ROBOT công nghiệp - Chương 8: Thiết kế quỹ đạo robot

Khâu chấp hành cuối của robot chỉ cần đạt được vị trí và hướng tại các điểm nút (điểm tựa: Knot point). Đây chính là phương pháp điều khiển điểm (PTP). Tại đó bàn tay robot thực hiện các thao tác cầm nắm đối tượng hoặc buông thả đối tượng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ROBOT công nghiệp - Chương 8: Thiết kế quỹ đạo robot 92Robot c«ng nghiÖp Ch−¬ng VIII ThiÕt kÕ quÜ ®¹o robot. (Trajectory Planing) Trong c¸c øng dông c«ng nghiÖp cña robot, ta th−êng gÆp hai tr−ênghîp sau : Tr−êng hîp 1 : Kh©u chÊp hµnh cuèi cña robot chØ cÇn ®¹t ®−îc vÞ trÝ vµh−íng t¹i c¸c ®iÓm nót (®iÓm tùa : Knot point). §©y chÝnh lµ ph−¬ng ph¸p®iÒu khiÓn ®iÓm (PTP). T¹i ®ã, bµn tay robot thùc hiÖn c¸c thao t¸c cÇm n¾m®èi t−îng hoÆc bu«ng nh¶ ®èi t−îng. §©y lµ tr−êng hîp cña c¸c robot thùchiÖn c«ng viÖc vËn chuyÓn vµ trao ®æi ph«i liÖu trong mét hÖ thèng tù ®énglinh ho¹t robot ho¸. Bµn tay robot kh«ng trùc tiÕp tham gia vµo c¸c nguyªnc«ng c«ng nghÖ nh− hµn, c¾t kim lo¹i ... C¸c ®iÓm nót lµ môc tiªu quan trängnhÊt, cßn d¹ng ®−êng ®i tíi c¸c ®iÓm nót lµ vÊn ®Ò thø yÕu. Trong tr−êng hîpnÇy Robot th−êng ®−îc lËp tr×nh b»ng ph−¬ng ph¸p d¹y häc (Teach andplayback mode). Trong tr−êng hîp nÇy kh«ng cÇn tÝnh to¸n ph−¬ng tr×nh ®énghäc hoÆc ®éng häc ng−îc robot, chuyÓn ®éng mong muèn ®−îc ghi l¹i nh−mét tËp hîp c¸c gãc khíp (thùc tÕ lµ tËp hîp c¸c gi¸ trÞ m· ho¸ cña biÕn khíp)®Ó robot thùc hiÖn l¹i (Playback) khi lµm viÖc. Tr−êng hîp 2 : Kh©u chÊp hµnh cuèi cña robot ph¶i x¸c ®Þnh ®−êng ®iqua c¸c ®iÓm nót theo thêi gian thùc. §ã lµ tr−êng hîp c¸c tay m¸y trùc tiÕpthùc hiÖn c¸c nguyªn c«ng c«ng nghÖ nh− s¬n, hµn, c¾t kim lo¹i ... VÊn ®ÒthiÕt kÕ quü ®¹o cho c¸c robot trong tr−êng hîp nÇy lµ rÊt quan träng. NãquyÕt ®Þnh trùc tiÕp chÊt l−îng thùc hiÖn c¸c nguyªn c«ng c«ng nghÖ mµ robot®¶m nhËn. Trong ch−¬ng nÇy, chóng ta ®Ò cËp ®Õn bµi to¸n thiÕt kÕ quü ®¹ovíi mét sè quü ®¹o ®iÓn h×nh. C¸c quü ®¹o nÇy kh«ng chØ cã ý nghÜa trongtr−êng hîp øng dông thø hai mµ nã bao hµm mét ý nghÜa chung cho mäirobot, v× ngay c¶ tr−êng hîp ®¬n gi¶n nh− c¸c robot thuéc øng dông thø nhÊtcòng thùc hiÖn nh÷ng chuyÓn ®éng quü ®¹o c¬ b¶n mµ chóng ta sÏ nghiªn cøud−íi ®©y.8.1. C¸c kh¸i niÖm vÒ quü ®¹o robot : §Ó x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng ®i mong muèn cña robot theo thêi gian, quü®¹o cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n thiÕt kÕ trong mét hÖ to¹ ®é truyÒn thèng Oxyz(Cartesian Space) hoÆc thiÕt kÕ trong kh«ng gian biÕn khíp (kh«ng giantr−êng vect¬ c¸c to¹ ®é suy réng cña robot), ch¼ng h¹n víi robot 6 bËc tù doth× X = [θ1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 .θ 5 , θ 6 ] T . ThiÕt kÕ quü ®¹o ë ®©y ®−îc hiÓu lµ x¸c ®Þnh quiluËt chuyÓn ®éng cña c¸c biÕn khíp ®Ó ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña tõng khípvµ tæng hîp thµnh chuyÓn ®éng chung cña robot theo mét quü ®¹o ®· ®−îcx¸c ®Þnh.TS. Ph¹m §¨ng Ph−íc 93Robot c«ng nghiÖp Quü ®¹o cÇn thiÕt kÕ nhÊt thiÕt ph¶i ®i qua mét sè ®iÓm nót cho tr−íc (ÝtnhÊt lµ ®iÓm ®Çu vµ ®iÓm cuèi). Ngoµi c¸c ®iÓm nót chÝnh, ta cßn cã thÓ chänthªm c¸c ®iÓm nót phô gäi lµ ®iÓm dÉn h−íng (via point) ®Ó tr¸nh c¸c ch−íngng¹i vËt. Khi thiÕt kÕ quü ®¹o trong kh«ng gian biÕn khíp, t¹i mçi ®iÓm nót ph¶ix¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña c¸c biÕn khíp b»ng ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®éng häcng−îc. Thêi gian yªu cÇu cña mçi ®o¹n quü ®¹o (gi÷a 2 ®iÓm nót) lµ gièngnhau cho tÊt c¶ c¸c khíp v× vËy yªu cÇu tÊt c¶ c¸c khíp ph¶i ®¹t ®Õn ®iÓm nót®ång thêi. Ngoµi viÖc yªu cÇu thêi gian ph¶i gièng nhau cho c¸c khíp, viÖcx¸c ®Þnh c¸c hµm quü ®¹o cña mçi biÕn khíp kh«ng phô thuéc vµo c¸c hµmcña c¸c khíp kh¸c. V× vËy viÖc thiÕt kÕ quü ®¹o trong kh«ng gian biÕn khíp®¬n gi¶n vµ dÔ tÝnh to¸n h¬n khi m« t¶ trong hÖ to¹ ®é §Òc¸c. Quü ®¹o thiÕt kÕ ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn liªn tôc (continousconditions) bao gåm : + Liªn tôc vÒ vÞ trÝ (Position) + Liªn tôc vÒ tèc ®é (Velocity) + Liªn tôc vÒ gia tèc (Acceleration). x(t) qi(t2)... x2 C¸c ®iÓm nót x1 xf-1 xo xf t tf-1 tf to t1 t2 H×nh 8.1. TÝnh liªn tôc cña quü ®¹o robot. §Ó thiÕt kÕ quü ®¹o robot, ng−êi ta th−êng dïng ph−¬ng ph¸p xÊp xØc¸c ®a thøc bËc n, c¸c quÜ ®¹o th−êng gÆp lµ : + QuÜ ®¹o CS (Cubic Segment) : T−¬ng ®−¬ng ®a thøc bËc 3; + Quü ®¹o LS (linear Segment) : T−¬ng ®−¬ng ®a thøc bËc 1; + Quü ®¹o LSPB (Linear Segment with Parabolic Blend) : Phèi hîp ®athøc bËc 2 víi ®a thøc bËc 1. §o¹n th¼ng q2 q0 qf q1 ...