CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Một số phần mềm sử dụng hổ trợ thiết kế, gia công robot 1.1 Sơ lược về Solidworks Solidworks là giải pháp phần mềm thiết kế CAD 3D mạnh mẽ và đang được lựa chọn sử dụng phổ biến trong các ngành cơ khí, chế tạo, sản xuất công nghiệp phụ trợ ở Việt Nam hiện nay. Solidworks cung cấp những công cụ thiết kế mạnh mẽ cùng với giao diện người dùng thân thiện giúp đẩy nhanh quá trình thiết kế, nhanh chóng đưa sản phẩm vào sản xuất. Phần mềm Solidworks gồm 3 cấp độ từ thấp đến cao Solidworks Standard, Professional, Premium. Cấp độ của phần mềm Solidworks a.
Xuất bản vẽ 3D cắt CNC kim loại Toàn bộ mô hình của nhóm được gia công hầu như từ kim loại nhôm, do đó nhóm thiết kế các chi tiết 3D trên Solidworks sau đó xuất bản file STEP để chạy CNC: Bước 1: Hoàn thành bản vẽ 3D chi tiết cần gia công 5 Hình 2. Chi tiết được thiết kế 3D trên Solidworks Bước 2: Lưu file với tên mong muốn và định dạng STEP Hình 3. Lưu file dưới định dạng STEP Vậy là đã xong việc xuất file chạy CNC, ta làm tương tự với các chi tiết khác. Xuất file in 3D cho các chi tiết Bên cạnh việc sử dụng kim loại để thiết kế các chi tiết, nhóm cũng sử dụng đến công nghệ in 3D để hoàn thành mô hình.
Một số chi tiết phức tạp để đáp ứng các đặc điểm riêng của mô hình nên nhóm sử dụng Solidworks để thiết kế chi tiết đó. Sau đó xuất file để in 3D theo các bước sau: Bước 1: Thiết kế 3D cho chi tiết với số liệu thật cần cho hệ thống Hình 4. Thiết kế 3D chi tiết cần in Bước 2: Lưu chi tiết lại thành file với tên mong muốn và dưới định dạng STL 7 Hình 5. Lưu chi tiết với định dạng STL Bước 3: Xác nhận lại một số thông tin và địa chỉ file STL của chi tiết Hình 6.
Xuất file 2D cho chi tiết để gia công tôn 8 Muốn gia công tôn thì ta sẽ xuất file DXF để máy cắt có thể chạy được. Sau đó là công đoạn dập chi tiết theo các cạnh mong muốn để tạo thành sản phẩm. Bước 1: Thiết kế 3D cho chi tiết cần trong hệ thống: Hình 7. Thiết kế 3D chi tiết cần cắt laze Bước 2: Trải ngang chi tiết để cắt laze: Hình 8.
Chi tiết trải ngang Bước 3: Lưu chi tiết lại thành file với tên mong muốn và dưới định dạng DXF 9 Hình 9. Chi tiết lưu ở định dạng DXF 1.2 Giới thiệu về MATLAB Matlab là viết tắt của Matrix Laboratory, là một bộ phần mềm toán học của hãng Mathworks để lập trình, tính toán số và có tính trực quan rất cao. Matlab làm việc chủ yếu với ma trận. Ma trận cỡ MxN là bảng chữ nhật gồm MxN số được sắp xếp thành M hàng và N cột.
Matlab có thể làm việc với nhiều kiểu dữ liệu khác nhau. Với chuỗi kí tự Matlab cũng xem là một dãy các kí tự hay là dãy mã số của các ký tự. Matlab dùng để giải quyết các bài toán về giải tích số, xử lý tín hiệu số, xử lý đồ họa,… mà không phải lập trình cổ điển. Hiện nay, Matlab có đến hàng ngàn lệnh và hàm tiện ích.
Ngoài các hàm cài sẵn trong chính ngôn ngữ, Matlab còn có các lệnh và hàm ứng dụng chuyên biệt trong các toolbox, để mở rộng môi trường Matlab nhằm giải quyết các bài toán thuộc các phạm trù riêng. Các toolbox khá quan trọng và tiện ích cho người dùng như toán sơ cấp, xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh, xử lý âm thanh, ma trận thưa, logic mờ… 10 Chương trình Matlab là một chương trình viết cho máy tính nhằm hỗ trợ tính toán cho khoa học, kỹ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính cá nhân do nhà phát triển MATHWORKS viết ra. Icon phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink Phần mềm Matlab có rất nhiều ứng dụng như tính toán vẽ đồ thị mô phỏng. Giao diện của chức năng mô phỏng Matlab/Simulink a.
Tổng quan cấu trúc dữ liệu và các ứng dụng của MATLAB Dữ liệu của Matlab thể hiện dưới dạng ma trận (hoặc mảng - tổng quát), và có các kiểu dữ liệu được liệt kê sau đây: Kiểu đơn single, kiểu này có lợi về bộ nhớ dữ liệu vì nó đòi hỏi ít byte nhớ hơn, kiểu dữ liệu này không được sử dụng trong các phép tính toán học, độ chính xác kém hơn. 11 Kiểu double kiểu này là kiểu thông dụng nhất của các biến trong Matlab. Trong Matlab kiểu dữ liệu double là kiểu mặc định sử dụng trong các phép tính số học. Kiểu uint8, uint8, uint16, uint64.
Kiểu char Kiểu cell. Ứng dụng của MATLAB tạo điều kiện thuận lợi cho: Các khoá học về toán học. Các kỹ sư, các nhà nghiên cứu khoa học. Dùng MATLAB để tính toán, nghiên cứu tạo ra các sản phẩm tốt nhất trong sản xuất.
Toolbox là một công cụ quan trọng trong MATLAB, công cụ này được MATLAB cung cấp cho phép bạn ứng dụng các kỹ thuật để phân tích, thiết kế, mô phỏng các mô hình. Ta có thể tìm thấy toolbox ở trong môi trường làm việc của: Mạng nơ-ron. Hệ thống Matlab Hệ thống giao diện của Matlab được chia thành 5 phần: Môi trường phát triển: là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng ta sử dụng các lệnh và các file, ta có thể liệt kê một số như sau: Desktop. Browsers for viewinghelp.
Thư viện hàm toán học bao gồm các cấu trúc như: tính tổng, sin, cosin, atan, atan2,. các phép tính đơn giản đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghịch đảo, trị riêng, biến đổi laplace, symbolic library,. Ngôn ngữ Matlab: là các ngôn ngữ cao về ma trận và mảng, với các dòng lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu vào, có thể lập trình hướng đối tượng. Đồ hoạ trong Matlab bao gồm các câu lệnh thể hiện đồ họa trong môi trường 2D và 3D, tạo các hình ảnh chuyển động, cung cấp các giao diện tương tác giữa người sử dụng và máy tính.
Giao tiếp với các ngôn ngữ khác cho phép Matlab tương tác với các ngôn ngữ khác như C, Fortran … 1.2 Thuật toán điều khiển Trong quá trình nghiên cứu đồ án về thuật toán điều khiển cân bằng cho mô hình, nhóm chúng em đã vận dụng những kiến thức nền tảng của lí thuyết điều khiển tự động. Bên cạnh đó, nhóm cũng sử dụng phầm mềm Matlab để mô phỏng, thiết kế bộ điều khiển và giám sát cho mô hình.1 Sơ lược lí thuyết điều khiển tự động a. Các khái niệm cơ bản Điều khiển: Tập hợp tất cả các tác động có mục đích nhằm điều khiển một quá trình này hay quá trình kia theo một quy luật hay một chương trình cho trước. Điều khiển học: Một bộ môn khoa học nghiên cứu nguyên tắc xây dựng các hệ điều khiển.
Điều khiển tự động: Quá trình điều khiển hoặc điều chỉnh được thực hiện mà không có sự tham gia trực tiếp của con người. Hệ thống điều khiển: Tập hợp tất cả các thiết bị mà nhờ đó quá trình điều khiển được thực hiện. 13 Hệ thống điều khiển tự động (điều chỉnh tự động): Tập hợp tất cả các thiết bị kỹ thuật, đảm bảo điều khiển hoặc điều chỉnh tự động một quá trình nào đó (đôi khi gọi tắt là hệ thống tự động – HTTĐ). Ý nghĩa của điều khiển tự động: Đáp ứng của hệ thống không thõa mãn yêu cầu công nghệ Tăng độ chính xác Tăng năng suất Tăng hiệu quả kinh tế b.
Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển tự động Sơ đồ tổng quát của một hệ thống điều khiển tự động: Hình 12. Sơ đồ tồng quát hệ thống điều khiển tự động Trong đó: O: đối tượng điều khiển C: bộ điều khiển, hiệu chỉnh M: cơ câu đo lường và hồi tiếp Các loại tín hiệu có trong hệ thống trên: u: tín hiệu chủ đạo (còn gọi là tín hiệu vào, tín hiệu điều khiển) y: tín hiệu ra f: các tác động bên ngoài z: tín hiệu phản hồi 14 e: sai số tín hiệu đặt và tín hiệu hồi tiếp 1.2 Phân loại hệ thống điều khiển tự động Phân loại theo nhiệm vụ: Hệ điều khiển giữ ổn định: là hệ khi lượng vào là giá trị đặt trước thì lượng ra biến đổi xung quanh giá trị yêu cầu với sai lệch nào đó. Hệ điều khiển theo chương trình: là hệ thống khi lượng vào biến đổi theo quy luật nào đó thì lượng ra cũng biến đổi theo qui luật ấy. Qui luật vào được gọi là chương trình điều khiển, nó có thể là qui luật theo không gian hoặc thời gian, có thể là liên tục hoặc rời rạc theo thời gian.
Hiện nay qui luật được tạo nên do phần mềm điều khiển. Hệ điều khiển tuỳ động: Là lượng ra biến đổi theo đúng qui luật của lượng vào nhưng lượng vào là hàm bất kỳ của không gian và thời gian hoàn toàn không biết trước, để tạo ra hệ này phải gồm hai phần: Hệ điều khiển theo chương trình. Thiết bị đo các đại lượng vật lý thực tế và gia công tạo chương trình điều khiển đầu vào. Phân loại theo phương pháp tác động: Hệ điều khiển trực tiếp: là hệ chỉ có thiết bị đo lường và cơ cấu điều khiển, với ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là sai số điều khiển lớn nên nó phù hợp với thiết bị gia đình như bàn là, nồi cơm điện, tủ lạnh.
Hệ điều khiển không trực tiếp: là hệ ngoài thiết bị đo lường và cơ cấu điều khiển còn có khâu khuyếch đại trung gian (khuếch đại sai lệch) có ưu điểm là độ chính xác cao nên thường là các hệ điều khiển dùng trong công nghiệp. Phân loại theo nguyên tắc tác động: Hệ điều khiển liên tục: là hệ mà tín hiệu được xử lý trong hệ là tín hiệu liên tục theo thời gian, thiết bị sử dụng trong hệ là thiết bị tương tự và tính toán theo hệ thập phân. Hệ điều khiển rời rạc (hệ điều khiển xung-số): là hệ chỉ cần có một tín hiệu trong hệ là hàm rời rạc theo thời gian. Thiết bị được sử dụng trong hệ có thiết bị số và tính toán theo hệ nhị phân.
15 Hệ điều khiển rơle: là hệ mà trong nó tồn tại phần tử làm việc theo đặc tính rơle. Theo mô tả toán học: Hệ tuyến tính: là hệ trong quá trình làm việc thông số của các phần tử không thay đổi hay là hệ thống có các phần tử được mô tả bởi phương trình vi phân tuyến tính.
