Download miễn phí Đồ án Tính toán chuyển động chương trình và thiết kế robot MMR
Tính toán động học, mô phỏng chuyển động của robot MMR ( Mini
Mobile Robot ) và thiết kế, chế tạo mẫu robot MMR.
Đồ án được chia thành 2 phần :
♦ Phần I: Tính toán động học và mô phỏng chuyển động robot
MMR.
-Chương 1: Cơ sở lý thuyết khảo sát bài toán động học robot.
-Chương 2: Áp dụng tính động học cho robot MMR.
-Chương 3: Phần mềm tính toán và mô phỏng.
♦ Phần I : Thiết kế và chế tạo mẫu robot MMR
-Chương 1: Lựa chọn cấu trúc robot MMR
-Chương 2 : Thiết kế cơ khí robot MMR
Em xin chân thành Thank T.S Phan Bùi Khôi cùng toàn thể các
thầy cô trong bộ môn cơ học ứng dụng đã tận tình hướng dẫn em hoàn
thành đồ án này.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án
không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy,
các cô trong bộ môn cũng như các bạn sinh viên, những người quan tâm
đến robot.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ng trình và thiết kế robot MMR♦ Chọn hệ tọa độ O3x3y3z3 gắn tại khâu 3 và đặt tại khâu 4. Trục
z3 trùng với trục quay của khâu 3, x3 được chọn sao đánh giá là được
vuông góc chung của z2 và z3, y3 chọn sao cho O3x3y3z3 là hệ
quy chiếu thuận.
♦ Chọn hệ tọa độ O4x4y4z4 đặt ở vị trí thao tác, trục z4 trùng với
trục của khâu 4, x4 là đường vuông góc chung của z3 và z4, y4
chọn sao cho O4x4y4z4 là hệ quy chiếu thuận.
Từ hệ tọa độ đã chọn ta có bảng động học Denavit-Hartenberg như
sau:
Trong đó:
d1= 90, a1= 45, a2= 283, a3= 263, a4= 130 (mm)
Từ cơ sở lý thuyết đã nêu ở chương 1 ta xác định các ma trận
Denavit-Hartenberg như sau:
♦ Ma trận mô tả vị trí và hướng của O1x1y1z1 đối với O0x0y0z0 :
0
H1
0
⎡cos q1
⎢
⎢ sin q1
H1= ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q1 cosá1
cos q1 cosá1
sin á1
0
sin q1 sin á1
− cos q1 sin á1
cosá1
0
a1 cos q1 ⎤
⎥
a1 sin q1 ⎥
⎥
d1 ⎥
1 ⎦
- 27 -Khâu
èi
di
ai
ái
1
q1
d1
a1
ð/2
2
q2
0
a2
0
3
q3
0
a3
0
4
q4
0
a4
0
⎣ 0
⎥
Đồ án tốt nghiệp
Tính toán chuyển
động chương trình và thiết kế robot MMR
⎡cos q1
⎢
0 ⎢ sin q1
H1= ⎢
⎢ 0
⎢
0 sin q1
0 − cos q1
1 0
0 0
a1 cos q1 ⎤
⎥
a1 sin q1 ⎥
⎥
d1 ⎥
1 ⎦
(2.1)
♦ Ma trận mô tả vị trí và hướng của O2x2y2z2 đối với O1x1y1z1 :
1
H2
⎡cos q2
⎢
1 ⎢ sin q2
H2= ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q2 cosá 2
cos q2 cosá 2
sin á 2
0
sin q2 sin á 2
− cos q2 sin á 2
cosá 2
0
a2 cos q2 ⎤
⎥
a2 sin q2 ⎥
⎥
d 2 ⎥
1 ⎦
⎡cos q2
⎢
1 ⎢ sin q2
H2= ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q2
cos q2
0
0
0 a2 cos q2 ⎤
⎥
0 a2 sin q2 ⎥
1 0
0 1 ⎦
(2.2)
♦ Ma trận mô tả vị trí và hướng của O3x3y3z3 đối với O2x2y2z2 :
2
H3
2
⎡cos q3
⎢
⎢ sin q3
H3 = ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q3 cosá 3
cos q3 cosá 3
sin á 3
0
sin q3 sin á 3
− cos q3 sin á 3
cosá 3
0
a3 cos q3 ⎤
⎥
a3 sin q3 ⎥
⎥
d3 ⎥
1 ⎦
2
⎡cos q3
⎢
⎢ sin q3
H3 = ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q3
cos q3
0
0
0 a3 cos q3 ⎤
⎥
0 a3 sin q3 ⎥
1 0
0 1 ⎦
(2.3)
- 28 -⎣ 0
⎥
⎣ 0
⎥
⎣ 0
⎥
⎥
⎥
⎣ 0
⎥
⎣ 0
⎥
⎥
⎥
Đồ án tốt nghiệp
Tính toán chuyển
động chương trình và thiết kế robot MMR
♦ Ma trận mô tả vị trí và hướng của O4x4y4z4 đối với O3x3y3z3 :
3
H4
3
H4 =
⎡cos q4
⎢
⎢ sin q4
⎢
⎢ 0
⎢
− sin q4 cosá 4
cos q4 cosá 4
sin á 4
0
sin q4 sin á 4
− cos q4 sin á 4
cosá 4
0
a4 cos q4 ⎤
⎥
a4 sin q4 ⎥
⎥
d 4 ⎥
1 ⎦
3
⎡cos q4
⎢
⎢ sin q4
H4 = ⎢
⎢ 0
⎢
− sin q4
cos q4
0
0
0 a4 cos q4 ⎤
⎥
0 a4 sin q4 ⎥
1 0
0 1 ⎦
(2.4)
Từ các ma trận 0H1, 1H2, 2H3, 3H4 được xác định theo công thức
(2.1), (2.2), (2.3), (2.4) ta tính được ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu
thao tác trong hệ tọa độ cố định O0x0y0z0 theo công thức:
T4 =0H1. 1H2. 2H3. 3H4
(2.5)
Giả sử robot cần thực hiện thao tác đối với đối tượng như hình vẽ (
hình 2.2). Ta sử dụng hệ tọa độ Od xd yd zd gắn vào đối tượng. Khi đó ma
trận mô tả vị trí và hướng của Od xd yd zd trong hệ tọa độ cố định O0 xyz0 là
ma trận: 0 A d
Ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác trên đối tượng đối
với hệ tọa độ Od xd yd zd là ma trận: d A f .
Vậy ta có 0 A f = 0 A d .d A f chính là ma trận mô vị trí và hướng của
khâu thao tác trên vật đối với hệ tọa độ cố định.
- 29 -⎣ 0
⎥
⎣ 0
⎥
⎥
⎥
0 0
Đồ án tốt ngghiệp
Tínhh toán chhuyển
động chương trình và thiết kế robott MMR
z0
yd
Đối tượng
thao tác
xd
x0
zd
Hình 2.2
Theo cơ sở lý thuuyết đã trìnnh bày ở chhương 1 taa có :
T4 = 0 A f
(2.6)
⎡ A
⎣ 0
p 4 ⎤
1 ⎥⎦
vvà
0
⎡C
⎣ 0
r f ⎤
1 ⎥⎦
Từ đây ta rút ra 6 phương trình gồm 10 tham số:
fá (x) = 0
(2.7)
x = [q1 q 2 q3 q 4 xp yp zp rotxp rotyp rotzp]
(2.8)
Vì robot có 4 bậc tự do ta cchỉ thực hiện điều khiển chuyển động của
robbot với 4 thham số ở đây cho quyy luật của điểm tác động:
xp = xp(t ), ypp = yp(t ), zp = zp(t ) vvà một 1 thham số xácc định hướng cua
khââu thao tác có thể ho trước otyp = 0 . Từ đó giải 6 phương trình 6 ẩn
số.
30
Trong đó T4 = ⎢ 4
A f = ⎢ d
c, ch ro
Đồ án tốt nghiệp
Tính toán chuyển
động chương trình và thiết kế robot MMR
Các phương trình động học của robot MMR như sau:
f1 := 0.13 (cos (q1) cos (q2) cos (q3) - cos (q1) sin(q2) sin(q3)) cos (q4)
+ 0.13 (-cos(q1) cos(q2) sin(q3) - cos(q1) sin(q2) cos(q3)) sin(q4) + 0.263 cos(q1) cos(q2) cos(q3)
- 0.263 cos (q1) sin(q2) sin(q3) + 0.283 cos (q1) cos (q2) + 0.045 cos (q1) - xp
f2 := 0.13 (sin (q1) cos (q2) cos (q3) - sin (q1) sin (q2) sin (q3)) cos (q4)
+ 0.13 (-sin(q1) cos(q2) sin(q3) - sin(q1) sin(q2) cos(q3)) sin(q4) + 0.263 sin(q1) cos(q2) cos(q3)
- 0.263 sin (q1) sin (q2) sin (q3) + 0.283 sin (q1) cos (q2) + 0.045 sin (q1) - yp
f3 := 0.13 (sin(q2) cos(q3) + cos(q2) sin(q3)) cos(q4) + 0.13 (-sin(q2) sin(q3) + cos(q2) cos(q3)) sin(q4) + 0.09
+ 0.263 sin (q2) cos (q3) + 0.263 cos (q2) sin (q3) + 0.283 sin (q2) - zp
f4 := -(cos (q1) cos (q2) cos (q3) - cos (q1) sin (q2) sin (q3)) sin (q4)
+ (-cos (q1) cos (q2) sin (q3) - cos (q1) sin (q2) cos (q3)) cos (q4) + cos (rotyp ) sin (rotzp )
f5 := -cos (q 1 ) + sin (rotxp ) cos (rotyp )
f6 := (sin (q2) cos (q3) + cos (q2) sin (q3)) cos (q4) + (-sin (q2) sin (q3) + cos (q2) cos (q3)) sin (q4)
+ cos (rotxp ) sin (rotyp ) cos (rotzp ) - sin (rotxp ) sin (rotzp )
(2.9)
2.2 Bài toán vị trí
2.2.1 Bài toán thuận.
♦ Biết trước giá trị của biến khớp (q1,q2,q3,q4)
♦ Yêu cầu tìm các toạ độ của khâu cuối ( xp, yp, zp, rotxp, rotyp,
rotzp).
Vị trí của điểm tác động cuối lên đối tượng cần thao tác được xác
định bởi toạ độ điểm P(xp, yp, zp), hướng của nó được xác định bởi các
góc quay (rotxp, rotyp,rotzp).
Theo hệ phương trình (2.6):
- 31 -
Đồ án tốt nghiệp
Tính toán chuyển
động chương trình và thiết kế robot MMR
Ba phương trình đầu xác định được vị trí của đối tượng:
⎧ xp = 0 A f [1,4]=T4 [1,4]
⎪
0
⎪ 0
(2.10)
Ba phương trình sau cho ta bài toán xác định hướng của điểm tác
động cuối lên đối tượng:
⎧ f 4 = T4 [1,2]- 0 A f [1,2]
⎪ 0
⎪ f 6 = T4 [3,1]- 0 A f [3,1]
(2.11)
Ba phương trình f 4 , f5 , f6 đã được tính ở phần trên theo (2.9):
f4 := -(cos (q1) cos (q2) cos (q3) - cos (q1) sin (q2) sin (q3)) sin (q4)
+ (-cos (q1) cos (q2) sin(q3) - cos (q1) sin(q2) cos (q3)) cos (q4) + cos (rotyp ) sin(rotzp )
f5 := -cos (q 1 ) + sin (rotxp ) cos (rotyp )
f6 := (sin (q2) cos (q3) + cos (q2) sin (q3)) cos (q4) + (-sin (q2) sin (q3) + cos (q2) cos (q3)) sin (q4)
+ cos (rotxp ) sin (rotyp ) cos (rotzp ) - sin (rotxp ) sin (rotzp )
Giải các phương trình trên ta sẽ tính được hướng của hệ tọa độ khâu
thao tác đối với hệ tọa độ cố định.
2.2.2 Bài toán ngược
Bài toán ngược là bài toán có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế.
Khi biết quy luật chuyển động của khâu thao tác và ta phải tìm các giá trị
của biến khớp. Việc xác định các giá trị của biến khớp cho phép ta điều
khiển robot theo đúng quỹ đạo đã cho.
Từ trên theo (2.7) ta đã có 6 phương trình với 10 tham số:
fá (x) = 0
- 32 -⎨ yp = A f [2,4]=T4 [2,4]
⎩ zp = A f [3,4]=T4 [3,4]
⎨ f5 = T4 [2,3]- A f [2,3]
⎩
Đồ án tốt nghiệp
Tính toán chuyển
động chương trình và thiết kế robot MMR
x = [q1 q 2 q3 q 4 xp yp zp rotxp rotyp rotzp]
Vì vậy ta phải biết trước 4 tham số hay còn gọi là biến điều khiển.
Với mô hình robot MMR này ta cho biết trước [xp yp zp rotyp] . Các
phương trình trên đều là các phương trình đại số phi tuyến do đó để giải các
phương trình này ta dùng phương pháp lặp Newton-Raphson .
2.3 Bài toán vận tốc
2.3.1 Bài toán thuận
Ta có thể viết lại phương trình (2.7) ở dạng sau:
f(p,q) = 0
(2.12)
Trong đó:
p: là ...