Robot công nghiệp

Tài liệu " Điều khiển robot công nghiệp " có nội dung phân tích, tính toán cơ cấu cơ khí robot, thiết lập mô hình toán học, phân tích các cấu trúc và phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển robot.

Trang 1

ROBOT CÔNG NGHIỆP

GV: TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

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

và robot công nghiệp

• Hiểu và vận dụng các phương pháp nghiên cứu thích

hợp để khảo sát về cấu tạo, động học và động lực học

robot

• Tiếp cận và khai thác robot công nghiệp, khả năng

nghiên cứu và thiết kế các dạng robot áp dụng trong tự

ấ ể động hóa một quá trình sản xuất cụ thể.

Trang 2

NỘI DUNG MÔN HỌC

• Tổng quan về robot và ứng dụng

• Quá trình phát triển

• 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 công

nghiệp

• Các phương pháp điều khiển và phương tiện lập trình

ĐỘNG HỌC ROBOT – TAY MÁY

• Các phương pháp nghiên cứu động học robot – tay máy

• 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

Trang 3

ĐIỀU KHIỂN ROBOT – TAY MÁY

Các nguồn dẫn động cơ bản

• Các nguồn dẫn động cơ bản

• Cơ chế điều khiển servo vị trí

• 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)

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ROBOT

Các giai đoạn thiết kế và tích hợp hệ thống

• Các giai đoạn thiết kế và tích hợp hệ thống

• Thiết kế động học robot

• 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 4

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Thảo luận trên lớp

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

để thuyết trình theo nhĩm về những chủ đề được phân

cơng

PHƯƠNG THỨC ĐÁNH GIÁ

• Kết quả thuyết trình trên lớp

• Kết quả kiểm tra giữa kỳ

• Kết quả thi cuối khĩa

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

ĐHQG TP HCM, 2003, 2005 (tb)

Trang 5

Gi

GiỚ ỚII THI THIỆ ỆU

Các thao tác đơn Các thao tác đồng thời

Gi

Các thao tác đơn Các thao tác đồng thời

Trang 6

Trang 7

Trang 8

ROBOT CÔNG NGHIỆP ĐỊNH NGHĨA ĐỊNH NGHĨA

ROBOT CÔNG NGHIỆP BẬC TỰ DO BẬC TỰ DO

(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

Robot cần đạt được một số bậc tự do:

•

•n: số khâu động, p: số khớp loại i

5 1

Trang 9

ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ HỆ TỌA TỌA ĐỘ ĐỘ

(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

chuẩn

Hệ tọa độ gắn với các khâu liên kết động khác: hệ

tọa độ suy rộng

ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ HỆ TỌA TỌA ĐỘ ĐỘ

(COORDINATE FRAMES)

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

Sử dụng Onđể chỉ hệ tọa độ gắn trên khâu thứ n

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

ố

Toàn bộ vung không gian được quét bởi khâu động học cuối của

Robot khi Robot thực hiện tất cả các chuyển động có thể

Sử dụng hình chiếu để mô tả trường công tác của một Robot

Trang 10

ROBOT CÔNG NGHIỆP CẤU CẤU TRÚC TRÚC

Trang 11

ROBOT CÔNG NGHIỆP KẾT

KẾT CẤU CẤU TAY TAY MÁY MÁY

Tay máy: thành phần quan trọng quyết định khả năng

làm 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:

Tầm với (trường công tác)

Trang 12

KẾT

Trang 13

ROBOT CÔNG NGHIỆP KẾT

PHÂN PHÂN LOẠI LOẠI

Phân loại theo kết cấu:

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

Truyền động khí nén: công suất trung ình và nhỏ, độ chính

xác thấp Thích hợp với các thao tác nhấc lên và đặt xuống

(Pick and Place or PTP: point to point)

Trang 14

PHÂN PHÂN LOẠI LOẠI

Phân loại theo ứng dụng:

Robot son hànRobot son, hàn…

Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương

pháp điều khiển

CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỔI THUẦN NHẤT

(Homogeneous Transformation)

Trang 15

ký hiệu: u, v, x để miêu tả vị trí của các điểm U, V, X

trong không gian 3 chiều, một điểm V có thể được biểu diễn bằng

nhiều vector điểm khác nhau:

Trang 16

ROBOT CÔNG NGHIỆP CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỔI THUẦN NHẤT

Hệ tọa độ thuần nhất:

Để biểu diễn một điểm trong không gian ba chiều: sử dụng Vector điểmĐể biểu diễn một điểm trong không gian ba chiều: sử dụng Vector điểm

(Point vector):

ể

• vE ,vF : hai vector khác nhau mô tả điểm V

• Nếu i, j, k là các vector đơn vị của một hệ tọa độ E:

•a, b, c: tọa độ vị trí điểm V trong E

Có thể biểu diễn v trong không gian 4 chiều (định vị và định hướng- w= constant hay hệ số ( ị ị ị g y ệ

tỷ lệ)

Trang 17

Có thể biểu diễn v trong không gian 4 chiều (định vị và định hướng- w= constant hay hệ số ( ị ị ị g y ệ

tỷ lệ)

•w= 1: Hệ tọa độ thuần nhất

•w=0: Chỉ hướng của các trục tọa độ

Có thể biểu diễn v trong không gian 4 chiều

( định vị và định hướng- w= constant hay hệ số tỷ lệ )

Trang 18

 u vector biểu diễn điểm cần biến đổi

 h vector dẫn được biểu diễn qua ma trận chuyển đổi H

 v vector biểu diễn điểm sau biến đổi v=H.u

 Phép biến đổi tịnh tiến (Translation):

 Cần tịnh tiến một điểm (vật) theo hG = a iG + b jG + c kG

Trang 19

Trang 20

Các phép biến đổi:

 u vector biểu diễn điểm cần biến đổi

 h vector dẫn được biểu diễn qua ma trận chuyển đổi H

 v vector biểu diễn điểm sau biến đổi v=H.u

Trang 22

Các phép biến đổi:

 Phép quay tổng quát: quay một vector k một góc θ bất kỳ

 k trùng với gốc của một hệ tọa độ xác định trước

 Khảo sát một hệ tọa độ C, gắn trên điểm kẹp của Robot:

Trang 23

Trang 24

Trang 25

• Tích vô hướng của bất kỳ hàng hay

cột nào của C với bất kỳ hàng hay cột

nào khác đều bằng 0 (các vector trực

giao)

• Tích vô hướng của bất kỳ hàng hay

cột nào của C với chính nó đều bằng 1

(vector đơn vị)

• Vector đơn vị z= tích vector của x và

y hay

Trang 26

• Tích vô hướng của bất kỳ hàng hay cột nào của C với bất kỳ hàng hay cột nào khác đều bằng 0 (các vector trực giao) g y ộ g ( ự g )

• Tích vô hướng của bất kỳ hàng hay cột nào của C với chính

nó đều bằng 1 (vector đơn vị)

• Vector đơn vị z= tích vector của x và y hay a G = n G × O G

Kết quả của phép biến đổi thuần nhất R=Rot(k, θ)

Dựa vào ma trận thuần nhất:

Trang 27

Kết quả của phép biến đổi thuần nhất R=Rot(k, θ)

Dựa vào ma trận thuần nhất:

Trang 28

Bình phương hai vế

Sử dụng:

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Quay một gócQuay một gócΦ xung quanh trục : z Φ xung quanh trục : z

Quay tiếp một gócθ xung quanh trục y mới: y ’

Quay một gócΨ quanh trục z mới: z’’

Phép quay Euler:

Quay một gócΦ xung quanh trục : z

Q tiế ột ó θ h t ới ’

Quay tiếp một gócθ xung quanh trục y mới: y

Quay một gócΨ quanh trục z mới: z’’

Trang 32

Trang 33

Ba hệ tọa độ A, B, C: B quan hệ A C quan hệ B

Điểm P nằm trong hệ tọa độ C: P C

Tìm P trong A hay: P A

A B

Trang 34

Tiêu đề	Robot công nghiệp
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Đức Khốt
Trường học	Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Robot
Thể loại	Môn học
Năm xuất bản	2009
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,16 MB