Nâng cao độ chính xác kết quả bài toán động học ngược trong robot công nghiệp ( Luận văn thạc sĩ)

Nâng cao độ chính xác kết quả bài toán động học ngược trong robot công nghiệp ( Luận văn thạc sĩ)Nâng cao độ chính xác kết quả bài toán động học ngược trong robot công nghiệp ( Luận văn thạc sĩ)Nâng cao độ chính xác kết quả bài toán động học ngược trong robot công nghiệp ( Luận văn thạc sĩ)

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

VŨ ĐỨC VƯƠNG

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC KẾT QUẢ BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC

NGƯỢC TRONG ROBOT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN- 2012

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

VŨ ĐỨC VƯƠNG

THÁI NGUYÊN- 2012

Trang 3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trang 4

ii

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, luận văn “Nâng cao độ chính xác kết quả bài toán động học ngược

trong robot công nghiệp” là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả

trình bày trong luận văn là trung thực Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn được trích dẫn rõ ràng Những đóng góp của luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi đã được tôi công bố trong các bài báo khoa học và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Thái nguyên, ngày 12 tháng 12 năm 2012

Tác giả luận văn

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp, Đại học

Thái nguyên, đến này tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp “Nâng cao độ chính xác

kết quả bài toán động học ngược trong robot công nghiệp” Luận văn này được hoàn

chỉnh nhờ sự giúp đỡ của quý thầy cô, quý cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp i l ng k nh trọng và biết ơn u c tôi in được bày t lời cảm ơn ch n thành t i:

Quý thầy cô tham gia giảng dạy l p cao học khóa 13 chuyên ngành Công nghệ chế

tạo máy và đặc biệt là tiến ĩ Phạm Thành Long, người thầy k nh mến đã hết l ng

giúp đỡ, ạy bảo, đ ng viên cho tôi trong uốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Cơ kh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và công tác tại trường

Bạn bè và đồng nghiệp đã hỗ trợ tôi về chuyên môn cũng như trong công việc Đặc biệt, tôi xin bày t lòng biết ơn sâu s c t i gia đình, những người luôn bên cạnh, không ngừng hỗ trợ và đ ng viên để tôi vượt qua khó khăn hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Vũ Đức Vương

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xiii

GIỚI THIỆU 1

TÓM TẮT 3

CHƯƠNG 01 TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC TRONG ROBOT CÔNG NGHIỆP Mở đầu 4

1.1 Vai trò của bài toán đ ng học ngược trong robot công nghiệp 4

1.2 Yêu cầu v i thuật toán giải bài toán đ ng học ngược 6

1.3 Tổng hợp các phương pháp giải bài toán đ ng học ngược 6

1.3.1 Phương pháp Pieper 7

1.3.2 Phương pháp Lee an Liang 9

1.3.3 Phương pháp loại trừ thẩm tách Sylvester 9

1.3.4 Phương pháp Raghavan Roth 10

1.3.5 Phương pháp T ai Morgan 14

1.3.6 Phương pháp chuyển đổi ngược 15

1.3.7 Phương pháp Newton Raph on 17

1.3.8 Phương pháp giải bài toán tối ưu 18

1.4 Hư ng nghiên cứu của đề tài 19

Kết luận 20

CHƯƠNG 02 NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC LỜI GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU Mở đầu 21

Trang 8

2.1 Mô hình bài toán tối ưu giải bài toán đ ng học ngược 21

2.2 Xây dựng mô hình m i giải bài toán đ ng học ngược 22

2.3 Thuật toán toàn phương tuần tự 25

2.3.1 Cơ ở về bài toán tối ưu 25

2.3.2 Cơ ở về thuật toán toàn phương tuần tự 26

2.3.3 Bài toán phụ toàn phương 27

2.3.4 Cập nhật ma trận Hessian 28

2.3.5 Lời giải cho bài toán toàn phương 29

2.3.6 Thiết lập giải thuật 32

2.3.7 Tìm kiếm theo đường và hàm Merit 33

2.3.8 Thuật toán tổng hợp 33

Kết luận 35

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Mở đầu 36

3.1 Thiết lập mô hình tính toán mô ph ng 36

3.1.1 Đối tượng khảo sát 36

3.1.2 Sơ đồ gia công 38

3.2 Thiết lập hệ phương trình đ ng học của robot 40

3.3 Xây dựng số liệu về vị trí 44

3.4 Xây dựng số liệu về hư ng 46

3.4.1 Xác định góc quay quanh trục 48

3.5 Tổng hợp thông số mô tả vị tr và hư ng 49

3.6 Xây dựng bài toán tối ưu 54

3.7 Phân tích kết quả đạt được 55

3.8 So ánh các phương pháp giải bài toán đ ng học ngược 61

Kết luận 62

KẾT LUẬN CHUNG 63

Trang 9

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 64

KIẾN NGHỊ 64

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC A: CHƯƠNG TRÌNH EXCEL 69

PHỤ LỤC B: MATLAB CODE 72

calculatesqp.m 72

insertdatasqp.m 74

loaddatasqp.m 77

PHỤ LỤC C: BẢNG SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 81

Trang 10

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

TT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ Đơn vị

1 6R Robot có 6 bậc tự do quay

2 5R-P Robot có 5 bậc tự do quay với một bậc tự do tịnh tiến

3 6R-P Robot có 6 bậc tự do quay với một bậc tự do tịnh tiến

4 7R Robot có 7 bậc tự do quay

5 Vector thể hiện hướng tiếp cận của bàn kẹp

6 Lượng tịnh tiến theo phương của bảng DH mm

7 Ma trận Denavit Hartenberg

8 ABB Asea Brown Boveri (hãng sản xuất robot của Thụy sĩ)

9 BFGS Phương pháp Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno

10 Cardan Phương pháp mô tả tối thiểu về hướng Cardan

11 Ma trận ly tâm Coriolis của robot

12 C Ma trận số thực mô tả vị trí và hướng mục tiêu bàn

17 E Ma trận mô tả vị trí và hướng của hệ tọa độ gắn với vật

thể trong không gian của hệ quy chiếu cơ sở

18 Euler Phương pháp mô tả tối thiểu về hướng Cardan

19 FANUC Hãng sản xuất robot của Nhật bản

20 Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu

21 Vector gradient của

Trang 11

22 GRG Thuật toán Generalized Reduced Gradient

23 GP Bài toán tối ưu tổng quát

24 Vector Reduced Gradient

25 Hàm ràng buộc trong bài toán tối ưu

26 H Ma trận Hessian

27 KKT Điều kiện Karush-Kuhn-Tucker

28 KUKA Hãng sản xuất robot của Đức

29 Vector thể hiện hướng pháp tuyến của bàn kẹp

30 Ma trận khối lượng suy rộng của robot

31 Hàm Lagrange

32 Hệ quy chiếu cơ sở

33 Hệ quy chiếu gắn với vật thể gia công

Vị trí mục tiêu của bàn kẹp cần đạt tới mm

38 QP Bài toán toàn phương

39 Biến khớp tổng quát

40 Vận tốc của khớp thứ i

41 Gia tốc của khớp thứ i

42 R Ma trận cosin chỉ hướng của bàn kẹp

43 Các phần tử trong ma trận cosin chỉ hướng R

44 Ma trận cosin chỉ hướng cho bộ góc Cardan

Trang 12

45 Ma trận quay quanh trục z

46 Ma trận quay quanh trục x

47 SQP Thuật toán toàn phương tuần tự

48 Vector thể hiện hướng trượt của bàn kẹp

49 T Ma trận mô tả dụng cụ

50 Ma trận tịnh tiến theo phương z

51 Ma trận tịnh tiến theo phương x

52 Ma trận mô tả vị trí và hướng mục tiêu trong không

gian của hệ tọa độ gắn với vật thể

53 Các biến trong bài toán tối ưu

59 Góc nghiêng của bàn kẹp so với phương thẳng đứng

60 Giá trị hội tụ của thuật toán tối ưu

61 Mômen phát động trên trục động cơ Nm

62 Sai lệch giữa giá trị mục tiêu và giá trị đáp ứng của nx

Trang 13

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Số lời giải của bài toán động học ngược tương ứng với các

3.1 Thông số kỹ thuật của robot IRB2400-16 38 3.2 Bảng thông số Denavit-Hartenberg của robot 42 3.3 Vị trí các điểm chốt khảo sát 45 3.4 Bộ góc Cardan tương ứng tại các điểm chốt 50 3.5 Sáu thông số độc lập tuyến tính của quỹ đạo gia công 52 3.6 Các thông số mô tả vị trí và hướng mục tiêu 53 3.7 Sai lệch trung bình của kết quả bài toán động học ngược 61 3.8 Bảng so sánh các phương pháp giải bài toán động học ngược 61 A1 Các hàm tương ứng được thiết lập trong chương trình Excel 70

C1 Kết quả bài toán động học ngược giải bằng mô hình 2-2 và giải

C2 Sai lệch của các thông số định vị và định hướng giải bằng mô

hình 2-2 và giải thuật GRG 82

C3 Logarit sai lệch của các thông số định vị và định hướng giải

bằng mô hình 2-2 và giải thuật GRG 83

hình 2-3 và giải thuật GRG 85

Trang 14

C6 Logarit sai lệch của các thông số định vị và định hướng giải

bằng mô hình 2-3 và giải thuật GRG 86

hình 2-3 và giải thuật SQP 88 C9 Logarit sai lệch của các thông số định vị và định hướng giải

bằng mô hình 2-3 và giải thuật SQP 89

Trang 15

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

1.1 Điều khiển robot công nghiệp trong không gian khớp 5

1.2 Điều khiển robot công nghiệp trong không gian công tác 5

1.3 Sơ đồ điều khiển robot theo phương pháp tách luật điều khiển 6

1.4 Sơ đồ robot có cổ tay cầu 7

1.5 Phương pháp chuyển đổi ngược 15 1.6 Phương pháp Newton Raphson 18 1.7 Phương pháp tối ưu giải bài toán động học ngược 19 3.1 Robot công nghiệp trong dây truyền sản xuất ôtô 37 3.2 Vùng làm việc của robot IRB2400-16 37 3.3 Bản vẽ chi tiết cần hàn 38 3.4 Các hệ tọa độ quy ước của robot IRB 2400 39 3.5 Sơ đồ nhiệm vụ của robot cần thực hiện 40 3.6 Sơ đồ đặt các hệ tọa độ theo quy tắc Denavit Hartenberg 41 3.7 Quỹ đạo làm việc tương ứng với 24 điểm chốt 45 3.8 Sơ đồ định hướng bằng bộ góc Cardan 47 3.9 Sơ đồ xác định bộ góc Cardan 48 3.10 Độ chính xác lặp trong robot công nghiệp 56 3.11 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử nx 57 3.12 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử ny 57

Trang 16

3.13 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử nz 57 3.14 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử sx 58 3.15 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử sy 58 3.16 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử sz 58 3.17 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử ax 59 3.18 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử ay 59 3.19 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử az 59 3.20 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử px 60 3.21 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử py 60 3.22 Đồ thị logarit sai lệch của phần tử pz 60 A1 Chương trình Excel gải bài toán động học ngược 69 A2 Hộp thoại của chương trình Solver 69 A3 Lựa chọn các thuộc tính cho chương trình Solver 69

Trang 17

Luậ n vậ n đậ y đu ở file:Luậ n vậ n Full

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	2,66 MB
File đính kèm	Luận văn Full.rar (5 MB)