Chương 1: Tổng quan đề tài - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Thiết kế mô hình. - Chương 4: Tính toán động học cho robot. - Chương 5: Quy hoạch quỹ đạo cho robot.
- Chương 6: Thi công mô hình thực tế. - Chương 7: Kết luận. Trần Đức Thiện 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính toán động học cho robot 2.1 Động học thuận Để tính toán được động học thuận của robot, ta có thể sử dụng các ma trận thuần nhất hoặc phương pháp hình học để giải, tuy nhiên, đối với các hệ thống robot có cấu hình phần cứng tại các khớp phức tạp, việc sử dụng các phương pháp nêu trên có phần khó khăn hơn. Vì vậy mà ta sẽ tiến hành sử dụng phương pháp mô hình Denavit – Hartenberg (còn gọi là phương pháp D – H) để tiến hành mô hình hoá robot và đồng thời sử dụng ma trận chuyển đổi giữa các hệ trục theo tác giả John J.
Craig để tính toán. Khi tiến hành mô hình hoá theo phương pháp D – H, ta sẽ xác định được các giá trị trong bảng D – H, từ đó tiến hành tính toán các ma trận chuyển đổi theo tác giả John J.1 Mô hình hoá khâu và khớp theo D-H TS. Trần Đức Thiện 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cosi − sini 0 ai−1 sin cos cosi cos i−1 − sin −i 1 − sin d i−1 T= i i−1 −i 1 i (2 i sini sin i−1 cosi sin i−1 cos −i 1 cos −i 1di 0 0 0 1 2.2 Động học nghịch Có nhiều phương pháp giải động học nghịch khác nhau như giải theo phương pháp đại số hoặc hình học, tuỳ thuộc vào kinh nghiệm của người giải mà chọn phương pháp cho phù hợp. Trong báo cáo này, em sẽ sử dụng phương pháp đại số để giải động học nghịch cho robot, chi tiết phương pháp và quá trình tính toán sẽ được trình bày chi tiết tại Chương 3.2 Quy hoạch quỹ đạo Để tiến hành quy hoạch quỹ đạo robot phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, ta thực hiện các bước sau: 1.
Xác định công việc robot sẽ thực hiện. Ứng dụng cụ thể của robot trong báo cáo này là tiến hành di chuyển tay gắp của cánh tay robot đến các điểm đã lựa chọn. Xác định không gian làm việc của robot. Xác định không gian làm việc của robot (quỹ đạo ở không gian làm việc) đồng nghĩa với xác định các điểm tham chiếu và nội suy sao cho nằm trên hệ trục toạ độ Descartes (vị trí và hướng) của một vị trí cụ thể trên cánh tay robot – thường là khâu cuối.
Xác định các điểm đi qua trong không gian làm việc. Trong không gian làm việc, lựa chọn 2 hoặc 3 điểm để sử dụng làm các điểm dựng nên quỹ đạo chuyển động. Áp dụng phương pháp quy hoạch quỹ đạo phù hợp. ❖ Có 2 cách quy hoạch quỹ đạo: vận tốc hình thang hoặc hàm đa thức.
Trần Đức Thiện 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Vận tốc hình thang: Quỹ đạo vận tốc hình thang có các vùng gia tốckhông đổi, gia tốc bằng không và giảm tốc không đổi. Do đó, kiểu quỹ đạo này dễ thực hiện, điều chỉnh và xác nhận theo các yêu cầu như giới hạn vị trí, tốc độ và gia tốc. • Hàm đa thức: Đa thức bậc 3 (Cubic), Đa thức bậc 5 (Quintic). Bởi vì các biên dạng gia tốc liên tục không giống như các quỹ đạo vận tốc hình thang nên các quỹ đạo đa thức rất hữu ích để nối các đoạn lại với nhau với vận tốc và gia tốc bằng không hoặc khác không.2 Sơ đồ các bước tiến hành quy hoạch quỹ đạo 2.2 Không gian làm việc Để tiến hành tính toán và mô phỏng không gian làm việc trong MATLAB, ta sẽ tiến hành lập trình để vẽ không gian làm việc dựa theo lưu đồ như sau: Thuật toán: Để tiến hành tính toán mô phỏng không gian làm việc bằng lập trình MATLAB, ta tiến hành cho phép chạy các vòng lặp for với điều kiện giới hạn các góc quay trong khoảng [-90;90], ta tiến hành tính toán các giá trị [x;y;z] từ tính phương trình toán động học thuận, lưu vào mảng để vẽ không gian làm việc từ giá trị [x;y;z] trong mảng.
Trần Đức Thiện 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3 Sơ đồ khối không gian làm việc chung Tuy nhiên, do cùng tại một vị trí toạ độ điểm, ta sẽ có thể có 2 tập hợp góc theta khác nhau, tương ứng với góc theta1 lớn hơn 0 và theta1 nhỏ hơn 0, vì với mỗi tập hợp góc khác nhau thì cánh tay robot sẽ có thể hoạt động trong không gian làm việc có phần hơi khác nhau. Trần Đức Thiện 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4 Sơ đồ khối không gian làm việc riêng TS. Trần Đức Thiện 11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3 Quy hoạch quỹ đạo qua 2 điểm • Cách tính quy hoạch quỹ đạo từ điểm đến điểm: - Các điều kiện ràng buộc: 1. Tại điểm bắt đầu: t t=0 , q( 0t ) = q0 ,ddt q(0t ) = 0v (2.
Tại điểm đích: t t=f , q( tf ) =qf ,dtd q( f t ) = fv (2.5 - Từ các điều kiện ràng buộc, ta có: q0 =a0 + a1 t0 + a2 2t0 + a3 3t0 v0 =a1 + 2a2 t 0 + 3a 3 t0 2 (2.6 q f =a0 + a1tf + a2 ft + 3a f t 2 3 v = a + 2 a t + 3 a 2 t f 1 2f 3 f - Các phương trình ràng buộc được trình bày ở dạng ma trận: q0 1 t 0 t20 t20 a0 v 0 1 2t 0 3 t 02 a 0 = 1 (2.7 qf 1 t f t2f t3f a2 vf 0 1 2t f t3f2 a 3 1 t0 t20 t20 0 1 2t0 3 t20 , X =a 0 a 1 a , A = T T q0 - Đặt Y = v q v a2 3. 0 f f 1 t f t2f tf 3 0 1 2t f 3 t2f - Ta có: Y = AX (2.8) - Do đó các tham số của đa thức bậc 3 có thể được tính bằng công thức sau: X= A− 1 Y (2.9) - Các nghiệm có thể được tính như sau: • Với t0 = 0 : TS. Trần Đức Thiện 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT a0 = q0 a =v 1 0 a = 3 ( q − q) − 2 v − 1 v 2 t2 f 0 (2.10) tf 0 tf f f 2 1 a3 = − 3 ( q f − q0 ) + 2 ( vf + 0v) t f t f • Với t0 0 : a0 = q0 a =v 1 0 a = 3 2 1 2 ( t − t )2 (qf − q0 ) − t − t v0 − t − t vf (2.11) f 0 f 0 f 0 2 1 a3 =− (q − q ) + ( v + v) ( t f − 0t )3 f 0 ( tf − 0t 2) f 0 ❖ Qua 2 điểm: Hình 2.5 Quy hoạch quỹ đạo robot đi A qua B trong T giây.6 Chương trình chính của quy hoạch quỹ đạo qua 2 điểm TS. Trần Đức Thiện 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.7 Chương trình quy hoạch quỹ đạo qua 2 điểm TS.
Trần Đức Thiện 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS 3.1 Mô hình 3D Hình 3.1 Tổng quan mô hình của robot Hình 3.2 Hình chiếu đứng của robot TS. Trần Đức Thiện 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.3 Hình chiếu cạnh của robot Hình 3.4 Hình chiếu bằng của robot TS. Trần Đức Thiện 17 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS 3.2 Bảng vẽ 2D ❖ Đế của robot: Hình 3.5 Các chi tiết bảng vẽ 2D của đế robot TS. Trần Đức Thiện 18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS • Các chi tiết đế: STT Tên chi tiết Mô tả SL 1 Vòng đệm trục đế 2mm 18h.00 đồng 7 2 Vòng đệm trục đế 5mm 19.500 đồng 63 3 Khung bạc đạn Ø47 2mm 16.500 đồng 1 4 Khung bạc đạn Ø47 5mm 21.000 đồng 1 7 Bac_dan_35x47x7 27.000 đồng 1 8 Vòng bi KFL08 27.000 đồng 1 9 Pulley GT2 16 răng trục 6mm 18.400 đồng 6 12 Dây đai GT2 400mm 17.000 đồng 1 13 Khung bạc đạn chà 5mm 25.000 đồng 2 14 Cảm biến quang EE_SX471 55.500 đồng 7 19 Động cơ JGB37-520 215.1 Danh sách các chi tiết đế TS.
Trần Đức Thiện 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.6 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 1 của đế TS. Trần Đức Thiện 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3. 7 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 2 của đế TS. Trần Đức Thiện 21 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.9 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 3 của đế TS.
Trần Đức Thiện 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.10 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 4 của đế TS. Trần Đức Thiện 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.11 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 4 của đế TS. Trần Đức Thiện 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.12 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 13 của đế TS. Trần Đức Thiện 26 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.13 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 15 của đế TS.
Trần Đức Thiện 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS ❖ Khâu 4: Hình 3.14 Các chi tiết bảng vẽ 2D của khâu 4 TS. Trần Đức Thiện 28 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS • Các chi tiết khâu 4: STT Tên chi tiết Giá SL 1 Khâu 4 48.000 đồng 2 2 Trụ sắt Ø8 100mm 19.500 đồng 1 3 Vòng đệm bạc đạn 2mm 8.500 đồng 1 4 Vòng đệm bạc đạn 5mm 13.500 đồng 1 5 Vòng đệm bạc đạn Ø39 5mm 32.000 đồng 2 6 Mặt bích M8 27.000 đồng 1 7 Trụ đồng M3 40mm 16.000 đồng 4 11 Vòng đệm bạc đạn Ø39 3mm 16.2 Bảng liệt kệ danh sách các chi tiết khâu 4 TS. Trần Đức Thiện 29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.15 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 5 của khâu 4 TS. Trần Đức Thiện 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.16 Bảng vẽ 2D chi tiết thứ 11 của khâu 4 TS.
Trần Đức Thiện 31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN SOLIDWORKS Hình 3.