Do An Thiet Ke He Thong Co Dien Tu

Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử của nhóm sinh viên trường ĐH BKHN thực hiện được hội đồng đánh giá cao . Các nội dung trong đồ án rất chi tiết gồm các phần tính toán thiết kế , thiết kế điều khiển robot và mô phỏng lập trình trên Ardurio .

Trang 1

Nhóm sinh viên CĐT-K59 Trang 1

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1) Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp 4

1.2) Phân loại robot 5

1.3) Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp 10

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT 11

2.1) Thiết kế mô hình robot 11

2.2) Bậc tự do của robot 12

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 13

3.1) Cơ sở lý thuyết 13

3.2) B{i To|n động học thuận 17

3.3) B{i to|n động học ngược 25

3.4) X|c định miền làm việc của robot 27

CHƯƠNG 4: TĨNH HỌC ROBOT 29

4.2) Giải bài toán cụ thể: 29

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG 31

5.1) Các khái niệm về quỹ đạo chuyển động của robot 31

5.2) Thiết kế quỹ đạo đa thức bậc ba 31

5.3) Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác 35

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 38

6.2) Thiết lập phương trình động lực học 40

CHƯƠNG 7: THUẬT TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 49

7.1) Thiết kế bộ điều khiển 49

7.2) Mô phỏng trên matlab 51

CHƯƠNG 8: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 55

8.1) TỔNG QUAN VỀ ARUINO VÀ PROTEUS 55

8.2) CODE ĐIỀU KHIỂN 72

KẾT LUẬN 81

Trang 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa

có vai trò đặc biệt quan trọng

Nhằm nâng cao nâng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động, nâng cao năng suất lao động đặt ra là hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao.Robot công nghiệp, đặc biệt là những tay máy robot là bô phận quan trọng để tạo ra những hệ thống đó

Tay máy Robot đã có mặt trong sản xuất từ nhiều năm trước, ngày nay tay máy Robot đã dùng ở nhiều lĩnh vực sản xuất, xuất phát từ những ưu điểm mà tay máy Robot đó và đúc kết lại trong quá trình sản xuất làm việc, tay máy có những tính năng mà con người không thể có được, khả năng làm việc ổn định, có thể làm việc trong môi trường độc hại… Do đó việc đầu tư nghiêc cứu, chế tạo ra những loại tay máy Robot phục vụ cho công cuộc tự động hóa sản xuất là rất cần thiết cho hiện tại và tương lai

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp chúng em làm quen và tìm hiểu kĩ hơn với những vấn đề cốt lõi và cơ bản nhất về robot và rất có ích cho chúng em sau này Qua đó chúng em có thể tìm hiểu sâu hơn và tìm hiểu được cách tiếp cận và giải quyết các vấn đề của môn học Đồng thời qua làm đồ án cũng 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 có rất nhiều vấn đề đặt ra mà trong phạm vi khả năng của chúng em còn hạn chế chưa thể giải quyết triệt để được các vấn đề đặt ra.Vì vậy, chúng em rất mong sự đóng góp sửa chữa và góp ý của quý thầy cô để

em rút kinh nghiệm và bổ sung kiến thức cho chính mình Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tâm huyết của thầy Trần Ích Thịnh đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Trang 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1) Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp

Thuật ngữ “Robot” đã được sử dụng lần đầu tiên bởi Karel Capek trong vở kịch của ông Rosum’s Universal Robots được xuất bản vào năm 1921 Co lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về việc sáng chế nhưng cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động của con người

Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) và các máy công cụ điều khiển số (NC-Numerially Controoled Machine Toll)

Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ trong các viện nghiên cứu nguyên tử lực Đó là những cơ cấu phỏng sinh học bao gồm những khau khớp và các dây chằng gắn liền với hệ điều hành chính là cánh tay của người, thao tác thông qua các cơ cấu khuếch đại cơ khí Cụ thể, nó gồm có mọt bộ kẹp ở bên trong và hai tay cầm ở bên ngoài Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ câu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý cho tay cầm

và bộ kẹp Cơ cấu này dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển đọng của tay cầm Chính vì vậy, mặc dù người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi mốt bức tường có một hoặc vài của quan sát, vân có thể nhìn thấy và thực hiện các thao tác ở bên trong một cách bình thường

Vào khoảng năm 1949 các máy công cụ điều khiển số ra đời nhằm đạp ứng nhu cầu gia công các chi tiết ngành chế tạo máy bay Những robot đầu tiên thực chất là sự kết nối giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số

Đầu thập kỹ 1960, công ty Mỹ AMF (America Machine and Foundry Company) cho ra đời robot công nghiệp được đặt tên là Versatran, do Hary Johnson và Veljko Milenkovic thiết kế

Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Standford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kệp theo vị trí vật kệp nhờ các cảm biến Năm 1974 công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot TTT (The Tomorrow Tool: Công cụ của tương lai) Robot này có thể nâng được vật có khối lượng lên đến 45kg

Trang 5

Những năm 80, nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về

vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có những bước tiến mới

Ngày nay chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động…

Định nghĩa về robot công nghiệp do Viện nghiên cứu robot của Mỹ đề xuất được

sử dụng rộng rãi: “RBCN là tay máy vạn năng, hoạt đọng theo chương trình và có thể lập trình lại để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng khác.”

Ngoài các ý trên, định nghĩa trong 0CT 25686-85 còn bổ sung cho RBCN chức năng điều khiển trong quá trính sản xuất: “RBCN là tay máy tự động được đặt cố định hay di động bao gồm thiết bị dang thừa hành tay máy có một sô bậc tự

do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.”

Chức năng vận động bao gồm các hoạt động “cơ bắp” như vận chuyển, định hướng, xếp đặt, gá kẹp, lắp ráp… đối tượng Chức năng điều khiển ám chỉ vai trò của robot như một phương tiện điều hành sản xuất, như cung cấp dịch vụ và vật liệu, phân loại và phân phối sản phầm, duy trì sản xuất và thậm chí điều khiển các thiết bị liên quan

Với các đặc điểm có thể lập trình lại, RBCN là thiết bị tự động hóa khả trình và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các tế bào hoặc hệ thống sản xuất linh hoạt

1.2)Phân loại robot

1.2.1 Phân loại theo kết cấu

Tay máy kiểu tọa độ Descarte: là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trục hệ tọa độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường công tác có dạng khối chữ nhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn rong mặt phẳng…

Trang 6

Hình 1.1 Robot kiểu tọa độ Đề các

Tay máy kiểu tọa độ trụ: khác với kiểu tay máy Descartes ở khớp đầu tiên, dùng khớp quay thay cho khớp trượt Vùng làm việc của nó có dạng hình trụ rỗng Khớp trượt nằm ngang cho phép tay máy thò được vào trong khoảng nằm ngang

Độ cứng vững của tay máy trụ tốt, thích hợp với tải nặng, nhưng độ chính xác định

vị trong mặt phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng

Hình 1.2 Robot kiểu tọa độ trụ

Tay máy kiểu tọa độ cầu: khác với kiểu trụ do khớp thứ hai (khớp trượt) được thay bằng khớp quay Nếu quỹ đạo của phần công tác được mô tả trong tọa độ cầu thì mỗi bậc tự do tương ứng với một khả năng chuyển động và vùng làm việc của

nó là một khối trụ rỗng Độ cứng vững của tay máy này thấp hơn hai loại trên và

độ chính xác phụ thuộc vào tầm với Tuy nhiên loại này có thể gắp được các vật dưới sàn

Trang 7

Hình 1.3 Robot kiểu tọa độ cầu

Tay máy SCARA: Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanaski ( Nhật Bản) dùng cho công việc lắp ráp Đó là kiểu tay máy đặc biệt gồm hai khớp quay và một khớp trượt, nhưng cả ba khớp đều có trục song song với nhau Kết cấu này làm cho tay máy cứng vững hơn theo phương thẳng đứng nhưng kém cứng vững hơn theo phương được chọn, là phương ngang Loại này chuyên dùng trong công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng Từ SCARA là viết tắt của chữ “Selective Compliance Articulated Robot Actuato” để

mô tả các đặc điểm trên Vùng làm việc của SCARA là một phần của hình trụ rỗng

Hình 1.4 Robot SCARA

Trang 8

Tay máy kiểu tay người: tất cả các khớp đều là khớp quay, trong đó trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia Do sự tương tự giữa tay người, khớp thứ hai được gọi là khớp vai (Shoulder joint), khớp thứ ba là khớp khủy (Elbow joint), nối cẳng tay với khủy tay Tay máy làm việc rất khéo léo Nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của vùng làm việc

Hình 1.5 Tay máy kiểu tay người

Toàn bộ kết cấu ở trên mới chỉ liên quan đến khả năng định vị của phần công tác Muốn định vị nó, cần bổ sung cổ tay Muốn định hướng tùy ý phần công tác, cổ tay phải có ít nhất ba chuyển động quay quanh ba trục vuông góc với nhau

1.2.2 Phân loại theo điều khiển

Có 2 loại điều khiển robot: điều khiển hở va điều khiển kín

Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén…) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số sung điều khiển Kiểu điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp

Điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour)

Trang 9

Hình 1.6 Một dạng Robot điều khiển servo

Với kiểu điều khiển điểm-điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh,…

Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất

kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ quang, phun sơn

Hình 1.7 Robot hàn

Trang 10

1.2.3 Phân loại theo ứng dụng

Cách phân loại này dựa vào các ứng dụng của robot Ví dụ, có robot công nghiệp, robot dùng trong nghiên cứu khoa học, robot dùng trong kỹ thuật vũ trụ, robot dùng trong quân sự, dân dụng…

Hình 1.8Robot dùng trong quân sự của Mỹ

1.3) Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

Một RBCN được cấu thành bởi các hệ thống sau:

+ Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt vá bàn tay (End Effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng

+ Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của tay máy Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng

+ Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường

Trang 11

+ Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát vá điều khiển hoạt động của robot

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT 2.1)Thiết kế mô hình robot

Ở đây em sử dụng phần mềm SolidWords để thiết kế mô hình các khâu và kết cấu của Robot

Mô hình ở đề tài này chỉ dừng ở tính tượng trưng, không đi sau vào thiết kế chi tiết sản phẩm thật Nên các khâu khớp được thiết kế đơn giản để việc tính toán thiết kế được đơn giản hóa hơn Còn thực tế các loại robot công nghiệp thì các kết cấu, liên kết giữa các khâu khớp phức tạp và cần phải tính toán nhiều hơn

Trang 12

2.1.1 Mô hình chung

Hình 2.1: Mô hình robot scara

-Khâu 0 ( Khâu đế ) : Khâu cố định

-Khâu 1: Khâu động quay quanh trục thẳng đứng

-Khâu 2: Khâu động quay quanh trục thẳng đứng song song với trục của khâu cố định

và ở phía cuối khâu 1

-Khâu 3: Khâu động tịnh tiến theo phương song song với trục khâu cố định và ở phía cuối khâu 2

+ f : là số bậc tự do của cơ cấu

+ : Bậc tựdo của không gian trong đó tay máy thực hiện chuyển động

( = 3 ứng với không gian làm việc trong mặt phẳng, = 6 ứng với

không gian làm việc trong không gian)

+ n: số khâu động của Robot

+ fi : là số bậc tự do của khớp thứ i

Trang 13

+ k : là số khớp của cơ cấu

Đặt hệ trục tọa độ:

Trang 14

Hình 2.8: Đặt hệ trục tọa độ

-Theo Denavit – Hartenberg (1955) đã quy ước hệ tọa độ Decard gắn vào mỗi khâu của một tay máy Robot như sau:

* Trục zi được chọn dọc theo trục của khớp thứ (i+1)

Hướng của phép quay và phép tịnh tiến được chọn tùy ý

* Trục xi được xác định dọc theo đường vuông góc chung giữa trục khớp động thứ i và (i+ 1), hướng từ khớp động thứ i tới trục ( i+1)

* Trục yi được xác định theo quy tắc bàn tay phải

* Gốc O sẽ là giao của hai trục bất kì

Cách xác định các thông số của bảng D – H

-Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz)i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1được xác định bởi 4 tham số θi, di, αi, ai như sau:

θi : góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 trùng với trục x'i (xi//x'i)

di : dịch chuyển tịnh tiế dọc trục zi-1 để gốc tọa độ Oi-1 chuyể đến O'i là giao điểm của trục xi và trục zi-1

ai : dịch chuyển dọc trục xi để điểm O'i chuyển đến điểm Oi

Trang 15

: góc quay quanh trục xi sao cho trục z'i-1(z’i-1// zi-1) trùng với trục zi

Thiết lập bộ thông số động học theo Denavit-Hatenberg

Giả sử ta đã tìm ra được bảng giá trị tham số D –H của robot như sau :

Trang 16

Z3

X3

Trang 17

3.2) Bài Toán động học thuận

Bài toán động học thuận: Cho trước các tọa độ khớp là các hàm của thời gian, xác định vector tọa độ thao tác

Dựa vào bảng DH đã thiết lập ở trên ta tính được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit – Hertenberg của các khâu như sau:

] Trong đó:

Trang 18

Phương trình động học cơ bản dạng ma trận của robot :

Trang 19

ta được 1 hàm số theo x có giá trị trong khoảng từ 0 đến 250 Do vậy mà ta có thể chọn quy luật chuyển động của khâu 3 như trên

Đơn vị của các góc quay là rad, và khoảng tịnh tiến của khâu 3 là mm

( ) đã cho ở đề bài và các quy luật chuyển động ta đặt cho các góc theta, giá trị d ở trên thay vào tọa độ thao tác điểm cuối, vận tốc điểm thao tác cuối, gia tốc điểm thao tác cuối ta được các hàm biến đổi theo t

Trang 20

Sử dụng maple ta vẽ được các đồ thị như sau:

Hình 2.9: Đồ thị tọa độ điểm thao tác cuối

m

s

Trang 21

Hình 2.10: Đồ thị vận tốc điểm thao tác cuối

t

Trang 22

Hình 2.11: Đồ thị gia tốc điểm thao tác cuối

a

t

Trang 23

Trang 24

Tính vận tốc góc các khâu

Để tìm được vận tốc góc của khâu ta làm các bước như sau:

-Tìm ma trận cosin chỉ hướng của từng khâu

[

] Theo công thức tính vận tốc góc ở trên thì tính được:

Trang 25

[ ( )

]

( )

]

Tính gia tốc góc của các khâu

Để tính được gia tốc góc các khâu ta chỉ cần đạo hàm vận tốc góc các khâu đã tính trước đó

Vậy ta được gia tốc góc tuyệt đối của từng khâu như sau:

[ ( )

Có 2 phương pháp để giải quyết bài toán là:

- Giải bằng phương pháp số

- Giải bằng phương pháp giải tích

Sau đây em xin giải bằng phương pháp giải tích

Trang 26

Nghiệm của bài toán động học ngược của robot Scara là nghiệm của phương trình :

Hình 2.13 : Hình chiếu đơn giản của robot trên mặt phẳng x0y

Dựa vào định lí cos trong tam giác ta có :

Trang 27

3.4) Xác định miền làm việc của robot

Dựa vào các thông số các khâu, xác định được miền làm việc của robot

Trang 28

X

Y

Trang 29

0 0

i i i i i oi

i

i i i i i i ci i oi

4.2) Giải bài toán cụ thể:

Coi các khâu là thanh đồng chất, tiết diện ngang không đánh kể , khối lượng các khâu lần lượt là m m m Cho lực và momen tác động vào khâu thao tác E là 1, 2, 3

Khối lượng

Momen quán tính khối từng khâu

Trang 30

Sử dụng phần mềm Maple để giải ta thu được kết quả sau:

,

Trang 31

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG 5.1) Các khái niệm về quỹ đạo chuyển động của robot

Vấn đề thiết kế quỹ đạo chuyển động liên quan mật thiết đến bài toán điều khiển robot di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác trong không gian làm việc Đường đi và quỹ đạo được thiết kế là các lượng đặt cho hệ thống điều khiển vị trí của robot Do đó độ chính xác của quỹ đạo sẽ ảnh hưởng đến chất lượng di chuyển

của robot

Thông thường, quỹ đạo ở dạng đa thức bậc cao sẽ đáp ứng được các yêu cầu về vị trí, tốc độ, gia tốc ở mỗi điểm giữa 2 đoạn di chuyển

Yêu cầu của thiết kế quỹ đạo là :

- Khâu chấp hành phải đảm bảo đi qua lần lượt các điểm trong không gian làm việc hoặc di chuyển theo một quỹ đạo xác định

- Quỹ đạo của robot phải là đường cong đảm bảo tính liên tục về vị trí trong một khoảng nhất định

- Không có bước nhảy về vận tốc, gia tốc

- Quỹ đạo thường là đường cong thông thường

Trên thực tế hiên nay có nhiều quỹ đạo là dạng đường cong dạng :

- Đa thức bậc 2 :x(t)=a+bt+ct2

- Đa thức bậc 3 : x(t)=a+bt+ct2

+dt3

- Đa thức bậc cao : x(t)=a+bt+…… ktn

Trong đồ án này em sử dụng dạng quỹ đạo là đa thức bậc 3 có dạng:

X(t)=a+bt+ct2+dt3

5.2) Thiết kế quỹ đạo đa thức bậc ba

Từ vị trí ban đầu và hướng của tay robot, sử dụng phương trình động học ngược ta xác định các giá trị biến khớp tương ứng Bài toán thiết kế quỹ đạo cho khớp là xác định đường biểu diễn của vị trí khớp (góc quay của khớp quay hoặc khoảng tịnh tiến của khớp tịnh tiến) theo thời gian khi di chuyển từ vị trí ban đầu qo đến vị trí cuối cùng qc trong thời gian tc với q là biến khớp tổng quát Quỹ đạo di chuyển của khớp giữa 2 vị trí sẽ thỏa mãn 4 điều kiện: vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng, tốc độ

Trang 32

tại vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng Do đó đa thức bậc 3 sẽ thích hợp cho quỹ đạo chuyển động của khớp robot :

̇( ) ̇

Trong thực tế, tốc độ tại vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng bằng 0

Đạo hàm phương trình (*) ta có:

̇( )

Sử dụng với điều kiện đầu và cuối ta nhận được 4 phương trình sau:

Trang 33

Từ 4 hệ số trên ta sẽ có quỹ đạo dạng đa thức (*) rồi từ đó ta xác định vị trí của các khớp tại thời điểm bất kỳ Những giá trị đó là tín hiệu đặt cho bộ điều khiển vị trí

để truyển động khớp di chuyển đến vị trí tương ứng

 Bài toán: thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot từ vị trí A đến vị trí B trong khoảng thời gian 10s với điểm A( ) đến vị trí điểm B( √ )

Từ phương trình động học ngược ta tính được giá trị các biến khớp tại các điểm A,B

( ) {

Tại điểm B( √ ) {

Theo các công thức tính hệ số đã giải ở trên ta xác định được các hệ số của các khớp:

Trang 34

Suy ra:

̇ ( ) ̈ ( )

Tại điểm C( √ ) {

Theo các công thức tính hệ số đã giải ở trên ta xác định được các hệ số của các khớp:

Trang 35

Suy ra:

̇ ( ) ̈ ( )

Vì chuyển động giữa 2 điểm mút là giống nhau nên trong khuôn khổ báo cáo ta tính toán quỹ đạo chuyển động từ A đến B trong 10s, B đến C trong 5s, các quỹ đạo khác tính toán tương tự

5.3) Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác

 Ta thiết kế quỹ đạo chuyển động từ A đến B là quỹ đạo thẳng

Trang 36

Sau khi tính toán ta tìm được

Trang 37

Z

y

x

Trang 38

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 6.1) Cơ sở lý thuyết

Động lực học robot nghiên cứu chuyển động của robot dưới tác dụng của lực

và (hoặc) momen điều khiển (gọi chung là lực điều khiển) để thực hiện thao tác theo mục đích công nghệ hoặc phục vụ

Động lực học thuận (dyrect dynamics): khảo sát tính toán các đại lượng đặc trưng cho chuyển động dưới tác dụng của lực đã xác định

Động lực học ngược (inverse dynamics): khảo sát tính toán các lực dẫn động

để robot thực hiện được chuyển động thao tác theo quy luật đã xác định

Thiết lập phương trình Lagrange loại 2 cho hệ nhiều vật:

Vị trí mỗi vật rắn Bi ở trong hệ quy chiếu cố định R0 = Ox0y0z0 được xác định bởi vector xác định vị trí khối tâm và ma trận cosin chỉ hướng của vật rắn:

rCi = rCi(q), Ri = Ri(q) (4.1) Trạng thái vận tốc của vật rắn Bi được xác định bởi vận tốc khối tâm và vận tốc góc của nó:

v = J (q)q,  = J (q)q (4.4) Động năng của hệ gồm n vật rắn:

i Ci Ci i i i i=1

Trong đó I là ma trận tenxo quán tính của vật rắn thứ i đối với khối tâm Ci của

nó ở trong hệ quy chiếu cố định

Thế các biểu thức (4.4) vào các biểu thức (4.5) ta được:

Trang 39

1

2 (4.8) Đạo hàm biểu thức động năng (4.8) theo các vận tốc suy rộng q và các tọa j

Trang 40

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	4,17 MB