Download miễn phí Đồ án Tính toán chuyển động và thiết kế robot
LỜI MỞ ĐẦU 3
PHẦN I TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG ROBOT MMR 5
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT
1.1.Cấu trúc động học robot 6
1.1.1 Khái quát về robot 6
1.1.2 Cấu trúc động học robot 9
1.2 Bậc tự do của robot 11
1.3 Phương pháp khảo sát bài toán động học 13
1.3.1 Tọa độ thuần nhất và ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất 13
a) Vector điểm và tọa độ thuần nhất 13
b) Quay hệ tọa độ dùng ma trận 3x3 14
c) Biến đổi tọa độ dùng ma trận thuần nhất 15
d) Các phép biến đổi cơ bản 17
1.3.2 Ma trận Denavit-Hartenberg 18
1.4 Chuỗi động học robot 22
CHƯƠNG 2 BÀITOÁNĐỘNGHỌCROBOT MMR 27
2.1 Hệ phương trình động học cơ bản của MMR 27
2.2 Bài toán vị trí 32
2.2.1 Bài toán thuận 32
2.2.2 Bài toán ngược 33
2.3 Bài toán vận tốc 34
2.3.1 Bài toán thuận 34
2.2.2 Bài toán ngược 35
2.3Bài toán gia tốc 37
2.3.1 Bài toán thuận 37
2.3.2 Bài toán ngược 38
2.4 Chuyển động chương trình của robot MMR 38
2.4.1 Robot thao tác trong quá trình đóng gói sản phẩm 38
2.4.2 Robot thực hiện một công việc trên bề mặt chi tiết 42
CHƯƠNG 3XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 455
3.1 Phần mềm ứng dụng tính toán 455
3.1.1 Giới thiệu về Maple 455
a) Một số lệnh cơ bản 47
b) Các kiểu dữ liệu cơ bản 49
c) Lập trình trong Maple 50
3.1.2 Giải bài toán thuận và bài toán ngược 53
3.1.3 Các ví dụ 61
a) Bài toán thuận 61
b)Bài toán ngược 62
3.1.3 Giới thiệu về thư viện OpenGL 64
3.1.4 Mô phỏng chuyển động của robot MMR 65
PHẦN II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU ROBOT MMR 72
CHƯƠNG 1 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1.1 Đặt vấn đề 74
1.2 Giới thiệu về phần mềm Solid Works 74
1.2.1 Bản vẽ chi tiết (Part) 75
1.2.2 Bản vẽ lắp(Assembly) 78
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ ROBOT MMR 80
2.1.Đặt vấn đề 80
2.2 Thiết kế xe 81
2.2.1 Khung xe 81
2.2.2 Vỏ bọc của xe 83
KẾTLUẬN 90
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:
chỉ có duy nhất một thông số đóng vai trò là ẩn.Nếu khớp là khớp tịnh tiến thì sẽ là ẩn.
Nếu khớp là khớp quay thì sẽ là ẩn.
Một cách hình thức có thể biểu diễn ma trận thuần nhất như sau:
(1.28)
Trong đó
(3x3): Ma trận côsin chỉ hướng đưa hệ toạ độ về
(3x1): Vị trí gốc toạ độ của hệ toạ độ đặt trong hệ
Nếu thực hiện phép biến đổi liên tiếp, quan hệ giữa hệ toạ độ i so với khâu cơ sở (hệ toạ độ 0) được xác định bởi:
(1.29)
Trong đó:
(3x3): Ma trận côsin chỉ hướng đưa hệ của hệ toạ độ về hệ toạ độ 0.
(3x1): Vị trí gốc toạ độ của hệ toạ độ so với khâu cơ sở.
Phép biến đổi ngược từ hệ toạ độ cơ sở về hệ toạ độ i chính là ma trận nghịch đảo của ma trận thuần nhất.
Nếu ký hiệu ma trận nghịch đảo dạng khối:
(1.30)
ta có
(1.31)
hay
(1.32)
Đồng nhất từng phần tử ma trận khối của (1.31) ta được:
(1.33)
(1.34)
Vậy:
(1.35)
Với việc sử dụng ma trận biến đổi thuần nhất 4x4, việc xác định vị trí và hướng của một khâu bất kỳ của rôbốt là hoàn toàn xác định.
1.4 Chuỗi động học robot
Giả sử khảo sát chuỗi động học của robot STANFORD như vẽ (hình 1.12) .
Các hệ tọa độ chọn theo quy tắc Denavit-Hartenberg.
Bảng thông số động học DH của robot STANFORD như sau:
Khâu
1
0
0
-900
2
0
900
3
0
0
0
4
0
0
-900
5
0
0
900
6
0
0
0
Hình 1.12 Robot STANFORD
Các ma trận H của robot STANFORD được xác định theo công thức (1.27)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Bx1y1z1 đối với Bx0y0z0 : 0H1
0H1= (1.36)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Cx2y2z2 đối với Bx1y1z1 : 1H2
1H2= (1.37)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Dx3y3z3 đối với Cx2y2z2 : 2H3
2H3 = (1.38)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Dx4y4z4 đối với Dx3y3z3 : 3H4
3H4 = (1.39)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Dx5y5z5 đối với Dx4y4z4 : 4H5
3H4 = (1.40)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của Dx6y6z6 đối với Dx5y5z5 : 5H6
5H6= (1.41)
Từ các ma trận Denavit-Hartenberg ta tính được vị trí, hướng của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định O0x0y0z0 là ma trận T6 .
T6 =0H1 1H2 2H3 3H4 4H5 5H6 (1.42)
Các giá trị 0H1, 1H2, 2H3, 3H4, 4H5, 5H6 được xác định từ công thức (1.36), (1.37),…, (1.41).
Ma trận T6 cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định.
Mặt khác nếu ta gọi là vector mô tả trực tiếp vị trí và hướng của O6x6y6z6 trong hệ tọa độ O0x0y0z0. Trong đó là tọa độ và là các góc quay Cardan của O6x6y6z6 đối với O0x0y0z0. Khi đó ta có:
(1.43)
: Là ma trận Cardan mô tả hướng của O6x6y6z6 đối với O0x0y0z0
: Vector vị trí của O6x6y6z6 đối với O0x0y0z0 (1.44)
Trong đó ký hiệu , , .
Ma trận là ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua các biến khớp . Còn ma trận cũng mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định nhưng trực tiếp qua các góc quay Cardan và tọa độ khâu thao tác. Từ đây suy ra:
(1.45)
Từ phương trình (1.35) suy ra hệ 6 phương trình độc lập:
(1.46)
Viết lại hệ phương trình (1.36) dạng:
(1.47)
Trong đó:
(1.48)
(1.49)
Nếu các tham số biết trước là các tham số cần xác định là: và ngược lại.
CHƯƠNG 2
BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT MMR
2.1 Hệ phương trình động học cơ bản của MMR
Khảo sát chuyển động của robot MMR khi xe dừng lại và cánh tay thực hiện thao tác công việc. Chọn hệ tọa độ theo quy tắc của Denavit- Hartenberg như hình 2.1.
hình 2.1
Chọn hệ tọa độ O0x0y0z0 gắn tại khâu 0 và đặt tại khâu 1. Trục z0 trùng với trục quay của khâu 1, x0, y0 được chọn sao cho O0x0y0z0 là hệ quy chiếu thuận.
Chọn hệ tọa độ O1x1y1z1 gắn tại khâu 1 và đặt tại khâu 2. Trục z1 trùng với trục quay của khâu 2, x1 được chọn sao đánh giá là được vuông góc chung của z0 và z1, y1 chọn sao cho O1x1y1z1 là hệ quy chiếu thuận.
Chọn hệ tọa độ O2x2y2z2 gắn tại khâu 2 và đặt tại khâu 3. Trục z2 trùng với trục quay của khâu 3, x2 được chọn sao đánh giá là được vuông góc chung của z1 và z2, y2 chọn sao cho O2x2y2z2 là hệ quy chiếu thuận.
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:
Khâu
qi
di
ai
ai
1
q1
d1
a1
p/2
2
q2
0
a2
0
3
q3
0
a3
0
4
q4
0
a4
0
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 : 0H1
0H1=
0H1= (2.1)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của O2x2y2z2 đối với O1x1y1z1 : 1H2
1H2=
1H2= (2.2)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của O3x3y3z3 đối với O2x2y2z2 : 2H3
2H3 =
2H3 = (2.3)
Ma trận mô tả vị trí và hướng của O4x4y4z4 đối với O3x3y3z3 : 3H4 3H4 =
3H4 = (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 gắn vào đối tượng. Khi đó ma trận mô tả vị trí và hướng của trong hệ tọa độ cố định là ma trận:
Ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác trên đối tượng đối với hệ tọa độ là ma trận: .
Vậy ta có chính là ma trận mô vị trí và hướng của khâu thao tác trên vật đối với hệ tọa độ cố định.
yd
xd
z0
x0
zd
Đối tượng thao tác
Hình 2.2
Theo cơ sở lý thuyết đã trình bày ở chương 1 ta có :
(2.6)
Trong đó và
Từ đây ta rút ra 6 phương trình gồm 10 tham số:
(2.7)
(2.8)
Vì robot có 4 bậc tự do ta chỉ thực hiện điều khiển chuyển động của robot với 4 tham số ở đây cho quy luật của điểm tác động: và một 1 tham số xác định hướng cua khâu thao tác, có thể cho trước . Từ đó giải 6 phương trình 6 ẩn số.
Các phương trình động học của robot MMR như sau:
(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):
Ba phương trình đầu xác định được vị trí của đối tượng:
(2.10)
Ba phương trình sau cho ta bài toán xác định hướng của điểm tác động cuối lên đối tượng:
(2.11)
Ba phương trình đã được tính ở phần trên theo (2.9):
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...