Tài liệu Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot 3 bậc tự do rrr

Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN Mã HP: ME4336 TỬ Họ và tên sinh viên: Phạm Duy Trọng MSSV: 20134134 – KT. CĐT 02 Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Danh Trường Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1. Đề Tài: Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot 3 bậc tự do RRR 2. Cài công cụ cần thiết: Phần mềm Matlab, Solidworks 3. Các tài kiệu tham khảo - Các tài liệu tham khảo phần mềm Matlab, công cụ Simulink, công cụ Simmechanics. - Các tài liệu về lí thuyết điều khiển. - Sách Robot công nghiệp, Động lực học hệ nhiều vật, … 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán. - Vẽ và thiết kế Robot trên Solidworks. - Tính toán động học thuận và ngược. - Thiết kế điều khiển và mô phỏng trên Matlab. - Kết quả đồ án Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 1 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường MỤC LỤC Chương I: Thiết kế robot 3DOF – RRR trên phần mềm Solidwork ............................................................................................................... 4 1. 2. Thiết kế và đặt hệ trục tọa độ cho mỗi khâu ........................ 4 1.1. Thiết kế giá đỡ (khâu 0) .................................................. 4 1.2. Thiết kế khâu 1............................................................... 15 1.3. Thiết kế khâu 2............................................................... 16 1.4. Thiết kế khâu 3............................................................... 16 Lắp ráp các khâu .................................................................. 17 Chương II: Tính toán động học và động lực học cho robot ......... 22 1. Thiết lập bảng thông số D-H cho robot 3DOF ................... 22 2. Giải bài toán động học thuận ............................................... 24 3. 2.1. Ma trận D-H ................................................................... 24 2.2. Vận tốc góc các khâu ..................................................... 26 2.3. Gia tốc góc của khâu ..................................................... 30 Giải bài toán động học ngược .............................................. 32 CHƯƠNG III: Thiết kế mạch mô phỏng điều khiển và GUI ....... 39 1. Thiết kế mô phỏng điều khiển và GUI với version First Generation ..................................................................................... 39 1.1. Giới thiệu các khối của robot ....................................... 41 1.2. Thêm các khối điều khiển ............................................. 42 Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 2 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot 1.3. GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường Kết quả chạy mô phỏng sau khi thêm các khối điều khiển 44 1.4. Lập trình giao diện GUI trong matlab ........................ 45 1.4.1. Thiết kế giao diện GUI.............................................. 45 1.4.2. Lập trình trong giao diện file (.m) ........................... 48 2. Thiết kế mô phỏng điều khiển và GUI với version Second Generation ..................................................................................... 53 2.1. Giới thiệu các khối của robot ....................................... 53 2.2. Thêm các khối điều khiển: PID, Step, S-PS, PS-S ..... 54 2.3. Lập trình giao diện GUI trong matlab ........................ 57 2.3.1. Thiết kế giao diện GUI.............................................. 57 2.3.2. Lập trình GUI trong file (.m) ................................... 63 Kết luận: ............................................................................................. 69 Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 3 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường Chương I: Thiết kế robot 3DOF – RRR trên phần mềm Solidwork Khớp quay 2 Khớp quay 3 Khâu 2 Khâu 3 Khâu 1 Khớp quay 1 Giá đỡ 1. Thiết kế và đặt hệ trục tọa độ cho mỗi khâu Do trình tự thiết kế và đặt hệ trục tọa độ các khâu tương tự nhau lên sau đây em xin trình bày rõ ràng thiết kế 1 khâu, còn các khâu khác em xin phép được lấy hình. 1.1. Thiết kế giá đỡ (khâu 0) Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 4 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Trên mặt phẳng Top vẽ sketch với biên dạng là đường tròn với D=300mm Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 5 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Sử dụng lệnh extrude • Sử dụng lệnh chamfer: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 6 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Trên mặt phẳng đáy vẽ sketch có biên dạng sau: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 7 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Sử dụng lệnh extrude: • Dùng lệnh chamfer Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 8 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Vẽ sketch trên mặt phẳng sau: Mặt phẳng • Sau đó extrude: • Tương tự vẽ sketch trên mặt phẳng sau và extrude: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 9 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Sử dụng lệnh mirror qua mặt phẳng front: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 10 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Sử dụng lệnh cirpattern quanh trục y or tâm đường tròn • Tạo plane1: • Sau đó trên plane1 vẽ sketch với D = 200mm, và dưới mặt phẳng face1 vẽ đưởng tròn với D=220mm Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 11 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Dùng lệnh Loft để nối 2 đường tròn lại: • Vẽ sketch trên mặt phẳng sau để tạo khớp quay: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 12 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường  Ta được hình sau • Do chi tiết có gốc không theo D-H nên ta phải xoay và dịch chuyển chi tiết đến vị trị phù hợp với thông số D-H • Chọn 1 điểm point tại khớp quay và sử dụng lệnh dịch chuyển gốc tọa độ về điểm point đó: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 13 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Đặt hệ tọa độ vào điểm point:  Kết quả thu được chi tiết khâu 0: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 14 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot 1.2. GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường Thiết kế khâu 1 Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 15 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot 1.3. Thiết kế khâu 2 1.4. Thiết kế khâu 3 Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường Page | 16 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường 2. Lắp ráp các khâu • Trên môi trường assembly ta lấy chi tiết khâu đế ra (chi tiết đầu tiên bị lấy ra sẽ là chi tiết cố định) • Sau đó phải chuột vào chi tiết và chọn float để khối có thể di chuyển được. • Tiếp theo ràng buộc hệ trục tọa độ gốc trong assembly với chi tiết để chi tiết cố định tại gốc tọa độ đó. Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 17 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Ràng buộc bề mặt trùng nhau: • Ràng buộc bề mặt song song: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 18 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường  Chi tiết khâu 0 cố định: Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 19 Thiết kế và mô phỏng điều khiển robot GVHD: TS. Nguyễn Danh Trường • Tiếp tục lần lượt lấy các chi tiết khâu 1,2,3 vào môi trường để lắp ráp chúng lại với nhau: • Ràng buộc đồng tâm hay đồng trục và ràng buộc mặt của khâu 1 với khâu 0 lại với nhau ta được: • Tương tự ràng buộc khâu 2 với khâu 1 Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trọng Page | 20