I. Tổng quan về động lực học và điều khiển robot song song
Chương này trình bày tổng quan về động lực học robot song song và điều khiển chuyển động của các hệ thống robot có cấu trúc song song. Robot song song Delta là một trong những loại robot được nghiên cứu rộng rãi do khả năng chịu tải lớn và độ chính xác cao. Các ứng dụng của robot song song bao gồm công nghiệp, y học, và mô phỏng. Nghiên cứu cũng so sánh giữa robot nối tiếp và robot song song, chỉ ra rằng robot song song có ưu điểm vượt trội về độ cứng vững và khả năng chịu tải. Tuy nhiên, việc thiết kế và điều khiển robot song song phức tạp hơn do cấu trúc động học kín.
1.1. Cấu trúc và ứng dụng của robot song song
Robot song song được thiết kế với cấu trúc gồm bàn máy động nối với giá cố định qua các nhánh song song. Cấu trúc này cho phép robot đạt được độ chính xác cao và khả năng chịu tải lớn. Các ứng dụng chính của robot song song bao gồm công nghiệp (hàn, lắp ráp), y học (phẫu thuật), và mô phỏng (máy bay, xe hơi). Đặc biệt, robot Delta được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động do tốc độ và độ chính xác cao.
1.2. So sánh robot nối tiếp và robot song song
So sánh giữa robot nối tiếp và robot song song cho thấy, robot song song có độ cứng vững cao hơn, khả năng chịu tải lớn hơn, và độ chính xác tốt hơn. Tuy nhiên, robot song song có không gian làm việc nhỏ hơn và độ phức tạp trong thiết kế và điều khiển cao hơn. Bảng so sánh chi tiết các đặc tính của hai loại robot được trình bày, làm rõ ưu nhược điểm của từng loại.
II. Xây dựng mô hình cơ học và toán học cho robot song song Delta
Chương này tập trung vào việc xây dựng mô hình cơ học và mô hình toán học cho robot song song Delta không gian. Hai loại robot được nghiên cứu là 3RUS và 3PUS. Mô hình động học và động lực học của robot được thiết lập dựa trên phương trình Lagrange dạng nhân tử. Các phương trình chuyển động được xây dựng cho từng mô hình, bao gồm cả mô hình đơn giản hóa và mô hình chi tiết. Kết quả cho thấy, mô hình chi tiết mang lại độ chính xác cao hơn nhưng phức tạp hơn trong tính toán.
2.1. Mô hình động học robot song song Delta
Mô hình động học của robot song song Delta được xây dựng dựa trên cấu trúc cơ học của robot. Các tham số động học như chiều dài khâu, góc quay, và vị trí các khớp được xác định. Mô hình động học cho phép tính toán vị trí, vận tốc, và gia tốc của bàn máy động dựa trên các thông số đầu vào từ các khớp chủ động.
2.2. Mô hình động lực học robot song song Delta
Mô hình động lực học của robot song song Delta được thiết lập bằng cách sử dụng phương trình Lagrange dạng nhân tử. Các phương trình này mô tả mối quan hệ giữa lực, mô men, và chuyển động của robot. Mô hình động lực học cho phép tính toán lực và mô men cần thiết để điều khiển robot theo quỹ đạo mong muốn.
III. Mô phỏng số động học ngược và động lực học ngược
Chương này trình bày các phương pháp mô phỏng số để giải bài toán động học ngược và động lực học ngược cho robot song song Delta không gian. Bài toán động học ngược được giải bằng phương pháp Newton-Raphson cải tiến, trong khi bài toán động lực học ngược được giải bằng cách khử các nhân tử Lagrange. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và lực điều khiển của robot.
3.1. Giải bài toán động học ngược
Bài toán động học ngược được giải bằng phương pháp Newton-Raphson cải tiến, cho phép xác định vị trí các khớp chủ động dựa trên vị trí mong muốn của bàn máy động. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này mang lại độ chính xác cao và thời gian tính toán nhanh.
3.2. Giải bài toán động lực học ngược
Bài toán động lực học ngược được giải bằng cách khử các nhân tử Lagrange, cho phép tính toán lực và mô men cần thiết để điều khiển robot theo quỹ đạo mong muốn. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này hiệu quả trong việc điều khiển chuyển động của robot.
IV. Điều khiển bám quỹ đạo robot song song Delta
Chương này tập trung vào việc điều khiển bám quỹ đạo của robot song song Delta không gian dựa trên các mô hình cơ học và toán học đã xây dựng. Các thuật toán điều khiển như PD, PID, và điều khiển trượt được nghiên cứu và áp dụng. Kết quả mô phỏng cho thấy, các thuật toán điều khiển này hiệu quả trong việc bám quỹ đạo mong muốn của robot.
4.1. Điều khiển bám quỹ đạo trong không gian khớp
Điều khiển bám quỹ đạo trong không gian khớp được thực hiện bằng cách sử dụng các thuật toán PD và PID. Các thuật toán này cho phép điều khiển vị trí và vận tốc của các khớp chủ động, đảm bảo robot bám sát quỹ đạo mong muốn.
4.2. Điều khiển bám quỹ đạo trong không gian thao tác
Điều khiển bám quỹ đạo trong không gian thao tác được thực hiện bằng cách sử dụng thuật toán điều khiển trượt. Thuật toán này cho phép điều khiển vị trí và hướng của bàn máy động, đảm bảo robot bám sát quỹ đạo mong muốn trong không gian làm việc.
