Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt của cánh tay robot UR5

Nghiên cứu "Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt của cánh tay robot UR5" xem xét sự ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt sản phẩm của cánh tay robot 6 bậc tự do UR5. Các cặp giá trị của tỷ lệ giảm chấn và hệ số ma sát giữa các khớp của robot sẽ được thay đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của chúng tới kết quả thực hiện nhiệm vụ của robot. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt của cánh tay robot UR5 231 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt của cánh tay robot UR5 Nguyễn Văn Thưởng1,*, Đinh Văn Phong1 1 Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội *Email: hust.thuongnguyen@gmail.com Tóm tắt. Nghiên cứu này xem xét sự ảnh hưởng của các thông số động lực học tới quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt sản phẩm của cánh tay robot 6 bậc tự do UR5. Các cặp giá trị của tỷ lệ giảm chấn và hệ số ma sát giữa các khớp của robot sẽ được thay đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của chúng tới kết quả thực hiện nhiệm vụ của robot. Môi trường thiết lập được thực hiện trên nền tảng hệ điều hành robot ROS (Robot Operating System) và chương trình mô phỏng Gazebo và Rviz. Chương trình hoạch định chuyển động được thực hiện bởi MoveIt. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạn chế của các thuật toán hoạch định chuyển động truyền thống trong việc chỉ đưa ra các kết quả dẫn đường hình học tối ưu mà không tính đến khả năng đáp ứng của hệ thống phần cứng robot và khả năng đảm bảo sự an toàn khi làm việc cùng con người. Từ khóa: động lực học, hoạch định chuyển động, mô phỏng, UR5.1. Mở đầu Trong những năm gần đây, với sự bùng nổ mạnh mẽ về công nghệ robot, đặc biệt là cánh tayrobot, nhu cầu về sử dụng robot an toàn và hiệu quả hơn ngày càng tăng, kéo theo sự phát triển mạnhmẽ của các công trình nghiên cứu liên quan [1]. Để nâng cao tính hiệu quả và an toàn, các nghiên cứuvề cánh tay robot tập trung vào hai vấn đề chính đó là hoạch định chuyển động [2], và phân tích môhình động học và động lực học của robot [3]. Hoạch định chuyển động của robot đề cập đến hai khíacạnh: lập kế hoạch đường dẫn (chuyển động toàn cục) và lập kế hoạch quỹ đạo (chuyển động cục bộ).Trong lập kế hoạch đường dẫn, một đường hình học kết nối một điểm ban đầu với một điểm cuối, điqua các điểm trung gian, được tính toán và thành lập. Trong khi đó, việc lập kế hoạch quỹ đạo đượcthiết kế để robot chuyển động theo một đường hình học nhất định, chịu tác động bởi các ràng buộc vềthời gian, gia tốc, và vận tốc. Việc tính toán quỹ đạo này dựa trên các đặc tính động học của robotcũng như đặc điểm hình học của nó (bao gồm cả đặc điểm hình học của không gian làm việc). Mộttrong những thuật toán hoạch định chuyển động nổi tiếng và được ứng dụng nhiều nhất trong thực tếnhư thuật toán thuật toán cây ngẫu nhiên thăm dò nhanh RRT (Rapid Exploration Random Tree) [4]và các biến thể phát triển của nó [2]. Trong lĩnh vực hình học, các thuật toán RRT đều hoàn chỉnh vềmặt xác suất và có thể nhanh chóng tìm ra con đường đi tối ưu trong không gian dựa trên một bản đồđã có sẵn. Tuy nhiên, vì chỉ tập trung vào tìm đường dẫn hình học tối ưu và xử lý các vấn đề về độnghọc như vị trí, hướng của robot … nên các thuật toán hoạch định chuyển động bỏ qua vấn đề về độnglực học. Hầu hết các thuật toán đều đặt giả thiết rằng hướng chuyển động của tay máy có thể thay đổingay lập tức, điều này là không thực tế khi các tay máy trong thực tế hoạt động ở tốc độ cao hoặc vôtình gặp một chướng ngại vật bất ngờ trên đường di chuyển mà không có sẵn trên bản đồ [5]. Ngoài ra,với sự phát triển của công nghệ robot, đặt ra cho các nhà nghiên cứu hai vấn đề sau [6]: • Sự phát triển của công nghệ đã và đang hướng tới các loại robot có khả năng làm việc với con người cùng một lúc, tạo ra môi trường tương tác con người – robot. Khi đó, mọi hàng rào vật lý cần được dỡ bỏ. Vì vậy, đảm bảo an toàn là một trong những vấn đề quan trọng trong môi trường làm việc. Các phương pháp hoạch định chuyển động truyền thống như RRT lập kế hoạch đường đi trong không gian không có va chạm trong khi bỏ qua hoàn toàn vùng nguy hiểm tiềm tàng, hay được gọi là vùng va chạm không thể tránh khỏi. Trong khi đó, khi tương tác với con người, robot không thể bỏ qua các vùng va chạm không thể tránh 232 N. V. Thưởng, Đ. V. Phong khỏi này (Hình 1). Do đó, việc nghiên cứu các thuật toán hoạch định chuyển động tuân theo các ràng buộc động lực học (vận tốc, gia tốc) là điều cần thiết để giữ an toàn cho con người. Hình 1. Con người và robot cộng tác • Nhiệm vụ chính của cánh tay robot là di chuyển đồ vật từ vị trí ban đầu đến vị trí mục tiêu trong khi tránh chướng ngại vật. Làm thế nào để tạo ra hiệu suất tối đa dựa trên thiết bị và nguồn lực có sẵn là một trong những vấn đề cơ bản để nâng cao hiệu quả của nhà máy. Trong môi trường công nghiệp, sự thay đổi tải phụ thuộc vào các nhiệm vụ khác nhau, do đó, đường dẫn được tạo bởi thuật toán hoạch định chuyển động chỉ tuân theo các ràng buộc động học đôi khi không thực tế với công suất giới hạn hay hiệu suất của hệ thống phần cứng có thể đạt được. Và nếu các ràng buộc động lực học được xem xét, một quỹ đạo khả thi có thể tìm thấy thay vị một quỹ đạo hình học tối ưu nhất nhưng không thể áp dụng được. Dựa trên phân tích trên, trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ xem xét sự ảnh hưởng của các thôngsố động lực học tới vận tốc và gia tốc trong quá trình thực hiện nhiệm vụ gắp và đặt sản phẩm củacánh tay robot UR5, từ đó đánh giá tầm quan trọng của việc cần xem xét các vấn đề động lực họctrong hoạch định chuyển động để nâng cao hiệu suất làm việc và hướng tới môi trường tương tác antoàn khi con người và robot cùng cộng tác làm việc. Nội dung trì ...