do an tot nghiep,thiet ke,bo dieu khien,truot cho tay may,robot 2,bac tu do,va mo phong,tren matlab – simulink,hoang duc thang,phan thanh hai

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO TAY MÁY ROBOT 2 BẬC TỰ DO VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB – SIMULINK

SV: Hoàng Đức Thắng - Phan Thanh Hải

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

I. 1. Robot công nghiệp:

I. 1.1. Sự ra đời của Robot công nghiệp:

Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm “Rosum’s Universal Robot “của Karal Capek. Theo tiếng Séc thì Robot là người làm tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rosum và con trai ông đã tạo ra những chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người.

Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Mỹ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều khiển từ xa, trong các phòng thí nghiệm phóng xạ. Năm 1959, Devol và Engelber đã chế tạo Robot công nghiệp đầu tiên tại công ty Unimation.

Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Mỹ. Đến năm 1990 có hơn 40 công ty của Nhật, trong đó có những công ty khổng lồ như Hitachi, Mitsubishi và Honda đã đưa ra thị trường nhiều loại Robot nổi tiếng.

Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Tại trường đại học tổng hợp Stanford, người ta đã tạo ra loại Robot lắp ráp tự động điều khiển bằng vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo Robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực điều khiển bằng máy vi tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết.

Những năm 90 do áp dụng rộng rãi các tiến bộ khoa học về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng Robot công nghiệp đã tăng nhanh, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy Robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại. Ngày nay, chuyên ngành khoa học nghiên cứu về Robot “Robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v…

I. 1.2. Phân loại tay máy Robot công nghiệp:

Ngày nay, khi nói đến Robot thường ta hay hình dung ra một cơ chế máy móc tương tự con người, có khả năng sử dụng công cụ lao động để thực hiện các công việc thay cho con người, thậm chí có thể tính toán hay có khả năng hành động theo ý chí.

Trong thực tiễn kỹ thuật, khái niệm Robot hiện đại được hiểu khá rộng, mà theo đó Robot là “tất cả các hệ thống kỹ thuật có khả năng cảm nhận và xử lý thông tin cảm nhận được, để sau đó đưa ra hành xử thích hợp”. Theo cách hiểu này, các hệ thống xe tự hành, hay thậm chí một thiết bị xây dựng có trang bị cảm biến thích hợp như Camera, cũng được gọi là Robot. Các khái niệm như Hexapod, Parallel Robot, Tripod, Gait Biped, Manipulator Robocar hay Mobile Robot nhằm chỉ vào các hệ thống Robot không còn gắn liền với các hình dung ban đầu của con người.

Trong nội dung đồ án chỉ nhằm vào đối tượng Robot công nghiệp (RBCN), thực chất là một thiết bị tay máy (Handling Equipment). Công nghệ tay máy (Handling Technology) Là công nghệ của dạng thiết bị kỹ thuật có khả năng thực hiện các chuyển động theo nhiều trục trong không gian, tương tự như ở con người.

Về cơ bản có thể phân thiết bị tay máy (hình 1.1) Thành 2 loại chính: Điều khiển (ĐK) Theo chương trình hay ĐK thông minh:

Hình 1.1: Phân loại thiết bị tay máy

+ Loại ĐK theo chương trình gồm 2 họ:

• Chương trình cứng: Các thiết bị bốc dỡ, xếp đặt có chương trình hoạt động cố định. Ta hay gặp họ này trong các hệ thống kho hiện đại. Chúng có rất ít trục chuyển động và chỉ thu thập thông tin về quãng đường qua các tiếp điểm hành trình. Ta không thể ĐK chúng theo một quỹ đạo mong muốn.

• Chương trình linh hoạt: Là họ Robot mà người sử dụng có khả năng thay đổi chương trình ĐK chúng tuỳ theo đối tượng công tác. Ta hay gặp chúng trong các công đoạn như hàn, sơn hay lắp ráp của công nghiệp Ôtô. Trong hình 1.1 ta gọi là Robot công nghiệp.

+ Loại ĐK thông minh có 2 kiểu chính:

• Manipulator: Là loại tay máy được ĐK trực tiếp bởi con người, có khả năng lặp lại các chuyển động của tay người. Bản chất là dạng thiết bị hỗ trợ cho sự khéo léo, cho trí tuệ, cho hệ thống giác quan (Complex Sensorics) Và kinh nghiệm của người sử dụng. Hay được sử dụng trong các nhiệm vụ cần chuyển động phức hợp có tính chính xác cao, hay môi trường nguy hiểm cho sức khoẻ, môi trường khó tiếp cận v.v.. .

• Telemanipulator: Là loại Manipulator được điều khiển từ xa và người ĐK phải sử dụng hệ thống Camera để quan sát môi trường sử dụng. Theo tiêu chuẩn châu Âu EN₇75 và VDI 2860 của Đức có thể hiểu “Robot công nghiệp là một Automat sử dụng vạn năng để tạo chuyển động nhiều trục, có khả năng lập trình linh hoạt các chuỗi chuyển động và quãng đường (góc) Để tạo nên chuyển động theo quỹ đạo. Chúng có thể được trang bị thêm các ngón (Grippe), dụng cụ hay các công cụ gia công và có thể thực hiện các nhiệm vụ của đôi tay (Handling) Hay các nhiệm vụ gia công khác”

Như vậy, RBCN khác các loại tay máy còn lại ở 2 điểm chính là “sử dụng vạn năng” và “khả năng lập trình linh hoạt”.

I. 2. Ứng dụng của Robot công nghiệp:

I. 2.1. Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp:

 Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp nhằm nâng cao năng suất dây truyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của Robot đó là:

-Robot có thể thực hiện một quy trình thao tác hợp lý bằng hoặc hơn người thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian dài làm việc. Do đó Robot giúp nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm.

-Khả năng giảm giá thành sản phẩm do ứng dụng Robot là vì giảm được đáng kể chi phí cho người lao động.

-Robot giúp tăng năng suất dây chuyền công nghệ.

-Robot giúp cải thiện điều kiện lao động. Đó là ưu điểm nổi bật nhất mà chúng ta cần quan tâm. Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơi người lao động phải làm việc trong môi trường ô nhiễm, ẩm ướt, nóng nực. Thậm chí rất độc hại đến sức khoẻ và tính mạng như môi trường hoá chất, điện từ, phóng xạ …

I. 2.2. Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp:

Robot công nghiệp được ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất, xin được nêu ra một số lĩnh vực chủ yếu:

-Kỹ nghệ đúc

-Gia công áp lực

-Các quá trình hàn và nhiệt luyện

-Công nghệ gia công lắp ráp

-Phun sơn, vận chuyển hàng hoá (Robocar) …

I. 2.3. Các xu thế ứng dụng Robot trong tương lai:

- Robot ngày càng thay thế nhiều lao động

 - Robot ngày càng trở lên chuyên dụng

- Robot ngày càng đảm nhận được nhiều loại công việc lắp ráp

 - Robot di động ngày càng trở lên phổ biến

- Robot ngày càng trở lên tinh khôn

I. 2.4. Tình hình tiếp cận và ứng dụng Robot công nghiệp ở Việt Nam:

Trong giai đoạn trước năm 1990, hầu như trong nước hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật Robot, thậm chí chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Tuy vậy, với mục tiêu chủ yếu là tiếp cận lĩnh vực mới mẻ này trong nước đã có triển khai các đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước: Đề tài 58.01.03 và 52B. 03.01.

Giai đoạn tiếp theo từ năm 1990 các ngành công nghiệp trong nước bắt đầu đổi mới. Nhiều cơ sở đã nhập ngoại nhiều loại Robot công nghiệp phục vụ các công việc như: Tháo lắp dụng cụ, lắp ráp linh kiện điện tử, hàn vỏ Ôtô xe máy, phun phủ các bề mặt …

Một sự kiện đáng chú ý là tháng 4 năm 1998, nhà máy Rorze/Robotech đã bước vào hoạt động ở khu công nghiệp Nomura Hải Phòng. Đây là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam chế tạo và lắp ráp Robot.

Những năm gần đây, Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật Tự động hóa, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đã nghiên cứu thiết kế một kiểu Robot mới là Robot RP. Robot RP thuộc loại Robot phỏng sinh (bắt chước cơ cấu tay người). Hiện nay đã chế tạo 2 mẫu: Robot RPS-406 dùng để phun men và Robot RPS-4102 dùng trong công nghệ bề mặt.

Ngoài ra Trung tâm còn chế tạo các loại Robot khác như: Robot SCA mini dùng để dạy học, Robocar công nghiệp phục vụ phân xưởng, Robocar chữ thập đỏ cho người tàn tật … Bên cạnh đó còn xây dựng các thuật toán mới để điều khiển Robot, xây dựng “thư viện”  các mô hình của Robot trên máy tính …

---------------------------------------------

Mục lục

Lời nói đầu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

I. 1. Robot công nghiệp

I. 1.1. Sự ra đời của Robot công nghiệp

I. 1.2. Phân loại tay máy Robot công nghiệp

I. 2. Ứng dụng của Robot công nghiệp

I. 2.1. Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp

I. 2.2. Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp

I. 2.3. Các xu thế ứng dụng Robot trong tương lai

I. 2.4. Tình hình tiếp cận và ứng dụng Robot công nghiệp ở Việt Nam

I. 3. Cấu trúc của Robot công nghiệp

I. 3.1. Các bộ phận cấu thành Robot công nghiệp

I. 3.2. Bậc tự do và các toạ độ suy rộng

I. 3.2.1. Bậc tự do

I. 3.2.2. Toạ độ suy rộng

I. 3.3. Nhiệm vụ lập trình điều khiển Robot

I. 3.3.1. Định vị và định hướng tại “điểm tác động cuối”

I. 3.3.2. Lập trình điều khiển Robot công nghiệp

I. 4. Các phép biến đổi toán học cho Robot

I. 4.1. Biến đổi toạ độ dùng Ma trận

I. 4.1.1. Vector điểm và toạ độ thuần nhất

I. 4.1.3. Biến đổi Ma trận dùng toạ độ thuần nhất

I. 4.1.4. Ý nghĩa hình học của Ma trận thuần nhất

I. 4.2. Các phép biến đổi cơ bản

I. 4.2.1. Phép biến đổi tịnh tiến

I. 4.2.2. Phép quay quanh các trục toạ độ

CHƯƠNG II: HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP

II. 1. Hệ phương trình động học Robot

II. 1.1. Đặt vấn đề

II. 1.2. Xác định trạng thái của Robot tai điểm tác động cuối

II. 1.3. Mô hình động học

II. 1.3.1. Ma trận quan hệ

II. 1.3.2. Bộ thông số DH

II. 1.3.3. Thiết lập hệ toạ độ

II. 1.3.4. Mô hình biến đổi

II. 1.3.5. Phương trình động học

II. 2. Tổng hợp chuyển động Robot

II. 2.1. Nhiệm vụ

II. 2.2. Bài toán động học ngược

II. 2.3. Các phương pháp giải bài toán động học ngược

II. 3. Động lực học Robot

II. 3.1. Nhiệm vụ và phương pháp phân tích Động lực học Robot

II. 3.2. Vận tốc và gia tốc

II. 3.3. Động năng tay máy

II. 3.4. Thế năng tay máy

II. 3.5. Mô hình động lực học tay máy

II. 3.6. Động lực học của cơ cấu tay máy 2 khâu

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO TAY MÁY ROBOT 2 BẬC TỰ DO

III. 1. Hệ phi tuyến

III. 1.1. Hệ phi tuyến là gì?

III. 1.2. Mô hình trạng thái và quỹ đạo trạng thái của Hệ phi tuyến

III. 1.2.1. Mô hình trạng thái

III. 1.2.2. Quỹ đạo trạng thái

III. 1.3. Điểm cân bằng và điểm dừng của hệ thống

III. 1.3.1. Điểm cân bằng

III. 1.3.2. Điểm dừng của hệ

III. 1.3.3 Tính ổn định tại một điểm cân bằng

III. 1.4 Tiêu chuẩn ổn đinh Lyapunov

III. 1.4.1. Tiêu chuẩn Lyapunov

III. 1.4.2. Tiêu chuẩn Lyapunov phục vụ thiết kế bộ điều khiển

III. 2. Bậc tương đối của hệ phi tuyến

III. 3. Tính động hoc không

III. 4. Thiết kế bộ Điều khiển trượt cho tay máy

III. 4.1. Điều khiển trượt

III. 4.1.1. Trường hợp bậc tương đối của hệ bằng bậc của hệ p=n

III. 4.1.2. Trường hợp bậc tương đối của hệ p<n

III. 4.2. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho tay máy n bậc tự do

III. 4.3. Ứng dụng Điều khiển trượt cho tay máy Robot 2 bậc tự do

III. 4.3.1. Phương trình động lực học tay máy hai bậc tự do toàn khớp quay

III. 4.3.2. Mô hình động lực học tay máy hai bậc tự do

III. 4.3.3. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho tay máy 2 bậc tự do

III. 4.3.4. Tính toán giá trị đặt i cho tay máy hai bậc tự do

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TRÊN NỀN MATLAB AND SIMULINK

IV. 1. Tổng quan về Matlab-Simulink

IV. 2. Các thao tác thực hiện mô phỏng

Kết luận

Tài liệu tham khảo

------------------------------------------

Keyword: download,do an tot nghiep,thiet ke,bo dieu khien,truot cho tay may,robot 2,bac tu do,va mo phong,tren matlab – simulink,hoang duc thang,phan thanh hai

linkdownload: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO TAY MÁY ROBOT 2 BẬC TỰ DO VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB – SIMULINK