Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay - Luận án TS. Hà Thanh Hải, ĐH Bách khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Thanh Hải MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT GIA CÔNG PHAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2020 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hà Thanh Hải MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT GIA CÔNG PHAY Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Phan Bùi Khôi 2. Hoàng Vĩnh Sinh Hà Nội – 2020 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án “Mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay” do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi và PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh Khoa học 1 Khoa học 2 PGS.TS Phan Bùi Khôi PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh Hà Thanh Hải i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự chỉ dạy, sự tạo điều kiện giúp đỡ quí báu của các quí thầy cô Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp, Bộ môn Cơ học ứng dụng, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nơi nghiên cứu sinh đã được học tập và nghiên cứu trong quá trình hoàn thành luận án.

Tiếp đến, nghiên cứu sinh xin cảm ơn các nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ bảo, đóng góp ý kiến cho nghiên cứu sinh để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án của mình. Luận án sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự chỉ dạy, hướng dẫn tận tình, quý giá của các thầy hướng dẫn. Sự hướng dẫn không biết mệt mỏi của các thầy đã giúp nghiên cứu sinh vượt qua nhiều khó khăn, nhiều giới hạn để có thể hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Bùi Khôi, PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh đã dành nhiều công sức hướng dẫn nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp Trường Cao đẳng công trình đô thị, đã động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ nghiên cứu trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin dành sự biết ơn tới vợ, các con, bố, mẹ, những người thân trong gia đình về sự động viên, sự chia sẻ, hi sinh lớn lao để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 NGHIÊN CỨU SINH Hà Thanh Hải ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii MỤC LỤC.iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC BẢNG.x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.xi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.1 Tổng quan gia công cơ khí trên robot công nghiệp .1 Sự phát triển của gia công cơ khí trên robot công nghiệp .2 Ưu thế của việc gia công cơ khí trên robot .3 Những vấn đề gia công cơ khí trên robot công nghiệp.2 Cơ sở động học, động lực học tạo hình khi gia công phay .1 Cơ sở động học phay tạo hình bề mặt chi tiết .2 Các thông số động học quá trình cắt khi phay.3 Tổng quan về lực cắt và các phương pháp xác định lực cắt khi phay .1 Tổng quan các mô hình xác định lực cắt khi phay.2 Các thành phần của lực cắt trong gia công phay .3 Cơ sở động lực học gia công phay trên robot .1 Sự cần thiết khảo sát động lực học robot gia công .2 Phương trình động lực học tổng quát của robot .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học robot khi gia công .4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình hóa động lực học và điều khiển robot gia công phay .5 Các vấn đề nghiên cứu trong luận án.

23 Kết luận chương 1. ĐỘNG HỌC TẠO HÌNH CỦA ROBOT TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ .1 Cơ sở động học gia công tạo hình bề mặt .1 Cơ sở động học tạo hình các bề mặt tự do của dụng cụ .2 Phương pháp tạo hình bề mặt tự do .2 Cơ sở thực hiện động học tạo hình của robot trong gia công .1 Đặc trưng hình học của dụng cụ .2 Đặc trưng hình học của bề mặt gia công .3 Phương pháp tam diện trùng theo .3 Động học và thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot .1 Động học robot gia công cơ khí .2 Giải bài toán động học .3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu thao tác công nghệ .4 Khảo sát một số bài toán cụ thể. 39 Kết luận chương 2. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT TRONG GIA CÔNG .1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot .1 Ma trận khối lượng suy rộng của hệ robot- bàn máy .2 Lực suy rộng của lực Coriolis và lực ly tâm .3 Lực suy rộng của các lực có thế tác dụng lên robot .4 Lực suy rộng của của các lực không thế.5 Lực suy rộng của các lực dẫn động .2 Các mô hính tính lực cắt .3 Bài toán động lực học hệ robot – bàn máy khi gia công cơ khí .4 Bài toán xác định phản lực liên kết tại các khớp .5 Bài toán hiệu chỉnh tính toán lực cắt trong quá trình hệ robot – bàn máy thực hiện gia công phay .6 Khảo sát một số bài toán cụ thể.

70 Kết luận chương 3. ĐIỀU KHIỂN ROBOT TRONG GIA CÔNG.1 Điều khiển hệ robot – bàn máy trong gia công cơ .1 Điều khiển bám quỹ đạo cho robot khi gia công phay .2 Điều khiển động lực học ngược + PD trong không gian khớp cho hệ robot - bàn máy .3 Điều khiển động lực học ngược kết hợp với vòng ngoài PD trong không gian thao tác cho hệ robot - bàn máy.2 Điều khiển hệ robot - bàn máy trong không gian khớp dựa trên động lực học ngược + PD + Hiệu chuẩn tính toán lực cắt .1 Cấu trúc bộ điều khiển động lực học ngược + PD + Hiệu chuẩn tính toán lực cắt.2 Thuật toán hiệu chuẩn tính toán lực cắt .3 Điều khiển mờ cho hệ robot – bàn máy trong gia công cơ .1 Cơ sở về điều khiển mờ .2 Bộ điều khiển mờ cho gia công phay .4 Khảo sát một số bài toán cụ thể. 112 Kết luận chương 4. 133 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.135 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.137 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .