Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử cho robot hai bậc tự do RR

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 23/12/2013 ‹#› Lớp : CĐT2 K55 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ CHO ROBOT HAI BẬC TỰ DO RR Giáo viên hướng dẫn Ths MẠC THỊ THOA Sinh viên thực hiện Đinh Đức Anh Hà Nội 12/2013 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Giới thiệu chung về robot công nghiệp Thiết kế mô hình 3D của robot RR Tính toán động học thuận, ngược robot RR Bài toán tĩnh học robot RR Bài toán động lực học Robt RR Thiết kế quỹ đạo chuyển động Điều khiển và mô phỏng robot 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT Trên thế giới: Năm 1921, thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc(Czech), nó xuất hiện lần đầu tiên trong một vở kịch Rossum’s Universal Robot của Karel Capek cùng năm đó. Cho đến nay, thế giới đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ trong lĩnh vực Robot.đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phát triển như : Anh, Thụy Điển,Nhật,Mỹ, CHLB Đức,Pháp, Ý……. Trong nước: Tháng 4/1998 Nhà máy Rorze/Robotech chế tạo và lắp ráp đặt ở Hải Phòng với vốn 46 triệu đôla, đi vào hoạt động. Năm 2002, công ty TOSY của Việt Nam thành lập, nghiên cứu chế tạo Robot giải trí, tới nay đã có hơn 800 thành viên. Tháng 10/2003, Hội khoa học và công nghệ Robot Việt Nam được thành lập. 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D CỦA ROBOT RR Ta thiết kế mô hình 3D của robot có dạng như sau 3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC Ta có sơ đồ đặt hệ tọa độ cho robot theo quy tắc Denavit-Hatenberg như sau : BẢNG DH VÀ KHÔNG GIAN LÀM VIỆC Sau khi chọn trục tọa độ như trên ta có bảng DH: Với giá trị giới hạn góc xoay các biến khớp như trên thì ta có không gian làm việc (hay vùng làm việc ) của robot có thể vẽ như sau: Không gian làm việc của robot Dạng tổng quát của ma trân Denavit-Havtenberg cho các khâu có dạng như sau : Ma trận Denavit-Hatenberg của khâu 1: Ma trận Denavit-Hatenberg của khâu 2 CÁC MA TRẬN TRUYỀN DH Thiết lập các phương trình động học Từ các ma trận trên ta xác định được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhât của khâu 2 so với khâu cố định là: Ma trận trên cho ta biết vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định,nên có thể biểu diễn qua các biến khớp qi Thiết lập các phương trình động học(tiếp) Ta có ma trận Cacdan biểu diễn hướng của hệ tọa độ động cuối đối với khâu đế Từ ma trận trên kết hợp với ma trận Thì ta có các phương trình động học Robot Động học thuận Chọn quy luật chuyển động bất kì như sau: Động học thuận (tiếp) Thay các giá trị trên vào phương trình ta được : Và được đồ thị như hình vẽ Đồ thị vận tốc và gia tốc điểm tác động cuối Với các thông số đã chọn như trên thì khi đó ta vẽ được đồ thị vận tốc và gia tốc của điểm tác động cuối như sau: Đồ thị gia tốc Vận tốc góc các khâu Vận tốc góc các khâu (tiếp) Vận tốc góc khâu 2 , khâu cuối Đồ thị vận tốc góc khâu cuối Sau khi có được biểu thức vận tốc góc khâu cuối thì ta vẽ được đồ thị vận tốc góc Động học ngược Dễ dàng giải ra ta được Đồ thị các biến khớp trong bài động học ngược Đồ thị các biến khớp trong bài động học ngược (tiếp) Đồ thị thu được 4. Bài toán tĩnh học Mô hình 4. Bài toán tĩnh học (tiếp) Phương pháp: 4. Bài toán tĩnh học (tiếp) Kết quả 5. Tính toán động lực học Mô hình 5. Tính toán động lực học (tiếp) Ma trận khối lượng suy rộng 5. Tính toán động lực học (tiếp) Sau khi thay các thông số vào ta thu được các phương trình vi phân chuyển động của robot 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động 6.1 thiết kế quỹ đạo theo không gian khớp   6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Khớp 1 Khớp 2 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Ta thu được các đồ thị tương ứng của vị trí, vận tốc và gia tốc của khớp Khớp 1 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Khớp 2 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) 6.2 Thiết kế quỹ đạo theo không gian làm việc 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Ta được đồ thị 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Hình vẽ mô phỏng vị trí cơ cấu theo t khi đó 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) 6.3 thiết kế quỹ đạo chuyển động điểm cuối di chuyển theo đường tròn đường kính AB Tiến hành giải hệ phương trình ta thu được 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) 6. thiết kế quỹ đạo chuyển động (tiếp) Vị trí cơ cấu tương ứng theo thời gian t 7 Điều khiển và mô phỏng 7.1 Hệ thống điều khiển theo không gian khớp 7.1.1 Điều khiển theo hệ thống điều khiển phản hồi Sơ đồ điều khiển 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Các thông số điều khiển và sơ đồ điều khiển Ta chọn luật điều khiển là PD với các hệ số như bên 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Các khối con như sau 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Khối Robot 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Ta thu được các kết quả 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) 7.2 Sử dụng mô hình xuất ra từ SolidWorks Để mô phỏng từ mô hình SolidWork ta dung mô hình như hình vẽ, với các thông số a1=650 mm a2=550 mm m1=3kg m2-=2.5 kg 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Xuất bản vẽ mô hình từ SolidWork và chuyển sang file có dạng .xml rồi sau đó import sang môi trường matlab ta được 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Thêm các khối điều khiển vào 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Chạy chương trình và ta thi được kết quả 7 Điều khiển và mô phỏng (tiếp) Kết luận - ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp em làm quen và tìm hiểu kĩ hơn các vẫn đề cốt lõi và bản chất về robot và có ích hơn cho em sau này. Qua đó chúng em có thể tìm hiểu sâu hơn , hiểu được cách tiếp cận và giả quyết các vẫn đề của môn học. Đồng thời qua đó 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 cũng có nhiều vẫn đề mà trong khả năng của em có thể chưa giải quyết được, em rất mong được các thầy cô trong Viện chỉ bảo thêm.