Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí của tay máy hai khâu
Luận án: Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí của tay máy hai khâu đàn hồi phẳng theo phương pháp phần tử hữu hạn. Xem tóm tắt và tải về t
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
185
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Mô hình động lực học robot mềm dùng FEM
- Số trang:
- 185 trang
- Trường:
- Học viện Kỹ thuật Quân sự
- Chuyên ngành:
- Cơ kỹ thuật
- Tác giả:
- Dương Xuân Biên
- Năm:
- 2019
Tóm tắt nội dung luận án
I.Mô hình động lực học robot mềm dùng FEM
Nghiên cứu này tập trung vào mô hình hóa động lực học hệ thống robot mềm. Đặc biệt là robot hai khớp nối linh hoạt. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được ứng dụng rộng rãi. Phương pháp này giúp phân tích chính xác các biến dạng đàn hồi. Nó là cần thiết cho các hệ thống robot có tính linh hoạt cao. Mục tiêu là tạo ra mô hình động lực học đáng tin cậy. Mô hình này hỗ trợ cho việc thiết kế bộ điều khiển hiệu quả. Việc mô tả chính xác chuyển động và tương tác là rất quan trọng. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất điều khiển vị trí của robot. Mô hình cũng là cơ sở để phân tích đáp ứng hệ thống trong các điều kiện khác nhau.
1.1. Giới thiệu mô hình hóa động lực học robot
Mô hình hóa động lực học là bước quan trọng. Nó giúp hiểu rõ hành vi của robot mềm. Các robot này thường gặp vấn đề dao động. Điều này ảnh hưởng đến độ chính xác vị trí. Việc xây dựng mô hình chính xác giúp dự đoán. Nó còn giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng. Nghiên cứu này khảo sát các phương trình chuyển động vi phân. Chúng được sử dụng để mô tả động lực học hệ thống. Một mô hình tốt giảm thiểu rủi ro thiết kế. Nó cũng tăng cường độ tin cậy cho hệ thống điều khiển tự động.
1.2. Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEM
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ mạnh mẽ. Nó xử lý các cấu trúc có tính đàn hồi. FEM chia cấu trúc robot thành nhiều phần tử nhỏ. Mỗi phần tử có các tính chất đơn giản hơn. Việc này cho phép mô tả biến dạng phức tạp. FEM cung cấp độ chính xác cao trong mô hình hóa động lực học. Kết quả từ FEM là cơ sở cho việc thiết kế bộ điều khiển. Nó cũng hỗ trợ phân tích đáp ứng hệ thống. Phương pháp này đã được chứng minh hiệu quả. Nó được dùng trong các bài toán kỹ thuật điều khiển phức tạp.
II.Phân tích kiểm soát chuyển động robot 2 khớp
Phần này đi sâu vào phân tích và kiểm soát chuyển động. Trọng tâm là robot hai khớp nối linh hoạt. Các robot này có tính động lực học phức tạp. Chúng biểu hiện các dao động không mong muốn. Mục tiêu là phát triển các chiến lược kiểm soát chuyển động hiệu quả. Nó giúp đạt được độ chính xác vị trí cao. Đồng thời, nó giảm thiểu rung động. Việc này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tượng tương tác. Đặc biệt là giữa chuyển động cứng và biến dạng mềm. Phân tích kỹ lưỡng đảm bảo ổn định hệ thống và hiệu suất tối ưu.
2.1. Phân tích động lực học hệ thống robot
Robot hai khớp linh hoạt có các đặc tính riêng. Chúng có sự tương tác giữa chuyển động khớp và biến dạng đàn hồi. Việc phân tích động lực học hệ thống bao gồm khảo sát. Nó xem xét các phương trình chuyển động. Phân tích này cũng đánh giá các yếu tố nhiễu. Các yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Hiểu rõ động lực học giúp xây dựng chiến lược kiểm soát chính xác hơn. Việc này cải thiện khả năng kiểm soát chuyển động tổng thể. Đây là bước nền tảng cho mọi thuật toán điều khiển sau này.
2.2. Chiến lược kiểm soát chuyển động hiệu quả
Các chiến lược kiểm soát chuyển động được đề xuất. Chúng giải quyết các thách thức của robot mềm. Mục tiêu là đạt được kiểm soát vị trí chính xác. Đồng thời, nó phải giảm thiểu dao động. Các phương pháp điều khiển tiên tiến được khám phá. Chúng bao gồm việc tích hợp thông tin từ mô hình động lực học. Việc này giúp cải thiện hiệu suất tổng thể. Các thuật toán điều khiển được điều chỉnh. Chúng nhằm mục đích đạt được sự ổn định hệ thống. Điều này cũng đảm bảo phản ứng nhanh chóng.
III.Thiết kế bộ điều khiển vị trí robot linh hoạt
Việc thiết kế bộ điều khiển là trọng tâm của nghiên cứu này. Nó nhằm mục đích đạt được kiểm soát vị trí chính xác. Đối tượng là các robot mềm linh hoạt. Bộ điều khiển cần xử lý tính linh hoạt của cấu trúc. Nó cũng cần giảm thiểu dao động. Mục tiêu là phát triển một thiết kế bộ điều khiển mạnh mẽ. Bộ điều khiển này phải đảm bảo hiệu suất cao. Các tiêu chí thiết kế bao gồm khả năng đáp ứng nhanh. Nó cũng phải có độ chính xác cao và khả năng chống nhiễu tốt. Điều này là cốt lõi của kỹ thuật điều khiển hiện đại.
3.1. Các thuật toán điều khiển vị trí tiên tiến
Nhiều thuật toán điều khiển được xem xét. Chúng bao gồm các phương pháp điều khiển kinh điển. Các phương pháp điều khiển hiện đại cũng được khảo sát. Ví dụ như bộ điều khiển PID được điều chỉnh. Các thuật toán này được tùy chỉnh. Nó phù hợp với đặc tính động lực học của robot mềm. Việc lựa chọn thuật toán tối ưu rất quan trọng. Nó giúp đạt được độ chính xác và ổn định. Nghiên cứu cũng có thể đề xuất các thuật toán mới. Chúng nhằm mục đích tối ưu hóa kiểm soát chuyển động.
3.2. Tối ưu hóa thiết kế bộ điều khiển
Quá trình tối ưu hóa thiết kế bộ điều khiển được thực hiện. Nó đảm bảo bộ điều khiển hoạt động hiệu quả. Các thông số điều khiển được tinh chỉnh cẩn thận. Mục tiêu là cải thiện đáp ứng hệ thống. Nó cũng nhằm tăng cường ổn định hệ thống. Thiết kế này phải đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất. Đồng thời, nó phải chống lại nhiễu loạn bên ngoài. Việc này giúp robot hoạt động ổn định. Nó cũng duy trì độ chính xác cao trong mọi tình huống.
IV.Ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động hệ thống
Nghiên cứu này khám phá các ứng dụng của kỹ thuật điều khiển tự động. Đặc biệt, nó dành cho hệ thống robot mềm. Kỹ thuật điều khiển tự động là yếu tố then chốt. Nó giúp vận hành robot một cách hiệu quả và an toàn. Mục tiêu là tích hợp các giải pháp điều khiển. Chúng cải thiện khả năng hoạt động của robot. Nó cũng mở rộng phạm vi ứng dụng thực tế. Từ sản xuất công nghiệp đến các nhiệm vụ đòi hỏi độ chính xác cao. Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò không thể thiếu. Nó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sai sót.
4.1. Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò thiết yếu. Nó giúp robot thực hiện nhiệm vụ phức tạp. Điều này bao gồm kiểm soát chuyển động chính xác. Nó cũng duy trì ổn định trong môi trường biến động. Các hệ thống này giảm thiểu sự can thiệp của con người. Chúng tăng cường hiệu suất và độ tin cậy. Việc này là đặc biệt quan trọng. Nó giúp tối ưu hóa các quy trình sản xuất và vận hành. Nó cũng giúp giảm chi phí và nâng cao chất lượng.
4.2. Phân tích đáp ứng hệ thống và hiệu quả
Sau khi thiết kế, hệ thống điều khiển được phân tích. Phân tích đáp ứng hệ thống là cần thiết. Nó đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển. Các tiêu chí bao gồm thời gian xác lập. Nó cũng bao gồm độ vọt lố và sai số xác lập. Mục tiêu là đạt được đáp ứng nhanh. Đồng thời, nó phải duy trì sự ổn định. Phân tích này giúp xác định. Nó chỉ ra các điểm cần cải thiện trong thiết kế bộ điều khiển. Từ đó, nó tối ưu hóa thuật toán điều khiển.
V.Đảm bảo ổn định hệ thống điều khiển robot mềm
Ổn định hệ thống là yếu tố sống còn. Nó đảm bảo hoạt động an toàn và tin cậy của robot. Nghiên cứu này chú trọng vào các phương pháp. Chúng dùng để đánh giá và cải thiện ổn định. Đặc biệt cho các robot mềm linh hoạt. Mục tiêu là phát triển bộ điều khiển. Bộ điều khiển này có khả năng chống nhiễu cao. Nó phải duy trì hiệu suất dưới nhiều điều kiện. Việc này cực kỳ quan trọng đối với các ứng dụng thực tế. Nó đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị. Đồng thời, nó duy trì độ chính xác của kiểm soát chuyển động.
5.1. Phương pháp phân tích ổn định hệ thống
Các phương pháp phân tích ổn định được áp dụng. Chúng bao gồm tiêu chuẩn ổn định Nyquist và Lyapunov. Những phương pháp này xác định. Chúng giúp hệ thống duy trì trạng thái cân bằng. Nó cũng giúp hệ thống phản ứng đúng cách với nhiễu. Việc phân tích này là cơ sở. Nó giúp điều chỉnh các tham số bộ điều khiển. Điều này đảm bảo hệ thống không bị dao động không kiểm soát. Nó là một phần không thể thiếu trong kỹ thuật điều khiển hiện đại.
5.2. Cải thiện hiệu suất điều khiển và độ tin cậy
Việc cải thiện hiệu suất điều khiển liên quan đến nhiều yếu tố. Nó bao gồm giảm thiểu sai số. Nó cũng bao gồm tăng tốc độ đáp ứng. Đồng thời, nó duy trì độ tin cậy cao. Các kỹ thuật như bù nhiễu được xem xét. Chúng nhằm tăng cường khả năng chống chịu của hệ thống. Mục tiêu cuối cùng là một hệ thống điều khiển vị trí mạnh mẽ. Hệ thống này hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng thực tế. Nó đáp ứng mọi yêu cầu khắt khe về kiểm soát chuyển động.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (185 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMINISTRY OF EDUCATION MINISTRY OF NATIONAL AND TRAINING DEFENCE MILITARY TECHNICAL ACADEMY DUONG XUAN BIEN DYNAMIC MODELLING AND CONTROL OF TWO-LINK FLEXIBLE ROBOTS BY USING FINITE ELEMENT METHOD DOCTOR OF PHILOSOPHY HA NOI, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MINISTRY OF EDUCATION MINISTRY OF NATIONAL AND TRAINING DEFENCE MILITARY TECHNICAL ACADEMY DUONG XUAN BIEN DYNAMIC MODELLING AND CONTROL OF TWO-LINK FLEXIBLE ROBOTS BY USING FINITE ELEMENT METHOD Major: Technical mechanic Code: 9.03 DOCTOR OF PHILOSOPHY SCIENCE SUPERVISORS: 1. Associate Prof, Dr Chu Anh My 2. Associate Prof, Dr Phan Bui Khoi HA NOI, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ACKNOWLEDGMENTS I would like to express my deepest gratitude to Professor Chu Anh My and Professor Phan Bui Khoi for their support, dedicated guide and research orientation on this work. I wish to thank all my colleagues from Advanced Technology Center, Faculty of Mechanical Engineering, Faculty of Aerospace in Military Technical Academy and School of Mechanical Engineering in Hanoi University of Science and Technology for the help they gave me in the many different occasions.
The greatly appreciation is to my family for their love and support. Last but not least, I would like to thank all the others that are not mentioned and helped me on this thesis. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CONFIRMATION BY AUTHOR I pled that this thesis is my own research work. The results presented in this work are honest and has not been published by anyone in any other works.
The information cited in this thesis is clearly stated origins. August, 2019 Duong Xuan Bien LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LIST OF SYMBOLS AND ABBREVIATIONS Li , lie Length of link i , length of each element of link i i Angle between link i − 1 and link i Number of links of robot, number of elements of link i n, ni ,i (t ) and joint variable of link i x Arbitrary point on the element j of link i m (x ), m = 1 4 Shape functions of element j Elastic displacement at arbitrary point on element j of wij (t, x ) link i ui (2 j −1), ui(2 j ), Flexural displacement, slope displacement of node j ui (2 j +1), ui (2 j +2) and node j + 1 of element j of link i , respectively ui (2n +1), ui (2n + 2) Flexural and slope displacement at end point of link i i i u(i −1)(2k −1), u(i −1)(2k ), Flexural and slope displacement at node k and node u(i −1)(2k +1), u(i −1)(2k +2) k + 1 of element k of link i − 1 Flexural and slope displacement at the end point of link u(i −1)f , u(i −1)s i −1 General homogeneous transformation matrix which Hif(i −1) transforms from the coordinate system Oi XY i i to the coordinate system Oi −1Xi −1Yi −1 Position vector of arbitrary point on the element j of rij , r0ij link i in the coordinate systems Oi XY i i and O0X 0Y0 Position vector of the end point of link 2 in cases of rigid r02r , r02 f and flexible models in the coordinate system O0X 0Y0 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com di (t ), i (t ) Translational and rotational joint variable of link i Elastic displacement vector of the element j of link i qijcv (t ), qicv (t ) and elastic displacement vector of link i Generalized elastic displacement vectors of the element qij (t ), qi (t ), q(t ) j , of the link i and of the system Mass per length unit of link i , mass of motor i , mass of mi , mdci , mt the tip load Kinetic energy of element j of link i , kinetic energy of Tij ,Ti ,T link i and kinetic energy of system Elastic deforming kinetic energy of link i , kinetic Tie ,Tid ,Tp energy of motor driving link i and the tip load Elastic deforming potential and gravitational potential Pije , Pijg , Pi , P energy of element j of link i , potential energy of link i and the system Mj , Mi , M Mass matrix of element j , link i and system. Mdc , Mtt Mass matrices of the motor and the tip load Kj , Ki , K Stiffness matrix of element j , link i and system. C(q, q) Coriolis matrix Qex (t ) Generalized force/torque vector of the system Fi (t), i (t ) Driving force, torque at the joint i Joint variable error vector, error vector in objective e*(t ), e(t ),V function and Lyapunov function KP , KI , KD Cross matrix of control parameters in PID controller LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TABLE OF CONTENTS Pages PREFACE.
LITERATURE REVIEW OF FLEXIBLE ROBOT DYNAMIC AND CONTROL. Applications of flexible robots. Classifying joint types of flexible robots. Classifying flexible robots.
Differential motion equations. Recent works on flexible robots. Position accuracy of motion of flexible robots. Comments and problems.
20 Conclusion of chapter 1. DYNAMIC MODELING OF THE PLANAR FLEXIBLE ROBOTS. Kinematic of the planar flexible robots. Dynamics of the planar flexible robots.
38 Conclusion of chapter 2. DYNAMIC ANALYSIS AND POSITION CONTROL OF THE PLANAR TWO-LINK FLEXIBLE ROBOTS. Position control system of the planar serial multi-link flexible robots. 86 Conclusion of chapter 3.
Objective and experimental model. Parameters, equipment and method of measuring. System connection diagram. 105 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Method of handling the measurement data. 110 Conclusion of chapter 4. 115 CONCLUSION AND SUGGESION. 116 LIST OF THE RESEARCH PAPERS OF THE AUTHOR.
139 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LIST OF TABLES Table 2. The parameters i , u(i 1)s , u(i 1) f , i , a i depending on types of joints. The dynamic parameters of flexible robot type I (continuous). The mass ratios between the flexible links and tip load.
The maximum elastic displacements at the ending points of the links. The parameters of the flexible robot type IV. The length of the links in two cases. The maximum values in two cases.
The parameters of flexible robot type III. The parameters of the flexible robot type IV. The parameters of the GA and the position PID controller. The comparative results the control quality between two cases 94 Table 3.
The parameters of the GA and the position PID controller. The comparative results the control quality between two cases 97 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LIST OF FIGURES Figure 0. The structure of the thesis. The order executing the thesis.
The flexible robot in space. Flexible robot in medicine. Translational joint type Pa. Translational joint type Pb.
The single-link flexible robot with rotational joint. The single-link flexible robot with translational joint. The two-link flexible robots with only rotational joints. The two-link flexible robots consist translational joints.
The planar serial multi-link flexible robots. The parallel-link flexible robots. The mobile fiexlible robots. Flexible planar closed mechanism [8].
Spring-mass system [45]. The single-link flexible robot with joint Pa [133]. The two-link flexible robot Quanser. The two-link flexible robot with rotational joints.
The flexible robot with rotational and translational joints. A generalized schematic of an arbitrary pair of flexible links. 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. The two-link flexible robot with rotational joints [64].
Parts of matrix M2j. The position of the element k and the robot type VII. The solving algorithm without the joint Pb. The solving algorithm with the joint Pb.
The schematic of the solving forward dynamic on SIMULINK. The torque at joint 1. The torque at joint 2. The value of joint 1 variable.
The value of joint 2 variable. The value of flexural displacement at the end of link 1. The value of slope displacement at the end of link 1. The value of flexural displacement at the end of link 2.
The value of slope displacement at the end of link 2. The position of the end-effector in OX. The position of the end-effector in OY. The flexible robot type IV.
Schematic of solving forward dynamic in SIMULINK. The driving force rule. The driving torque rule. The value of translational joint.
The value of rotational joint. The value of flexural displacement. The value of slope displacement. Position deviation in OX.
Position deviation in OY. The value of translational joint. The value of rotational joint. The value of flexural displacement.
The value of slope displacement. The position deviation in OX. 73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. The position deviation in OY.
The flexible robot type III. Schematic to solve the forward dynamic of the system in the SIMULINK. The rules of driving torque and force .The rotational joint variable displacement. The translational joint variable displacement.
The value of the flexural displacement. The value of the slope displacement. The position of end-effector in OX. The position of end-effector in OY.
The solving inverse dynamic schematic in SIMULINK. The translational joint variable. The rotational joint variable. The value of driving force.
The value of driving torque. The deviation of force between rigid and flexible models. The deviation of torque between rigid and flexible models. The flexural displacement value.
The slope displacement value. The rotational joint variable value. The translational joint variable value. The driving torque value.
The driving force value. The torque deviation value. The force deviation value. The flexural displacement value.
The slope displacement value. Schematic of the GA. The control schematic PID with the GA. The translational joint variable.
The rotational joint variable. The flexural displacement. The slope displacement. The driving force.
95 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. The driving torque. The position of end-effector in OX. The position of end-effector in OY.
The rotational joint variable. The translational joint variable. The flexural displacement. The slope displacement.
The position end-effector point in OX. The position end-effector point in OY. The driving torque. The driving force.
Lead screw system. Step motor at the rotational joint. DC motor GB37-3530. Step motor NEMA 17.
Flex sensor FSL0095-103-ST. System connection diagram. Principle diagram inside Arduino 2560. Flex sensor circuit.
The value of translational joint variable. The value of rotational joint variable. The value of flexural displacement. The value of translational joint variable.
The value of rotational joint variable. The value of flexural displacement. 149 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Rotational joint variable (1 element).
Rotational joint variable (7 elements). Rotational joint variable (1, 3, 5, 7 elements). Rotational joint variable (1 element). Rotational joint variable (7 element).
Rotational joint variable (1, 3, 5, 7 element). PID control law in SIMULINK. 158 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1 PREFACE In the past several years, lots of robots have been designed and produced all over the world because of their important applications. Nowadays, using robots is more and more popular in various fields.
In the literature, most of the designed robots are considered with an assumption that all the links of the robots are rigid bodies.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Dương Xuân Biên (2019). Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c [Luận án tiến sĩ, Học viện Kỹ thuật Quân sự]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/luan-an-tien-si-khao-sat-dong-luc-hoc-va-dieu-khien-vi-tri-cua-tay-may-hai-khau-dan-hoi-phang-theo-phuong-phap-phan-tu-huu-han
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí của tay máy hai khâu đàn hồi phẳng theo phương pháp phần tử hữu hạn. Xem tóm tắt và tải về t
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Kỹ thuật Quân sự. Năm bảo vệ: 2019.
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" thuộc chuyên ngành Cơ kỹ thuật. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" có 185 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ khảo sát động lực học và điểu khiển vị trí c" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.