LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án t t nghiố ệp: “Điều khiển thích nghi Robot
nDOF trên cơ sở ộ quan sát” b do em t thiự ết kế dƣới s ng d n cự hƣớ ẫ ủa
PGS.TS. Nguyễn Phạm Thục Anh. Các s u và kốliệ ết quả là hoàn toàn đúng vớ i
thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu đƣợc ghi trong
danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào
khác. Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà N i, ngày tháng 5 2 ộ21 năm 016
Ngƣời thực hi n ệ
Khƣơng Đức Hạnh
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................................1
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài: ..........................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu: .....................................................................................................1
3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu: ..................................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu: .............................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................................2
6. C u trúc luấ ận văn: ..........................................................................................................2
Chƣơng 1 TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ROBOT
: ..............................3
1.1. Tổng quan robot ..........................................................................................................3
1.1.1. Lịch sử phát triển robot.....................................................................................3
1.1.2. Cấu tạo robot ......................................................................................................4
1.1.3. Cơ cấu cơ khí của robot ....................................................................................5
1.1.4. Các thông số đặc trƣng của hệ thống robot ....................................................8
1.1.5. Hệ thống truyền động robot .............................................................................9
1.1.6. Hệ thống điều khiển chuyển động ................................................................ 10
1.1.7. Cảm biến .......................................................................................................... 10
1.1.8. Ứng dụng robot công nghiệp ........................................................................ 10
1.2. Phƣơng pháp điều khiển robot ............................................................................... 12
1.2.1. Phƣơng pháp PD bù trọng trƣờng ................................................................ 15
1.2.2. Thuật toán PID ................................................................................................ 16
1.2.3. Phƣơng pháp điều khiển phi tuyến trên cơ sở mô hình ............................. 17
1.2.4. Phƣơng pháp điều khiển Li - Slotine ........................................................... 18
Chƣơng 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN LI
:- SLOTINE THÍCH NGHI VÀ BỘ QUAN SÁT
THÍCH NGHI ........................................................................................................................ 22
2.1. Cơ sở lý thuyết hệ phi tuyến................................................................................... 22
2.1.1. Hệ phi tuyến .................................................................................................... 22
2.1.2. Điểm cân bằng và điểm dừng của hệ ........................................................... 24
2.1.3. Tính ổn định của điểm cân bằng................................................................... 24
2.1.4. Tiêu chuẩn Lyapunov .................................................................................... 25
2.2. Phƣơng pháp điều khiển thích nghi Li - Slotine .................................................. 30
2.3. Bộ quan sát trạng thái thích nghi ........................................................................... 32
2.3.1. Bộ quan sát trạng thái của Luenberger ........................................................ 32
2.3.2. Bộ quan sát thích nghi cho robot .................................................................. 33
Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN ROBOT PLANAR ............................................................ 36
3.1. Cấu trúc và tham số robot ....................................................................................... 36
3.2. Bài toán động học thuận vị trí ................................................................................ 36
3.2.1. Tham số thanh nối khớp ................................................................................ 37
3.2.2. Phƣơng pháp thiết kế khung tọa độ .............................................................. 37
3.3. Bài toán động học ngƣợc vị trí............................................................................... 39
3.4. Động lực học robot .................................................................................................. 40
3.5. Thiết kế quỹ đạo chuyển động ............................................................................... 43
Chƣơng 4 MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB/SIMULINK
: ................................................. 45
4.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển .................................................................................... 45
4.2. Sơ đồ các khối mô phỏng trong Matlab/simulink ............................................... 46
4.3.Kết quả mô phỏng cho robot Pelican ..................................................................... 48
4.3.1. Kết quả mô phỏng cho bộ quan sát thích nghi............................................ 49
4.3.2. Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi Li-SIotine ............................ 52
KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 57
PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 58
DANH MỤC BẢNG BI U, HÌNH VỂ Ẽ
BẢNG
Bảng 3.1: Thông số robot Pelican ....................................................................................... 36
Bảng 4.1 Tham số ƣớc lƣợng cho : robot ............................................................................ 48
Bảng 4.2 Bảng tham số bộ điều khiển: ............................................................................... 48
Bảng 4.3 Tham số bộ quan sát: ............................................................................................ 49
HÌNH VẼ
Hình 1.1. Bộ phận cấu thành Robot .......................................................................................5
Hình 1.2: Khớp tịnh tiến và khớp quay .................................................................................6
Hình 1.3 Cấu tạo một bàn tay máy.........................................................................................7
Hình 1.4: Dạng tay gắn vào thân ...........................................................................................8
Hình 1.5: D ng hạ ệ ọa độ ự t c c .................................................................................................8
Hình 1.6: Dạng hình trụ .........................................................................................................8
Hình 1.7: D ng SCARA ạ..........................................................................................................8
Hình 1.8: Robot sử dụng trong công đoạn cấp liệu và lắp ráp ........................................ 12
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý điều khiển ................................................................................ 13
Hình 1.10: Sơ đồ khối các thuật toán điều khiển robot .................................................... 14
Hình 1.11: Sơ đồ khối của phƣơng pháp điều khiển PD bù trọng trƣờng...................... 16
Hình 1.12: Sơ đồ điều khiển PID ........................................................................................ 16
Hình 1.13: Sơ đồ nghiệm khi ∆ = 0 .................................................................................... 17
Hình 1.14 Điều khiển phi tuyến trên cơ sở mô hình ......................................................... 18
Hình 1.16. Sơ đồ luật điều khiển Li-Slotine ...................................................................... 20
Hình 2.1: Minh họa khái niệm ổn định và ổn định tiệm cận ........................................... 26
Hình 2.2: Tƣ tƣởng phƣơng pháp Lyapunov ..................................................................... 27
Hình 2.3: Tạo họ đƣờng cong kín chứa gốc tọa độ ........................................................... 27
Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển Li-slotine thích nghi .............................................................. 32
Hình 3.1: Robot Pelican ....................................................................................................... 36
Hình 3.2: Khung tọa độ cho robot Planar........................................................................... 38
Hình 3.3: Tọa độ thanh nối robot ........................................................................................ 40
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý điều khiển ................................................................................ 45
Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển chung ....................................................................................... 46
Hình 4.3 Khối điều khiển thích nghi Li-Slotine ................................................................ 46
Hình 4.4: Khối tính giá trị V, r ............................................................................................ 47
Hình 4.5: Khối robot Planar ................................................................................................. 47
Hình 4.6: Khối quan sát thích nghi ..................................................................................... 48
Hình 4.7: Khảo sát vị trí khớp 1 .......................................................................................... 49
Hình 4.8: Khảo sát vị trí khớp 1 với tín hiệu đặt hình sin ................................................ 49
Hình 4.9: Khảo sát vị trí khớp 2 .......................................................................................... 50
Hình 4.10: Khảo sát vị trí khớp 2 với tín hiệu đặt hình sin.............................................. 50
Hình 4.11: Khảo sát tốc độ khớp 1. .................................................................................... 51
Hình 4.12: Khảo sát tốc độ khớp 2...................................................................................... 51
Hình 4.13: Sai lệch quan sát tốc độ..................................................................................... 52
Hình 4.14: Khảo sát vị trí khớp 1 khi tín hiệu đặt là hằng số .......................................... 52
Hình 4.15: Khảo sát vị trí khớp 1 khi tín hiệu đặt là hàm hình sin ................................. 53
Hình 4.16: Sai lệch vị trí khớp 1 khi tín hiệu đặt là hằng số............................................ 53
Hình 4.17: Khảo sát khớp 2 khi tín hiệu đặt là hằng số ................................................... 54
Hình 4.18: Khảo sát khớp 2 khi tín hiệu đặt là hàm hình sin .......................................... 54
Hình 4.19: Sai lệch vị trí khớp 2 khi tín hiệu đặt là hằng số............................................ 54