Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 9

Cấu trúc hệ thống điều khiển robot Robot thường tự động thực hiện các nhiệm vụ dịch chuyển hoặc các thao tác. Các hoạt động của robot thường được lập trình, việc thực hiện các nhiệm vụ thường làm thay đổi một phần hoặc toàn bộ vị trí của robot trong không gian. Có thể coi robot hiện đại như những người máy, có thể thực hiện các thao tác phức tạp Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy robot. Điều khiển chuyển động của tay máy trong không gian là xác định n thành...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 9 CHƯƠNG 9 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN3.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển robot Robot thường tự động thực hiện các nhiệm vụ dịch chuyểnhoặc các thao tác. Các hoạt động của robot thường được lập trình,việc thực hiện các nhiệm vụ thường làm thay đổi một phần hoặctoàn bộ vị trí của robot trong không gian. Có thể coi robot hiện đại nnhư những người máy, có thể thực hiện các thao tác phức tạp, có Quỹ đạo Bộ điềuđộ chính xác cao. Tay máy Môi trường đặt chỉnh Cảm biếnHình 3.1: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy robot. Điều khiển chuyển động của tay máy trong không gian làxác định n thành phần mômen lực tổng quát tác động lên các khớp,mômen lực tổng quát được cung cấp bởi cơ cấu chấp hành. Quátrình điều khiển phải đảm bảo bộ điều khiển sẽ thực hiện điềukhiển chuyển động của các khớp theo quỹ đạo q(t) sao cho q(t)luôn bám qđ(t), với qđ(t) là vectơ quỹ đạo chuyển động mongmuốn. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tay máy cho ởHình 3.1, tay máy sẽ bám theo quỹ đạo đặt trước (được lập trìnhsẵn hoặc có thể đưa vào từ chương trình phầm mềm kết nối bênngoài) sử dụng bộ điều chỉnh để điều khiển chuyển động và lực, sửdụng các cảm biến để thu nhận các thông số về môi trường làmviệc đảm bảo cho hoạt động bền vững, khử được nhiễu ngoài n,nhận biết và đáp ứng thích nghi được với những sự thay đổi củamôi trường cũng như sự thay đổi các tham số động học của của hệthống.3.2. Xây dựng quỹ đạo chuyển động chuẩn Trong điều khiển quỹ đạo robot, phải điều khiển tay robotbám theo một quỹ đạo xác định trước (quỹ đạo chuẩn). Quỹ đạochuẩn đó là một hàm phụ thuộc thời gian. Việc xây dựng quỹ đạochuyển động chính là tìm phương trình mô tả quỹ đạo robot theothời gian. Có hai bài toán thiết kế quỹ đạo cho robot: - Thiết kế quỹ đạo cho tay robot: xác định xd(t), yd(t). - Thiết kế quỹ đạo cho khớp robot: xác định qid(t). Việc thiết kế quỹ đạo khớp robot có ưu điểm: q(t) là lượngđặt trực tiếp, hệ điều khiển là hệ điều khiển vị trí khớp, có thể xácđịnh được điều kiện giàng buộc của động cơ và hệ truyền động,giải bài toán động học ngược đơn giản. Nhược điểm là khó đảmbảo chính xác quỹ đạo tay. Thiết kế quỹ đạo tay robot có ưu điểm: lượng đặt là vị trí tayrobot nên đảm bảo chính xác quỹ đạo. Nhược điểm: phải giải bàitoán động học ngược phức tạp với khối lượng tính toán lớn và khótính được điều kiện giàng buộc. Yêu cầu điều khiển sao cho khớp robot chuyển động từ vị tríq0 đến vị trí qc trong thời gian td. Với dữ kiện ban đầu như vậy cócác dạng quỹ đạo như sau: Dạng quỹ đạo bậc 3 q(t) = at3 + bt2 + ct +d(3.1)Việc thiết kế quỹ đạo là xác định các hệ số a, b, c, d. Dạng quỹ đạo 2 – 1 – 2Trong quá trình chuyển động từ q0 đến qc trải qua ba giai đoạn: - Giai đoạn tăng tốc: q(t) là hàm bậc hai theo t. - Giai đoạn chuyển động đều: q(t) là hàm bậc nhất theo t. - Giai đoạn giảm tốc: q(t) là hàm bậc hai theo t. Dạng quỹ đạo 4 – 1 – 4Khớp Robot chuyển động từ q0 đến qc trong thời gian td biết:q(0)  q 0 ; q(t d )  q c ; q(0)  q 0 ; q(t d )  q c ; &  & ; & d )  & ; & & & & & & & q(0) q 0 q(t & qc(3.2)Quỹ đạo chuyển động có ba giai đoạn: - Giai đoạn tăng tốc: q(t) là hàm bậc 4 theo t. - Giai đoạn chuyển động đều: q(t) là hàm nhất theo t. - Giai đoạn giảm tốc: q(t) là hàm bậc 4 theo t. Phần này sẽ thiết kế quỹ đạo chuyển động của các khớp chorobot với dạng quỹ đạo 4 – 1 – 4, đảm bảo độ chính xác khi xâydựng quỹ đạo chuẩn. Bài toán xây dựng quỹ đạo chuẩn là lựa chọnquỹ đạo chuyển động giữa vị trí đầu và cuối của tay robot với thờigian chuyển động cho trước. Nội dung mục này sẽ giải quyết bàitoán quỹ đạo chuyển động chuẩn cho các biến khớp. Ta chọn một biến khớp bất kỳ qi thay cho góc quay i (i=1, 2, 3). Thời gian chuyển động từ vị trí đầu (x0, y0) tới vị trícuối (xc, yc) là td.Giá trị ban đầu của q tại thời điểm ban đầu (t = 0) là q0 và giá trịtại t = td là qc. q(0)  q 0 q(0)  q 0 & & &  & & & q(0) q 0  ;  ;  q(t d )  q c q(t d )  q c & & & d )  & & ...