Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song phẳng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BÁO CÁO TÓM TẮT
Ề TÀI KHOA H C VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ
ỀU KHIỂ ỒNG BỘ THÍCH
NGHI CHO TAY MÁY ROBOT
SONG SONG PHẲNG
Mã số: KYTH - 17
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. LÊ TIẾ DŨ
01/2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BÁO CÁO TÓM TẮT
Ề TÀI KHOA H C VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ
ỀU KHIỂ ỒNG BỘ THÍCH
NGHI CHO TAY MÁY ROBOT
SONG SONG PHẲNG
Mã số: KYTH - 17
01/2019
DANH SÁCH CÁC THꢀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
TT
Họ và tên
Lê Tiến Dũng
Đơn vị công tác
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
1
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
2
3
Huỳnh Tấn Tiến
Đoàn Quang Vinh
Trương Thị Bích Thanh
Đại học Đà Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
4
5
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà
Nẵng
Học viên cao học tại Khoa Điện, trường Đại
học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Nguyễn Lê Hòa
Giáp Quang Huy
Ngô Đình Thanh
Trần Thái Anh Âu
Nguyễn Kim Ánh
Dương Tấn Quốc
6
7
8
9
10
i
MỤC LỤC
Danh mꢀc cꢁc hình vꢂ
Danh mꢀc cꢁc bꢃng biꢄu
Danh mꢀc cꢁc chꢅ viết tꢆt
Thông tin về kết quꢃ nghiên cứu bằng tiếng Việt
Thông tin kết quꢃ nghiên cứu bằng tiếng Anh
PHꢁN Mꢂ ĐꢁU
iii
v
vi
vii
x
1
TꢇNH CꢈP THIꢉT CꢊA Đꢋ TÀI
1
MỤC TIÊU NGHIÊN CꢌU
2
ĐꢍI TƯꢎNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CꢌU
CÁCH TIꢉP CꢏN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CꢌU
CHƯƠNG 1 – TꢃNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY ROBOT SONG SONG
PHẲNG
3
3
4
4
1.1. Giới thiệu chung
1.2. Tꢄng quan về cꢅc phương phꢅp điều khiꢆn tay mꢅy robot song song phꢇng trên
thꢈ giới
4
CHƯƠNG 2 – XÂY DꢉNG MÔ HꢊNH ĐỘNG LꢉC HꢋC
6
2.1. Giới thiệu
6
2.2. Xây dꢌng mô hꢍnh đꢎng lꢌc học cho mꢎt tay mꢅy robot song song phꢇng dꢏng
tꢄng quꢅt
6
2.3. Xây dꢌng mô hꢍnh đꢎng lꢌc học cho tay mꢅy robot song song phꢇng 3 bꢐc tꢌ do
8
2.3.1. Mô hꢀnh đꢁng hꢂc cꢃa tay mꢄy robot song song phꢅng 3 bꢆc tꢇ do
8
2.3.2. Mô hꢀnh đꢁng hꢂc lꢇc hꢂc cꢃa tay mꢄy robot song song phꢅng 3 bꢆc tꢇ do
14
CHƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THꢑCH NGHI CHO TAY
MÁY ROBOT SONG SONG PHẲNG
3.1. Giới thiệu về thuꢐt toꢅn điều khiꢆn đồng bꢎ
3.2. Mꢏng nơ-ron xuyên tâm
17
17
17
3.3. Đề xuất bꢎ điều khiꢆn đồng bꢎ thích nghi cho tay máy robot song song phꢇng dꢏng
tꢄng quát
18
20
22
22
3.4. Thiꢈt kꢈ thuꢐt toán chỉnh định online và phân tích ꢄn định của hệ thống
CHƯƠNG 4 – MÔ PHꢒNG KIỂM NGHIỆM
4.1. Xây dꢌng mô hꢍnh của hệ thống trên matlab-simulink
4.2. Xây dꢌng mô hꢍnh tay mꢅy robot song song phꢇng 3 bꢐc tꢌ do trên solidworks
24
25
CHƯƠNG 5 – THỬ NGHIỆM CHẾ TꢓO MÔ HÌNH PHꢁN CỨNG CỦA ROBOT 30
4.3. Kꢈt quả mô phỏng thuꢐt toꢅn điều khiꢆn đồng bꢎ thích nghi
5.1. Mô tả mô hꢍnh phần cứng
5.2. Các kꢈt quả thꢌc nghiệm
KẾT LUẬN Vꢀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
TꢀI LIỆU THAM KHẢO
30
34
39
40
ii
DANH MỤC CÁC HꢊNH VẼ
Tên hꢍnh vẽ
Trang
Hình I. Một số tay máy robot song song
1
4
6
7
Hình 1.1. Cấu trúc hình học của robot nối tiếp và song song
Hꢀnh 2.1. Một tay mꢀy robot song song dạng tổng quát
Hꢀnh 2.2. Hai cꢀch khꢀc nhau (a vꢁ b) đꢂ thꢃc hiꢄn cꢅt ꢆo tạo nên hꢄ
thống hꢇ tương đương tꢈ hꢄ thống kꢉn ban đꢊu
Hình 2.3. Tay mꢀy robot song song phẳng ba bậc tꢃ do 3-RRR
Hình 2.4. Cấu hình kỳ dị loại 1 khi ꢉt nhất 1 thanh bị duꢋi thẳng ra
Hình 2.5. Cấu hình kỳ dị loại 1 khi ꢉt nhất 1 thanh bị gập lại
Hình 2.6. Cấu hình kỳ dị loại 2 khi các tất cꢆ cꢀc chuꢋi nối tiếp cꢅt
nhau tại một điꢂm
9
12
12
13
Hình 2.7. Cấu hình kỳ dị loại 2 khi các thanh song song nhau
Hình 2.8. Cấu hình kỳ dị loại 3 khi các thanh vꢈa bị căng vꢈa cꢅt nhau
tại một điꢂm
13
13
Hình 2.9. Cấu hình kỳ dị loại 3 khi các thanh vꢈa bị duꢋi thẳng vꢈa
song song nhau
14
Hình 2.10. Mô hình hꢄ thổng hꢇ tương đương 3-RRR
Hình 3.1. Nguyên lý cơ bꢆn điều khiꢂn đồng bộ nhiều trục của robot
song song
14
17
Hình 3.2. Cấu trúc của một mạng nơ-ron xuyên tâm 3 lớp, có L nơ-
ron ꢇ lớp ẩn
Hình 3.3. Sơ đồ khối cấu trúc của bộ điều khiꢂn đồng bộ thích nghi
mꢁ đề tꢁi đề xuất
18
19
Hình 4.1. Sơ đồ khối cấu trúc mô phỏng hꢄ thống
Hình 4.2. Kết quꢆ xây dꢃng thuật toán trên Matlab
Hình 4.3. Mô hình robot đã được lꢅp ghép
Hình 4.5. Mô hình cơ khꢉ của Tobot 3RRR tꢈ Solidworks đã tꢉch hợp
vào trên Simulink
22
23
25
25
Hình 4.6. So sánh kết quꢆ điều khiꢂn bám quỹ đạo giữa 3 trường
hợp: Điều khiꢂn tính mô-men (đường mꢁu xanh lꢀ cây), Điều khiꢂn
đồng bộ tính mô-men (đường màu xanh da trời) và bộ điều khiꢂn
đồng bộ thích nghi của đề tꢁi đề xuất (đường mꢁu đỏ)
Hình 4.7. So sánh sai số bám quỹ đạo của các khớp chủ động:
a) Sai số của khớp chủ động 1; b) Sai số của khớp chủ động 2 và c)
Sai số của khớp chủ động 3
Hình 4.8. So sánh sai số bám quỹ đạo của khâu chấp hành cuối
a) Error in the X-direction; b) Error in the Y-direction; and c) Error
of rotary angle
27
27
28
29
Hình 4.9. a) Kết quꢆ chỉnh định online các tham số của mạng nơ-ron
hꢁm cơ sꢇ xuyên tâm
b) Kết quꢆ chỉnh định online các tham số của các bộ bù sai số
Hình 5.1. Sơ đồ tổng quát của mô hình phꢊn cứng robot
Hình 5.10. Động cơ servo Omron vꢁ driver SDGA
Hình 5.11. Sơ đồ nối dây của driver SDGA
Hình 5.12. Sơ đồ đấu nối giữa động cơ vꢁ driver
Hình 5.13. Sơ đồ kết nối của cꢆ hꢄ thống
30
31
32
33
76
iii
Hình 5.17. Đồ thị kết quꢆ thꢃc nghiꢄm khâu chấp hành cuối bám theo
quỹ đạo
34
Hình 5.18. Đồ thị sai số của mô hình theo phương X
Hình 5.19. Đồ thị sai số của mô hình theo phương Y
Hình 5.20. Đồ thị sai số góc quay của khâu chấp hꢁnh cuối
Hình 5.21. Đồ thị kết quꢆ điều khiꢂn khớp chủ động 1
Hình 5.22. Phóng to kết quꢆ tại vị trꢉ đỉnh của góc chủ động 1
Hình 5.23. Đồ thị sai số góc điều khiꢂn của khớp chủ động 1
Hình 5.24. Đồ thị kết quꢆ điều khiꢂn khớp chủ động 2
Hình 5.25. Phóng to kết quꢆ tại vị trꢉ đỉnh của góc chủ động 2
Hình 5.26. Đồ thị sai số góc điều khiꢂn của khớp chủ động 1
Hình 5.27. Đồ thị kết quꢆ điều khiꢂn khớp chủ động 3
Hình 5.28. Phóng to kết quꢆ tại vị trꢉ đỉnh của góc chủ động 3
Hình 5.29. Đồ thị sai số góc điều khiꢂn của khớp chủ động 3
Hình 5.30. Sai số tương đối của điều khiꢂn bám quỹ đạo (%)
34
35
35
35
36
36
36
37
37
37
38
38
38
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng
Trang
24
Bảng 4.1. Mô phỏng cꢀc thꢁnh phꢊn cơ khꢉ của robot
Bảng 4.2. Giá trị các tham số của tay máy robot song song phẳng 3 bậc
tꢃ do
25
Bảng 5.1. Thông số của động cơ
31
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
RRR
DOF
P
Revolute – Revolute – Revolut
Degree of freedom
Proportional
I
Integral
D
Derivative
RPDR
NPD
S-PI
Rice Planar Delta Robot
Nonlinear PD
Saturated proportional-integral
Variable Structure Control
Sliding Mode Control
VSC
SMC
FSMC
FLSD
MLP
RBF
PNN
ANFIS
GMDH
MRA
CTC
NCT
DNTSMC
NN
Fuzzy Sliding Mode Control
Funy Logic Switching Devic
Multilayer perceptron
Radial Basis Function neural network
Polynomial neural networks
Adaptive-network-based fuzzy inference system
Group method of data handling
Multiresolution analysis
Computed torque control
Nonlinear Computed torque
Decoupled nonsingular terminal sliding mode controller
Neural Network
BLM
AFC
DAF
IDC
Boundary layer method
Acceleration feedback control
Dynamic acceleration feedback
Inverse dynamics controller
vi
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Đơn vị: ĐꢓI HꢋC Đꢀ NꢔNG
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu thiꢈt kꢈ bꢎ điều khiꢆn đồng bꢎ thích nghi cho tay máy robot
song song phꢇng
- Mã số: KYTH - 17
- Chủ nhiệm: PGS. TS. Lê Tiến Dũng
- Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: Từ thꢁng 01 năm 2017 đến thꢁng 12 năm 2018
2. Mục tiêu:
a) Mục tiêu tổng quát:
- Thiết kế được bộ điều khiꢄn đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song phẳng.
b) Mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng được cꢁc phương trình toꢁn học mô tꢃ động học, động lực học của tay máy
robot song song phẳng có xét đến ma sát và các thành phần bất định đꢄ làm cơ sở thiết kế thuật
toꢁn điều khiꢄn đồng bộ thích nghi.
- Xây dựng được cꢁc phương trình phân tích cấu hình kỳ dị của tay máy robot song song
phẳng. Đꢄ từ đó thiết kế được một vùng không gian làm việc của khâu chấp hành cuối của tay
máy robot song song phẳng trong đó không có xꢃy ra cấu hình kỳ dị.
- Xây dựng được thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ thích nghi mới cho robot song song phẳng
khꢆc phꢀc được nhꢅng nhược điꢄm của cꢁc phương phꢁp hiện có về hiện tượng rung của tín
hiệu điều khiꢄn, giꢃm nhỏ sai số quỹ đạo dưới 3% và bền vꢅng với cꢁc tꢁc động của nhiễu
loạn.
3. Tính mới và sáng tꢏo:
Qua tổng hợp nhꢅng công bố nghiên cứu tại Việt Nam hiện nay, có thꢄ thấy chưa có cꢁ nhân
và đơn vị nào nghiên cứu về vấn đề điều khiꢄn đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song
phẳng. Với yêu cầu rút ngꢆn khoꢃng cꢁch trình độ nghiên cứu về tay mꢁy robot trong nước và
thế giới, thì cần phꢃi có nhꢅng nghiên cứu theo hướng mới, bꢆt kịp với sự phát triꢄn của lĩnh
vực điều khiꢄn tay máy robot song song trên thế giới.
Đối với tình hình nghiên cứu trên thế giới, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về điều khiꢄn tay
máy robot song song phẳng nhưng cꢁc bộ điều khiꢄn đã đề xuất vẫn còn tồn tại nhꢅng nhược
điꢄm cần khꢆc phꢀc. Bên cạnh đó, thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ cho tay máy robot song song
vẫn đang là một lĩnh vực mới, có nhiều vấn đề đang bỏ ngỏ cần nghiên cứu. Vì vậy việc nghiên
cứu đề xuất thuật toꢁn đồng bộ thích nghi là cần thiết đꢄ khꢆc phꢀc nhꢅng hạn chế của các
thuật toꢁn điều khiꢄn hiện tại, nâng cao hơn nꢅa chất lượng điều khiꢄn cho tay máy robot song
song phẳng.
Trong đề tài này, nhóm thực hiện đã nghiên cứu đề xuất một thuật toán điều khiꢄn đồng bộ
thích nghi mới nâng cao chất lượng bám quỹ đạo cho robot song song phẳng. Thuật toꢁn điều
khiꢄn mới được xây dựng dựa trên mô hình động lực học của tay máy robot, kết hợp giꢅa điều
khiꢄn đồng bộ với điều khiꢄn thích nghi và có xét đến đầy đủ các sai số mô hình, các thành
phần bất định cũng như cꢁc nhiễu loạn từ bên ngoài tꢁc động lên robot. Như vậy, bộ điều khiꢄn
mà đề tài nghiên cứu đề xuất có tính mới và tính sáng tạo, khꢆc phꢀc được cꢁc nhược điꢄm của
các thuật toꢁn điều khiꢄn tay máy robot song song phẳng trước đó.
4. Kꢈt quả nghiên cứu:
Đề tài đã nghiên cứu, đề xuất được một bộ điều khiꢄn đồng bộ thích nghi mới cho tay máy
robot song song phẳng ở dạng tổng quát. Bộ điều khiꢄn được xây dựng trên cơ sở kết hợp sử
vii
dꢀng phương phꢁp điều khiꢄn đồng bộ, trong đó thực hiện các tính toán về sai số đồng bộ, sai
số đồng bộ chéo của các khớp chủ động, kết hợp với thuật toꢁn điều khiꢄn tính mô-men, và
điều khiꢄn thích nghi sử dꢀng mạng nơ-ron nhân tạo kết hợp với các bộ bù sai số. Kết quꢃ của
sự kết hợp này là bộ điều khiꢄn mới có cꢁc ưu điꢄm như mang lại độ chính xác cao cho tay
máy robot, giꢃi quyết được vấn đề phức tạp của việc bù các thành phần bất định và nhiễu loạn
từ bên ngoài. Trong bộ điều khiꢄn đề xuất, tham số của mạng nơ-ron nhân tạo và đầu ra của
các bộ bù sai số được chỉnh định online trong quá trình robot hoạt động đꢄ bù chính xác và
thích nghi với các thành phần bất định cũng như nhiễu loạn từ bên ngoài. Sự ổn định của hệ
thống kín được đꢃm bꢃo bằng chứng minh toán học dựa theo lý thuyết ổn định Lyapunov. Các
kết quꢃ mô phỏng đã chứng minh sự hiệu quꢃ của phương phꢁp. Bên cạnh đó, đề tài cũng thực
hiện chế tạo thử nghiệm một mô hình và đạt được kết quꢃ bước đầu khꢃ quan.
5. Sản phẩm:
- 01 bài báo quốc tế thuộc danh mꢀc SCIE:
[1] Quang Vinh Doan, Tien Dung Le, Quang Dan Le and Hee-Jun Kang, "A neural
network–based synchronized computed torque controller for three degree-of-freedom planar
parallel manipulators with uncertainties compensation." International Journal of Advanced
Robotic Systems 15.2 (2018): 1729881418767307.
- 02 bài báo trên tạp chí trong nước:
[1] Lê Tiến Dũng, Lê Quang Dân, “Điều khiꢄn đồng bộ tính mô-men cho tay máy robot
song song phẳng 3 bậc tự do”, Tạp chí Khoa học Công nghꢄ Đại học Đꢁ Nẵng, Số 7(116).2017
[2] Dương Tấn Quốc, Lê Tiến Dũng, “Phân tích động học và các cấu hình kỳ dị của tay
máy robot song song phẳng 3 bậc tự do”, Tạp chí Khoa học Công nghꢄ Đại học Đꢁ Nẵng, Số
5(114).2017-Quyꢄn 1.
- 01 bài bꢁo được đăng trong kỷ yếu Hội nghị quốc tế:
[1] Le, Tien Dung, and Quang Vinh Doan. "Fuzzy Adaptive Synchronized Sliding Mode
Control Of Parallel Manipulators." Proceedings of the 2018 4th International Conference on
Mechatronics and Robotics Engineering. ACM, 2018.
- 01 bài bꢁo được đăng trong kỷ yếu Hội nghị trong nước:
[1] Lê Tiến Dũng, Đoàn Quang Vinh, Dương Tấn Quốc, “Thiết kế thuật toꢁn Điều khiꢄn
trượt đồng bộ cho tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do trong hệ tọa độ khớp chủ động”,
Kỷ yếu Hội nghị-Triꢂn lãm quốc tế lꢊn thứ 4 về Tꢃ động hóa, VCCA 2017, TP HCM.
- Đào tạo 01 Thạc sỹ bꢃo vệ thành công luận văn tốt nghiệp:
Dương Tấn Quốc, lớp K31.TĐH, chuyên ngành Kỹ thuật điều khiꢄn và Tự động hóa. Tên
đề tài luận văn: “Thiết kế thuật toán điều khiꢄn đồng bộ cho tay máy robot song song phẳng ba
bậc tự do” dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Tiến Dũng (Quyết định giao đề tài số 162/QĐ-
ĐHBK-ĐT, quyết định bꢃo vệ số 1227/QĐ-ĐHBK-ĐT).
- Đào tạo 01 chuyên đề Tiến sĩ cho nghiên cứu sinh:
Nghiên cứu sinh Lê Ngọc Trúc, khóa 2016, ngành Kỹ thuật Điều khiꢄn và Tự động hóa
trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tên chuyên đề: “Tham số hóa và mô phỏng tay máy công
nghiệp sử dụng Blockset SimMechanics”.
- Hướng dẫn 4 sinh viên bꢃo vệ xong đồ án tốt nghiệp đại học năm 2018:
1, Nguyễn Khánh Hiệu, Nguyễn Quyền Anh, lớp 13TDH1, tên đề tài: “Nhận dạng tham số
động lực học và hệ số ma sát cho tay máy robot song song phẳng ba bậc tự do RRR”, bꢃo vệ
tháng 6/2018.
2, Trương Thanh Nguyên, Lê Thị Trang, lớp 13TDH1, tên đề tài: “Nghiên cứu bộ điều
khiꢄn đồng bộ và thực nghiệm trên mô hình tay máy robot song song phẳng ba bậc tự do 3-
RRR”, bꢃo vệ tháng 6/2018.
viii
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Research on designing of adaptive synchronized controller for planar
parallel robotic manipulators
Code number: KYTH - 17
Coordinator: Le Tien Dung
Implementing institution: The University of Danang
Duration: from 01st January 2017 to 30th December 2018
2. Objective(s):
a) General objective:
- Design of adaptive synchronized controller for planar parallel robotic manipulators.
b) Detail objectives:
- Built of mathematical equations of kinematics, dynamic model of planar parallel
manipulator considering friction forces and uncertainties. Based on these equations, the
adaptive synchronized controller for planar parallel robotic manipulators will be designed.
- Built of mathematical equations for singularity analysis of parallel robotic manipulators.
Based on this, a workspace of end-effector without singularity will be designed.
- Developed new adaptive synchronized control algorithm for planar parallel robotic
manipulators which overcome the disadvantages of previous methods about the chattering,
reduce the error under 3% and robust with external disturbances.
3. Creativeness and innovativeness:
Based on the current study published in Vietnam, there are no individuals or organizations
that study adaptive synchronous controller for planar parallel robotic manipulators. With the
need to shorten the research gap between Vietnam and developed countries, new research is
needed in the the field of parallel manipulator control.
On the world, although there have been many studies in the field of control palanar parallel
manipulators, proposed controllers still have shortcomings to overcome. In addition,
synchronized control algorithm for parallel robotic manipulators is still a new field, there are
many issues that need to be researched. Thus, the proposed study of adaptive synchronized
control algorithms is necessary to overcome the limitations of the current control algorithms,
to further improve the control quality for planar parallel robotic manipulators.
In this study, the research team proposed a new adaptive synchronized control algorithm
that enhances the trajectory tracking control quality for planar parallel robotic manipulators.
The new control algorithm is based on the dynamic model, combining synchronized control
with adaptive control and taking full account of model errors, uncertainties of the robot. Thus,
the proposed controller in this project has novelty and creativity, overcome the disadvantages
of previous control algorithms for planar parallel robotic manipulators.
4. Research results:
An adaptive synchronized computed torque control algorithm based on neural networks
and error compensators has been proposed in this project. By integrating the definitions of
synchronization error, cross-coupling error of active joints with an adaptive computed torque
control algorithm, the results inherit the advantages of both methods, such as the high accuracy
and low online computational burden. The proposed control algorithm handles the
uncertainties and external disturbances by using a bank of neural networks and error
compensators. The weights of neural networks and error compensators are adaptively tuned
online during the tracking trajectory of the parallel manipulator. The stability of the closed-
loop control system is theoretically proven by the Lyapunov method. The results of computer
simulations verified the effectiveness of the proposed control algorithm.
5. Products:
x
- 01 SCIE paper:
[1] Quang Vinh Doan, Tien Dung Le, Quang Dan Le and Hee-Jun Kang, "A neural
network–based synchronized computed torque controller for three degree-of-freedom planar
parallel manipulators with uncertainties compensation." International Journal of Advanced
Robotic Systems 15.2 (2018): 1729881418767307.
- 02 paper in national journal:
[1] Lê Tiến Dũng, Lê Quang Dân, “Synchornized Computed Torque Control for 3 DOF
planar parallel robotic manipulators”, Journal of Science and Technology – The University of
Danang, Volume 7(116).2017
[2] Dương Tấn Quốc, Lê Tiến Dũng, “Analysis of kinematics and singularities of 3 DOF
planar parallel robotic manipulator”, Journal of Science and Technology – The University of
Danang, Volume 5(114).2017- Issue 1.
- 01 paper in proceeding of international conference:
[1] Le, Tien Dung, and Quang Vinh Doan. "Fuzzy Adaptive Synchronized Sliding Mode
Control Of Parallel Manipulators." Proceedings of the 2018 4th International Conference on
Mechatronics and Robotics Engineering. ACM, 2018.
- 01 paper in proceeding of national conference:
[1] Lê Tiến Dũng, Đoàn Quang Vinh, Dương Tấn Quốc, “Design of Synchronized sliding
mode control for 3 DOF planar parallel robotic manipulator in active joint space”, Proceeding
of The 4th Vietnam International Conference And Exhibition On Control And Automation,
VCCA 2017, Tp HCM.
- 01 master student who successfully defend his thesis:
Dương Tấn Quốc, K31.TĐH, major in Control Engineering and Automation. Name of
thesis: “Design of synchronized control algorithm for 3 DOF planar parallel robotic
manipulator” under the supervise of Dr. Lê Tiến Dũng (Decision number 162/QĐ-ĐHBK-ĐT,
Thesis defend by decision number 1227/QĐ-ĐHBK-ĐT).
- Advise 01 research topic for PhD student:
PhD student name: Lê Ngọc Trúc, course 2016, major in Control Engineering and
Automation, Hanoi University of Science and Technology. Research topic: “Parameter
identification and simulation of industrial robot arm using Blockset SimMechanics”.
- Supervise 4 students who successfully defend their thesis on June 2018:
1, Nguyễn Khánh Hiệu, Nguyễn Quyền Anh, class 13TDH1, thesis topic: “Identification
of dynamics and friction parameters for 3 DOF planar parallel robotic manipulator”.
2, Trương Thanh Nguyên, Lê Thị Trang, class13TDH1, thesis topic: “Research on
synchronized controller and implement on hardware of 3 DOF planar parallel robotic
manipulator.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
The research project has the contribution in improving the capacity of scientific research in
Vietnam in the field of parallel robotic manipulator control. Research results are the basis for further
expansion of the research content and application into practice.
The summary report of the research results is a useful for undergraduate students, graduate
students in the field of Control Engineering and Automation, Mechatronics, Electrical Engineering.
The research results have the contribution in improving the quality of training and education. This
is a new research trend which is urgent not only in the Vietnam but also in the world.
xi
PHꢁN Mꢂ ĐꢁU
TꢑNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TꢀI
Tại Việt Nam, tay máy robot đã được triꢄn khai trong các ngành sꢃn xuất vật liệu xây dựng,
luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu và một vài lĩnh vực khác. Trong chiến lược
phát triꢄn công nghiệp Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn 2035, chính phủ đã đặt mꢀc tiêu giá
trị sꢃn phẩm công nghiệp công nghệ cao và sꢃn phẩm ứng dꢀng công nghệ cao đến năm 2025
đạt khoꢃng 45% tổng GDP, sau năm 2025 đạt trên 50%. Trong đó, định hướng đến năm 2020
Việt Nam có thꢄ nghiên cứu, thiết kế và sꢃn xuất robot công nghiệp. Đꢄ làm được điều này,
Việt Nam cần tập trung phát huy nghiên cứu phát triꢄn, làm chủ công nghệ về robot - lĩnh vực
trung tâm của cuộc cách mạng công nghệ lớn.
Hiện nay, yêu cầu về độ chính xác, tốc độ và độ cứng vꢅng trong các ứng dꢀng gia công
cơ khí chính xꢁc cao, trong robot phẫu thuật y tế, robot giống người, trong các hệ thống mô
phỏng chuyꢄn động,… ngày càng cao. Cꢁc yêu cầu công nghệ này không thꢄ đꢁp ứng được khi
sử dꢀng các loại robot nối tiếp truyền thống. Nhằm đꢁp ứng các yêu cầu trên, trong nhꢅng năm
gần đây, loại tay mꢁy robot song song đã thu hút nhiều nhà khoa học, nhiều tổ chức nghiên
cứu. Vấn đề thiết kế, chế tạo và điều khiꢄn các loại tay máy robot song song trở thành vấn đề
cấp thiết, có tính thời sự trong cộng đồng nghiên cứu cũng như sꢃn xuất robot công nghiệp trên
thế giới cũng như tại Việt Nam.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Hình I. Một số tay máy robot song song: (a) Tay máy song song DexTAR (ÉTS, Montreal,
Canada); (b) Tay máy song song 3 bậc tꢃ do (Đại học Western Ontario); (c) Tay máy song
song phẳng 3 bậc tꢃ do (Viꢄn cơ điꢄn tử, đại học Leibniz); (d) Tay máy FlexPicker IRB 340
của hãng ABB; (e) Robot phẫu thuật (Viꢄn công nghꢄ và Tꢃ động hóa - IPA) and (f) Tay máy
6 bậc ALMA điều khiꢂn chuyꢂn động kꢉnh thiên văn.
1
Một số mô hình và ứng dꢀng của tay mꢁy robot song song được thꢄ hiện như trên Hình I.
Như đã phân tích tổng quan ở mꢀc 10, tay máy robot song song có nhꢅng ưu điꢄm vượt trội
như có tốc độ cao, độ cứng vꢅng lớn, độ chính xác rất cao, khꢃ năng chịu được tꢃi trọng lớn
và mô-men quꢁn tính bé hơn hẳn các loại tay máy robot nối tiếp truyền thống. Tuy nhiên, việc
điều khiꢄn tay máy robot song song gặp nhiều khó khăn và thꢁch thức do mô hình động lực
học phức tạp, nhiều cấu hình kỳ dị và sự giới hạn về không gian làm việc.
Trong các loại tay máy robot song song thì loại tay máy robot song song phẳng có nhꢅng
đặc thù riêng, có nhiều ứng dꢀng trong thực tiễn và được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu. Trong đó, vấn đề điều khiꢄn bám quỹ đạo có tính thiết yếu bởi vì nó ꢃnh hưởng trực tiếp
đến hiệu quꢃ và khꢃ năng hoạt động của robot. Gần đây, phương phꢁp điều khiꢄn đồng bộ cho
tay máy robot song song phẳng được chú trọng phát triꢄn bởi ưu điꢄm về việc xét đến ꢃnh
hưởng động học giꢅa các khớp có gꢆn cơ cấu truyền động (active joints). Điꢄm khác biệt giꢅa
thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ và thuật toꢁn điều khiꢄn phꢃn hồi truyền thống là việc đề xuất
một đại lượng gọi là sai số đồng bộ. Sai số này khác với sai số về quỹ đạo thông thường và có
ꢃnh hưởng lớn đến độ chính xác bám quỹ đạo của robot. Thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ được
đề xuất đầu tiên bởi Y. Koren cho việc điều khiꢄn một máy công cꢀ 2 trꢀc. Sau đó, một số công
trình khꢁc đã phꢁt triꢄn và ứng dꢀng thuật toꢁn này trong điều khiꢄn chuyꢄn động cho các máy
công cꢀ nhiều trꢀc, cho hệ thống gồm nhiều tay nối tiếp phối hợp làm việc, cho hệ thống nhiều
robot và gần đây là cho tay mꢁy robot song song.
Qua tổng hợp nhꢅng công bố nghiên cứu tại Việt Nam hiện nay, có thꢄ thấy chưa có cꢁ nhân
và đơn vị nào nghiên cứu về vấn đề điều khiꢄn đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song
phẳng. Với yêu cầu rút ngꢆn khoꢃng cꢁch trình độ nghiên cứu về tay mꢁy robot trong nước và
thế giới, thì cần phꢃi có nhꢅng nghiên cứu theo hướng mới, bꢆt kịp với sự phát triꢄn của lĩnh
vực điều khiꢄn tay máy robot song song trên thế giới. Việc thực hiện nghiên cứu đề xuất thuật
toꢁn đồng bộ thích nghi là cần thiết đꢄ khꢆc phꢀc nhꢅng hạn chế của các thuật toꢁn điều khiꢄn
hiện tại, nâng cao hơn nꢅa chất lượng điều khiꢄn cho tay máy robot song song phẳng.
Trong đề tài này, nhóm thực hiện nghiên cứu đề xuất một phương phꢁp điều khiꢄn đồng
bộ thích nghi mới nhằm nâng cao chất lượng bám quỹ đạo cho robot song song phẳng. Trước
hết cꢁc mô hình và cơ sở lý thuyết cho các vấn đề cần nghiên cứu được xây dựng. Sau đó cꢁc
phương phꢁp điều khiꢄn dựa theo mô hình của tay máy robot song song phẳng hiện có được
đꢁnh giꢁ và chỉ ra nhꢅng tồn tại, hạn chế. Dựa trên nhꢅng kết quꢃ này, thuật toꢁn điều khiꢄn
mới được xây dựng dựa trên mô hình động lực học của tay máy robot, kết hợp giꢅa điều khiꢄn
đồng bộ với điều khiꢄn thích nghi và có xét đến đầy đủ các sai số mô hình, các thành phần bất
định cũng như cꢁc nhiễu loạn từ bên ngoài tꢁc động lên robot. Thuật toꢁn điều khiꢄn mà đề tài
nghiên cứu đề xuất có tính mới, khꢆc phꢀc được cꢁc nhược điꢄm của các thuật toꢁn điều khiꢄn
tay máy robot song song phẳng trước đó, đủ hàm lượng khoa học đꢄ công bố bằng bài báo trên
tạp chí quốc tế thuộc SCIe. Kết quꢃ của đề tài sꢂ góp phần hoàn thiện kỹ thuật điều khiꢄn bám
quỹ đạo cho tay máy robot song song phẳng, rút ngꢆn trình độ về KH&CN trong nước và quốc
tế.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
a) Mục tiêu tổng quát:
- Thiết kế được bộ điều khiꢄn đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song phẳng.
b) Mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng được cꢁc phương trình toꢁn học mô tꢃ động học, động lực học của tay máy
robot song song phẳng có xét đến ma sát và các thành phần bất định đꢄ làm cơ sở thiết kế thuật
toꢁn điều khiꢄn đồng bộ thích nghi.
- Xây dựng được cꢁc phương trình phân tích cấu hình kỳ dị của tay máy robot song song
phẳng. Đꢄ từ đó thiết kế được một vùng không gian làm việc của khâu chấp hành cuối của tay
máy robot song song phẳng trong đó không có xꢃy ra cấu hình kỳ dị.
2
- Xây dựng được thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ thích nghi mới cho robot song song phẳng khꢆc
phꢀc được nhꢅng nhược điꢄm của cꢁc phương phꢁp hiện có về hiện tượng rung của tín hiệu
điều khiꢄn, giꢃm nhỏ sai số quỹ đạo dưới 3% và bền vꢅng với cꢁc tꢁc động của nhiễu loạn.
ĐꢕI TƯꢖNG, PHꢓM VI NGHIÊN CỨU
a) Đối tượng nghiên cứu
-
Mô hình động lực học dạng tổng quát cho một tay máy robot song song phẳng có n
bậc tự do.
-
Mô hình mô tꢃ động học của tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do. Cꢁc phương
pháp phân tích, tìm kiếm vùng không gian làm việc tối ưu và loại trừ các cấu hình kỳ
dị của tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do.
-
Phương phꢁp điều khiꢄn đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song phẳng.
b) Phꢏm vi nghiên cứu
Đề tài này giới hạn phạm vi nghiên cứu cho tay máy robot song song phẳng, là loại tay máy
hoạt động trên một mặt phẳng của hệ tọa độ Đề-cꢁc. Đối với loại tay máy này thì tay máy robot
song song phẳng 3 bậc tự do RRR (sử dꢀng các khớp xoay) là một trường hợp điꢄn hình có thꢄ
áp dꢀng đꢄ kiꢄm nghiệm cho các kết quꢃ nghiên cứu. Trong đề tài, giꢃ thiết các biến khớp và
tốc độ của biến khớp là đo được và đưa phꢃn hồi về bộ điều khiꢄn chuyꢄn động của robot. Giꢃ
thiết các thành phần bất định như sai số mô hình, các lực ma sát và nhiễu loạn từ bên ngoài là
hꢅu hạn và bị chặn trên. Các giꢃ thiết này đều phù hợp và sát với thực tế.
CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a) Cách tiꢈp cꢐn
- Khꢃo sát các kết quꢃ nghiên cứu đi trước trong lĩnh vực liên quan.
- Kế thừa các kết quꢃ của cꢁc đề tài, công trình khoa học đã thực hiện của chủ nhiệm đề tài
và cꢁc thành viên đề tài.
- Tổng hợp, phát triꢄn cơ sở lý thuyết, phân tích các mô hình toán học đꢄ từ đó đề xuất giꢃi
pháp thiết kế thuật toꢁn điều khiꢄn đồng bộ thích nghi mới cho tay máy robot song song phẳng.
- Mô phỏng các thành phần cơ khí của tay máy robot trên các phần mềm chuyên dꢀng, sát
với thực tiễn, thay thế cho mô hình thật và có thꢄ sử dꢀng đꢄ kiꢄm nghiệm giꢃi phꢁp đề xuất.
- Mô phỏng kiꢄm nghiệm.
- Phân tích ổn định, đꢁnh giꢁ cꢁc kết quꢃ.
b) Phương phꢅp nghiên cứu
- Xem xét các vấn đề nghiên cứu liên quan, nghiên cứu tổng quan, so sꢁnh và đꢁnh giꢁ cꢁc
ưu điꢄm, khuyết điꢄm của cꢁc phương phꢁp điều khiꢄn bám quỹ đạo khác nhau cho tay máy
robot song song phẳng đꢄ từ đó đề xuất ý tưởng cꢃi tiến nhằm nâng cao chất lượng.
- Sử dꢀng các công cꢀ toán học phù hợp đꢄ xây dựng các mô hình toán học phꢀc vꢀ cho
mꢀc đích phân tích, thiết kế tối ưu động học và xây dựng mô hình động lực học làm cơ sở thiết
kế thuật toꢁn điều khiꢄn mới.
- Sử dꢀng các công cꢀ phần mềm: Phần mềm Solidworks đꢄ xây dựng chính xác mô hình
của tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do RRR sát với thực tiễn; phần mềm Matlab-
Simulink đꢄ lập trình, mô phỏng kiꢄm nghiệm thuật toán.
- Thiết kế thuật toꢁn điều khiꢄn và thực hiện các thử nghiệm trên mô hình mô phỏng.
- Áp dꢀng các lý thuyết ổn định đꢄ phân tích và xꢁc định miền ổn định của hệ thống điều
khiꢄn.
- Kiꢄm tra độ chính xác của kết quꢃ điều khiꢄn bám quỹ đạo và đꢁnh giꢁ chất lượng điều
khiꢄn dựa trên việc phân tích các dꢅ liệu kết quꢃ.
3
CHƯƠNG 1
TꢃNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY
ROBOT SONG SONG PHẲNG
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Nhìn dưới góc độ cấu trúc hình học, có 2 loại tay máy robot phổ biến đó là tay máy robot
nối tiếp (còn gọi là tay máy robot có cấu trúc hꢇ) và tay máy robot song song (còn gọi là tay
máy robot có cấu trúc kín). Một tay mꢁy robot được gọi là nối tiếp hoặc cấu trúc hở nếu như
từ khâu nền (base) đến khâu chấp hành (end-effector) được liên kết với nhau bằng chỉ một
chuỗi động học nối tiếp (Hình 1.1a). Mặt khác, một tay mꢁy robot được gọi là song song hoặc
cấu trúc kín nếu như khâu chấp hành cuối được liên kết với khâu nền (base) bằng một số các
chuỗi động học nối tiếp tạo thành cấu trúc khép kín (Hình 1.1b).
Hình 1.1. Cấu trúc hình học của robot nối tiếp và song song
a) Cấu trúc chuꢋi động học hꢇ của robot nối tiếp
b) Cấu trúc chuꢋi động học kín của robot song song
Trong các loại tay máy robot song song thì loại tay máy robot song song phẳng có ưu điꢄm
đơn giꢃn, có nhꢅng đặc thù riêng và nhiều ứng dꢀng trong thực tiễn cho nhꢅng điều khiꢄn
chuyꢄn động trên mặt phẳng. Chính vì vậy, tại Việt Nam cũng như trên thế giới có nhiều nhà
khoa học, nhiều công ty, trường đại học đã thực hiện cꢁc công trình nghiên cứu về điều khiꢄn
tay mꢁy robot song song phẳng.
1.2. TꢃNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY ROBOT SONG
SONG PHẲNG TRÊN THẾ GIỚI
Vấn đề điều khiꢄn tay máy robot song song phẳng đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà
nghiên cứu trên thế giới đꢄ nghiên cứu nâng cao thế mạnh của chúng. Có thꢄ chia cꢁc phương
phꢁp điều khiꢄn truyền thống cho tay máy robot song song phẳng đã công bố thành 2 nhóm
chính: Phương phꢀp điều khiꢂn dꢃa theo sai số và Phương phꢀp điều khiꢂn dꢃa theo mô hình.
Đối với nhóm phương phꢁp thứ nhất, có thꢄ kꢄ đến cꢁc công trình điꢄn hình như điều khiꢄn
đồng bộ lồi (convex synchronized control) [1], điều khiꢄn PD, PID phi tuyến [2, 3] và điều
khiꢄn chuyꢄn mạch thích nghi [4] đã được đề xuất cho tay máy robot song song phẳng. Các bộ
điều khiꢄn này có ưu điꢄm đơn giꢃn và dễ thực hiện nhưng chúng không mang lại chất lượng
4
điều khiꢄn tốt bởi vì chúng chỉ được thiết kế dựa trên sai số về động học, còn các thành phần
động lực học của robot không được tính đến đꢄ bù. Đꢄ đạt được chất lượng điều khiꢄn robot
tốt nhất, cꢁc phương phꢁp điều khiꢄn phꢃi được thiết kế với sự phân tích và xét đến các yếu tố
động lực học của robot. Hay nói cách khác, các thành phần động lực học của robot phꢃi được
bù đầy đủ trong bộ điều khiꢄn. Các bộ điều khiꢄn này thuộc nhóm phương phꢁp điều khiꢄn dựa
theo mô hình (Model-based controller). Tuy nhiên, vấn đề phân tích động lực học cũng như
việc thiết kế các bộ điều khiꢄn dựa theo mô hình động lực học của tay máy robot song song
gặp nhiều khó khăn do sự tồn tại của các cấu trúc động học kín và các cấu hình kỳ dị. Các công
trình nghiên cứu thiết kế bộ điều khiꢄn dựa theo mô hình cho robot song song đã được công
bố như bộ điều khiꢄn phi tuyến dựa theo mô hình [5-7], điều khiꢄn tính mô-men [8], bộ điều
khiꢄn bền vꢅng [9], điều khiꢄn trượt ứng dꢀng mạng neural [10] và bộ điều khiꢄn thích nghi
[11].
5
CHƯƠNG 2
XÂY DꢉNG MÔ HꢊNH ĐỘNG LꢉC HꢋC
2.1. GIỚI THIỆU
Phân tích và xây dựng mô hình động lực học của tay mꢁy robot song song là một bài toꢁn
phức tạp do đặc điꢄm cấu tạo nhiều vꢐng động học khép kín và nhiều cấu hình kỳ dị của loại
robot này. Vì vậy, so với trường hợp tay mꢁy robot nối tiếp, có ít cꢁc công trình khoa học đề
cập đến việc xây dựng mô hình động lực học tổng quꢁt cho tay mꢁy robot song song, đặc biệt
là đối với trường hợp tay mꢁy robot song song phẳng.
Sau khi tổng quan lại cꢁc công trình nghiên cứu đi trước, chúng ta thấy có nhꢅng cꢁch tiếp
cận cơ bꢃn sau đây đꢄ xây dựng mô hình động lực học của tay mꢁy robot song song: Phương
phꢁp sử dꢀng cꢁc phương trình Newton-Euler đꢄ phân tích lực, phương phꢁp Lagrange, nguyên
lý D’Alembert và nguyên lý dịch chuyꢄn khꢃ dĩ. Đꢄ xây dựng mô hình động lực học của một
tay mꢁy robot song song ở dạng tổng quꢁt, sꢂ cần 3 bước sau đây:
1. Cấu trúc động học kín được chuyꢄn thành một cấu trúc động học hở tương đương bằng
cꢁch giꢃ thiết cꢁc nhꢁt “cꢆt ꢃo” tại cꢁc khớp liên kết của cơ cấu động học kín cho đến khi không
cꢐn vꢐng kín nào. Cꢁc khớp thꢀ động lúc đó đều được xem là cꢁc khớp chủ động với cꢁc “cơ
cấu truyền động ꢃo”.
2. Mô hình động lực học được tính toꢁn cho cấu trúc động học hở với tất cꢃ cꢁc “cơ cấu
truyền động ꢃo” tại cꢁc khớp thꢀ động và cꢁc cơ cấu truyền động thật tại cꢁc khớp chủ động.
Chuyꢄn động của hệ hở tương đương với chuyꢄn động của hệ kín ban đầu.
3. Chuyꢄn mô hình động lực học của hệ sang trên hệ quy chiếu chỉ gꢆn với cꢁc khớp chủ
động (đưa về hệ kín ban đầu) bằng cꢁch xét đến cꢁc mối ràng buộc về động học vào mô hình.
2.2. XÂY DꢉNG MÔ HꢊNH ĐỘNG LꢉC HꢋC CHO MỘT TAY MÁY
ROBOT SONG SONG PHẲNG DꢓNG TꢃNG QUÁT
Chúng ta xét một tay mꢁy robot song song được tạo thành từ một số chuỗi
động học nối tiếp gồm cꢁc thanh liên kết cứng và cꢁc khớp như minh họa ở Hình
2.1.
End-effector
Active joints
Passive joints
Base
Hꢀnh 2.1. Một tay mꢀy robot song song dạng tổng quát
Đặt:
•
•
Na là số khớp chủ động
aRNa là vector biến khớp chủ động
6
•
•
•
aRNa là vector của mô-men truyền động tại cꢁc khớp chủ động
Np là số khớp bị động
pRNp là vector biến khớp thꢀ động.
Cꢁc khớp chủ động được truyền động bởi cꢁc cơ cấu truyền động, trong khi đó cꢁc khớp
bị động là cꢁc khớp tự do không có cơ cấu truyền động. Tay mꢁy robot song song chuyꢄn động
nhờ lực/mô-men truyền động ở cꢁc khớp chủ động, vì vậy chúng ta cần thiết phꢃi xây dựng mô
hình động lực học của tay mꢁy robot trong hệ tọa độ cꢁc khớp chủ động.
Đầu tiên, một số khớp thꢀ động được thực hiện “cꢆt ꢃo” đꢄ hệ thống động học khép kín trở
thành hệ thống hở tương đương. Lưu ý rằng có thꢄ có nhiều hơn một cꢁch thực hiện công việc
này, như được thꢄ hiện ở Hình 2.2a và Hình 2.2b. Lúc này, gọi NO là tổng số khớp của hệ thống
hở tương đương, ORNo là vector biến khớp, và ORNo là vector mô-men đầu vào.
joints being
cut
joints being
cut
Base
Base
(a)
(b)
Hꢀnh 2.2. Hai cꢀch khꢀc nhau (a vꢁ b) đꢂ thꢃc hiꢄn cꢅt ꢆo tạo nên hꢄ thống hꢇ tương
đương tꢈ hꢄ thống kꢉn ban đꢊu
Tiếp theo, giꢃ thiết rằng không có lực hoặc mô-men tꢁc động tại cꢁc khớp đã được “cꢆt
ꢃo”. Bằng cꢁch sử dꢀng cꢁc phương phꢁp phân tích lực Newton-Euler hoặc sử dꢀng phương
trình Lagrange, chúng ta xây dựng được mô hình động lực học cho hệ thống hở với dạng tổng
quꢁt như sau:
MOθO + COθO +GO + FO = τO
(2.1)
trong đó MORNo No là ma trận quꢁn tính; CORNo No là ma trận Coriolis và cꢁc lực hướng tâm;
GORNo là vector lực trọng trường; và FORNo là vector của lực ma sꢁt.
Dựa theo nguyên lý D’Alembert và nguyên lý dịch chuyꢄn khꢃ dĩ chúng ta có mối quan hệ
giꢅa O và a như sau [22, 23]:
τa =ΨT τO
(2.2)
trong đó = O/a RNo Na là ma trận Jacobian thꢄ hiện mối quan hệ giꢅa tất cꢃ cꢁc khớp
trong hệ thống hở tương đương với cꢁc khớp chủ động trong hệ thống kín ban đầu. Phương
phꢁp đꢄ tìm ma trận Jacobian được trình bày trong tài liệu [25].
Bên cạnh đó, chúng ta có nhꢅng mối quan hệ sau:
θO
θO =
θa = Ψθa
(2.3)
θa
θO =Ψθa +Ψθa
(2.4)
7
Tải về để xem bản đầy đủ
57 trang
18500
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển đồng bộ thích nghi cho tay máy robot song song phẳng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_tom_tat_de_tai_nghien_cuu_thiet_ke_bo_dieu_khien_don.pdf
