LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ Khí, Đại học Bách Khoa TPHCM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT RẮN tháng 1, 2016 Nội dung Tổng quan Lựa chọn phương án Thiết kế khí Mô hình hóa Thiết kế mạch điện Thiết kế điều khiển Thực nghiệm Kết luận Tài liệu tham khảo TỔNG QUAN Hình Anna Konda [1] Hình ACM R3 [1] ROBOT RẮN Hình Robot Rắn Q2C Hình Robot Rắn Q2C_V2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI  Thiết kế robot rắn di chuyển bám quỹ đạo cho trước mặt phẳng NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI  Tìm hiểu tổng quan Robot Rắn  Nghiên cứu phân tích động học động lực học robot rắn khớp di chuyển mặt phẳng  Thiết kế điều khiển hướng/ điều khiển bám quỹ đạo cho trước Robot Rắn  Mô chuyển động robot PHẠM VI ĐỀ TÀI  Bỏ qua sai số trượt mô hình  Bỏ qua sai số kích thước mô hình LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Tiêu chí thiết kế:  Robot Rắn có khả di chuyển mặt phẳng giống rắn thật  Xác định xác giá trị góc khớp  Chống trượt di chuyển  Tại khớp điều khiển moment Hình Cơ cấu chấp hành [2] Hình Cơ cấu chống trượt [1] Hình Cơ cấu hồi tiếp giá trị góc khớp thời điểm [3] TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ Mục tiêu thiết kế khí  Thiết kế Robot Rắn gồm khâu khớp dạng module giống di chuyển mặt phẳng  Thiết kế cấu chống trượt ngang cho thân robot  Thiết kế cấu truyền động cho khớp Hình Tsukasa TG-47C-SG-300 [6] Hình 10 Kết cấu khớp nối Hình Bánh xe bị động Misumi [7] PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC (1) Hình 11 Mô hình khâu khớp robot PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TỪNG KHÂU Phương trình động lực học cân nhắc đến lực ràng buộc [4]: Phương trình chuyển động viết lại [4]: (5) KIỂM NGHIỆM TÍNH KHẢ THI • Đường màu xanh dương: Đỉnh đầu robot • Đường màu xanh lục: Trọng tâm khâu • Đường màu đỏ: Trọng tâm khâu Hình 12 Quỹ đạo đỉnh đầu robot trọng tâm khâu Dạng moment để truyền vào khớp có dạng sau: [5] (6) TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN Mục tiêu thiết kế mạch điện:  Đọc tín hiệu tọa độ vị trí tức thời robot camera  Đọc giá trị góc tức thời động  Truyền giá trị moment để điều khiển động DC  Giao tiếp máy tính thiết bị điều khiển cấp BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Mục tiêu thiết kế điều khiển:  Áp dụng cho hệ phi tuyến  Sai số vị trí sát lập 10mm (8) (7) BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Đường 1: Đỉnh đầu robot Đường 2: Trọng tâm khâu Đường 3: Trọng tâm khâu Đường 4: Trọng tâm khâu Quỹ đạo đầu robot khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Đường 1: Đỉnh đầu robot Đường 2: Trọng tâm khâu Đường 3: Trọng tâm khâu Đường 4: Trọng tâm khâu Quỹ đạo đầu robot khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Quỹ đạo đầu robot khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu đường tròn phương trình (x+4.5)^2 + y^2 = , = = ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ Hình 13 Bộ điều khiển moment dùng PWM Hình 14 Kết thí nghiệm đo dòng ACS72 ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ Hình 15 Mạch điều khiển dòng THỰC NGHIỆM Hình 16 Mô hình thực tế KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 17 Kết thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 18 Kết thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel THỰC NGHIỆM Hình 19 Kết thực nghiệm chuyển hướng 20 độ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC  Nghiên cứu phân tích động học động lực học Robot Rắn khớp di chuyển mặt phẳng có cân nhắc đến lực ràng buộc động học  Thiết kế điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa cho hệ phi tuyến bám quỹ đạo cho trước Robot Rắn  Mô chuyển động robot Matlab, đạt kết di chuyển thẳng, chuyển hướng, đường cong đường tròn với sai số 10 mm  Thiết kế chế tạo mô hình Robot Rắn gồm khâu, khớp  Xây dựng chương trình xử lý ảnh để xác định vị trí tọa độ đỉnh đầu robot  Thực nghiệm điều khiển Robot Rắn bám quỹ đạo phương trình động học  Bài báo:  Mai Thanh Thai, Tuong Quan Vo, A New Approaches For Dynamic And Kinematic Modeling Of A Snake-like Robot, hội nghị Toàn Quốc Máy Cơ Cấu NCOMM 2015, ngày 30/10/2015, Tp Hồ Chí Minh  Mai Thanh Thai, Tuong Quan Vo, A Study On Trajectory Tracking Control Of A Snake-like Robot, hội nghị Toàn Quốc Máy Cơ Cấu NCOMM 2015, ngày 30/10/2015, Tp Hồ Chí Minh HẠN CHẾ  Chưa có điều kiện thực nghiệm với mạch điều khiển moment động DC  Thực nghiệm bám quỹ đạo với đỉnh đầu robot chưa đạt sai số mô  Chưa thực ứng dụng thời gian thực cho robot, giảm thời gian truyền nhận liệu xử lý thuật toán HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Xây dựng phương trình động học động lực học cho Robot Rắn di chuyển không gian 3D  Chế tạo mô hình Robot Rắn vượt địa hình  Tăng tốc độ xử lý camera để đáp ứng yêu cầu tốc độ xử lý giảm thời gian trễ  Thực ứng dụng thời gian thực để giảm thời gian trễ từ đầu điều khiển đến tác động động cách sử dụng máy tính nhúng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liljebäck, P., Pettersen, K.Y., Stavdahl, O., Gravdahl, J.T, “Snake Robots, Modelling, Mechatronics and Control” [2] http://vietnamese.alibaba.com/product-gs/permanent-magnet-low-speed-dc-motor-24v-dc-motor12v-dc-gear-motor-637857116.html Ngày truy cập: 10/11/2015 [3] http://www.alibaba.com/product-detail/YH-16mm-stereo-volume-control-b10k_60200874462.html? spm=a2700.7724857.29.59.9rtYuT Ngày truy cập: 10/11/2015 [4] R Murray, Z Li, and S Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulation CRC, 1994 [5] Tuong Quan Vo, Hyoung Seok Kim, Byung Ryong Lee (2009), Propulsive Velocity Optimization of 3-Joint Fish Robot Using Genetic-Hill Climbing Algorithm, Journal of Bionic Engineering 6, pp.415429 [6] Tài liệu catalog động hãng Tsukasa [7] http://us.misumi-ec.com/vona2/detail/110302648740/?Inch=0 Ngày truy cập: 10/11/2015 CẢM ƠN SỰ LẮNG NGHE CỦA QUÝ THẦY [...]... và động lực học của Robot Rắn 7 khớp di chuyển trên mặt phẳng có cân nhắc đến lực ràng buộc động học  Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa cho hệ phi tuyến bám quỹ đạo cho trước của Robot Rắn  Mô phỏng chuyển động của robot trên Matlab, đạt kết quả có thể di chuyển thẳng, chuyển hướng, đường cong và đường tròn với sai số dưới 10 mm  Thiết kế và chế tạo mô hình Robot Rắn gồm 8 khâu, 7 khớp... 14 Kết quả thí nghiệm đo dòng bằng ACS72 ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ Hình 15 Mạch điều khiển dòng THỰC NGHIỆM Hình 16 Mô hình thực tế KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 17 Kết quả thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hình 18 Kết quả thực nghiệm bám đường thẳng y = 350 pixel THỰC NGHIỆM Hình 19 Kết quả thực nghiệm chuyển hướng 20 độ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC  Nghiên cứu phân tích động học và. ..BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Mục tiêu thiết kế bộ điều khiển:  Áp dụng cho hệ phi tuyến  Sai số vị trí sát lập dưới 10mm (8) (7) BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Đường 1: Đỉnh đầu robot Đường 2: Trọng tâm khâu 1 Đường 3: Trọng tâm khâu 2 Đường 4: Trọng tâm khâu 4 Quỹ đạo của đầu robot và các khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu và BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN... Đường 1: Đỉnh đầu robot Đường 2: Trọng tâm khâu 1 Đường 3: Trọng tâm khâu 2 Đường 4: Trọng tâm khâu 4 Quỹ đạo của đầu robot và các khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu và BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA Quỹ đạo của đầu robot và các khâu theo sau so với đường thẳng tham chiếu là đường tròn phương trình (x+4.5)^2 + y^2 = , = và = ĐIỀU KHIỂN MOMENT Ở MỖI ĐỘNG CƠ Hình 13 Bộ điều khiển moment dùng... CHẾ  Chưa có điều kiện thực nghiệm với mạch điều khiển moment động cơ DC  Thực nghiệm bám quỹ đạo với đỉnh đầu robot chưa đạt sai số như mô phỏng  Chưa thực hiện ứng dụng thời gian thực cho robot, giảm thời gian truyền nhận dữ liệu và xử lý thuật toán HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Xây dựng phương trình động học và động lực học cho Robot Rắn di chuyển trong không gian 3D  Chế tạo mô hình Robot Rắn có thể vượt... đầu robot  Thực nghiệm điều khiển Robot Rắn bám quỹ đạo bằng phương trình động học  Bài báo:  Mai Thanh Thai, Tuong Quan Vo, A New Approaches For Dynamic And Kinematic Modeling Of A Snake-like Robot, hội nghị Toàn Quốc Máy và Cơ Cấu NCOMM 2015, ngày 30/10/2015, Tp Hồ Chí Minh  Mai Thanh Thai, Tuong Quan Vo, A Study On Trajectory Tracking Control Of A Snake-like Robot, hội nghị Toàn Quốc Máy và Cơ... địa hình  Tăng tốc độ xử lý camera để đáp ứng yêu cầu về tốc độ xử lý và giảm thời gian trễ  Thực hiện ứng dụng thời gian thực để giảm thời gian trễ từ đầu ra bộ điều khiển đến tác động của động cơ bằng cách sử dụng các máy tính nhúng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liljebäck, P., Pettersen, K.Y., Stavdahl, O., Gravdahl, J.T, “Snake Robots, Modelling, Mechatronics and Control” [2] http://vietnamese.alibaba.com/product-gs/permanent-magnet-low-speed-dc-motor-24v-dc-motor12v-dc-gear-motor-637857116.html... http://www.alibaba.com/product-detail/YH-16mm-stereo-volume-control-b10k_60200874462.html? spm=a2700.7724857.29.59.9rtYuT Ngày truy cập: 10/11/2015 [4] R Murray, Z Li, and S Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulation CRC, 1994 [5] Tuong Quan Vo, Hyoung Seok Kim, Byung Ryong Lee (2009), Propulsive Velocity Optimization of 3-Joint Fish Robot Using Genetic-Hill Climbing Algorithm, Journal of Bionic Engineering 6, pp.415429 [6] Tài liệu catalog động cơ của hãng Tsukasa ... Thiết kế khí Mô hình hóa Thiết kế mạch điện Thiết kế điều khiển Thực nghiệm Kết luận Tài liệu tham khảo TỔNG QUAN Hình Anna Konda [1] Hình ACM R3 [1] ROBOT RẮN Hình Robot Rắn Q2C Hình Robot Rắn. .. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ Mục tiêu thiết kế khí  Thiết kế Robot Rắn gồm khâu khớp dạng module giống di chuyển mặt phẳng  Thiết kế cấu chống trượt ngang cho thân robot  Thiết kế cấu truyền... Thiết kế robot rắn di chuyển bám quỹ đạo cho trước mặt phẳng NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI  Tìm hiểu tổng quan Robot Rắn  Nghiên cứu phân tích động học động lực học robot rắn khớp di chuyển mặt phẳng  Thiết