intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đồ án Cơ điện tử

Chia sẻ: Nguyenvan San San | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:11

Thêm vào BST
Báo xấu
149
lượt xem 33
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ra đời cách đây nửa thế kỷ, robot công nghiệp đã có những phát triển vượt bậc. Nhiều nước trên thế giới sớm áp dụng mạnh mẽ kỹ thuật robot vào sản xuất và nó đã đem lại những hiệu quả to lớn về kinh tế và kỹ thuật, nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án Cơ điện tử

  1. Đồ án Cơ điện tử Đồ án Cơ điện tử 1. GIỚI THIỆU Ra đời cách đây nửa thế kỷ, robot công nghiệp đã có những phát triển vượt bậc. Nhiều nước trên thế giới sớm áp dụng mạnh mẽ kỹ thuật robot vào sản xuất và nó đã đem lại những hiệu quả to lớn v ề kinh t ế và k ỹ thuật, nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân... Đối với nước ta, kỹ thuật robot vẫn còn là vấn đề khá mới m ẻ, nh ất là việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot. Nội dung nghiên cứu nh ằm ch ế tạo một robot sáu bậc tự do, kiểu robot PUMA, sử dụng card điều khiển LAB-PC+ để điều khiển các động cơ bước dẫn động các kh ớp. S ản ph ẩm được sử dụng trong nghiên cứu và giảng dạy môn robot công nghiệp t ại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 2. SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ HỆ TỌA ĐỘ CỦA ROBOT PUMA Robot PUMA là robot có 6 bậc tự do, cấu hình RRRRRR. Sơ đồ động và hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot như sau: Hình 1: Hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot.
  2. Đồ án Cơ điện tử BẢNG THÔNG SỐ DENAVIT - HARTENBERG (DH) θi αi Khâu ai di π − θ1 * 1 0 d1 2 θ2 * 2 0 a2 d2 π θ3 * 3 a3 0 2 π − θ4 * 4 0 D4 2 π θ5 * 5 0 0 2 θ6 * 6 0 0 d6 + Chọn a1 = 00 mm; a2 = 0 mm; a3max = 0mm. + Giới hạn chuyển động cuả các khâu: -900 ≤ θ1 ≤ +900 - Khâu 1: - Khâu 2: -1200 ≤ θ2 ≤ +1200 0 ≤ a3 ≤ 150 mm - Khâu 3: -90 ≤ θ4 ≤ +900 0 - Khâu 4: - Khâu 5: - Khâu 6:
  3. Đồ án Cơ điện tử 3. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT + Để mô tả mối quan hệ về hướng và vị trí của hệ tọa độ gắn trên hai khâu liền kề nhau (Khâu thứ i và khâu i-1) ta dùng các ma trận A i ; được biểu diễn bởi các phép biến đổi: Ai = Rot(z, θ0). Trans(a,0,0). Trans(0,0,d). Rot(x, α) Hay cosθ − sin θ cos α sin θ sin α a cosθ   sin θ a sin θ  cosθ cos α − cosθ sin α Ai =   0 d sin α cos α   0 0 0 1 Qui ước viết tắt các hàm lượng giác như sau: Ci = cosθi; Si = sinθi; Cij = cos(θi+θj); Sij = sin(θi+θj);....... Ta có: �1 0 − S1 − S2 0 C 0� C a2C2 � �2 � 0� � a1S2 � S1 0 C1 S2 C2 0 A1 = � � A2 = � � ; ; � −1 0 d1 � � d2 � 0 0 01 � � � � �0 0 0 1� 0 00 1� � 0 −S4 �3 0 S3 C a3C3 � C 0� �4 � 0 −C a3 S3 � � 0� S3 S4 0 C4 A3 = � � A4 = � � 3 ; ; −1 1 �10 0� � d4 � 0 0 � � � � �00 0 1� 0 0 0 1� � − S6 0 �5 0 S5 C 0� C 0� �6 � 0 −C 0� � 0� S5 S6 C6 0 A5 = � � A6 = � � 5 ; ; �10 0� � d6 � 0 0 01 � � � � �00 0 1� 0 00 1� � Tích các ma trận Ai được gọi là ma trận T: 5 T6 = A6; 4T6 = A5. A6 ; 3T6 = A4.A5.A6; 2 T6= A3.A4.A5.A6 ; 1T6 = A2.A3.A4.A5.A6 ; T6 = A1.A2.A3.A4.A5.A6 ; Ta còn có ma trận trạng thái cuối: n sx ax px � �x � py � ny sy ay TE = � � �z pz � n sz az � � 0 0 0 1� �
  4. Đồ án Cơ điện tử Ma trận TE mô tả hướng và vị trí của hệrtoạ độ gắn trên khâu chấp rr hành cuối đối với hệ tọa độ gốc. Trong đó: nrs, a là các véctơ chỉ phương , của hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối, p là véctơ điểm chỉ vị trí của gốc hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối. a-vector có hướng tiếp cận (approach) đối tác s-vector có hướng đường trượt (sliding) đóng mở bàn kẹp hoặc phương nắm bắt(occupation) kí hiệu là o n- vector pháp tuyến (normal) ************ *********************** Ma trân 5 T 6 = A6 Môtả hướng và vị trí của khâu thứ 6 so với khâu thứ 5: �6 −S6 C 0 0� � 0 0� S 6 C6 T6 =A6 = � � 5 ; � 1 d6 � 0 0 � � 0 0 0 1� � �5 .C6 −C5 S6 C S5 S5 .d 6 � � .C − S S C5 −C5 .d 6 � S5 6 T6 = A5. A6 = � � 56 4 � S6 0� C6 1 � � �0 0 0 1� 3 T6 = A4.A5.A6= 2 T6 = A3.A4.A5.A6 [1,1]= [1,2]= [1,3]= [1,4]= [2,1]= [2,2]= [2,3]= [2,4]= [3,1]= [3,2]= [3,3]=
  5. Đồ án Cơ điện tử [3,4]= 1 T6 = A2.A3.A4.A5.A6 [1,1]= (CHƯA CHỈNH SỬA XONG) Trên cơ sở đó, ta có hệ phương trình động học của Robot PUMA như sau: nx = C1C24 - S1S24 = C124 ny = S1C24 + C1S24 = S124 nz = 0 ox = - C1S24 - S1C24 = - S124 oy = - S1S24 + C1C24 = C124 (1) oz = 0 ax = 0 ay = 0 az = -1 px = a2C12 + a1C1. px = a2S12 + a1S1. pz = d3 + d4. 4. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC NGƯỢC ROBOT PUMA Trong thực tế, thường ta biết trước vị trí và hướng mà khâu chấp hành cuối của robot cần đạt đến. Điều ta cần biết là giá trị của các biến khớp (góc quay) tại mỗi thời điểm đó. Giải hệ phương trình (1), khi bi ết trước hướng và vị trí của hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối, ta sẽ xác định được tệp nghiệm (θ1, θ2, θ3, θ4,θ5, θ6) là giá trị của các biến khớp.r Các r rr phương trình xác định giá trị các biến khớp thông qua các véctơ n , o, a, p được gọi là hệ phương trình động học ngược của robot. Tham khảo bài giảng của GS.TSKH Nguyễn Văn Khang trong bài giải về việc giải một bài toán động học ngược bằng phương pháp số. Gọi là tọa độ suy rộng, trong đó Trong đó là vị trí của khâu thao tác. Giữa và liên hệ vởi nhau bằng phương trình sau: . Bài toán động học ngược được phát biểu như sau: biết tìm .Tức là: Khi đó xảy ra 3 trường hợp: + m=n gọi là Robot có cấu trúc động h ọc cân b ằng (chu ẩn). Ph ương trình có thể có nghiệm duy nhất tùy thuộc vào cấu trúc của hệ.
  6. Đồ án Cơ điện tử +mn : Để bài toán có nghiệm thì cần có các rằng buộc điều ki ện v ề tọa độ suy rộng. *Lưu ý: Bài toán động học ngược là rất khó, đối với tay máy 6 khớp có ba khớp cuối đồng quy tại một điểm (with 6 DOF in which 3 consecutive axes intersect at a point), ta có thể tách bài toán động học ngược thành hai bài toán đơn giản hơn là động học ngược vị trí và động học ngược hướng + [1]Tìm vị trí giao điểm các trục cổ tay (tâm cổ tay) + [2]Tìm hướng của cổ tay. Ta biểu diễn (4.2) thành hai hệ phương trình như sau: R6 ( q1 ,K , q6 ) = R 0 (4.5) O6 (q1 ,K , q6 ) = O 0 trong đó O và R là hướng và vị trí của dụng cụ, được biểu diễn đối với hệ tọa độ cố định bên ngoài (world coordinate system). Ta phải giải bài toán trên đối với các ẩn q1 , K , q6 .
  7. Đồ án Cơ điện tử Pỉeper’Solution ứng dụng cho cơ cấu 6 khớp quay có 3 kh ớp cuối giao nhau có phương pháp giải như sau: Vị trí của tâm cổ tay, pc xác định qua vị trí công cụ (The given tool position) và phương của Tool pointing ( Z 6 ).Do đó vị trí của tâm cổ tay phụ thuộc vào 3 biến khớp đầu tiên. The relative wrist oriention R36 Các biến khớp θ 4 ,θ5 ,θ6 xác định từ ma trận định hướng cổ tay (The arm orientation) R03 và ma trận định hướng công cụ (The given tool orientation) R60 . + Ma trân trạng thái (The given tool pose) T60 + Solve porions của động học ngược để tìm ra R30 (θ1 ,θ 2 ,θ3 ) và R6 (θ 4 , θ5 , θ 6 ) . 3 + Định vị trí của tâm cổ tay Oc có tọa độ cho trước như sau: 0 �� �� OC = O − d 6 .R. �� trong đó O và R là hướng và vị trí của dụng cụ, 0 0 �� 1 �� được biểu diễn đối với hệ tọa độ cố định bên ngoài (world coordinate Pc as d 6 (cột cuối cùng của T60 ) – d 6 system). (tool offset length)* Z 6 (3 cột của ma trận T60 ) + Thiết lập Pc = cột cuối cùng của R30 (θ1 ,θ 2 ,θ 3 ) để tìm ra các biến khớp θ1 ,θ 2 ,θ3 Tính R63 = R30 R60 sau khi đã thay giá trị của các biến khớp vào θ1 ,θ 2 ,θ3 −1 vào R30 (θ1 , θ 2 ,θ 3 ) +So sánh R63 và R63 (θ 4 ,θ5 ,θ 6 ) để rút ra θ 4 ,θ5 ,θ 6 Tọa độ của điểm C trong hệ tọa độ R6 : �0 � �� �0 � 6 rC = �d � − � 6� �t � �� Tọa độ của C trong hệ tọa độ R0 :
  8. Đồ án Cơ điện tử � px � 0 � � a .d + x � n sx ax � − �x � � x 6 p� �� � py � 0 � � a y .d6 + y p � n sy ay − � = TE .6 E = �y r r � (*) � �= � � C pz � − d6 � � � az .d6 + z p � − n sz az � �z � � � �� �1� � 1 � � � 0 0 0 1� � Ma trận chuyển từ hệ tọa độ 0 3: �C − S1 C1 . S23 C1 ( a3 .C23 + a2 .C2 ) − S1 .d 2 � C �1 23 � �S C1 S1 . S23 S1 ( a3 .C23 + a2 .C2 ) −C1 .d 2 � 0 R A1.A2.A3 = � 1 � 3= − − a3 . S 23 − a2 . S2 + d1 � �S C23 0 � 23 � 0 �0 � 1 0 � � Tọa độ của C trong R0 : � . S .d + a .C C + a .C .C − S .d � C �1 23 4 3 1 23 2 1 2 1 2 � � . S .d 4 + a3 .S C23 + a2 .S1 .C2 + C1 .d 2 � S1 23 rC =0R r 4 1 (**) 3. C = � � � � d 4 .C23 − a3 . S 23 − a2 . S2 + d1 � � t � � Đối chiếu (*) và (**) ta được hệ 3 phương trình 3 ẩn : C1 ( S 23 .d 4 + a3 .C23 + a2 .C2 ) − S1.d 2 = x p − a x .d 6 S1 ( S 23 .d 4 + a3 .C23 + a2 .C2 ) + C1.d 2 = y p − a y .d 6 d 4 .C23 − a3 .S 23 − a2 .S 2 = z p − az .d 6 − d1 Nhân (2) với cos θ1 trừ đi (1) nhân với sin θ1 : d 2 = ( y p − a y d 6 )cosθ1 − ( x p − a x d 6 )sinθ1 � � d2 � θ1 = � cos � � A tan 2( x p − ax d6 , y p − a y d 6 ) − Ar � ( y p − a y d 6 ) 2 + ( x p − ax d 6 ) 2 � � � Nhân (2) với sin θ1 cộng với (1) nhân vói cos θ1 và kết hợp với (3) ta có hệ [@] S 23 .d 4 + a3 .C23 + a2 .C2 = ( y p − a y .d 6 ) sin θ + ( x p − ax .d 6 )cosθ1 = Px C23 .d 4 − a3 .S23 − a2 .S 2 = z p − a z .d 6 − d1 = Py Bình phương 2 vế cộng lại ta được: d 42 + a3 + a2 + 2d 4 a2 sin θ3 + 2a2 a3cosθ3 = Px2 + Py2 2 2 � 2d 4 a2 sin θ3 + 2a2 a3cosθ3 = Px2 + Py2 − (a3 + a2 + d 4 ) 2 2 2
  9. Đồ án Cơ điện tử � 2 + Py2 − ( a3 + a2 + d 4 ) � 2 2 2 P � θ3 = � cos � x + � A tan 2(d 4 a2 , a2 a3 ) Arc � 2 a d 2 + a2 � � � 2 4 3 Khai triển hệ phương trình liên kết [@] ta được: (a3 .C3 + a2 + S3 .d 4 )C2 + (C3 .d 4 − a3 .sin θ3 )sin θ 2 = Px (C3 .d 4 − a3 .S3 )cosθ 2 − (a2 + S3 .d 4 + a3 .cosθ3 ) sin θ 2 = Py ∆ = − � 3 .C3 + a2 + S3 .d 4 ) 2 + (C3 .d 4 − a3 .S3 ) 2 � (a � � ∆ c = − � 3 .C3 + a2 + S3 .d 4 ) Px + (C3 .d 4 − a3 .S3 ) Py � (a � � ∆ s = − � 4 .C3 − a3 S3 ) Px − (a2 + d 4 S3 + a3 .C3 ) Py � (d � � ∆s ∆c θ 2 = A tan 2( ,) ∆∆ � θ 2 = A tan 2 � 4C3 − a3 S3 ) Px − (a2 + d 4 S3 + a3C3 ) Py , (a2 + d 4 S3 + a3C3 ) Px + (d 4C3 − a3 S3 ) � (d � � 0 − S4 −S6 C 0 � C5 0 S5 0 � C6 0 0� �4 � � � �S � �S � 0 0� 0 −C5 S4 0 C4 0� 5 0� 6 C6 Ta có R63 = A4 A5 A6 = � � � � −1 1 � d4 � 0 � 0� 0 � 1 d6 � 0 10 0 � �� �� � 0 0 0 1� 0 00 1� 0 0 0 1� � � � = Mặt khác: A1 A2 A3 A4 A5 A6 = TE � R30 .R6 = TE � R6 = R30( −1) .TE 3 3 �1C23nx + S1C23n y − S 23nz C1C23 s x + S1C23 s y − S 23s z C1C 23a x + S1C23a y − S 23a z C f14 � � f 24 � − S1nx + C1n y − S1sx + C1s y − S1a x + C1a y � � �1S 23nx + S1S 23n y − C23nz C1S 23 sx + S1S 23 s y − C23 sz C1S 23a x + S1S 23a y − C23az f 34 � C � � 0 0 0 1� � Chỉ cần quan tâm tới phần định hướng tức là ma trận [3,3]. So sánh các phần tử của 2 ma trận [3,3] : R6 [ 3,3] cos θ5 = S23 (C1ax + S1a y ) − C23az 3 θ5 = Arc cos �23 (C1ax + S1a y ) − C23az � S � � Nếu sin θ5 0
  10. Đồ án Cơ điện tử R6 [ 2,3] � sin θ 4 *sin θ5 = − S1 * ax + C1 * a y 3 − S1 * ax + C1 * a y � sin θ 4 = sin θ5 R6 [ 1,3] � cosθ 4 *sin θ5 = C23 (C1 * ax + S1 * a y ) − S23 az 3 C23 (C1 * ax + S1 * a y ) − S23a z � cosθ 4 = sin θ5 − S1 * ax + C1 * a y C23 (C1 * ax + S1 * a y ) − S 23az θ 4 = A tan 2( , ) sin θ5 sin θ 5 R6 [ 3, 2] � sin θ6 *sin θ5 = C1S23 s x + S1S23 s y + C23 sz 3 C1S 23 sx + S1S 23 s y + C23 sz � sin θ 6 = sin θ5 R [ 3,1] � −cosθ6 *sin θ5 = C1S23 nx + S1S 23n y + C23nz 3 6 C1S 23nx + S1S 23n y + C23nz � cosθ 6 = − sin θ5 S23 (C1sx + S1s y ) + C23 s z S23 (C1nx + S1n y ) + C23nz θ 6 = A tan 2( ,− ) sin θ5 sin θ5
  11. Đồ án Cơ điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ [1] thuật, Hà Nội, 2004. Nguyễn Văn Khang, Động lực học hệ nhiều vật ,NXB Khoa học và [2] Kỹ thuật www.google.com [3]
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2