Phân tích và đề xuất phương pháp điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành.pdf
•
0 likes•18 views
RealTEQ Academy.
Recommended
More Related Content
Similar to Phân tích và đề xuất phương pháp điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành.pdf
Similar to Phân tích và đề xuất phương pháp điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành.pdf (20)
More from Man_Ebook
More from Man_Ebook (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (18)
Phân tích và đề xuất phương pháp điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành.pdf
- 1. B GIÁO D O Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ TRƯỜNG ĐẠ Ọ Ộ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ Ấ PHƯƠNG PHÁP Ề Ể XU T ĐI U KHI N TAY MÁY CÔNG NGHI P TRONG TÌNH TR Ệ ẠNG T N TH P HÀNH Ổ ẤT CƠ CHẾ CHẤ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà N 2021 ội –
- 2. B GIÁO D O Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ TRƯỜNG ĐẠ Ọ Ộ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ Ấ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀ Ể XU T U KHI N TAY MÁY CÔNG NGHI P TRONG TÌNH TR NG Ệ Ạ T N TH CH P HÀNH Ổ ẤT CƠ CHẾ Ấ Ngành : K thu u khi n và t ng hóa ỹ ật điề ể ự độ Mã s : 9520216 ố LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚ Ẫ Ọ NG D N KHOA H C: GS.TSKH. Nguy n Phùng Quang ễ Hà N 2021 ội –
- 3. i LỜI CAM ĐOAN r ng u c a b n thân tôi i s ng d n c a ng d n khoa h c. Tài li u tham kh o trong lu c trích d . Các k t qu nghiên c u c a lu n án là trung th ng c các tác gi khác công b . ng d n khoa h c GS.TSKH. Nguy n Phùng Quang Hà N i, ngày tháng 2021 Tác gi lu n án Lê Ngc Trúc
- 4. ii LỜI CẢM ƠN L u tiên, tôi xin chân thành c n s ng d n t n tình c a Th y GS.TSKH. Nguy n Phùng Quang trong su t quá trình th c hi n lu n án t n ng c a tài n xây d ng k ho ch t c th c hi n hoàn thành lu n án. và tr ng s ch b o c a Tht qua. c c n K thu t i u khi n và T ng hóa i h c Bách khoa Hà N u ki n thu n l ng nghiên c u c và i) i m v t ch t c n thi th c hi n lu n án. quan tr Và c , i sâu s c và thi t th c v n i dung nghiên c u c thông qua các bu quá trình n lu n án. a tôi i báo cáo chuyên môn trong thc hi c g i l i c n các th y cô giáo trong B môn T ng hóa công nghi p, B u khi n t ng ( n, i h c Bách khoa Hà N Vi i) nh ng d n, góp ý v h c thu t h t s c c n thi t và giá tr . Tôi xin chân thành c i h m K thu Yên ng l c, và các th ng nghi p trong Khoa ng l u ki n và h tr tôi r t nhi u trong th i gian làm nghiên c u sinh. c c anh/ch /em nghiên c u sinh c a Vi n K thu u khi n và T ng hóa, và Vi n i h c Bách khoa Hà N i) ng viên , khích l , tôi r u trong quá trình nghiên c u. t nhi sut Tôi xin c i b n thân thi v ANOT và nh t giúp tôi tìm l này n cho r u ngh l c trong giai u tôi t nhi n quan tr ng c a lu n án. Cu i cùng, tôi dành tình c m và l i c n toàn th th tôi ân yêu c a ng h , chia s c v tinh th n l n v t ch t tôi có th hoàn thành c lun án này. Lê Ngc Trúc Hà N i, tháng
- 5. iii M C ỤC LỤ L ...................................................................................................i I CAM L ........................................................................................................ I C ii DANH M VI C CÁC KÝ HI U VÀ CH T T T...........................................vi DANH M NG C CÁC B ..................................................................................xiv DANH M C CÁC HÌNH V TH .............................................................. xv M U................................................................................................................ 1 1. S c n thi ................................................................................. 2 t c tài 2. M u ................................................................................... 2 c tiêu nghiên c 3. ng và ph m vi nghiên c u .............................................................. 2 4. u ............................................................................ 3 5. c và th n c tài.................................................... 3 c ti 6. a lu n án ...................................................................... 3 Nh 7. B c a lu n án...................................................................................... 4 c c 1. T NG QUAN ....................................................................................................... 5 1.1 u v robot công nghi p...................................................................... 5 Gii thi 1.2 Các c n c p ................................................... 5 a robot công nghi 1.3 Các thành ph n chính c p ................................................. 6 a robot công nghi 1.4 p hành ............................................................................................ 7 ch 1.5 V t n p hành và kh u khi n ............................. 8 th ch 1.5.1 Các d ng t n th p hành ...................................................... 8 ch 1.5.2 u v t n th p hành tay máy robot .12 Tình hình nghiên c ch 1.5.3 Phân tích kh u khi n tay máy công nghi p trong tình tr ng t n th p hành .................................................................... 14 ch 1.5.3.1 ng h a m u tay máy công nghi p có 6 kh c c t ki p n hình khi b t n th t m ch p hành ................. 14 1.5.3.2 Các kh u khi n tay máy công nghi n hình khi b t n th p hành............................................................ 24 ch 1.6 xu ng nghiên c u c u n án......................................................... 27 a l 1.6.1 ng nghiên c u c a lu n án............................................................ 27 1.6.2 D ki i................................................................... 28 1.7 K ......................................................................................... 28 t lu
- 6. iv 2. MÔ HÌNH NG L C C A TAY MÁY ROBOT............................. 29 C H 2.1 u....................................................................................................... 29 Gii thi 2.2 V n t nh ti n và v n t c quay c .................................................. 29 c t a khâu 2.3 -Lagrange........................................................................ 32 2.4 ng l ng toán h c............................................................ 33 c hc d 2.5 t lý cho tay máy robot .......................................................... 38 Mô hình bán v 2.5.1 u............................................................................................. 38 Gii thi 2.5.2 a tay máy robot .................................................. 39 Mô hình CAD 3D c 2.5.3 ng v mô hình hóa h ng v ........ 41 th t lý 2.5.3.1 n th ng................................. 41 2.5.3.2 ng v .................................................. 41 t lý 2.5.4 i ma sát kh p................................ 42 Mô hình bán v 2.5.4.1 ng l c................................................ 43 Mô ph c h 2.5.4.2 u khi n............................. 46 Mô ph 2.5.5 t lý có ma sát kh p .....................................................49 Mô hình bán v 2.6 K ......................................................................................... 52 t lu 3. T N 54 N TH CHU KHI 3.1 ng c n th p hành d ng suy gi m mô men.............. 54 a t ch 3.1.1 u............................................................................................. 54 Gii thi 3.1.2 ng xét theo qu o kh p ...................................................... 56 3.1.2.1 ng c n th p hành d ng PDT ......... 58 a t t m ch 3.1.2.2 ng c n th p hành d ng BDT......... 59 a t t m ch 3.1.2.3 ng c n th p hành d ng BDTR...... 61 a t t m ch 3.1.3 ng xét theo qu m công tác........................................ 63 3.1.3.1 ng c n th p hành d ng PDT ......... 63 a t t m ch 3.1.3.2 ng c n th p hành d ng BDT......... 66 a t t m ch 3.1.3.3 ng c n th p hành d ng BDTR...... 69 a t t m ch 3.2 u khi n khi có t n th p hành........................... 72 ch 3.2.1 u............................................................................................. 72 Gii thi 3.2.2 lý thuy u khi t............................................... 73 Khái quát v 3.2.3 lý thuy u khi n thích nghi....................................... 77 Khái quát v 3.2.4 ng khi có t n th p hành d ng PDT .......... 80 Mô hình h th ch
- 7. v 3.2.5 b u khi khi có t n th Thit k t thích nghi chp hành d ng PDT.................................................................................... 81 3.2.6 ng cho tay máy robot 2-DOF..................................................... 85 Áp d 3.2.7 ng cho robot công nghi p 6- .............................................. 89 Áp d DOF 3.3 K ......................................................................................... 97 t lu 4. K MÔ PH NG VÀ TH C NGHI M CHO M T D NG TAY T QU MÁY ROBOT..................................................................................................... 99 4.1 u robot Serpent 1............................................................................. 99 Gii thi 4.2 ng h c ....................................................................................................... 99 4.2.1 ng h c thu n.................................................................................. 101 4.2.2 ng h c ................................................................................102 4.3 ng l c ................................................................................. 104 c h 4.3.1 c............................................................................... 104 Mô hình toán h 4.3.2 ình bán v t lý............................................................................. 105 Mô h 4.4 L p qu o chuy ng ........................................................................... 107 4.5 Các k ng và th m....................................................... 112 t qu mô ph c nghi 4.5.1 K mô ph ng.............................................................................. 112 t qu 4.5.2 K c nghi m.......................................................................... 125 t qu th 4.6 K ....................................................................................... 136 t lu K À KI N NGH ............................................................................ 137 T LUN V DANH M A LU N ÁN C ............. 140 TÀI LI U THAM KH O..................................................................................141 PH L C........................................................................................................... 1 PL
- 8. vi DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH T T T Ụ Ệ Ữ VIẾ Ắ Danh m c các ký hi u ụ ệ Ký hiu Toán t tích Kronecker Ký hi u cho d ng vector hình h c Ký hi o hàm c p m t c theo th i gian a bi n Ký hi o hàm c p hai c a bi n theo thi gian M có chi u a tr m/s2 Gia t nh ti n d n c t AB m dài c a pháp tuy n chung gi a tr c kh p và tr c kh p c trc (tham s D- H) m/s2 G nh ti n l n nh m qu o t ng quát ia tc t t trên t m/s2 Gia t nh ti n l n nh d n AB c t t c theo m/s2 G nh ti n l n nh d n OA ia tc t t c theo m/s2 G nh ti n d n OA ia tc t m/s2 G nh ti n d ( , , ) ia tc t c trc là m/s2 G nh ti n l n nh ( , , ) ia tc t t dc trc là m/s2 Vector gia tc t a khâu EE trong h nh ti n c t s v i các thành ph n d c trc , , H s c c sau khi khai c tri n bi t c m Các thành ph n c a vector t trong h Vector ch ng tr c a EE c Vector tham s ng b i b ng A u mút c a qu m làm vi c M tùy ý trên khâu m Ma ng chéo tính theo vector tr Khong bão hòa trong hàm sat() Vector tham s c c p nh t b i lu t thích nghi B u mút c a qu m làm vi c Ma tr n tham s ch a các thành ph n b nh Ma tr n giá tr nh n d c c a Ma tr n sai l ch a gi và Bi u di n cho hàm Bi u di n cho hàm Các ma tr ng chéo v s i các h V ng tâm c a khâu m tr ng giao gi a mi n gi i h n và m u (tâm là t c m làm vi c , bán kính ) M n Coriolis/ly tâm a tr
- 9. vii M n v nh n d c a tr i các giá tr M n Coriolis/ly tâm c - a tr a robot 2 DOF m dài c a pháp tuy n chung gi a tr c và trc d c tr c (tham s D- H) Vùng không gian làm vi c a robot Vùng không gian làm vi h n ch c c b a ch ch p hành th b bó c ng Ph n t h ng s c t , hàng rad Sai l ch bám gi ng kh p a kht th rad V ch bám gi ng kh p ector sai l a kh V t th c a ma tr ector c m V v n ector sai lch v trí i các thành ph , , Vector sai lch gi a và rad S góc c a vector ai lch Hàm phi tuy n trong h affine SISO Hàm phi tuy n th trong h affine MIMO ng c a hàm affine MIMO trong h V tham s a các thành ph n b nh ector ch V giá tr nh n d c c ector a V l gi và ector sai ch a H ng s m/s2 G ng ia tc tr V n tr ng l c ector thành ph Vector v nh n d c i các giá tr V n tr ng l c c - ector thành ph a robot 2 DOF m/s2 V ng xét trong h t ector gia tc tr Hàm phi tuy n trong h affine SISO Hàm phi tuy n trong h affine MIMO ng c a hàm affine MIMO trong h Ph n t th c a vector Vector thay th cho tích Vector các hàm phi tuyn Ma trn các hàm [ ] trong h affine MIMO Ma trn các hàm [ ] trong h affine MIMO kg.m2 Mô men quán tính chính ca khâu theo trc kg.m2 M n tensor quán tính c xét trong h t a tr a khâu th kg.m2 M n tensor quán tính c xét trong h t a tr a khâu M n Jacobi quay ng v i vector a tr M n Jacobi quay ng v i vector a tr M n Jacobi t nh ti n ng v i vector a tr H s khu u khi n SMC cho h SISO i ca b Nm/(rad/s) H s ma sát nh t kh p
- 10. viii Vector tham s c a b u khi n SMC J T a tay máy robot Ma trng chéo tính theo vector M ng chéo a tham s a tr ch các M ng chéo a tham s a tr ch các , , , , , Các ma tr n tham s c u khi n a b , , , , , Các ma tr n tham s c u khi n a b m Chi u dài c a khâu J Hàm Lagrange S u vào c phi tuy n affine MIMO a h kg Kh ng c a khâu M n quán tính t ng quát c a tay máy robot a tr M n v nh n d c a tr i các giá tr M n quán tính t ng quát c a robot 2-DOF a tr S b do c t m Các thành ph n c a vector t trong h Vector ch ng tr c a EE c m Các thành ph n c a vector t trong h Vector ch ng tr c a EE c O V u c a EE G t i c h th m dài gi a và m làm vi c khi chi u lên m Các t c a vector t trong h m V dài gi a và m m V dài gi a và m m Vector v m làm vi c c a EE m i s c a vector t trong h m i s c a vector t trong h m V trí tâm m u ch ng (tâm c tay) t c J T ng a tay máy robot th rad Góc quay c p t o b a kh p a kh c rad Bi n góc kh p rad/s V n t n góc kh p c bi rad/s2 Gia t n góc kh p c bi rad Qu o mong mu n c n góc kh p a bi rad Qu o tham chi u c n góc kh p a bi rad ng góc kh p c a mô hình toán h c rad ng góc kh p c a mô hình bán v t lý rad Vector bi n góc kh p rad/s Vector v n t c bi n góc kh p rad/s2 Vector gia tc bi n góc kh p rad Vector qu o mong mu n c a các góc kh p rad Vector qu o tham chi u c a các góc kh p V thành ph n t o b c không th ector i các l
- 11. ix m V dài gi a và m m V dài gi a và m m Kho ng cách t p t m tr ng tâm c trc kh a khâu Vector tín hi ) t ( MRAC m i s c a vector t trong h th m i s c a vector t trong h th m i s c a vector t trong h m i s c a vector t trong h M n quay bi u di ng c t a tr a h th trong h t M n quay bi u di ng c t a tr a h th trong h th t Bi u khi t cho h SISO Bi u di n cho hàm Bi u di n cho hàm Hàm bão hòa c n a bi nh d u c a bi n Vector bi t u khi t Mi n gi i h n c a tâm c tay khi kh p b bó c ng Ma trng chéo tính theo vector M ng c a tr a vector s C ng th i gian trong qu o chuy n ác kho thit k ng d a theo biên d ng v n t ng cong s Th i gian di chuy n AB s Th i gian di chuy n OA , , s Các kho ng th i gian trong khung th i gian l p qu o AB , , s Các kho ng th i gian trong khung th i gian l p qu o OA M n mô t ng và v trí mong mu n c a EE a tr M n bi i thu n nh h t a tr t t th sang h t th M n bi i thu n nh t t h t a tr th sang h t bó c ng kh p th c hình thành khi b m/s V n t nh ti n d n c t AB m/s V n t nh ti n l n nh m qu o t ng quát c t t trên t m/s V n t nh ti n l n nh d n AB c t t c theo m/s V n t nh ti n l n nh n OA c t t dc theo m/s V n t nh ti n l n nh ( , , ) c t t dc trc là m/s V n t nh ti n d n OA c t m/s Các thành ph n d , , c vector c trc a
- 12. x m/s V n t nh ti n c ector v c t m m/s V n t nh ti n c m ector v c t m/s V n t nh ti c t ector v c t n a khâu EE trong h m/s Vector v n t nh ti n c c t a m bi u di n trong h t m/s Vector v n t nh ti n c m c t a bi u di n trong h t m/s Vector v n t nh ti n c bi u di n trong h c t a khâu t Hàm Lyapunov th Vector các hàm Lyapunov Vector kt h p các thành ph n b nh Tín hi u khi n cho h SISO Vector tín hi u khi n Vector thành ph n tín hi u khi ng th ti n v m t và duy trì m t Vector thành ph n tín hi u khi n khi h th ng m trên m t Vector bi n tr ng thái Vector sai lch Vector qu o mong mu n Vector bi n tr ng thái m u (tham chi u) Vector bi n tr ng thái th Các vector bi n tr ng thái thành ph n C sai l a bi n tr ng thái thành ph n ác vector ch c rad Góc xo n gi p và (tham s D- a trc kh H) Vector các h s a bi t rad Góc hình h o b c t i và rad Góc hình h o b c t i và Vector ph n ánh t h i t i c a lu t thích nghi v các h s M ng chéo tính theo vector a tr Hàm hao tán H ng s H ng s rad Góc kh H) p (tham s D- Sai l ng gi a và Ma tr n sai l ng gi a và H ng s H ng s H ng s Nm/s Gi n t bi n thiên mô men c p i h ch hành th Nm/s Gii h n t bi n thiên mô men c ch p
- 13. xi hành th b suy gi m H s ph n ánh tình tr ng c p hành th ch Nm M nh kh p Nm Mô men u khi n c p hành th ch Nm Mô men ma sát Coulomb kh p Nm Mô men ma sát quay kh p Nm Mô men c p hành th ch Nm G mô men b ngh n c p hành th iá tr ch Nm Mô men l n nh t o ra b i p hành th t ch Nm Mô men l n nh t o ra b i p hành th khi t ch b suy gi m Nm Mô men nh t o ra b i p hành th nh t ch Nm Mô men nh t o ra b i p hành th khi nh t ch b suy gi m Nm Mô men ma sát Stribeck kh khi t quay p lân cn không Nm Mô men ma sát nh kh p t Nm Vector mô men cung c p cho các kh p Nm V p hành t o ra ector ch Nm V mô men u khi n c p hành th ector ch Nm Vector thành ph n tín hi u khi n thích nghi Nm Vector mô men ma sát quay các kh p Nm Vector thành ph n tín hi u khi n khi h ng th t trên m t H s suy gi m mô men c p hành th ch V s suy gi m mô men c p ector h ch hành M ng chéo tính theo vector a tr rad Góc V s h ector các h ng V s h ng thích nghi ector các h V gi và ector sai lch thích nghi a M ng chéo tính theo vector a tr M ng chéo tính theo vector a tr M ng chéo tính theo vector a tr rad/s T break mà t t giá tr nh rad/s T c t Coulomb rad/s V n t c quay c a khâu rad/s T n s t nhiên c a sai l p th ch kh rad/s T c t Stribeck rad/s V n t c quay c bi u di n trong h t ector v a khâu a th rad/s V n t c quay c bi u di n trong h t ector v a khâu a
- 14. xii Danh m c các ch t t t ụ ữ viế ắ Ch vi t tt Mô t ti ng Anh Mô t ti ng Vi t 3D 3-Dimension 3 chi u ABB ABB Inc. Hãng ABB AC Alternating Current n xoay chi u ANSI American National Standards Institute Vi n tiêu chu n qu c gia Hoa K ASMC Adaptive Sliding Mode Control u khi t thích nghi BDT Boundary Degradation of Torque Suy gi ng ch n giá tr mô men BDTR Boundary Degradation of Torque Rate Suy gi ng ch n t bi c n thiên mô men CAD Computer Aided Design Thit k i s tr v h c a máy tính CCCH Actuator ch p hành CTC Computed Torque Control u khi n tính mô men D-H Denavit-Hartenberg Denavit-Hartenberg DC Direct Current n m t chi u DOF Degree Of Freedom B do c t EE End-Effector D ng c thao tác g n khâu cu i (khâu ch p hành cu i) HIL Hardware- - -Loop In the Gi l p h th ng v i tín hi u th c I/O Input/Output Tín hiu Vào/Ra IFR International Federation of Robotics gi i v robot IRB IRB Mã s n ph m robot c a hãng ABB ISO International Organization for Standardization T n qu chc tiêu chu c t MIMO Multiple Input - Multiple Output H ng nhi u vào - nhi u th ra MISO Multiple Input - Single Output H ng nhi u u vào - m th u ra MM Mathematical Model Mô hình toán hc MRAC Model-reference adaptive control u khi n thích nghi theo mô hình tham chi u OSHA Occupational Safety and Health Administration C n lý s e và an toàn c qu c kh ng Hoa K RIA Robot Institute of America Vi n Robot Hoa K SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm Cánh tay robot l p ráp chuyên d ng SIMO Single Input - Multiple Output H ng m u vào - nhi u th ra
- 15. xiii SISO Single Input - Single Output H ng m u vào - m u ra th SMC Sliding Mode Control u khi t SSRMS Space Station Remote Manipulator System H u khi n t xa th trên trm không gian STC S - r elf tuning controlle B u khi n t nh tham ch s PD Proportional - Derivative T l - Vi phân PDT Proportional Degradation of Torque Suy gi m mô men theo t l PLOE Partial Loss Of Effectiveness T n th t m n t ph PM Quasi-Physical Model Mô hình bán v t lý TLOE Total Loss Of Effectiveness T n th t toàn ph n VSC Variable Structure Controller B u khi n có c u trúc bi i
- 16. xiv DANH M C CÁC B Ụ ẢNG Bng 1.1 Tham s D- a robot ABB IRB 2400 .................................................. 14 H c Bng 1.2 Tay máy 6-DOF tr thành 5-DOF khi b bó c ng kh p ........................16 i Bng 1.3 ng h c và kh u khi n tay máy công nghi p 6-DOF n hình khi b t n th ch p hành d ng bó c ng m t kh p ...... 23 Bng 1.4 ng h c và kh u khi n tay máy công nghi p 6-DOF n hình khi b t n th ch p hành d ng m t kh p chuy ng t do ........................................................................................................ 23 Bng 1.5 T ng h p kh u khi n tay máy công nghi n hình khi b t n th t m ch p hành....................................................................... 26 Bng 2.1 Tham s D- a robot IRB 120 ............................................................. 38 H c Bng 2.2 Các kh n ph xây d ng mô hình bán v t lý cho tay máy robot c v ................................................................................................................. 42 Bng 2.3 Tham s c a ma sát quay các kh p....................................................... 50 Bng 4.1 Tham s D- a robot Serpent 1.......................................................... 100 H c Bng 4.2 Tham s c a ma sát quay các kh p c .....................106 a robot Serpent 1 Bng 4.3 qu o chuy ng c a robot................................................ 111 Thit k Bng 4.4 Thông s - -13 c a hãng Mitsubishi................................ 125 KP
- 17. xv DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ Ồ , Đ THỊ Hình 1.1 Các thành ph n chính c t robot công nghi p...................................... 6 a m Hình 1.2 Mô hình truy ng cho kh p b n dùng AC ch servomotor................................................................................................. 8 Hình 1.3 kh u khi p hành th i...................... 9 i c ch Hình 1.4 ng mô men c p hành khi ho ng.......... 9 ch Hình 1.5 ng mô men c a CCCH khi b t n th ng suy gi m mô men theo t t d l .............................................................................................................. 10 Hình 1.6 ng mô men c a CCCH khi b t n th ng suy gi ng ch n t d giá mô men ......................................................................................... 11 tr Hình 1.7 t n th ng suy gi ng ch n t bi n thiên mô Mô t t CCCH d men.......................................................................................................... 12 Hình 1.8 Robot công nghi p ABB IRB 2400 v t kh p..................... 15 i các h Hình 1.9 Vùng làm vi h n ch khi kh p 1 b bó c ng..................................... 17 c b Hình 1.10 M a m t c u ch ng b i m t ph ng ............................... 17 t ct c A-A Hình 1.11 H n ch v ng c a khâu EE khi kh p 1 b bó c ng. (a) Vector ch m làm vi c n m trong vùng gi i h n, (b) Gi i h n trên c a vector ch ng, (c) Gi i c a vector ch ng..................... 18 i h Hình 1.12 Vùng làm vi h n ch khi kh p 2 b bó c ng................................... 18 c b Hình 1.13 H n ch v ng c a khâu EE khi kh p 2 b bó c ng. (a) Mi n gi i h n S2fng giao C2f h n ch v ng xét t i m m làm vi c .... 19 Hình 1.14 Vùng làm vi b h n ch khi kh p 3 b bó c ng................................... 20 c Hình 1.15 H n ch v ng c a khâu ch p hành cu i khi kh p 3 b bó c ng. (a) Mi n gi i h n S3f, ng giao C 3f h n ch v ng xét t i m m làm vic................................................................................................... 20 Hình 1.16 H n ch v ng c a khâu ch p hành cu i khi kh p 4 b bó c ng ...... 21 Hình 1.17 H n ch v ng c c z a tr 6 khi kh p 5 b bó c ng............................. 21 Hình 1.18 H n ch v ng c a khâu ch p hành cu i xét t i m m làm vi c khi kh p 5 b bó c ng. (a) Gi n trên c a vector ch ng, (b) Gi i h i h a vector ch ng tròn qu a tâm c tay21 i c tích c Hình 1.19 H n ch v ng c a khâu ch p hành cu i khi kh p 6 b bó c ng ...... 22 Hình 1.20 o chuy ng AB c a robot mô t trong các vùng không gian Qu làm vi c khi kh p i b bó c ng; (a) Qu Di và ( - D Di), (b) Qu o ch thu c D D - i, (c) Qu o ch thuc Di................................. 25
- 18. xvi Hình 1.21 o chuy ng c a robot gi n Qu Di và ( - D Di u n m trong mi n Di) ................................................. 25 Hình 2.1 Chuy ng t nh ti n và quay c a khâu i trong không gian ................... 30 Hình 2.2 C u hình robot IRB 120 có g n các h t p................................. 38 kh Hình 2.3 Mô hình CAD 3D c a các khâu c a robot IRB 120 [84] ......................... 39 Hình 2.4 Mô hình l p ráp CAD 3D c a robot IRB 120 [84]................................... 40 Hình 2.5 a mô hình toán h n mô ph ng h Vai trò c c c thng........................................................................................................ 41 Hình 2.6 a mô hình bán v n mô ph ng h Vai trò c t lý c thng........................................................................................................ 42 Hình 2.7 Mô hình bán v a robot IRB 120 trên n n Simscape Multibody..... 43 t lý c Hình 2.8 o d ng trên n n Simscape Multibody... 43 Hình c t Hình 2.9 mô ph ng so sánh ch ng gi a hai mô hình c a robot IRB 120 ................................................................................................................. 44 Hình 2.10 Mô men t o ra b ng l (2.59)....................................... 44 c hc Hình 2.11 ng góc kh p c a mô hình bán v c ........... 45 t lý và mô hình toán h Hình 2.12 Sai l ng góc kh p gi H .... 45 ình 2.9 Hình 2.13 mô ph ng v i cùng m u khi n cho mô hình robot IRB t lu 120........................................................................................................... 46 Hình 2.14 Mô men cung c p b i b u khi n tính mô men CTC-PD (2.61) ....... 47 Hình 2.15 ng góc kh p c a mô hình toán h c (MM) và mô Qu hình bán v i ma sát kh p................................. 48 Hình 2.16 Sai l ch gi ng c a mô hình toán h a qu c (MM) và mô hình bán v i ma sát kh p................................. 48 Hình 2.17 Mô men ma sát quay............................................................................... 49 Hình 2.18 p quay có b sung ma sát................................................................. 49 Kh Hình 2.19 Mô hình bán v a robot IRB 120 có ma sát quay các kh p........ 50 t lý c Hình 2.20 ng gi a mô hình toán h p và mô hình bán v t lý có ma sát kh ng c a cùng m t mô men.......................................................................................................... 51 Hình 2.21 ng góc kh p c a mô hình toán h Qu ma sát kh p và mô hình bán v t lý (PM) có ma sát kh p....................... 51 Hình 2.22 Sai l ch gi ng c a mô hình toán h a qu có ma sát kh p và mô hình bán v t lý (PM) có ma sát kh p.................. 52 Hình 3.1 Mô men c a CCCH c a robot IRB 120 ng............ 57 tr Hình 3.2 ng góc kh p c a robot IRB 120 khi CCCH ng thái tr ng ................................................................................................................. 57
- 19. xvii Hình 3.3 c t n th t CCCH 1 d ng PDT ng kh p (a) Các m q1 ............................................................................................................. 58 Hình 3.4 c t n th t CCCH 2 d ng PDT ng kh p (a) Các m q2 ............................................................................................................. 58 Hình 3.5 c t n th t CCCH 3 d ng PDT ng kh p (a) Các m q3 ............................................................................................................. 58 Hình 3.6 c t n th t CCCH 4 d ng PDT ng kh p (a) Các m q4 ............................................................................................................. 59 Hình 3.7 c t n th t CCCH 5 d ng PDT ng kh p (a) Các m q5 ............................................................................................................. 59 Hình 3.8 c t n th t CCCH 6 d ng PDT n ng kh p (a) Các m q6 ............................................................................................................. 59 Hình 3.9 c t n th t CCCH 1 d ng BDT ng kh p (a) Các m q1 ............................................................................................................. 60 Hình 3.10 (a) Các m c t n th t CCCH 2 d ng BDT ng kh p q 2 .................................................................................................... 60 Hình 3.11 (a) Các m c t n th t CCCH 3 d ng BDT ng kh p q 3 .................................................................................................... 60 Hình 3.12 (a) Các m c t n th t CCCH 4 d ng BDT ng kh p q 4 .................................................................................................... 60 Hình 3.13 (a) Các m c t n th t CCCH 5 d ng BDT ng kh p q 5 .................................................................................................... 60 Hình 3.14 (a) Các m c t n th t CCCH 6 d ng BDT ng kh p q 6 .................................................................................................... 61 Hình 3.15 (a) Các m c t n th t CCCH 1 d ng BDTR ng kh p q 1 .................................................................................................... 61 Hình 3.16 (a) Các m c t n th t CCCH 2 d ng BDTR ng kh p q 2 .................................................................................................... 62 Hình 3.17 (a) Các m c t n th t CCCH 3 d ng BDTR ng kh p q 3 .................................................................................................... 62 Hình 3.18 (a) Các m c t n th t CCCH 4 d ng BDTR ng kh p q 4 .................................................................................................... 62 Hình 3.19 (a) Các m c t n th t CCCH 5 d ng BDTR ng kh p q 5 .................................................................................................... 62 Hình 3.20 (a) Các m c t n th t CCCH 6 d ng BDTR ng kh p q 6 .................................................................................................... 62 Hình 3.21 o mong mu ng c -Effector trong h t (a) Qu a End ........................................................................................................ 63
- 20. xviii Hình 3.22 ng c a các m n th t CCCH 1 d ng PDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 64 Hình 3.23 ng c a các m n th t CCC ng PDT lên qu o End- c t H 2 d c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 64 Hình 3.24 ng c a các m n th ng PDT lên qu o End- c t t CCCH 3 d c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 65 Hình 3.25 ng c a các m n th t CCCH 4 d ng PDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 65 Hình 3.26 ng c a các m n th t CCCH 5 d ng PDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 66 Hình 3.27 ng c a các m n th t CCCH 6 d ng PDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 66 Hình 3.28 ng c a các m n th t CCCH 1 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 67 Hình 3.29 ng c a các m n th t CCCH 2 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 67 Hình 3.30 ng c a các m n th t CCCH 3 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 68 Hình 3.31 ng c a các m n th t CCCH 4 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 68 Hình 3.32 ng c a các m n th t CCCH 5 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 69 Hình 3.33 ng c a các m n th t CCCH 6 d ng BDT lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 69 Hình 3.34 ng c a các m n th t CCCH 1 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 70 Hình 3.35 ng c a các m n th t CCCH 2 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 70 Hình 3.36 ng c a các m n th t CCCH 3 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t s ................... 71 Hình 3.37 ng c a các m n th t CCCH 4 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 71 Hình 3.38 ng c a các m n th t CCCH 5 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 72 Hình 3.39 ng c a các m n th t CCCH 6 d ng BDTR lên qu o End- c t c chi u trên ba m t ph ng c a h t ................... 72 Hình 3.40 kh i mô t h u khi n thích nghi theo mô hình tham th chiu........................................................................................................ 78 Hình 3.41 kh i mô t h u khi n t nh tham s ................ 79 th ch
- 21. xix Hình 3.42 c u trúc h u khi th t thích nghi cho tay máy robot trong tình tr t CCCH d ng t n th ng PDT ............................................. 84 Hình 3.43 Tay máy robot song ph ng 2-DOF có g n các h t ........................ 85 Hình 3.44 mô ph u khi n tay máy 2- u khi n ASMC. 86 DOF vi b Hình 3.45 ng kh p (trái), và sai l ch bám (ph a robot 2-DOF s d ng i) c CTC-PD và ASMC khi b t n th t CCCH d ng PDT 10% c hai kh p ng h p 1) ......................................................................................... 87 Hình 3.46 u khi n c và mô men CCCH a c a robot s d ng CTC- PD (trái) và ASMC (ph i) khi b t n th t CCCH d ng PDT 10% c hai kh ng h p 1)................................................................................ 87 Hình 3.47 ng kh p (trái), và sai l ch bám (ph a robot 2-DOF s d ng i) c CTC-PD và ASMC khi b t n th t CCCH d ng PDT 50% c hai kh p ng h p 2) ......................................................................................... 88 Hình 3.48 u khi n c và mô men CCCH a c a robot s d ng CTC- PD (trái) và ASMC (ph i) khi b t n th t CCCH d ng PDT 50% c hai kh ng h p 2)................................................................................ 88 Hình 3.49 Robot công nghi p IRB 120 v i các h t kh c mô t d ng 3D............................................................................................................ 89 Hình 3.50 ng góc kh p c d ng SMC, Qu a robot IRB 120 khi s ng h p các CCCH ho ng ................. 91 Hình 3.51 Sai l ch bám góc kh p c a robot IRB 120 khi s d ng SMC, ASMC ng h p các CCCH ho ng.............................. 91 Hình 3.52 u khi n và mô men t o b i CCCH c a robot IRB 120 khi s d ng h p các CCCH ho ng ........... 92 Hình 3.53 u khi n và mô men t o b i CCCH c a robot IRB 120 khi s d ng h p các CCCH ho ng ........ 92 Hình 3.54 ng góc kh p c d ng SMC, Qu a robot IRB 120 khi s ASMC và t CCCH b t n th t 10% d ng h p 1)........ 93 t c Hình 3.55 Sai l ch bám góc kh p c a robot IRB 120 khi s d ng SMC, ASMC và t CCCH b t n th t 10% d ng h p 1)......................... 94 t c Hình 3.56 u khi n và mô men t o b i CCCH c a robot IRB 120 s d ng SMC khi t CCCH b t n th t 10% d ng h p 1) 94 t c Hình 3.57 u khi n và mô men t o b i CCCH c a robot IRB 120 s d ng ASMC khi t t n th t 10% d ng h p 1) t c CCCH b ................................................................................................................. 95 Hình 3.58 ng góc kh p c d ng SMC, Qu a robot IRB 120 s ASMC khi b t n th ng PDT: 50% CCCH 1,4,5,6 và 20% CCCH t d ng h p 2) ................................................................................... 95
- 22. xx Hình 3.59 Sai l ch bám góc kh p c a robot IRB 120 s d ng SMC, ASMC khi b t n th ng PDT: 50% CCCH 1,4,5,6 và 20% ng t d h p 2) ...................................................................................................... 96 Hình 3.60 u khi n và mô men CCCH c a robot IRB 120 s d ng SMC khi b t n th t d ng PDT: 50% CCCH 1,4,5,6 và 20% CCCH 2,3 ng h p 2) ......................................................................................... 96 Hình 3.61 u khi n và mô men CCCH c a robot IRB 120 s d ng ASMC khi b t n th ng PDT: 50% CCCH 1,4,5,6 và 20% CCCH t d ng h p 2) ................................................................................... 97 Hình 4.1 nh robot Serpent 1.......................................................................... 99 Hình Hình 4.2 Hình kh i 3D (a) và hình chi u b ng (b) c a robot có g n các h t kh p....................................................................................................... 100 Hình 4.3 Vùng làm vic ca robot Serpent 1 (khi d3 nh)........................... 101 là c Hình 4.4 T c m làm vi c xét trong m t ph ng O 0x0y0 .......................... 102 Hình 4.5 Mô hình CAD 3D c a robot Serpent 1 ................................................... 106 Hình 4.6 Mô hình bán v a robot Serpent 1 trên n n Simscape Multibody . 107 t lý c Hình 4.7 m làm vi ng vector (b) c a robot.................. 107 Qu n Hình 4.8 Biên d ng t ng cong và gia t .............................. 109 c hình thang Hình 4.9 u khi n (a) và mô men c a CCCH (b) khi ho ng bình ng h p 1)........................................................................... 113 Hình 4.10 u khi n (a) và mô men c a CCCH (b) khi CCCH b suy gi m ng h p 2)................................................................. 114 Hình 4.11 u khi n (a) và mô men c a CCCH (b) khi CCCH b suy gi m ng h p 3)................................................................. 114 Hình 4.12 ng qu o khâu ch p hành cu u lên các m ng i (EE) khi chi t ph (a) O0x0y0, (b) O0y0z0, (c) O0z0x0,và (d) trong không gian công tác ng h p 1) ....................................................................................... 115 Hình 4.13 ng qu o khâu ch p hành cu u lên các m ng i (EE) khi chi t ph (a) O0x0y0, (b) O0y0z0, (c) O0z0x0,và (d) trong không gian công tác ng h p 2) ....................................................................................... 115 Hình 4.14 o v trí c p hành cu u lên các m ng Qu a khâu ch i (EE) khi chi t ph (a) O0x0y0, (b) O0y0z0, (c) O0z0x0,và (d) trong không gian công tác ng h p 3) ....................................................................................... 116 Hình 4.15 Các thành ph n p x, py, pz c m làm vi c (a), và sai l ng h p 1) .......................................................................... 117 Hình 4.16 Các thành ph n p x, py, pz c m làm vi c (a), và sai l ng h p 2) .......................................................................... 117 Hình 4.17 Các thành ph n p x, py, pz c m làm vi c (a), và sai l ng h p 3) .......................................................................... 118
- 23. xxi Hình 4.18 ng t d c theo tr c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 1) ................................................ 119 Hình 4.19 ng t d c theo tr c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 2) ................................................ 119 Hình 4.20 ng t d c theo tr c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 3) ................................................ 120 Hình 4.21 ng gia t c theo tr c d c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 1)........................................... 120 Hình 4.22 ng t d c theo tr c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 2) ................................................ 121 Hình 4.23 ng t d c theo tr c x0, y0, z0 c p hành cu a khâu ch i (a) và sai l ng h p 3) ................................................ 121 Hình 4.24 Ba vector ch ng mong mu n c p hành cu i................. 122 a khâu ch Hình 4.25 Các vector ch ng (a) và vector a khâu ch p hành cu i khi n o (b) c robot di chuy n theo qu o xét trong m t ph ng O0x0y0 ng h p 1) ............................................................................................................... 123 Hình 4.26 Các vector ch ng (a) và vector a khâu ch p hành cu i khi n o (b) c robot di chuy n theo qu o xét trong m t ph ng O0x0y0 ng h p 2) ............................................................................................................... 123 Hình 4.27 Các vector ch ng (a) và vector a khâu ch p hành cu i khi n o (b) c robot di chuy n theo qu o xét trong m t ph ng O0x0y0 ng h p 3) ............................................................................................................... 123 Hình 4.28 ng v góc c a vector ch ng c x n (tr 3), (tr o c y3) ca khâu ch p hành cu i (a) và sai l ng h p 1) ....... 124 Hình 4.29 ng v góc c a vector ch ng c x n (tr 3), (tr o c y3) ca khâu ch p hành cu i (a) và sai l ng h p 2) ....... 124 Hình 4.30 ng v góc c a vector ch ng c x n (tr 3), (tr o c y3) ca khâu ch p hành cu i (a) và sai l ng h p 3) ....... 124 Hình 4.31 k i mô hình th u khi n robot Serpent 1 .......... 125 t n c nghi Hình 4.32 Card DS1104, và (b) h p k u c a hãng dSPACE.........125 (a) t ni tín hi Hình 4.33 truy n tin trong mô hình th m........................................ 126 c nghi Hình 4.34 nh robot Serpent 1 trong quá trình th c nghi m........................ 126 Hình Hình 4.35 góc kh p th o góc kh p th (a) T c, và (b) Qu c ca robot ng h p 1)....................................................................... 128 Hình 4.36 Các thành ph n p x, py, pz c a vector v c a khâu EE: (a) Qu o v trí p t, và (b) Qu ng v trí th c c ng h p 1).... 128 Hình 4.37 a vector , , và (b) Qu ng góc th (a) Qu t c n o c c , ng h p 1) .............................................................. 129 a vector n o
- 24. xxii Hình 4.38 n c n t nh ti n (a) Qu t cho các thành ph a vector v c t vEE , và ng v n t c th ng h p 1) ............................ 129 Hình 4.39 n c nh ti n (a) Qu t cho các thành ph a vector gia tc t accEE , và ng gia t c th ng h p 1) ............................. 130 Hình 4.40 góc kh p th o góc kh p th (a) T c, và (b) Qu c ca robot ng h p 2)....................................................................... 131 Hình 4.41 Các thành ph n p x, py, pz c a vector v c a khâu EE: (a) Qu o v trí p t, và (b) Qu ng v trí th c c ng h p 2).... 131 Hình 4.42 a vector , , và (b) Qu ng góc th (a) Qu t c n o c c , ng h p 2) .............................................................. 132 a vector n o Hình 4.43 o các thành ph n c n t nh ti n (a) Qu t ch a vector v c t vEE , và ng v n t c th ng h p 2) ............................ 132 Hình 4.44 n c nh ti n (a) Qu t cho các thành ph a vector gia tc t accEE , và ng gia t c th ng h p 2) ............................. 133 Hình 4.45 góc kh p th o góc kh p th (a) T c, và (b) Qu c ca robot ng h p 3)....................................................................... 134 Hình 4.46 Các thành ph n p x, py, pz c a vector v c a khâu EE: (a) Qu o v trí p t, và (b) Qu ng v trí th c c ng h p 3).... 134 Hình 4.47 n o a vector (a) Qu t c , , và (b) Qu ng góc th c c , ng h p 3) .............................................................. 135 a vector n o Hình 4.48 n c n t nh ti n (a) Qu t cho các thành ph a vector v c t vEE , và ng v n t c th ng h p 3) ............................ 135 Hình 4.49 n c nh ti n (a) Qu t cho các thành ph a vector gia tc t accEE , và ng gia t c th ng h p 3) ............................. 136
- 25. 1 MỞ ĐẦU Robot là m t trong nh ng n n t ng c a cu c cách m ng công nghi p l n th S phát tri n t ng ngày c a robot nh vào ng ti n b c công ngh k , nh a thut s công ngh v t li u, và trên h t là công ngh thông tin. Robot công nghi n nh cao, an toàn, linh ho t, và có th hoàn thành nhi m v m t cách thông minh. khó có th hình dung m t quy trình s n xu t nào mà không có s tham gia c a robot. à máy thông minh (smart factory) hoàn toàn t ng hóa và Nh c robot hóa s . Tay máy công nghi p (hay robot công nghi c ng d ng r t r ng rãi trong nhi c nhi c, mang l i hi u qu to l n trong s n xu t công nghi p, qu c phòng, y t , xã h i, khai thác th m l c a, và chinh ph c . Theo báo cáo c gi i v robot (IFR) công b i h i ngh di n ra c, t ng s robot công nghi p c s d ng trên toàn c 2,7 tri u robot 12% so v . ng robot công nghi p c bán ra theo t là 304.000 (2016 400.000 (2017), 422.000 (2018), t ), và 373.240 (2019). c s d ng nhi u nh t là công nghi p s n xu t ô tô và công nghi n- i n t . Trong 15 th ng l n nh áo cáo th y c d u trong danh sách chi m 73% th ph n toàn c Trung Qu Nh c là th ng u v , ti p theo là t B n (49.900 robot) và M (33.300 robot). T khi m i, tay máy công nghi c áp d ng trong nhi i thay th s i. Nh v y các dây chuy n s n xu c t ch c l su t và hi u qu s n xu t. Tay máy công nghi p là m t lo i thi t b có dáng d p và m t vài ch u khi n t th c hi n m t s thao tác s n xu t. Chúng có th l p l c thi t k di chuy n v t li u, chi ti t, d ng c ho c tr c ti p gia công s n ph m. Kh và tính linh ho t cho phép tay máy công nghi p thích ng nhanh khi nhi m v s n xu Các tay máy có th c l p c nh ho c di i. chuy c trên n ng ho c giá treo. Trong h ng s n xu t t ng linh th ho t (FMS: Flexible Manufacturing System), tay máy là m t trong nh ng thi t b ch y c tính linh ho t c a dây chuy n s n xu t. Trong ngành s n xu t ô tô, tay máy th c hi n các công vi p ráp,... Trong s n xu t v t li u xây d c s d ng cho dây chuy n nghi n than t i các lò luy n c c. Trong dây chuy n s n xu t kính, tay máy thay th công nhân n l y và s p x p s n ph c s d ng ch y u các khâu rót kim lo i và tháo d i n kim. Trong công nghi m t ng l tr su t và ch ng s n ph n hàn và c t v tàu. Trong c sn xu t nh c s d l y s n ph nhi t cao trong khuôn ra ngoài. Trong ngành công nghi n t , tay máy SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) di chuy n các b ph n t t t chúng vào bo m ch in v chính xác g tuy i và t l t nhanh.
- 26. 2 Tay máy công nghi p c ph c v s n xu là nh t m t ng, h giá thành s n ph m, nâng cao ch và ng s n ph m. Tuy nhiên, tình hình s d ng các tay máy công nghi p trong s n xu c ta hi n nay t v n còn h n ch ng phát tri n chung, vi c nghiên c u, s d ng robot Vi t Nam ch c ch n s phát tri n m nh m . 1. S c n thi tài t c Trong quá trình tay máy công nghi p ho n x y ra ng h p b l i, h ch c hi n nhi m v . Khi tay máy s không th c hi n công vi ng và làm nh th ng t i ch ng s n ph m ho c gây nguy hi i v x lý v t t ng d ng ho ng ngay khi có l i x y ra. T ng h p tay máy không ch c hi n m t công vi c l p mà còn th n khác trong c dây chuy n s n xu t, d n c dây chuy i d ng ho ng và gây ra nh ng thi t h i nh nh do th i gian ch s a ch a, thay th . V i nh ng tay máy làm vi ng có tính ch t c bi c h i, quá nóng, quá l c, ngoài không gian, có phóng x ,... thì vi a thay th l c sa ch Xu t phát t th c t a ch Phân tích và xu t u khi n tay máy công nghi p trong tình tr ng t n th ch p hành ng nghiên c u là d a vào m t d ng tay máy nào , xây d ng mô hình tay máy khi ho ng ng và khi b t n th ch p hành. Ti n hành phân tích, xu t u khi n phù h p nh h n ch ng c a s c t n th p hành và c g ng duy trì cho m ch tay máy có kh p t c thi tác v p hành b c th cho ch l c s a ch a, thay th u này s góp ph n h n ch các thi i/h t h i gây ra b c t n th p hành. i s ch 2. M c tiêu nghiên c u Nghiên c u xây d ng mô hình toán h c và mô hình bán v t lý cho tay máy công nghi p n t n th i n hành phân tích kh ch u khi n tay máy khi b t n th t ch p hành xu t u khi n tay máy ch t n th ch p hành, c g ng duy trì ho ng c m b o yêu c u ch ng. 3. ng và ph m vi nghiên c u ng nghiên c u: Các d ng tay máy robot nhi u b c t ng h c ki u chu i v i các kh p quay s d n. Ph m vi nghiên c u: - p hành c n v ch i u khi n mô men nhanh m p; có t t cách phù h - Các kh p c a tay máy robot là kh p quay theo ki u b n l (revolute joint); - Các khâu c c ng; c gi thi - S d ng c u khi n t ng v u khi n mô me n c u khi n v trí và t kh p. Th i gian c m b i th i gian trích
- 27. 3 m u c ng h c c a vòng trong (bao g m c thi qua khi thi u khi n cho vòng ngoài; c gi t b t k - Th c nghi m trên robot -drives s d m u khi ng n c tích h p s n c a nhà s n xu t. Nên thu u khi n vòng trong s n. Lu n án t p trung vào mô hình hóa và thi t k u khi n cho vòng ngoài; - B u khi n robot c gi i h ng h p robot trong tình tr ng t n th p hành, v x c t m ng t n th ch à có th cho ít nh t d t. 4. u K p nghiên c u lý thuy t h t và thc nghim. - u lý thuy u khi n cho tay máy; Nghiên c - u và ki m nghi m các tính toán lý thuy ng mô ph ng; Nghiên c t b - u và ki m ch ng các k lý thuy ng th c nghi m. Nghiên c t qu t b 5. c và th c tin c tài a) khoa h c Lu n án nghiên c u v s c t n th ch p hành x y ra trong tay máy robot. Các k t qu nghiên c u bao g m vi c phân tích kh u khi n, phân tích ng, t xu t thu u khi ng h p t n th ch p hành d ng suy gi m mô men theo t l nh m nâng cao ch ng h th ng robot. Các phân tích v các d ng t n th p hành s tham kh ch o cho các nghiên c u ti p theo trong vi c ti p t c nâng cao ch ng c a h ng th robot trong tình tr ng t n p hành. D lý thuy th ch u khi xu t và thi t k m t b u khi n có kh n ch ng c a m t d ng t n th p hành. d ng mô hình bán v t lý d ch a theo cách ti p c n dùng m ng v t lý không tin c y cho mô hình tay ch máy robot mà còn h vi c k t n i, mô ph ng trên các thi t b mô ph ng th tr i gian th c (Hardware- - -Loop: HIL) cho h In the th t o thu n l u có s d ng thi mô ph ng HIL. i cho các nghiên c t b b) c tin Ch ng và tính kh thi c a thu u khi c ki m ch ng thông qua các k t qu mô ph ng s áp d ng cho robot công nghi p 6 b c t do, 3 b c t do, và th c nghi m trên m t d ng robot công nghi p. Khi áp d ng vào th c ti n, s h n ch nh ng ng c a s c t n th p hành d ng suy gi c ch m mô men theo t l u này giúp gi m thi t h i cho doanh nghi p s n xu ch t o tay máy robot. 6. m c a lu n án Nh i Lu n án c a tác gi các k t qu m i (1) xu t và xây d ng c mô hình bán v t lý cho robot 6 b c t do d a trên MATLAB/Simscape có b ng c n ma sát. sung a các thành ph (2) c ng c a t n th ch n ho ng c a xu t kh u khi n robot khi x y ra t n th ch p hành d ng suy gi xu u khi t thích nghi u khi n robot trong t ng h p suy gi m mô men theo t l .
- 28. 4 7. B c a lu n án c c N n k t lu i dung ca lu Chương 1. Tổng quan Gi i thi u v robot công nghi ch ng dùng trong robot công nghi p. Phân tích v t n th p hành và kh u khi n. T ch xu ng nghiên c u chuyên sâu và d ki n các k t qu . Chương ô hình độ ự ọ ủ 2. M ng l c h c c a tay máy robot Trình bày toàn b quá trình xây d ng d ng ma tr n c a ng l c h c c a tay máy robot. Gi i thi u dùng m ng v i ng v t lý và ti n hành xây d ng mô hình bán v t lý cho tay máy robot. Chương 3. ổ ất cơ chế ấ phương pháp điề ể T n th ch p hành và u khi n Phân tích ng c a s c t n th p hành d ng suy gi m mô men ch n ch ng c a tay máy robot. Thi t k u khi n nh m h n ch ng c a tình tr ng này và c g ng duy trì ch ng. Chương 4. ế ả ỏ ự ệ ộ ạ K t qu mô ph ng và th c nghi m cho m t d ng tay máy robot Thu u khi p t m ch ng thông qua mô ti c c ki ph ng và c nghi m cho m t d ng tay máy robot c . Các k t qu mô ph ng th th th c nghi m s c phân tích n xét. K t lu n và ki n ngh c ng k t qu c c a lu nh n án, nh ch ng h n , và xu t các ng nghiên c u ti p theo.
- 29. 5 1. T ng quan ổ 1.1 i thi u v robot công nghi p Giớ ệ ề ệ Robot công nghi p (hay tay máy công nghi p) là m t h n ph c t p, th ho i s u khi n c máy tính. Robot công nghi p có th a th trong c hi n yêu c các u chuy ng s n b nh ho c c t o ra m t cách tr c tuy n. Ph n khung t o nên c u hình tay máy robot bao g liên k t v i nhau b i các kh p. Các kh có th là kh p c p quay ho c kh p t nh ti u khi n chuy ng b i mô men l c (hay l c) sinh ra t p hành g n v i các kh ng, t o ra ch chuy ng c cánh tay robot. a c vào c a Vi n Robot Hoa K (RIA) và hi n nay v n c s d ng trong m t s tài li u: obot công nghi p là m t u thao tác kh , trình c thi t k di chuy n v t li u, b ph n, công c ho c thi t b chuyên d ng theo qu o chuy c l p trình nh m th c hi n các các nhi m v khác nhau [1]. n tiêu chu n qu c gia Hoa K (ANSI) [2], Theo Vi gi i v (IFR) [3], và Tiêu chu robot n qu c t ISO 8373:2012 [4]: obot công nghi p m là t tay máy u khi n t ng, có kh tái l p trình, và có th l p trình chuy ng t ba tr c lên, c g n c nh tr ho s d ng trong các ng d ng t ng hóa công nghi p 1.2 Các cấu hình cơ bả ủ n c a robot công nghi p ệ Robot công nghi p có nhi u kích c , hình d ng, c u hình, và s ng các tr c ho c b c t do khác nhau. Nh ng y u t này n không gian làm vi c c a robot D a theo tài li u c C c qu n lý s c kh ng Hoa K . a (OSHA) [1], vào c u hình thi thì robot công nghi p có 6 i : t k lo sau - Rectangular coordinate robot i robot : là lo ch có ba kh p t nh ti n ba theo trc a các c m h t - t ; - Cylindrical robot: i robot có m là lo t kh p quay và các kh p t nh ti n. Khâu ch p hành cu i có th t theo chi u d c và chi u ngang trong không gian làm vi c; - h /Po coordinate robot l i robot có hai kh p quay và m t kh Sp erical lar : à lo p t nh ti n. Các p t o ra không gian làm vi ng hình c u; trc kh c có d - arm robot là lo i robot có c mô t theo d ng cánh Articulated : tay i; - Gantry Robot: là i robot có d ng gi ng c u tr v i kích c l n, có ba lo c kh p t nh ti n theo ba tr c a m t h t - ; c các - Robot (Selective Compliance Assembly Robot Arm l i SCARA ): à lo robot có hai kh p song song t o ra chuy ng trên m t m t ph ng, và m t tr c quay ng t theo chi u d c c a d ng c . thao tác