Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 2

Robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần hoặc toàn bộ hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau. Về mặt cơ khí và điều khiển điện tử, robot công nghiệp là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với tốc độ phát triển ngày càng cao của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các cảm biến, công nghệ lập trình và các phát...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 2 chương 2: Định nghĩa về robot công nghiệp Robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thếtừng phần hoặc toàn bộ hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ củacon người trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau. Về mặt cơ khí và điều khiển điện tử, robot công nghiệp làsự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiểntừ xa với tốc độ phát triển ngày càng cao của hệ thống điều khiểntheo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các cảm biến, côngnghệ lập trình và các phát triển của trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia. Robot công nghiệp có khả năng chương trình hoá linh hoạttrên nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng.Robot công nghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơcấu chấp hành giải quyết nhưng nhiệm vụ xác định trong các quátrình công nghệ: hoặc trực tiếp tham gia các nguyên công (sơn,hàn, lắp ráp các cụm thiết bị ...) hoặc phục vụ các quá trình tổ chứcdòng lưu thông vật chất (chi tiết, dao cụ, gá lắp...) với những thaotác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng vật chất với cáctrạm công nghệ trong một hệ thống máy tự động linh hoạt. Ta có thể điểm qua một vài định nghĩa về robot côngnghiệp như sau: - Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR Fracais: Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thểchương trình hoá, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chươngtrình đặt ra trên các trục toạ độ, có khả năng định vị, định hướng,di chuyển các đối tượng vật chất theo những chương trình thay đổiđã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khácnhau. - Định nghĩa theo tiêu chuẩn VDI 2806/BRD: Robot công nghiệp là một thiết bị có nhiều trục, thực hiệncác chuyển động tự động có thể chương trình hoá và nối ghép cácchuyển động của chúng trong các khoảng cách tuyến tính hay phituyến của động trình. Chúng được điều khiển bởi các bộ hợp nhấtghép nối với nhau, có khả năng học và nhớ các chương trình,chúng được trang bị dụng cụ hoặc các phương tiện công nghệ khácnhau để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất trực tiếp và gián tiếp. - Định nghĩa theo IOTC - 1980: Robot công nghiệp là một máy tự động liên kết giữa một taymáy và một cụm điều khiển chương trình hoá, thực hiện một chutrình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có thể thaythế những chức năng tương tự của con người. Bản chất của các định nghĩa trên cho ta thấy một ý nghĩaquan trọng: robot công nghiệp phải được liên hệ chặt chẽ với máymóc, công cụ và các thiết bị công nghệ tự động khác trong một hệthống tự động tổng hợp. Trong quá trình phân tích và thiết kếkhông thể quan niệm robot như một đơn vị cấu trúc biệt lập, trái lạiđó phải là những thiết kế tổng thể của “hệ thống tự động linhhoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và đơn giản khi nhiệmvụ sản xuất thay đổi. Theo đó, các mẫu hình robot phải đảm bảocó: - Thủ pháp cầm nắm, chuyển đổi tối ưu. - Trình độ hành nghề khôn khéo, linh hoạt. - Kết cấu phải tuân theo nguyên tắc môdun hoá.1.2. Các phương pháp điều khiển robot Cho đến nay trong thực tế, nhiều phương pháp và hệ thốngđiều khiển robot đã được thiết kế và sử dụng, trong đó các phươngpháp điều khiển chủ yếu là: - Điều khiển động lực học ngược. - Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến. - Các phương pháp điều khiển thích nghi.  Điều khiển thích nghi theo sai lệch.  Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC).  Điều khiển động lực học ngược thích nghi.  Điều khiển trượt. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các phương pháp điều khiểnrobot để biết được ưu nhược điểm của từng phương pháp.1.2.1. Phương pháp điều khiển động lực học ngược Nguyên lý của phương pháp này là chọn một luật điều khiểnphù hợp để khử thành phần phi tuyến của phương trình động lựchọc và phân ly đặc tính động lực học của các khớp nối. (t)  H(q).q(t)  h(q,q)  g(q) & & & (1.1) Nếu ta biết các tham số của robot ta có thể tính được các matrận H, h, g từ đó có luật điều khiển. dk  H(q)U  h(q,q)  g(q) & (1.2) cân bằng dk   với điều kiện H(q)  0 và & U (vectơ điều & qkhiển phụ ). Như vậy động lực học hệ thống kín sẽ được phân tích thànhhệ phương trình vi phân tuyến tính hệ số hằng. & U & q Với robot n khớp nối tương đương với n hệ con độc lập. Chọn U là tín hiệu điều khiển phụ có cấu trúc PID. Lúc đó: .. t U  qd  K D (q d  q)  K P (qd  q)  K I 0 (q d  q)dt & & ...