- TỔNG QUAN VỀ ROBOT SONG SONG. - 12 - SONG SONG DELTA ROSTOCK. - 12 - 2.1.1 Robot song song Delta dạng 3RRR. - 12 - 2.1.2 Robot song song Delta dạng 3PRS. - 14 - 1.1 Lịch sử phát triển của robot song song. - 3 - 1.2 Ƣu nhƣợc điểm của robot song song so với robot chuỗi. - 4 - 1.3 Ứng dụng của robot song song. - 4 - 1.4 Các hƣớng nghiên cứu mở rộng về robot song song. - 8 - 1.5 Tình hình nghiên cứu robot song song tại Việt Nam. - 30 - 3.3.2 Modun điều khiển. - TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC ROBOT SONG SONG DELTA ROSTOCK. - 46 - 4.1.1 Mô hình robot song song Delta Rostock. - 25 - 3.2 Nguyên lý điều khiển động cơ bƣớc. - 26 - 3.3 Thiết kế hệ điều khiển. - 30 - 4.1 Kết cấu động học robot song song Delta Rostock. - 78 - SONG SONG DELTA ROSTOCK. - 56 - 4.6 Mô phỏng số bài toán động học robot song song Delta Rostock. - Bảng thông số động học HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Robot song song của Stewart Hình 1.2 Tấm dịch chuyển Gough Hình 1.3 Robot Delta ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Hình 1.4 Tấm dịch chuyển Stewart Hình 1.5 Sản phẩm Persival của École Nationale dE1quitation (Pháp) Hình 1.6 Bộ mô phỏng xe đạp của KAIST và sản phẩm Caren của Motek Hình 1.7 SurgiScope đang vận hành, Đại học Humboldt (Berlin, Đức) Hình 1.8 Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương Hình 1.9 Mô hình thiết bị đồ gá và thiết bị thực tế tại Viện Cơ học Hình 1.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển Robot song song Hình 2.1 Robot song song Delta 3RRR Hình 2.2 Robot song song Delta 3PRS Hình 2.3 Mô hình robot song song Delta Rostock Hình 2.4 Vị trí phân tích lực Hình 2.5 Giá cố định Hình 2.6 Gân tăng cứng -vii- Hình 2.7 Bàn máy cố định Hình 2.8 Trục cố định Hình 2.9 Bộ bạc trượt Hình 2.10 Bộ căng đai Hình 2.11 Khâu hình bình hành Hình 2.12Giá di động Hình 2.13 Bút viết Hình 2.14Mô hình robot sau khi chế tạo Hình 3.1 Động cơ bước của SANYO DENKI Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý tổng quát Hình 3.3 Hình ảnh nguyên lý cấu tạo động cơ bước Hình 3.4 Giản đồ phương pháp điều khiển full-step Hình 3.5 Giản đồ phương pháp điều khiển half-step Hình 3.6 Nguồn sử dụng chạy động cơ Hình 3.7 Nguồn sử dụng cho mạch Main Hình 3.8 Vi điều khiển ATmega 128 Hình 3.9 Sơ đồ chức năng ATmega128 Hình 3.10Mạch chip ATmega128 Hình 3.11 Các phím chức năng Hình 3.12 Màn hình LCD Hình 3.13 Sơ đồ chân của LCD Hình 3.14 LCD thiết kế trên Orcad Hình 3.15 Jam cắm mở rộng thiết kế trên Orcad Hình 3.16 Nguồn cấp cho vi điều khiển Hình 3.17IC công suất L298N Hình 3.18 Sơ đồ khối L298 Hình 3.19 Dùng L298 để điều khiển 2 động cơ 1 chiều Hình 3.20 Dùng L298 để điều khiển 1 động cơ bước 4 dây. - Hình 3.21 Sơ đồ chân L298 -viii- Hình 3.22 Ảnh chụp L297 Hình 3.23 Mạch công suất điều khiển động cơ bước Hình 3.24 Chế độ HALF STEP của L297 Hình 3.25 Chế độ Normal của L297 Hình 3.26 Chế độ sóng của L297 Hình 3.27 Hình ảnh Mạch công suất Hình 3.28Hình ảnh mạch công suất hoàn chỉnh Hình 3.29 Mạch Main hoàn chỉnh Hình 3.30Mạch Main hoàn chỉnh Hình 4.1 Robot song song Delta Rostock ba bậc tự do trong không gian Hình 4.2Mô hình cơ học Hình 4.3 Sơ đồ khảo sát hệ tọa độ gắn vào chân A1 Hình 4.4 Khớp Cardan có 2 trục vuông góc Hình 4.5 Tọa độ suy rộng khớp chủ động (m) Hình 4.6 Tọa độ suy rộng khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ (rad) Hình 4.7 Tọa độ suy rộng khớp bị động 1 2 3γ , γ , γ (rad) Hình 4.8 Vận tốc suy rộng các khớp chủ động (m/s) Hình 4.9 Vận tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ. - (rad/s) Hình 4.10 Vận tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3γ , γ , γ. - (rad/s) Hình 4.11 Gia tốc suy rộng các khớp chủ động (m/s2) Hình 4.12 Gia tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ. - (m/s2) Hình 4.13 Gia tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3γ , γ , γ. - (m/s2) Hình 4.14 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục X(m) Hình 4.15 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục Y(m) Hình 4.16 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục Hình 4.17 Sai số vận tốc của tâm bàn máy động (m/s) Hình 4.18 Sai số gia tốc của tâm bàn máy động (m/s2) Hình 4.19Tọa độ khối tâm C1c của chân A1 (m) -ix- Hình 4.20Tọa độ khối tâm C2c của chân A2 (m) Hình 4.21 Tọa độ khối tâm C3c của chân A3 (m) Hình 4.22 Quỹ đạo các tâm C1, C2, C3 trong không gian Hình 4.23 Vận tốc tâm C1 của chân A1 (m/s) Hình 4.24 Vận tốc tâm C2 của chân A2 (m/s) Hình 4.25 Vận tốc tâm C3 của chân A3 (m/s) Hình 4.26 Vận tốc góc của chân 1c (rad/s) Hình 4.27 Vận tốc góc của chân 2c (rad/s) Hình 4.28 Vận tốc góc của chân 3c (rad/s) Hình 4.29 Gia tốc góc của chân 1c (rad/s2) Hình 4.30 Gia tốc góc của chân 2c (rad/s2) Hình 4.31 Gia tốc góc của chân 3c (rad/s2) Hình 4.32 Mô hình robot trên phần mềm mô phỏng Hình 4.33 Hình ảnh mô phỏng robot Hình 5.1 Chân A1 và bàn máy động Hình 5.2 Đồ thị lực dẫn động các khớp chủ động Hình 5.3 Đồ thị các phản lực liên kết của chân A1 Hình 5.4 Đồ thị các phản lực liên kết tại chân A2 Hình 5.5 Đồ thị các phản lực liên kết tại chân A3 - 1 - MỞ ĐẦU I. - Do đó em đã chọn đề tài : “Tính toán động học, động lực học và thiết kế chế tạo mô hình robot song song Delta Rostock” làm luận văn tốt nghiệp. - MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN - Tính toán thiết kế và chế tạo mô hình robot song song Delta Rostock - Thiết kế chế tạo mạch điện tử và lập trình điều khiển robot - Tính toán động học, động lực học và mô phỏng chuyển động robot - Tạo tiền đề cho việc áp dụng robot song song vào các lĩnh vực nhƣ máy in 3D, máy gia công, robot lắp đặt sản phẩm III. - Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu và chế tạo mô hình robot song song . - Chƣơng 3: Thiết kế mạch điện tử điều khiển robot Chọn động cơ và phƣơng pháp điều khiển động cơ. - Trên cơ sở đó thiết kế, lựa chọn mạch điều khiển phù hợp để điều khiển robot. - Chƣơng 4: Tính toán động học ngƣợc robot song song Delta Rostock Chƣơng này trình bày bài toán động học ngƣợc robot. - Đến năm 1965, Stewart là ngƣời bắt đầu nghiên cứu tới ứng dụng của Robot song song. - Robot song song NUWAR có thể đạt tới gia tốc 600 (m/s2). - Hình 1.1 Robot song song của Stewart - 4 - 1.2 Ƣu nhƣợc điểm của robot song song so với robot chuỗi 1.2.1 Ƣu điểm - Có khả năng chịu tải cao. - Robot Delta đƣợc dùng trong dây chuyền đóng gói thực phẩm, làm thiết bị nâng gắp… Hình 1.2 Tấm dịch chuyển Gough Hình 1.3 Robot Delta ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Ứng dụng trong mô phỏng Vào năm 1965, Stewart đã đề xuất sử dụng cơ cấu song song để làm thiết bị mô phỏng bay École Nationale dE1quitation (Pháp) đã phát triển một thiết bị đƣợc đặt tên là Persival dùng để huấn luyện các nài ngựa.Sản phẩm này đã đƣợc thƣơng mại hóa. - Hình 1.4 Tấm dịch chuyển Stewart Hình 1.5 Sản phẩm Persival của École Nationale dE1quitation (Pháp. - Hình 1.6 Bộ mô phỏng xe đạp của KAIST và sản phẩm Caren của Motek 1.3.3 Ứng dụng trong y tế Công ty Elekta (Thụy Điển), một công ty chuyên về các trang thiết bị y tế đã dùng robot Delta để làm thiết bị nâng giữ kính hiển vi có khối lƣợng 20 kg dùng trong việc giải phẫu. - Hình 1.7 SurgiScope đang vận hành, Đại học Humboldt (Berlin, Đức. - Hình 1.8 Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương 1.4 Các hƣớng nghiên cứu mở rộng về robot song song Ta nhận thấy một điều là có một số lƣợng lớn các nghiên cứu về động học và tĩnh học tay máy song song và các vấn đề này đã đƣợc giải quyết khá trọn vẹn. - 10 - Phần mềm SACR 1.0 (Simulation and Control of robot), dùng cho thiết kế quỹ đạo, mô phỏng và điều khiển robot. - Hình 1.9 Mô hình thiết bị đồ gá và thiết bị thực tế tại Viện Cơ học Nhóm tác giả Nguyễn Minh Thạnh, Nguyễn Ngọc Lâm, Trần Công Tuấn và Nguyễn Công Mậu đã trình bày cách tiếp cận những cấu hình đặc biệt của tay máy song song bằng cách xem xét số bậc tự do của khâu ra và số lƣợng các chuỗi động học phụ liên kết với nền và khâu ra. - Các nhà nghiên cứu tại bộ môn Cơ Điện tử, Khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa Tp.HCM là Từ Diệp Công Thành và Đặng Văn Nghìn đã nghiên cứu và chế tạo bộ điều khiển cho robot song song. - Hình 1.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển Robot song song Ngoài ra, cũng còn rất nhiều các nghiên cứu về tính toán, mô phỏng và chế tạo các mẫu Robot song song khác đƣợc tiến hành ở các trƣờng đại học và các viện nghiên cứu. - Tại trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, nhóm nghiên cứu của Giáo sƣ Nguyễn Văn Khang đã nghiên cứu các phƣơng pháp tính toán động học, động lực học và điều khiển robot song song ( Robot song song Delta 3RRR, robot song song Delta 3PRS, robot Stewart. - 2.1.1Robot song song Delta dạng 3RRR Hình 2.1 Robot song song Delta 3RRR Robot trên có kết cấu gồm giá cố định, 3 động cơ dẫn động khớp quay, 3 khâu hình bình hành, các khớp nối là khớp cầu, giá di động 2.1.2Robot song song Delta dạng 3PRS Hình 2.2 Robot song song Delta 3PRS - 13 - Robot trên có kết cấu gồm giá cố định, 3 động cơ dẫn động tịnh tiến, 3 khâu hình bình hành, các khớp nối là khớp cầu, giá di động Kết luận: Hai mô hình robot song song Delta kể trên, tác giả quyết định lựa chọn mô hình Robot song song Delta dạng 3PRS làm đề tài nghiên cứu Mô hình Robot song song Delta Rostock Hình 2.3 Mô hình robot song song Delta Rostock Kết cấu của Robot bao gồm các phần. - Khớp cầu sẽ là lựa chọn phù hợp cho robot robot song song. - Giả sử gia tốc cần đạt đƣợc lớn nhất là 2a 5m / s= Hình 2.4 Vị trí phân tích lực Khi đó công suất động cơ ycP sẽ đƣợc tính: ctycPPη. - 18 - Hình 2.5 Giá cố định b) Gân tăng cứng Gân tăng cứng có tác dụng tăng thêm khả năng chịu lực cho khung robot Hình 2.6Gân tăng cứng c) Bàn máy cố định Bàn máy cố định là nơi đặt giấy để robot thao tác vẽ trên bề mặt Hình 2.7 Bàn máy cố định - 19 - d) Trục cố định Trục cố định là vị trí lắp bạc trƣợt tịnh tiến cho robot Hình 2.8 Trục cố định 2.4.2 Thiết kế bộ truyền động tịnh tiến a) Bộ bạc trƣợt Bộ bạc trƣợt sẽ tịnh tiến trên trục cố định và đƣợc dẫn động bằng dây đai Hình 2.9 Bộ bạc trượt b) Bộ căng đai Bộ căng đai giúp điều chỉnh độ căng phù hợp với chiều dài dây đai - 20 - Hình 2.10Bộ căng đai 2.4.3 Thiết kế khâu hình bình hành Hình 2.11Khâu hình bình hành 2.4.4 Thiết kế cụm giá di động a) Giá di động Hình 2.12Giá di động - 21 - b) Bộ phận bút vẽ Hình 2.13 Bút viết 2.5 Chế tạo cơ khí robot STT Chi tiết Hình ảnh Vật liệu Phƣơng án gia công 1 Giá động cơ Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika 2 Bàn gia công Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika 3 Gân tăng cứng Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika - 22 - 4 Bộ căng đai Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika 5 Hộp tịnh tiến Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika 6 Giá trên Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika 7 Giá di động Mika 5mm Cắt laser mika Ghép mika - 23 - 8 Khâu hình bình hành Thép Tiện 9 Puly Thép Cắt dây Bảng1. - Hình 2.14 Mô hình robot Delta Rostock Đánh giá: Nhƣ vậy sau khi tính toán phân tích lựa chọn chúng ta đã tiến hành thiết kế và chế tạo mô hình robot song Delta Rostock - 25 - Chƣơng 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 3.1 Đặt vấn đề Theo nhƣ yêu cầu của mô hình, chúng ta cần lựa chọn 3 động cơ để điều khiển 3 truyền động tịnh tiến của bạc trƣợt. - Hình 3.1 Động cơ bước của SANYO DENKI Thông số kỹ thuật của động cơ bƣớc sử dụng: Ký hiệu động cơ Hãng chế tạo : SANYO DENKI Góc bƣớc : 1.8DEG/STEP Điện áp : 24V Dòng điện : 3-3.5A Dƣới đây là sơ đồ nguyên lý tổng quát để thiết kế mạch điều khiển 3 động cơ - 26 - Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý tổng quát + Main :Nhiệm vụ nhận tín hiệu từ máy tính cấp tính cấp tín hiệu điều khiển các Driver + Driver :Nhận xung từ chíp và điều khiển số bƣớc động cơ với 400 xung /vòng. - 3.2 Nguyên lý điều khiển động cơ bƣớc Hình 3.3 Hình ảnh nguyên lý cấu tạo động cơ bước - 27 - Động cơ bƣớc đơn cực cả nam châm vĩnh cửu lẫn động cơ bƣớc hỗn hợp có 5 hay 6 đầu dây thƣờng dùng sơ đồ trên một kết nối giữa cho mỗi dây. - Hình sau sẽ minh hoạ cho động cơ quay theo chiều thuận: Winding 1a Winding 1b Winding 2a Winding 2b Time Winding 1a Winding 1b Winding 2a Winding 2b Time Hình 3.4 Giản đồ phương pháp điều khiển full-step Chú ý hai nửa của mỗi cuộn dây không bao giờ ở mức 1 cùng một lúc. - Nếu sử dụng phối hợp hai cách trên lại với nhau ta đƣợc cách điều khiển theo kiểu hafl-step: Winding 1a Winding 1b Winding 2a Winding 2b Time Hình 3.5 Giản đồ phương pháp điều khiển half-step Để tăng moment cho động cơ, ta dùng phƣơng pháp điều khiển lƣỡng cực điều khiển động cơ bƣớc(bỏ 2 dây cấp nguồn 1 và 2, chỉ còn 4 dây đấu vào 4 cực từ) tƣơng đƣơng với việc điều khiển động cơ bƣớc lƣỡng cực 4 dây. - Mạch điều khiển động cơ yêu cầu là mạch điều khiển cầu H (H-bridge) cho mỗi cuộn dây. - Tín hiệu điều khiển tuần tự cho mỗi bƣớc động cơ nhƣ sau: Terminal 1a. - Đối với hệ điều khiển động cơ bƣớc ta thấy đó là một hệ khá đơn giản vì không hề có phần tử phản hồi. - 3.3 Thiết kế hệ điều khiển 3.3.1 Nguồn điện a) Bộ nguồn sử dụng chạy động cơ Hình 3.6 Nguồn sử dụng chạy động cơ - 31 - b) Bộ nguồn sử dụng chạy mạch Main điều khiển Hình 3.7 Nguồn sử dụng cho mạch Main 3.3.2 Modun điều khiển Đây là khối điều khiển logic trong hệ điều khiển 3 động cơ bƣớc của robot song song. - Mạch điều khiển đƣợc thiết kế nhằm cấp xung điều khiển logic cho mạch công suất điều khiển động cơ bƣớc. - Trong mạch điều khiển logic lại chia thành các modul khác nhau. - Hai bộ truyền nhận UART lập trình đƣợc - Hỗ trợ boot loader - Tần số tối đa 16 MHZ - Điện thế :4.5V-5.5V - Bộ so sánh tƣơng tự trên chíp Hình 3.8 Vi điều khiển ATmega Hình 3.9 Sơ đồ chức năng ATmega128 - 34. - Thiết kế modul trên phần mềm Orcad: Hình 3.10 Mạch chip ATmega128 Chuẩn nạp ISP Chuẩn nạp ISP đƣợc dùng để nạp chƣơng trình điều khiển vào chip, đây là J1ISP VCCRSTMOSISCKMISO GNDC3104C chuẩn nạp phổ biến đối với vi điều khiển. - Phím chức năng Hình 3.11 Các phím chức năng Thực chất xác định nút bấm chính là việc nhận 2 tín hiệu 0v hay 5V của vi điều khiển. - Màn hình hiển thị LCD 16x2 (Hiển thị 16 dòng và 2 cột): Hình 3.12 Màn hình LCD CT1GNDCT2GNDCT3GNDCT4GNDNUT BÂMJ5CON6123456GNDRSTCT1CT2CT3CT4SW3BACKSW4NEXTSW5OKSW6CANCELC7104C8104C9104C Hình 3.13 Sơ đồ chân của LCD 3.3.3 Thiết kế mạch trên Orcad Hình 3.14 LCD thiết kế trên Orcad C6104GNDCONSTVCCPB0CONSTPB1PB4PB2PB6PB5GNDPB7R233VCCSW2LED LCDLCDVCCR35KGNDJ2LCD 16x Để LCD hoạt động cần cung cấp nguồn 5VDC cho LCD,chân 3 nối với 1 biến trở để điều chỉnh độ tƣơng phản cho màn hình hiển thị. - Các jam cắm mở rộng Hình 3.15 Jam cắm mở rộng thiết kế trên Orcad Đây là các Jam cắm mở rộng hơn chức năng của mạch Main, ngoài nhiệm vụ điều khiển động cơ bƣớc có thể thực hiện đƣợc nhiều nhiệm vụ khác nhƣ điều khiển động cơ 1 chiều, ADC..v..v. - VCCPA0PA1R12RESISTOR SIP 9123456789PORTAPA2D1LEDPA3D2LEDPA4D3LEDD4LEDPA5D5LEDPA6D6LEDD7LEDPA7D8LEDGNDLED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8VCCJ10CON20A PORT DGNDGNDVCCJ11CON20A GND - 38 - Hình 3.16 Nguồn cấp cho vi điều khiển Diode 1N5408 có tác dụng chống căm ngƣợc nguồn vào. - Thiết kế modul POWER DRIVER (mạch Công suất) Trong luận văn này em điều khiển động cơ bƣớc theo phƣơng pháp lƣỡng cực. - Hình 3.17IC công suất L298N KHOI NGUONVCCVCCJ64CON41234VCCVCCGNDVCCJ65CON312312VC14104C15104C16104GNDVCCGNDJ60HEADER 212U3LM7805C/TOIN1OUT3GND2C131000uF/35VR13 470D9LEDD101N540812VJ66CON8A VCCGND - 39 - Hình 3.18 Sơ đồ khối L298 Nhìn trên sơ đồ khối của IC L298, ta thấy bên trong L298 đã tích hợp sẵn 2 cầu H. - Vậy với L298 ta có thể điều khiển đƣợc 2 động cơ 1 chiều hoặc 1 động cơ bƣớc 4 dây. - Hình 3.19 Dùng L298 để điều khiển 2 động cơ 1 chiều - 40 - Hình 3.20 Dùng L298 để điều khiển 1 động cơ bước 4 dây. - Sơ đồ chân L298 Hình 3.21 Sơ đồ chân L298 - 41. - Dựa trên yêu cầu đó em đã sử dụng IC chuyên dụng dùng để điều khiển động cơ bƣớc là L297. - Hình 3.22 Ảnh chụp L297 Một mạch ứng dụng điển hình. - Hình 3.23 Mạch công suất điều khiển động cơ bước - 42. - Hoạt động của L297 IC L297 đƣợc chế tạo để dùng với mạch cầu đôi (IC tích hợp hoặc linh kiện rời) trong các ứng dụng điều khiển động cơ bƣớc thông dụng. - Khi dùng L297 điều khiển động cơ lƣỡng cực, hai tín hiệu này tác động lên phase điều khiển. - Bên dƣới là giản đồ chuyển đổi xung điều khiển thành xung pha của 3 chế độ hoạt động của động cơ. - Hình 3.24 Chế độ HALF STEP của L297 Chế độ Normal. - Hình 3.25 Chế độ Normal của L297 Chế độ “sóng. - 44 - Hình 3.26 Chế độ sóng của L297 Hình 3.27 Hình ảnh Mạch công suất Hình 3.28Hình ảnh mạch công suất hoàn chỉnh - 45 - Hình 3.29 Mạch Main Hình 3.30Mạch Main hoàn chỉnh Đánh giá: Nhƣ vậy sau khi phân tích nguyên lý điều khiển động cơ, chúng ta đã thiết kế và chế tạo mạch điều khiển phù hợp cho mô hình robot - 46 - Chƣơng 4 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC ROBOT SONG SONG DELTA ROSTOCK 4.1 Kết cấu động học robot song song Delta Rostock 4.1.1 Mô hình robot song song Delta Rostock Hình 4.1 Robot song song Delta Rostock ba bậc tự do trong không gian Kết cấu của Robot bao gồm các phần. - Từ đó số bậc tự do của Robot ở hình (4.1): F = 6x(11-15-1. - Hình 4.2Mô hình cơ học Hình 4.3 Sơ đồ khảo sát hệ tọa độ gắn vào chân A Chọn các tọa độ suy rộng Các tọa độ suy rộng: trong đó: lần lƣợt là tọa độ suy rộng độc lập của các khớp chủ động (active joints) và tọa độ suy rộng khớp bị động (passive joints) và tọa độ tâm P của bàn máy động B (chính là tọa độ thao tác). - Hình 4.4 Khớp Cardan có 2 trục vuông góc Ma trận cosin chỉ hƣớng đối với hệ tọa độ cố định của khớp Cardan: 1 1 1(B )T11c 1c 1c γ θ cosγ==γ 0 -θ sinγ-θ cosγ θ sinγ ω R R11(B )1c1111coθ sinγ= θ;sγγ ω23232323(B )(B )322c 2 3c 3θ sinγ θ sinγ= θ. - Bƣớc 1: Hiệu chỉnh gia lƣợng vecto tọa độ suy rộng tại thời điểm t0=0 Đầu tiên, ta có thể xác định vecto gần đúng của q0 bằng phƣơng pháp vẽ hình (hoặc thực nghiệm).Sau đó áp dụng khai triển Taylor để tìm gần đúng tốt hơn của q0. - Bƣớc thời gian: Sai số chọn để kết thúc vòng lặp tính các tọa độ suy rộng là: ε=10-9(rad) Bằng phƣơng pháp vẽ hình, ta tìm đƣợc xấp xỉ điều kiện đầu: q0 Ta lần lƣợt trình bày kết quả mô phỏng theo thứ tự 4.6.1 Kết quả bài toán động học ngƣợc Hình 4.5 Tọa độ suy rộng khớp chủ động (m) 1 2 32π 4πα =0;α = ;α =33PPPx =0.05-0.05cos(2πt) (m);y =0.05sin(2πt) (m);z =0.5 (m);Δt=0.01(s)T0q Toa do suy rong khop chu dong time(s)q(m) q1q2q3 - 63 - Hình 4.6 Tọa độ suy rộng khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ (rad) Hình 4.7Tọa độ suy rộng khớp bị động 1 2 3γ , γ , γ (rad Toa do suy rong khop bi dong time(s)q(rad) theta1theta2theta Toa do suy rong khop bi dong time(s)q(rad) gamma1gamma2gamma3 - 64 - Hình 4.8Vận tốc suy rộng các khớp chủ động (m/s) Hình 4.9 Vận tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ. - (rad/s van toc suy rong khop chu dong time(s)dq(m/s) d(q)1d(q)2d(q van toc suy rong khop bi dong time(s)d(q)(rad/s) d(theta)1d(theta)2d(theta)3 - 65 - Hình 4.10 Vận tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3γ , γ , γ. - (rad/s) Hình 4.11 Gia tốc suy rộng các khớp chủ động (m/s van toc suy rong khop bi dong time(s)d(q)(rad/s) d(gamma)1d(gamma)2d(gamma gia toc suy rong khop chu dong time(s)ddq(m/s2) dd(q)1dd(q)2dd(q)3 - 66 - Hình 4.12 Gia tốc suy rộng các khớp bị động 1 2 3θ ,θ ,θ. - (m/s gia toc suy rong khop bi dong time(s)dd(q)(rad/s2) dd(theta)1dd(theta)2dd(theta gia toc suy rong khop bi dong time(s)dd(q)(rad/s2) dd(gamma)1dd(gamma)2dd(gamma)3 - 67 - Hình 4.14 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục X(m) Hình 4.15 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục Y(m x 10-11 Sai so vi tri tam ban may theo truc Xtime(s)(m x 10-11 Sai so vi tri tam ban may theo truc Ytime(s)(m. - 68 - Hình 4.16 Sai số vị trí của tâm bàn máy động theo trục Hình 4.17 Sai số vận tốc của tâm bàn máy động (m/s x 10-11 Sai so vi tri tam ban may theo truc Ztime(s)(m x 10-16 Sai so van toc tam ban may theo 3 truc X, Y, Ztime(s)d(e)P(m/s) d(e)Xd(e)Yd(e)Z - 69 - Hình 4.18 Sai số gia tốc của tâm bàn máy động (m/s2) 4.6.2 Mô phỏng đối với các khối tâm và vận tốc góc, gia tốc góc các khâu Hình 4.19 Tọa độ khối tâm C1c của chân A1 (m x 10-16 Sai so gia toc tam ban may theo 3 truc X, Y, Ztime(s)dd(e)P(m/s2) dd(e)Xdd(e)Ydd(e)Z Toa do tam C1c cua chan A1time(s)(m) xC1cyC1czC1c - 70 - Hình 4.20Tọa độ khối tâm C2c của chân A2 (m) Hình 4.21 Tọa độ khối tâm C3c của chân A3 (m Toa do tam C2c cua chan A2 time(s)(m) xC2cyC2czC2c Toa do tam C3c cua chan A3 time(s)(m) xC3cyC3czC3c - 71 - Hình 4.22 Quỹ đạo các tâm C1, C2, C3 trong không gian Hình 4.23 Vận tốc tâm C1 của chân A1 (m/s Ox0(m)Quy dao cua cac tam Cic trong khong gian Oy0(m) Oz0(m)C1cC2cC3c Van toc tam C1c cua chan A1time(s)(m/s) vxC1cvyC1cvzC1c - 72 - Hình 4.24 Vận tốc tâm C2 của chân A2 (m/s) Hình 4.25 Vận tốc tâm C3 của chân A3 (m/s Van toc tam C2c cua chan A2 time(s)(m/s) vxC2cvyC2cvzC2c Van toc tam C3c cua chan A3 time(s)(m/s) vxC3cvyC3cvzC3c - 73 - Hình 4.26 Vận tốc góc của chân 1c (rad/s) Hình 4.27 Vận tốc góc của chân 2c (rad/s Van toc goc cua chan 1c trong he toa do khautime(s)(rad/s) omega1c(x)omega1c(y)omega1c(z Van toc goc cua chan 2c trong he toa do khautime(s)(rad/s) omega2c(x)omega2c(y)omega2c(z. - 74 - Hình 4.28 Vận tốc góc của chân 3c (rad/s) Hình 4.29 Gia tốc góc của chân 1c (rad/s Van toc goc cua chan 3c trong he toa do khautime(s)(rad/s) omega3c(x)omega3c(y)omega3c(z Gia toc goc cua chan 1c trong he toa do khautime(s)(rad/s2) epsilon1c(x)epsilon1c(y)epsilon1c(z. - 75 - Hình 4.30 Gia tốc góc của chân 2c (rad/s2) Hình 4.31 Gia tốc góc của chân 3c (rad/s Gia toc goc cua chan 2c trong he toa do khautime(s)(rad/s2) epsilon2c(x)epsilon2c(y)epsilon2c(z Gia toc goc cua chan 3c trong he toa do khautime(s)(rad/s2) epsilon3c(x)epsilon3c(y)epsilon3c(z. - Open GL - 77 - Hình 4.32 Mô hình robot trên phần mềm mô phỏng 4.7.3 Kết quả mô phỏng Hình 4.33 Hình ảnh mô phỏng robot vẽ đường tròn Sau khi mô phỏng, robot sẽ đƣợc xuất dữ liệu xuống mạch điều khiển.Khi đó robot thực tế sẽ vẽ theo quỹ đạo nhƣ mô phỏng. - Đánh giá: Sau khi tính toán động học ngƣợc, chúng ta sẽ có các thông số đầu vào thích hợp để điều khiển động cơ sao cho bàn máy di động làm việc theo qũy đạo cho trƣớc - 78 - Chƣơng 5 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC NGƢỢC ROBOT SONG SONG DELTA ROSTOCK 5.1 Thiết lập phƣơng trình động lực học Để thiết lập phƣơng trình vi phân chuyển động của robot, ta tách robot thành các cấu trúc con đơn giản hơn bao gồm 3 chân A1, A2, A3 và bàn máy động. - Hình 5.1 Chân A1 và bàn máy động Trong đó: là các phản lực liên kết. - Hình 5.2 Đồ thị lực dẫn động các khớp chủ động Do thi luc dan dongLuc dan dong khop chu dong (N)time (s) F1F2F3 - 87 - Hình 5.3 Đồ thị các phản lực liên kết của chân A1 Hình 5.4 Đồ thị các phản lực liên kết tại chân A Do thi phan luc lien ket chan A1Phan luc tai chan A1(N)time (s) X1Y1Z Do thi phan luc lien ket chan A2Phan luc tai chan A2(N)time (s) X2Y2Z2 - 88 - Hình 5.5Đồ thị các phản lực liên kết tại chân A3 Đánh giá: Kết quả tính toán trên sẽ kiểm chứng việc chọn công suất động cơ là phù hợp yêu cầu Do thi phan luc lien ket chan A3Phan luc tai chan A3(N)time (s) X3Y3Z3 - 89 - KẾT LUẬN Robot song song không gian Delta Rostock là một loại robot có nhiều áp dụng trong kỹ thuật Về mặt lý thuyết: Robot thuộc hệ nhiều vật có cấu trúc mạch vòng cho nên việc tính toán động học và động lực học khá phức tạp. - Sau đó áp dụng phƣơng pháp tách cấu trúc thiết lập các phƣơng trình chuyển động của robot song song không gian Delta Rostock. - [2] Vũ Huy Hoàng(2015): Tính toán động lực học và điều khiển robot song song 3PRS. - NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Tất Phong (2013): Động học, động lực học ngược và điều khiển Robot song song không gian Delta. - [7] Trần Văn Quốc (2013): Động lực học ngược và điều khiển Robot song song Steward-Gough. - Động học và Động lực học Robot song song Half kiểu Delta và Robot song song Delta toàn khớp quay. - [9] Trần Công Tuấn (2010): Tổng quan về Robot song song. - Website http://timtailieu.vn/tai-lieu/tong-quan-ve-robot-song-song Nguyễn Mạnh Tiến (2006): Điều khiển Robot công nghiệp. - Tính toán động lực học và điều khiển robot song song không gian Delta
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt