Luận án Giải bài toán ngược động học, động lực học và điều khiển trượt Rôbốt dư dẫn động dựa trên thuật toán hiệu chỉnh gia lượng véc tơ tọa độ suy rộng
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Mục lục I
Danh mục các ký hiệu, chữviết tắt thường sửdụng III
Danh mục các bảng VI
Danh mục các hình vẽvà đồthị VII
Mở đầu 1
Chương 1. Tính toán động học ngược rôbốt dưdẫn động bằng thuật
toán hiệu chỉnh gia lượng véc tơtọa độsuy rộng 8 1.1 Giải bài toán động học thuận rôbốt dưdẫn động bằng phương pháp
ma trận Denavit-Hartenberg 8
1.1.1 Các tham số động học và ma trận Denavit-Hartenberg 10
1.1.2 Phương trình xác định vịtrí và hướng của khâu thao tác 12
1.1.3 Bài toán áp dụng 14
1.2 Ma trận tựa nghịch đảo 16
1.2.1 Định nghĩa 16
1.2.2 Ma trận tựa nghịch đảo Moore-Penrose 16
1.2.3 Phương pháp nhân tửLagrange 18
1.2.4 Nghiệm tổng quát của phương trình đại sốtuyến tính 19
1.3 Giải bài toán động học ngược rôbốt dưdẫn động bằng phương pháp
hiệu chỉnh gia lượng véc tơtọa độsuy rộng 20
1.3.1 Phương pháp khai triển Taylor 20
1.3.2 Các công thức xác định véc tơvận tốc và véc tơgia tốc suy rộng 21
1.3.3 Các công thức xác định véc tơtọa độsuy rộng 22
1.3.4 Đánh giá sai số26
1.4 Các bài toán áp dụng 26
1.5 Kết luận chương 1 43
Chương 2 Tính toán động lực học ngược rôbốt dưdẫn động
trong không gian thao tác dựa trên thuật toán
hiệu chỉnh gia lượng véc tơtọa độsuy rộng 44
2.1 Dạng thức Lagrange loại 2 của hệnhiều vật 44
2.2 Giải bài toán ngược động lực học rôbốt dưdẫn động trong không
gianthao tác 47
II
2.3 Các bài toán áp dụng 52
2.4 Kết luận chương 2 69
Chương 3 Điều khiển trượt rôbốt dưdẫn động dựa trên thuật toán số
hiệu chỉnh gia lượng véc tơtọa độsuy rộng 70
3.1 Cơsởlý thuyết ổn định Lyapunov 70
3.1.1 Hệphi tuyến và các điểm cân bằng 70
3.1.2 Khái niệm ổn định 72
3.1.3 Phương pháp trực tiếp Lyapunov 74
3.2 Bài toán điều khiển chuyển động của rôbốt 78
3.3 Điều khiển trượt rôbốt dưdẫn động 80
3.4 Các bài toán áp dụng 85
3.5 Kết luận chương 3 102
Chương 4. Bài toán ngược động học, động lực học
và điều khiển trượt rôbốt BKHN-MCX-04 103
4.1 Tổng quan vềphương pháp đo chính xác bềmặt các chi tiết máy 103
4.2 Kết cấu của rô bốt đo BKHN-MCX-04 104
4.3 Tính toán động học ngược 106
4.4 Tính toán động lực học ngược 111
4.5 Điều khiển trượt rôbốt BKHN-MCX-04 122
4.6 Thí nghiệm 126
4.6.1 Cấu tạo của hệthống thí nghiệm 126
4.6.2 Nguyên lý hoạt động của hệthống thí nghiệm 127
4.6.3 Hệthống điều khiển 127
4.6.4 Kết quảthí nghiệm 131
4.7 Kết luận chương 4 133
Kết luận chung 134
Danh mục công trình của tác giả 136
Tài liệu tham khảo 137
m Journal of Mechanics, vol. 32 (2010), No.1, pp. 15-26. 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Đỗ Tuấn Anh: Bài toán ngược động lực học rôbốt dư dẫn động. Đồ án tốt nghiệp đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội 2006. 2. R. H. Bishop: Cơ điện tử, Tập 1 ( Phạm Anh Tuấn và các đồng nghiệp biên dịch). NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội 2006. 3. Phạm Thượng Cát: “Điều khiển rôbốt n bậc tự do có nhiều tham số bất định trong không gian Đề Các”. Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc năm 2009, Tập 1, Tr. 195-204. 4. Phan Nguyên Di, Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh: Ổn định chuyển động trong kỹ thuật. Nhà xuất bàn Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội 1986. 5. Nguyễn Văn Đạo : Ổn định của các hệ động lực. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà nội, Hà nội 1998. 6. Lê Đức Đạt: Về điều khiển phi tuyến chuyển động của Robot dư dẫn động trong không gian thao tác. Đồ án tốt nghiệp đại học, Đại học Bách Khoa Hà Nội 2008. 7. B. Heimann, W. Gerth, K. Popp : Cơ điện tử. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 2008 (Người dịch: Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, Nguyễn Quang Hoàng, Hoàng Minh Sơn). 8. Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Hoàng Mai: “Điều khiển trượt thích nghi cho chuyển động tay máy”. Tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ 6 về Tự động hoá, Hà Nội 2005. 9. Đào Văn Hiệp: Kỹ thuật Rôbốt (in lần thứ 3). NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2006. 10. Nguyễn Trần Hiệp, Phạm Thượng Cát: “Điều khiển rôbốt theo nguyên lý trượt sử dụng mạng nơron”. Tạp chí Tin học và Điều khiẻn học, Tập 24, Số 3, Tr.236-246. 11. Nguyễn Thế Hoàn, Phạm Phu: Cơ sở phương trình vi phân và lý thuyết ổn định, Nhà xuất bản Giáo dục, 2003. 12. Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Văn Khang: “Về một thuật toán điều khiển trượt rôbốt công nghiệp”. Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 8, Tập 1, Tr. 191- 199, Hà Nội 2007. 138 13. Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Văn Khang, Trần Hoàng Nam: “Bài toán động học ngược rôbốt dư dẫn động có chú ý đến sự cố kẹt khớp”. Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc, Tập 2, Tr. 282-290, Hà Nội 2009. 14. F. Holzweissig, H. Dresig : Giáo trình động lực học máy. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2001, (Người dịch: Nguyễn Văn Khang, Vũ Liêm Chính, Phan Nguyên Di). 15. Lê Minh Huy: Bài toán ngược và điều khiển rôbốt dư dẫn động. Đồ án tốt nghiệp đại học, Đại học Bách Khoa Hà nội 2009. 16. Nguyễn Văn Khang: Cơ học kỹ thuật, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 2009. 17. Nguyễn Văn Khang: Động lực học hệ nhiều vật. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. 18. Nguyễn Văn Khang, Lê Đức Đạt, Trần Hoàng Nam: “Về một phương pháp số giải bài toán động học ngược robot dạng chuỗi”. Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 8, Tập 1, Tr. 250-259. NXB Bách khoa, Hà Nội 2007. 19. Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Quang Hoàng, Lê Đức Đạt, Trần Hoàng Nam : “Về một thuật toán điều khiển trượt robot dư dẫn động”. Tạp chí Tin học và Điều khiển học, Tập 24 (2008), No.3, Tr.269-280. 20. Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Quang Hoàng, Trần Hoàng Nam: “Về bài toán động lực học ngược rôbốt dư dẫn động”. Tuyển tập Hội nghị khoa học công nghệ cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ hai, Hà Nội 2009. 21. Lại Khắc Lãi, Nguyễn Việt Anh: Lập trình Matlab và ứng dụng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội 2006. 22. Tạ Duy Liêm: Rôbốt và hệ thống công nghệ rôbốt hóa. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2004. 23. Vũ Đình Nam: Ứng dụng của điều khiển trượt trong Robot công nghiệp. Đồ án tốt nghiệp đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội 2008. 24. Đinh Văn Phong: Phương pháp số trong Cơ học (in lần thứ 2). NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2006 25. Nguyễn Thiện Phúc: Rôbốt công nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004. 26. Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển nâng cao. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005. 139 27. Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển phi tuyến. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2006. 28. Phạm Đăng Phước: Rôbốt công nghiệp. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2007. 29. Nguyễn Phương, Nguyễn Thị Hương Giang: Cơ sở tự động hóa trong ngành cơ khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội 2005. 30. Nguyễn Ngọc Thuần, Hồ Quỳnh : Ứng dụng ma trận trong kỹ thuật. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1978. 31. Nguyễn Phùng Quang: Matlab/Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004. 32. Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm: Nhập môn rôbốt công nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2002. 33. Trần Thế San (biên dịch): Cơ sở nghiên cứu và sáng tạo robot. Nhà xuất bản Thống kê, Hà Nội 2003. 34. Đỗ Sanh : Cơ học giải tích. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, Hà nội 2008. 35. Đỗ Sanh: Cơ học kỹ thuật (2 tập). NXB Giáo dục, Hà Nội 2008. 36. Đỗ Sanh, Đinh Văn Phong, Nguyễn Thanh Thủy, Nguyễn Nhật Quang, Phan Mạnh Dẫn, Đỗ ĐăngKhoa: “Công nghệ tin học và một số bài toán Cơ kỹ thuật”. Kỷ yếu hội nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ 2, Tr. 182- 189. Hà Nội 2004. 37. Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm : Ứng dụng Matlab trong tính toán kỹ thuật. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh 2002. 38. Nguyễn Mạnh Tiến: Điều khiển rôbốt công nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2007. 39. Trịnh Quang Vinh, Nguyễn Đăng Bình, Phạm Thành Long: Rôbốt công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2008. 40. J. Wittenburg: Động lực học hệ vật rắn, (Người dịch Nguyễn Đông Anh). Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2000. Tài liệu tiếng Anh 41. T.L. Boulion, P.L. Odell : Generalized Inverse matrices . Wiley – Interscience, New York 1971. 140 42. H. Bruyninckx , O. Khatib : “Gauss’ Principle and the Dynamics of Redundant and Constrained Manipulators”. Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation, San Francisco, CA , April 2000, pp. 2563-2568. 43. G.S. Chirikjian and J.W. Burdick: “The Kinematics of Hyper-Redundant Robot Locomotion”. IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 11, No. 6, Dec. 1995, pp. 781-793. 44. J. J. Craig: Introduction to Robotics: Mechanics and Control. Pearson Prentice Hall, New Jersey 2005. 45. G.H. Golub and C.F Van Loan : Matrix computations (Third Edition). The Johns Hopkins University Press, 1996. 46. Nguyen Quang Hoang, Nguyen Van Khang : “On kinematic inverse and control of redundant manipulators under consideration of jammed joint”. Proceeding of the ISRM 2009 47. P. Hsu, John Hauser, and Shankar Sastry: “Dynamic Control of Redundant Manipulators”. Journal of Robotic Systems, 1989. pp 157- 168 48. R. Kelly, V. Statibanez : Control of Robot Manipulator in Joint Space. Springer, London 2005. 49. Nguyen Van Khang, Do Thanh Trung : “A contribution to the dynamic simulation of robot manipulator with the software ROBODYN” Vietnam Journal of mechanics, vol. 26 (2004), No. 4, pp. 215-225. 50. Nguyen Van Khang, Do Tuan Anh, Nguyen Phong Dien, Tran Hoang Nam : “In fluence of trajectories on the joint torques of kinematically redundant manipulators”. Vietnam Journal of Mechanics, vol. 29 (2007), N2, pp. 65-72. 51. Nguyen Van Khang, Nguyen Phong Dien, Nguyen Van Vinh, Tran Hoang Nam : “Inverse kinematic and dynamic analysis of redundant measuring manipulator BKHN-MCX-04”. Submitted to Vietnam Journal of Mechanics. 52. T.R. Kurfess (Editor): Robotics and Automation Handbook. CRC Press, 2005. 53. D.C. Lay: Linear Algebra and Its Applications. Pearson Addison Wesley, 2008. 141 54. F.L. Lewis, D.M. Dawson, C.T. Abdallah: Robot Manipulator Control: Theory and Practice Second Edition. Marcel Dekker, Inc. Second Edition, 2004. 55. R.H. Murray, Zexiang Li, S.S. Sastry, A. Makenratical: Introduction to Robotic Manipulation. CRS Press, Boca Rator 1994. 56. R.K. Mittal, I.J. Nagrath: Robotics and Control. Tata Mcgraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 2003. 57. Y. Nakamura : Advanced Robotics/ Redudancy and Optimination. Addison – Wesley Publishing Company, Reading 1991. 58. S.B. Niku : Introduction to Robotics. Analysis, Systems, Appliacation. Prentice Hall, Inc. 2000. 59. R.V. Patel, F. Shadpey : Control of redundant robot manipulator, Springer, Berlin 2005. 60. R. P. Paul: Robot Manipulators/Mathamatics, Programming, and Control. MIT Press, Cambridge Mass. 1981. 61. W. Perruquetti and J.P.B Barbot: Sliding Mode Control in Engineering. Marcel D Dekker Inc., New York 2002. 62. C. R. Rao, S. K. Mitra : Generalized Inverse and Applications. John Wiley & Sons Inc, 1971. 63. J.–J.E. Slotine and W. Li: Applied Nonlinear Control. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 1991. 64. R.J. Schilling : Fundamentals of robotics, Analysis and Control. Prentice hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990. 65. B. Sicilano: Kinematic Control of Redundant Robot Manipulators: A Tutorial. Journal of Intelligent and Robotics Systems, 1990. 66. L. Sciavicco and B. Siciliano: “A Solution Algorithm to the Inverse Kinematic Problem for Redundant Manipulators”. IEEE Journal of Robotics and Automation, 1988, pp. 1046-1058 67. L. Sciavicco, B. Siciliano: Modelling and Control of Robot Manipulators (2nd Edition), Springer-Verlag, London 2000. 68. G. Schreiber, C. Ott, G. Hirzinger: “Interactive Redundant Robotics: Control of the Inverted Pendulum With Null space Motion”. Proceedings of the 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, Hawaii, USA, Oct. 29 – Nov. 03, 2001, pp. 158-164. 142 69. M.W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar: Robot Modeling and Control. John Wiley and Sons Inc., New York 2006. 70. A. Visioli: Practical PID Control. Springer-Verlag, London 2006. 71. Q-G. Wang, Zhen Ye, Wen-Jian Cai, Chang-Chieh Hang: PID Control for Multivariable Processes. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2008. 72. N. Yagiz: “Robust control of a spatial robot using sliding modes”. Mathematical & Computational Applications, Vol. 7, 2002, No. 3, pp. 219-228.
File đính kèm:
- Luận án Giải bài toán ngược động học, động lực học và điều khiển trượt Rôbốt dư dẫn động dựa trên thuật toán hiệu chỉnh gia lượng véc tơ tọa độ suy rộng.pdf