Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:182

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm đưa ra phương pháp thiết kế quĩ đạo chuyển động đảm bảo động học tạo hình khi thực hiện gia công phay trên robot; thiết lập mô hình toán học cho phép khảo sát tính toán động lực học robot một cách thuật lợi và hiệu quả; xây dựng những giải thuật tính toán và điều khiển robot để khắc phục hoặc loại trừ các yếu tố bất định trong mô hình động lực học của robot khi gia công phay.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Thanh Hải MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT GIA CÔNG PHAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2020 i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Thanh Hải MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT GIA CÔNG PHAY Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Phan Bùi Khôi 2. PGS.TS. Hoàng Vĩnh Sinh Hà Nội – 2020 ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án “Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay” do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi và PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh Khoa học 1 Khoa học 2 PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh Hà Thanh Hải i
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự chỉ dạy, sự tạo điều kiện giúp đỡ quí báu của các quí thầy cô Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp, Bộ môn Cơ học ứng dụng, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nơi nghiên cứu sinh đã được học tập và nghiên cứu trong quá trình hoàn thành luận án. Tiếp đến, nghiên cứu sinh xin cảm ơn các nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ bảo, đóng góp ý kiến cho nghiên cứu sinh để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án của mình. Luận án sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự chỉ dạy, hướng dẫn tận tình, quý giá của các thầy hướng dẫn. Sự hướng dẫn không biết mệt mỏi của các thầy đã giúp nghiên cứu sinh vượt qua nhiều khó khăn, nhiều giới hạn để có thể hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Bùi Khôi, PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh đã dành nhiều công sức hướng dẫn nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp Trường Cao đẳng công trình đô thị, đã động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ nghiên cứu trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin dành sự biết ơn tới vợ, các con, bố, mẹ, những người thân trong gia đình về sự động viên, sự chia sẻ, hi sinh lớn lao để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 NGHIÊN CỨU SINH Hà Thanh Hải ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................................................................ii MỤC LỤC...............................................................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................................................x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ...............................................................................................xi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................................................6 1.1 Tổng quan gia công cơ khí trên robot công nghiệp .................................... 6 1.1.1 Sự phát triển của gia công cơ khí trên robot công nghiệp .................... 6 1.1.2 Ưu thế của việc gia công cơ khí trên robot ........................................... 7 1.1.3 Những vấn đề gia công cơ khí trên robot công nghiệp......................... 9 1.2 Cơ sở động học, động lực học tạo hình khi gia công phay ....................... 10 1.2.1 Cơ sở động học phay tạo hình bề mặt chi tiết .................................... 10 1.2.2 Các thông số động học quá trình cắt khi phay.................................... 10 1.2.3 Tổng quan về lực cắt và các phương pháp xác định lực cắt khi phay ...... 14 1.2.3.1 Tổng quan các mô hình xác định lực cắt khi phay.................................... 15 1.2.3.2 Các thành phần của lực cắt trong gia công phay ....................................... 15 1.3 Cơ sở động lực học gia công phay trên robot ........................................... 20 1.3.1 Sự cần thiết khảo sát động lực học robot gia công ............................. 20 1.3.2 Phương trình động lực học tổng quát của robot ................................. 20 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học robot khi gia công .............. 21 1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay ................................................. 21 1.5 Các vấn đề nghiên cứu trong luận án ........................................................ 23 Kết luận chương 1 ............................................................................................ 24 CHƯƠNG 2. ĐỘNG HỌC TẠO HÌNH CỦA ROBOT TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ ....... 26 2.1 Cơ sở động học gia công tạo hình bề mặt ................................................. 26 2.1.1 Cơ sở động học tạo hình các bề mặt tự do của dụng cụ ..................... 26 2.1.2 Phương pháp tạo hình bề mặt tự do .................................................... 28 2.2 Cơ sở thực hiện động học tạo hình của robot trong gia công ................... 28 2.2.1 Đặc trưng hình học của dụng cụ ......................................................... 28 2.2.2 Đặc trưng hình học của bề mặt gia công ............................................ 28 2.2.3 Phương pháp tam diện trùng theo ....................................................... 28 2.3 Động học và thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot .............................. 29 2.3.1 Động học robot gia công cơ khí ......................................................... 29 2.3.2 Giải bài toán động học ........................................................................ 33 iii
2.3.3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu thao tác công nghệ ....... 36 2.4 Khảo sát một số bài toán cụ thể ................................................................ 39 Kết luận chương 2 ............................................................................................ 56 CHƯƠNG 3. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT TRONG GIA CÔNG ........................................ 57 3.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot ............................ 57 3.1.1 Ma trận khối lượng suy rộng của hệ robot- bàn máy ......................... 58 3.1.2 Lực suy rộng của lực Coriolis và lực ly tâm ...................................... 59 3.1.3 Lực suy rộng của các lực có thế tác dụng lên robot ........................... 59 3.1.4 Lực suy rộng của của các lực không thế............................................. 59 3.1.5 Lực suy rộng của các lực dẫn động .................................................... 61 3.2 Các mô hính tính lực cắt ........................................................................... 63 3.3 Bài toán động lực học hệ robot – bàn máy khi gia công cơ khí ................ 66 3.4 Bài toán xác định phản lực liên kết tại các khớp ...................................... 67 3.5 Bài toán hiệu chỉnh tính toán lực cắt trong quá trình hệ robot – bàn máy thực hiện gia công phay ........................................................................................ 68 3.6 Khảo sát một số bài toán cụ thể ................................................................ 70 Kết luận chương 3 ............................................................................................ 97 CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN ROBOT TRONG GIA CÔNG............................................................. 99 4.1 Điều khiển hệ robot – bàn máy trong gia công cơ .................................. 100 4.1.1 Điều khiển bám quỹ đạo cho robot khi gia công phay ..................... 100 4.1.2 Điều khiển động lực học ngược + PD trong không gian khớp cho hệ robot - bàn máy ............................................................................................... 102 4.1.3 Điều khiển động lực học ngược kết hợp với vòng ngoài PD trong không gian thao tác cho hệ robot - bàn máy.............................................................. 104 4.2 Điều khiển hệ robot - bàn máy trong không gian khớp dựa trên động lực học ngược + PD + Hiệu chuẩn tính toán lực cắt ................................................ 105 4.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển động lực học ngược + PD + Hiệu chuẩn tính toán lực cắt...................................................................................................... 105 4.2.2 Thuật toán hiệu chuẩn tính toán lực cắt ............................................ 106 4.3 Điều khiển mờ cho hệ robot – bàn máy trong gia công cơ ..................... 106 4.3.1 Cơ sở về điều khiển mờ .................................................................... 107 4.3.2 Bộ điều khiển mờ cho gia công phay ............................................... 108 4.4 Khảo sát một số bài toán cụ thể .............................................................. 112 Kết luận chương 4 .......................................................................................... 133 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..................................................................135 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.............................137 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................138 PHỤ LỤC..................................................................................................................................................................1 iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị v Tốc độ cắt chính m/ph D Đường kính dao phay mm n Số vòng quay của dao v/ph Sz Lượng chạy dao răng mm/rg Sv Lượng chạy dao vòng mm/vg Sph Lượng chạy dao phút mm/ph h0 Chiều sâu cắt mm h Chiều sâu phay mm B Chiều rộng phay mm  Góc tiếp xúc độ Z Số răng của dao phay a Chiều dày cắt mm amin Chiều dày cắt nhỏ nhất mm amax Chiều dày cắt lớn nhất mm atb Chiều dày cắt trung bình i Góc tiếp xúc tức thời độ b Chiều rộng cắt mm  Góc nghiêng lưỡi cắt chính độ  góc nâng của lưỡi cắt chính độ Fdt Diện tích khi phay mm2 Nz Số răng đồng thời tham gia cắt ở một lớp cắt fi Diện tích cắt do răng thứ i cắt ra mm2 Fdttb Diện tích cắt trung bình khi phay mm2 F Lực cắt tổng N Ft Lực tiếp tuyến (lực vòng) N Fr Lực hướng tâm (lực hướng kính) N Fz Lực chiều trục (lực theo phương z) N Fx Lực nằm ngang (lực theo phương x) N Fy Lực thẳng (lực theo phương y) N pi Lực tiếp tuyến tác dụng lên răng thứ i N q lực cắt đơn vị N/mm2 Mz Mô men xoắn khi cắt của dao Nmm yp Số mũ chỉ sự ảnh hưởng của lượng chạy dao xp Số mũ chỉ sự ảnh hưởng của chiều sâu phay to đến lực cắt Ft qp Số mũ chỉ sự ảnh hưởng của D đến Ft v
St Góc vào dao độ Ex Góc dao ra độ a(t) chiều dày của phoi cắt mm as(t) chiều dày tĩnh do dao chuyển động mm ad(t) chiều dày động do dao rung động mm R Bán kính của dao phay mm i Góc vị trí của răng thứ i tham gia cắt độ  Chu kỳ chuyển động của răng  Góc xoắn (góc nghiêng của cạnh cắt dao) độ  Góc giữa 2 răng kề nhau độ Ftra,i Vector biểu diễn lực cắt, tiếp tuyến, hướng tâm và hướng N trục cho răng thứ i cắt Ft,i Lực tiếp tuyến do răng i cắt N Fr,i Lực hướng tâm do răng i cắt N Fa,i Lực chiều trục do răng i cắt N Kc Vector hệ số hệ số lực cắt tiếp tuyến, hướng tâm và hướng trục cho mô hình lực tuyến tính Ktc Hệ số lực cắt tiếp tuyến cho mô hình lực tuyến tính N/mm2 Krc Hệ số lực cắt hướng tâm cho mô hình lực tuyến tính N/mm2 Kac Hệ số lực cắt chiều trục cho mô hình lực tuyến tính N/mm2 Ke Vector hệ số hệ số lực cắt của răng theo các phương tiếp N/mm tuyến, hướng kính và hướng trục đối với mô hình lực cắt tuyến tính Kte Hệ số lực cắt của răng theo các phương tiếp tuyến với mô N/mm hình lực tuyến tính Kre Hệ số lực cắt của răng theo các phương hướng kính với mô N/mm hình lực tuyến tính Kae Hệ số lực cắt của răng theo các phương hướng trục với mô N/mm hình lực tuyến tính Kt hệ số lực cắt theo hướng tiếp tuyến cho mô hình lực phi N/mm2 tuyến Kr hệ số lực cắt theo hướng tâm cho mô hình lực phi tuyến N/mm2 Ka hệ số lực cắt theo hướng trục cho mô hình lực phi tuyến N/mm2 Fxyz,tool Vector biểu diễn lực cắt theo phương x, y, z N Ti(i) Ma trận chuyển đổi hệ trục từ hệ trục tra sang hệ trục xyz (z) Góc lệch hướng tâm độ  Góc hợp bởi lực dFri với trục của dao độ i-1 Ai Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất, biểu diễn vị trí và hướng của tọa độ Oixiyizi trong hệ tọa độ Oi-1xi-1yi-1zi-1 AT Ma trận chuyển vị của ma trân A vi
θi Góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến trục x’i độ, rad (x’i// xi) di Khoảng dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục zi-1 để gốc tọa mm độ Oi-1 chuyển đến Hi-1, giao điểm của trục xi và trục zi-1 ai Khoảng dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục xi để Hi-1 mm chuyến đến gốc tọa độ Oi i Góc quay quanh trục xi sao cho trục z’i-1 (z’i-1// zi-1) chuyển độ, rad đến trục zi cij Phần tử ở hàng thứ i và cột thứ j của ma trận i-1 Ci Ma trận côsin chỉ hướng của hệ tọa độ Oixiyizi đối với hệ tọa độ Oi-1xi-1yi-1zi-1 i-1 ri Vector biểu diễn vị trí tọa độ của gốc Oi trong hệ tọa độ Oi- 1xi-1yi-1zi-1 0 Ai Ma trận biểu diễn vị trí và hướng cho hệ tọa độ Oixiyizi trong hệ tọa độ cơ sở O0x0y0z0 Ci Ma trận côsin chỉ hướng của hệ tọa độ Oixiyizi đối với hệ tọa độ cơ sở O0x0y0z0 ri Vector biểu diễn vị trí tọa độ của gốc Oi trong hệ tọa độ mm O0x0y0z0 f(q,p) Hệ phương trình động học dạng ma trận p Vector định vị tọa độ thao tác của dụng cụ cắt m q Vector tọa độ khớp rad, m qi Vị trí của khớp i của robot rad, m p Vector vận tốc của dụng cụ cắt m/s q Vector vận tốc tại các khớp của robot rad/s, m/s p Vector gia tốc của dụng cụ cắt m/s2 q Vector gia tốc ở các khớp của robot rad/s2, m/s2 Jq Ma trận Jacobian của hàm f với biến q Jp Ma trận Jacobian của hàm f với biến p J q1 Ma trận nghịch đảo của ma trận Jq J p1 Ma trận nghịch đảo của ma trận Jp Jq Đạo hàm ma trận Jacobian Jq theo thời gian t Jp Đạo hàm ma trận Jacobian Jp theo thời gian t Hj Hành trình lớn nhất robot có thể thực hiện theo phương j mm vr Vận tốc tương đối của dụng cụ đối với đối tượng gia công m/s L Tổng chiều dài gia công ứng với hành trình Lj mm vii
t_ Thời gian gia công ứng với một hành trình Lj s Hj Khoảng di chuyển bàn máy cần thực hiện theo phương j mm t Thời gian gia công s 0 A Ci Ma trận biểu diễn vị trí và hướng của khâu i (hệ tọa độ Cixciycizci) (i = 1,2,…,n) trong hệ tọa độ cơ sở O0x0y0z0 Ci Ma trận cosin chỉ hướng của khâu i đối với hệ tọa độ cơ sở O0x0y0z0 Ci Ma trận đạo hàm của ma trận Ci CiT Ma trận chuyển vị của ma trận Ci rCi Vector xác định vị trí khối tâm khâu i trong hệ tọa độ cơ mm sở O0x0y0z0 M(q) Ma trận khối lượng suy rộng mi Khối lượng khâu i kg vCi Vận tốc của khối tâm của khâu i trong hệ tọa độ O0x0y0z0 m/s i Vận tốc góc của khâu thứ i của robot trong hệ tọa độ rad/s O0x0y0z0 ωi Toán tử sóng của vector vận tốc góc thứ i rad/s JTi Ma trận Jacobi của vector tọa độ khối tâm khâu i theo vector tọa độ khớp JRi Ma trận Jacobi của vector vận tốc góc khâu i theo vector đạo hàm của các tọa độ khớp ci ci Ten xơ quán tính khâu i đối với khối tâm Ci biểu diễn trong hệ tọa độ khối tâm khâu i  (q, q) Vector lực suy rộng của các lực quán tính Coriolis và quán tính ly tâm tác dụng lên robot (k,l;j) Ký hiệu Christofel 3 chỉ số loại 1 G q Vector lực suy rộng ứng với các lực bảo toàn (lực có thế) gj Lực suy rộng của các lực bảo toàn ứng với tọa độ suy rộng qj U Vector lực suy rộng của các lực dẫn động  Thế năng của cả hệ robot J g Gia tốc trọng trường m/s2 i Lực dẫn động ứng với khớp i là khớp tịnh tiến và là ngẫu lực ứng với khớp quay Q Vector lực suy rộng của các lực không thế (lực cắt, các lực N ngoài không thế…) Fc Vector lực cắt N Mc Vector mô men cắt viii
Fr Vector lực tác dụng tương hỗ của Fc lên đối tượng công N nghệ Mc Vector mô men tác dụng tương hỗ của Mc lên đối tượng Nm công nghệ Qc Vector lực suy rộng của Fc và Mc Qr Vector lực suy rộng của Fr và Mr 0 r1E Vector xác định vị trí gốc OE (điểm cắt) ở trong hệ trục tọa mm độ cơ sở O0x0y0z0 theo chuỗi động học cấu trúc robot J1T Ma trận Jacobian tịnh tiến của dụng cụ cắt biểu diễn trong hệ tọa độ cơ sở O0x0y0z0 theo chuỗi động học cấu trúc robot 0 r2E Vector xác định vị trí gốc OE ở trong hệ trục tọa độ cơ sở O0x0y0z0 theo chuỗi động học bàn máy robot J2T Ma trận Jacobian tịnh tiến của gốc OE theo chuỗi động học bàn máy robot PD Tỷ lệ - vi phân PID Tỷ lệ - vi phân – tích phân u Luật điều khiển servo cho robot tác hợp e Vector sai lệch vị trí rad, mm e Vector sai lệch vận tốc rad/s, mm/s e Vector sai lệch gia tốc rad/s2, mm/s2 qd Vector tọa độ khớp đặt (mong muốn) rad qd Vector vận tốc tại các khớp đặt (mong muốn) của robot rad/s KP Ma trận đường chéo các hệ số tỉ lệ KD Ma trận đường chéo các hệ số vi phân pd Vector tọa độ thao tác đặt (mong muốn) của dụng cụ cắt m pd Vector vận tốc đặt (mong muốn) của dụng cụ cắt m/s AL Âm lớn AN Âm nhỏ Z Zero DN Dương nhỏ DL Dương Lớn (ei ) Hàm thuộc của sai số vị trí khớp i (ei ) Hàm thuộc của sai số vận tốc khớp i (u i ) Hàm thuộc lượng điều chỉnh lực/mô men dẫn động của khớp i ix
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tính các lực thành phần lực Fx, Fy, Fz theo lực tiếp tuyến Ft [22] ....... 16 Bảng 2.1 Thông số động học của robot và dụng cụ ............................................ 30 Bảng 2.2 Thông số động học của bàn máy .......................................................... 32 Bảng 2.3 Tọa độ lưới điểm xác định bề mặt chi tiết............................................ 36 Bảng 2.4 Đường dụng cụ được biểu diễn dưới dạng số ...................................... 37 Bảng 2.5 Biểu diễn thông số động học robot theo chuỗi robot - dụng cụ ........... 40 Bảng 2.6 Thông số động học theo chuỗi bàn máy - dụng cụ .............................. 40 Bảng 2.7 Giá trị thông số động học của robot ..................................................... 44 Bảng 2.8 Giá trị thông số của đối tượng gia công và bàn máy............................ 44 Bảng 2.9 Giá trị thông số dụng cụ và quá trình công nghệ [95]  [97] ............... 44 Bảng 2.10 Thông số động học của bàn máy ........................................................ 48 Bảng 2.11. Giá trị thông số của đối tượng gia công và bàn máy......................... 50 Bảng 2.12 Giá trị thông số dụng cụ và điều kiện gia công [98] .......................... 50 Bảng 2.13 Các ký hiệu khâu, các hệ tọa độ và thông số động học của robot- dụng cụ .... 52 Bảng 2.14 Các ký hiệu khâu, các hệ tọa độ và thông số động học của bàn máy - đồ gá.. 52 Bảng 2.15 Giá trị thông số động học của robot ................................................... 54 Bảng 2.16 Giá trị thông số của bàn máy.............................................................. 54 Bảng 2.17 Giá trị thông số dụng cụ và quá trình công nghệ [98], [24] ............... 54 Bảng 3.1 Thông số động lực học của hệ robot – bàn máy .................................. 71 Bảng 3.2 Thông số chi tiết, thông số công nghệ cho hai trường hợp .................. 82 Bảng 3.3 Thông số động lực học của robot ......................................................... 86 Bảng 3.4 Các hệ số lực cắt khi phay [24] ........................................................... 86 Bảng 3.5 Các thông số động học mở rộng của robot........................................... 90 Bảng 4.1 Biểu diễn các miền con vật lý, tập mờ và giá trị ngôn ngữ của tín hiệu vào ra .. 109 Bảng 4.2 Hệ luật cho bộ điều khiển mờ ............................................................ 110 Bảng 4.3 Miền giá trị vật lý của các tín hiệu vào ra .......................................... 124 Bảng 4.4 Giá trị thông số của đối tượng gia công và bàn máy.......................... 127 Bảng 4.5 Giá trị thông số dụng cụ và quá trình công nghệ ............................... 127 Bảng 4.6 Hệ số lực cắt trong gia công phay ...................................................... 127 x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Ứng dụng robot có cấu trúc nối tiếp trong gia công cơ khí.................... 8 Hình 1.2 Các loại dao phay hay sử dụng để gia công phay các bề mặt trên robot [21].... 10 Hình 1.3 Hướng tiến dao khi phay cả thuận và nghịch ....................................... 11 Hình 1.4 Thông số động học khi phay ................................................................ 11 Hình 1.5 Góc tiếp xúc khi phay [22] ................................................................... 12 Hình 1.6 Chiều dày cắt, chiều rộng khi phay [22] .............................................. 13 Hình 1.7 Thành phần lực cắt phay bằng dao phay mặt đầu và dao phay ngón ... 16 Hình 1.8 Mô hình tính lực của dao phay ngón khi phay [24]  [26] .................. 17 Hình 2.1 Các chuyển động tạo hình bề mặt chi tiết ............................................ 27 Hình 2.2 Tam diện trùng theo.............................................................................. 29 Hình 2.3 Mô hình cấu trúc động học robot gia công cơ ...................................... 29 Hình 2.4 Mô hình cấu trúc động học của hệ robot - bàn máy gia công phay thân bơm... 39 Hình 2.5 Hành trình dụng cụ cần di chuyển dọc theo phương j để gia công ...... 43 Hình 2.6 Thân giữa bơm thủy lực 1 được gia công bằng robot .......................... 43 Hình 2.7 Dao phay ngón dùng cho robot gia công phay ..................................... 44 Hình 2.8 Vị trí, vận tốc, gia tốc các khớp của robot ứng với trường hợp bàn máy cố định. ...45 Hình 2.9 Vị trí, vận tốc, gia tốc các khớp của robot ứng với trường hợp bàn máy di động. ...46 Hình 2.10 Mô hình robot ứng dụng phay bề mặt cánh tuabin............................. 47 Hình 2.11 Biểu diễn lưới điểm của bề mặt cánh tuabin ...................................... 49 Hình 2.12 Biểu diễn một quy luật dịch chuyển giữa dao và cánh tua bin ........... 50 Hình 2.13 Dao phay ngón đầu cầu [98]............................................................... 50 Hình 2.14 Chuyển động của các khớp của robot khi phay bề mặt cánh tuabin .. 51 Hình 2.15 Mô hình động học robot ứng dụng phay bề mặt chi tiết .................... 51 Hình 2.16 Chi tiết gia công và quy luật dịch chuyển dao khi phay .................... 54 Hình 2.17 Dụng cụ gia công dao phay ngón đầu cầu [98] .................................. 54 Hình 2.18 Quy luật chuyển động của dụng cụ khi gia công phay. ...................... 55 Hình 2.19 Quy luật chuyển động của các khớp robot khi gia công phay ........... 55 Hình 3.1 Hệ robot, bàn máy có n + m bậc tự do thực hiện gia công cơ ............. 58 Hình 3.2 Lực, mô men cắt, tương hỗ tác dụng lên dụng cụ và đối tượng gia công .... 60 Hình 3.3 Mô hình lực cắt do răng cắt thứ i gây ra trên phân tố đĩa .................... 63 Hình 3.4 Góc tiếp xúc gia công phay [103] ........................................................ 64 Hình 3.5 Mô hình lực cắt của các loại dao phay ngón đầu cầu khi phay ............ 65 Hình 3.6 Mô hình cấu trúc của hệ robot – bàn máy gia công cơ ........................ 70 Hình 3.7 Lực cắt trong quá trình robot gia công phay bề mặt chi tiết ................ 75 Hình 3.8 Dao phay ngón dùng cho robot gia công cơ, hệ tọa độ dụng cụ .......... 75 Hình 3.9 Mô men dẫn động tại các khớp của robot khi bàn máy cố định........... 76 Hình 3.10 Mô men dẫn động tại các khớp khi bàn máy di động ........................ 76 xi
Hình 3.11 Chi tiết và quỹ đạo đường chạy dao ................................................... 77 Hình 3.12 Quy luật chuyển động của dao trên đường dụng cụ C ....................... 77 Hình 3.13 Các lực cắt .......................................................................................... 77 Hình 3.14 Mô men dẫn động tại các khớp của robot .......................................... 78 Hình 3.15 Quy luật chuyển động của các khâu ................................................... 78 Hình 3.16 Chi tiết gia công và đường chạy dao .................................................. 79 Hình 3.17 Đường cong tạo hình .......................................................................... 80 Hình 3.18 Tọa độ thao tác .................................................................................. 80 Hình 3.19 Tọa độ khớp ........................................................................................ 80 Hình 3.20 Vận tốc khâu ....................................................................................... 80 Hình 3.21 Lực cắt gia công ................................................................................. 80 Hình 3.22 Lực dẫn động ...................................................................................... 81 Hình 3.23 Chi tiết gia công và đường chạy dao ................................................. 82 Hình 3.24 Đường cong tạo hình ......................................................................... 83 Hình 3.25 Tọa độ thao tác .................................................................................. 83 Hình 3.26 Tọa độ khớp ....................................................................................... 83 Hình 3.27 Vận tốc khâu ...................................................................................... 83 Hình 3.28 Lực cắt khi gia công ........................................................................... 83 Hình 3.29 Mô men dẫn động tại các khớp .......................................................... 84 Hình 3.30 Mô hình cấu trúc của hệ robot – bàn máy gia công phay................... 85 Hình 3.31 Chi tiết gia công mẫu khuôn đúc 2 và quy luật đường chạy dao ....... 85 Hình 3.32 Lực cắt gia công phay......................................................................... 86 Hình 3.33 Vị trí, vận tốc, gia tốc các khâu của robot .......................................... 87 Hình 3.34 Momen dẫn động tại các khớp của robot ........................................... 88 Hình 3.35 Quy luật chuyển động của các khâu (vị trí) từ tích phân phương trình chuyển động .. 88 Hình 3.36 Mô hình cấu trúc của hệ robot – bàn máy gia công cơ ...................... 89 Hình 3.37 Quỹ đạo chuyển động của mũi dao .................................................... 91 Hình 3.38 Vị trí các khâu của robot theo t .......................................................... 91 Hình 3.39 Vận tốc các khâu theo t ...................................................................... 91 Hình 3.40 Gia tốc các khâu theo t ....................................................................... 91 Hình 3.41 Mô men dẫn động các khâu của robot ................................................ 92 Hình 3.42 Phản lực liên kết tại khớp 2 theo phương z0 ....................................... 92 Hình 3.43 Mô hình và sơ đồ động học của robot gia công khí ........................... 93 Hình 3.44 Biểu diễn các lực cắt được hiệu chỉnh ................................................ 95 Hình 3.45 Sai số lực cắt ....................................................................................... 97 Hình 4.1 Cấu trúc hệ robot, bàn máy n + m bậc tự do thực hiện gia công cơ... 100 Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển trong không gian khớp ............................ 101 Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển trong không gian thao tác ........................ 102 Hình 4.4 Mô hình điều khiển động lực học ngược kết + PD trong không gian khớp cho hệ robot – bàn máy .......................................................................................... 104 xii
Hình 4.5 Mô hình điều khiển động lực học ngược kết hợp vòng ngoài PD trong không gian thao tác cho hệ robot – bàn máy ................................................ 105 Hình 4.6 Mô hình bộ điều khiển động lực học ngược kết hợp vòng ngoài PD có tích hợp khối điều chỉnh lực cắt lực cắt khi gia công trong không gian khớp ....... 105 Hình 4.7 Đồ thị hàm thuộc F(x) có mức chuyển đổi tuyến tính ...................... 107 Hình 4.8. Hàm liên thuộc của các sai số vị trí, vận tốc và lượng điều chỉnh mô men dẫn động khớp yi (yi = ei, e i , ui; i =1,…,n+m) ......................................................... 110 Hình 4.9 Mô hình bộ điều khiển mờ cho hệ robot – bàn máy trong gia công cơ ... 112 Hình 4.10 Mô hình vật lý và động học hệ robot – bàn máy .............................. 112 Hình 4.11 Mô hình bộ điều khiển động lực học ngược kết hợp vòng ngoài PD .... 113 Hình 4.12 Khối điều khiển vòng ngoài PD ....................................................... 113 Hình 4.13 Khối động lực học ngược ................................................................. 113 Hình 4.14 Khối tích phân phương trình vi phân chuyển động .......................... 114 Hình 4.15 Chi tiết và quĩ đạo gia công .............................................................. 114 Hình 4.16 Kết quả mô phỏng điều khiển gia công phay mặt phẳng hình vành khuyên của chi tiết thân đế, khi lực cắt không đổi trong quá trình gia công ......... 115 Hình 4.17 Kết quả mô phỏng điều khiển gia công phay thân giữa bơm thủy lực 1 khi có sai lệch lực cắt trong quá trình gia công ...................................................... 117 Hình 4.18 Mô hình vật lý và động học hệ robot – bàn máy .............................. 117 Hình 4.19 Mô hình bộ điều khiển PD trong không gian thao tác ..................... 118 Hình 4.20 Kết quả điều khiển trong không gian thao tác .................................. 119 Hình 4.21 Kết quả mô phỏng ............................................................................ 122 Hình 4.22 Mô hình hệ robot – bàn máy 8 bậc tự do gia công phay ................. 122 Hình 4.23 Mô hình bộ điều khiển động lực học ngược kết hợp vòng ngoài PD .... 124 Hình 4.24 Biểu diễn mô hình tổng thể bộ điều khiển mờ. ................................ 125 Hình 4.25 Biểu diễn cấu trúc khối điều khiển mờ vòng kép. ............................ 126 Hình 4.26 Chi tiết và đường dụng cụ gia công.................................................. 126 Hình 4.27 Dao phay ngón dùng cho robot gia công phay ................................. 126 Hình 4.28 Lực cắt tương ứng với với hai cách tính và lựa chọn các hệ số lực cắt.... 128 Hình 4.29 Sai lệch tọa độ khớp của bộ điều khiển PD1, PD2 ........................... 129 Hình 4.30 Sai lệch giữa quỹ đạo thao tác với quỹ đạo đặt là đường dụng cụ của bộ điều khiển PD1, PD2 ............................................................................................. 129 Hình 4.31 Sai lệch tọa độ khớp của các bộ điều khiển PD1, PD2, Fuzzy ........ 130 Hình 4.32 Sai lệch giữa quỹ đạo thao tác với quỹ đạo đặt là đường dụng cụ của bộ điều khiển PD1, PD2, FZ ...................................................................................... 131 Hình 4.33 Quỹ đạo của điểm cắt của dụng cụ trong hệ tọa độ thao tác ............ 131 Hình 4.34 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ với sai lệch quỹ đạo ban đầu. 132 xiii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Robot đang ngày càng được ứng dụng nhiều trong gia công cơ khí do có nhiều ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế. Robot có nhiều bậc tự do, cấu trúc nhiều khâu, khớp, cho khả năng chuyển động thao tác linh hoạt, không gian gia công lớn, gia công được các chi tiết có bề mặt hình học phức tạp, kích thước lớn, với số nguyên công tối thiểu và đồ gá đơn giản. Robot có khả năng gia công cơ khí với nhiều thao tác khác nhau cùng lúc, từ đơn giản đến phức tạp, đáp ứng được những yêu cầu về độ chính xác tương đối từ thấp đến cao đối với các loại vật liệu khác nhau. Sử dụng robot công nghiệp trong gia công có ưu thế về kinh tế hơn so với gia công bằng các máy công cụ như giảm chi phí sản xuất, đầu tư và tăng năng suất lao động. Bên cạnh những lợi ích lớn về mặt kỹ thuật và kinh tế, còn có nhiều khó khăn, thách thức cần nghiên cứu và giải quyết để có thể nâng cao khả năng, hiệu quả ứng dụng gia công cơ của robot. Cấu trúc nhiều khâu, khớp cho robot khả năng thao tác linh hoạt như đã nêu nhưng đồng thời lại là khó khăn trong việc mô hình hóa động học, động lực học và điều khiển robot. Các biểu thức xác định các đại lượng động học, động lực học trong phương trình vi phân chuyển động của robot thường cồng kềnh, đồ sộ. Quá trình gia công cơ khí có nhiều yếu tố khó xác định đầy đủ và chính xác, chẳng hạn các nhiễu có thể xuất hiện bất thường. Đặc biệt lực cắt sinh ra trong quá trình gia công là yếu tố bất định và có ảnh hưởng lớn đến việc xác định lực điều khiển dựa trên mô hình động lực. Các quá trình công nghệ gia công cơ khí thường yêu cầu cao về độ chính xác, đặc biệt khi phay tạo hình các chi tiết có bề mặt phức tạp càng đòi hỏi khắt khe về độ chính xác của chuyển động tạo hình. Để giải quyết những vấn đề này, đã có nhiều hướng nghiên cứu nhằm cải thiện, nâng cao độ chính xác gia công của robot. Trong các nhiệm vụ cần thực hiện để đảm bảo robot gia công cơ khí, bên cạnh nhiệm vụ tính toán xác định chế độ cắt, xác định các tham số công nghệ phù hợp, chế độ bôi trơn, làm mát, …còn cần thực hiện các nhiệm vụ quan trọng và khó khăn trong việc tính toán động học, động lực học và điều khiển robot gia công. Đầu tiên là nhiệm vụ mô hình hóa động học hệ robot, dựa trên mô hình động học tính toán thiết kế quĩ đạo cho robot đảm bảo chuyển động tạo hình của dụng cụ trên bề mặt chi tiết gia công, đáp ứng các yêu cầu gia công. Tiếp đến là nhiệm vụ mô hình hóa động lực học hệ thống robot để xác định mối quan hệ giữa chuyển động gia công của dụng cụ với chuyển động và các lực dẫn động tại các khớp, với các lực cắt sinh ra trong quá trình gia công của robot. Từ các mô hình toán học cần xây dựng các giải thuật, thiết kế các bộ điều khiển để điều khiển robot thực hiện chính xác các thao tác công nghệ. Các bộ điều khiển áp dụng cho robot có thể là các bộ điều khiển truyền thống như bộ điều khiển PD, PID, bộ điều khiển động học ngược, hoặc các bộ điều khiển hiện đại như bộ điều khiển logic mờ, bộ điều khiển đại số gia tử, bộ điều khiển mạng nơ ron. Đối với các ứng dụng của robot công nghiệp như vận chuyển, lắp ráp, sơn, hàn,…việc ứng dụng các bộ điều khiển truyền thống có thể đáp ứng được yêu cầu do trong mô hình động lực học của robot không có thành phần lực cắt bất định, và không có nhiễu của quá trình gia công. Đối với robot gia công cơ, để áp dụng các bộ điều khiển truyền 1
thống cần phải đảm bảo mô hình động lực học chính xác, tức là phải đảm bảo xác định các đại lượng động lực học chính xác, điều này là khó khăn, đặc biệt là xác định chính xác lực cắt như đã nêu trên. Như vậy việc thiết kế bộ điều khiển cho robot gia công cơ là một khó khăn lớn, áp dụng các bộ điều khiển truyền thống hoặc các bộ điều khiển hiện đại cần đưa ra giải pháp khắc phục sự bất định của các đại lượng trong phương trình động lực học và nhiễu khi gia công. Hơn nữa, để thực hiện được các nhiệm vụ đã nêu, cần xây dựng các giải thuật, chương trình tính toán, mô phỏng để giải quyết và kiểm nghiệm các kết quả của các bài toán. Trong và ngoài nước, đã có nhiều nghiên cứu về động học, động lực học và điều khiển của robot cho các ứng dụng khác nhau, tuy nhiên việc giải quyết các vấn đề này để ứng dụng robot vào gia công cơ vẫn cần tiếp tục nghiên cứu và giải quyết. Vì vậy luận án chọn đề tài: “Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay”. Luận án nghiên cứu và giải quyết các vấn đề khó khăn và thách thức đã nêu ở trên. Đó là giải quyết về bản chất cơ học và điều khiển cho hệ thống robot trong gia công cơ góp, phần giải quyết việc nâng cao khả năng gia công của robot. Luận án thực hiện việc xây dựng mô hình toán học cho hệ thống robot gia công cơ tổng quát, xây dựng các giải thuật điều khiển và thiết kế mô hình các bộ điều khiển với những giải pháp khắc phục được tính bất định của các đại lượng trong phương trình động lực học, thiết kế quĩ đạo chuyển động tạo hình, khảo sát phân tích lực của robot trong gia công phay. 2. Mục đích, đối tương, phạm vi nghiên cứu 2.1. Mục đích Mục đích chung: Phương pháp tính toán động lực học và điều khiển robot gia công cơ, đặc biệt là phay tạo hình bề mặt cong phức tạp của các chi tiết. Mục đích cụ thể: - Phương pháp thiết kế quĩ đạo chuyển động đảm bảo động học tạo hình khi thực hiện gia công phay bằng robot. - Mô hình toán học cho phép khảo sát tính toán động lực học robot một cách thuật lợi và hiệu quả. - Giải thuật tính toán và điều khiển robot để khắc phục hoặc loại trừ các yếu tố bất định trong mô hình động lực học của robot khi thực hiện quá trình phay. - Phương pháp tính các phản lực tại các khớp động làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế, các khâu khớp, hệ thống dẫn động của robot cho mục đích gia công. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm các robot công nghiệp có cấu trúc dạng chuỗi, có nhiều bậc tự do, ứng dụng trong gia công tạo hình bề mặt chi tiết. Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: - Động học, động lực học và điều khiển robot có cấu trúc dạng chuỗi gia công tạo hình. - Các thuật toán, chương trình mô phỏng số để đánh giá, khảo sát các kết quả nghiên cứu lý thuyết. 2
3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với tính toán, mô phỏng số. - Nghiên cứu lý thuyết về ứng dụng robot trong gia công cơ, khảo sát động lực học robot khi gia công cơ, phương pháp thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot gia công tạo hình bề mặt khi phay, các thuật toán điều khiển robot khi gia công phay. - Phương pháp tính toán, thiếp lập mô hình toán học, giải thuật để giải các hệ phương trình động học, động lực học nhờ máy tính. Giải thuật tính toán, hiệu chỉnh lực điều khiển theo sự ảnh hưởng của lực cắt, sai lệch của lực cắt, giải thuật tính toán, điều khiển cho robot trong gia công tạo hình dưới tác dụng của lực cắt. - Phương pháp mô phỏng số cho phép đánh giá các kết quả tính toán lý thuyết. 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: cung cấp cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế quĩ đạo cho hệ robot, bàn máy có cấu trúc nối tiếp gia công tạo hình các bề mặt từ đơn giản đến phức tạp. Cung cấp cơ sở tính toán, lựa chọn, thiết kế các bộ điều khiển robot gia công phay. Ngoài ra còn cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tính toán mô men, phản lực tại các khớp, lực tác động của các khâu để tính toán, thiết kế, chế tạo robot đáp ứng yêu cầu gia công cơ khí. - Ý nghĩa thực tiễn: Các chương trình được lập, các phương pháp điều khiển cho phép ứng dụng để xây dựng bộ điều khiển cho robot. Kết quả tính toán các phản lực tác động vào các khâu, khớp của robot trong quá trình gia công cung cấp cơ sở cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo robot công nghiệp gia công cơ khí. Việc thêm các bậc tự do chuyển động ở bàn máy giúp mở rộng không gian làm việc của robot, giúp robot gia công được các chi tiết có kích thước lớn, có các bề mặt phức tạp với số nguyên công tối thiểu. Ngoài ra, các bậc tự do của bàn máy có thể sử dụng để bù sai số cho robot trong quá trình gia công. 5. Những đóng góp mới của luận án - Xây dựng mô hình toán học của hệ robot - bàn máy có cấu trúc dạng chuỗi tổng quát dùng cho gia công cơ khí, làm cơ sở cho việc khảo sát, tính toán các bài toán áp dụng trong gia công một cách thuật lợi và hiệu quả. - Xây dựng phương pháp tính toán, thiết kế quĩ đạo chuyển động đảm bảo động học tạo hình cho robot gia công các chi tiết từ đơn giản đến phức tạp. - Xây dựng các chương trình và thuật toán khảo sát ảnh hưởng của lực cắt đến chuyển động tạo hình, phân tích phản lực động lực tại các khớp. - Phương pháp xây dựng bộ điều khiển hiệu chỉnh lực dẫn động dựa trên giải thuật mô hình hóa động lực học và điều khiển cho phép khắc phục tính bất định của lực cắt trong quá trình gia công. - Giải thuật điều khiển dựa trên logic mờ cho phép khắc phục đồng thời các yếu tố bất định về lực cắt, nhiễu, các sai số hoặc tính không đầy đủ về một số đại lượng động lực trong quá trình điều khiển robot đảm bảo chuyển động tạo hình. 3
- Các thuật toán và chương trình cho phép tính toán, mô phỏng số, nhận được kết quả nhanh, với sự so sánh đảm bảo độ tin cậy. 6. Cấu trúc của nội dung luận án Phần mở đầu luận án trình bày về tính cấp thiết, mục đích, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, những đóng góp mới của luận án. Phần nội dung chính của luận án được trình bày trong 4 chương. Chương 1 trình bày tổng quan về ứng dụng robot công nghiệp trong gia công cơ khí, đặc biệt là gia công phay; phân tích những ưu thế, những khó khăn, tồn tại của việc áp dụng robot công nghiệp khi gia công cơ khí, những giải pháp để nâng cao độ chính xác của robot trong gia công cơ khí. Tiếp theo, chương 1 bày cơ sở động lực học quá trình gia công bao gồm các yếu tố chế độ cắt, thông số hình học lớp cắt, tổng quan về tính toán lực cắt trong quá trình gia công phay. Phân tích và làm rõ các vấn đề của bài toán động lực học của robot gia công phay. Cuối cùng, chương 1 trình bày tổng quan, khảo sát, phân tích những công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về thực trạng, xu hướng, mức độ, tồn tại của các vấn đề đã và đang được giải quyết trong việc áp dụng robot vào gia công cơ khí, từ đó luận án lựa chọn hướng nghiên cứu, vấn đề nghiên cứu. Chương 2 luận án trình bày cơ sở lý thuyết động học tạo hình của robot trong gia công cơ, thiết lập mô hình động học tổng quát, thành lập và giải các bài toán động học của robot, tìm ra mối quan hệ chuyển động động học của các điểm, đường trên bề mặt gia công với các khâu khớp của robot. Tính toán, thiết kế quỹ đạo cho robot gia công tạo hình bề mặt chi tiết. Áp dụng các kết quả của bài toán động học khảo sát một số trường hợp gia công cụ thể. Các chương trình tính toán, mô phỏng cũng được xây dựng để tính toán và hiển thị các kết quả tính toán. Kết quả của việc giải bài toán động học của robot một mặt giúp xây dựng cơ sở dữ liệu để tính toán thiết kế quĩ đạo gia công các bề mặt, một mặt làm cơ sở để tính toán và giải bài toán động lực học, mặt khác đưa ra cơ sở đánh giá sai số gia công khi có lực tác động của quá trình cắt. Chương 3 trình bày một trong những trọng tâm nghiên cứu của luận án, đó là việc xây dựng mô hình động lực học, thiết lập các phương trình vi phân chuyển động cho mô hình tổng quát của robot gia công cơ. Việc tính toán các đại lượng động lực trong phương trình động lực học, đặc biệt đại lượng lực cắt bất định được khảo sát và trình bày một cách chi tiết. Việc tìm ra các qui luật chuyển động động lực của robot giúp khảo sát và phân tích một cách chính xác những yếu tố tác động chính dẫn đến sai số của robot, giúp tìm được qui luật biến đổi của các lực gia công, các lực tác dụng tại khớp, các lực dẫn động tại các khâu, khớp của robot trong mối tương quan với các thông số động học yêu cầu. Trình bày đóng góp về một cách tiếp cận để tính các phản lực khớp động, cũng như đưa ra một số đóng góp mới trong việc tính toán, hiệu chỉnh lực điều khiển theo ảnh hưởng của lực cắt của quá trình gia công một cách gián tiếp, thông qua phương trình động lực học mà không cần dùng đến các phương tiện đo trực tiếp lực cắt tại đầu dao. Một số trường hợp áp dụng cụ thể cho mô hình 4
robot gia công phay trên thực tế được tiến hành để làm rõ, kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết. Các chương trình tính toán và mô phỏng số được viết để thực hiện quá trình tính toán và hiển thị các kết quả. Chương 4 trình bày việc thiết kế các bộ điều khiển cho hệ robot-bàn máy bao gồm bộ điều khiển động lực học ngược kết hợp vòng ngoài PD trong không gian khớp và không gian thao tác, bộ điều khiển động lực học ngược+ PD+ hiệu chuẩn lực cắt trong không gian khớp, bộ điều khiển mờ. Các bộ điều khiển lần lượt giải quyết các vấn đề nhằm nâng cao hiệu quả, độ chính xác gia công của hệ robot-bàn máy. Các bài toán áp dụng các bộ điều khiển được thực hiện cho mô hình hệ robot – bàn máy gồm robot có 6 bậc tự do mang dụng cụ cắt và bàn máy cố định hoặc di chuyển. Kết quả khảo sát tính toán và mô phỏng bộ điều khiển bằng Simulink cho phép đánh giá qua hình ảnh trực quan. Cuối cùng là kết luận về những kết quả đạt được, những vấn đề cần nghiên cứu phát triển tiếp. 5