Đề tài Phân tích động học robot song song 3 RPS

Lời nói đầu Robot ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong các ngành kỹ thuật, trong các nhà máy, xí nghiệp, từ những thế hệ máy móc cũ, người công nhân phải thao tác rất nhiều thì ngày nay đã có những phần công việc được thay thế bằng dây chuyền tự động. Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Các robot được điều khiển bằng máy tính hoặc các bộ vi xử lý, chúng có thể dễ dàng lập trình được để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Bên cạnh đó các bộ phận được chế tạo dưới dạng mođun hóa làm cho việc thay đổi mở rộng tính năng được dễ dàng và linh hoạt. Trong những năm gần đây, người ta đặc biệt chú ý tới việc ứng dụng robot có cấu trúc song song vào thực tế vì tính ưu việt của loại robot này. Trong đồ án này, em tiến hành nhiên cứu đề tài "Phân tích động học robot song song 3 RPS ".Đồ án gồm 3 chương: - Chương 1: Tổng quan về robot có cấu trúc song song. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết chung về phân tích động học vật rắn không gian - Chương 3: Phân tích động học robot song song 3 RPS. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS. TSKH Nguyễn Văn Khang, TS. Nguyễn Phong Điền cùng toàn thể các thầy giáo trong bộ môn cơ học ứng dụng đã hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đại học Bách Khoa Hà Nội 5/2003 Kết luận Do các tính năng ưu việt của robot song song, nên robot song song ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực khác. Vì vậy các nhà cơ học ngày nay càng quan tâm nghiên cứu các vấn đề về động học, động lực học, về điều khiển và ổn định chuyển động của các robot song song. Do mô hình cơ học của robot song song khá phức tạp, nên trong đồ án chỉ sử dụng công cụ tin học để tính toán và mô phỏng. Trong đồ án này đã sử dụng phần mềm MATLAB làm công cụ để nghiên cứu phân tích động học robot song song. Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về robot có cấu trúc song song, trong đó giới thiệu những nét khái quát như lịch sử hình thành và phát triển, định nghĩa phân loại, bậc tự do của cơ cấu, ưu nhược điểm của robot song song...Chương 2 đã trình bày cơ sở lý thuyết phân tích động học vật rắn không gian như ma trận cosin chỉ hướng, các ma trận quay cơ bản, các tọa độ thuần nhất...Chương 3 phân tích động học robot song song 3 RPS và mô phỏng số bằng phần mềm MATLAB. Các kết quả thu được có thể sử dụng để tính toán phục vụ cho việc điều khiển và thiết kế các robot song song. Do thời gian hoàn thành đồ án có hạn nên các vấn đề về phân tích động lực học, ổn định và điều khiển chuyển động của các robot song song là các vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu tiếp. Trong đồ án còn nhiều thiếu sót, mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các bạn. Phụ lục Mã nguồn của chương trình mô phỏng động học thuận và ngược robot song song 3 RPS. Bài toán động học thuận: function btthuan global g h d1 d2 d3 i al1 al2 al3 g=8.89; h=8.89; d10=4.44;d20=4.44;d30=4.44; t=0:0.01:1;t=t';n=length(t); d1=d10*(1+0.08*cos(10*t)); d2=d20*(1+0.1*sin(10*t)); d3=d30*(1+0.05*cos(10*t)); d1c=-0.8*d10*sin(10*t); d2c=d20*cos(10*t); d3c=-0.5*d30*sin(10*t) s(1)=1;s(2)=1;s(3)=1; for i=1:n s0=[s(1);s(2);s(3)]; [s,fval]=fsolve(@ptalpha1,s0); % Bai toan vi tri p1(i)=((d2(i)*s(2)+d3(i)*s(3))-d1(i)*s(1))/3; p2(i)=(-sqrt(3)*(d2(i)*s(2)-d3(i)*s(3))/2)/3; p3(i)=(d1(i)*sqrt(1-s(1)^2)+d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)+d3(i)*sqrt(1-s(3)^2))/3; % Bai toan van toc a1=-3*g*s(1)+d2(i)*s(1)*s(2)+2*d1(i)-2*d2(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(2)^2); b1=-3*g*s(2)+d1(i)*s(1)*s(2)+2*d2(i)-2*d1(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(2)^2); e1=-3*g*d1(i)*sqrt(1-s(1)^2)+d1(i)*d2(i)*sqrt(1-s(1)^2)*s(2)+2*d1(i)*d2(i)*s(1)*sqrt(1-s(2)^2); f1=-3*g*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)+d1(i)*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)*s(1)+2*d1(i)*d2(i)*s(2)*sqrt(1-s(1)^2); a2=-3*g*s(1)+d3(i)*s(1)*s(3)+2*d1(i)-2*d2(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(3)^2); c2=-3*g*s(3)+d1(i)*s(1)*s(3)+2*d3(i)-2*d1(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(3)^2); e2=-3*g*d1(i)*sqrt(1-s(1)^2)+d1(i)*d3(i)*sqrt(1-s(1)^2)*s(3)+2*d1(i)*d3(i)*s(1)*sqrt(1-s(3)^2); g2=-3*g*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2)+d1(i)*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2)*s(1)+2*d1(i)*d3(i)*s(3)*sqrt(1-s(1)^2); b3=-3*g*s(2)+d3(i)*s(2)*s(3)+2*d2(i)-2*d3(i)*sqrt(1-s(2)^2)*sqrt(1-s(3)^2); c3=-3*g*s(3)+d2(i)*s(2)*s(3)+2*d3(i)-2*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)*sqrt(1-s(3)^2); f3=-3*g*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)+d2(i)*d3(i)*sqrt(1-s(2)^2)*s(3)+2*d2(i)*d3(i)*s(2)*sqrt(1-s(3)^2); g3=-3*g*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2)+d2(i)*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2)*s(2)+2*d2(i)*d3(i)*s(3)*sqrt(1-s(2)^2); alp=gptdstt(d1c(i)*a1+d2c(i)*b1,e1,f1,d1c(i)*a2+d3c(i)*c2,e2,g2,d2c(i)*b3+d3c(i)*c3,f3,g3); al1=alp(1); al2=alp(2); al3=alp(3); p1c(i)=((d2c(i)*s(2)+d3c(i)*s(3)+al2*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)+al3*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2))/2-d1c(i)*s(1)-al1*d1(i)*sqrt(1-s(1)^2))/3; p2c(i)=-(d2c(i)*s(2)+al2*d2(i)*sqrt(1-s(2)^2)-d3c(i)*s(3)-al3*d3(i)*sqrt(1-s(3)^2))*sqrt(3)/2; p3c(i)=(d1c(i)*sqrt(1-s(1)^2)+d2c(i)*sqrt(1-s(2)^2)+d3c(i)*sqrt(1-s(3)^2)-al1*d1(i)*s(1)-al2*d2(i)*s(2)-al3*d3(i)*s(3))/3; end; figure;plot(t,p1);title('p1');Xlabel('t[s]');Ylabel('p1');axis square; figure;plot(t,p2);title('p2');Xlabel('t[s]');Ylabel('p2');axis square; figure;plot(t,p3);title('p3');Xlabel('t[s]');Ylabel('p3');axis square; figure;plot(t,p1c);title('p1c');Xlabel('t[s]');Ylabel('p1c');axis square; figure;plot(t,p2c);title('p2c');Xlabel('t[s]');Ylabel('p2c');axis square; figure;plot(t,p3c);title('p3c');Xlabel('t[s]');Ylabel('p3c');axis square; figure;plot3(p1,p2,p3);title('do thi P'); Xlabel('p1');Ylabel('p2');Zlabel('p3');axis square; function alp=gptdstt(k1,k2,k3,h1,h2,h3,l1,l2,l3) alp(3)=(l3*k3/h2-k1+h1*k2/h2)/(l3*k3/h2+h3*k2/h2); alp(2)=-l1-l3*alp(3); alp(1)=-k1-k3*alp(2); end; function pt=ptalpha1(s) global g h d1 d2 d3 i pt=[3*g^2-3*g*d1(i)*s(1)-3*g*d2(i)*s(2)+d1(i)*d1(i)+d1(i)*d2(i)*s(1)*s(2)+d2(i)*d2(i)-2*d1(i)*d2(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(2)^2)-3*h^2; 3*g^2-3*g*d1(i)*s(1)-3*g*d3(i)*s(3)+d1(i)*d1(i)+d1(i)*d3(i)*s(1)*s(3)+d3(i)*d3(i)-2*d1(i)*d3(i)*sqrt(1-s(1)^2)*sqrt(1-s(3)^2)-3*h^2; 3*g^2-3*g*d2(i)*s(2)-3*g*d3(i)*s(3)+d2(i)*d2(i)+d2(i)*d3(i)*s(2)*s(3)+d3(i)*d3(i)-2*d2(i)*d3(i)*sqrt(1-s(2)^2)*sqrt(1-s(3)^2)-3*h^2]; Bài toán động học ngược global g h d1 d2 d3 i p1 p2 p3 p1c p2c p3c zc1 zc2 zc3 zc4 zc5 zc6 z global a1 b1 a2 c2 e1 f1 e2 g2 b3 c3 f3 g3 g=8.89; h=8.89; t=0:0.01:1;t=t';n=length(t); p10=0;p20=0;p30=4.44; p1=zeros(n); p2=zeros(n); p3=p30*(1+0.08*sin(10*t)); p1c=zeros(n); p2c=zeros(n); p3c=p30*0.8*cos(10*t); z(1)=1;z(2)=1;z(3)=1;z(4)=4.44;z(5)=4.44;z(6)=4.44; zc=zeros(6); for i=1:n z0=[z(1);z(2);z(3);z(4);z(5);z(6)]; [z,fval]=fsolve(@ptnguoc,z0); d1(i)=z(4);d2(i)=z(5);d3(i)=z(6); %Bai toan van toc a1=-3*g*z(1)+d2(i)*z(1)*z(2)+2*d1(i)-2*d2(i)*sqrt(1-z(1)^2)*sqrt(1-z(2)^2); b1=-3*g*z(2)+d1(i)*z(1)*z(2)+2*d2(i)-2*d1(i)*sqrt(1-z(1)^2)*sqrt(1-z(2)^2); e1=-3*g*d1(i)*sqrt(1-z(1)^2)+d1(i)*d2(i)*sqrt(1-z(1)^2)*z(2)+2*d1(i)*d2(i)*z(1)*sqrt(1-z(2)^2); f1=-3*g*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)+d1(i)*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)*z(1)+2*d1(i)*d2(i)*z(2)*sqrt(1-z(1)^2); a2=-3*g*z(1)+d3(i)*z(1)*z(3)+2*d1(i)-2*d3(i)*sqrt(1-z(1)^2)*sqrt(1-z(3)^2); c2=-3*g*z(3)+d1(i)*z(1)*z(3)+2*d3(i)-2*d1(i)*sqrt(1-z(1)^2)*sqrt(1-z(3)^2); e2=-3*g*d1(i)*sqrt(1-z(1)^2)+d1(i)*d3(i)*sqrt(1-z(1)^2)*z(3)+2*d1(i)*d3(i)*z(1)*sqrt(1-z(3)^2); g2=-3*g*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2)+d1(i)*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2)*z(1)+2*d1(i)*d3(i)*z(3)*sqrt(1-z(1)^2); b3=-3*g*z(2)+d3(i)*z(2)*z(3)+2*d2(i)-2*d3(i)*sqrt(1-z(2)^2)*sqrt(1-z(3)^2); c3=-3*g*z(3)+d2(i)*z(2)*z(3)+2*d3(i)-2*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)*sqrt(1-z(3)^2); f3=-3*g*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)+d2(i)*d3(i)*sqrt(1-z(2)^2)*z(3)+2*d2(i)*d3(i)*z(2)*sqrt(1-z(3)^2); g3=-3*g*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2)+d2(i)*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2)*z(2)+2*d2(i)*d3(i)*z(3)*sqrt(1-z(2)^2); zc0=[zc(1);zc(2);zc(3);zc(4);zc(5);zc(6)]; [zc,fval]=fsolve(@ptvtnguoc,zc0); d1c(i)=zc(1);d2c(i)=zc(2);d3c(i)=zc(3); end; figure;plot(t,d1);title('d1');Xlabel('t[s]');Ylabel('d1');axis square; figure;plot(t,d2);title('d2');Xlabel('t[s]');Ylabel('d2');axis square; figure;plot(t,d3);title('d3');Xlabel('t[s]');Ylabel('d3');axis square; figure;plot(t,d1c);title('d1c');Xlabel('t[s]');Ylabel('d3');axis square; figure;plot(t,d2c);title('d2c');Xlabel('t[s]');Ylabel('d3');axis square; figure;plot(t,d3c);title('d3c');Xlabel('t[s]');Ylabel('d3');axis square; figure;plot3(p1,p2,p3);title('do thi P');Xlabel('px');Ylabel('pz');Zlabel('px');axis square; function FT=phtr(zc) global g h d1 d2 d3 i p1 p2 p3 p1c p2c p3c zc1 zc2 zc3 zc4 zc5 zc6 z global a1 b1 a2 c2 e1 f1 e2 g2 b3 c3 f3 g3 FT=[(zc(2)*z(2)+zc(5)*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)+zc(3)*z(3)+zc(6)*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2))/2-zc(1)*z(1)-zc(4)*d1(i)*sqrt(1-z(1)^2)-3*p1c(i); -sqrt(3)*(zc(2)*z(2)+zc(5)*d2(i)*sqrt(1-z(2)^2)-zc(3)*z(3)-zc(6)*d3(i)*sqrt(1-z(3)^2))/2-3*p2c(i); zc(1)*sqrt(1-z(1)^2)-zc(4)*d1(i)*z(1)+zc(2)*sqrt(1-z(2)^2)-zc(5)*d2(i)*z(2)+zc(3)*sqrt(1-z(3)^2)-zc(6)*d3(i)*z(3)-3*p3c(i); zc(1)*a1+zc(2)*b1+zc(4)*e1+zc(5)*f1; zc(1)*a2+zc(3)*c2+zc(4)*e2+zc(6)*g2; zc(2)*b3+zc(3)*c3+zc(5)*f3+zc(6)*g3]; end;