Download miễn phí Đề tài Điều khiển chuyển động của Robot theo phương pháp Jacobian xấp xỉ khi động học và động lực học không biết chính xác



DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5
LỜI NÓI ĐẦU 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 10
1.1. Định nghĩa robot công nghiệp (RBCN) 10
1.2. Tự động hóa và robot công nghiệp 11
1.3. Sơ lược về lịch sử phát triển của Robot công nghiệp 12
1.4. Các đặc tính của robot công nghiệp 15
1.4.1. Tải trọng 15
1.4.2. Tầm với 15
1.4.3. Độ phân dải không gian 15
1.4.4. Độ chính xác 16
1.4.5. Độ lặp lại 16
1.4.6. Độ nhún 16
1.5. Hệ thống robot công nghiệp 16
1.5.1. Hệ thống chuyển động robot 17
1.5.1.1. Bậc tự do của robot 18
1.5.1.2. Khớp robot 18
1.5.1.3. Cổ tay robot 18
1.5.1.4. Bàn tay robot (cơ cấu tác động cuối) 19
1.5.1.5. Các dạng cơ cấu hình học và không gian làm việc của RBCN 20
1.5.2. Hệ thống truyền động robot 21
1.5.2.1. Truyền động thủy lực 21
1.5.2.2. Truyền động khí nén 22
1.5.2.3. Truyền động điện 22
1.5.3. Hệ thống điều khiển robot 23
1.5.4. Hệ thống cảm biến 24
1.5.4.1. Cảm biến nội tuyến 24
1.5.4.2. Cảm biến ngoại tuyến 24
1.6. Ứng dụng của robot công nghiệp 24
1.6.1. Ứng dụng robot trong vận chuyển, bốc dỡ vật liệu 25
1.6.2. Ứng dụng robot trong lĩnh vực gia công vật liệu 25
1.6.3. Ứng dụng robot trong lắp ráp và kiểm tra sản phẩm 25
CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ ROBOT GRYPHON 26
2.1. Giới thiệu về robot Gryphon 26
2.1.1. Các thông số động học của Robot Gryphon 27
2.1.2. Vùng làm việc của Robot Gryphon EC 28
2.2. Các phép biến đổi toạ độ dùng ma trận thuần nhất 29
2.2.1. Biểu diễn ma trận 29
2.2.1.1. Biểu diễn một điểm hay một vectơ trong không gian: 29
2.2.1.2. Biểu diễn một khung tọa độ: 30
2.2.1.3 Biểu diễn một đối tượng trong không gian 31
2.2.2. Các phép biến đổi 32
2.2.2.1. Phép biến đổi tịnh tiến đơn 32
2.2.2.2. Phép biến đổi quay đơn 32
2.2.2.3. Phép biểu diễn kết hợp 33
2.2.3. Phép biến đổi biểu diễn vị trí và hướng của tay robot so với thân robot 33
2.3. Bài toán động lực học thuận 36
2.3.1. Phương pháp thiết kế khung tọa độ - Phép biểu diễn Danevit - Hartenberg 36
2.3.1.1. Tham số của thanh nối và khớp 36
2.3.1.2. Nguyên tắc thiết kế khung tọa độ 37
2.3.1.3. Quan hệ giữa hai khung tọa độ n-1 và n 38
2.3.2. Phương trình động học thuận của robot Gryphon 38
2.3.3. Ma trận Jacobian 41
CHƯƠNG 3: ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT GRYPHON 43
3.1. Bài toán động lực học 43
3.2. Phương trình Lagrange 44
3.3. Phương trình động lực học của Robot Gryphon 45
3.3.1.Động năng và thế năng của các thanh nối 45
3.3.1.1. Động năng và thế năng của thanh nối 1: 45
3.3.1.2. Động năng và thế năng của thanh nối 2: 45
3.3.1.3. Động năng và thế năng của thanh nối 3: 46
3.3.1.4. Tổng động năng và thế năng: 46
3.3.2. Phương trình động lực học viết cho các thanh nối 47
3.3.2.1.Phương trình động lực học viết cho thanh nối 1 47
3.3.2.2. Phương trình động lực học viết cho thanh nối 2 48
3.3.2.3.Phương trình động lực học viết cho thanh nối 3 49
3.3.2.4. Phương trình động lực học tổng quát của robot Gryphon 49
CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT GRYPHON VỚI ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHÍNH XÁC 52
4.1. Khái quát 52
4.1.1. Phân loại yêu cầu điều khiển chuyển động 52
4.1.1.1. Điều khiển vị trí 52
4.1.1.2. Điều khiển bám quỹ đạo 53
4.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển chuyển động 54
4.1.2.1. Phân loại theo không gian điều khiển, ta có hệ thống điều khiển không gian khớp và hệ thống điều khiển không gian làm việc. 54
4.1.2.2. Phân loại theo mức độ ràng buộc của robot, ta có hệ thống điều khiển phân tán và hệ thống điều khiển tập trung. 55
4.1.2.3. Phân loại theo sự thay đổi tham số, ta có hệ thống điều khiển không thích nghi, hệ thống điều khiển thích nghi và hệ thống điều khiển bền vững. 56
4.2. Một số bộ điều khiển 56
4.2.1. Hệ thống điều khiển trong không gian khớp 56
4.2.1.1. Hệ thống điều khiển phản hồi PD bù trọng lực 57
4.2.1.2. Hệ thống điều khiển mômen tính toán 64
4.2.2. Hệ thống điều khiển trong không gian làm việc 66
4.2.2.1. Hệ thống điều khiển ma trận Jacobian chuyển vị 66
4.2.2.2. Hệ thống điều khiển ma trận Jacobian nghịch đảo 72
4.3. Nhận xét 77
CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT GRYPHON THEO PHƯƠNG PHÁP JACOBIAN XẤP XỈ 81
5.1. Đặt vấn đề 81
5.2. Điều khiển điểm đặt với phương pháp Jacobian xấp xỉ 82
5.2.1. Nhắc lại phương trình động lực học và phương trình động học tổng quát 82
5.2.2. Điều khiển điểm đặt theo phương pháp Jacobian xấp xỉ 83
5.2.2.1. Bộ điều khiển điểm đặt Jacobian xấp xỉ bù trọng lực 83
5.2.2.2. Bộ điều khiển điểm đặt Jacobian xấp xỉ thích nghi với trọng lực không biết chính xác. 92
5.3. Điều khiển bám quỹ đạo với phương pháp Jacobian xấp xỉ thích nghi 97
5.3.1. Cơ sở lý thuyết 97
5.3.2. Thiết kế bộ điều khiển bám quỹ đạo Jacobian xấp xỉ thích nghi cho robot Gryphon. 101
KẾT LUẬN 109
TÀI LIỆU THAM KHẢO 110
PHỤ LỤC 111
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-de_tai_dieu_khien_chuyen_dong_cua_robot_theo_phuong_phap_jac_BDtuLyYpYI.png /tai-lieu/de-tai-dieu-khien-chuyen-dong-cua-robot-theo-phuong-phap-jacobian-xap-xi-khi-dong-hoc-va-dong-luc-hoc-khong-biet-chinh-90247/


Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

thanh nối kề trước nó. A1 mô tả vị trí và hướng của thanh nối đầu tiên, A2 mô tả vị trí và hướng của thanh nối thứ hai so với thanh nối thứ nhất. Như vậy vị trí và hướng của thanh nối thứ hai so với hệ toạ độ gốc được biểu diễn bởi ma trận :
T2 = A1.A2
A3 mô tả vị trí và hướng của thanh nối thứ ba so với thanh nối thứ hai thì vị trí của thanh nối thứ 3 so với toạ độ gốc là:
T3 = A1.A2.A3
Nếu một robot có 6 thanh nối, ta có ma trận biểu diễn vị trí và hướng của thanh nối cuối so với hệ tọa độ gốc:
T6 = A1.A2.A3.A4.A5.A6 (2-10)
Một robot 6 thanh nối tức là có 6 bậc tự do vì vậy có thể xác định được vị trí và hướng của tay robot (hand), 3 bậc tự do xác định vị trí và 3 bậc tự do khác xác định hướng. T6 sẽ là ma trận biểu diễn cả hướng và vị trí của tay robot (hand) so với khung tọa độ gốc.
Gắn một khung tọa độ lên tay robot (hand) và tìm phép biến đổi biểu diễn khung tọa độ tay trong khung tọa độ gốc. Từ đó sẽ xây dựng được hệ phương trình động học thuận biểu diễn quan hệ giữa vị trí và hướng của tay so với các biến khớp.
Hình 2.7. Khung tọa độ tay trong khung tọa độ gốc
Hình 2.5 biểu diễn khung tọa độ tay trong khung tọa độ gốc. Gốc của khung tọa độ tay đặt tại điểm giữa của các ngón tay, được biểu diễn bởi vectơ trong khung tọa độ gốc. Ba vectơ đơn vị mô tả hướng của bàn tay được xác định như sau :
- Vectơ có hướng mà theo đó bàn tay sẽ tiếp cận đến đối tượng gọi là vectơ (approach).
- Vectơ có hướng mà theo đó các ngón tay của bàn tay nắm vào nhau khi cầm, nắm đối tượng gọi là vectơ ( orientation ).
- Vectơ cuối cùng là vectơ pháp tuyến ( normal ).
Như vậy ta có :
Hệ toạ độ tay của Robot được biểu diễn bằng một ma trận 4x4:
(2-11)
Hay TE có dạng:
(2-12)
trong đó R(3x3) là ma trận chỉ hướng của bàn tay Robot
(2-13)
P(3x1) là ma trận biều diễn vị trí của tay Robot
(2-14)
2.3. Bài toán động lực học thuận
Với một robot đã biết cấu hình như: độ dài các thanh nối và góc quay các khớp hay độ dịch chuyển của các khớp tịnh tiến, bài toán động lực học thuận là tính toán vị trí và hướng của tay robot tương ứng với cấu hình robot xác định. Ngược lại, động học ngược sẽ tính toán các góc quay của khớp quay hay độ dịch chuyển của các khớp tịnh tiến tương ứng với vị trí và hướng của tay robot, nghĩa là tính toán các giá trị biến khớp cần thiết để đặt tay robot đúng vị trí mong muốn.
Phương pháp chung để thiết lập phương trình động học thuận robot là sử dụng công cụ ma trận để miêu tả: vị trí, hướng và chuyển động sau đó sử dụng phép biểu diễn Denavit Hartenberg.
2.3.1. Phương pháp thiết kế khung tọa độ - Phép biểu diễn Danevit - Hartenberg
2.3.1.1. Tham số của thanh nối và khớp
Xét 3 trục khớp trong không gian như hình sau:
Hình 2.8. Thiết kế khung tọa độ thanh nối
* an : Độ dài pháp tuyến chung của trục khớp n và n+1, chính là độ dài thanh nối n.
* dn: Khoảng cách giữa hai chân pháp tuyến chung của trục n.
* : Góc giữa hai trục của khớp n và khớp n+1.
* : Góc giữa hai pháp tuyến chung của trục khớp n.
2.3.1.2. Nguyên tắc thiết kế khung tọa độ
Theo phương pháp biểu điễn Danevit - Hartenberg (D-H), khung tọa độ thanh nối n được xây dựng theo nguyên tắc sau:
+ Gốc của khung toạ độ thanh nối n đặt tại giao điểm của pháp tuyến an với trục khớp thứ n+1. Trường hợp hai trục khớp cắt nhau, gốc khung toạ độ sẽ đặt tại chính giao điểm và trục x được đặt dọc theo đường vuông góc với mặt phẳng chứa hai trục z đó. Nếu các trục khớp song song với nhau, sẽ có nhiều pháp tuyến chung. Khi đó sẽ chọn pháp tuyến chung trùng với pháp tuyến chung của khớp trước. Gốc khung tọa độ chọn sao cho dn nhỏ nhất.
+ Trục zn của khung toạ độ thanh nối n đặt theo phương của trục khớp n+1.
+ Trục xn thường được đặt dọc theo pháp tuyến chung của trục n và n+1 theo hướng từ trục n đến n+1.
+ Đối với khớp tịnh tiến thì khoảng cách dn là biến khớp, hướng của trục khớp trùng với hướng di chuyển. Khi đó chiều dài an không có ý nghĩa nên đặt an = 0. Gốc tọa độ đặt trùng với gốc thanh nối tiếp theo.
+ Đối với khớp quay thì là biến khớp và dn = const. Trục xn được chọn sao cho thực hiện được phép quay từ zn-1 đến zn.
Các thông số an, , dn và được gọi là bộ thông số DH.
2.3.1.3. Quan hệ giữa hai khung tọa độ n-1 và n
Một cách tổng quát, quan hệ giữa hai khung tọa độ n và n-1 được xác định bằng các phép biến đổi theo thứ tự sau đây:
- Quay quanh trục zn-1 một góc sao cho trục xn-1 trùng với phương của trục xn.
- Tịnh tiến dọc theo trục zn-1 một khoảng dn để gốc khung tọa độ mới trùng với chân pháp tuyến chung của trục khớp n và trục khớp n+1.
- Tịnh tiến dọc theo trục xn-1 (phương pháp tuyến chung) một đoạn an.
- Quay quanh trục xn-1 một góc sao cho trục zn-1 trùng với trục zn.
Các phép biến đổi trên được thực hiện so với khung tọa độ hiện tại (khung tọa độ ngay trước đó). Do đó phép biến đổi kết hợp được xác định như sau:
(2-15)
2.3.2. Phương trình động học thuận của robot Gryphon
Trình tự thiết lập hệ phương trình động học của robot
Để thiết lập hệ phương trình động học của robot, ta tiến hành theo các bước sau:
1. Chọn hệ toạ độ cơ sở, gắn các hệ toạ độ mở rộng lên các thanh nối.
2. Lập bảng thông số DH (Denavit Hartenberg).
3. Dựa vào các thông số DH xác định các ma trận An
4. Tính ma trận T và viết các phương trình động học của robot
Robot Gryphon có 5 bậc tự do nhưng trong đồ án này ta chỉ xét đến bậc thứ 3 (3 thanh nối). Khi áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg gắn các hệ trục toạ độ vào các khâu, ta thu được sơ đồ động học của Robot Gryphon như hình 2.9.
Hình 2.9. Khung tọa độ thanh nối
Theo thuật toán D-H ta có bảng tham số D-H ứng với sơ đồ động học trên:
Trục
a
d
1
90
0
2
0
0
3
0
0
Bảng 2: Bảng tham số D-H
Các ma trận chuyển tương ứng:
(2-16)
(2-17)
(2-18)
Vị trí và hướng của thanh nối thứ hai so với hệ toạ độ gốc được biểu diễn:
(2-19)
Phương trình động học thuận biểu diễn quan hệ giữa vị trí, hướng của tay và vị trí của các khớp.
(2-20)
Ma trận biểu diễn hướng của tay Robot:
(2-21)
Ma trận biểu diễn vị trí của tay Robot:
(2-22)
Để tìm miền làm việc của Robot ta dựa vào phương trình điểm tác động cuối:
(2-23)
2.3.3. Ma trận Jacobian
ý nghĩa của ma trận Jacobian là:
- Biễu diễn quan hệ giữa tốc độ của tay và tốc độ của khớp:
(2-24)
- Biễu diễn quan hệ giữa dịch chuyển vi sai của tay và dịch chuyển vi sai của khớp:
(2-25)
Do đó ma trận Jacobian thu được bằng cách lấy vi phân phương trình động học thuận.
(2-26)
Hàng 1 của ma trận Jacobien
(2-27)
Tính hàng 2 của ma trận Jacobien
(2-28)
(2-29)
Tính hàng 3 của ma trận Jacobien
(2-30)
(2-31)
Như vậy ta có ma trận Jacobien:
và:
(2-32)
Nếu chia cả 2 vế cho dt sẽ nhận được phương trình quan hệ tốc độ tay Robot và tốc độ khớp.
Chương 3
động lực học robot gryphon
Nội dung chương 3:
-Bài toán động lực học.
- Phương trình Lagrange.
- Thành lập phương trình động lực học robot Gryphon.
3.1. Bài toán động lực học
Động học thuận robot đã được nghiên cứu (ở mục 2.3.2) đã nghiên cứu ...

---