Đồ án robot GRYPHON

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

LỜI NÓI ĐẦU

Từ lâu, con người đã không còn xa lạ với từ “Robot” nữa. Bởi lẽ, Robot đã xuất

hiện nhiều trong cuộc sống của chúng ta và nếu chưa tận mắt chứng kiến những

Robot này hoạt động thì cũng được xem qua các phương tiện thông tin đại chúng.

Có thể thấy Robot đã đi vào mọi lĩnh vực của đời sống con người. Vậy, Robot

được ứng dụng như thế nào? Có thể nói, Robot được ứng dụng rất phong phú trong

đời sống con người, cả trong trường học và trong nông nghiệp. Đạc biệt trong công

nghiệp, Robot được sử dụng rộng rãi để làm một số công việc: vận chuyển nguyên

vật liệu, sản phẩm, máy móc hay làm những công việc nặng nhọc, hoặc trong những

môi trường làm việc có nhiệt độ cao, độc hại…

Đầu tiên, Robot được dùng trong một số ngành công nghiệp kỹ thuật cao như

công nghiệp xe hơi, công nghiệp máy bay…để làm những công việc như hàn thân xe,

phun sơn…Những Robot này là những cánh tay máy mô phỏng con người, mỗi tay

máy bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau bằng các khớp. Các khâu này có thể

chuyển động tương đối với nhau và làm thay đổi tầm với của Robot. Thông thường

những Robot này được đặt cố định một chỗ và chỉ thao tác được trong khả năng tầm

với của chúng.

Với những kiến thức đã học và sau một thời gian tìm hiểu cùng với sự giúp đỡ

tận tình của thầy giáo, sự đóng góp trao đổi xây dựng của bạn bè nhóm em đã hoàn

thành nhiệm vụ được giao.

Song với những hiểu biết còn hạn chế nên nhóm em không tránh khỏi những

thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo của thầy giáo để bài tập của nhóm em

hoàn thiện hơn.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ

nhóm em đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Nguyễn Trọng Du .

1

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CÁC GÓC QUAY CƠ BẢN VÀ BỘ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC

DH

1.1 Phép quay (Rotation) quanh các trục tọa độ

Giả sử ta cần quay một điểm hoặc một vật thể xung quanh trục tọa độ nào đó với

góc quay θ

0

, ta lần lượt có các ma trận chuyển đổi như sau:

Rot(x, 0

θ )=

1 0 0 0

0 os sin 0

0 sin os 0

0 0 0 1

c

c

θ θ

θ θ

 

 

 

−

Rot(y, 0

θ )=

os 0 sin 0

0 1 0 0

sin 0 os 0

0 0 0 1

c

c

θ θ

θ θ

 

 

 

−

Rot(z, 0

θ )=

os sin 0 0

sin os 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

c

c

θ θ

θ θ

 

 

 

−

1.2 Phép quay Euler:

Trên thực tế, việc định hướng thường là kết quả của phép quay xung quanh các

trục x, y, z. Phép quay Euler mô tả khả năng định hướng bằng cách :

- Quay một góc φ xung quanh trục z

- Quay tiếp một góc θ xung quanh trục y mới, đó là y’

- Cuối cùng quay một góc ψ quanh trục z mới, đó là z’’

2

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

Hình 1.1 : Phép quay Euler

Ta biểu diễn phép quay Euler bằng cách nhân ba ma trận với nhau :

Euler (φ ,θ ,ψ ) = Rot(z, φ )Rot(y, θ )Rot(z, ψ )

Kết quả của phép quay phụ thuộc chặt chẽ vào thứ tự quay, tuy nhiên ở phép quay

Euler nếu thực hiện theo thứ tự ngược lại, nghĩa là quay góc ψ quanh z rồi tiếp đến

quay góc θ quanh y và cuối cùng quay góc φ quanh z cũng đưa đến kết quả tương

tự (Xét trong cùng hệ quy chiếu).

R R z R y R z ( , , ) ( , ). ( , ). ( , ) φ θ ψ φ θ ψ =

Với :

R z( , ) φ =

0 0

0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

C S

S C

φ φ

φ φ

 

 

 

−

R y( , ) θ =

0 0

0 1 0 0

0 0

0 0 0 1

C S

S C

θ θ

θ θ

 

 

 

−

R z( , ) ψ =

0 0

0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

C S

S C

ψ ψ

ψ ψ

 

 

 

−

3

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

R( , , ) φ θ ψ =

0

0

0

0 0 0 1

C C C S S C C S S C C S

S C C C S S C S C C S S

S C S S C

φ θ φ φ θ φ φ θ ψ ψ ψ ψ

φ θ φ φ θ φ φ θ ψ ψ ψ ψ

θ θ θ ψ ψ

 

 

 

− − −

− − +

−

1.3 Bộ thông số DH

Hình 1.2 : Các thông số của khâu θ , d, a, α

Các thông số cơ bản giữa hai trục quay của khớp động i và i+1 :

a

i

là độ dài đường vuông góc chung giữa hai trục khớp động i và i+1, khi các trục z

không cắt nhau thì a bằng khoảng cách pháp tuyến của hai trục, khi các trục z cắt

nhau thì a=0.

i

α là góc chéo giữa hai trục khớp động i và i+1, i

α = góc quay quanh trục x

i

biến

z

i

thành 1

z

i+

.

d

i

là khoảng cách đo dọc trục khớp động i từ đường vuông góc chung giữa trục khớp

động i và trục khớp động i+1 tới đường vuông góc chung giữa khớp động i và trục

khớp động i-1.

4

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

i

θ là góc giữa hai đường vuông góc chung nói trên.

Bộ thông số này được gọi là bộ thông số Denavit – Hartenberg hoặc viết tắt là bộ

thông số DH.

Biến khớp:

Nếu khớp động i là khớp quay thì i

θ là biến khớp, i

θ =

*

i

θ .

Nếu khớp động i là tịnh tiến thì d

i

là biến khớp.

Để kí hiệu biến khớp dùng thêm dấu * và trong trường hợp khớp tịnh tiến thì a

i

được xem là bằng 0.

CHƯƠNG II:

HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT GRYPHON

2.1.Giới thiệu mô hinh và nguyên tắc hoạt động

Rô bốt Gryphon do hãng FeedBack của Anh sản xuất phục vụ cho mục đích

nghiên cứu. Đây là 1 rô bốt 5 trục kèm theo bàn kẹp như hình 2

- Trục hông (waist axis)

- Trục vai (shoulder)

- Trục khuỷu tay (elbow axis)

- Trục cổ tay (tool pitch axis)

- Trục cổ tay (tool roll axis)

- Bàn kẹp (grypper)

Những ưu điểm nổi bật của rô bốt là chuyển động nhanh, chính xác và mềm mại.

Rô bốt được điều khiển bởi 4 vi xử lý cho phép điều khiển đặt vật chính xác. Mỗi

trục của rô bốt được điều khiển bởi 1 động cơ bứơc với bộ mã phản hồi. Trong bộ

điều khiển, 1 vi xử lý sẽ giám sát vị trí của các trục. Hai cái khác sẽ quản lí các động

cơ và cái còn lại sẽ giám sát cả 3 trên đồng thời làm nhiệm vụ giao tiếp với máy chủ.

2.2.Công thức xác định vị trí

5

RÔ BỐT GRYPHON NHÓM 4

Khi áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg gắn các hệ trục toạ độ vào các

khâu ta thu được sơ đồ động học của rô bốt Gryphon như hình 3

- Bảng thông số DH

CHƯƠNG III:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT

GRYPHON

GRYPHON là robot có5 khâu với cấu hình RRRRR. Tất cả 5 khâu đều chuyển động

quay.

Hình 3.1 Robot GRYPHON

6