Mô hình hóa và mô phỏng 3D động học nghịch cánh tay robot 6 bậc tự do bằng việc kết hợp phần mềm CAD và công cụ Multibody trong Matlab/Simulink

Trong bài viết này, tác giả sử dụng phần mềm NX 12.0 để thiết kế mô hình 3D cánh tay Robot 6 bậc tự do và nhập mô hình này sang MATLAB/Simulink thông qua công cụ Multibody để tiến hành mô phỏng bài toán động học nghịch. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ưu việt của phương pháp này so với các phương pháp truyền thống trước đây khi đồng thời tận dụng được sức mạnh thiết kế của các phần mềm CAD cùng với khả năng tính toán mạnh mẽ của MATLAB.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa và mô phỏng 3D động học nghịch cánh tay robot 6 bậc tự do bằng việc kết hợp phần mềm CAD và công cụ Multibody trong Matlab/Simulink TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC NGHỊCH CÁNH TAY ROBOT 6 BẬC TỰ DO BẰNG VIỆC KẾT HỢP PHẦN MỀM CAD VÀ CÔNG CỤ MULTIBODY TRONG MATLAB/SIMULINK 3D MODELING AND INVERSE KINEMATICS SIMULATION OF A 6-DOF ARM ROBOT BY COMBINATION OF CAD SOFTWARE AND MULTIBODY TOOL IN MATLAB/SIMULINK NGUYỄN ĐỨC SANG Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: sangnd.vck@vimaru.edu.vn 1. Giới thiệu chung Tóm tắt Mô hình hóa và mô phỏng là một công việc không 1.1. Mô hình hóa và mô phỏng thể thiếu khi bắt tay vào nghiên cứu Robot. Nó cho Các phương pháp truyền thống để mô hình hóa và phép chúng ta dự báo các hiện tượng có thể xảy mô phỏng Robot có thể chia thành hai hướng cơ bản. Hướng thứ nhất là dựa trên các phần mềm thiết kế ra cũng như tối ưu hóa các thông số thiết kế trước CAD [6] như SolidWorks, Inventor, Unigraphics khi thực hiện chế tạo. Trong bài báo này, tác giả NX,... Với lợi thế về đồ họa, cách thức này cho phép sử dụng phần mềm NX 12.0 để thiết kế mô hình chúng ta mô hình hóa rất trực quan và giống với các 3D cánh tay Robot 6 bậc tự do và nhập mô hình mẫu Robot thật khi nhắc đến các yếu tố như hình dáng, này sang MATLAB/Simulink thông qua công cụ kích thước hay màu sắc. Hơn thế nữa, việc mô phỏng Multibody để tiến hành mô phỏng bài toán động hoạt hình (animation) các chuyển động của Robot học nghịch. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ưu việt bằng các công cụ CAD cũng rất hiệu quả. Tuy nhiên, của phương pháp này so với các phương pháp do đây là các phần mềm đồ họa nên khả năng lập trình truyền thống trước đây khi đồng thời tận dụng và tính toán của chúng rất hạn chế, không có lợi thế được sức mạnh thiết kế của các phần mềm CAD trong việc áp dụng các thuật toán mô phỏng chuyên cùng với khả năng tính toán mạnh mẽ của sâu như động lực học, điều khiển hay tối ưu hóa thiết MATLAB. kế. Hướng thứ hai là sử dụng các phần mềm tính toán Từ khóa: Mô hình hóa, mô phỏng, cánh tay [1], [5], [7] như MATLAB, Maple, Visual studio Robot, động học, động lực học, điều khiển. C/C++,… Đối với phương pháp này, việc mô hình hóa và mô phỏng được thực hiện thông qua các phương Abstract trình và tham số hệ thống dựa trên các định luật vật lý Modeling and Simulation are essential activities và cơ học. Người thiết kế phải tự xây dựng cơ sở dữ when it comes to studying Robot. This helps us liệu, thuật toán và cách thức lập trình để đạt được kết predict the phenomenon may occur and optimize quả mô phỏng mong muốn. Do tự xây dựng mô hình design parameters before the prototyping step. In nên người lập trình có thể tự thực hiện các mô phỏng this paper, we use NX 12.0 to design a 3D six DoF chuyên sâu tùy theo năng lực phân tích của mình dựa Robot arm and then import this model into trên sự hỗ trợ tính toán của phần mềm. Tuy nhiên, MATLAB/Simulink via Multibody tool to conduct điểm yếu của phương pháp này là kém trực quan do inverse kinematics simulation. The results show thiếu vắng mô hình 3D bởi các phần mềm tính toán the superior advantages of this method compared không có khả năng thiết kế như các phần mềm CAD. with other conventional ways as it simultaneously 1.2. Mô phỏng kết hợp MATLAB và phần mềm utilizes the design power of CAD softwares and NX computational capacity of MATLAB. Trong bài báo này, tác giả sử dụng phương pháp Keywords: Modeling, simulation, arm Robot, kết hợp hai cách thức đã giới thiệu ở Mục 1.1 nhằm kinematics, dynamics, CAD, MATLAB, Multibody. tận dụng lợi thế riêng của chúng trong một chương trình mô phỏng thống nhất. Phương pháp mô phỏng sử dụng công cụ Multibody được MATLAB giới thiệu một cách khá tổng quát cho các cơ hệ chuyển động [2]. Đóng góp của tác giả là dựa trên các hướng dẫn tổng quát đó đã áp dụng thành công, cụ thể vào mô phỏng 56 SỐ 67 (8-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY chuyển động của cánh tay Robot 6 bậc tự do. Sau đó, phép người dùng tự định nghĩa các dữ liệu này nếu tác giả đã diễn giải lại phương pháp mô phỏng thành cần. Ngoài ra, ràng buộc giữa các khâu bằng các khớp các bước chi tiết ở Mục 2. Từ đó, độc giả có thể hiểu cũng được mô hình hóa ...