Mục lục

Lời nói đầu 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 6

I.1.Robot công nghiệp: 6

I.1.1. Sự ra đời của Robot công nghiệp : 6

I.1.2.Phân loại tay máy Robot công nghiệp: 7

I.2. Ứng dụng của Robot công nghiệp : 9

I.2.1.Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp : 9

I.2.2.Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp : 10

I.2.3. Các xu thế ứng dụng Robot trong tương lai : 10

I.2.4. Tình hình tiếp cận và ứng dụng Robot công nghiệp ở Việt Nam : 10

I.3.Cấu trúc của Robot công nghiệp: 11

I.3.1.Các bộ phận cấu thành Robot công nghiệp : 11

I.3.2.Bậc tự do và các toạ độ suy rộng : 12

I.3.2.1.Bậc tự do : 12

I.3.2.2. Toạ độ suy rộng : 13

I.3.3.Nhiệm vụ lập trình điều khiển Robot: 14

I.3.3.1. Định vị và định hướng tại “điểm tác động cuối” : 14

I.3.3.2. Lập trình điều khiển Robot công nghiệp : 14

I.4. Các phép biến đổi toán học cho Robot : 15

I.4.1.Biến đổi toạ độ dùng Ma trận: 15

I.4.1.1. Vector điểm và toạ độ thuần nhất : 15

I.4.1.3.Biến đổi Ma trận dùng toạ độ thuần nhất: 18

I.4.1.4. Ý nghĩa hình học của Ma trận thuần nhất: 19

I.4.2.Các phép biến đổi cơ bản: 22

I.4.2.1.Phép biến đổi tịnh tiến: 22

I.4.2.2. Phép quay quanh các trục toạ độ : 22

CHƯƠNG II: HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP: 24

II.1. Hệ phương trình động học Robot : 24

II.1.1. Đặt vấn đề : 24

II.1.2. Xác định trạng thái của Robot tai điểm tác động cuối : 24

II.1.3. Mô hình động học : 25

II.1.3.1. Ma trận quan hệ : 25

II.1.3.2. Bộ thông số DH : 26

II.1.3.3. Thiết lập hệ toạ độ : 27

II.1.3.4. Mô hình biến đổi : 28

II.1.3.5. Phương trình động học : 29

II.2. Tổng hợp chuyển động Robot : 30

II.2.1. Nhiệm vụ : 30

II.2.2. Bài toán động học ngược : 30

II.2.3. Các phương pháp giải bài toán động học ngược : 31

II.3. Động lực học Robot: 31

II.3.1.Nhiệm vụ và phương pháp phân tích Động lực học Robot: 31

II.3.2.Vận tốc và gia tốc: 33

II.3.3. Động năng tay máy: 36

II.3.4 .Thế năng tay máy: 38

II.3.5.Mô hình động lực học tay máy: 38

II.3.6. Động lực học của cơ cấu tay máy 2 khâu: 40

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO TAY MÁY ROBOT 2 BẬC TỰ DO 45

III.1.Hệ phi tuyến : 45

III.1.1.Hệ phi tuyến là gì ? 45

III.1.2.Mô hình trạng thái và quỹ đạo trạng thái của Hệ phi tuyến: 47

III.1.2.1.Mô hình trạng thái: 47

III.1.2.2.Quỹ đạo trạng thái : 49

III.1.3. Điểm cân bằng và điểm dừng của hệ thống: 50

III.1.3.1. Điểm cân bằng: 50

III.1.3.2.Điểm dừng của hệ : 50

III.1.3.3 Tính ổn định tại một điểm cân bằng: 51

III.1.4 Tiêu chuẩn ổn đinh Lyapunov : 52

III.1.4.1.Tiêu chuẩn Lyapunov: 53

III.1.4.2.Tiêu chuẩn Lyapunov phục vụ thiết kế bộ điều khiển: 56

III.2.Bậc tương đối của hệ phi tuyến: 56

III.3.Tính động hoc không: 59

III.4.Thiết kế bộ Điều khiển trượt cho tay máy: 62

III.4.1.Điều khiển trượt: 62

III.4.1.1.Trường hợp bậc tương đối của hệ bằng bậc của hệ p=n: 63

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

III.4.2. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho tay máy n bậc tự do: 65

III.4.3. Ứng dụng Điều khiển trượt cho tay máy Robot 2 bậc tự do: 69

III.4.3.1. Phương trình động lực học tay máy hai bậc tự do toàn khớp quay: 69

III.4.3.2. Mô hình động lực học tay máy hai bậc tự do: 70

III.4.3.3. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho tay máy 2 bậc tự do: 71

III.4.3.4. Tính toán giá trị đặt i cho tay máy hai bậc tự do: 73

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT TRÊN NỀN MATLAB AND SIMULINK: 75

IV.1. Tổng quan về Matlab-Simulink: 75

IV.2. Các thao tác thực hiện mô phỏng: 76

Kết luận 85

Tài liệu tham khảo : 85

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vấn đề tự động hoá sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng.

Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot trong công nghiệp nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hàng hoá đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hoá sản xuất phải có tính linh hoạt nhằm đáp ứng với sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hoá. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong hệ thống sản xuất tự động linh hoạt đó.

Gần nửa thế kỉ có mặt trong sản xuất. Robot công nghiệp đã có một lịch sử phát triển hấp dẫn. Ngày nay, Robot công nghiệp được dùng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản suất. Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của các loại Robot đã được lựa chọn và đúc kết qua bao nhiêu năm ứng dụng ở nhiều nước.

Ở nước ta, trước những năm 1990 hầu như chưa du nhập về kỹ thuật Robot. Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại Robot phục vụ các việc như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, hàn vỏ xe ô tô, xe máy và phun phủ bề mặt … Có những nơi đã bắt đầu thiết kế chế tạo và lắp ráp Robot. Có thể nói, Robot đã và đang góp phần rất lớn vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Với những ý nghĩa to lớn đó của Robot công nghiệp, chắc chắn ngành công nghiệp chế tạo và ứng dụng Robot sẽ phát triển rất mạnh trong tương lai.

Trong lĩnh vực Robot hiện nay, phần Cơ khí (Robot Mechanics), hệ thống Điều khiển (Robot control) và hệ thống Lập trình (Programming system) được coi là các thành phần độc lập và được các nhà sản xuất chào bán độc lập. Vì vậy, với những kiến thức đã học và được sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Lê Huy Tùng, chúng tôi đã nghiên cứu đề tài: “Thiết kế bộ Điều khiển trượt cho tay máy Robot 2 bậc tự do và mô phỏng trên Matlab – Simulink”.