều khiển hệ thống theo luật điều khiển PD

Xây dựng mô phỏng trên MATLAB-SIMULINK như sau:

Khối controller-PD:

Khối control-nonlinear:

Khối robot system: