Thiết kế robot 6 bậc tự do không ràng buộc với kỹ thuật động học nghịch thông minh

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Tổng quan về robot và UR3 robot

1.2.1. Sơ lược về lịch sử robot

1.2.2. Tổng quan về Robot DRC3

1.3. Mục tiêu nghiên cứu

1.4. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

1.4.3. Giới hạn đề tài

1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài

1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

1.6. Phương pháp nghiên cứu

1.7. Kết cấu luận văn

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Nguyên lí hoạt động

2.2. Phần mô hình

2.2.1. Cơ sở ý tưởng mô hình

2.2.2. Thiết kế mô hình dùng SOLIDWORKS

2.2.3. Sơ lược về SOLIDWORKS

2.2.4. Xuất file để in 3D cho các chi tiết

2.3. Thuật toán điều khiển

2.3.1. Sơ lược lý thuyết điều khiển tự động

2.3.2. Các khái niệm cơ bản

2.3.3. Các phần tử cơ bản của hệ thống ĐKTĐ

2.3.4. Phân loại hệ thống ĐKTĐ

2.3.5. Các nguyên tắc điều khiển cơ bản

2.4. Phần mềm MATLAB

2.4.1. Giới thiệu về MATLAB

2.4.2. Tổng quan cấu trúc dữ liệu và các ứng dụng của MATLAB

2.4.3. Hệ thống MATLAB

2.5. Quy hoạch quỹ đạo cho Robot

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT BẰNG MATLAB

3.1. Tính toán, mô phỏng và kiểm chứng động học thuận

3.1.1. Động học thuận

3.1.2. Mô phỏng, kiểm chứng kết quả tính toán

3.2. Tính toán và kiểm chứng động học nghịch

3.2.1. Tính toán động học nghịch bằng phương pháp đại số

3.2.2. Mô phỏng, kiểm chứng kết quả tính toán phương pháp đại số

3.2.3. Tính toán động học nghịch bằng phương pháp thông minh

3.2.4. Mô phỏng, kiểm chứng kết quả tính toán phương pháp thông minh

3.3. So sánh thử nghiệm của các giải pháp tĩnh

3.4. Thử nghiệm cho Robot vẽ theo quỹ đạo

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH DRC3 ROBOT

4.1. Lựa chọn mô hình robot UR3

4.2. Chế tạo mô hình cho robot DRC3

4.2.1. Động cơ HC-KFS053

4.2.2. Động cơ HC-KFS13

4.3. Thiết kế phần mềm

4.3.1. Giới thiệu ARDUINO

4.3.2. Giới thiệu phần mềm C#

4.3.3. Các thiết bị hỗ trợ xử lý: Opto quang

5. CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN ROBOT DRC3 - 6DOF

5.1. Thiết bị sử dụng

5.2. Kết nối phần cứng

5.3. Giao diện điều khiển

6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Kết quả đạt được

6.2. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

I. Thiết kế robot 6 bậc tự do

Phần này tập trung vào thiết kế robot 6 bậc tự do, một robot linh hoạt với khả năng hoạt động trong không gian 3 chiều rộng rãi. Thiết kế robot 3D được ưu tiên, sử dụng phần mềm chuyên dụng như SOLIDWORKS để tạo ra mô hình chi tiết. Quá trình này bao gồm việc lựa chọn các thành phần cơ khí phù hợp, tối ưu hóa khối lượng robot và cấu hình robot. Thiết kế cơ cấu robot ảnh hưởng trực tiếp đến không gian làm việc robot và không gian cấu hình robot. Việc phân tích động học cẩn thận là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của robot. Tài liệu nghiên cứu đề cập đến việc xuất file để in 3D các chi tiết, cho thấy sự kết hợp giữa thiết kế kỹ thuật số và chế tạo thực tế.

1.1 Mô hình hóa và mô phỏng

Mô hình hóa robot 6 bậc tự do là bước quan trọng để phân tích động học robot. Mô hình động học robot được xây dựng và mô phỏng trên phần mềm MATLAB, sử dụng các thuật toán phù hợp để tính toán động học thuận và động học nghịch. Phân tích ma trận Jacobian và ma trận Jacobian robot là cần thiết cho việc điều khiển chính xác chuyển động của robot. Việc mô phỏng robot giúp kiểm tra tính khả thi của thiết kế và phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trước khi chế tạo thực tế. Môi trường mô phỏng robot cần phản ánh chính xác các thuộc tính vật lý của robot và môi trường xung quanh. Thuật toán tối ưu hóa có thể được sử dụng để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho các tham số thiết kế của robot. Các phương pháp giải quyết bài toán động học nghịch được nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm cả phương pháp đại số và phương pháp thông minh.

1.2 Chế tạo và lắp ráp

Dựa trên thiết kế robot, phần này mô tả quá trình chế tạo robot 6 bậc tự do. Việc lựa chọn vật liệu, các động cơ HC-KFS053, động cơ HC-KFS13 và các bộ phận cơ khí khác cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền, độ chính xác và hiệu quả của robot. Kiểm tra va chạm robot là một khía cạnh quan trọng trong quá trình chế tạo để đảm bảo an toàn. Quá trình lắp ráp đòi hỏi sự chính xác cao, việc sử dụng các công cụ và thiết bị hỗ trợ là cần thiết. Cảm biến robot có thể được tích hợp để cung cấp thông tin phản hồi cho hệ thống điều khiển. Thực tiễn áo trong thiết kế robot được nhấn mạnh, đảm bảo mô hình thực tế phù hợp với thiết kế lý thuyết. Hình ảnh và mô tả chi tiết về quá trình chế tạo sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về việc xây dựng robot.

II. Kỹ thuật động học nghịch thông minh

Phần này tập trung vào kỹ thuật động học nghịch, một kỹ thuật quan trọng trong việc điều khiển robot. Thuật toán động học nghịch được sử dụng để tính toán các giá trị khớp cần thiết để đạt được vị trí và hướng mong muốn của robot. Giải thuật động học nghịch cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác. Giải quyết bài toán động học nghịch là một thách thức trong điều khiển robot, đặc biệt là với robot có nhiều bậc tự do. Phương pháp động học nghịch được sử dụng trong nghiên cứu này được phân tích chi tiết, bao gồm cả ưu điểm và nhược điểm. Thuật toán tối ưu hóa có thể được kết hợp để cải thiện hiệu quả của thuật toán động học nghịch.

2.1 Thuật toán điều khiển

Điều khiển robot là một lĩnh vực quan trọng trong việc vận hành robot. Điều khiển chuyển động robot yêu cầu thuật toán điều khiển phù hợp. Nghiên cứu này sử dụng điều khiển PID robot hoặc các thuật toán điều khiển khác để điều khiển chuyển động của robot 6 bậc tự do. Lập trình robot đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện thuật toán điều khiển. Việc lựa chọn thuật toán phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác và tốc độ của robot. Kiểm soát robot cần được thực hiện liên tục để đảm bảo robot hoạt động ổn định và chính xác. Tối ưu hóa đường đi robot là một yếu tố quan trọng để tăng hiệu quả hoạt động của robot. An toàn robot được đảm bảo bằng các cơ chế kiểm soát và giám sát.

2.2 Thực nghiệm và kết quả

Phần này trình bày kết quả thực nghiệm của hệ thống robot 6 bậc tự do. Kết quả mô phỏng robot và thử nghiệm thực tế được so sánh và phân tích. Kết quả động học nghịch được đánh giá dựa trên độ chính xác và hiệu quả của thuật toán. Quỹ đạo robot được lập trình và kiểm tra trong thực nghiệm. Học máy trong robot có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất của hệ thống điều khiển. Các ứng dụng robot 6 bậc tự do được đề cập đến trong nghiên cứu này. Robot công nghiệp và robot dịch vụ là hai lĩnh vực ứng dụng tiềm năng của hệ thống robot. Robot tự động có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Thực thi động học nghịch được đánh giá trên các chỉ số cụ thể, ví dụ như thời gian đáp ứng, độ chính xác vị trí, v.v….

Đồ án thiết kế và điều khiển robot 6 bậc tự do không ràng buộc sử dụng kỹ thuật động học nghịch thông minh