BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TROONG BAI HOC BACH KHOA HA NOI N@IH HNVA ODN NVA NÝfT NGO MANH HIEN NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VA DONG LUC HOC DIEU KHIEN RO BOT, UNG DUNG TREN ROBOT KUKA KR 6/2 THM 09 HNVON LUAN VAN THAC Si - NGANH CO KHi t00£ YOHXM Hà nội - 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO TR- ỒNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NOI NGÔ MẠNH HIẾN NGHIÊN COU DONG HOC VA DONG LUC HOC DIEU KHIEN RO BOT, UNG DUNG TREN ROBOT KUKA KR 6/2 Chuyên Ngành: Máy va Dung cu câng nghiệp LUẬN VĂN THẠC SĨ - CƠ KHÍ NGUỜI HUỚNG ĐẪN KHOA HỌC: TS. NGUYEN XUAN TOAN Hà nội, 2004 Muc luc MUC LUC Trang LOINOI DAU 1. TINH CAP THIRT CUA BR TAT wow 2. MỤC TIỂU VÀ PHƯƠNG FIÁP NGIIÊN CỬU CIIUONG 1: TONG QUAN VE RG BOT.
KHÁI NIỆM VỆ RỒ BỘT. ch ng tk sờ 2. PHIÂN LOẠI RÔ BÓT 2. Phân loại theo số bac ty do trong trường công tác 2.
Phân loại theo cầu trúc động học 2. Rô bất nổi tiến (Serial manipuÏafGF). Rõ bắt song sung (Parallel manipulators). Rõ bắt di chuyển (Mobile Robot) 2.4, R6 bét dang hinh ngudi (Humanoid Robot).
Phân loại theo hệ thống truyền dong 2. Hệ truyền động giản HẾN. Hệ truyền động trực tiếp 10 2. Phân loại theo phương pháp điều khiến.
Phân loại theo đặc điểm hoạt động 11 3. SƠ LƯỢC VÉ QUÁ TRINH PHAT TRIEN CUARO BOT. 11 CHUONG 2: CO SO TINH TOAN DONG HOC RO BOT .0086 Li THUYET BONG HOC VAT RAN 1. Khả năng chuyển động của vật trong không gian 1.
Biểu điển hướng (Description of an Orientation). Bidu din vi ti (Description ofa Location) 2. PHEP BIEN DOI DONG NHAT Levene ees bocce sees 2. Biểu diễn điểm 2.
Biểu diễn mặt phẳng 2. Ma trận biến đỗi đồng nhất. Các phép biên đổi đồng nhất 241. Phép tịnh tiễn (Tramslaion).
Phép quay quanh một trục bất kỳ 2.4, Ma tran quay Huler. Bidu dién hé tou dé. Tong quan về rô bắt Ching I 2. Rô bốt nối tiếp (Serial manipulators) Đây là dạng phổ biến nhất của rõ bốt công nghiệp, nó cổ thể dạng chuỗi hở hoặc chuỗi hở có vòng kín.
Th- òng có dạng cấu trúc giống cánh tay ng- di, là một chuỗi các khâu rán liên kết với nhau bằng các khớp (joints) có dạng nh- vai, khu#u và cổ tay. Rô bốt này có -u điểm chính là vùng làm việc (workspace) Tong va linh động. D- ới đây ta cũng đ-a ra các bộ phận chính của một rô bốt công nghiệp -_ Cấu trúc cơ khí gồm các khâu, khớp, - Cơ cấu chấp hành (actualor) tác động tại các khớp lầm tay mấy chuyển động, ~_ Cẩm biến (sensors) dùng để đo Ì- òng trạng thái của lay mấy (cảm biển trong) và trạng thái môi tr- ðng (cám biến ngoài) nếu cần, -_ Một hệ thống điểu khiển (có cả máy tính) dể điển khiển và giám sát chuyển động lay mấy. Nhi pc điểm: 1, Đặc điểm cố hữu là độ cứng vững thấp để tạo một cấu trúc động học, 2.
Sai số đeợc lích luỹ và đ- ợc khuếch đại từ khâu này sang khâu khác, 3, Do phải mang và chuyển động cùng các bộ dẫn động (th- ờng là các động cơ) có khối I- ơng là lớn nên tốc dộ làm việc thấp, 4. Do vậy mã rô bốt mang đ- ợc tải thấp không cao (th- ðng khoảng vài chục kg) Rô bốt loại này yêu cầu phải có ít nhất 6 bác tự đo trong không gian (ứng với 6 bậc tự do của vật thể) để có thể tiếp cận d- ợc dối t- ợng ở vị trí bất kỳ với khả năng định h- ứng trong miễn lầm việc của nó. Chính vì vậy chủ yếu là Rô bốt có 6 khấp. Tuy nhiên, những tg dung cia RG bot hiện nay trong công nghiệp là lắp rấp và vận chuyển phôi và sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Các công việc mang đối ¡-ơng và đặt vào đúng vị trí hoặc cung cấp phổi liệu trong 7 Tong quan về rô bắt Ching I + Thủ pháp cầm nắm, chuyển đổi tối - u. + Khả năng lầm việc khôn khéo. + Kết cấu theo quy tắc Mô-đuưn hoá. PHAN LOAI RO BOT 2.1, Phan loai theo sé bac ty do trong tring cong tac Rõ hốt có hai hình thức chuyến động cơ bân làm chuẩn: ® Chuyển động thẳng theo các trục x, y, z trong không gian Để-các với các khớp lăng trụ hay còn gọi là khớp tr- ot ký hiệu là P.
$ Chuyển động quay quanh các trục x,y. TTuỷ thuộc số bậc tự do và cách tổ hợp P — R, Rõ bốt sẽ hoạt động trong tr- ờng công tác với các hình khối khác nhau. Ví dụ: Rô bốt có tr- ờng làm việc là hình trụ: RRP, RPP. Rõ bốt cần phải thao tác ngày cầng khéo lóo, tỉnh vi trong Ir- ðng công tác của nó.
Số bậc lự do của Rõ bốt có thể không hạn chế. Tuy nhiên khi số bậc lự do tang lên sẽ kếo theo nhiều vấn để kỹ thuật và kinh tế phải giải quyết. Do đố việc chọn số bậc tự do và ph-ơng án tổ hợp để thiết lập không gian làm việc (tr ờng công tác) của Rô bốt phải đảm bảo tính hợp lý và tính tối -u đếi với tính năng kỹ thuật xác định của Rô bốt. Phân loại theo cấu trúc động học.
Một ph- øng pháp phân loại khác cho R6 hốt chính là phân loại theo cấu trúc hình học của chúng. Một Rõ bốt đ- ợc gọi là Rô bốt tuần tự hay Rô bốt chuỗi hở nếu cấu trúc động học của chúng có dạng một chuỗi động hở, gọi là Rô bốt song song (Paralell Robots) nếu cấu trúc động học của chúng là một chuỗi đống, và gọi là Rê bốt hỗn hợp nếu nó bao gồm cả hai loại chuỗi hở và chuỗi đóng. Phương trinh động học của rô bết. Xác định quan hệ giữa các khâu.
Hệ phương trình động học rô bốt- bài toán thuận 29 4MA TRẬN IACOBIAN. MIỄN LÀM VIỆC CỦA TAY MÁY 38 CHUONG 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC RÔ BỘT Al 1, CAC TINH CHAT CUA VAT RAN 43 1. Ma trận quán tỉnh 43 2. ĐỘNG NĂNG CỦA TAY MÁY 45 3.
PHƯƠNG TRÌNH LARGANGE LOẠI 2. Toa dé suy rang 41 3. Thế năng LJ.4 Các lực suy rộng hay lực tổng quát 50 5. Phương trình động lực hoc téng quát 51 CHƯƠNG 4: QUỸ ĐẠO TRONG CLIUYEN DONG CUA RO BOT 54 1,CAC KHAL NIEM VỆ BÀI TOÁN QUỸ DẠO.
CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO THƯỜNG DÙNG 2.1 Quỹ đạo tuyến tính với cung ở hai đầu là Parabol 57 2. Quỹ đạo có hai cung ở hai đầu là Parabol.3, Quy dao CS (Path with Cubis Segment) 60 CHUONG 5: GIAT BAI TOAN BONG HOC, DONG LUC HỌC CHO RO BOT NOI TIEP 6 BAC TU DO - KUKA KR6/2 1. TINH TOAN DONG HOC RO BOT KUKAER 6/2. Phương trình động học thuận 1.
Phương trình động học ngược 1. Phương trình động học ngược - ỨỊ trí. Phương trinh động học ngược - wong.3 Tỉnh toán động học vận lốc - ma trận Jacobian 73 ˆ 2, TINH TOAN DONG LUC HOC RO BOT KUKA KR 6/2. Xem xét bài toán với cơ cấu có hai bậc tự do 83 2.
Tỉnh toán đồng lực học rô bốt Kuka KR 6/2 86 Tong quan về rô bắt Ching I 2. Rô bốt nối tiếp (Serial manipulators) Đây là dạng phổ biến nhất của rõ bốt công nghiệp, nó cổ thể dạng chuỗi hở hoặc chuỗi hở có vòng kín. Th- òng có dạng cấu trúc giống cánh tay ng- di, là một chuỗi các khâu rán liên kết với nhau bằng các khớp (joints) có dạng nh- vai, khu#u và cổ tay. Rô bốt này có -u điểm chính là vùng làm việc (workspace) Tong va linh động.
D- ới đây ta cũng đ-a ra các bộ phận chính của một rô bốt công nghiệp -_ Cấu trúc cơ khí gồm các khâu, khớp, - Cơ cấu chấp hành (actualor) tác động tại các khớp lầm tay mấy chuyển động, ~_ Cẩm biến (sensors) dùng để đo Ì- òng trạng thái của lay mấy (cảm biển trong) và trạng thái môi tr- ðng (cám biến ngoài) nếu cần, -_ Một hệ thống điểu khiển (có cả máy tính) dể điển khiển và giám sát chuyển động lay mấy. Nhi pc điểm: 1, Đặc điểm cố hữu là độ cứng vững thấp để tạo một cấu trúc động học, 2. Sai số đeợc lích luỹ và đ- ợc khuếch đại từ khâu này sang khâu khác, 3, Do phải mang và chuyển động cùng các bộ dẫn động (th- ờng là các động cơ) có khối I- ơng là lớn nên tốc dộ làm việc thấp, 4. Do vậy mã rô bốt mang đ- ợc tải thấp không cao (th- ðng khoảng vài chục kg) Rô bốt loại này yêu cầu phải có ít nhất 6 bác tự đo trong không gian (ứng với 6 bậc tự do của vật thể) để có thể tiếp cận d- ợc dối t- ợng ở vị trí bất kỳ với khả năng định h- ứng trong miễn lầm việc của nó.
Chính vì vậy chủ yếu là Rô bốt có 6 khấp. Tuy nhiên, những tg dung cia RG bot hiện nay trong công nghiệp là lắp rấp và vận chuyển phôi và sản phẩm trong quá trình sản xuất. Các công việc mang đối ¡-ơng và đặt vào đúng vị trí hoặc cung cấp phổi liệu trong 7 Tong quan về rô bắt Ching I + Thủ pháp cầm nắm, chuyển đổi tối - u. + Khả năng lầm việc khôn khéo.
+ Kết cấu theo quy tắc Mô-đuưn hoá. PHAN LOAI RO BOT 2.1, Phan loai theo sé bac ty do trong tring cong tac Rõ hốt có hai hình thức chuyến động cơ bân làm chuẩn: ® Chuyển động thẳng theo các trục x, y, z trong không gian Để-các với các khớp lăng trụ hay còn gọi là khớp tr- ot ký hiệu là P. $ Chuyển động quay quanh các trục x,y. TTuỷ thuộc số bậc tự do và cách tổ hợp P — R, Rõ bốt sẽ hoạt động trong tr- ờng công tác với các hình khối khác nhau.
Ví dụ: Rô bốt có tr- ờng làm việc là hình trụ: RRP, RPP. Rõ bốt cần phải thao tác ngày cầng khéo lóo, tỉnh vi trong Ir- ðng công tác của nó. Số bậc lự do của Rõ bốt có thể không hạn chế. Tuy nhiên khi số bậc lự do tang lên sẽ kếo theo nhiều vấn để kỹ thuật và kinh tế phải giải quyết.
Do đố việc chọn số bậc tự do và ph-ơng án tổ hợp để thiết lập không gian làm việc (tr ờng công tác) của Rô bốt phải đảm bảo tính hợp lý và tính tối -u đếi với tính năng kỹ thuật xác định của Rô bốt. Phân loại theo cấu trúc động học. Một ph- øng pháp phân loại khác cho R6 hốt chính là phân loại theo cấu trúc hình học của chúng.