TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Bộ môn: Đo lường Điều khiển Tự động NGÂN HÀNG CÂU HỎI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC PHẦN: ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG (2 TÍN CHỈ) DÙNG CHO ĐÀO TẠO BẬC ĐẠI HỌC THEO HỌC CHẾ TÍN CHỈ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG, KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TIN HỌC THÁI NGUYÊN - 7/2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Bộ môn: Đo lường & ĐKTĐ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Thái nguyên ngày 20 tháng năm 2007 NGÂN HÀNG CÂU HỎI THI ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Sử dụng cho hệ đại học theo chuyên ngành: Điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, tin học 1.NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN: Sinh viên nắm cấu trúc robot điều khiển chuyển động tay máy Động học động lực học robot Các phận truyền động secvo cảm biến Thuật toán điều khiển robot theo quĩ đạo đặt PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Thi kết thúc học phần thi viết với thời lượng 90 phút, chấm điểm theo thang điểm 10 NGUYÊN TẮC TỔ HỢP ĐỀ THI Mỗi đề thi có câu hỏi Mỗi đề thi tổ hợp từ câu hỏi (Phần: 4.1; 4.2) câu hỏi (Phần 4.3) NGÂN HÀNG CÂU HỎI 4.1 CÂU HỎI LOẠI (3 ĐIỂM) Trình bày chức nhiệm vụ phận cấu thành robot công nghiệp? Ý nghĩa ma trận × sử dụng nghiên cứu robot? Trình bầy cách thiết lập khung toạ độ khâu động liên thông số DH Xây dựng ma trận Ai biểu diễn mối quan hệ hệ toạ độ i so với hệ toạ độ i1(mô hình DH) Điểm A không gian biểu diễn véc tơ điểm [ 1 2 ] dịch chuyển tịnh tiến điểm A véc tơ p = [ 1 ] sau tiếp tục quay điểm biến đổi quanh trục y góc 900 Hãy xác định véc tơ biểu diễn điểm A sau hai phép biến đổi Xác định ma trận biến đổi biểu diễn phép biến đổi sau: A = Tp( 0 )R( x 900 )R( y 900 ) Xác định ma trận biến đổi biểu diễn phép biến đổi sau: A = Tp( )R( x 900 )R( z 900 ) Tìm ma trận : R = R( k θ ) Biết k = ( 1 )T θ = 900 R = R( k θ ) Biết k = ( 1 )T θ = -900 Tìm ma trận : Xác định góc quay Euler biết ma trận : 1 0 ψ φ θ R( ) =   −1  0 0 0 0  3  1 Xác định góc quay RPY biết ma trận : 1 0 ψ RPY( φ θ ) =   −1  0 0 0 0  3  1 10 Tìm phần tử đánh dấu hỏi ma trận biểu diễn hướng vị trí khâu chấp hành cuối sau: ? −1 ? 0 T6 =  ? −1  ? 0 0  2  1 4.2 CÂU HỎI LOẠI (3 ĐIỂM) Xây dựng khung toạ độ cho nối Xác định ma trận biểu diễn hệ toạ độ điểm cuối E cánh tay Robot E Thiết lập khung toạ độ cho nối Xây dựng hệ phương trình động học thuận biểu diễn mối quan hệ toạ độ tay Robot toạ độ khớp: Thiết lập hệ toạ độ cho Robot Xây dựng hệ phương trình động học thuận biểu diễn mối quan hệ toạ độ tay Robot toạ độ khớp: Xây dựng khung toạ độ cho nối Xác định ma trận biểu diễn hệ toạ độ điểm cuối E cánh tay Robot Thiết lập hệ toạ độ cho Robot Xây dựng hệ phương trình động học thuận biểu diễn mối quan hệ toạ độ tay Robot toạ độ khớp E E Xây dựng khung toạ độ cho nối Xác định ma trận biểu diễn hệ toạ độ điểm cuối E cánh tay Robot: d3 Thiết lập hệ toạ độ cho Robot Xây dựng hệ phương trình động học thuận biểu diễn mối quan hệ toạ độ tay Robot toạ độ khớp θ2 θ1 Thiết lập hệ toạ độ cho Robot Xây dựng hệ phương trình động lực học cho Robot E Thiết lập hệ toạ độ cho Robot Xây dựng hệ phương trình động lực học cho Robot 4.3 CÂU HỎI LOẠI (4 ĐIỂM) Cho cấu cánh tay Robot nối hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m) Thiết lập phương trình động học ngược cho Robot Xác định θ1(t) θ2(t) biết điểm cuối E chuyển động từ điểm A(0 0,4) đến điểm B(0,4 0) với vận tốc thay đổi theo quy luật bậc hai thời gian 1s E y0 l2 θ2 l1 θ1 x0 y0 Một tay máy làm nhiệm vụ nhấc vật thể P khỏi băng truyền điểm Q Điểm tác động cuối E tay máy có vị trí ban đầu E0 chuyển động theo phương song song với O0x0 để đến gặp vật thể P Q dừng lại, thời gian vật thể P với vị trí xuất phát ban đầu từ P0 nằm băng tải chuyển động với vận tốc v = 0,1m/s theo phương song song O0y0 tới gặp tâm bàn kẹp tay máy E Q E E0 Q s1(t) h a P θ1 x0 O0 P0 k Xác định góc quay θ1(t) khớp quay và quãng đường s1(t) khớp tịnh tiến, cho tâm bàn kẹp (E) gặp vật thể P tại Q Biết: h = 300mm; k = 400mm; a = 150mm Xây dựng sơ đồ khối điều khiển khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí tốc độ Cho cấu cánh tay Robot nối hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m) y0 E l2 Xác định vị trí điểm cuối cánh tay Robot (E) hệ tọa độ gốc θ1 = θ2 = 450 Xây dựng quan hệ tốc độ khớp tốc độ tay ROBOT Một vật thể P có vị trí ban đầu ở P y chuyển E0 động đều theo máng nghiêng 135 với trục O0x0 với vận tốc v = 0,1m/s Trong thời gian tâm bàn kẹp có vị trí ban đầu tại E0 với vận tốc ban đầu là vE0 = chuyển động song song với O0x0 l1 đến điểm cuối Q dừng lại vEQ = Xác định góc quay θ1 (t ) khớp quay và quãng đường s1(t) khớp tịnh tiến, cho tâm bàn kẹp (E) gặp vật thể P tại Q Biết: l1= 300mm; k = 400mm; a = 150mm O0 θ2 l1 θ1 E x0 Q s1(t) P a θ1(t) 450 k 1350 P x0 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí y0 Tâm bàn kẹp có vị trí ban đầu tại P0 với vận tốc ban đầu là Vp0 = chuyển động theo đường cong Parabon qua điểm A(1,2) với vận tốc tức thời A Va= π đến điểm cuối Q dừng lại vQ = khoảng thời gian 1s 2,25 A Q E 1,25 Xác định qui luật biến đổi biến khớp θ1(t) s1(t) theo thời gian θ1(t) 0,5 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí tốc độ s1(t) Một vật thể P có vị trí ban đầu ở P0 y0 chuyển động đều theo máng Parabon hình vẽ với vận tốc v = 0,1m/s để tới Q Cùng thời gian tâm bàn kẹp có vị trí ban đầu tại E0 với vận tốc ban đầu là vE0 = chuyển động theo cung Parabon đến gặp vật thể P Q dừng lại vEQ = l Xác định góc quay θ1 (t ) khớp quay và quãng đường s1(t) khớp tịnh tiến Biết: l1 = 300mm; k = 400mm; a = 150mm l1/2 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí tốc độ với 1,5 x0 Q E E0 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển O0 khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí tốc độ Một vật thể P có vị trí ban đầu ở P0 chuyển y động đều theo cung Parabon với vận tốc v = 0,1m/s Cùng lúc tâm bàn kẹp có vị trí ban đầu tại E0 với vận tốc ban đầu là vE0 = chuyển động đến gặp vật thể P Q dừng lại vEQ = Xác định góc quay θ1 (t ) khớp quay và quãng đường s1(t) khớp tịnh tiến, Biết: h = 300mm; k = 400mm; a = 150mm P0 E l1 l1 / 20 O s1(t) P a θ1((t) x0 P0 k Q E s1(t) P a θ1(t) k P0 x0 điều khiển phù hợp y Tâm bàn kẹp E có vị trí ban đầu tại Q(0,4) với vận tốc ban đầu chuyển động theo đường cong Parabon qua điểm A(1,3) đến điểm cuối P dừng lại vP = khoảng thời gian 2s Trong trình chuyển động gia tốc không vượt 12m/s2 Q A E Hãy xây dựng biểu thức giải tích cho biến khớp θ1 (t ) S1(t) theo thời gian s(t) Xây dựng sơ đồ khối điều khiển khớp động sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí tốc độ P x Cho cấu cánh tay Robot nối hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m) y Xây dựng phương trình động học thuận ngược biểu diễn mối quan hệ hệ toạ độ tay Robot hệ toạ độ khớp θ2(t) Xây dựng quan hệ tốc độ khớp tốc độ tay Robot, biết tâm bàn kẹp trượt trục x từ điểm A(0,3 0) tới B(0,7 0) θ1(t) A E x B y Cho cấu cánh tay Robot nối hình vẽ: (l1 = l2= 0,5m) Xác định vị trí điểm cuối cánh tay Robot (E) hệ tọa độ gốc θ1 = θ2 = 450 Xây dựng quan hệ tốc độ khớp tốc độ tay Robot, biết tâm bàn kẹp trượt trục z từ điểm A(0,3 0) tới B(0,7 0) z θ2(t ) l1 l2 θ1(t ) B E A x y B 10 Cho cấu cánh tay Robot nối hình vẽ: (l1 = l2= 0,5m) E Xác định vị trí điểm cuối cánh tay Robot (E) hệ tọa độ gốc θ1 = θ2 = 450 l2 Xây dựng quan hệ tốc độ khớp tốc độ tay Robot, biết tâm bàn kẹp trượt trục y từ điểm A(0,3 0) tới B(0,7 0) θ2(t) A l1 θ1(t) x 11 Một robot với khớp động ( quay tịnh 2m/s tiến) với điểm tác động cuối E làm nhiệm vụ nhấc vật thể từ băng truyền (tại điểm P) chuyển động theo quĩ đạo nửa đường tròn đến điểm Q đặt lên băng tải Tốc độ băng truyền 1m/s tốc độ cuả băng truyền 2m/s, thời gian tay máy chuyển động từ P đến Q 2s Giả sử tốc độ điểm cuối E tay máy phù hợp thực nhiệm vụ Hãy tìm quy luật biến đổi θ(t) s(t) để tay máy hoàn thành công việc trên? Biết a = Xây dựng sơ đồ khối điều khiển trục của Robot sử dụng động chiều kích từ độc lập với mạch vòng phản hồi vị trí sử dụng điều khiển PD y0 Q E Oo s(t) P a 1m/s x0 ... TỔ HỢP ĐỀ THI Mỗi đề thi có câu hỏi Mỗi đề thi tổ hợp từ câu hỏi (Phần: 4.1; 4.2) câu hỏi (Phần 4.3) NGÂN HÀNG CÂU HỎI 4.1 CÂU HỎI LOẠI (3 ĐIỂM) Trình bày chức nhiệm vụ phận cấu thành robot công... điều khiển chuyển động tay máy Động học động lực học robot Các phận truyền động secvo cảm biến Thuật toán điều khiển robot theo quĩ đạo đặt PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Thi kết thúc học phần thi viết với... VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Sử dụng cho hệ đại học theo chuyên ngành: Điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, tin học 1.NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN: Sinh viên nắm cấu trúc robot điều khiển