Luận Văn Nghiên cứu động học và động lực học robot scara 4 bậc tự do dùng trong công nghệ hàn (đầy đủ chi tiế

TÓM TẮT LUẬN VĂN


Đề tài “Nghiên cứu động học và động lực học robot Scara bốn bậc tự do dùng trong công nghệ hàn” nhằm tìm hiểu các vấn đề sau:

-Tìm hiểu , tính toán động học cho robot Scara bốn bậc tự do. Tính toán động học nhằm tìm hiểu khả năng hoạt động của robot Scara, sự linh hoạt để khâu chấp hành cuối có thể di chuyển theo một quỹ đạo có một định hướng nhất định theo yêu cầu. Mục tiêu của việc tính toán động học là định vị và định hướng điểm tác động cuối trong mọi thời điểm. Trong tính toán động học có hai bài toán quan trọng là bài toán động học thuận và bài toán động học ngược. Trong đó bài toán động học ngược đóng vai trò quan trọng nhất.

-Tính toán bài toán thuận để tìm vị trí _________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

-Tìm hiểu một phần động ____________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

-Đồng thời xây dựng thuật toán tối ưu _________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

-Lập trình Matlab để giải bài toán động học cho robot Scara bốn bậc tự do.

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

-Tiến hành mô phỏng robot Scara bốn bậc tự do trong chương trình Easy-rob _________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________


2. Nhiệm vụ của luận văn :

- Robot có thể sơn được trong mặt phẳng có kích thước tối đa 1000x1000x800mm.

- Nghiên cứu động học và động lực học robot Scara bốn bậc tự do.

- Áp dụng tính toán động học robot Scara bốn bậc tự do.

- Lập trình Matlab tính toán động học thuận và động học ngược theo phương pháp biến đổi ngược ma trận thuần nhất và phương pháp tối ưu.

- Mô phỏng quá trình hoạt động của tay máy bằng phần mềm Easy-rob.



MỤC LỤC

Đề mục:

Trang bìa .

Nhiệm vụ của luận văn

Lời cảm ơn .i

Tóm tắt ii

Mục lục iii

Danh sách hình vẽ iv

Danh sách bảng biểu .v

CHƯƠNG 1.TỔNGQUAN 1

1.1 Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp .1

1.2 Ứng dụng của robot trong công nghệ hàn .3

1.3 Phân loại robot 4

1.3.1 Phân loại theo kết cấu 5

1.3.2 Phân loại theo điều khiển .7

1.3.3 Phân loại theo ứng dụng 8

1.4 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp 9

1.4.1 Kết cấu chung 9

1.4.2 Bậc tự do và các tọa độ suy rộng .9

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13

2.1 Lý thuyết động học vật rắn .13

2.1.1 Khả năng chuyển động của vật rắn trong không gian 13

2.1.2 Biểu diễn hướng .13

2.1.2 Biểu diễn vị trí .13

2.2 Các phép biến đổi thuần nhất 14

2.2.1 Vectơ điểm và tọa độ thuàn nhất .14

2.2.2 Biến đổi ma trận dùng tọa độ thuần nhất .16

2.3 Các phép biến đổi cơ bản 17

2.3.1 Phép biến đổi thuần nhất 17

2.3.2 Phép quay quanh các trục tọa độ 18

2.3.3 Phép quay quanh một trục bất kỳ 19

2.3.4 Phép quay theo 3 góc Euler 21

2.3.5 Phép quay theo Roll-Pitch-Yaw .22

2.4 Các bài toán biến đổi ngược .23

2.4.1 Xác định góc quay và trục quay 23

2.4.2 Xác định 3 góc Euler 27

2.4.3 Xác định 3 góc RPY .30

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .32

3.1 Động học .32

3.1.1 Giới thiệu .32

3.1.2 Bộ thông số Denavit & Hartenberg .34

3.1.3 Mô hình biến đổi 35

3.1.4 Phương trình động học robot .36

3.1.5 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học robot 37

3.2 Động lực học .38

3.2.1 Giới thiệu .38

3.2.2 Phương trình Lagrange loại 2 38

3.2.3 Tính động năng 39

3.2.4 Tính thế năng .40

CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC ĐỘNG HỌC.41

4.1 Bài toán động học ngược 41

4.2 Vấn đề đặt ra và hướng giải quyết 41

4.3 Ứng dụng phương pháp tối ưu vào bài toán mục tiêu 42

4.4 Một số phương pháp tối ưu .46

4.4.1 Phương pháp tối ưu hóa lần lượt 46

4.4.2 Phương pháp dùng chỉ tiêu tổng hợp .46

4.4.3 Phương pháp trọng số 47

4.5 Chuyển bài toán (****) về bài toán tối ưu một mục tiêu .47

4.6 Thuậ toán tối ưu giải bài toán (****) .48

4.7 Thuật toán giải bài toán ngược động học tay máy 53

4.8 Giới thiệu chương trình Matlab 56

4.9 Giới thiệu chương trình mô phỏng Easy-rob 58

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 59

5.1 Mô hình .59

5.2 Giải bài toán động học cho robot Scara 59

5.2.1 Bài toán động học thuận 59

5.2.1.1 Giới thiệu 59

5.2.1.2 Giải bài toán thuận cho robot Scara 60

5.2.1.3 Lập trình Matlab để giải bài toán thuận cho robot Scara 63

5.2.2 Bài toán động học ngược cho robot Scara 65

5.2.2.1 Giới thiệu 65

5.2.2.2 Giải bài toán ngược cho robot Scara .65

5.2.2.3 Giải bài toán động học ngược cho robot Scara dùng chương trình Matlab 68

5.3 Ứng dụng kiểm chứng 69

5.3.1 Kiểm chứng thuật toán bằng đường dẫn thực tế là mối hàn 72

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO



1 1.1 Robot hàn trong dây chuyền sản xuất ôtô 3

2 1.2 Robot kiểu tọa độ Đề các 5

3 1.3 Robot kiểu tọa độ trụ 5

4 1.4 Robot kiểu tọa độ cầu 6

5 1.5 Robot SCARA 6

6 1.6 Tay máy kiểu tay người 7

7 1.7 Một dạng Robot điều khiển servo 8

8 1.8 Robot hàn 8

9 1.9 Robot tự hành của NASA 9

10 1.10 Hình dạng điển hình và các bộ phận của robot công nghiệp 10

11 1.11 Các tọa độ suy rộng của Robot 11

12 1.12 Vùng làm việc công tác 11

13 1.13 Robot RP 12

14 2.1 Khả năng chuyển động của vật rắn 13

15 2.2 Biểu diễn cosin chỉ phương 13

16 2.3 Biểu diễn 1 điểm trong không gian 14

17 2.4 Các hệ tọa độ 17

18 2.5 Phép biến đổi tịnh tiến trong không gian 18

19 2.6 Phép quay quanh một trục bất kỳ. 19

20 2.7 Phép quay Euler. 21

21 2.8 Phép quay Roll-Pitch-Yaw. 23

22 2.9 Hàm arctg2(y,x) 28

23 3.1 Các vectơ định vị trí và định hướng của bàn tay máy 33

24 3.2 Chiều dài và góc xoắn của một khâu 34

25 3.3 Các thông số của khâu: θ, d, a và α. 34

26 4.1 Giao diện chương trình Matlab 57

27 4.2 Đồ thị trong Matlab 57

28 4.3 Lập trình giao diện người dùng 58

29 4.4 Giao diện chương trình Easy-rob 58

30 4.5 Mô hình robot Scara 58

31 5.1 Mô hình robot Scara đang hàn 59

32 5.2 Mô hình robot Scara 60

33 5.3 Nhập thông số robot Scara 63

34 5.4 Nhập các giá trị biến khớp 64

35 5.5 Xem kết quả. 65

36 5.6 Bài toán động học ngược 68

37 5.7 Giải bài toán động học ngược. 69

38 5.8 Robot SCARA và các hệ tọa độ (vị trí ban đầu) 70

39 5.9 Bảng thông số DH của robot SCARA 70

40 5.10 Hình ảnh mối ghép hàn theo đường thẳng. 72

41 5.11 Hình ảnh tay máy đang hàn 75

42 5.12 Hình ảnh tay máy đã hàn xong 78

43 5.13 Hình ảnh mối hàn cắt theo đường tròn 78

44 5.14 Hình ảnh tay máy đang hàn 80

45 5.15 Hình ảnh tay máy đã hàn xong. 81