Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật giới thiệu chung về robot công nghiệp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------*****------------------- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP GIA CÔNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN HỌC VIÊN : ĐẶNG VŨ KHÁNH Thái Nguyên, năm 2013 Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Cán bộ HDKH : PGS.TS. PHAN BÙI KHÔI Chủ tịch : PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình Phản biện 1 : PGS.TS. Ngô Nhƣ Khoa Phản biện 2 :PGS.TS. Nguyễn Đắc Trung Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào 9 giờ 30 phút ngày 27 tháng 07 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Khái quát về robot công nghiệp Việc sử dụng robot công nghiệp trong vài chục năm qua đã mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế và xã hội, ví như tăng năng suất, cải tiến chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu, sớm hoàn vốn đầu tư và ngăn ngừa tai nạn lao động. Những hiệu quả kinh tế và xã hội xuất phát từ thực tế là robot công nghiệp rất đa năng và linh hoạt, chuyển động thoải mái như tay người. Việc áp dụng robot công nghiệp đã chuyển đổi cơ cấu sản xuất từ cơ cấu “con người và máy móc” sang cơ cấu “con người-robot-máy móc”, giúp cho con người thoát khỏi những công việc nguy hiểm, nặng nhọc. 1.1.1 Giới thiệu chung về robot công nghiệp Theo viện nghiên cứu robot Hoa Kỳ thì robot được định nghĩa như sau: Robot là một tay máy có nhiều chức năng thay đổi được các chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng. Bậc tự do của robot Bậc tự do là số khả năng chuyển động của robot. Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Bậc tự do của nó có thể tính theo công thức : Trong đó : f – Số bậc tự do của robot. λ – Bậc tự do của một khâu (trong phẳng λ=3 trong không gian λ=6). n – Số khâu chuyển động của robot . k – Số khớp. fi – Số bậc tự do của khớp thứ i. fc – Số liên kết thừa. fp – Số bậc tự do thừa. Hệ tọa độ Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau qua các khớp, tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản đứng yên. Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản. Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với các khâu Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 1 động gọi là hệ toạ độ khâu. Trong từng thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc ứng với các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay. Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp. Các hệ tọa độ gắn trên khâu của robot thường tuân theo quy tắc bàn tay phải. nh 1.1: Các tọa độ suy rộng của robot Vùng làm việc của robot Không gian làm việc của robot là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiện tất cả các chuyển động có thể. Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của robot cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp. Ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ hơn một góc . Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả không gian làm việc của một robot. nh 1.2: Biểu diễn vùng làm việc của robot 1.1.2 Phân loại robot công nghiệp Robot công nghiệp rất phong phú đa dạng, có thể được phân loại theo các cách sau: Phân loại theo cấu trúc động học Phân loại theo số bậc tự do: Phân loại theo hệ thống truyền động: Phân loại theo không gian làm việc: Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 2 1.1.3 Ứng dụng và xu thế phát triển của robot công nghiệp Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động như máy CNC và robot. Các dây chuyền đó đạt mức tự động hoá, linh hoạt cao. Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội …Xu thế phát triển của robot công nghiệp hiện nay là tập trung vào các robot có những đặc điểm ưu việt hơn như tốc độ nhanh hơn, kinh tế hơn, các hệ thống gọn nhẹ hơn, nhiều module hơn, chất lượng thiết bị tay cuối được cải tiến, hệ thống giao tiếp thông minh…Thay vì sử dụng các robot liên tục như trước kia trong công nghiệp, xu hướng hiện nay là áp dụng các robot loại khác, như robot song song, robot lai, các robot phối hợp hoạt động như robot tác hợp… do những ưu điểm phù hợp với yêu cầu sản xuất hiện nay. Những loại robot này không những có khả năng chuyển động linh hoạt mà còn thể hiện được độ cứng vững cao hơn hẳn so với những loại robot khác, do đó chúng được sử dụng ngày càng nhiều để làm các giá đỡ di chuyển, các hệ thống gia công chính xác, máy CNC… 1.2 Robot tác hợp 1.2.1 Giới thiệu chung về robot tác hợp Robot tác hợp là hệ cơ cấu gồm hai hay nhiều robot cùng phối hợp hoạt động với nhau theo một chương tr nh cho trước để thực hiện một nhiệm vụ nhất định. Thông thường số lượng robot đơn trong cơ cấu robot tác hợp là hai, ví dụ như robot hàn th một robot làm nhiệm vụ giữ, thay đổi vị trí chi tiết cần hàn và robot còn lại mang đầu mỏ hàn. nh 1.3: Robot tác hợp thực hiện quá tr nh gia công 1.2.2 Ƣu điểm của robot tác hợp So với các robot hàn truyền thống, robot hàn tác hợp theo mô hình trên thể hiện các ưu điểm về độ linh hoạt và chính xác, tính đa năng. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 3 CHƢƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP 2.1 Cơ sở phƣơng pháp ma trận Denavit-Hartenberg 2.1.1 Các tọa độ thuần nhất và phƣơng pháp biến đổi thuần nhất 2.1.1.1 Định nghĩa ma trận Cosin chỉ hƣớng Cho vật rắn B và hệ quy chiếu . Trong đó các véc tơ là 3 véc tơ đơn vị trên các trục Ox0, Oy0, Oz0 . Ta gắn chặt vật rắn B hệ quy chiếu . Với là 3 véc tơ đơn vị các trục Ax,Ay,Az . Ma trận vuông cấp ba vào trên Được gọi là ma trận Cosin chỉ hướng của vật rắn B đối với hệ quy chiếu R0. 2.1.1.2 Ý nghĩa của ma trận cosin chỉ hƣớng của vật rắn Ma trận Cosin chỉ hướng A cho phép biến đổi tọa độ của điểm bất kì P thuộc vật rắn trong hệ quy chiếu động Oxyz sang tọa độ điểm P trong hệ quy chiếu cố định Ox0y0z0 và ngược lại. 2.1.1.3 Các ma trận quay cơ bản 2.1.1.4 Định nghĩa các tọa độ thuần nhất 2.1.1.5 Phép biến đổi vector trong không gian thuần nhất 4 chiều 2.1.1.6 Phép biến đổi ma trận thuần nhất Xét vật rắn B gắn với hệ R1={Ox1y1z1} chuyển động trong hệ quy chiếu cố định R0={Ox0y0z0}. Lấy một điểm A thuộc vật rắn B và gắn chặt vào vật rắn hệ quy chiếu Axyz. Lấy P là 1 điểm bất kỳ thuộc vật rắn B. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 4 Trong hệ tọa độ đề các R0 ta có : Trong hệ quy chiếu R0 có dạng ma trận : Gọi Là ma trận cosin chỉ hướng của hệ quy chiếu R1 đối với hệ quy chiếu R0 2.1.1.7 Các ma trận quay cơ bản thuần nhất và ma trận tịnh tiến thuần nhất Từ các khái niệm ma trận quay cơ bản trong không gian 3 chiều ta định nghĩa các ma trận quay cơ bản trong không gian thuần nhất như sau : Các ma trận tịnh tiến cơ bản trong không gian thuần nhất. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 5 Nếu tịnh tiến đồng thời trên các trục x,y,z ta có ma trận biến đổi thuần nhất: 2.1.2 Phƣơng pháp ma trận Denavit-Hartenberg 2.1.2.1 Cách xác định các trục của hệ tọa độ khớp 1. Trục zi-1 được chọn dọc theo hướng của trục khớp động thứ i. 2. Trục xi-1 được chọn dọc theo đường vuông góc chung của hai trục z i-2 và zi-1 hướng đi từ trục zi-2 sang trục zi-1 . Nếu trục zi-1 cắt trục zi-2 thì hướng của trục xi-1 được chọn tùy ý. 3. Gốc tọa độ Oi-1 được chọn tại giao điểm của trục xi-1 và trục zi-1. 4. Trục yi-1 được chọn sao cho hệ (Oxyz)i-1 là hệ tam diện thuận. 5. Đối với hệ tọa độ (Oxyz)0 theo quy ước trên ta mới chỉ chọn được trục z0 còn trục x0 chưa có trong quy ước trên. Ta có thể chọn trục x 0 một cách tùy ý miễn là x0 vuông góc với z0. 6. Đối với hệ tọa độ (Oxyz)n , do không có khớp n+1 nên theo quy ước trên ta không xác định được trục zn. Trục zn không được xác định duy nhất , trong khi trục xn lại được chọn theo pháp tuyến của trục zn-1 . Trong trường hợp này nếu khớp n là khớp quay thì có thể chọn trục zn song song với trục zn-1 , có thể chọn tùy ý sao cho hợp lý. 7. Khi hai trục zi-2 và zi-1 song song với nhau, giữa hai trục này có nhiều đường pháp tuyến chung , ta có thể chọn trục xi-1 hướng theo pháp tuyến chung nào cũng được. 8. Khi khớp thứ I là khớp tịnh tiến, về nguyên tác ta có thể chọn trục z i-1 một cách tùy ý. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta thường chọn trục z i-1 dọc theo trục của khớp tịnh tiến này. 2.1.2.2 Các tham số động học Denavit-Hartenberg Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz)i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1 được xác định bởi 4 tham số Denavit-Hartenberg i , di , ai , αi như sau : i : góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến trục xi’ (xi’ // xi) Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 6 di : dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục zi-1 để gốc tọa độ Oi-1 trùng Oi’ là giao điểm của trục xi và trục zi-1 . ai :dịch chuyển tịnh tiến dọc theo trục xi để điểm Oi’ đến điểm Oi . αi :góc quay quanh trục xi sao cho trục z’i-1 (z’i-1 // zi-1) chuyển đến trục zi-1 . 2.1.2.3 Ma trận Denavit-Hartenberg Ta có thể chuyển hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1 sang hệ tọa độ khớp (Oxyz)I bằng 4 phép biến đổi cơ bản sau: - Quay quanh trục zi-1 một góc i - Dịch chuyển tịnh tiến dọc trục zi-1 một đoạn di - Dịch chuyển tịnh tiến dọc trục xi một đoạn ai - Quay quanh trục xi một góc αi 2.2 Khảo sát động học robot tác hợp 2.2.1 Cơ sở lý thuyết bài toán động học Xác định vị trí khâu thao tác và vị trí điểm tác động cuối của robot Xét mô hình cơ học của robot n khâu động nối tiếp nhau, Theo trên , ma trận Denavit-Hartengerg cho ta biết : - Vị trí điểm Oi trong hệ quy chiếu Ri-1. - Hướng của vật rắn Bi đối với hệ quy chiếu Ri-1. Từ đó suy ra khi biết ma trận Denavit-Hartenberg ta sẽ biết được tương quan của hệ quy chiếu Ri=(Oxyz)i đối với hệ quy chiếu Ri-1=(Oxyz)i-1 . Áp dụng liên tiếp các phép biến đổi Denavit-Hartenberg đối với robot n khâu ta có : Ma trận Dn cho biết vị trí của điểm P và hướng của khâu thao tác của robot đối với hệ quy chiếu cố định R0. Ma trận Dn có dạng 2.2.2 Bài toán động học robot tác hợp Bài toán động học robot nghiên cứu các đặc trưng của chuyển động mà không quan tâm đến các yếu tố động lực học - lực và mô men. Tuy nhiên, với robot tác hợp mà mô hình cụ thể như dưới đây thì bài toán động học của nó có cách xử lý riêng biệt. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 7 Khâu 23 Khâu 22 Khâu 11 Khâu 21 Khâu 12 nh 2.1: Mô h nh robot tác hợp hàn Robot tác hợp là một hệ nhiều vật có cấu trúc động học mạch kín bao gồm 2 khâu: - Khâu tay máy mang đầu hàn - Khâu bàn máy mang chi tiết cần gia công Hướng giải quyết bài toán động học robot tác hợp trên gồm 3 phần như sau: - Giải bài toán tương tác động học giữa tay máy và bàn máy. - Giải bài toán động học khâu tay máy. - Giải bài toán động học khâu bàn máy. 2.2.2.1 Cách thiết lập hệ tọa độ và xây dựng hệ phƣơng trình động học. Ta xây dựng hệ tọa độ cơ sở cho robot như sau: Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 8 nh 2.2 : ệ trục tọa độ xây dựng - Hệ tọa độ cơ sở của robot là O0x0y0z0. - Hệ tọa độ gắn với bàn là OPxPyPzP với quy ước ma trận biến đổi tọa độ từ hệ tọa độ OPxPyPzP về hệ tọa độ cơ sở ký hiệu là . - Hệ tọa độ gắn với điểm đầu hàn của tay máy là OExEyEzE . Ma trận biến đổi tọa độ từ hệ tọa độ OExEyEzE về hệ tọa độ cơ sở ký hiệu là . Ta có hệ phương trình động học cơ bản của robot tác hợp: Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 9 Từ đó ta có thể giải được các bài toán động học thuận và động học ngược của robot tác hợp. 2.2.2.2 Áp dụng giải bài toán động học robot tác hợp a. Mô hình động học robot tác hợp gia công hàn Robot cấu tạo gồm 2 phần: nh 2.3: Sơ đồ động học tay máy  Robot trên là tay máy 3 khâu, trong đó một khớp tịnh tiến cho phép đầu mang mũi hàn di chuyển lên xuống. Robot này là một robot 3 bậc tự do cấu trúc động học mạch hở. nh 2.4 : Sơ đồ động học bàn máy  Robot dưới là bàn máy mang chi tiết gia công, 2 bậc tự do, cho phép thay đổi hướng chi tiết gia công linh hoạt và cứng vững. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 10 Từ mô hình robot ta thấy các thông số biến khớp cần xác định ở đây bao gồm: q1, q2, q3 của tay máy và rotx, rotz (trong đó rotx, rotz là các góc roll, yaw xác định hướng của bàn máy so với hệ tọa độ cơ sở). Giải bài toán quỹ đạo đường hàn bằng phương pháp tam diện trùng theo ta xác định được q1, q2, q3, rotx, rotz. Sau đó ta giải bài toán động học của từng robot thành phần. b. Giải bài toán động học : Giả sử ta xét robot tác hợp thực hiện việc gia công hàn biên dạng là chỗ nối giữa hai ống của phôi có dạng như hình vẽ : nh 2.5: Bài toán hàn ống  Động học tay máy: nh 2.6: ệ trục tọa độ suy rộng tay máy Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 11 Ta đặt hệ trục tọa độ như hình vẽ, tuân theo nguyên tắc đặt hệ trục tọa độ Denavit-Hartenberg , trong đó : Khâu OO1 =l1 Khâu O1O2 =l2 Số bậc tự do của robot được tính theo công thức : Số bậc tự do của robot sẽ là : f = 6(3-3) +1 + 1 +2 -1=3 Để tính toán động học cho tay máy ta xét các phép dịch chuyển hệ tọa độ như sau : Ox0y0z0 O21x21y21 z1 O22x22y22z22 Bảng thông số động học Denavit-Hartenberg : Trục di i ai O23x23y23z23 αi 1 2 3 q1 0 l1 0 q2 0 l2 0 0 q3 0 π Bảng 0-1 : Bảng thông số Denavit-Hartenberg tay máy Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất giữa các hệ trục tọa độ như sau: Ta có : Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 12 Bài toán động học thuận : khi biết q1, q2, q3 ta có thể xác định được tọa độ điểm cuối : (2.0) Bài toán động học ngƣợc: Khi cho biết vị trí điểm cuối ta đi xác định các thông số động học biến khớp . Hệ trên gồm 3 phương trình tọa độ điểm cuối đủ để giải ra 3 ẩn q i (i=1,2,3) bằng giải tích. Động học bàn máy : Bàn máy là cơ cấu 2 bậc tự do có mô hình như sau: nh 2.7: ệ trục tọa độ suy rộng bàn máy Gắn vào khâu 11 hệ tọa độ O’x11y11z11 trong đó z11 có hướng pháp tuyến với mặt phẳng bàn máy, O’x11 là trục quay của khâu 11. Gọi P là tâm quay khâu 2, P nằm trên bề mặt khâu này. Đặt hệ trục tọa độ Px12y12z12 tại P với trục Px12, Py12 nằm trong mặt phẳng bề mặt khâu 2, trục z12 hướng lên. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 13 Khoảng cách từ tâm O’ đến P là d . Ta dễ dàng tính được ma trận chuyển hệ trục tọa độ từ hệ tọa độ O’x11y11z11 sang hệ Px12y12z12 như sau: Từ ma trận biến đổi thuần nhất ta dễ dàng tính toán được các thông số động học bàn máy.  Động học tƣơng tác giữa tay máy và bàn máy Ở đây ta xét bài toán tác hợp của robot để thực hiện quá trình hàn 2 ống, từ đó ta có cấu trúc động học robot tác hợp hàn ống như sau: 0 O0x0y0z0 A0’ O’x11y11z11 0 0’ AP P Px12y12z12 Afi E BE Bk O0x0y0z0 OExEyEzE Tính : Với tay máy theo tính chất Denavit-Hartenbeg thì điểm thao tác cuối sẽ trùng với gốc tọa độ khâu cuối, nghĩa là OExEyEzE ≡ . Nên ta có ma trận biến đổi thuần nhất được tính như sau : Tính : Gọi lx, ly, lz là các khoảng dịch chuyển hệ trục tọa độ theo ba trục x, y, z từ hệ Ox0y0z0 sang hệ O’x11y11z11. Khi đó ta có Vị trí và hướng của bởi ma trận (điểm hàn ) trong hệ tọa độ chi tiết được mô tả . Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 14 TT 1 2 3 4 d a α  η 0 r 0 0 a 0 0 π/2 0 0 0 0 0 0 α Bảng 0-2 : Bảng D- phép biến đổi hệ tọa độ bàn máy sang điểm hàn Từ đó ta có ma trận : Khi đó ma trận biến đổi hệ trục tọa độ từ gốc bàn máy đến điểm hàn như sau: Từ đó ta có : Ta tính được tọa độ điểm hàn : Từ các giá trị xE, yE, zE tính được, kết hợp với tính toán giải động học ngược tay máy ở trên ta giải được các thông số biến khớp tay máy. Theo lý thuyết ma trận biến đổi thuần nhất thì trong hệ tọa độ ta lấy một véc tơ chính là véc tơ đơn vị theo trục trong hệ tọa độ này. Theo lý thuyết tam diện trùng theo thì k phải có phương song song với trục z của hệ tọa độ Ox0y0z0 . Để k có phương song song với trục z của hệ tọa độ R0 thì : Ta giải được bộ nghiệm : Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 15 Từ đó giải quyết được hoàn toàn bài toán robot hàn tác hợp trên. Lựa chọn quy trình gia công :  Tay máy thực hiện bám theo vị trí hàn trên ống.  Bàn máy thực hiện các chuyển động quay để thay đổi hướng của chi tiết sao cho đảm bảo các yêu cầu công nghệ. Với thiết lập : lx=0 ly=492 lz=-190 Tốc độ tăng góc η là ω : η = ω.t (với t là thời gian đơn vị là s, ω đơn vị rad/s mặc định ω=1 rad/s) Đường kính ống bé là d1 và ống lớn là d2 (mặc định d1=50 mm ; d2=80 mm) Khi đó 2.2.3 Lập trình giải bài toán động học robot tác hợp trên Maple Chƣơng trình tính Maple Các hàm tính toán được viết trong tệp “kinematic.txt” bao gồm các hàm tính ma trận quay cơ bản và hàm tính ma trận Denavit-Hartenberg.  Hàm Rotx:=proc(alpha): Hàm tính toán ma trận quay quanh trục x góc alpha.  Hàm Roty:=proc(psi) : Hàm tính toán ma trận quay quanh trục y góc psi.  Hàm Rotz:=proc(theta) : Hàm tính toán ma trận quay quanh trục z góc theta.  Hàm Tranx:=proc(a) : Hàm tính toán ma trận tịnh tiến theo trục x đoạn a.  Hàm Trany:=proc(b) : Hàm tính toán ma trận tịnh tiến theo trục y đoạn b.  Hàm Tranz:=proc(c) : Hàm tính toán ma trận tịnh tiến theo trục z đoạn c.  Hàm Dmatrix:=proc(theta,d,a,alpha) : Tính ma trận Denavit-Hartenberg Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 16 CHƢƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP 3.1 Xây dựng chƣơng trình mô phỏng Từ những yêu cầu đặt ra, ta đưa ra các bước xây dựng chương trình mô phỏng như sau:  Xây dựng mô hình cơ học và thiết lập phương trình chuyển động.  Xây dựng mô hình thể hiện đối tượng bằng phần mềm thiết kế 3D và xuất từng đối tượng ra tệp *.stl .  Lập trình đồ họa mô phỏng hoạt động của đối tượng dựa trên thư viện OpenGL và thư viện hỗ trợ giao diện MFC. 3.1.1 Mô phỏng chuyển động robot với OpenGL Trong công nghệ đồ họa động đang ngày càng được ứng dụng trong cuộc sống và ngày nay nó đã được phát triển tương đối mạnh mẽ ở Việt Nam.Trong kỹ thuật thì việc sử dụng các ứng dụng của OpenGL cũng như DirectX vào việc mô phỏng các cơ cấu máy móc, các họat động của robot công nghiệp trước khi đem thử nghiệm bằng mô hình thực là giải pháp mà rất nhiều kĩ sư cơ khí cũng như cũng như các viện nghiên cứu lựa chọn do tính ưu việt của nó trong việc thể hiện các mô hình đồ họa động trong không gian 3 chiều. Ngoài các thư viện chuẩn của OpenGL như glu32.lib, OpenGL.lib còn có thể sử dụng các thư viện khác như glut hoặc aux. Các thư viện này được xây dựng độc lập với hệ điều hành do đó có tính tương thích cao cũng như khả năng linh hoạt của nó. 3.1.2 Xây dựng các đối tƣợng 3 chiều Việc xây dựng đối tượng 3 chiều phức tạp bằng OpenGL được thực hiện như sau :  Thiết kế các mô hình 3 chiều bằng một phần mềm hỗ trợ thiết kế chuyên dùng như Catia hay SolidWork, 3D Max...  Xuất đối tượng 3 chiều ra các dạng tập tin nhị phân hay ASCII (American Standard Code for Information Interchange) có chứa các thông tin của đối tượng dưới dạng các đỉnh và quy tắc nối các đỉnh đó thành đa giác. Ví dụ các tập tin *.SLT,*.NVT …  Đọc thông tin các đối tượng từ các tập tin đó và sử dụng các hàm vẽ đối tượng cơ bản của OpenGL xây dựng lại đối tượng 3 chiều cơ bản ban đầu. 3.1.3 Tạo chuyển động cho các đối tƣợng. Theo lý thuyết hệ nhiều vật, vị trí của một vật rắn trong không gian có thể xác định bằng các ma trận biến đổi thuần nhất so với hệ toạ độ cố định. Trong OpenGL vị trí của đối tượng cũng được thay đổi bằng phép nhân các toạ độ của đối tượng với ma Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 17 trận hiện hành. Giá trị của các ma trận hiện hành được biến đổi bằng các phép biến hình cơ bản là tịnh tiến và quay. 3.1.4 Lập trình giao diện tƣơng tác ngƣời dùng Visual C++ là một trong các ngôn ngữ lập trình thuộc dòng Visual Studio của hãng Microsoft, phát triển dựa trên nền tảng là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng C++. Visual C++ ra đời khoảng những năm 1990 và càng ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhất là các ứng dụng trong kỹ thuật như là lập trình nhúng,lập trình điều khiển và lập trình mô phỏng. Việc tạo ra các giao diện phức tạp và trình bày đẹp đối với Visual C++ khá là đơn giản, và đây chính là thế mạnh của Visual C++ trong việc trợ giúp đắc lực cho người lập trình khi xây dựng những dự án lớn hoặc trong kỹ thuật lập trình hệ thống. MFC là lớp nền tảng của Microsoft (Microsoft Foundation Classes), là một công cụ mạnh trong lập trình ứng dụng cho hầu hết các lĩnh vực vì nó có giao diện đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng trong việc thiết kế các giao diện. Hình 3.1: Phần mềm Visual Studio 2010 3.2 Thiết kế mô hình robot tác hợp Trong chương này tác giả sẽ thiết kế mô hình robot tác hợp dựa trên những kết quả tính toán ở trên và sử dụng phần mềm thiết kế 3D SolidWork 2010.Dưới đây là bản vẽ chi tiếp các khâu khớp và thành phần trong hệ thống. Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 18