Mô phỏng 3D tay máy robot ứng dụng phần mềm Matlab Simcape và Solidworks

Bài viết Mô phỏng 3D tay máy robot ứng dụng phần mềm Matlab Simcape và Solidworks nghiên cứu cách mô phỏng 3D tay máy robot để hỗ trợ cho việc học tập, trực quan hơn, dễ tiếp thu hơn. Nhóm thực hiện vẽ 3D trên phần mềm solidworks. Sau đó, mô hình 3d được xuất qua phần mềm Matlab. Cuối cùng, tạo giao diện để điều khiển robot.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng 3D tay máy robot ứng dụng phần mềm Matlab Simcape và Solidworks MÔ PHỎNG 3D TAY MÁY ROBOT ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMCAPE VÀ SOLIDWORKS Huỳnh Minh Triết, Trần Cao Minh, Mohamed Arifine Lê Bình, Phạm Công Danh* *Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lê Tấn Sang TÓM TẮT Trong xu hướng công nghiệp hóa hiện nay, các nhà máy đều quan tâm đến vấn đề tự động hóa, vừa tăng năng suất lao động, vừa giảm chi phí vận hành. Và cánh tay robot xuất hiện phổ biến trong các hệ thống tự động ngày nay, trở thành chủ đề nghiên cứu cho nhiều nhà khoa học và kể cả sinh viên. Ở môi trường đại học, việc tiếp cận các cánh tay robot thực tế tương đối hạn chế. Do đó, nhóm đã nghiên cứu cách mô phỏng 3D tay máy robot để hỗ trợ cho việc học tập, trực quan hơn, dễ tiếp thu hơn. Nhóm thực hiện vẽ 3D trên phần mềm solidworks. Sau đó, mô hình 3d được xuất qua phần mềm Matlab. Cuối cùng, tạo giao diện để điều khiển robot. Từ khóa: robot, tay máy, solidworks, matlab. 1. GIỚI THIỆU Kể từ năm 1921, cụm từ ‘robota’ ra đời để chỉ một loại máy tự động hoạt động giống tay người, robot đã phát triển mạnh mẽ cho đến ngày nay. Tay máy robot được ứng dụng để gắp vật, sơn, hàn, dán nhãn và hàng loạt các công việc khác. Trong hầu hết các ứng dụng đó, việc điều khiển chính xác bộ phận công tác luôn đóng vai trò quan trọng. Và để thuận lợi cho quá trình lập trình điểu khiển đạt được kết quả mong muốn, chúng ta cần mô phỏng và thử nghiệm các giải thuật điều khiển trên máy tính. Mô hình giúp chúng ta quan sát quá trình vận hành của robot, giúp chúng ta kiểm tra xem có xảy ra lỗi trong giải thuật hay không. Có thể thấy, mô phỏng hoạt động cho cánh tay robot là hữu ích và cần thiết. Nhiều bài báo đã đưa ra phương pháp mô phỏng cho cánh tay robot. “Modeling and Simulation of 5 DOF educational robot arm” đã thực hiện phần mềm mô phỏng cánh tay robot 5 bậc ứng dụng trong các trường đại học [1]. 'Software Development For the Kinematic Analysis Of A Lynx 6 Robot Arm' đã đưa ra phần mềm phân tích động học và mô phỏng [2]. Tác giả của bài báo “Modeling Motion Control System for Motorized Robot Arm using Matlab” dùng matlab để mô phỏng chuyển động của cánh tay robot [3]. Hay trong công bố mang tên “Development of Robot Simulation Software for Five Joints Mitsubishi RV-2AJ Robot using MATLAB/Simulink and V-Realm Builder”, tác giả cũng dùng matlab simulink ứng dụng cho việc mô phỏng robot [4]. Từ đó, nhóm đặt mục tiêu nghiên cứu phương pháp mô phỏng 3d cho tay máy robot. Việc vẽ 3d được thực hiện 249 trên phần mềm solidworks. Còn việc lập trình điều khiển được thực hiện trên phần mềm Matlab. Bố cục trình bày gồm phần 1: giới thiệu; phần 2: thiết kế mô hình 3d trên solidworks; phần 3: Liên kết giữa solidworks và matlab; phần 4: thiết kế giao diện điều khiển; và cuối cùng phần 5 là kết luận và hướng phát triển. 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D TRÊN SOLIDWORKS 4.3 Vẽ 3d Robot nhóm chọn để mô phỏng là robot scara của hãng Mitshubishi có mã RH-3FRH (Hình 1). Hình 1: Robot SCARA RH-3FRH Robot gồm 4 bậc tự do, nhưng để đơn giản cho quá trình mô phỏng, chuyển động quay ở khâu cuối được bỏ qua. Khi đó robot còn 3 bậc tự do, có sơ đồ nguyên lý như Hình 2. Hình 2: Sơ đồ nguyên lý robot 250 Hình 3: Mô hình 3d khâu 0 Hình 4: Mô hình 3d khâu 1 Hình 5: Mô hình 3d khâu 2 Hình 6: Mô hình 3d khâu 3 Tiến hành vẽ các khâu của robot. Ta có khâu 0 là khâu giá cố định (Hình 3), khâu 1 quay quanh khâu 0 (Hình 4), khâu 2 quay quanh khâu 1 (Hình 5), khâu 3 có khả năng tịnh tiến so với khâu 2 (Hình 6). 2.2. Đặt hệ tọa độ trên mô hình 3d Để xuất mô hình sang matlab đúng theo tọa độ ở sơ đồ nguyên lý, ta cần đặt tọa độ lên các mô hình 3d (Hình 7). 251 Hình 7: Hệ tọa độ trên các khâu 3. LIÊN KẾT GIỮA SOLIDWORKS VÀ MATLAB Để xuất mô hình 3d từ phần mềm solidworks sang matlab, ta dùng module simcape multibody link. Cài đặt module trên solidworks sẽ có dòng lệnh như Hình 8. Hình 8: Simcape cài đặt trên Solidworks Các bước thực hiện được mô tả ở Hình 9. Hình 9: Các bước xuất mô hình từ solidworks sang Matlab Kết quả, mô hình 3d được biến đổi thành các khối trong Matlab Simulink (Hình 10). 252 Hình 10: Mô hình robot trên Matlab 4. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN Dựa trên các khối được tạo trong matlab simulink, nhóm tiến hành đưa các tham số biến khớp vào mô hình mô phỏng, thông qua giao diện người dùng trực quan (Hình 11). Từ đó, có thể điểu khiển các biến khớp, và quan sát robot hoạt động trên phần mềm Matlab (Hình 12). Hình 11: Giao diện điều khiển 253 Hình 12: Robot được mô phỏng trên Matlab 5. KẾT LUẬN Theo mục tiêu đề ra, nhóm đã thực hiện được việc mô phỏng 3d cho cánh tay robot dùng phần mềm Matlab và solidworks. Việc mô phỏng này tạo thuận lợi cho việc kiểm tra các giải thuật điều khiển áp dụng cho robot. Hiện tại nhóm đang dừng lại ở mô phỏng động học. Công việc sắp tới, nhóm có thể xem xét đến khối lượng của các khâu, và từ đó xem xét bài toán động lực học. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mohammed Abu Qassem; Iyad Abuhadrous; Hatem Elayd, “Modeling and Simulation of 5 DOF educational robot arm”, 2010 2nd International Conference on Advanced Computer Control, 2010. [2] Baki koyuncu and Me ...