Download Tiểu luận Môn học: Robot công nghiệp và người máy miễn phí



Điều khiển robot SCARA dùng moment tính(computed torque)
Trong phương pháp moment tính, ta phải xây dựng hai vòng điều khiển. Vòng
hồi tiếp trong được xây dựng dựa trên động lực học của hệ thống để bù tất cả
các thành phần phi tuyến của hệ thống. Vòng hồi tiếp ngoài xây dựng dựa trên
sai lệch giữa tín hiệu ra và tín hiệu đặt. Chức năng của vòng hồi tiếp trong là
tuyến tính hoá mối liên hệ giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra trong khi vòng hồi
tiếp ngoài làm ổn định hoá hệ thống.


/tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-33952/
Để tải bản DOC Đầy Đủ thì Trả lời bài viết này, mình sẽ gửi Link download cho

Tóm tắt nội dung:

Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 1
1. Giới thiệu về Robot Scara
Robot SCARA ra đời vào năm 1979, đây là một kiểu tay máy có cấu tạo đặc
biệt được sử dụng nhiều trong các công việc lắp ráp các tải trọng nhỏ theo
phương thẳng đứng.
Robot SCARA bao gồm hai khớp nối và hai cánh tay. Trên hai khớp nối sẽ gắn
hai động cơ để cung cấp moment 21 ,ττ điều khiển hai cánh tay l1,l2 như hình
vẽ.
1θ
2θ
1l
2l
Hình 1: Hình chiếu bằng Robot Scara
2. Mô hình động học của Robot SCARA
Phương trình động học của Robot SCARA như sau:
)1(),()(
.... τ=+ qqqCqqM
Trong đó 21 ,qq là góc quay của hai trục động cơ DC và 21 ,θθ là góc quay của
hai khớp xoay của robot. Trong đó:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+++−
+−+= 2
2322121
2121
2
11
))(cos(
))(cos(
)(
mlIIqqklml
qqklmlmlI
qM
e
e
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+
+=
2
.
12121
.
221211
.
))(sin(
))(sin(),(
Vqqqkklml
qqqkklmlVqqC
ee
ee
Quan hệ giữa [ ]21 qq và [ ]21 θθ như sau:
)2(
0
2
1
2
1 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
q
q
kk
k
ee
e
θ
θ
Các thông số được cho như sau:
2
1 .8.1 mKgI = : Moment quán tính của cánh tay 1
2
2 .041.0 mKgI = : Moment quán tính của cánh tay 2
2
3 .134.0 mKgI = : Moment quán tính của tải trọng
Kgm 10= : Khối lượng tải
Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 2
ml 4.01 = : Chiều dài của cánh tay 1
ml 35.02 = : Chiều dài của cánh tay 2
5.0=ek : Hệ số truyền động của khớp nối 2
smKgV /.5 21 = : Hệ số ma sát của khớp nối 1
smKgV /.3 22 = : Hệ số ma sát của khớp nối 2
Tín hiệu vào: Moment 21 ,ττ của 2 động cơ DC(hay điện áp)
Tín hiệu ra: Góc 21 ,θθ của 2 cánh tay robot SCARA.
3. Hệ phương trình biến trạng thái mô tả robot
Biến đổi phương trình (1) và (2) ta được:
[ ]2222122232211 2211
2
232
2
.
221
.
11
2
232
2
2
..
21
2
232
2
1
..
2
2
2
1
2
1
..
))((
)(
)()(
AllmmlIImlI
AlmlmlII
qAVlmlqVmlIIqBklmlmlIIqABkllm
q
ee
−+++
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+++
+−++−++−−
= ττ
[ ]2222122232211 2
2
11121
2
.
2
2
111
.
121
2
2
..
2
2
2
1
2
2
1
..
21
2
11
2
..
))((
)(
)()(
AllmmlIImlI
mlIAlml
qVmlIqAVlmlqABllmqBklmlmlI
q
e
−+++
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
++
++−−−+−
= ττ (3)
Với ))(sin())(cos( 2121 qqkBqqkA ee +=+=
Đặt các biến trạng thái như sau:
2
.
43
.
23
1
.
21
.
11
)4(
qxx
qx
qxx
qx
==
=
==
=
Từ (3) và (4) ta được hệ phương trình biến trạng thái mô tả robot sau:
[ ]
[ ]2222122232211 2
2
11121
42
2
112121
2
4
2
2
2
1
22
221
2
11
4
.
43
.
22
2
2
1
22
232
2
11
2211
2
232
422121
2
232
2
421
2
232
2
2
2
2
2
1
2
2
.
21
.
))((
)(
)()(
)5(
))((
)(
)()(
AllmmlIImlI
mlIAlml
xVmlIAxVlmlABxllmBxklmlmlI
x
xx
AllmmlIImlI
AlmlmlII
AxVlmlxVmlIIBxklmlmlIIABxkllm
x
xx
e
ee
−+++
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
++
++−−−+−
=
=
−+++
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+++
+−++−++−−
=
=
ττ
ττ
Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 3
4. Quỹ đạo đầu mút cánh tay Robot SCARA
Mối liên hệ giữa các khớp nối 1 và 2 có toạ độ góc [ ] Tqq 21 với các cánh tay có
tọa độ góc [ ] T21 θθ , được mô tả bởi phương trình (2)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
2
1
2
1 0
q
q
kk
k
ee
e
θ
θ
Tọa độ đầu mút của cánh tay robot SCARA được xác định bởi phương trình
sau:
)6()sin(sin
)cos(cos
21211
21211
θθθ
θθθ
++=
++=
lly
llx
Các phương trình trên áp dụng cho bài toán điều khiển theo không gian khớp
nối. Cho phép xác định cặp góc [ ] T21 θθ từ tọa độ (x,y) cho trước của đầu mút
cánh tay robot SCARA trong không gian hoạt động.
Trong quá trình điều khiển robot, ứng với một vị trí (x,y) trong không gian hoạt
động có thể có nhiều cặp góc trong không gian khớp nối. Do đó, ta phải chọn
lựa một cặp nghiệm phù hợp với yêu cầu điều khiển. Có nhiều cách chọn lựa
tuỳ theo đối tượng và mục đích:
- Tổng quãng đường dịch chuyển của các khớp ngắn nhất.
- Giảm bớt ảnh hưởng tương tác giữa các khớp.
- Năng lượng tiêu thụ thấp nhất.
- Giới hạn động học của hệ thống.
Robot SCARA với hai khớp nối ứng với mỗi tọa độ (x,y) của đầu mút cánh tay
chúng ta sẽ có hai nghiệm cho các cặp góc. Do đó, ta sẽ chọn cặp góc sao cho
tổng biến thiên của cặp góc từ vị trí k-1 đến vị trí k là nhỏ nhất. ( ) )7()1()()1()(min 2211 −−+−− kkkk θθθθ
Giới hạn không gian hoạt động của hệ thống thông qua cặp góc [ ] Tqq 21
)8(2
1
πθπ
πθπ
≤≤−
≤≤−
5. Điều khiển robot SCARA dùng moment tính(computed torque)
Trong phương pháp moment tính, ta phải xây dựng hai vòng điều khiển. Vòng
hồi tiếp trong được xây dựng dựa trên động lực học của hệ thống để bù tất cả
các thành phần phi tuyến của hệ thống. Vòng hồi tiếp ngoài xây dựng dựa trên
sai lệch giữa tín hiệu ra và tín hiệu đặt. Chức năng của vòng hồi tiếp trong là
tuyến tính hoá mối liên hệ giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra trong khi vòng hồi
tiếp ngoài làm ổn định hoá hệ thống.
Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 4
5.1 Cấu trúc của bộ điều khiển moment tính
Bộ điều
khiển PD
Chiến lược
điều khiển
Hồi tiếp tuyến
tính hoá
SCARA
ROBOT
Hệ thống tuyến tính hoá
Vòng điều khiển trong
Vòng điều khiển ngoài
Hình 2: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng moment tính
5.1.1 Hồi tiếp tuyến tính hoá
Mô hình robot SCARA được cho bởi (1) như sau:
τ=+ .... ),()( qqqCqqM
Với
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+++−
+−+= 2
2322121
2121
2
11
))(cos(
))(cos(
)(
mlIIqqklml
qqklmlmlI
qM
e
e
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+
+=
2
.
12121
.
221211
.
))(sin(
))(sin(),(
Vqqqkklml
qqqkklmlVqqC
ee
ee
Để tuyến tính hoá và phân ly, ta chọn luật điều khiển τ gồm hai thành phần
như sau:
)9(NL τττ +=
Với
)11(
)10(
..
...
qM
qCqM
dL
nN
=
+=
τ
τ
SCARA
ROBOT
),(
.
qqN
+
+
Nτ
Lτ
q
Hình 3: Sơ đồ cấu trúc hồi tiếp tuyến tính hoá
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+−
+−=
0))(cos(
))(cos(0
2121
2121
qqklml
qqklml
M
e
e
n
Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 5
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
++
+= 2
231
2
11
0
0
mlII
mlI
M d
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+
+=
2
.
12121
.
221211
.
))(sin(
))(sin(),(
Vqqqkklml
qqqkklmlVqqC
ee
ee
5.1.2 Điều khiển PD
Đặt
..
qy = với y là tín hiệu vào mới, ta có luật điều khiển được mô tả như sau:
)12(yM dL =τ
Mục đích điều khiển là tín hiệu ra )(tq bám theo quỹ đạo thiết kế )(tqd
Ta có: )13(
...
dddpd qKqKqr ++=
Chọn luật điều khiển
)14(
.
rqKqKy dp +−−=
Thay (13) vào (14) ta được
qqe
KeKe
d
pd
−=
++ )15(...
Giả thuyết Kp và Kd là các ma trận dương xác định, ổn định tiệm cận
Từ (10) và (11) ta được
⎥⎥
⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢
⎣
⎡
++−
++−=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
2
1
..
212
.
21
..
21
2
2
..
211
.
12
..
21
2
1
qBklmlqVqAlml
qBklmlqVqAlml
e
e
N
N
τ
τ
))(sin())(cos( 2121 qqkBqqkA ee +=+=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
++++
+++=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
))((
))((
2
.
22
..
2
232
1
.
11
..
2
11
2
1
eKeKqmlII
eKeKqmlI
pdd
pdd
L
L
τ
τ
...
qqe
qqe
d
d
−=
−=
Tiểu luận môn học: Robot công nghiệp và người máy
Học viên: Nguyễn Minh Hoà Lớp: ĐKHKT K14 Trang 6
PDChiến lượcđiều khiển
SCARA
ROBOT...

---