Phân tích cơ sở lý thuyết điều khiển robot công nghiệp, giải quyết bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot công nghiệp trong không gian khớp và không gian công tác..[r]
Trang 1Copyright NhuQuyTho 2011 1
Handout for mechatronics class 2011
©
Gi ng viên: Nh Quý Thả ữ ơ
Trường đ i h c Công Nghi p Hà N iạ ọ ệ ộ
Khoa c khí – B môn C đi n tơ ộ ơ ệ ử
Phone: 04.37655121(Ext 324) Mobile: 0947593636
Email: nhuquytho@haui.edu.vn Homepage: www.haui.edu.vn
Trang 2Chương 4
Cơ sở điều khiển robot
Phân tích cơ sở lý thuyết điều khiển robot công nghiệp, giải quyết bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot công nghiệp trong không gian khớp và không gian công tác.
Trang 3Copyright NhuQuyTho 2011 3
N i dung chính c a đi u khi n robot liên quan t i ộ ủ ề ể ớ
nh ng v n đ sau: ữ ấ ề
Quan h gi a qu đ o ho t đ ng c a ph n công tác ệ ữ ỹ ạ ạ ộ ủ ầ
v i các thông s đ ng h c, đ ng l c h c c a tay máy ớ ố ộ ọ ộ ự ọ ủ
Lu t, ph ậ ươ ng pháp đi u khi n và c u trúc c a h ề ể ấ ủ ệ
đi u khi n ề ể
Các c c u c a h th ng đi u khi n nh c c u ơ ấ ủ ệ ố ề ể ư ơ ấ phát đ ng, c m bi n, b đi u khi n, cùng các c c u ộ ả ế ộ ề ể ơ ấ chuy n đ i và truy n tín hi u gi a chúng ể ổ ề ệ ữ
L p trình cho robot. ậ
Trang 44.1. Thi t k qu đ oế ế ỹ ạ
Qu đ o là v n đ chung trong đi u khi n robot, vì đ hoàn thành ỹ ạ ấ ề ề ể ể nhi m v c th c a mình thì trệ ụ ụ ể ủ ước h t ph n công tác ph i di ế ầ ả chuy n theo đúng qu đ o xác đ nh. Nói cách khác, qu đ o là y u ể ỹ ạ ị ỹ ạ ế
t c b n đ mô t ho t đ ng c a robot. Vi c thi t k qu đ o ố ơ ả ể ả ạ ộ ủ ệ ế ế ỹ ạ cung c p d li u đ u vào cho h th ng đi u khi n nên cũng là c ấ ữ ệ ầ ệ ố ề ể ơ
s tr c ti p cho vi c đi u khi n.ở ự ế ệ ề ể
Phân bi t hai thu t ng ệ ậ ữ đ ườ ng d ch chuy n ị ể hàm ý ch t p h p ỉ ậ ợ các đi m trong không gian mà khâu c n đi u khi n ph i đi qua ể ầ ề ể ả trong quá trình làm vi c, nó ch a đ ng các y u t hình h c ệ ứ ự ế ố ọ thu n túy.ầ
Thu t ng ậ ữ qu đ o chuy n đ ng ỹ ạ ể ộ hay g i t t là ọ ắ qu đ o ỹ ạ bao
g m c y u t hình h c c a đồ ả ế ố ọ ủ ường d ch chuy n l n y u t th i ị ể ẫ ế ố ờ gian th c hi n chuy n đ ng đó nh v n t c, gia t c. Vì v y bài ự ệ ể ộ ư ậ ố ố ậ toán thi t k qu đ o liên quan đ n các v n đ đ ng h c và ế ế ỹ ạ ế ấ ề ộ ọ
đ ng l c h c.ộ ự ọ
Trang 5Copyright NhuQuyTho 2011 5
4.1. Thi t k qu đ oế ế ỹ ạ
Các y u t đ u ra là qu đ o c a ph n công tác. Nói chung, mô ế ố ầ ỹ ạ ủ ầ
t chính xác đả ường d ch chuy n là r t khó khăn. Ngị ể ấ ười ta gi m b t ả ớ các tham s b ng cách quy đ nh các đi m biên c a vùng ho t đ ng, ố ằ ị ể ủ ạ ộ thêm các đi m trung gian mà để ường ph i đi qua, sau đó x p x (n i ả ấ ỉ ộ suy) b ng các đằ ường đ n gi n. tơ ả ương t nh v y, y u t th i gian ự ư ậ ế ố ờ
c a qu đ o không th xác đ nh cho t ng đi m mà thủ ỹ ạ ể ị ừ ể ường quy đ nh ị cho c đo n đả ạ ường. Chúng cũng thường được quy đ nh b ng các ị ằ giá tr gi i h n nh v n t c cho phép, hay gia t c cho phép, ho c ị ớ ạ ư ậ ố ố ặ gán b ng các giá tr m c đ nh.ằ ị ặ ị
Bài toán thi t k qu đ o đế ế ỹ ạ ược đ t ra trong c không gian kh p ặ ả ớ
l n vùng ho t đ ng. Các ràng bu c v ẫ ạ ộ ộ ề đ ườ ng d ch chuy n ị ể thu n ầ túy các y u t hình h c thế ố ọ ường đựơc mô t trong vùng ho t đ ng. ả ạ ộ
Ngượ ạ ực l i l c chuy n đ ng c a h th ng thể ộ ủ ệ ố ường xu t phát t các ấ ừ
kh p, nên vi c đi u khi n các đ ng c d n đ ng đòi h i xác đ nh ớ ệ ề ể ộ ơ ẫ ộ ỏ ị quy lu t bi n thiên theo th i gian c a các bi n kh p, vi c này th c ậ ế ờ ủ ế ớ ệ ự
hi n trong không gian kh p. ệ ớ
Trang 64.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
Chuy n đ ng c a tay máy th ể ộ ủ ườ ng đ ượ c mô t trong ả vùng làm vi c b ng các đi m nút (g m đi m đ u, đi m ệ ằ ể ồ ể ầ ể
cu i, và có th có m t s đi m trung gian) và th i gian ố ể ộ ố ể ờ chuy n đ ng. Vì v y, đ thi t k qu đ o trong không ể ộ ậ ể ế ế ỹ ạ gian kh p ph i gi i bài toán ng ớ ả ả ượ c đ ng h c đ xác ộ ọ ể
đ nh giá tr các bi n kh p t i các đi m nút. Sau đó thi t ị ị ế ớ ạ ể ế
l p các hàm n i suy q(t) đ mô t qu đ o v a nh n ậ ộ ể ả ỹ ạ ừ ậ
đ ượ c.
Thu t toán thi t k qu đ o trong không gian kh p ậ ế ế ỹ ạ ớ yêu c u: + Không đòi h i tính toán quá nhi u; ầ ỏ ề
+ V trí, v n t c, có th c gia t c c a các kh p ị ậ ố ể ả ố ủ ớ
ph i đ ả ượ c bi u di n b ng các hàm liên t c; ể ễ ằ ụ
Trang 7Copyright NhuQuyTho 2011 7
4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• 4.1.1.1. Chuy n đ ng đi m đi m:ể ộ ể ể
• Chuy n đ ng đi m đi m s d ng cho m t s lo i robot nh ể ộ ể ể ử ụ ộ ố ạ ư robot hàn đi m, tán đinh, x p d v t li u, trong d ng chuy n đ ng ể ế ỡ ậ ệ ạ ể ộ này, người ta ch quan tâm đ n các t a đ đi m đ u, đi m cu i c a ỉ ế ọ ộ ể ầ ể ố ủ
đường d ch chuy n và th i gian chuy n đ ng gi a các đi m đó ch ị ể ờ ể ộ ữ ể ứ không quan tâm đ n d ng hình h c c a đế ạ ọ ủ ường d ch chuy n. Nhi m ị ể ệ
v đ t ra là xác đ nh qu đ o chuy n đ ng th a mãn các yêu c u ụ ặ ị ỹ ạ ể ộ ỏ ầ chung và có th thêm c m t s tiêu chí t i u nào đó. ể ả ộ ố ố ư
•
Trang 84.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
a, Thi t k theo quy lu t t i u hóa năng l ế ế ậ ố ư ượ ng
• G i I là mômen quán tính c a m t v t r n quay quanh ọ ủ ộ ậ ắ
tr c c a nó, c n xác đ nh quy lu t thay đ i c a góc q, ụ ủ ầ ị ậ ổ ủ
gi a giá tr đ u qi (i: initial) và giá tr cu i qf trong ữ ị ầ ị ố kho ng th i gian tf. (f: finish). L c phát đ ng là mô men ả ờ ự ộ
t m t đ ng c Tiêu chu n t i u đ t ra là năng ừ ộ ộ ơ ẩ ố ư ặ
l ượ ng tiêu th trên đ ng c là nh nh t ụ ộ ơ ỏ ấ
• Quan h c a góc quay và v n t c góc th hi n d i ệ ủ ậ ố ể ệ ướ
d ng đ o hàm nh sau: ạ ạ ư
• Quan h v i momen đ ng c : ệ ớ ộ ơ
'
q
' I
Trang 9Copyright NhuQuyTho 2011 9
4.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• Vì ch xét trong kho ng th i gian tỉ ả ờ i đ n tế f nên c n có đi u ki n:ầ ề ệ
• Tiêu chu n t i u:ẩ ố ư
• L i gi i t ng quát: ờ ả ổ
• Qu đ o chuy n đ ng s có d ng: ỹ ạ ể ộ ẽ ạ
• Ph ng trình v n t c: ươ ậ ố
• Gia t c thay đ i theo quy lu t b c nh t:ố ổ ậ ậ ấ
f
t
i
q dt
t
0
) (
f
t
dt
t
0
c bt
at
(
0 1
2 2
3 3
)
q
1 2
2
3 )
(
q
2
3 2 6
) (
" t a t a q
Trang 104.1.1 Thi t k qu đ o trong không gian kh p ế ế ỹ ạ ớ
• Đ xác đ nh đ c 4 h s gi đ nh th ng c n có 4 đi u ể ị ượ ệ ố ả ị ườ ầ ề
ki n đ u, th ệ ầ ườ ng là v trí đ u qi và v trí cu i qf, v n t c ị ầ ị ố ậ ố
đ u q’i v n t c cu i q’f. ầ ậ ố ố Th ườ ng ch n v n t c đ u và ọ ậ ố ầ
đ ượ c xác đ nh t h ph ị ừ ệ ươ ng trình:
f f
f
f f
f f
i i
q a
t a t
a
q a
t a t
a t
a
q a
q a
' 2
3
'
1 2
2 3
0 1
2 2
3 3 1 0