Luận văn Thạc sỹ khoa học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU .8 CHƯƠNG 1: .11 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Lịch sử phát triển Robot công nghiệp 11 1.2 Khái niệm Robot công nghiệp 12 1.3 Phân loại Robot công nghiệp 15 1.3.1 Phân loại theo kết cấu 15 1.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển 18 1.3.3 Phân loại theo hệ thống động lực .18 1.3.4 Phân loại theo hệ thống truyền động 19 1.3.5 Phân loại theo độ xác 19 1.4 Một số nghiên cứu động học động lực học Robot 19 1.5 Nội dung đối tượng nghiên cứu 22 1.5.1 Nghiên cứu động học động lực học Robot 22 1.5.2 Cơ sở thực tiễn nội dung nghiên cứu 24 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 26 1.6 Kết luận 28 CHƯƠNG 2: .29 PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 2.1 Giải toán động học Robot 29 2.1.1 Giải toán động học thuận Robot 29 2.1.2 Giải toán động học ngược Robot .35 2.2 Giải toán động lực học cho Robot 37 Luận văn Thạc sỹ khoa học 2.2.1 Cơ học Lagrange với vấn đề động lực học Robot 38 2.2.2 Phương trình động lực học Robot 39 2.2.3 Các phương trình chuyển động Newton - Euler .43 2.3 Phương pháp tính toán động lực học PTHH sở ứng dụng ADAMS 44 2.4 Kết luận 45 CHƯƠNG 3: .47 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT HARMO 3.1 Bậc tự 47 3.2 Phân tích động học cho Robot Harmo 49 3.2.1 Hệ tọa độ Robot Harmo theo phương pháp D-H 49 3.2.2 Xây dựng chương trình tính MATLAB 52 3.2.3 Giải toán động học thuận 53 3.2.4 Giải toán động học ngược 57 3.2.5 Ứng dụng MATLAB Guide giải toán động học cho Robot 60 3.3 Giải toán động học cho Robot Harmo mô hình hóa phân tích phần tử hữu hạn 62 3.3.1 Mô hình hóa đối tượng phần mềm CATIA 62 3.3.2 Thiết lập môi trường tính toán mô phần mềm ADAMS .65 3.4 Mô động lực học ADAMS View 76 3.5 Kết luận 82 KẾT LUẬN .83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC: Chương trình tính toán động học Robot Harmo MATLAB 85 Luận văn Thạc sỹ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan nội dung mà tác giả viết Luận văn tìm hiểu, nghiên cứu thân, với hướng dẫn TS Lê Giang Nam Mọi số liệu kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Trừ phần tham khảo trích dẫn nguồn gốc cụ thể Luận văn Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả Đặng Vũ Vinh Luận văn Thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên ký hiệu Đơn vị AMF Americal Machine and Foundry Company IR Industrial Robot NC Numerical Control FMS Flexible Manufacturing System SCARA Selective Compliant Articulated Robot Arm D-H Denavit-Hartenberg (phép biến đổi tọa độ nhất) R0 Vector bán kính Ai Ma trận mô tả vị trí hướng khâu thứ i so với khâu thứ i-1 Ti Ma trận mô tả vị trí hướng khâu thứ i so với giá cố định Oi Giao điểm Ui trục khớp i+1 Oi-1 Giao điểm Ui-1 trục khớp i Xi Vector dọc theo Ui Yi Vector xác định theo quy tắc bàn tay phải Zi Vector dọc theo trục khớp i+1 Xi-1 Vector dọc theo trục Ui-1 Yi-1 Vector xác định theo quy tắc bàn tay phải Zi-1 Vector dọc theo trục khớp i Khoảng cách Oi Oi dọc theo trục Xi di Khoảng cách Oi-1 Oi dọc theo trục Zi-1 i Góc trục Xi-1 Xi αi Góc trục Zi-1 Zi T(Zi-1, di) Ma trận biến đổi T(Zi-1, θi) Ma trận biến đổi T(Xi, ai) Ma trận biến đổi T(Xi, αi) Ma trận biến đổi Luận văn Thạc sỹ khoa học i-1 Ai Ma trận biến đổi tọa độ D-H Tn Ma trận trạng thái khâu thao tác Ma trận phương trình động học Af C Ma trận phép quay Cardan mô tả hướng O3X3Y3Z3 so với hệ tọa độ O0X0Y0Z0 rE Ma trận mô tả vị trí O3X3Y3Z3 so với O0X0Y0Z0 q=[q1 … qn]T Véc tơ suy rộng biến khớp q=[q1 … qm]T Véc tơ suy rộng khâu thao tác n Số tọa độ suy rộng khớp (số bậc tự Robot) m Số tọa độ suy rộng khâu thao tác (bàn tay kẹp) Tn(x) Ma trận cấu hình tọa độ khâu thao tác x Vị trí bàn tay kẹp x Vận tốc bàn tay kẹp x Gia tốc bàn tay kẹp q Tọa độ suy rộng q Vận tốc suy rộng q Gia tốc suy rộng W Số bậc tự Luận văn Thạc sỹ khoa học DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số Denavit - Hartenberg Robot Harrmo DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc chức Robot Hình 1.2 Robot kiểu tọa độ đề Hình 1.3 Robot kiểu tọa độ trụ Hình 1.4 Robot kiểu tọa độ cầu Hình 1.5 Robot kiểu tọa độ góc Hình 1.6 Robot kiểu SCARA Hình 1.7 Robot Harmo UE700W-2R phòng thí nghiệm Robot CN Hình 2.1 Thông số (a, d, α, θ) khâu Hình 2.2 Khảo sát tốc độ vi khối lượng dm Hình 2.3 Khảo sát mô men quán tính hệ vật Hình 2.4 Khảo sát hệ nhiều vật Hình 3.1 Sơ đồ mô số khâu, số khớp Robot Harmo Hình 3.2 Hệ tọa độ Robot Harmo Hình 3.3 Sơ đồ giải toán động học thuận Matlab Hình 3.4 Sơ đồ giải toán động học ngược Matlab Hình 3.5 Đồ thị biến khớp Matlab Hình 3.6 Đồ thị toán vị trí xE, yE, zE Matlab Hình 3.7 Quỹ đạo khâu thao tác Matlab Hình 3.8 Đồ thị vận tốc gia tốc động học thuận Matlab Hình 3.9 Quỹ đạo yêu cầu cho toán động học ngược Hình 3.10 Đồ thị biến khớp Matlab Hình 3.11 Đồ thị vận tốc gia tốc động học ngược khâu Matlab Hình 3.12 Xây dựng giao diện hiển thị kết Matlab Guide Luận văn Thạc sỹ khoa học Hình 3.13 Kết toán động học thuận Robot Harmo Hình 3.14 Kết toán động học ngược Robot Harmo Hình 3.15 Các modul tích hợp Mechanical Design Hình 3.16 Mô hình hóa mô lắp ráp bậc tự Robot Harmo Hình 3.17 Mô hình hóa mô lắp ráp tổng thể Robot Harmo Hình 3.18 Mô hình hóa Robot Harmo ADAMS View Hình 3.19 Thao tác tạo liên kết cho cụm chi tiết trục Y Hình 3.20 Thao tác tạo gán chuyển động cho toàn khâu tịnh tiến trục Y Hình 3.21 Thao tác tạo gán chuyển động cho toàn khâu tịnh tiến trục Z Hình 3.22 Thao tác tạo gán chuyển động cho toàn khâu tịnh tiến trục X Hình 3.23 Thao tác gán vật liệu có sẵn cho khâu Hình 3.24 Thao tác gán vật liệu sẵn cho khâu Hình 3.25 Thao tác lệnh Revolute Joint Hình 3.26 Thao tác lệnh Translantional Joint Hình 3.27 Thao tác lệnh Translantional Joint Motion Hình 3.28 Quá trình lựa chọn khảo sát thông số động học khâu cuối Robot Hình 3.29 Các kết từ chương trình (a, b, c, d, e, f, g, h, i) Hình 3.30 Thủ tục chia lưới cho chi tiết ADAMS Hình 3.31 Thủ tục nhập liệu chia lưới có chi tiết Hình 3.32 Kết trình mô ĐLH Robot Harmo Luận văn Thạc sỹ khoa học MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Việc nghiên cứu động học động lực học Robot lĩnh vực quan tâm sở sản xuất, nhà khoa học, trường học đại học, cao đẳng… Vì nắm được quy luật động học động lực học giúp cho trình thiết kế động trình lập trình điều khiển chu trình làm việc Robot hiệu Kết toán quan trọng thiết kế sử dụng Robot nâng cao độ cứng vững, độ xác, độ linh hoạt Việc nghiên cứu toán liên quan đến động học động lực học Robot toán có ý nghĩa thực tiễn cao, làm sở cho việc nghiên cứu chế tạo loại Robot Đặc biệt Robot dùng công nghiệp có cấu trúc đơn giản, điều khiển dễ dàng lại hoạt động hiệu có tính thích ứng cao dây truyền sản xuất Dựa thiết bị có sẵn phòng thí nghiệm Robot công nghiệp thuộc Bộ môn Máy Ma sát học, Viện khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đơn vị công tác tác giả Vậy nên tác giả chọn đề tài “Tính toán động lực học kết cấu Robot Harmo” Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 2.1 Đối tượng nghiên cứu Robot công nghiệp Harmo UE 700W-2R đặt phòng thí nghiệm Robot Công nghiệp, Bộ môn Máy Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2.2 Phạm vi đề tài Trong đề tài tác giả đề xuất hướng tính toán khác cho động học động lực học Robot Đó phương pháp dựa phần tử hữu hạn để đánh giá, kết xuất, mô kết thông qua hỗ trợ phần mềm CATIA, ADAMS… Để đánh giá tính hiệu phương pháp, tác giả đề xuất tính toán giải toán động học động lực học cho Robot Harmo UE 700W-2R đặt Luận văn Thạc sỹ khoa học phòng thí nghiệm Robot công nghiệp, thuộc Bộ môn Máy Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mục tiêu đề tài Việc tính toán động học động lực học cấu tay máy cần thiết để chọn công suất động cơ, kiểm tra độ bền, độ cứng vững, đảm bảo độ tin cậy robot Mục tiêu phát triển hệ Robot có cấu hình tương đồng với robot Harmo, tính toán khả chất tải khâu chấp hành dụng cụ khảo sát độ xác động lực học điều khiển Nghiên cứu yếu tố động học thiết lập mô hình hóa, mô phỏng, xác định toán động học thuận - ngược, xác định miền không gian làm việc robot Làm sở cho việc xây dựng trình lập trình offline robot Nghiên cứu ứng xử động lực học kết cấu: Vận tốc, gia tốc khâu mômen, lực tác dụng lên kết cấu trình chuyển động robot tính đến đặc tính động lực học Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Hệ thống phương pháp nghiên cứu động học động lực học Robot sở nghiên cứu đối chứng làm bật ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn Ý nghĩa thực tiễn: Thực khảo sát ứng xử động học động lực học kết cấu Robot Harmo phòng thí nghiệm Robot công nghiệp, Bộ môn Máy Ma sát học, nhằm mục đích khai thác có hiệu khả làm việc Robot vùng tải trọng khác Phương pháp nghiên cứu sở tài liệu Luận văn nghiên cứu sở: - Phân tích nghiên cứu nước vấn đề động học động lực học cho Robot - Nghiên cứu phân tích động học kết cấu cho Robot phòng thí nghiệm - Xây dựng mô hình mô phân tích phần tử hữu hạn đối tượng nghiên cứu với hỗ trợ phần mềm CATIA, ADAMS MATLAB Luận văn Thạc sỹ khoa học Cấu trúc luận văn Luận văn gồm có ba phần: phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận Trong phần nội dung gồm ba chương Toàn luận văn trình bày 90 trang, với 43 sơ đồ hình vẽ Trong trình xây dựng đề tài luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận quan tâm góp ý tất thầy, cô giáo đồng nghiệp để sau có điều kiện nghiên cứu sâu tác giả giải tốt hoàn thiện Đề tài hoàn thành Bộ môn Máy Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn khoa học TS Lê Giang Nam Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Lê Giang Nam cung cấp tài liệu hướng dẫn phương pháp nghiên cứu trình thực đề tài Tác giả chân thành cám ơn giúp đỡ tạo điều kiện thầy cô đồng nghiệp Bộ môn Máy Ma sát học,Viện Cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 10 Luận văn Thạc sỹ khoa học Hình 3.30: Thủ tục chia lưới cho chi tiết Đối với chi tiết Flexible: Do lần đầu tạo flex mặc định ADAMS View tạo file tênchitiettren_ADAMSView.mnf thư mục chứa file Robot (file.bin) Ta chọn chi tiết cần tao flex thay chọn Create New mà ta chọn Import MNF Browse tới file.mnf tương ứng Hình 3.31: Thủ tục nhập liệu chia lưới có chi tiết 77 Luận văn Thạc sỹ khoa học Sau chọn thông số ảnh hưởng tới chi tiết như: mômen, lực tác dụng… Tiến hành mô cách chọn Simulation, chọn thời gian (End Time) bước (steps) Qua phần mềm ADAMS View tác giả liên kết, mô thành công Robot bậc tự (3 chuyển động tịnh tiến X, Y, Z chuyển động quay A) Thông qua phổ màu ứng suất ta thấy kết cấu đủ bền Đây sở giúp cho việc tối ưu hóa kết cấu máy Các trạng thái ứng suất trình mô trình bầy 78 Luận văn Thạc sỹ khoa học KẾT QUẢ CHẠY MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT HARMO TRÊN ADAMS Quá trình chạy mô động lực học xét trường hợp Robot Harmo bắt đầu trạng thái ban đầu tay máy, tiến hành chạy đồng thời khớp tịnh tiến theo phương X phương Z, khoảng thời gian 1s, với 50 bước lấy mẫu (kết quả) Trạng thái Robot thời điểm t=0,02s Trạng thái Robot thời điểm t=0,06s Trạng thái Robot thời điểm t=0,12s Trạng thái Robot thời điểm t=0,16s Trạng thái Robot thời điểm t=0,22s Trạng thái Robot thời điểm t=0,26s 79 Luận văn Thạc sỹ khoa học Trạng thái Robot thời điểm t=0,32s Trạng thái Robot thời điểm t=0,36s Trạng thái Robot thời điểm t=0,42s Trạng thái Robot thời điểm t=0,46s Trạng thái Robot thời điểm t=0,52s Trạng thái Robot thời điểm t=0,56s Trạng thái Robot thời điểm t=0,62s Trạng thái Robot thời điểm t=0,66s 80 Luận văn Thạc sỹ khoa học Trạng thái Robot thời điểm t=0,72s Trạng thái Robot thời điểm t=0,76s Trạng thái Robot thời điểm t=0,82s Trạng thái Robot thời điểm t=0,86s Trạng thái Robot thời điểm t=0,92s Trạng thái Robot thời điểm t=0,96s Trạng thái Robot thời điểm t=0,98s Trạng thái Robot thời điểm t=1s Hình 3.32: Kết mô động lực học Robot Harmo 81 Luận văn Thạc sỹ khoa học Dưới tác động tải trọng qui đổi thành lực tập trung đặt lên thân Robot, với vận tốc, gia tốc chuyển động ứng suất khâu theo phân bố biểu đồ mầu hình 3.32 cho biết vị trí tập trung ứng suất cần phải quan tâm thiết kế để đảm bảo độ cứng vững độ xác Chuyển vị ứng suất khâu nằm giới hạn cho phép, nhiên xuất vùng có ứng suất tập trung lớn cần phải quan tâm tính toán Do khối lượng tính toán lớn, khả hạn chế thiết bị tính toán nên việc xem xét giá trị theo thời gian chưa thực Đây đề xuất cho nghiên cứu cải thiện mô hình tính để việc khảo sát thông số chuyển vị, ứng suất, vận tốc, gia tốc toán động học động lực học theo thời gian thực hiệu 3.5 Kết luận Chương trình bầy tính toán động học thuận ngược cho Robot Harmo sở phương pháp giải tích với ứng dụng MATLAB phân tích sở phương pháp phần tử hữu hạn có ứng dụng CATIA ADAMS Kết tính toán khảo sát cho thấy ba giải pháp cho kết tương đồng vấn đề động học Robot Harmo Trên sở mô hình hóa hình học trực tiếp đối tượng nghiên cứu cho phép khảo sát cách trực quan Với hỗ trợ hệ thống tính toán lớn cho phép đưa lời giải nhanh, xử lý toán có độ phức tạp cao Kết trình mô kết xuất nhiều dạng liệu, phù hợp với yêu cầu thiết kế tính toán Nội dung nghiên cứu đề xuất quy trình tính toán động lực học kết cấu Robot Harmo sở phương pháp PTHH với ứng dụng ADAMS 82 Luận văn Thạc sỹ khoa học KẾT LUẬN Để thiết kế chế tạo Robot phục vụ cho việc đẩy mạnh công nghiệp hóa đại hóa công nghiệp việc nghiên cứu động học, động lực học điều khiển Robot công việc cần thiết quan trọng Trong luận văn mình, tác giả nghiên cứu toán động học, động lực học cho Robot công nghiệp Các kết tính toán phân tích trình bầy cụ thể phần cụ thể luận văn Có thể tóm tắt lại số kết mà đạt sau: - Khảo sát toàn lý thuyết động học động lực học Robot - Phân tích khảo sát động học sở phương pháp giải tích có ứng dụng MATLAB làm sở đối chứng với phương pháp khác - Trên cở sở phương pháp hình học số, tác giả tiến hành mô hình hóa kết cấu Robot Harmo đặt phòng thí nghiệm Robot công nghiệp, thuộc Bộ môn Máy Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội làm sở cho giải pháp lập trình Offline từ tiến hành xây dựng mô hình tính toán theo phương pháp PTHH - Thực tính toán khảo sát động lực học kết cấu Robot Harmo với ứng dụng phần tử hữu hạn ADAMS - Quy trình sử dụng luận văn cho kết tính toán nhanh, khảo sát nhiều giá trị Cho phép xem xét ứng xử mặt kết cấu Robot cách trực quan thông qua ứng suất, chuyển vị Tác giả đề xuất quy trình sử dụng luận văn nên xem xét phương pháp khảo sát động lực học kết cấu, đặc biệt Robot 83 Luận văn Thạc sỹ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạ Duy Liêm (2006), Robot hệ thống công nghệ Robot hóa, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Thiện Phúc (2004), Robot công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Đăng Phước (2007), Robot công nghiệp, NXB Xây dựng, Hà Nội Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm (2002), Nhập môn Robot công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Quang Vinh, Nguyễn Đăng Bình, Phạm Thành Long (2008), Robot công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đào Văn Hiệp (2004), Kỹ thuật Robot, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội J J Craig (2005), Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Pearson Prentice Hall, New Jersey R.K Mittal, I.J Nagrath (2003) Robotics and Control, Tata Mcgraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi S.B Niku (2000) Introduction to Robotics Analysis, Systems, Appliacation, Prentice Hall, Inc 10 R.H Murray, Zexiang Li, S.S Sastry, A Makenratical (1994) Introduction to Robotic Manipulation, CRS Press, Boca Rator 11 Nguyễn Văn Khang (2007), Động lực học hệ nhiều vật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Lại Khắc Lãi, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm (2002), Ứng dụng Matlab tính toán kỹ thuật, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh 84 Luận văn Thạc sỹ khoa học PHỤ LỤC: Chương trình tính toán động học Robot Harmo MATLAB I.1 Chương trình function varargout = HARMO(varargin) % HARMO MATLAB code for HARMO.fig % HARMO, by itself, creates a new HARMO or raises the existing % singleton* % % H = HARMO returns the handle to a new HARMO or the handle to % the existing singleton* % % HARMO('CALLBACK',hObject,eventData,handles, ) calls the local % function named CALLBACK in HARMO.M with the given input arguments % % HARMO('Property','Value', ) creates a new HARMO or raises the % existing singleton* Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before HARMO_OpeningFcn gets called An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop All inputs are passed to HARMO_OpeningFcn via varargin % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)" % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help HARMO % Last Modified by GUIDE v2.5 21-Dec-2013 00:25:44 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @HARMO_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @HARMO_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % Choose default command line output for HARMO 85 Luận văn Thạc sỹ khoa học handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes HARMO wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % - Executes on button press in button_dht function button_dht_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to button_dht (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) set(handles.button_dhn,'BackgroundColor','white'); set(handles.button_dht,'BackgroundColor','green'); set(handles.button_dhn,'ForegroundColor','blue'); set(handles.button_dht,'ForegroundColor','red'); DHT_HARMO; % - Executes on button press in button_dhn function button_dhn_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to button_dhn (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) set(handles.button_dht,'BackgroundColor','white'); set(handles.button_dhn,'BackgroundColor','green'); set(handles.button_dht,'ForegroundColor','blue'); set(handles.button_dhn,'ForegroundColor','red'); DHN_HARMO; % -function File_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to File (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -function Close_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Close (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) close 86 Luận văn Thạc sỹ khoa học I.2 Chương trình tính toán động học thuận clc syms q1q2q3q4d1a5datAlphathetakq syms CxCyCzxtytzt q=[q1;q2;q3;q4]; k=[xt;yt;zt;Cx;Cy;Cz]; %% disp(' Cac ma tran DH') A=[cos(theta) -cos(Alpha)*sin(theta) sin(Alpha)*sin(theta) a*cos(theta); sin(theta) cos(Alpha)*cos(theta) -sin(Alpha)*cos(theta) a*sin(theta); sin(Alpha) cos(Alpha) d; 0 1] A_01=subs(A,{theta, A_12=subs(A,{theta, A_23=subs(A,{theta, A_34=subs(A,{theta, A_45=subs(A,{theta, d, d, d, d, d, Alpha, Alpha, Alpha, Alpha, Alpha, a},{pi/2, d1, pi/2, 0}) a},{-pi/2, q1, pi/2, 0}) a},{pi/2, q2, pi/2, 0}) a},{pi/2, q3, pi/2, 0}) a},{q4, 0, 0, a5}) %% % Tinh cac ma tran truyen disp(' Ma tran truyen T5') T_01=A_01; T_02=A_01*A_12; T_03=T_02*A_23; T_04=T_03*A_34; T_05=T_04*A_45 % Toa khau thao tac disp(' Toa khau cuoi') r=subs(T_05(1:3,4),{d1, a5},{1400,100}) %% Cac bien khop qt=[800+300*sin(pi/5*t);400+200*cos(pi/10*t);500+100*sin(pi/2.5*t);pi/2]; t1=0:0.1:20; Q1=subs(qt(1),t,t1); Q2=subs(qt(2),t,t1); Q3=subs(qt(3),t,t1); Q4=subs(qt(4),t,t1); %% Bai toan vi tri re=subs(r,{q1,q2,q3,q4},{qt(1),qt(2),qt(3),qt(4)}); xe=subs(re(1),t,t1); ye=subs(re(2),t,t1); ze=subs(re(3),t,t1); %% Bai toan van toc v=diff(re,t); vx=subs(v(1),t,t1); vy=subs(v(2),t,t1); vz=subs(v(3),t,t1); %% Bai toan gia toc 87 Luận văn Thạc sỹ khoa học a=diff(v,t); ax=subs(a(1),t,t1); ay=subs(a(2),t,t1); az=subs(a(3),t,t1); %% Ve thi % Do thi cac bien khop plot(handles.axes1,t1,Q1,t1,Q2,t1,Q3,t1,Q4) xlabel(handles.axes1,'t(s)'),ylabel(handles.axes1,'(mm)') title(handles.axes1,'Cac bien khop') legend(handles.axes1,'q1','q2','q3','q4', 'Location','NorthEastOutside') axis(handles.axes1,[0 20 1200]) % Do thi quy dao khau thao tac plot3(handles.axes2,xe,ye,ze) xlabel(handles.axes2,'x(mm)'),ylabel(handles.axes2,'y(mm)'),zlabel(handle s.axes2,'z(mm)') title(handles.axes2,'Quy dao khau thao tac') legend(handles.axes2,'Quy dao', 'Location','NorthEastOutside') axis(handles.axes2,[300 1300 -700 -100 600 1000]) % Do thi van toc plot(handles.axes3,t1,vx,t1,vy,t1,vz) xlabel(handles.axes3,'t(s)'),ylabel(handles.axes3,'v(mm/s)') title(handles.axes3,'Bai toan van toc') legend(handles.axes3,'vx','vy','vz', 'Location','NorthEastOutside') % Do thi van toc plot(handles.axes4,t1,ax,t1,ay,t1,az) xlabel(handles.axes4,'t(s)'),ylabel(handles.axes4,'a(mm/s2)') title(handles.axes4,'Bai toan gia toc') legend(handles.axes4,'ax','ay','az', 'Location','NorthEastOutside') 88 Luận văn Thạc sỹ khoa học I.3 Chương trình tính động học ngược syms q1q2q3q4d1a5datAlphathetakq syms CxCyCzxtytzt q=[q1;q2;q3;q4]; k=[xt;yt;zt;Cx;Cy;Cz]; % Khai bao ma tran D-H disp(' Cac ma tran DH') A=[cos(theta) -cos(Alpha)*sin(theta) sin(Alpha)*sin(theta) a*cos(theta); sin(theta) cos(Alpha)*cos(theta) -sin(Alpha)*cos(theta) a*sin(theta); sin(Alpha) cos(Alpha) d; 0 1] A_01=subs(A,{theta, A_12=subs(A,{theta, A_23=subs(A,{theta, A_34=subs(A,{theta, A_45=subs(A,{theta, d, d, d, d, d, Alpha, Alpha, Alpha, Alpha, Alpha, a},{pi/2, d1, pi/2, 0}) a},{-pi/2, q1, pi/2, 0}) a},{pi/2, q2, pi/2, 0}) a},{pi/2, q3, pi/2, 0}) a},{q4, 0, 0, a5}) %% % Tinh cac ma tran truyen disp(' Ma tran truyen T5') T_01=A_01; T_02=A_01*A_12; T_03=T_02*A_23; T_04=T_03*A_34; T_05=T_04*A_45 %% Ma tran trang thai khau thao tac theo toa thao tac % (Xay dung tu ma tran Cardan) CD=[cos(Cy)*cos(Cz),-cos(Cy)*sin(Cz),sin(Cy),xt; sin(Cx)*sin(Cy)*cos(Cz)+cos(Cx)*sin(Cz), -sin(Cx)*sin(Cy)*sin(Cz)+cos(Cx)*cos(Cz),-sin(Cx)*cos(Cy),yt; -cos(Cx)*sin(Cy)*cos(Cz)+sin(Cx)*sin(Cz), cos(Cx)*sin(Cy)*sin(Cz)+sin(Cx)*cos(Cz),cos(Cx)*cos(Cy),zt; 0,0,0,1]; %% Xay dung phuong trinh dong hoc toa khau thao tac f1=subs(T_05(1,4)-CD(1,4),{d1, a5},{1400,100}); f2=subs(T_05(2,4)-CD(2,4),{d1, a5},{1400,100}); f3=subs(T_05(3,4)-CD(3,4),{d1, a5},{1400,100}); f=[f1;f2;f3;]; %% xtime=800+cos(pi/6)*200*sin(pi/15*t)*cos(pi/3*t); ytime=-(400+200*cos(pi/15*t)*cos(pi/3*t)); % Ve canh hoa canh tren mat phang nghieng 30 ztime=800+sin(pi/6)*200*sin(pi/15*t)*cos(pi/3*t); Q4_t=pi/2; t1=0:0.1:20; 89 % % pt xac dinh vi tri % Luận văn Thạc sỹ khoa học %% Bai toan vi tri, toa khau khop Q1_t=subs(solve(f1,q1),{xt,q4},{xtime,Q4_t}); Q2_t=subs(solve(f2,q2),{yt,q4},{ytime,Q4_t}); Q3_t=subs(solve(f3,q3),{zt,q4},{ztime,Q4_t}); Q1=subs(Q1_t,t,t1); Q2=subs(Q2_t,t,t1); Q3=subs(Q3_t,t,t1); Q4=subs(Q4_t,t,t1); X=subs(xtime,t,t1); Y=subs(ytime,t,t1); Z=subs(ztime,t,t1); %% Van toc tuong doi dq1_t=diff(Q1_t,t); dq2_t=diff(Q2_t,t); dq3_t=diff(Q3_t,t); dq1=subs(dq1_t,t,t1); dq2=subs(dq2_t,t,t1); dq3=subs(dq3_t,t,t1); %% Gia toc tuong doi ddq1_t=diff(dq1_t); ddq2_t=diff(dq2_t); ddq3_t=diff(dq3_t); ddq1=subs(ddq1_t,t,t1); ddq2=subs(ddq2_t,t,t1); ddq3=subs(ddq3_t,t,t1); %% Ve thi % Do thi quy dao can ve plot3(handles.axes1,X,Y,Z) xlabel(handles.axes1,'x(mm)'),ylabel(handles.axes1,'y(mm)'),zlabel(handle s.axes1,'z(mm)') title(handles.axes1,'Quy dao yeu cau') legend(handles.axes1,'Quy dao', 'Location','NorthEastOutside') axis(handles.axes1,[500 1100 -700 -100 600 1000]) % Do thi cac bien khop q plot(handles.axes2,t1,Q1,t1,Q2,t1,Q3,t1,Q4) xlabel(handles.axes2,'t(s)'),ylabel(handles.axes2,'q(mm)') title(handles.axes2,'Cac bien khop') legend(handles.axes2,'q1','q2','q3','q4', 'Location','NorthEastOutside') axis(handles.axes2,[0 20 1000]) % Do thi van toc tuong doi plot(handles.axes3,t1,dq1,t1,dq2,t1,dq3) xlabel(handles.axes3,'t(s)'),ylabel(handles.axes3,'v(mm/s)') title(handles.axes3,'Van toc tuong doi cac khau') legend(handles.axes3,'vx','vy','vz', 'Location','NorthEastOutside') 90 Luận văn Thạc sỹ khoa học axis(handles.axes3,[0 20 -250 250]) % Do thi gia toc plot(handles.axes4,t1,ddq1,t1,ddq2,t1,ddq3) xlabel(handles.axes4,'t(s)'),ylabel(handles.axes4,'a(mm/s2)') title(handles.axes4,'Gia toc tuong doi cac khau') legend(handles.axes4,'ax','ay','az', 'Location','NorthEastOutside') 91 ... PHÁP LUẬN TRONG TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 2.1 Giải toán động học Robot Bài toán động học chia làm nhóm nhóm toán động học thuận nhóm toán động học ngược Nhóm toán động học thuận có... trình offline robot Nghiên cứu ứng xử động lực học kết cấu: Vận tốc, gia tốc khâu mômen, lực tác dụng lên kết cấu trình chuyển động robot tính đến đặc tính động lực học Ý nghĩa khoa học thực tiễn... phương pháp có tính tổng quát cho toán động học động lực học Robot vấn đề quan tâm 1.5 Nội dung đối tượng nghiên cứu 1.5.1 Nghiên cứu động học động lực học Robot Mặc dù Robot Robot công nghiệp