Download Đồ án Nghiên cứu động học và động lực học robot scara 4 bậc tự do dùng trong công nghệ hàn miễn phí
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.TỔNGQUAN 1
1.1 Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp .1
1.2 Ứng dụng của robot trong công nghệ hàn .3
1.3 Phân loại robot 4
1.3.1 Phân loại theo kết cấu 5
1.3.2 Phân loại theo điều khiển .7
1.3.3 Phân loại theo ứng dụng 8
1.4 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp .9
1.4.1 Kết cấu chung 9
1.4.2 Bậc tự do và các tọa độ suy rộng .9
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13
2.1 Lý thuyết động học vật rắn .13
2.1.1 Khả năng chuyển động của vật rắn trong không gian .13
2.1.2 Biểu diễn hướng .13
2.1.2 Biểu diễn vị trí .13
2.2 Các phép biến đổi thuần nhất 14
2.2.1 Vectơ điểm và tọa độ thuàn nhất .14
2.2.2 Biến đổi ma trận dùng tọa độ thuần nhất .16
2.3 Các phép biến đổi cơ bản .17
2.3.1 Phép biến đổi thuần nhất .17
2.3.2 Phép quay quanh các trục tọa độ 18
2.3.3 Phép quay quanh một trục bất kỳ .19
2.3.4 Phép quay theo 3 góc Euler .21
2.3.5 Phép quay theo Roll-Pitch-Yaw .22
2.4 Các bài toán biến đổi ngược .23
2.4.1 Xác định góc quay và trục quay .23
2.4.2 Xác định 3 góc Euler .27
2.4.3 Xác định 3 góc RPY .30
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .32
3.1 Động học .32
3.1.1 Giới thiệu .32
3.1.2 Bộ thông số Denavit & Hartenberg .34
3.1.3 Mô hình biến đổi .35
3.1.4 Phương trình động học robot .36
3.1.5 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học robot .37
3.2 Động lực học .38
3.2.1 Giới thiệu .38
3.2.2 Phương trình Lagrange loại 2 .38
3.2.3 Tính động năng 39
3.2.4 Tính thế năng .40
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC ĐỘNG HỌC.41
4.1 Bài toán động học ngược .41
4.2 Vấn đề đặt ra và hướng giải quyết 41
4.3 Ứng dụng phương pháp tối ưu vào bài toán mục tiêu .42
4.4 Một số phương pháp tối ưu .46
4.4.1 Phương pháp tối ưu hóa lần lượt .46
4.4.2 Phương pháp dùng chỉ tiêu tổng hợp .46
4.4.3 Phương pháp trọng số .47
4.5 Chuyển bài toán (****) về bài toán tối ưu một mục tiêu .47
4.6 Thuậ toán tối ưu giải bài toán (****) .48
4.7 Thuật toán giải bài toán ngược động học tay máy 53
4.8 Giới thiệu chương trình Matlab 56
4.9 Giới thiệu chương trình mô phỏng Easy-rob 58
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .59
5.1 Mô hình .59
5.2 Giải bài toán động học cho robot Scara 59
5.2.1 Bài toán động học thuận .59
5.2.1.1 Giới thiệu .59
5.2.1.2 Giải bài toán thuận cho robot Scara .60
5.2.1.3 Lập trình Matlab để giải bài toán thuận cho robot Scara .63
5.2.2 Bài toán động học ngược cho robot Scara .65
5.2.2.1 Giới thiệu .65
5.2.2.2 Giải bài toán ngược cho robot Scara .65
5.2.2.3 Giải bài toán động học ngược cho robot Scara dùng chương trình Matlab 68
5.3 Ứng dụng kiểm chứng .69
5.3.1 Kiểm chứng thuật toán bằng đường dẫn thực tế là mối hàn 72
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN . .82
/tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-857/
++ Ai muốn tải bản DOC Đầy Đủ thì Trả lời bài viết này, mình sẽ gửi Link download cho!Tóm tắt nội dung:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” đã được sử dụng lần đầu tiên bởi Karel Capek trong vở kịch của ông Rossum’s Universal Robots được xuất bản vào năm 1921. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về việc sáng chế những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động của con người.
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) và các máy công cụ điều khiển số (NC- Numerically Controlled Machine Tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ trong các viện nghiên cứu nguyên tử lực. Đó là những cơ cấu phỏng sinh học bao gồm những khâu khớp và các dây chằng gắn liền với hệ điều hành chính là cánh tay của người, thao tác thông qua các cơ cấu khuyếch đại cơ khí. Cụ thể, nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý cho tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu này dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm. Chính vì vậy, mặc dù người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hay vài cửa quan sát, vẫn có thể nhìn thấy và thực hiện các thao tác ở bên trong một cách bình thường.
Vào khoảng năm 1949 các máy công cụ điều khiển số ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những robot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Đầu thập kỷ 1960, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) cho ra đời robot công nghiệp được đặt tên là Versatran, do Harry Johnson và Veljko Milenkovic thiết kế.
Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot điều khiển băng máy vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool:công cụ của tương lai). Robot này có thể nâng được vật có khối lượng lên đến 45kg.
Những năm 80, nhất là những năm 90,do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, chức năng có những bước tiến vượt bực.
Ngày nay chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động….
Định nghĩa về robot công nghiệp do Viện nghiên cứu robot của Mỹ đề xuất được sử dụng rộng rãi: “RBCN là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thể lập trình lại để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, công cụ hay các thiết bị chuyên dùng khác.”
Ngoài các ý trên, định nghĩa trong 25686-85 còn bổ sung cho RBCN chức năng điều khiển trong quá trình sản xuất: “ RBCN là tay máy tự động được đặt cố định hay di động bao gồm thiết bị dạng thừa hành tay máy có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất”.
Chức năng vận động bao gồm các hoạt động “cơ bắp” như vận chuyển, định hướng, xếp đặt, gá kẹp, lắp ráp…đối tượng. Chức năng điều khiển ám chỉ vai trò của robot như một phương tiện điều hành sản xuất, như cung cấp dịch vụ và vật liệu, phân loại và phân phối sản phẩm, duy trì sản xuất và thậm chí điêù khiển các thiết bị liên quan.
Với các đặc điểm có thể lập trình lại, RBCN là thiết bị tự động hóa khả trình và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các tế bào hay hệ thống sản xuất linh hoạt.
1.2 Ứng dụng của robot trong công nghệ hàn.
Có thể nói, robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa, với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia…
chức năng hoạt động của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý, nhiều loại robot có những khả năng đặc biệt. Số lượng robot ngày càng được gia tăng, giá thành ngày càng giảm.
Trong công nghiệp gia công vật liệu, robot thực hiện nhiệm vụ như một máy gia công. Do đó tay robot sẽ gắn một công cụ thay cho một cơ cấu kep. Ứng dụng của robot trong công nghiệp gia công vật liệu bao gồm các công nghệ sau: Hàn điểm; hàn hồ quang lien tục…..
Hàn điểm là một ứng dụng phổ biến của robot công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp lắp ráp ôtô.
Hình 1.1 Robot hàn trong dây chuyền sản xuất ôtô.
Hàn điểm có thể thực hiện bằng hai phương pháp: dùng máy hàn điểm và dùng súng hàn điểm. Máy hàn điểm gồm hai điện cực ép chặt hai chi tiết và cho dòng điện có giá trị lớn chạy qua, kết quả là hai chi tiết sẽ được hàn dính nhau ở một điểm. Dùng hàn điểm gồm hai điện cực và một khung có thể mở hay đóng hai điện cực; một cáp lớn dẫn dòng chạy qua.
Hệ thống súng hàn điểm có trọng lượng và kích thước lớn và gây khó khăn cho người điều khiển trong một dây chuyền sản xuất với tốc độ lớn. Robot sẽ được sử dụng rất hiệu quả trong công nghệ hàn điểm này. Ở dây chuyền lắp ráp ôtô, hàng chục robot hàn điểm sẽ làm việc với nhau theo một chương trình lập sẵn.. Robot hàn điểm phải có kích thước lớn, có khả năng mang tải trọng để điều khiển súng hàn có khối lượng lớn một cách chính xác.
Robot cần đưa súng hàn vào đúng vị trí và đúng hướng ở những vị trí người khó thực hiện được. Do đó số bậc tự do robot phải lớn và bộ nhớ máy tính phải có dung lượng lớn. Lợi ích của tự động hóa công nghệ hàn điểm sử dụng robot là nâng cao chất lượng sản phẩm, thao tác an toàn và điều khiển tốt hơn quá trình hàn.
Hàn hồ quang liên tục sử dụng trong công nghệ hàn đường: ghép hai bộ phận kim loại hay hàn ống,…Môi trường làm việc đối với người công nhân hàn hồ quang rất nguy hiểm và độc hại: nhiệt độ cao. Tia cực tím sinh ra trong quá trình hàn sẽ gây nguy hiểm đến thị giác con người …Việc ứng dụng robot trong nghệ hàn hồ quang sẽ cải thiện đáng kể điều kiện làm việc của con người, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Tuy nhiên do một số vấn đề về kỹ thuật như nâng cao chất lượng hàn khi có sự thay đổi các thành phần của vật liệu hàn và vấn đề kinh tế, nên robot chỉ được sử dụng trong công nghệ hàn hồ quang ở các dây chuyền s
