Báo cáo bài tập lớn học phần: Robotics

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Học phần Robotics

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Huy
MSSV: 20131782

1

MỤC LỤC
ĐỀ BÀI................................................................................................................................ 3
BÀI LÀM ............................................................................................................................ 4
1.

BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT ....................................................................... 4
1.1 Vẽ hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H và lập bảng thông số D-H .................... 4
1.2 Tính các ma trận D-H: ..................................................................................... 4
1.3 Xác định vị trí điểm tác động cuối khâu thao tác, hướng của khâu thao
tác: ............................................................................................................................ 5
1.4 Vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối................................................................. 6
1.5 Vận tốc góc, gia tốc góc khâu cuối. ................................................................. 6
1.6 Bài toán động học ngược ................................................................................ 10

2.

TĨNH HỌC ROBOT. .......................................................................................... 11
2.1 Lực dẫn động khâu 3: .................................................................................... 12
2.2 Lực dẫn động khâu 2: .................................................................................... 14
2.3 Lực dẫn động khâu 1: .................................................................................... 15

3.

ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT ................................................................................ 16
3.1.

Động năng .................................................................................................... 17

3.1.1 Ma trận Jacobi tịnh tiến trọng tâm các khâu .......................................... 17
3.1.2 Ma trận Ten-xơ quán tính ......................................................................... 18
3.1.3 Ma trận khối lượng..................................................................................... 18
3.2.

Thế năng ....................................................................................................... 18

3.3.

Lực suy rộng ................................................................................................ 18

3.4.

Tính toán bằng phần mềm MAPLE .......................................................... 19

4.

THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO ........................................................................................ 26

5.

ĐIỀU KHIỂN ROBOT ....................................................................................... 28

2

ĐỀ BÀI
Chọn một mô hình robot nghiên cứu theo nội dung dưới đây:
1. Tính số bậc tự do của robot.
2. Vẽ các hệ trục tọa độ gắn liền với các khâu theo quy tắc Denavit – Hartenberg (DH).
3. Lập bảng D-H. Tính các ma trận D-H: i-1Ai, i=1,2…
4. Tìm vị trí điểm thao tác biểu diễn theo các tọa độ khớp. Xác định hướng của khâu
thao tác.
5. Tính vận tốc điểm tác động cuối E. Tính vận tốc góc các khâu.
6. Tính vận tốc điểm tác động cuối. Tính gia tốc góc khâu thao tác.
7. Cho vị trí, vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối, hướng, vận tốc góc, gia tốc góc
khâu thao tác.
8. Tính các tọa độ khớp.
9. Tính vận tốc, gia tốc dài của các khâu tương ứng với các khớp tịnh tiến.
10. Tính vận tốc góc, gia tốc góc của các khâu tương ứng với các khớp quay.
11. Khảo sát bài toán tĩnh học robot theo một trong các câu: 13, 14, 15.
12. Thiết kế quỹ đạo chuyển động như câu 16.
13. Khảo sát động lực học theo nội dung một trong các câu 17, 18.
14. Thiết kế mô hình điều khiển robot theo một trong các câu 19, 20, 21.
15. Lập trình tính toán, vẽ đồ thị bằng phần mềm MAPLE, MATLAB, mô phỏng điều
khiển robot bằng MATLAB, SIMULINK.

3

BÀI LÀM

Robot có 3 bậc tự do.
Có thông số như sau:
L2=0.6 ; a3 = 0.4; d1 = 0.6 (m)
m1 = 16; m2 = 12; m3 = 6 (kg)
1. BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT
1.1 Vẽ hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H và lập bảng thông số D-H
Bảng thông số D-H của tay máy
robot:
Joint
1

θi
θ1

di
d1

ai
0

2


2

d2

0

3

θ3

0

a3

αi


2

2

0

1.2 Tính các ma trận D-H:

4

ci
 s
i 1
Ai   i
0

0

c i si

s i si

c i ci

s i ci

s i

c i

0

0

c1
 s
0
A1   1
0

0

0

 s1

0

c1

1

0

0

0

c3
 s
2
A3   3
 0

 0

 s3
c3

 s1s3
 c s
0
A3   1 3
 c3

 0

0
0

ai ci 
ai si 

di 

1 

0 0
 1 0
1
A2  
 0 1

0 0

0
0

d1 

1

0
0 0

0 d2 

0 1

1

0 a3c3 
0 a3 s3 

1
0 

0
1 

s1c3

c1

c1c3

s1

 s3

0

0

0

a3 s1s3  d 2 s1 
a3c1s3  d 2c1 


a3c3  d1

1


1.3 Xác định vị trí điểm tác động cuối khâu thao tác, hướng của khâu thao
tác:
Vị trí điểm tác động khâu thao tác E:
 a3 s1s3  d 2 s1 
0
rE  r3   a3c1s3  d 2c1 




a3c3  d1


Hướng khâu thao tác:
s1c3 c1 
 s1s3
 c s c c s 
0
RE  R3   1 3
1
3
1
 c3
 s3
0



5