Một phương pháp xây dựng đường đặc tính vận tốc cho quỹ đạo chuyển động của tay máy 6 bậc tự do

Bài viết giới thiệu một phương pháp xây dựng đường đặc tính vận tốc cho quỹ đạo chuyển động của tay máy 6 bậc tự do, nhằm đảm bảo các trục tay máy vẫn chuyển động đồng bộ trên quỹ đạo mong muốn trong quá trình tăng tốc độ hoặc giảm tốc độ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một phương pháp xây dựng đường đặc tính vận tốc cho quỹ đạo chuyển động của tay máy 6 bậc tự doNghiên cứu khoa học công nghệ MỘT PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH VẬN TỐC CHO QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA TAY MÁY 6 BẬC TỰ DO Phạm Minh Tân*, Trần Trung Kiên, Đặng Nam Kiên, Vũ Đức Tuấn Tóm tắt: Bằng phương pháp xấp xỉ hàm sẽ xây dựng được 6 quỹ đạo chuyển động của 6 trục tay máy 6 bậc tự do. Từ đó điều khiển đồng bộ cho 6 trục tay máy bám theo 6 quỹ đạo đã được xây dựng, để đưa đầu công tác tay máy di chuyển bám theo quỹ đạo chuyển động mong muốn trong không gian. Vấn đề đặt ra là tại các điểm gián đoạn trên đường quỹ đạo, như điểm bắt đầu chạy hay điểm dừng chạy đầu công tác, vận tốc và gia tốc của đầu công tác tay máy cũng như của các trục tay máy có sự biến thiên đột ngột, gây dao động và làm đầu công tác di chuyển sai lệch so với quỹ đạo mong muốn. Bài báo giới thiệu một phương pháp xây dựng đường đặc tính vận tốc cho quỹ đạo chuyển động của tay máy 6 bậc tự do, nhằm đảm bảo các trục tay máy vẫn chuyển động đồng bộ trên quỹ đạo mong muốn trong quá trình tăng tốc độ hoặc giảm tốc độ.Từ khóa: Tay máy 6 bậc tự do; Quỹ đạo chuyển động; Đặc tính vận tốc chuyển động. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xây dựng quỹ đạo chuyển động là bài toán quan trọng để có thể điều khiển đầucông tác tay máy 6 bậc tự do di chuyển theo những đường cong liên tục bất kỳtrong không gian: đường thẳng, đường tròn, ... Việc này có thể được thực hiệnbằng phương pháp tính trực tiếp từ việc giải bài toán động học ngược trong quátrình chạy, hoặc nhận dạng bằng mạng nơ ron [7] để xây dựng quỹ đạo chuyểnđộng cho các trục. Tuy nhiên hay dùng hơn cả là sử dụng các phương pháp xấp xỉđể xây dựng phương trình chuyển động cho các trục theo thời gian, bởi tính đơngiản và dễ dàng triển khai thực hiện trong thực tế. Theo [1] và [3] các bước xâydựng quỹ đạo chuyển động cho các trục tay máy như sau: - Xây dựng phương trình quỹ đạo chuyển động của đầu công tác tay máy trongkhông gian theo thời gian. - Rời rạc hóa quỹ đạo chuyển động thành nhiều điểm cách đều nhau, thu đượcquỹ đạo chuyển động rời rạc của đầu công tác. - Giải bài toán động học ngược cho từng điểm rời rạc ấy, chọn nghiệm theophương án tối ưu khoảng cách dịch chuyển, sẽ thu được quỹ đạo chuyển động rờirạc cho mỗi trục. - Xấp xỉ hàm cho từng trục từ chuỗi những điểm rời rạc tương ứng, bằngphương pháp bình phương tối thiểu [1], chuỗi đường cong bậc 3 [3], … sẽ thuđược quỹ đạo chuyển động liên tục cho mỗi trục theo thời gian, có dạng như sau: θ1 = f1(t); θ2 = f2(t); θ3 = f3(t); θ4 = f4(t); θ5 = f5(t); θ6 = f6(t); (1) Trong đó: + t: thời gian chuyển động quỹ đạo (0 ≤ t ≤ Tqd) + θi: góc quay trục thứ i (i = 1 ÷ 6) + fi(t): hàm xấp xỉ của trục thứ i (i = 1 ÷ 6) + Tqd: tổng thời gian tính quỹ đạo. Tuy nhiên, với phương pháp xây dựng quỹ đạo như trên, quỹ đạo chuyển độngcủa các trục tay máy được xây dựng trên cơ sở đầu công tác tay máy chuyển độngTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 17 Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóađều với vận tốc không đổi từ điểm đầu đến điểm cuối của quỹ đạo. Chưa có sựkiểm soát vận tốc cũng như gia tốc tại các điểm gián đoạn, ví dụ như điểm bắt đầuchạy quỹ đạo, điểm kết thúc quỹ đạo, vận tốc và gia tốc chuyển động của các trụccó sự biến thiên đột ngột, gây dao động và làm cho đầu công tác di chuyển sai lệchso với quỹ đạo mong muốn. Bài toán đặt ra là từ các phương trình quỹ đạo chuyểnđộng theo thời gian đã được xây dựng, phải xây dựng được đường đặc tính vận tốccho đầu công tác cũng như các trục tay máy, để hệ thống vận hành trơn tru, êm áitừ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc quỹ đạo, nhưng vẫn đảm bảo các trục chuyểnđộng đồng bộ với nhau trên đường quỹ đạo đã xây dựng. 2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH VẬN TỐC CHO QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐẦU CÔNG TÁC TAY MÁY 2.1. Đường đặc tính vận tốc mong muốn Để giải quyết vấn đề vận tốc và gia tốc bị gián đoạn tại điểm đầu và điểm cuốicủa quỹ đạo, hai phương pháp thường được sử dụng gồm:  Xây dựng thêm 1 đoạn nữa tại điểm đầu và cuối của quỹ đạo đã xây dựng [4]. Đoạn quỹ đạo kéo dài này là những đường cong bậc cao theo thời gian, thỏa mãn yêu cầu về vị trí, tốc độ, gia tốc tại hai điểm đầu mút. Giải pháp này thực hiện rất tốt khi cho phép kéo dài thêm quỹ đạo chuyển động.  Xây dựng quỹ đạo chuyển động cho đầu công tác và các trục tay máy theo thời gian nhưng có tính cả đến vận tốc và gia tốc trong quá trình chuyển động. Giải pháp này không cần kéo dài quỹ đạo nhưng rất phức tạp khi triển khai trong thực tế. Bài báo giới thiệu phương pháp xây dựng đường đặc tính vận tốc tựa theođường đặc tính vận tốc mong muốn, trực tiếp tr ...