ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƯỢC CHO ROBOT HAI KHÂU Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 605260 Học Viên: NGUYỄN THẾ PHƯƠNG Người HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2010 Luận văn hoàn thành trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên Cán HDKH : PGS.TS Nguyễn Như Hiển Phản biện : TS Phạm Hữu Đức Dục Phản biện : PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số 03, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào 14 30 phút ngày 06 tháng 11 năm 2010 Có thể tìm hiển luận văn Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ MÔ TẢ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT .8 1.1 Các khái niệm phân loại robot: 1.1.1 Robot robotic: 1.1.2 Robot công nghiệp: .8 1.1.3 Các cấu trúc robot công nghiệp: .8 1.1.3.1 Cấu trúc chung: 1.1.4.Truyền động điều khiển Robot .8 1.1.4.1.Hệ truyền động robot 1.1.4.2.Truyền động điện 1.1.4.3.Truyền động khí nén thuỷ lực 1.1.5.Các phương pháp điều khiển robot .8 1.1.6 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot .8 1.1.6.1 Khái quát .8 1.1.6.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot .8 Bảng 1.3: Thông số vật lý cánh tay robot khâu 1.2.Động học tay máy robot khâu chuyển động mặt phẳng 1.2.1.Bài toán động học thuận: .9 Hình 1.6: Sơ đồ cánh tay robot khâu .10 1.2.2.Bài toán động học ngược 10 1.2.3.Động học robot di chuyển nhỏ 11 1.2.3.2.Thuộc tính ma trận Jacobian 11 1.2.3.3.Động học ngược chuyển động nhỏ 11 1.3.Động lực học tay máy robot khâu 11 1.4.Thuật toán điều khiển cánh tay Robot .13 1.4.1.Thuật toán điều khiển tỉ lệ (P) có phản hồi tốc độ điều khiển PD 13 1.4.2 Thuật tốn điều khiển PD có bù gia tốc trọng trường 13 1.4.3.Thuật toán điều khiển PID 13 1.4.4 Nhận xét chung 13 Hình 1.14: Cấu trúc robot + hệ dẫn động .13 CHƯƠNG 2: .14 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƯỢC ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT KHÂU .14 2.1 Khái quát 14 2.2 Tổng hợp điều chỉnh vị trí PID cho động điện chiều .14 2.2.1 Các thông số ban đầu 14 2.2.1.1 Động điện chiều .14 2.2.1.1.1 Động điện chiều 14 Bảng 2.1: Các thông số động điện chiều 15 2.2.1.1.2 Các phương trình mơ tả động điện chiều 15 2.2.1.1.3 Sơ đồ cấu trúc động điện chiều .15 2.2.1.2 Bộ chỉnh lưu .15 2.2.1.3 Biến dòng: 15 2.2.1.4 Máy phát tốc: 15 2.2.1.5 Cảm biến vị trí: 15 2.2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng (RI): .15 Hình 2.4 sơ đồ mạch vịng điều chỉnh dịng điện .16 Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí .16 2.2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ (): 16 Hình 2.7: Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh tốc độ 16 2.2.4 Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh vị trí () 17 Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí .17 2.3 Mơ hình simulink điều khiển Robot sử dụng điều chỉnh PID 17 2.3.1 Mơ hình simulink 17 2.3.2 Kết mơ điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng PID 17 Hình 2.20: Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng PID 18 2.4 Xây dựng điều khiển mờ chỉnh định tham số PID để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot khâu .18 2.4.1 Tính phi tuyến điều khiển vị trí .18 2.4.2 Sự cần thiết dụng điều khiển mờ .18 2.4.3 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 18 2.4.3.1 Mơ hình điều khiển mờ 19 Hình 2.27: Cấu trúc chỉnh định mờ KP 20 Hình 2.28: Cấu trúc chỉnh định mờ KD 20 Hình 2.29: Cấu trúc chỉnh định mờ KI 21 2.4.3.2 Biến ngôn ngữ miền giá trị 21 2.4.3.3 Xác định hàm liên thuộc (membership function) .22 Hình 2.30: Mơ hình rời rạc hóa hàm liên thuộc trapmf biến et, det 23 Hình 2.31: Mơ hình hàm liên thuộc biến Hesokp , Hesokd Hesoki .23 Hình 2.32: Xác định tập mờ cho biến vào et 23 Hình 2.33: Xác định tập mờ cho biến vào det 24 2.4.3.4 Xây dựng luật điều khiển .24 Bảng 2.2: Luật điều khiển Hesokp .24 Bảng 2.3: Luật điều khiển Hesokd .25 Bảng 2.4: Luật điều khiển Hesoki 25 2.4.3.5 Luật hợp thành 26 2.4.4 Sơ đồ mô kết .27 2.4.4.1 Mơ hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 27 2.5 Kết luận Chương 27 CHƯƠNG 3: 28 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 28 3.1 Mô hình khối chức 28 3.1.1 Bộ điều khiển 28 3.1.2 Động 28 3.2 Mơ hình hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ điều khiển PID 28 3.3 So sánh quỹ đạo PID chỉnh định mờ tham số PID 28 3.3.1 Trường hợp Mt = 1kg 28 3.3.1.1 Qũy đạo sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot .28 Hình 3.7: Đồ thị quỹ đạo chuyển động robot khâu 29 Hình 3.8: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 29 3.3.2 Trường hợp Mt=1.5kg .29 3.3.2.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot 29 Hình 3.15: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 29 3.3.3 Trường hợp Mt=2kg 29 3.3.3.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot 29 Hình 3.22: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 30 3.4 Nhận xét chương 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31 Kết luận .31 Kiến nghị 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 MỞ ĐẦU Điều khiển tự động từ lâu quan tâm nhiều nhà khoa học Từ người biết sáng tạo cơng cụ lao động ý tưởng điều khiển tự động đặt lên hàng đầu Con người phát triển công nghệ điều khiển tự động ngày cao Đỉnh cao công nghệ điều khiển tự động công nghệ chế tạo robot Ngày Robot sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đem lại hiệu to lớn sản xuất cơng nghiệp, quốc phịng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ sản xuất đời sống… thiết bị khơng thể thiếu hệ thống sản xuất đại, đặc biệt hệ thống sản xuất tự động Robot ngày thơng minh linh hoạt, robot xem sản phẩm điển hình khoa học kỹ thuật Ở Việt Nam, Thủ tướng Chính phủ ban hành định số: 82/2001/QĐTTg vào ngày 24 tháng năm 2001 để xác định việc thiết kế chế tạo robot nhiệm vụ khoa học cơng nghệ Vì việc nghiên cứu phương pháp điều khiển đại áp dụng vào công nghệ robot nhiều nhà khoa học quan tâm áp dụng điều khiển nhiều hệ thống khác công nghiệp, đặc biệt hệ chuyển động Robot nhằm nâng cao chất lượng hệ thống Với lý trên, chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƯỢC CHO ROBOT HAI KHÂU” để làm đề tài nghiên cứu Nội dung luận văn chia thành chương: Chương : Tổng quan mô tả động học động lực học robot Chương 2: Thiết kế điều khiển động học ngược điều khiển chuyển động robot khâu Chương 3: Mô đánh giá chất lượng hệ thống Các kết luận kiến nghị Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Như Hiển – người hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cám ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng 08 năm 2010 Người thực Nguyễn Thế Phương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ MÔ TẢ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT 1.1 Các khái niệm phân loại robot: 1.1.1 Robot robotic: 1.1.2 Robot công nghiệp: 1.1.3 Các cấu trúc robot công nghiệp: 1.1.3.1 Cấu trúc chung: 1.1.4.Truyền động điều khiển Robot 1.1.4.1.Hệ truyền động robot 1.1.4.2.Truyền động điện 1.1.4.3.Truyền động khí nén thuỷ lực 1.1.5.Các phương pháp điều khiển robot 1.1.6 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot 1.1.6.1 Khái quát 1.1.6.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị tính Chiều dài khâu l1 0,26 m Chiều dài khâu l2 0,26 m Khoảng cách đến trọng tâm khâu lc1 0,0983 m Khoảng cách đến trọng tâm khâu lc2 0,0229 m Khối lượng khâu m1 6,5225 kg Khối lượng khâu m2 2,0458 kg Mô men quán tính khâu thứ I1 0,1213 kg.m2 Mơ men quán tính khâu thứ hai I2 0,1213 kg.m2 Gia tốc trọng trường g 9,81 m/s2 Bảng 1.3: Thông số vật lý cánh tay robot khâu 1.2.Động học tay máy robot khâu chuyển động mặt phẳng 1.2.1.Bài tốn động học thuận: Động học hình học chuyển động Đó thành phần robot, cung cấp công cụ mô tả cấu trúc hoạt động robot Bất kỳ robot coi tập hợp khâu (links) gắn liền với khớp (joints) Trong đề tài này, sử dụng Robot khâu quay mặt phẳng với điểm tác động cuối xe ye Tức xác định [ xe , ye ] thông qua [ θ1 , θ ] Giả sử quan hệ chúng thể thơng qua hàm ϕ, ta viết: Hình 1.6: Sơ đồ cánh tay robot khâu ye = l1 sin(θ1 ) + l2 sin(θ1 + θ ) (1.1) xe = l1 cos θ1 + l2 cos(θ1 + θ ) Phương trình mơ tả vị trí hướng điểm tác động cuối robot hay cịn gọi phương trình động học cánh tay robot mặt phẳng 1.2.2.Bài toán động học ngược Mơ hình động học ngược robot quan trọng việc thiết kế điều khiển Mơ hình cho phép xác định vị trí biến khớp q từ toạ độ (x, y) cho trước mong muốn Đối với robot khâu nêu, ta có:  xe  −1   = ϕ ( θ1 ,θ )  ye  10 Hình 2.19: Đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo thực Robot dùng PID SAI LECH QUY DAO 0.03 0.025 Sai lech 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian t Hình 2.20: Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng PID Dựa vào đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo thực di chuyển cánh tay Robot, đồ thị sai lệch quỹ đạo, ta nhận thấy rằng: + Trong khoảng thời gian từ giây đến 10 giây: Đây khoảng thời gian cánh tay Robot di chuyển đến vị trí đầu quỹ đạo Do Robot đáp ứng chậm momen sinh cánh tay lớn, nên hệ thống dao động với biên độ dao động lớn khoảng 10% giá trị lớn đặt quỹ đạo Thời gian dao động khoảng 2s Sai số xác lập khoảng 0.005, điều đáp ứng đầu hệ thống trễ so với giá trị đầu vào Điều hợp lí hệ thống ln có thời gian đáp ứng trễ + Tại t=10s đến 20s: Do có thay đổi đường quỹ đạo, điều làm thay đổi chiều quay động hai khâu, nên dẫn đến dao động tín hiệu trước xác lập Tuy nhiên, biên độ dao động tín hiệu quỹ đạo đầu nhỏ nhiều, sai số xác lập nhỏ nhiều khoảng 0,001 2.4 Xây dựng điều khiển mờ chỉnh định tham số PID để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot khâu 2.4.1 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 2.4.2 Sự cần thiết dụng điều khiển mờ 2.4.3 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 18 Các tham số KP, TI, TD hay KP, KI, HESOKD điều khiển PID chỉnh định sở phân tích tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống, xác sai lệch e(t) đạo hàm sai lệch Có nhiều phương pháp chỉnh định tham số cho điều khiển PID chỉnh định trực tiếp, song phương án đơn giản dễ áp dụng phương pháp chỉnh định mờ Zhao, Tomizuka Isaka Với giả thiết tham số HESOKP , HESOKD bị chặn, tức m m K P =  K P , K P ax  , K D =  K D , K D ax  K I =  K Imin , K Imax  Zhao, Tomizuka Isaka       chuẩn hoá tham số sau: kp = KP − KP m ; K P ax − K P kd = KD − KD m K D ax − K D K I − K Imin ki = max để có 0≤ HesokP, Hesokd Hesoki ≤ K I − K Imin (2.43) Như vậy, chỉnh định mờ có hai đầu vào e(t), ba đầu HesokP, Hesokd, Hesoki, đó: α= Ti K2 ; Ki = P TD α KD (2.44) Và đó, xem ba chỉnh định mờ nhỏ, có hai đầu vào đầu 2.4.3.1 Mơ hình điều khiển mờ − Bộ điều khiển mờ cần input output − Hai input sai lệch vị trí góc (et) đạo hàm sai lệch vị trí góc (det) khớp − Output tín hiệu điều khiển Hesokp, Hesokd Hesoki(đã chuẩn hóa) 19 cho PID Hình 2.27: Cấu trúc chỉnh định mờ KP Hình 2.28: Cấu trúc chỉnh định mờ KD 20 Hình 2.29: Cấu trúc chỉnh định mờ KI 2.4.3.2 Biến ngôn ngữ miền giá trị Bộ điều chỉnh mờ vị trí gồm biến trạng thái mờ đầu vào hai biến điều khiển mờ đầu Mỗi biến chia thành nhiều giá trị mờ Việc chọn số giá trị mờ phải đảm bảo phủ hết khả cần thiết cần số tối thiểu luật điều khiển mờ Miền giá trị biến đầu vào (sai lệch ) chọn là: et1 = {-3,14 3,14}; (đơn vị tính: rad) et2 = {-3,14 3,14}; (đơn vị tính: rad) Ta chọn tập giá trị ngôn ngữ sau: et = {âm nhiều, âm vừa, âm , khơng, dương ít, dương vừa, dương nhiều} Với ký hiệu: NB = âm nhiều, NM = âm vừa, NS = âm ít, ZE = khơng, PS = dương , PM =dương vừa, PB = dương nhiều, ta viết lại tập giá trị ngôn ngữ biến sai lệch vị trị et cho hai khớp sau: et1 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} et2 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} 21 Miền giá trị biến đầu vào đạo hàm sai lệch det chọn là: det1 = et1 = {-3.14, 3.14} (đơn vị tính: rad/s) det2 = et2 = {-3.14, 3.14} (đơn vị tính: rad/s) Ta chọn tập giá trị ngôn ngữ trên, ta viết lại tập giá trị ngôn ngữ biến sai lệch vị trị det cho hai khâu sau: det1 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} det2 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Miền giá trị biến đầu Hesokp, Hesokd Hesoki chuẩn hóa là: Hesokp = Hesokd = Hesoki = {0, 1} Ta chọn tập giá trị ngôn ngữ sau: {nhỏ , nhỏ vừa, vừa , lớn} Với ký hiệu: S = nhỏ, MS = nhỏ vừa, M = vừa, B = lớn, ta viết lại tập giá trị ngôn ngữ biến sai lệch vị trị et cho hai khâu sau: Hesokp = { S, MS, M, B } Hesokd = { S, MS, M, B } Hesoki = { S, MS, M, B } Chọn hàm thuộc dạng tam giác cân, phân bố giá trị mờ sau: * Lưu ý : Miền giá trị ba biến ngơn ngữ thay đổi cho phù hợp với điều kiện thực tế Các miền giá trị ba biến ngôn ngữ giá trị đốn, khơng phải giá trị xác 2.4.3.3 Xác định hàm liên thuộc (membership function) Đây điểm quan trọng trình làm việc Bộ điều khiển mờ phụ thuộc nhiều vào dạng kiểu hàm liên thuộc Cần chọn hàm liên thuộc có phần chồng lên để không xuất “lỗ hổng”, điều cần thiết Nếu không gây tượng cháy nguyên tắc tạo vùng chết 22 NB NM NS ZE PS PM -5 et1 PB 10 Degree of membership 0.8 0.6 0.4 0.2 -15 -10 15 Hình 2.30: Mơ hình rời rạc hóa hàm liên thuộc trapmf biến et, det S MS M B Degree of membership 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 HesoKP1 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 2.31: Mơ hình hàm liên thuộc biến Hesokp , Hesokd Hesoki Hình 2.32: Xác định tập mờ cho biến vào et 23 Hình 2.33: Xác định tập mờ cho biến vào det Rời rạc hóa hàm liên thuộc đầu Hesokp , Hesokd Hesoki : Biến ngôn ngữ Hesokp, Hesokd Hesoki có miền giá trị khoảng [0 1] có hàm liên thuộc rời rạc hóa sau : Hình 2.34: Xác định tập mờ cho biến Hesokp, Hesokd Hesoki 2.4.3.4 Xây dựng luật điều khiển Bảng 2.2: Luật điều khiển Hesokp det Hesokp NB NM NS ZE PS PM PB NB B B B B B B B NM M M B B B M M NS S S MS M MS S S ZE S S S MS S S S PS S S MS M MS S S 24 PM M M B B B M M PB B B B B B B B Bảng 2.3: Luật điều khiển Hesokd det Hesokd NB NS ZE PS PM PB NB S S S S S S S NM MS MS S S S MS MS NS M MS MS S MS MS M ZE B M MS MS MS M B PS M MS MS S MS MS M PM MS MS S S S MS MS PB et NM S S S S S S S Bảng 2.4: Luật điều khiển Hesoki dw/dt Hesoki NB NM NS ZE PS PM PB NB B B B B B B B NM M M B B B M M NS S MS M M M MS S ZE S S MS MS MS S S PS S MS M M M MS S e(t) 25 PM M M B B B M M PB B B B B B B B Cách biểu diễn ma trận tiện lợi bao quát Ta thấy có 49 luật Các luật điều khiển thiết lập dựa mệnh đề hợp thành với hai điều kiện hai kết luận 2.4.3.5 Luật hợp thành Dùng luật hợp thành Max-Prod, giải mờ theo phương pháp trọng tâm, Khi hệ số HsKp , HsKI HsKd tính tốn lúc điều khiển là: 49 ∑ y − l µ Al ( e(t ) ).µ B l ( dw / dt ) p HsK p (t ) = l =1 49 ∑ µ Al ( e(t ) ).µ B l ( dw / dt ) (2.45) l =1 49 HsK I (t ) = ∑y l =1 49 −l I ∑ µ ( e(t ) ) µ ( dw / dt ) l =1 49 HsK D (t ) = µ Al ( e(t ) ) µ Bl ( dw / dt ) ∑y l =1 49 Al −l D Bl µ Al ( e(t ) ) µ Bl ( dw / dt ) ∑ µ ( e(t ) ) µ ( dw / dt ) l =1 (2.46) Al Bl −l −l −l Trong y p , yI , yD tâm tập mờ tương ứng 26 (2.47) 2.4.4 Sơ đồ mô kết 2.4.4.1 Mơ hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 2.5 Kết luận Chương Việc áp dụng lô-gic mờ cho tạo điều khiển mờ, mờ lai, với tính chất tốt nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển tự động, ví dụ điều khiển đối tượng phức tạp Ngoài ra, điều khiển mờ cho phép lặp lại tính chất điều khiển kinh điển Khối lượng công việc cần thực thiết kế điều khiển mờ khơng phụ thuộc vào đặc tính đối tượng Điều có nghĩa q trình xử lý điều khiển mờ với nguyên tắc điều khiển cho đối tượng có đặc tính động học khác hồn tồn 27 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 3.1 Mô hình khối chức 3.1.1 Bộ điều khiển 3.1.2 Động 3.2 Mơ hình hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ điều khiển PID 3.3 So sánh quỹ đạo PID chỉnh định mờ tham số PID Cho hai Robot khâu sử dụng điều khiển dùng chỉnh định mờ PID chuyển động theo quỹ đạo thẳng cho trước Bằng cách đo thông số điều khiển để so sánh chất lượng để thấy ưu điểm chỉnh định mờ so với điều khiển PID Để so sánh quỹ đạo điều khiển PID điều khiển mờ chỉnh định tham số PID, cách thay đổi tải ba trường hợp 1kg, 1.5kg 2kg Lúc này, momen quán tính tải thay đổi theo Cơng thức để xác định momen qn tính tải là: Jt = m(l12 + l2 + 2l1l2 cos(π − θ )) 3.3.1 Trường hợp Mt = 1kg 3.3.1.1 Qũy đạo sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot 0.2 Toa Y 0.15 0.1 0.05 -0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Toa X 28 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 Hình 3.7: Đồ thị quỹ đạo chuyển động robot khâu Do thi sai lech quy dao Robot 0.04 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY sai lech quy dao[m] 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.8: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 3.3.2 Trường hợp Mt=1.5kg 3.3.2.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot Do thi sai lech quy dao Robot 0.045 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY 0.04 sai lech quy dao[m] 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.15: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 3.3.3 Trường hợp Mt=2kg 3.3.3.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot 29 Do thi sai lech quy dao Robot 0.045 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY 0.04 sai lech quy dao[m] 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.22: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 3.4 Nhận xét chương Từ kết mơ trên, ta có nhận xét sau: - Sử dụng điều khiển chỉnh định mờ tốc độ đạt đến giá trị đặt nhanh so với dùng PID Biên độ dao động thời điểm độ sai lệch quỹ đạo giảm - Bộ điều khiển chỉnh định mờ có khả điều chỉnh xác đến vị trí mong muốn cao so với hệ sử dụng điều khiển PID - Hệ thống mô xét trường hợp cánh tay Robot mang tải khác nhau, tương ứng với momen quán tính tải thay đổi liên tục theo quỹ đạo chuyển động, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển Như hệ thống làm việc chế độ khơng tải có tải, điều khiển mờ chỉnh định tham số PID đảm bảo chất lượng tốt dùng điều khiển PID kinh điển 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Trong luận văn nghiên cứu khảo sát cho số kết sau: + Khảo sát động học động lực học Robot, từ xác định vị trí hướng chuyển động Robot, tìm tham số động lực học để từ xây dựng điều khiển Robot xác + Với phạm vi nghiên cứu xác định, luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế điều khiển động học ngược ứng dụng điều khiển mờ vào điều khiển robot khâu Qúa trình thực hiện, tác giả thấy rằng, việc sử dụng điều khiển mờ vào hệ thống tự động có nhiều thuận lợi như: đơn giản, dễ thay đổi hiệu chỉnh thông qua việc thay đổi biến đầu vào đầu ra, thay đổi luật điều khiển… + Để nâng cao chất lượng cánh tay Robot chuyển động bám theo quỹ đạo mặt phẳng, luận văn nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID, với hệ thống điều khiển chất lượng bám theo quỹ đạo cánh tay Robot nâng lên nhiều so với hệ điều khiển PID kinh điển: Làm giảm biên độ dao động, giảm sai lệch quỹ đạo thực so với quỹ đạo đặt, giảm sai lệch tốc độ chuyển động gần + Tuy nhiên, tình chuyển động cánh tay Robot, chịu ảnh hưởng momen quán tính, momen cản cấu cánh tay Robot hệ truyền động nên đáp ứng hệ điều khiển thường dao động, trễ hệ thống Trong luận văn, tác giả ứng dụng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID nhằm giảm bớt dao động, trễ hệ thống giảm sai lệch quỹ đạo nhằm nâng cao chất lượng hệ thống Kiến nghị Để giảm bớt sai lệch quỹ đạo, dao động trễ hệ thống cấu cánh tay Robot giải pháp sử dụng kết hợp điều khiển PID kết hợp với điều khiển đại như: Mờ trượt, mờ lai, mờ thích nghi, nơ ron 31 Kết hợp Logic mờ mạng Neuron nhân tạo vào điều khiển robot cho độ xác cao 32 ... chuyển động Robot nhằm nâng cao chất lượng hệ thống Với lý trên, chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƯỢC CHO ROBOT HAI KHÂU” để làm đề tài nghiên cứu. .. Trong luận văn nghiên cứu khảo sát cho số kết sau: + Khảo sát động học động lực học Robot, từ xác định vị trí hướng chuyển động Robot, tìm tham số động lực học để từ xây dựng điều khiển Robot xác... vi nghiên cứu xác định, luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế điều khiển động học ngược ứng dụng điều khiển mờ vào điều khiển robot khâu Qúa trình thực hiện, tác giả thấy rằng, việc sử dụng điều