Khảo sát động học robot song song bằng phương pháp đổi biến số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN ĐÌNH THANH

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG

BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỔI BIẾN SỐ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN ĐÌNH THANH

ĐỀ TÀI

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG

BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỔI BIẾN SỐ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

NGƢỜI HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN

TS. Phạm Thành Long Nguyễn Đình Thanh

PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC XÁC NHẬN KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG

BẰNG

PHƢƠNG PHÁP ĐỔI BIẾN SỐ

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Học viên: Nguyễn Đình Thanh

Lớp: CHK14- CTM

Hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Thành Long

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là: Nguyễn Đình Thanh

Nơi công tác: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Việt Trì

Tên đề tài: Khảo sát động học robot song song bằng phƣơng pháp đổi biến số

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí.

Mã số: 60 52 01 03

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả

có trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình

nào khác.

Thái Nguyên, ngày tháng 04 năm 2014

Học viên

Nguyễn Đình Thanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của nhà

trƣờng, khoa cơ khí, các thầy cô giáo trƣờng Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái

Nguyên và các bạn cùng lớp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô

giáo tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Phạm Thành Long và tập thể

cán bộ giảng viên Bộ môn Cơ điện tử đã cho những chỉ dẫn quý báu để hoàn thành

luận văn này.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của các thầy giáo thuộc khoa Cơ

điện và các đồng nghiệp tại Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt Trì đã tạo điều kiện

thuận lợi và giúp đỡ tác giả tháo gỡ những khó khăn trong thời gian làm luận văn.

Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận

văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong muốn sẽ nhận đƣợc những chỉ

dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý

nghĩa hơn nữa trong thực tiễn.

Xin chân thành cảm ơn!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

Mục Nội dung Trang

Trang phụ bìa luận văn 1

Lời cam đoan 3

Lời cảm ơn 4

Mục lục 5

Danh mục các thuật ngữ, kí hiệu, từ viết tắt 6

Danh mục bảng biểu 9

Danh mục các hình vẽ đồ thị 9

GIỚI THIỆU 11

CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 13

1.1 Vị trí và vai trò của bài toán động học robot 13

1.2 Các phƣơng pháp xây dựng dữ liệu động học 14

1.2.1 Xử lý ảnh 14

1.2.2 Bài toán ngƣợc 14

1.2.3 Kỹ thuật dạy – học 16

1.2.4 Liên kết CAD/ CAM 17

1.3 Bài toán động học ngƣợc Robot và các phƣơng pháp điển hình 18

1.3.1 Giải hệ phƣơng trình bằng phƣơng pháp giải tích 18

1.3.2 Giải hệ phƣơng trình bằng phƣơng pháp số 18

1.3.3 Các phƣơng pháp khác giải bài toán động học ngƣợc 18

1.3.3.1 Phƣơng pháp “các nhóm 3” 18

1.3.3.2 Phƣơng pháp dịch chuyển vi phân 19

1.3.3.3 Phƣơng pháp Raghavan Roth 19

1.3.3.4 Phƣơng pháp loại trừ thẩm tách Sylvester 23

1.3.3.5 Phƣơng pháp Pieper 23

1.3.3.6 Phƣơng pháp Lee and Liang 25

1.3.3.7 Phƣơng pháp Tsai Morgan 26

1.3.3.8 Phƣơng pháp chuyển đổi ngƣợc 26

1.3.3.9 Phƣơng pháp Newton Raphason 28

1.3.3.10 Phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu 29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.4 Các hƣớng nghiên cứu tƣơng cận với đề tài 30

1.5 Hƣớng nghiên cứu của đề tài 30

Kết luận chƣơng 1 31

Chƣơng 2: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG BẰNG

PHƢƠNG PHÁP ĐỔI BIẾN SỐ

32

2.1 Xây dựng vòng khép kín của véc tơ trong các cấu trúc khác nhau 32

2.2 Các dạng phƣơng trình liên kết khác nhau với cấu trúc song song 32

2.2.1 Phƣơng trình liên kết khi dẫn động kiểu R (rotation) 33

2.2.2 Phƣơng trình liên kết khi dẫn động kiểu p (prismatic) 33

2.3 Phƣơng pháp giảm Gradient tổng quát (GRG) và trình solver 34

2.3.1 Giới thiệu về thuật toán GRG 35

2.3.2 Giới thiệu về trình tối ƣu solver 38

2.4 Ứng dụng phƣơng pháp tối ƣu vào bài toán động học robot song song 42

2.4.1 Giới thiệu robot và mô hình động học 43

2.4.2 Bài toán động học ngƣợc với phƣơng pháp GRG 44

2.4.3 Bài toán động học thuận với phƣơng pháp GRG 44

2.5 Công thức đổi biến số và cấu trúc thay thế tƣơng đƣơng 46

2.5.1 Trƣờng hợp robot song song dẫn động bằng khớp tịnh tiến, khớp chủ

động không nối giá

47

2.5.2 Trƣờng hợp robot song song dẫn động bằng khớp tịnh tiến, khớp chủ

động nối giá

58

2.6 Xác lập quan hệ giữa 2 điểm cho không gian khác nhau 60

Kết luận chƣơng 2 62

CHƢƠNG 3 – XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KẾT QUẢ

BÀI TOÁN

64

3.1 Những điểm nghi ngờ về kết quả bài toán 64

3.2 Kiểm tra kết quả bài toán bằng đồ họa 65

3.2.1 Sơ đồ robot thí nghiệm 65

3.2.2 Kiểm tra sự chính xác của công thức đổi biến 66

3.2.3 Kiểm tra tính khép kín của dữ liệu 69

3.3 Kiểm tra bằng thực nghiệm trên mô hình robot 71

Kết luận chƣơng 3 73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Kết luận của luận văn 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 79