Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 9

Chia sẻ: Van Teo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

108
lượt xem 82
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cấu trúc hệ thống điều khiển robot Robot thường tự động thực hiện các nhiệm vụ dịch chuyển hoặc các thao tác. Các hoạt động của robot thường được lập trình, việc thực hiện các nhiệm vụ thường làm thay đổi một phần hoặc toàn bộ vị trí của robot trong không gian. Có thể coi robot hiện đại như những người máy, có thể thực hiện các thao tác phức tạp Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy robot. Điều khiển chuyển động của tay máy trong không gian là xác định n thành...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 9

CHƯƠNG 9 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển robot Robot thường tự động thực hiện các nhiệm vụ dịch chuyển hoặc các thao tác. Các hoạt động của robot thường được lập trình, việc thực hiện các nhiệm vụ thường làm thay đổi một phần hoặc toàn bộ vị trí của robot trong không gian. Có thể coi robot hiện đại n như những người máy, có thể thực hiện các thao tác phức tạp, có Quỹ đạo Bộ điều độ chính xác cao. Tay máy Môi trường đặt chỉnh Cảm biến Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy robot. Điều khiển chuyển động của tay máy trong không gian là xác định n thành phần mômen lực tổng quát tác động lên các khớp, mômen lực tổng quát được cung cấp bởi cơ cấu chấp hành. Quá
trình điều khiển phải đảm bảo bộ điều khiển sẽ thực hiện điều khiển chuyển động của các khớp theo quỹ đạo q(t) sao cho q(t) luôn bám qđ(t), với qđ(t) là vectơ quỹ đạo chuyển động mong muốn. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy cho ở Hình 3.1, tay máy sẽ bám theo quỹ đạo đặt trước (được lập trình sẵn hoặc có thể đưa vào từ chương trình phầm mềm kết nối bên ngoài) sử dụng bộ điều chỉnh để điều khiển chuyển động và lực, sử dụng các cảm biến để thu nhận các thông số về môi trường làm việc đảm bảo cho hoạt động bền vững, khử được nhiễu ngoài n, nhận biết và đáp ứng thích nghi được với những sự thay đổi của môi trường cũng như sự thay đổi các tham số động học của của hệ thống. 3.2. Xây dựng quỹ đạo chuyển động chuẩn Trong điều khiển quỹ đạo robot, phải điều khiển tay robot bám theo một quỹ đạo xác định trước (quỹ đạo chuẩn). Quỹ đạo chuẩn đó là một hàm phụ thuộc thời gian. Việc xây dựng quỹ đạo chuyển động chính là tìm phương trình mô tả quỹ đạo robot theo thời gian. Có hai bài toán thiết kế quỹ đạo cho robot: - Thiết kế quỹ đạo cho tay robot: xác định xd(t), yd(t). - Thiết kế quỹ đạo cho khớp robot: xác định qid(t).
Việc thiết kế quỹ đạo khớp robot có ưu điểm: q(t) là lượng đặt trực tiếp, hệ điều khiển là hệ điều khiển vị trí khớp, có thể xác định được điều kiện giàng buộc của động cơ và hệ truyền động, giải bài toán động học ngược đơn giản. Nhược điểm là khó đảm bảo chính xác quỹ đạo tay. Thiết kế quỹ đạo tay robot có ưu điểm: lượng đặt là vị trí tay robot nên đảm bảo chính xác quỹ đạo. Nhược điểm: phải giải bài toán động học ngược phức tạp với khối lượng tính toán lớn và khó tính được điều kiện giàng buộc. Yêu cầu điều khiển sao cho khớp robot chuyển động từ vị trí q0 đến vị trí qc trong thời gian td. Với dữ kiện ban đầu như vậy có các dạng quỹ đạo như sau:  Dạng quỹ đạo bậc 3 q(t) = at3 + bt2 + ct +d (3.1) Việc thiết kế quỹ đạo là xác định các hệ số a, b, c, d.  Dạng quỹ đạo 2 – 1 – 2 Trong quá trình chuyển động từ q0 đến qc trải qua ba giai đoạn: - Giai đoạn tăng tốc: q(t) là hàm bậc hai theo t. - Giai đoạn chuyển động đều: q(t) là hàm bậc nhất theo t. - Giai đoạn giảm tốc: q(t) là hàm bậc hai theo t.
 Dạng quỹ đạo 4 – 1 – 4 Khớp Robot chuyển động từ q0 đến qc trong thời gian td biết: q(0)  q 0 ; q(t d )  q c ; q(0)  q 0 ; q(t d )  q c ; &  & ; & d )  & ; & & & & & & & q(0) q 0 q(t & qc (3.2) Quỹ đạo chuyển động có ba giai đoạn: - Giai đoạn tăng tốc: q(t) là hàm bậc 4 theo t. - Giai đoạn chuyển động đều: q(t) là hàm nhất theo t. - Giai đoạn giảm tốc: q(t) là hàm bậc 4 theo t. Phần này sẽ thiết kế quỹ đạo chuyển động của các khớp cho robot với dạng quỹ đạo 4 – 1 – 4, đảm bảo độ chính xác khi xây dựng quỹ đạo chuẩn. Bài toán xây dựng quỹ đạo chuẩn là lựa chọn quỹ đạo chuyển động giữa vị trí đầu và cuối của tay robot với thời gian chuyển động cho trước. Nội dung mục này sẽ giải quyết bài toán quỹ đạo chuyển động chuẩn cho các biến khớp. Ta chọn một biến khớp bất kỳ qi thay cho góc quay i (i =1, 2, 3). Thời gian chuyển động từ vị trí đầu (x0, y0) tới vị trí cuối (xc, yc) là td. Giá trị ban đầu của q tại thời điểm ban đầu (t = 0) là q0 và giá trị tại t = td là qc.
q(0)  q 0 q(0)  q 0 & & &  & & & q(0) q 0  ;  ;  q(t d )  q c q(t d )  q c & & & d )  & & q(t & qc (3.3) Đồ thị quỹ đạo chuyển động chuẩn ở trên Hình 3.2: Hình 3.2: Dạng quỹ đạo chuyển động chuẩn. Quỹ đạo chuyển động xuất phát từ q0 đến qc sẽ qua ba giai đoạn: gia tốc, chuyển động với tốc độ không đổi và giảm tốc. Để đơn giản cho việc tính toán, có thể chọn tham số ta bằng 1/2 khoảng thời gian gia tốc hoặc giảm tốc. Ta cũng xác định các điểm phụ của quỹ đạo chuyển động q01 và qc2 tại t = ta và t = td – ta là: q01 = q0 và qc2 = qc.
Nối q01 và qc2 bằng một đường thẳng và xác định điểm q02, qc1 tại t = 2ta và t = td – 2ta. Bằng cách chọn điểm phụ như trên, quỹ đạo đoạn cd là một đường thẳng với tốc độ không đổi, quỹ đạo đoạn ac và df có thể chọn là đa thức bậc bốn có dạng: q = a0 + a1t + a2t2 + a3t3 + a4t4. (3.4 ) 3.2.1. Xác định giá trị q02 và qc1 Như cách vẽ đã trình bày ở trên, đường nối be là đường thẳng. Giá trị q02 và qc1 tại t = 2ta và t = td – 2ta, có thể được xác định từ giá trị đầu q0 và cuối qc dựa trên phương trình bậc nhất của đường thẳng be: qc  q0 q 02  q 0  ta t d  2t a (3.5 ) qc  q0 q c1  q c  ta t d  2t a (3.6) 3.2.2. Phương trình đoạn cd Quỹ đạo đoạn cd là đường thẳng biểu diễn bởi phương trình:
qc  q0 q cd   t  2t a   q 02 t d  2t a (3.7 ) với (2ta  t  td – 2ta) Thay (3.5) vào (3.7) và viết gọn lại ta có được: q cd  a 0cd  a 1cd  t  2t a  (3.8 )  qc  q0 a 0cd  q 0  t  2t t a  d a Trong đó:  a  q c  q 0  1cd t d  2t a  (3.9) 3.2.3. Phương trình đoạn ac Quỹ đạo đoạn ac biểu diễn bởi phương trình dạng đa thức bậc bốn (3.10): qac = a0ac + a1act + a2act2 + a3act3 + a4act4. (3.1 0) Các hệ số của phương trình đoạn ac được xác định từ điều kiện đầu và cuối:
q ac 0   q 0  tại t = 0: q ac 0   q 0    0      q ac q0 (3.11) q ac  2t a   q cd  2t a   Tại t = 2ta:  q ac  2t a   q cd  2t a  & & (3.12) Lấy đạo hàm cấp 1 và cấp 2 của (3.10) và sử dụng (3.11) và (3.12), các hệ số được xác định như sau: a 0 ac  q 0  a 1ac  0 a  0  2 ac  1 q  q0  a 3ac  2 c  4t a t d  2t a  a   1 q c  q 0  4ac  16t 3 t d  2t a a (3.13) 3.2.4. Phương trình đoạn df Quỹ đạo đoạn df biểu diễn bởi phương trình dạng đa thức bậc bốn (3.14): qdf = a0df + a1dft + a2dft2 + a3dft3 + a4dft4 (3.1 4)
Các hệ số của phương trình đoạn ac được xác định từ điều kiện đầu và cuối: q df  t d  2t a   q cd  t d  2t a   q df  t d  2t a   q cd  t d  2t a  & &  &  t d  2t a   &  t d  2t a   0 & q df & q cd  q df  t d   q c q  t   q & ddf & c (3.1 5) Cuối cùng các hệ số được xác định như sau:  qc  q0 a 0df  qc  ta  t d  2t a  qc  q0 a1df   t d  2t a  a 2df 0  a1  32a 4 t a 3 a 3df   2 12t a  a 4df 3q c  3a 0  4a 1t a    16t a4 (3.16) Như vậy quỹ đạo chuyển động của 3 khớp 1, 2, 4 của Robot Serpent có thể được xác định bằng các phương trình (3.8), (3.10) và (3.14) với các hệ số của các phương trình được xác định từ các giá trị của vị trí đầu và vị trí cuối của các khớp tương ứng bởi các biểu thức: (3.9), (3.13) và (3.16).