luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Quá trình phát triển mặt người ln gắn liền với q trình phát triển khoa học công nghệ Sự phát triển khoa học cơng nghệ đòn bẩy giúp cho quốc gia phát triển tồn điện mạnh mẽ.Song song với q trình phát triển u cầu ngày cao cơng việc độ xác, tin cậy, khả làm việc môi trường khắc nghiệt cường độ cao thời gian dài Robot đời giải pháp vô hiệu để thực thi cácnhu cầu cấp thiếtđó người.Qua thời gian, kỹ thuật Robot phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia, nhiều lĩnh vực ứng dụng sống hứa hẹn ngành kỹ thuật đầu tương lai Tự động hóa kỹ thuật Robot hai lĩnh vực có liên quan mật thiết đến Về phương diện công nghiệp, tự động hóa cơng nghệ liên kết với sử dụng hệ thống khí, điện tử hệ thống máy tính vận hành điều khiển trình sản xuất Tuy nhiên việcđiều khiển xác cánh tay robot đểđảm bảo cho trình sản xuất xác khơng hềđơn giản chút Với kiến thứcđã học, tác giả mong muốn kiểm chứng vàđưa vào thực tiễn đểđiều khiển robot Do đó, tác giảđã chọn đề tài“Nghiên cứu xây dựng mơ hình vật lý hệ điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do”.Đề tài sau hồn thành làm mơ hình cho sinh viên thực tập mơn điều khiển robot nghiên cứu quỹđạo chuyển động robot khơng gian Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu khái qt robot cơng nghiệp, q trình hình thành phát triển, phương pháp điều khiển sử dụng Từđó tiến hành nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển vị trí theo quỹ đạo mong muốn xây dựng mơ hình vật lý cánh tay Robot hai bậc tự Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 - Đối tượng nghiên cứu đề tài cánh tay robot bậc tự Nghiên cứu phương pháp điều khiển robot cách thứcđiều khiển cánh tay Robot hai bậc tự từ máy tính - Phạm vi nghiên cứu thực sở lý luận, thiết kế xây dựng điều khiển, mô lý thuyết điều khiển xây dựng phần mềm Matlab Simulink Sau xây dựng mơ hình cánh tay robot bậc tự xây dựng mơ hình điều khiển cho đối tượng thực Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết robot vấn đề liên quan, đặc biệt phương pháp điều khiển Sau xây dựng mơ hình mơ bộđiều khiển tiến hành mơ Cuối tiến hành xây dựng mơ hình vật lý cánh tay robot hai bậc tự với hệđiều khiển cho đối tượng thực Ý nghĩa khoa học thực tiễn a Ý nghĩa khoa học đề tài - Luận văn mang tính chất nghiên cứu, vận dụng lý thuyết khoa học vào thực tế Từđó khẳngđịnh tính đắn lý thuyếtđiều khiển b Ý nghĩa thực tiễn đề tài Từ kết nghiên cứu có củaluận văn, ta ứng dụng vàphát triển nâng cao kết vào việcđiều khiển cácRobot nhiều bậc tự công nghiệp Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀCÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ROBOT 1.1 Giới thiệu chung robot cơng nghiệp 1.1.1 Sơ lược q trình phát triển robot công nghiệp Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa cơng việc tạpdịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch này, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cơcấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảngcáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot).Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot cơng nghiệp) cho loại thiếtbị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực sốthao tác sản xuất Về mặt kỹ thuật, robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹthuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điềukhiển số (NC – Numerically Controlled machine tool) Dưới điểm qua số thời điểm lịch sử phát triển người máy côngnghiệp Một robot công nghiệp chế tạo làrobot Versatran côngty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian Mỹ xuất loại robot Unimate -1900 đượcdùng kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh -1967, Thuỵ Điển Nhật -1968 theo quyền Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp – 1972; ý – 1973… Tính làm việc robot ngày nâng cao, khả nhận biết xử lý Năm 1967 trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) chế tạo mẫu Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 robot hoạt độngtheo mơ hình “mắt-tay”, có khả nhận biết định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờcác cảm biến Năm 1974 Cơng ty Mỹ Cincinnati đưa loại robot điều khiển máy vitính, gọi robot T3 (The Tomorrow Tool: Cơng cụ tương lai) Robot nâng vật có khối lượng đến 40 Kg Có thể nói, Robot tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từxa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình sốcũng kỹ thuật chế tạo cảm biến, cơng nghệ lập trình phát triển trí khơnnhân tạo, hệ chun gia… Trong năm sau này, việc nâng cao tính hoạt động robot không ngừngphát triển Các robot trang bị thêm loại cảm biến khác để nhận biết môi trườngchung quanh, với thành tựu to lớn lĩnh vực Tin học – Điện tử tạo cácthế hệ robot với nhiều tính đăc biệt, số lượng robot ngày gia tăng, giá thành ngày giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuấthiện đại Mỹ nước phát minh robot, nước phát triển cao lĩnh vựcnghiên cứu chế tạo sử dụng robot lại Nhật 1.1.2 Ứng dụng robot công nghiệp sản xuất Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độthay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu quảsản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyềncơng nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồngthời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớncủa robot như: làm việc mệt mỏi, dễ dàng chuyển nghề cách thành thạo, chịu phóng xạ mơi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao,”cảm thấy” từ trường và”nghe” siêu Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 âm…Robot dùng thay người trường hợptrên thực công việc không nặng nhọc đơn điệu, dễ gây mệt mỏi, nhầmlẫn Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắtkim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm… Ngày xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm máy CNC vớiRobot cơng nghiệp, dây chuyền đạt mức tự động hoá cao, mức độ linh hoạt cao…ởđây máy robot điều khiển hệ thống chương trình Ngồi phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot sử dụng việc khai thácthềm lục địa đại dương, y học, sử dụng quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, lĩnh vực xã hội… Rõ ràng khả làm việc robot số điều kiện vượt khả củacon người; phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao suất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn củarobot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có robot bị hỏng cóthể làm ngừng hoạt động dây chuyền, robot hoạt động giám sát người 1.1.3 Cấu trúc robot công nghiệp a Các thành phần robot cơng nghiệp Một robot cơng nghiệp thường bao gồm thành phần như: cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, cảm biến, điều khiển, thiết bịdạy học, máy tính phần mềm lập trình nên coi thành phần hệthống robot Mối quan hệ thành phần robot hình 1.3 [5] Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Hình 1.1: Các thành phần hệ thống robot Cánh tay robot (tay máy) kết cấu khí gồm khâu liên kết với cáckhớp động để tạo nên chuyển động robot Nguồn động lực động điện (một chiều động bước), hệ thống xylanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động Dụng cụ thao tác gắn khâu cuối robot, dụng cụ robot có nhiềukiểu khác như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng công cụ làm việc mỏhàn, đá mài, đầu phun sơn Thiết bị dạy-học (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot thao tác cần thiết theoyêu cầu trình làm việc, sau robot tự lặp lại động tác dạy để làm việc(phương pháp lập trình kiểu dạy học) Các phần mềm để lập trình chương trình điều khiển robot cài đặt máytính, dùng điều khiển robot thông qua điều khiển (Controller) Bộ điều khiển gọilà Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), thường kết nối với máy tính Một mođunđiều khiển có cổng Vào - Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái thân, xác định vị trí đối tượnglàm việc dò tìm khác; điều khiển băng tải cấu cấp phôi hoạt động phốihợp với robot Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 b Kết cấu tay máy Tay máy thành phần quan trọng, định khả làm việccủa robot Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tayngười; nhiên ngày nay, tay máy thiết kế đa dạng, nhiều cánh tay robot có hìnhdáng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâmđến thông số hình - động học, thơng số liên quan đến khả làm việc củarobot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự (thể khéo léo linh hoạt củarobot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp Các khâu robot thường thực hai chuyển động bản:  Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z không gian Descarde, thơng thườngtạo nên hình khối, chuyển động thường ký hiệu T (Translation) hoặcP (Prismatic)  Chuyển động quay quanh trục x, y, z ký hiệu R (Roatation).Tuỳ thuộc vào số khâu tổ hợp chuyển động (R T) mà tay máy có kếtcấu khác với vùng làm việc khác Các kết cấu thường gặp Robot robotkiểu toạ độ Đề các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ góc (phỏng sinh) 1.2 Các phƣơng pháp điều khiển robot kinh điển 1.2.1 Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE: Propotional Error) Nhiệm vụ quan trọng việc điều khiển robot bảo đảm chođiểm tác động cuối E (End-effector) tay máy dịch chuyển bám theo quỹđạo định trước Không thế, hệ toạ độ gắn khâu chấp hành cuối cònphải đảm bảo hướng q trình di chuyển Giải tốn ngược phương trìnhđộng học ta giải mặt động học yêu cầu Đó nội dungcơ để xây dựng chương trình điều khiển vị trí cho robot Tuy nhiên việc giải toán chưa xét tới điều kiện thực tế robot làm việc, tác động momen lực, ma sát…Tuỳ theo yêu cầu nâng cao chất Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 lượng điều khiển mà ta cần tính đến ảnh hưởng cácyếu tố trên, theo đó, phương pháp điều khiển trở nên đa dạng phongphú Nguyên tắc phương pháp dễ hiểu; làm cho hệthống thay đổi theo chiều hướng có sai lệch nhỏ Hàm sai lệch ε =θd–θ(t), θdlà góc quay mong muốn θ(t) giá trị quay thực tế biếnkhớp, ta gọi θd “góc đặt” Khi ε = khớp đạt vị trí mong muốn.Nếu ε < 0, khớp di chuyển mức cần chuyển động ngược lại Như vậy, kiểu điều khiển chuyển động ln có chiều hướng làm cho sai lệch εxấp xỉ zero Bên cạnh đó, cần quan tâm đến phần độ lớn, nghĩa là, cần biết”làm cho động chuyển động cách nào?” mà cần biết”cần cung cấp cho động lượng (mômen động) bao nhiêu?” Để trả lời câu hỏi lần nữa, dùng tín hiệu sai số ε = θd– θ Chúng ta áp dụng tín hiệu điều khiển mà tỉ lệ với ε: [5, tr.103-105] F = Kp(θd– θ(t)) (1.2) Qui luật xác định hệ điều khiển phản hồi gọi hệ điềukhiển tỉ lệ sai lệch 1.2.2 Điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD: Propotional Derivative) Phương pháp điểu khiển tỉ lệ sai lệch nhiều nhược điểm như: Hệ daođộng lớn ma sát nhỏ (tình trạng vượt quá) trạng thái tĩnh, ε → thìmomen gần khơng, nên khơng giữ vị trí tác dụng tải Để khắc phục điều trên, chọn phương pháp điều khiển tỉ lệ - đạohàm (PD), với lực tổng quát: F = Kp ε + Kd𝜃(t) Trong đó: (1.3) ε – sai số vị trí khớp động ε = θd– θ(t) 𝜃(t)– Thành phần đạo hàm – vận tốc góc Ke – Hệ số tỉ lệ sai lệch vị trí Kd – Hệ số tỉ lệ vận tốc Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 1.2.3 Điều khiển tỉ lệ - tích phân – đạo hàm(PID: Propotional Integral Derivative) Hệ thống với cấu trúc luật điều khiển PD số nhược điểm, khơng phù hợp với số loại robot Một hệ thống điều khiển khác có bổ sungthêm tín hiệu tốc độ đặtθd sai lệch tốc độ ε = θd–θ(t)tác động vào khâukhuyếch đại Kd Phương trình lực tác động lên khớp động có dạng: [5] F = Ke ε + Kdε + Ki 𝑡 ε(t) dt (1.4) Với ε– sai số tốc độ ε= θd–θ(t) Như vậy, tuỳ theo cấu trúc lựa chọn điều khiển, ta đem đốichiếu phương trình(1.2), (1.3) (1.4) với phương trình Lagrange – Euler, Từ nhận phương trình hệ điều khiển tương ứng Từ phươngtrình hệ điều khiển, cần xác định hệ số tỉ lệ Ke, Kd, Ki để hệ hoạtđộng ổn định 1.3Điều khiển mờ 1.3.1 Định nghĩa tập mờ Tập mờ phần mở rộng tập hợp kinh điển.Tập mờ mô tả khái niệm mơ hồ, chưa xác định giá trị xác Mỗi phần tửcơ x tập mờ gán thêm giá trị thực (x) thuộc đoạn [0, 1] để độ phụ thuộc phần tử vào tập cho Khi độ phụ thuộc phần tử hồn tồn khơng thc tập mờ chọn ngược lại với độ phụ thuộc 1, phần tửcơ thuộc tập hợp với xác suất 100% Như vậy, tập mờ tập cặp (x, (x)) Tập kinh điển X phần tử x gọi tập tập mờ Cho x chạy khắp tập hợp X ta có hàm (x) có giá trị số đoạn [0, 1], tức là: F: X  [0, 1] Ánh xạ F gọi hàm liên thuộc hay hàm phụ thuộc tập mờ F Hàm liên thuộc đường cong xác định giá trị F biến thiên đoạn [0, 1].Vì hàm thuộc đặc trưng cho tập mờ nên dùng hàm thuộc (x) đặc trưng cho tập mờ Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95 Khi xây dựng điều khiển mờ dạng (x) người điều khiển tự định đoạt theo kinh nghiệm điều khiển Về nguyên tắc sử dụng hàm thuộc đoạn [0, 1] để làm hàm thuộc Chẳng hạn hàm trapmf, gbellmf, gaussmf, gauss2mf, pimf, dsigmf, psigmf… Tuy nhiên, thực sử dụng ba dạng hàm phổ biến sau: Hàm Singleton (Hàm Kroneecker), Hàm trimf (Hàm hình tam giác), Hàm trampf (Hàm hình thang) [4, tr.15-18] - Hàm Singleton (Hàm Kroneecker) - Hàm trimf (Hàm hình tam giác) - Hàm trampf (Hàm hình thang) Ta sử dụng dạng hàm (x) sẵn có tạo dạng hàm liên thuộc cho trình điều khiển tối ưu Tuy nhiên điều khiển mục đích sử dụng hàm liên thuộc cho khả tích hợp chúng đơn giản Việc (x) có giá trị số đoạn [0, 1] điều khác biệt tập kinh điển so với tập mờ 10 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 64 of 95 Hình 3.16: Đáp ứng góc θ1 so với tín hiệu đặt m2= m1 thay đổi ; Hình 3.17: Đáp ứng góc θ1 so với tín hiệu đặt m1= m2 thay đổi ; 64 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 65 of 95 Hình 3.18: Đáp ứng góc θ2 so với tín hiệu đặt m2= m1 thay đổi ; Hình 3.19: Đáp ứng góc θ2 so với tín hiệu đặt m1= m2 thay đổi ;  Nhận xét: Khối lượng khớp cánh tay Robot thường không thay đổi Tuynhiên vài trường hợp đặc biệt, khối lượng thay đổi (sửa chữa, thay mới, nâng cấp…) Khối lượng cánh tay thay đổi dẫn đến thay đổi chất lượng điều khiển khớp, kết nối liên động ảnh hưởng đến khớp quay khác Do q trình thiết kế, xây dựng điều khiển cần lưu ý đến độ xác khối 65 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 66 of 95 lượng Đồng thời khẳng định với cánh tay máy khác nhau, việc tinh chỉnh lựa chọn hệ số K1, K2, KU khác d Thay đổi tải ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển Hình 3.20: Đáp ứng góc θ1 so với tín hiệu đặt m3 = 0.1; m3 = ; m3 = 1.5 66 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 67 of 95 Hình 3.21:Đáp ứng góc θ2 so với tín hiệu đặt m3 = 0.1; m3 = ; m3 = 1.5; m3 =  Nhận xét: Khối lượng tải trọng cánh tay Robot yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điều khiển Với kết mô khối lượng tải thay đổi ta nhận thấy: Khi tải nhỏ, thay đổi khối lượng tải thường ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển (m = 0.1, m= 1: tăng tải gấp 10 lần) chất lượng điều khiển tốt bị ảnh hưởng Khi tải lớn thay đổi khối lượng dẫn đến ảnh hưởng chất lượng điều khiển không tốt Khi cần lựa chọn hệ số tinh chỉnh K1, K2, KU phù hợp với ngưỡng tải cho phép Với kết mô ta nhận thấy ưu điểm điều khiển xây dựng phạm vi thay đổi tải rộng mà khơng làm ảnh hưởng đến độ xác hệ thống (gấp 10 lần) 3.2 Xây dựng mơ hình vật lý cánh tay robot bậc tự 67 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 68 of 95 3.2.1 Thiết kế kết cấu khí Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, tác giả xây dựng mô hình vật ký hệ điều khiển vị trí cánh tay Robot hai bậc tự bao gồm 02 khớp quay Khớp quay số quay quanh trục theo mặt phẳng nằm ngang Oxy, khớp quay cho phép cánh tay quanh 3600 để đến khơng gian xung quanh theo yêu cầu công nghệ Khớp quay số quay theo mặt phẳng thẳng đứng Oxz, quay tối đa 2700để tiến hành xử lý theo yêu cầu Mỗi khớp quay sử dụng động điện chiều DSE38BE27-001 tốc độ định mức 4000 v/ph Để đảm bảo tính thực tế cánh tay Robot hoạt động nhà máy công nghiệp; thiết kế kết cấu khí làm giảm tốc độ quay động cơ2000 lần xuống v/ph Nhờ ta thấy hoạt động mềm dẻo có tính tin cậy cao phù hợp với công việc thực tế cần Robot hoạt động Hình 3.22: Kết cấu khí mơ hình cánh tay robot 68 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 69 of 95 Hình 3.23: Lắp ghép mơ hình cánh tay robot 3.2.2 Xây dựng mạch công suất điều khiển cánh tay robot Sơ đồ cấu trúc hệ thống xây dựng hình 3.24 CONTROLLER DATA ACQUISITION MOTOR DRIVER HARMONIC MOTOR LOAD Hình 3.24: Cấu trúc hệ thống điều khiển thực nghiệm Hệ thống điều khiển thực nghiệm với máy tính đóng vai trò điều khiển thơng qua Toolbox Realtime Windows Target kết hợp với Card DAQ Advantech PCI-1711 - Controller - Bộ điều khiển (thuật toán điều khiển) tổng hợp Matlab & Simulink Chương trình Simulink biên dịch thông qua ngôn ngữ Visual C++ nạp cho Card PCI-1711 để chạy Realtime 69 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 70 of 95 - Data Acquisition Card PCI-1711 đóng vai trò thu thập liệu đối tượng (dòng điện, vận tốc) truyền thông tin điều khiển cho khối Motor Driver - Motor Driver đóng vai trò thiết bị cơng suất cung cấp nguồn cho Motor Nó nhận tín hiệu từ Card DAQ để điều khiển biên độ điện áp cấp cho động việc thực điều chế PWM Từ card PCI1711 cung cấp tín hiệu đặt cho Motor Driver dạng tín hiệu điện áp từ hai kênh D/A card Khối Motor Driver dựa vào giá trị điện áp để băm xung điều khiển tốc độ động 3.2.3 Mơ hình điều khiển với thời gian thực Để điều khiển cánh tay máy từ mơ hình mơ khảo sát trên, ta tiến hành bỏ khối đối tượng mơ thêm vào khối đầu vào/đầu thực card PCI1711 lấy thư viện Real – Time Windows Target hình 70 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 71 of 95 Hình 3.25: Thư viện Real – Time Windows Target Và kết ta mơ hình điều khiển thực: 71 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 72 of 95 Hình 3.26: Sơ đồ điều khiển đối tượng thực Với đầu vào/ra thực ta chọn thông số cần thiết (chọn card PCI1711) hình 3.27: 72 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 73 of 95 Hình 3.27: Thiết lập thơng số chọn card PCI1711 cho đầu vào/ra Khối tính góc quay thực tế khớp dựa xung encoder từ động gửi sau: Hình 3.28: Tính góc quay thực tế khớp 73 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 74 of 95 Kết luận chương III Trên sở nghiên cứu lý thuyết tổng quan chương chương 2, tác giả nghiên cứu thiết kế xây dựng thành cơng mơ hình cánh tay Robot bậc tự với điều khiển PI mờ kết cho thấy đáp ứng đầu bám theo tín hiệu đặt góc quay θ1; θ2 với thời gian xác lập nhanh Qua kết mô cho thấy thay đổi thông số cánh tay Robot, thay đổi tải ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển (tuy nhiên ảnh hưởng với mức độ thấp) Khi cần phải thay đổi hệ số điều khiển cho phù hợp vớicác thơng số cánh tay Robot có sẵn Kết thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng tải, ảnh hưởng kết cấu khí ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển Khi cần hiệu chỉnh hệ số điều khiển cho đạt kết tối ưu 74 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 75 of 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết Luận Thông qua đề tài”Nghiên cứu xây dựng mơ hình vật lý hệ điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do”, tác giả nghiên cứu thực nội dung sau: - Tìm hiểu đặc tính cấu trúc bản, ứng dụng Robot công nghiệp - Nghiên cứu phương pháp điều khiển Robot - Tìm hiểu Phương pháp tổng hợp điều khiển mờ, sâu nghiên cứu điều khiển PID mờ - Thiết kế điều khiển PI mờ điều khiển cánh tay Robot, mô Matlab – Simulink Kết cho thấy: hệ thống làm việc ổn định, thời gian đáp ứng nhanh.Sai số xác lập nhỏ, không dao động lớn - Xây dựng mơ hình thực nghiệm cánh tay Robot bậc tự với giới hạn tải trọng vật gắp thay đổi phạm vi lớn mà không ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển B Kiến nghị Trong tương lai đề tài phát triển theo hướng: - Thiết kế hệ điều khiển cánh tay Robot có số bậc tự cấp cao - Nghiên cứu xây dựng quỹ đạo chuyển động cánh tay Robot theo đường quỹ đạo phức tạp tính tốn thay đổi quỹ đạo theo u cầu công nghệ mong muốn khác - Phát triển mô hình nghiên cứu khoa học thực tiễn tiến đến thiết kế Robot làm việc phục vụ công nghiệp 75 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 76 of 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Phương Hà (2007), Lý thuyết điều khiển đại, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [2].TS Huỳnh Thái Hồng (2006), Hệ thống điều khiển thông minh, Nhà xuất bảnĐại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh [3] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (1998), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2004), Lý thuyết điều khiểnmờ, NXB Khoa học Kỹ thuật [5].TS Phạm Đăng Phước (2006), Robot công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [7] PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang (2006), MATLAB Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [8] TS Nguyễn Mạnh Tiến (2008), Điều khiển Robot công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Các trang Web [9] http: //www.dieukhien.net 76 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 77 of 95 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ROBOT 1.1 Giới thiệu chung robot công nghiệp 1.1.1 Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp 1.1.2 Ứng dụng robot công nghiệp sản xuất 1.1.3 Cấu trúc robot công nghiệp 1.2 Các phương pháp điều khiển robot kinh điển 1.2.1 Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE: Propotional Error) 1.2.2 Điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD: Propotional Derivative) 1.2.3 Điều khiển tỉ lệ - tích phân – đạo hàm (PID: Propotional Integral Derivative) 1.3 Điều khiển mờ 1.3.1 Định nghĩa tập mờ 1.3.3 Luật mờ 13 1.3.4 Phương pháp tổng hợp điều khiển mờ 14 1.3.5 Điều khiển PID mờ [2, tr.190-193] 15 1.3.6 Kết luận chương I 17 CHƢƠNG II PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK VÀ CẠC GHÉP NỐI PCT 1711 18 2.1 Phần mềm Matlab Simulink 18 2.2 Công cụ Fuzzy Logic Toolbox 21 2.2.1 Khái quát Fuzzy Logic Toolbox 21 2.2.2 Xây dựng hệ thống với fuzzy logic toolbox 22 2.2.3 Khái quát Realtime windows target 22 2.2.4 Các ứng dụng đặc trưng cho Real-time windows target 23 77 iii Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 78 of 95 2.3 Card Advantech PCI 1711 28 2.3.1 Các tính card PCI1711 29 2.3.2 Các đặc trưng card PCI 1711 30 2.3.3 Hướng dẫn lắp đặt 31 2.3.4 Thiết bị phụ trợ 33 2.3.5 Cài đặt Driver 33 2.3.6 Lắp đặt phần cứng 34 2.3.7 Cài đặt thiết bị điều chỉnh 35 2.3.8 Kết nối tín hiệu 37 2.3.9 Kết nối nguồn đồng 40 2.3.10 Tổng quan phần mềm 41 2.3.11 Các vấn đề liên quan tới biến đổi A/D D/A 43 2.3.12 Đặc điểm kĩ thuật 46 2.4 Kết luận chương II 49 CHƢƠNG III THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CÁNH TAY ROBOT HAI BẬC TỰ DO 51 3.1 Xây dựng điều khiển cánh tay máy bậc tự 51 3.1.1 Cơ sở toán học 51 3.1.2 Thiết kế điều khiển PI mờ 55 3.1.3 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống 58 3.1.4 Kết mô đánh giá 59 3.2 Xây dựng mơ hình vật lý cánh tay robot bậc tự 67 3.2.1 Thiết kế kết cấu khí 68 3.2.2 Xây dựng mạch công suất điều khiển cánh tay robot 69 3.2.3 Mơ hình điều khiển với thời gian thực 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 78 iv Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai ... tượng nghiên cứu đề tài cánh tay robot bậc tự Nghiên cứu phương pháp điều khiển robot cách thứcđiều khiển cánh tay Robot hai bậc tự từ máy tính - Phạm vi nghiên cứu thực sở lý luận, thiết kế xây dựng. .. dựng điều khiển, mô lý thuyết điều khiển xây dựng phần mềm Matlab Simulink Sau xây dựng mơ hình cánh tay robot bậc tự xây dựng mơ hình điều khiển cho đối tượng thực Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên. .. Nghiên cứu lý thuyết robot vấn đề liên quan, đặc biệt phương pháp điều khiển Sau xây dựng mơ hình mô b điều khiển tiến hành mô Cuối tiến hành xây dựng mơ hình vật lý cánh tay robot hai bậc tự với hệ iều