Luận văn thạc sĩ: Thiết kế điều khiển đồng bộ robot 4 bậc tự do

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

247
lượt xem 55
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết kế điều khiển đồng bộ robot 4 bậc tự do nhằm nghiên cứu kỹ thuật điều khiển các trục khớp đồng thời và áp dụng vào các robot bậc 4 tự do.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Thiết kế điều khiển đồng bộ robot 4 bậc tự do

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG PH M TRƯ NG TÙNG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Ph m Đăng Phư c THI T K ĐI U KHI N Đ NG B Ph n bi n 1: Ph n bi n 2: ROBOT 4 B C T DO Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c CHUYÊN NGÀNH: S N XU T T Đ NG sĩ kĩ thu t h p t i Đà N ng vào ngày…..tháng…..năm 2011 MÃ S : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin H c li u – ĐH Đà N ng. - Trung tâm H c li u – ĐH Đà N ng. ĐÀ N NG – NĂM 2011
3 4 M Đ U s ñó tính toán ñ thi t k b ñi u khi n ñ ng b các tr c cho 1. Lý do ch n ñ tài: robot. • Hi n nay, v i n n s n xu t công nghi p hi n ñ i, robot công • Ch t o mô hình ñ ki m ch ng các k t qu . nghi p là m t trong nh ng thành ph n quan tr ng. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n: • Nhi u cơ s ñào t o hi n chưa có robot ñ ph c v cho sinh • Áp d ng cho các s n ph m là robot ho c thi t b t ñ ng nhi u viên h c t p và nghiên c u. tr c yêu c u chuy n ñ ng ñ ng b trong quá trình ho t ñ ng. • C n thi t ph i nghiên c u v robot công nghi p nh m n m • Góp ph n thúc ñ y vi c xây d ng các mô hình ph c v cho b t và phát tri n kĩ thu t robot ñ ph c v cho nhu c u s n công tác ñào t o sinh viên. xu t, ph c v h c t p, nghiên c u. • T o ra phương pháp h c t p nghiên c u tr c quan b ng mô 2. M c ñích c a ñ tài: hình c th . Bư c ñ u ti p c n kĩ thu t ñi u khi n robot. • Đ tài t p trung nghiên c u kĩ thu t ñi u khi n các tr c kh p 6. C u trúc c a lu n văn: ñ ng th i ( ñi u khi n ñ ng b các kh p) và áp d ng vào cho C u trúc c a lu n văn g m có b n chương. robot 4 b c t do. - Chương 1: Trình bày t ng các v n ñ quan v robot; v l ch s 3. Ph m vi và n i dung nghiên c u: phát tri n robot công nghi p; các khái ni m cơ b n c a robot 3.1. Ph m vi: công nghi p. • Nghiên c u ñ áp d ng cho robot 4 b c t do, s d ng ñ ng - Chương 2: Trình bày cơ s ñ ch n l a c u hình robot d a trên cơ ñi n m t chi u. các ñ c tính kĩ thu t yêu c u. Sau khi xác ñ nh ñư c mô hình 3.2. N i dung nghiên c u: robot, ta ti n hành tính toán ñ ng h c và ñ ng l c h c c a mô • Nghiên c u lý thuy t v robot công nghi p. Trên cơ s ñó, ta hình robot ñó. v n d ng l a ch n mô hình robot phù h p. Chương 3: Trình bày v các khái ni m v ñi u khi n ñ ng b ; • Xây d ng mô hình toán h c ñ ñi u khi n ñ ng b các tr c thi t k quy lu t chuy n ñ ng c a các tr c kh p. Trên cơ s quy c a robot ñã l a ch n. Mô hình hóa lu t ñi u khi n ñó b ng lu t chuy n ñ ng ñó, ñ ra mô hình ñi u khi n ñ ng b các tr c máy tính và sau ñó thi t k b ñi u khi n ñ ng b chuy n kh p thông qua vi c xây d ng phương pháp ñi u khi n theo ñ ng các tr c c a robot. phương pháp trư t. Sau khi xây d ng mô hình toán h c, ti n • Ch t o mô hình robot.. hành mô ph ng trên Matlab ñ ki m nghi m. 4. Phương pháp nghiên c u: - Chương 4. Chương này trình bày cơ s thi t k m ch ñi u khi n • Nghiên c u các tài li u liên quan nh m t ng h p l a ch n và chương trình ñi u khi n robot trên máy tính ñư c l p trình các phương án t ñó ñưa ra mô hình robot phù h p, trên cơ b ng ngôn ng Visual Basic.
5 6 CHƯƠNG 1 - T NG QUAN 2.1.2. L a ch n mô hình ñ ng h c c a robot 1.1. L CH S PHÁT TRI N C A ROBOT CÔNG NGHI P Trong các lo i k t c u c a robot mà ta nghiên c u trên, robot 1.2. CÁC KHÁI NI M VÀ Đ NH NGHĨA V ROBOT CÔNG c a ta ch có th có m t trong các k t c u ki u t a ñ tr , t a ñ c u, NGHI P SCARA, và ki u tay ngư i. 1.3. K T C U CƠ B N C A M T ROBOT CÔNG NGHI P Sau khi phân tích các mô hình ñã nêu trên, ta ch n mô hình k t 1.3.1. K t c u chung c u robot ki u tay ngư i ñ th c hi n. 1.4. PHÂN LO I ROBOT CÔNG NGHI P θ3 1.4.1. Phân lo i theo k t c u θ2 θ4 1.4.2. Phân lo i theo h th ng truy n ñ ng 1.4.3. Phân lo i theo ng d ng θ1 1.4.4. Phân lo i theo cách th c và ñ c trưng c a phương pháp ñi u khi n Hình 2.1. Mô hình ñ ng h c c a robot PDU01 2.2. TÍNH TOÁN Đ NG H C CHO MÔ HÌNH ROBOT PDU01 CHƯƠNG 2 - L A CH N MÔ HÌNH ROBOT – TÍNH TOÁN 2.2.1. Thi t l p phương trình ñ ng h c thu n v v trí cho robot Đ NG H C VÀ Đ NG L C H C PDU01 2.2.1.1.Ch n h t a ñ cơ s , g n các h to ñ trung gian lên các khâu a2 a3 a4 2.1. L A CH N MÔ HÌNH Đ NG H C C A ROBOT Y1 Y2 Y3 Y4 O1 O2 O3 X3 2.1.1. Yêu c u kĩ thu t c a robot X1 X2 Z4 O4 X4 θ4 Z1 Z2 Z3 θ2 θ3 2.1.1.1.S c nâng c a tay máy d1 Z0 θ1 S c nâng c a robot t 0.1kg ñ n kho ng 2kg. O0 X0 Y0 2.1.1.2.S b c t do c a ph n công tác Ta ch quan tâm nghiên c u ñ i v i mô hình ñ ng h c robot có 4 Hình 2.3 . H t a ñ trung gian trên các khâu b c t do. 2.2.1.2.L p b ng thông s DH 2.1.1.3.Trư ng công tác c a robot B ng 2.1. B ng thông s DH c a robot PDU01 Hình chi u b ng c a trư ng công tác ph i là m t hình tròn ñ Khâu θi αi ai di ñ m b o vi c robot có th nh t ñư c t t c các v t v trí xung quanh 1 θ1 * 90 0 d1 2 θ2 * 0 a2 0 g c c ñ nh c a nó. 3 θ3 * 0 a3 0 4 θ4 * 0 a4 0
7 8 2.2.1.3.D a vào các thông s c a b ng DH, ta thi t l p các ma tr n B ng 2.2. H phương trình ñ ng h c thu n c a robot PDU01 Ai nx = C1C234 ox = - C1S234 ax = S1 px = a 4C1C234 + a3C1C23 + a2C1C2 Như v y ta có các ma tr n Ai ny = S1C234 oy = -S1S234 ay = -C1 py = a 4 S1C234 + a3 S1C23 + a2 S1C2 C1 0 S1 0  C2 -S 2 0 a 2C2  nz = S234 oz = C234 az = 0 pz = a 4 S 234 + a3 S 23 + a2 S 2 + d1  S1 0 -C1 0  ; S C 0 a 2 S2  A1 =   A2 =  02 02 2.2.2. Phương trình ñ ng h c ngư c v v trí cho robot PDU01  0 1 0 d1  1 0    0 0 0 1 0 0 0 1  2.2.2.1.Đi u ki n ñ h phương trình có nghi m  oy ax p y C3 -S3 0 a 3C3   C4 - S 4 0 a 4 C4  o = − a = p  S C3 0 a 3 S3  ;  S C4 0 a 4 S4   x y x A3 =  3 A4 =  4  nz 1 0  oy 1 0  ox  0 0   0 0   =− =− 0 0 0 1  0 0 0 1   oz nx ny az = 0  2.2.1.4.Tính các ma tr n bi n ñ i thu n nh t T   C4 - S 4 0 a 4 C4  C34 -S34 0 a 4C34 + a3C3  2.2.2.2.Tìm nghi m c a h phương trình ñ ng h c  S 4 C4 0 a 4 S 4  ; 2 S C34 0 a 4 S34 + a3 S3  3 T4 =   T4 =  34  Th c hi n vi c gi i phương trình ñ ng h c ngư c b ng cách nhân 0 0 1 0  0    0 1 0 l n lư t các ma tr n ngh ch ñ o c a ma tr n Ai v i ma tr n T4 ta gi i 0 0 0 1     0 0 0 1  ñư c k t qu sau: C234 -S 234 0 a 4C234 + a3C23 + a2C2  θ1 = − arctan 2( a x , a y ) S C234 0 a 4 S234 + a3 S23 + a2 S2  1 T4 =  234  θ234 = - arctan2(C1ox+S1oy,oz)  0 0 1 0  Px 2 + Py 2 − a3 2 − a2 2  0 0 0 1  θ 3 =arctan2( ± 1 − C32 , ) a3 2 + a2 2 C1C234 −C1S 234 S1 a 4C1C234 + a3C1C23 + a2C1C2  ( a3C3 + a2 ) (a3S23 + a2S2 ) − a3S3 (a3C23 + a2C2 ) , ( a3C3 + a2 ) (a3C23 + a2C2 ) + a3S3 (a3S23 + a2S2 ) ) S C θ2 =arctan2( − S1S 234 −C1 a 4 S1C234 + a3 S1C23 + a2 S1C2  ( a3C3 + a2 ) + ( a3S3 ) 2 2 ( a3C3 + a2 ) + ( a3S3 ) 2 2 T4 =  1 234  S234 C234 0 a 4 S 234 + a3 S23 + a2 S 2 + d1   θ 4 =θ 234 − θ 2 − θ3  0  0 0 1   2.3. L A CH N PHƯƠNG ÁN TRUY N Đ NG CHO ROBOT V y ta có h phương trình ñ ng h c thu n v v trí c a robot 2.3.1.Phương án truy n ñ ng cho kh p th nh t PDU01 như sau:
9 10 2.4. Đ NG L C H C C A ROBOT PDU01 2. 4.1. Mô hình ñ ng l c h c c a robot PDU01 Z a4 l3 M a3 c4 D md Hình 2.4. Phương án truy n ñ ng cho kh p th nh t a2 θ 2.3.2.Phương án truy n ñ ng cho kh p th hai 2 C mdt Y mdc3 B d1 mdc2 A l1 θ1 O X Hình 2.8. Mô hình tính toán ñ ng l c h c c a robot PDU01 Hình 2.5. Phương án truy n ñ ng cho kh p th hai 2.4.2. Tính ñ ng năng và th năng cho t ng ch t ñi m 2.3.3.Phương án truy n ñ ng cho kh p th ba 2.4.2.1. Tính ñ ng năng và th năng c a ch t ñi m A và B 1 • 2 K AB = ( mdc 2 + mdc 3 )l12 θ 1 2 PAB = (mdc 2 h1 + mdc 3h2 ) g 2.4.2.2. Đ ng năng và th năng c a ch t ñi m D 1 1  • 2 • • • • • • 2 KD = mDvD 2 = mdc 4 a2 2 θ2 + (a3 − l3 )2 (θ2 + θ3 )2 + +2a2 (a3 − l3 )cos θ3 θ2 (θ2 + θ3 ) + a22 cos2 θ2 θ1 Hình 2.6. Phương án truy n ñ ng cho kh p th ba 2 2  • 2 • 2 2.3.4.Phương án truy n ñ ng cho kh p th tư +(a3 − l3 )2 cos2 (θ2 + θ3 )θ1 + 2a2 (a3 − l3 ) cosθ2 cos(θ2 + θ3 )θ1   PD = mD z D g = mdc 4 [ d1 + a2 sin θ 2 + ( a3 − l3 ) sin(θ 2 + θ 3 ) ] g 2.4.2.3.Tính ñ ng năng và th năng cho ch t ñi m M 1  • 2 • • • • • • • • KM = M a22 θ2 + a32 (θ2 + θ3 )2 + a42 (θ2 + θ3 + θ4 )2 + 2a2 a3 cosθ3 θ2 (θ2 + θ3 ) 2  • • • • • • • • • + 2a2 a4 cos(θ3 + θ4 )θ2 (θ2 + θ3 + θ4 ) + 2a3a4 cosθ4 (θ2 + θ3 )(θ2 + θ3 + θ4 ) Hình 2.7. Phương án truy n ñ ng cho kh p th tư •2 •2 •2 •2 + a22 cos2 θ2 θ1 + a32 cos2 (θ2 + θ3 )θ1 + a42 cos2 (θ2 + θ3 + θ4 )θ1 + 2a2 a3 cosθ2 cos(θ2 + θ3 )θ1 •2 • 2 + 2a2 a4 cosθ2 cos(θ2 + θ3 + θ4 )θ1 + 2a3a4 cos(θ2 + θ3 )cos(θ2 + θ3 + θ4 )θ1   PM = MzM g = M [ d1 + a2 sin θ 2 + a3 sin(θ 2 + θ 3 ) + a4 sin(θ 2 + θ3 + θ 4 ) ] g
11 12 2.4.3. Tính l c t ng quát tác d ng vào t ng kh p J22 (θ ) = {M2 + M3 + 2 ( M9 − M5 ) cosθ3 + M6 + M7 + M8 + 2M10 cos(θ3 + θ4 ) + 2M11 cosθ4 } 2.4.3.1. Hàm Lagrange và l c t ng quát J23 (θ ) = {M3 − M5 cosθ3 + M7 + M8 + M9 cosθ3 + M10 cos(θ3 + θ4 ) + 2M11 cosθ4} ∂ ∂L j ∂L J24 (θ ) = {M8 + M10 cos(θ3 + θ4 ) + M11 cosθ4} Fi = ∑ ( • )−∑ j ∂t ∂ θ j ∂θ i 1 1 1 j i C21 =  M 2 sin 2θ 2 + M 3 sin(2θ 2 + 2θ3 ) − M 5 sin(2θ 2 + θ3 ) + M 6 sin 2θ 2 2 2 2 2.4.3.2. Tính các thành ph n Lj 1 + M 7 sin(2θ 2 + 2θ3 ) + M 8 sin(2θ 2 + 2θ3 + 2θ 4 ) + M 9 sin(2θ 2 + θ3 ) 2.4.3.4. Tính các l c t ng quát 2 • Đ t: + M 10 sin(2θ 2 + θ3 + θ 4 ) + M 11 sin(2θ 2 + 2θ3 + θ 4 )}θ1 M 1 = (mdc 2 + mdc 3 )l1 ; M 2 = mdc 4 a2 ; M 3 = mdc 4 (a3 − l3 ) ; 2 2 2 { • • • • • C22 = 2M 5 sin θ3 θ 3 − 2M 9 sin θ3 θ3 − 2M10 sin(θ3 + θ 4 )θ3 − 2M10 sin(θ3 + θ 4 ) θ 4 − 2M11 sin θ4 θ4 } M 5 = mdc 4 a2 ( a3 − l3 ); M 6 = Ma2 2 ; M 7 = Ma32 ; M 8 = Ma4 2 ; M 9 = Ma2 a3 ; M 10 = Ma2 a4 ; M 11 = Ma3a4 ; M 12 = −mdc 4 (a3 − l3 ) { • • • C23 = M 5 sin θ3 θ 3 − M 9 sin θ3 θ3 − M 10 sin(θ3 + θ 4 ) θ3 − M 10 sin(θ3 + θ 4 ) θ 4 • Tính l c t ng quát tác d ng lên kh p th nh t: • − M 10 sin(θ3 + θ 4 ) θ 4 − 2M 11 sin θ 4 θ 4 • } • Đ t: C24 = {− M 10 sin(θ3 + θ 4 ) − M 11 sin θ 4 }θ 4 J11 = M 1 + ( M 2 + M 6 ) cos 2 θ 2 + ( M 3 + 2M 7 ) cos 2 (θ2 + θ3 ) + M 8 cos2 (θ 2 + θ3 + θ4 ) − 2 ( M 5 − M 9 ) cos θ 2 cos(θ 2 + θ3 ) + ( 2M 10 + 2M 11 ) cos(θ2 + θ3 ) cos(θ2 + θ3 + θ 4 )  M   M M  M G2 =  M 2 + 6  cosθ2 g + − 5 + 7  cos(θ2 + θ3 ) g + 8 cos(θ2 + θ3 + θ4 ) g { • • •  a2   a2 a3  a4 C11 = 2M5 sin(2θ2 +θ3 ) − M6 sin2θ2 θ 2 − 2M7 sin(2θ2 + 2θ3 )(θ 2 +θ 3 ) Khi ñó ta ñư c: • • • • • •• •• •• • • • • − M8 sin(2θ2 + 2θ3 + 2θ4 )(θ 2 +θ 3 +θ 4 ) − 2M9 sin(2θ2 +θ3 )θ 2 − 2M9 cosθ2 sin(θ2 +θ3 )θ 3 F2 = J 22 θ 2 + J 23 θ 3 + J 24 θ 4 + C21 θ 1 + C22 θ 2 + C23 θ 3 + C24 θ 4 + G2 • • • − 2M10 sin(2θ2 +θ3 +θ4 )θ 2 − 2M10 cosθ2 sin(θ2 +θ3 +θ4 )(θ 3 +θ 4 ) } • • • Tính l c t ng quát tác d ng lên kh p th ba: −2M11 sin(2θ2 + 2θ3 +θ4 )(θ 2 +θ 3 ) − 2M11 cos(θ2 +θ3 )sin(θ2 +θ3 +θ4 )θ 4 Đ t: C12 = − [ M 2 sin 2θ 2 + M 3 sin(2θ 2 + 2θ3 ) ] J32 = {M3 − M5 cosθ3 + M7 + M8 + M9 cosθ3 + M10 cos(θ3 +θ4 ) + 2M11 cosθ4} C13 = − M 3 sin(2θ 2 + 2θ3 ) J 33 = {M 3 + M 7 + M 8 + 2M 11 cos θ 4 } Khi ñó ta có: •• J 34 = {M 8 + M 11 cos θ 4 }θ 4 •• • • • F1 = J11 θ 1 + C11 θ 1 + C12 θ 2 + C13 θ 3 1 C31 =  M3 sin(2θ2 + 2θ3 ) − M5 cosθ2 sin(θ2 + θ3 ) + M7 sin(2θ2 + 2θ3 ) 2 Tính l c t ng quát tác d ng lên kh p th hai: 1 Đ t: + M8 sin(2θ2 + 2θ3 + 2θ4 ) + M9 cosθ2 sin(θ2 + θ3 ) + M10 cosθ2 sin(θ2 + θ3 + θ4 ) 2
13 14 2.5. TÍNH TOÁN B TRUY N Đ NG CƠ KHÍ CHO ROBOT • +M11 sin(2θ2 + 2θ3 + θ4 )}θ1 2.5.1.Các thông s kĩ thu t • V n t c ntr c = 6 vòng/phút. C32 = {− M 5 sin θ 3 + M 9 sin θ 3 + M 10 sin(θ 3 + θ 4 )}θ 2 T s truy n nñ ngcơ/ntr c = 3. T c ñ ñ ng cơ c n thi t là nñc = C33 = −2 M 11 sin θ 4 θ 4 • 18vòng/phút ( s d ng ñ ng cơ có h p gi m t c g n li n). Môment xo n c c ñ i trên tr c kh p robot là T = 5N.m = { • C34 = − M 11 sin θ 4 θ 4 − 2M 11 sin θ 4 θ 2 • } 5000N.mm. Hi u su t truy n trên b truy n ñai răng là η1 = 0.95. M  M Hi u su t truy n trên lăn là η2 = 0.99. G3 =  7 − M 12  cos(θ 2 + θ3 ) g + 8 cos(θ 2 + θ3 + θ 4 ) g  a3  a4 2.5.2.Tính toán b truy n ñai cho kh p th nh t Khi ñó ta ñư c: Tính công su t ñ ng cơ: •• •• •• • • • • Tn 5000 x18 F3 = J 32 θ 2 + J 33 θ 3 + J 34 θ 4 + C31 θ 1 + C32 θ 2 + C33 θ 3 + C34 θ 4 + G3 P= 10−6 = 10−6 = 0.01KW = 10W 9.55η1η2 9.55 x0.95 x0.99 Tính l c t ng quát tác d ng lên kh p th tư: Trên cơ s ñó, ta ch n ñ ng cơ model EYQF-33300-641c a hãng Đ t: Colman v i các thông s như sau: J 42 = {M 8 + M10 cos(θ3 + θ 4 ) + M 11 cos θ 4 } - T c ñ n = 71.67 RPM; công su t P = 10.7W. J 43 = {M 8 + M 11 cos θ 4 } - Puli nh c a h truy n ñai ñư c g n tr c ti p lên tr c ra c a J 44 = M 8 ñ ng cơ, do ñó v n t c c c ñ i c a puli nh n = 18 RPM D a vào công su t và t c ñ c a b truy n ta ch n dây ñai lo i L. 1 • C41 =  M8 sin(2θ2 + 2θ3 + 2θ4 ) + M10 cosθ2 sin(θ2 + θ3 + θ4 ) + M11 cos(θ2 + θ3 )sin(θ2 + θ3 + θ4 )θ1 V i t s truy n n = 3. V i lo i puli nh g n li n tr c ñ ng cơ ñã  2  { • • C42 = M 10 sin(θ3 + θ 4 ) θ 2 + M 11 sin θ 4 θ 2 + 2 M 11 sin θ 4 θ 3 • } ch n có z1 = 12. Do ñó ta ch n bánh ñai l n có z2 = 36. Kho ng cách gi a tr c ñ ng cơ và tr c g n bánh ñai l n là • 150mm. C43 = + M 11 sin θ 4 θ 3 Ta s d ng chương trình tính toán b truy n ñai trên ta ñư c: M G4 = 8 cos(θ 2 + θ 3 + θ 4 ) g Bánh ñai nh : a4 • z1 = 12. Khi ñó ta ñư c: • Đư ng kính vòng chia d1 = 19.09mm •• •• •• • • • F4 = J 42 θ 2 + J 43 θ 3 + J 44 θ 4 + C41 θ 1 + C42 θ 2 + C43 θ 3 + G4 Bánh ñai l n:
15 16 • Z2 = 36 Kh p th nh t di chuy n m t góc δθ1 = θ1t - θ1s • Đư ng kính vòng chia d2 = 57.29mm Kh p th nh t di chuy n m t góc δθ2 = θ2t - θ2s Dây ñai ch n lo i dây L, chi u dài dây ñai là 420mm. Kho ng Kh p th nh t di chuy n m t góc δθ3 = θ3t - θ3s cách th c gi a hai tr c là148.77mm. Kh p th nh t di chuy n m t góc δθ4 = θ4t - θ4 2.5.3.Tính toán b truy n ñai cho kh p th hai Yêu c u kĩ thu t là v n t c c a các bi n kh p trong quá trình K t qu tương t như tr c kh p th nh t. chuy n ñ ng ph i không ñư c l n hơn v n t c gi i h n ( v ≤ vgh) 2.5.4.Tính toán b truy n ñai cho kh p th ba 3.3.2. Thi t k qu ñ o cho các bi n kh p Tính b truy n ñai t ñ ng cơ ñ n bánh ñai trung gian: 3.3.2.1.Thi t k qu ñ o cho các bi n kh p K t qu tương t b truy n ñai tr c kh p th nh t và th hai Qu ñ o ña th c b c 3 c a bi n kh p thư i có d ng: Tính b truy n ñai t bánh ñai trung gian ñ n bánh ñai g n trên qi (t ) = ai + bi (t − ti 0 ) + ci (t − ti 0 ) 2 + di (t − ti 0 )3 tr c kh p th 3 V i các ràng bu c ban ñ u: • • • • Bánh ñai th nh t có: qi (ti 0 ) = qi 0 ; q i (ti 0 ) = q i 0 ; qi (t f ) = qif ; q i (t f ) = q if • • • • 3( qif − qi 0 ) − (2 qi 0 + qif )δ ti (qif + qi 0 )δ ti − 2 ( qif − qi 0 ) - z1 = 36. • - Đư ng kính vòng chia 57.26mm ⇒ ai = qi 0 ; bi = qi 0 ; ci = ; di = δ ti 2 δ ti 3 Bánh ñai th hai có các thông s gi ng như bánh ñai th nh t. V i δti = tif – ti0 S d ng dây ñai lo i L có chi u dài dây ñai là 725mm. Kho ng T ñó tính toán ta ñư c: cách th c gi a hai tr c là 272mm. 2 • • 3 ( qif − qi 0 ) − (2 q i 0 + q if )δ ti  2.5.5.Tính toán b truy n ñai cho kh p th tư   • 2 ci •  Ta ñư c các k t qu gi ng như b truy n ñai cho kh p th nh t và q1cuctri = − ⇒ q1cuctri =  • •  δ ti 6 ( qif − qi 0 ) − 3( q if + q i 0 )δ ti  3d i  kh p th 2.    CHƯƠNG 3 - XÂY D NG MÔ HÌNH TOÁN H C ĐI U Trong c hai trư ng h p tr c kh p chuy n ñ ng theo chi u KHI N Đ NG B CÁC TR C dương và âm thì ta ñ u có : 3.1. KHÁI NI M ĐI U KHI N Đ NG B CÁC TR C 2 • • 3 ( qif − qi 0 ) − (2 qi 0 + qif )δ ti    3.2. THI T K QU Đ O CHUY N Đ NG C A CÁC KH P  vmax =  3.3. MÔ HÌNH TOÁN H C ĐI U KHI N Đ NG B CÁC • • δ ti 6 ( qif − qi 0 ) − 3(q if + q i 0 )δ ti TR C C A ROBOT 3.3.1. Phân tích bài toán Theo ñi u ki n kĩ thu t thì v n t c này ph i không ñư c l n hơn Các yêu c u mà bài toán ñ t ra ñ i v i robot c a ta là: v n t c gi i h n ñ t ra. Như v y :
17 18 2 • • 3.4. XÂY D NG LU T ĐI U KHI N CÁC KH P 3 ( qif − qi 0 ) − (2 q i 0 + q if )δ ti     vimax = • •  ≤v 3.4.1. H phương trình tr ng thái chuy n ñ ng c a m i kh p δ ti 6 ( qif − qi 0 ) − 3(q if + q i 0 )δ ti gh ñ ng Xét sơ ñ ñ ng c a ñ ng cơ ñi n m t chi u v i tín hi u vào là Trong trư ng h p th c t ngư i ta dùng ñ ñi u khi n robot, v n ñi n áp Ua(t) ñ t vào ph n ng, tín hi u ra là góc quay θm c a tr c t c kh i ñ u và k t thúc ñ u b ng không, do ñó ta có: ñ ng cơ; ñ ng cơ ki u kích t ñ c l p. 3 ( qif − qi 0 ) 2 3 qif − qi 0 La(t) Ra(t) Uf (t) vimax = ≤ vgh ⇔ δ ti ≥ δ ti 2 ( qif − qi 0 ) Rf (t) 2vgh Lf (t) Ua(t) eb(t) θm(t) Như v y, v i 4 bi n kh p, ta có: Mm(t) 3 qif − qi 0 Jm δ ti ≥ 2vgh Hình 3.9.Sơ ñ ñ ng c a ñ ng cơ ñi n m t chi u Đ các bi n kh p ñ t ñ n giá tr cho trư c cùng m t th i ñi m ta Trong th c t , các tr c kh p c a ta ñư c truy n ñ ng t ñ ng cơ ph i ch n sao cho: thông qua h th ng bánh ñai và dây ñai răng. δ t1 = δ t2 = δ t3 = δ t4 = δ t JL(t) Đ các tr c kh p ñ t ñư c giá tr cho trư c trong th i gian nhanh nh t, ta ch n: θL(t) ML(t) 3 q jf − q j 0 j =1,4 δ t = max(δ t1 , δ t2 , δ t3 , δ t4 ) = max( ) 2vgh ⇔ δt = ( 3max q jf − q j 0 j =1,4 ) Mm(t) Jm θm(t) 2vgh Hình 3.10. Sơ ñ truy n ñ ng 3( qif − qi 0 ) 2 ( qif − qi 0 ) qi (t ) = qi 0 + (t − ti 0 )2 − (t − ti 0 )3 T s truy n là n. B qua ma sát. θL là góc quay c a tr c kh p. ( )  ( )  2 3  3max q − q  3max q − q Tính toán ta ñư c  jf j0 j =1,4  jf j0 j =1,4  2vgh   2vgh  L J (t ) •••  Ra J (t ) La dJ (t )  •• •     θ m+     ua (t ) = a +  θ m + + Kb θ m Ka  Ka K a dt  Phương trình trên chính là quy lu t chuy n ñ ng c a các bi n kh p mà ta dùng ñ ñi u khi n ñ ng b các tr c c a robot mà ta c n.
19 20 Đ t: 3.4.1.3. H phương trình tr ng thái chuy n ñ ng cho kh p th ba  •  dx31  y = x1 = θ m  dt = x32    dx1 ••  •  = x2 = θ m    dt  dx32 = K a u3 a (t ) −  Ra J 33 + La J 33  x32 − K a K b x31  dx2 •••  dt La J 33  La J 33  La J 33  dt = x3 = θ m     • Ta có phương trình tr ng thái c a h th ng và y3 = x31 = θ 3m  dx1  dt = x2 3.4.1.4. H phương trình tr ng thái chuy n ñ ng cho kh p th tư    dx41  dx2 = K a ua (t ) − K a  Ra J (t ) + La dJ (t )  x2 − K a K b x1    dt = x42  dt La J (t )  La J (t )  K a K a dt  La J (t )   dx •  42 = K a u4 a (t ) − Ra x42 − K a K b x41 và y = x1 = θ m   dt La J 44 La La J 44 • 3.4.1.1. H phương trình tr ng thái chuy n ñ ng cho kh p th và y4 = x41 = θ 4 m nh t  dx11 3.4.2. Thi t k b ñi u khi n dùng ñi u khi n v n t c c a các tr c  dt = x12 kh p  •    Ta có mô hình ñ i tư ng c n ñi u khi n như sau:  dx12 = K a u1a (t ) −  Ra J11 + La J 11  x12 − K a Kb x11  dt    dx1  dt = x2 La J11 La J11 La J11      •  dx2 = K a ua (t ) − K a  Ra J (t ) + La dJ (t )  x2 − K a K b x1   và y1 = x11 = θ 1m  dt La J (t )  La J (t )  K a K a dt  La J (t ) 3.4.1.2. H phương trình tr ng thái chuy n ñ ng cho kh p th hai • và y = x1 = θ m  dx21  dt = x22  e(t) = yd(t) – y(t) là sai l ch gi a tín hi u ñ t và tín hi u ñi u khi n. •     dx22 = K a u2 a (t ) −  Ra J 22 + La J 22  x22 − K a K b x21 Do mô hình c a ta là b c 2 nên ta s d ng hàm trư t có d ng:  dt La J 22  La J 22  La J 22 de    s = k1e + dt • V i k1 > 0 và y2 = x21 = θ 2 m T hàm trư t s ta có:
21 22 de d ( yd − y )  dy   dy  s = k1e + = k1 ( yd − y ) + ⇒ s =  k1 yd + d  −  k1 y +  dt dt  dt   dt   dyd  ⇒ s =  k1 yd +  − ( k1 x1 + x2 )  dt  S d ng phương pháp thi t k b ñi u khi n trư t ta ñư c: 1  • •• Ka  Ra J (t ) La dJ (t )  Ka Kb  ua (t ) =  K sgn( s) + k1 e+ y d +  +  x2 + x1  Ka  La J (t )  Ka Ka dt  La J (t )  Hình 3.11. Qu ñ o chuy n ñ ng Hình 3.12. V n t c chuy n La J (t ) c a các kh p ñ ng c a các kh p Mô hình trên là b ñi u khi n s d ng phương pháp trư t ñ ñi u khi n v n t c c a ñ ng cơ robot. 3.4.3. S d ng Matlab mô ph ng vi c ñi u khi n các kh p robot Cho các giá tr c ñ nh c a h th ng như sau: - Các giá tr thu c tính c a ñ ng cơ. Ka = Kb = 0.01; Ra = 1 Ω, La = 0.5 H, Jm = 0.01kg.m - Các giá tr thu c tính c a robot. Hình 3.13. Moment quán Hình 3.14.Đư ng v n t c d1 = 0.1m; l1 = 0.2m; l3 = 0.1m; a2 = a3 = 0.3m, a4 = 0.1m; tính c a các khâu robot th c c a các kh p robot mdc2 = mdc3= 0.5kg; mdc4 = 0.2kg; M = 0.5kg; h s truy n n = 1/3 Cho v trí ban ñ u c a các bi n kh p l n lư t là: q10 = 00 ; q20 = 300 ; q30 = −300 ; q40 = 00 ; Và giá tr c n ñ t ñ n là: q1 f = 300 ; q2 f = 900 ; q3 f = 600 ; q4 f = 450 ; V n t c gi i h n chuy n ñ ng c a các kh p là vgh = 300/s. Ch n các h s c a mô hình trư t là k1 = 1; k2 = 1. Hình 3.15.Đư ng qu ñ o Hình 3.16. Sai s v v n t c K t qu mô ph ng như sau: th c c a các kh p robot
23 24 Hình 4.11. Giao di n ñi u khi n Hình 4.12. Giao di n ñi u Hình 3.17. Sai s góc quay Hình 3.18. Qu ñ o chuy n robot thông qua ma tr n vectơ khi n robot theo t ng kh p ñ ng c a cơ c u ch p hành cu i cu i Sai s v v trí c a khâu ch p hành cu i trong th c t so v i v trí mong mu n là: - Sai s theo phương x: δx = 0.0010m. - Sai s theo phương y: δx = 0.0010m. - Sai s theo phương z: δx = 0.0023m. 3.4.4. K t lu n v k t qu c a quá trình ñi u khi n. V i các k t qu mô ph ng trên, ta th y r ng v trí khâu ch p hành cu i c a robot ti p c n ñư c ñ n v trí mong mu n, các sai s là nh và có th ch p nh n ñư c. CHƯƠNG 4 - THI T K - CH T O MÔ HÌNH ROBOT. 4.1. THI T K M CH ĐI U KHI N ROBOT PDU01 4.2. PH N M M ĐI U KHI N Hình 4.9. Giao di n kh i ñ ng chương trình Hình 4.10. Giao di n l a ch n chương trình
25 26 K T LU N Vi c thi t k ñi u khi n ch m i tính toán thi t k v i nguyên lý 1. K t qu nghiên c u c a ñ tài ñi u khi n trư t, chưa so sánh k t qu v i các phương pháp ñi u Đ tài ñã th c hi n vi c l a ch n mô hình ñ ng h c và ñ ng l c khi n hi n ñ i khác như Fuzzy, Adaptive, Back Stepping… h c c a robot, trên cơ s ñó, thi t l p thành công phương trình ñ ng Áp d ng th c ti n ch m i d ng l i vi c tính toán trên mô hình h c, ñ ng l c h c cho robot. v i m t tay máy 4 b c có kích thư c nh , chưa có ñi u ki n tính toán Đ tài cũng ñã th c hi n thành công vi c ñưa ra mô hình toán thi t k , áp d ng trên tay máy l n, có kh năng s d ng trong s n h c cho vi c ñi u khi n chuy n ñ ng ñ ng b các tr c kh p c a xu t. robot này b ng cách s d ng mô hình ñi u khi n trư t cho ñ i tư ng ñi u khi n là ñ ng cơ ñi n m t chi u. V i k t qu ñ t ñư c, có th ng d ng ñ tài vào vi c ñi u khi n robot ho c các máy có s b c t do b ng 4. Các k t qu ñ t ñư c c a ñ tài, có th ng d ng vào vi c gi ng d y v robot và các môn h c v t ñ ng hóa, ñi u khi n… Bên c nh ñó, có th áp d ng phương pháp ñi u khi n này ñ áp d ng ñi u khi n cho robot chuy n ñ ng theo qu ñ o mong mu n, t ñó có th ng d ng vào trong th c t cho các robot th c hi n các nguyên công hàn, sơn… 2. Hư ng phát tri n c a ñ tài Đ tài ñã gi i quy t ñư c v n ñ v ñi u khi n ñ ng b chuy n ñ ng c a các kh p robot và áp d ng cho robot có 4 b c t do. Tuy nhiên, do th i gian h n ch , v n chưa áp d ng cho các robot ho c các máy có s b c t do l n hơn. Tuy nhiên, v i ti n ñ nghiên c u này, ch c n tính toán ñi u ch nh là có th áp d ng ñư c. Trong quá trình thi t k , do ñ c tính kĩ thu t là các kh p c a robot chuy n ñ ng v i v n t c th p nên ta ñã b qua các thành ph n không n m trên ñư ng chéo ma tr n moment quán tính J và thành ph n nh hư ng c a tr ng l c G, nh hư ng c a gia t c Coriolic trong quá trình thi t k . V i các máy chuy n ñ ng v i v n t c cao, các thành ph n này c n ph i ñư c tính ñ n trong thi t k .