Về một quan điểm điều khiển động lực học Robot mềm

Bài báo này trình bày một quan điểm xây dựng số liệu bù lực thông qua phần mềm điều khiển để hiệu chỉnh thao tác của robot, đủ cho các ứng dụng công nghiệp cần định vị chính xác cỡ 10-4 mm. Trên quan điểm mỗi dịch chuyển cơ học đều tiêu hao hay giải phóng phần năng lượng tương ứng, việc bù lực như trong bài báo này được lấy dữ liệu từ các biến dạng đàn hồi. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về một quan điểm điều khiển động lực học Robot mềmĐiều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông VỀ MỘT QUAN ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT MỀM Phạm Thành Long1*, Vũ Đức Bình2 Tóm tắt: Bài báo này trình bày một quan điểm xây dựng số liệu bù lực thông qua phần mềm điều khiển để hiệu chỉnh thao tác của robot, đủ cho các ứng dụng công nghiệp cần định vị chính xác cỡ 10-4mm. Trên quan điểm mỗi dịch chuyển cơ học đều tiêu hao hay giải phóng phần năng lượng tương ứng, việc bù lực như trong bài báo này được lấy dữ liệu từ các biến dạng đàn hồi. Kết quả là có thể đạt được hiệu quả công tác lớn hơn với chi phí phần cứng không tăng, đây là điều đáng để thay đổi cách chuẩn bị dữ liệu lập trình quen thuộc với robot cứng.Từ khóa: Robot mềm, Bù thô, Bù tinh, Bù lực, Sai số. 1. MỞ ĐẦU Hầu hết các robot ngày nay có thể nâng được khoảng từ 1 đến 20 lần trọng lượng củachúng. So sánh điều đó với cánh tay con người, thì cánh tay người thường có thể nângkhoảng 10 lần trọng lượng của cánh tay. Vận tốc quay nhanh nhất của 1 cánh tay robotthường vào khoảng 40 inches/s trong khi tốc độ lớn nhất mà cánh tay con người đạt đượctrong khi ném một quả bóng chày là 1500 inches/s. Một trong những vấn đề cơ bản về ứngdụng robot bên cạnh sức mạnh và tốc độ là độ chính xác. Khả năng lặp lại 1 lệnh của robotcó sai số là 1mm, trong khi tay người có thể thực hiện các lắp ghép trung gian độ chínhxác cao hơn nhiều lần. Để khâu chấp hành cuối đến vị trí mong muốn, thì các góc khớp của robot được giảthiết là đã tính được và được dẫn động tương thích. Trong khi robot được coi là đủ cứng,vì vậy mà khâu chấp hành cuối sẽ kết thúc tại các vị trí đã định trước. Với các robot cókhối lượng và tầm với lớn rất khó điều khiển chính xác do khâu thực tế là có biến dạngđàn hồi, việc phân tích và điều khiển robot dựa trên giả định là cánh tay robot là tập hợpcủa các khâu cứng tuyệt đối mắc phải những hạn chế hiển nhiên. Sunada và Dubowsky (1983), Naganathan và Soni (1987) đã thực hiện các nghiên cứuvề mô hình hóa các robot mềm và đo lường các biến dạng này. Cơ sở của phương phápnày là giả thuyết các chuyển vị đàn hồi là nhỏ và có thể được xếp chồng lên chuyển độngtổng thể lớn. Simo (1968) và Vũ Quốc (1986), Avello và cộng sự (1991) lại đề xuất mộtkỹ thuật khác trong đó các đáp ứng động lực được tính bằng cách tham chiếu tới một hệtọa độ cơ sở cố định. Điều này đòi hỏi việc sử dụng các lý thuyết dầm biến dạng hữu hạncó khả năng xử lý các kết quả chuyển vị lớn và phép quay hữu hạn. Bayo và Serna (1989)sử dụng phương pháp bổ sung các ràng buộc động lực học vào phương trình của Lagrangeđể tính toán lại giá trị của mô men động ở thời điểm bất kỳ nhằm tác động lên khâu cuốimột dư lực nữa để điều chỉnh vị trí mong muốn. Cannon và Schmith (1984), Yoshida và cộng sự (1987), Menq và Cben (1988)Krishnan và Vidyasagar (1988), Casteazo và Lee (1988), trong các nghiên cứu kể trên chỉra những hệ thống robot mềm này có dao động tắt dần xung quanh một vị trí cuối cùngmong muốn và đưa ra một luật phản hồi trong đó bao gồm các biến đàn hồi. Hệ thốngđược bù cuối cùng di chuyển nhanh về phía vị trí cuối cùng nhưng các chuyển động trunggian không phải là mịn, các nghiên cứu được tiến hành trong điều kiện các khâu có biến84 P.T.Long, V.Đ.Bình, “Về một quan điểm.. robot mềm.”Nghiên cứu khoa học công nghệdạng và mômen dẫn động lớn. Để đạt được chuyển động mịn hơn, đã có đề xuất cần sửdụng các luật điều khiển phản hồi khác nhau và luôn tham chiếu tới một quỹ đạo đã chọntrong khi cố gắng để giữ cho robot dao động ít nhất. Danh sách các nghiên cứu còn được thống kê đến năm 2014, tuy nhiên chúng đều chưagiải quyết được tận gốc vấn đề điều khiển robot mềm một cách mỹ mãn ở mọi phương diện. 2. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC TAY MÁY MỀM2.1. Mô tả sự biến dạng và cơ chế phát sinh sai số Chuyển động của tay máy mềm theo quan điểm của chúng tôi chia ra hai loại: - Chuyển động mong muốn (theo yêu cầu công nghệ); - Chuyển động không mong muốn (do biến dạng đàn hồi). Nếu ở tất cả các vị trí của quỹ đạo mà tay máy đi qua không có khớp nào của nó ở vị trígiới hạn (còn độ dự trữ chuyển động), thì có thể sử dụng dịch chuyển chủ động của khớpđể bù lại biến dạng đàn hồi của khâu. Do dịch chuyển này có thể đánh giá trong toàn bộcấu trúc và nó có giá trị không lớn nên thường thì luôn thực hiện được việc bù trừ này. Dữ liệu bù được chia làm hai loại bù thô và bù tinh, trong đó có hai phương thức làthông qua tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn hoặc đo kiểm bằng cảm biến dịchchuyển và kết hợp với nội suy. Dưới đây là sơ đồ nguyên lý sử dụng các biến dạng đàn hồi để xây dựng dữ liệu bù thô (q1 ,..., qn ) và dữ liệu bù tinh (q1 ,..., qn ) . ...