Mô phỏng động học robot tác hợp gia công cơ khí

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP

GIA CÔNG CƠ KHÍ

Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Mã số:

Học viên: ĐẶNG VŨ KHÁNH

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN BÙI KHÔI

THÁI NGUYÊN, NĂM 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI

MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP

GIA CÔNG CƠ KHÍ

Học viên: Đặng Vũ Khánh

Lớp: K13 - CNCTM

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

Ngƣời HD khoa học: PGS.TS. Phan Bùi Khôi

Ngày giao đề tài: 01/12/2011

Ngày hoàn thành: 05/2013

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. PHAN BÙI KHÔI

HỌC VIÊN

ĐẶNG VŨ KHÁNH

DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn

Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 1

MỤC LỤC

MỤC LỤC......................................................................................................................1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................................4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU...................................................................................5

LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................6

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT ......................................................................8

1.1 Khái quát về robot công nghiệp..................................................................... 8

1.1.1 Giới thiệu chung về robot công nghiệp................................................. 8

1.1.2 Phân loại robot công nghiệp ............................................................... 11

1.1.3 Ứng dụng và xu thế phát triển của robot công nghiệp........................ 12

1.2 Robot tác hợp............................................................................................... 13

1.2.1 Giới thiệu chung về robot tác hợp ...................................................... 13

1.2.2 Ƣu điểm của robot tác hợp.................................................................. 14

CHƢƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP......................................16

2.1 Cơ sở phƣơng pháp ma trận Denavit-Hartenberg ....................................... 16

2.1.1 Các tọa độ thuần nhất và phƣơng pháp biến đổi thuần nhất............... 16

2.1.1.1 Định nghĩa ma trận Cosin chỉ hƣớng................................................ 16

2.1.1.2 Ý nghĩa của ma trận cosin chỉ hƣớng của vật rắn............................. 17

2.1.1.3 Các ma trận quay cơ bản................................................................... 18

2.1.1.4 Định nghĩa các tọa độ thuần nhất ..................................................... 19

2.1.1.5 Phép biến đổi vector trong không gian thuần nhất 4 chiều .............. 19

2.1.1.6 Phép biến đổi ma trận thuần nhất ..................................................... 20

2.1.1.7 Các ma trận cơ bản thuần nhất.......................................................... 21

2.1.2 Phƣơng pháp ma trận Denavit-Hartenberg ......................................... 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn

Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 2

2.1.2.1 Cách xác định các trục của hệ tọa độ khớp....................................... 22

2.1.2.2 Các tham số động học Denavit-Hartenberg...................................... 23

2.1.2.3 Ma trận Denavit-Hartenberg............................................................. 23

2.2 Khảo sát động học robot tác hợp................................................................. 24

2.2.1 Cơ sở lý thuyết bài toán động học ...................................................... 24

2.2.2 Bài toán động học robot tác hợp ......................................................... 24

2.2.2.1 Cách thiết lập hệ tọa độ và xây dựng hệ phƣơng trình động học. .... 26

2.2.2.2 Áp dụng giải bài toán động học robot tác hợp.................................. 28

2.2.3 Lập trình giải bài toán động học robot tác hợp trên Maple ................ 39

CHƢƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP.....................................41

3.1 Xây dựng chƣơng trình mô phỏng............................................................... 41

3.1.1 Mô phỏng chuyển động robot với OpenGL........................................ 42

3.1.2 Xây dựng các đối tƣợng 3 chiều ........................................................ 42

3.1.3 Tạo chuyển động cho các đối tƣợng. .................................................. 43

3.1.4 Lập trình giao diện tƣơng tác ngƣời dùng .......................................... 44

3.2 Thiết kế mô hình robot tác hợp ................................................................... 45

3.2.1 Khâu 1 tay máy ................................................................................... 46

3.2.2 Khâu 2 tay máy ................................................................................... 46

3.2.3 Đầu hàn tay máy ................................................................................. 47

3.2.4 Bàn máy x ........................................................................................... 47

3.2.5 Bàn máy z ........................................................................................... 48

3.2.6 Thân máy ............................................................................................ 48

3.3 Cấu trúc chƣơng trình mô phỏng................................................................. 49

3.4 Giao diện và cách sử dụng chƣơng trình mô phỏng.................................... 50

3.4.1 Bảng điều khiển chức năng:................................................................ 51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn

Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 3

3.4.2 Vùng hiển thị quá trình mô phỏng. ..................................................... 54

KẾT LUẬN ..................................................................................................................56

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................57

PHỤ LỤC .....................................................................................................................58

Phụ lục 1: Mã nguồn chƣơng trình Maple ....................................................... 58

Phụ lục 2: Chƣơng trình mô phỏng.................................................................. 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn

Học viên: Đặng Vũ Khánh Trang 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1.1 : Các tọa độ suy rộng của robot................................................................ 10

1.2 : Biểu diễn vùng làm việc của robot.......................................................... 11

1.3 : Cấu trúc động học robot ......................................................................... 11

1.4 : Robot tác hợp thực hiện quá trình gia công ........................................... 13

1.5 : Mô hình robot hàn................................................................................... 14

2.1 : Mô hình robot tác hợp hàn...................................................................... 25

2.2 : Hệ trục tọa độ xây dựng.......................................................................... 26

2.3 : Phương pháp tam diện trùng theo .......................................................... 27

2.4: Sơ đồ động học tay máy ........................................................................... 29

2.5 : Sơ đồ động học bàn máy ......................................................................... 29

2.6 : Bài toán hàn ống ..................................................................................... 30

2.7: Hệ trục tọa độ suy rộng tay máy .............................................................. 31

2.8 : Hệ trục tọa độ suy rộng bàn máy............................................................ 34

Hình 3.1 : Phần mềm Visual Studio 2010 ................................................................ 44

Hình 3.2 :Mô hình tổng thể robot............................................................................. 45

Hình 3.3 : Thân máy................................................................................................. 48

3.4 : Giao diện chương trình........................................................................... 50

3.5 : Bảng điều khiển chức năng..................................................................... 51

3.6 : Cấu hình tham số robot........................................................................... 51

3.7 : Khởi chạy chương trình .......................................................................... 52

3.8 : Ẩn hiện đường hàn .................................................................................. 52

3.9 : Khung điều khiển robot........................................................................... 53

3.10 : Chế độ chạy tác hợp.............................................................................. 53

3.11 : Reset dữ liệu hệt thống.......................................................................... 54

3.12 : Vùng hiển thị quá trình mô phỏng ........................................................ 54