Trang 1
TRẦN TRỌNG TẤN BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO ROBOT DELTA ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ CƠ ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2026 KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ 2026
Nội dung tài liệu
Trang 2
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO ROBOT DELTA Ngành: Cơ điện tử Mã số: 8520114 ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN ANH TÚ Hà Nội – 2026
Trang 3
i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Trần Trọng Tấn, học viên cao học khóa 14, chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Đại học Công nghiệp Hà Nội. Trong quá trình học tập và nghiên cứu, với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Anh Tú, tôi đã hoàn thành đề án tốt nghiệp thạc sĩ. Tôi xin cam đoan rằng đề tài “Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho robot Delta” là kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Anh Tú. Toàn bộ nội dung, số liệu, hình ảnh và kết quả trình bày trong đề án là trung thực, chính xác, và không sao chép từ bất kỳ nghiên cứu nào của cá nhân hay tổ chức khác dưới bất kỳ hình thức. Trong quá trình thực hiện đề án, tôi luôn tuân thủ các quy định về đạo đức nghiên cứu và tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ. Các tài liệu, nguồn thông tin tham khảo được sử dụng trong đề án đều đã được trích dẫn đầy đủ, rõ ràng theo đúng quy định. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường và Hội đồng chấm đề án về tính trung thực và chính xác của các nội dung, dữ liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong đề án này. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2026 Người thực hiện Trần Trọng Tấn
Trang 4
ii LỜI CẢM ƠN Đề án “Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho robot Delta” được hoàn thành là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu nghiêm túc cùng với sự hỗ trợ quý báu từ nhiều cá nhân và đơn vị. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Anh Tú, người đã trực tiếp hướng dẫn khoa học, luôn dành thời gian trao đổi, định hướng nghiên cứu và đóng góp nhiều ý kiến chuyên môn quan trọng trong suốt quá trình thực hiện đề án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Trường Cơ khí – Ô tô và Trung tâm Đào tạo Sau đại học – Đại học Công nghiệp Hà Nội đã truyền đạt cho tôi nền tảng kiến thức vững chắc, phương pháp nghiên cứu khoa học và tạo môi trường học tập nghiêm túc, thuận lợi để tôi phát triển năng lực nghiên cứu và hoàn thành đề án tốt nghiệp. Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần Đầu tư và Công nghệ HTI ( HTI Group) đã luôn quan tâm, động viên, chia sẻ kinh nghiệm thực tiễn và hỗ trợ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng như hoàn thành đề án tốt nghiệp. Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và tập thể học viên cao học đã luôn đồng hành, trao đổi học thuật và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và những người thân đã luôn quan tâm, động viên và tạo điều kiện thuận lợi về tinh thần cũng như thời gian để tôi yên tâm học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề án này. Những sự hỗ trợ đó là nguồn động lực quan trọng giúp tôi vượt qua khó khăn và tiếp tục phấn đấu trong chặng đường học tập, nghiên cứu và công tác trong tương lai. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2026 Người thực hiện Trần Trọng Tấn
Trang 5
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC.................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................v DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................vii MỞ ĐẦU....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ ROBOT DELTA..................................................5 1.1. GIỚI THIỆU VỀ ROBOT DELTA ................................................................5 1.1.1. Tổng quan về robot và robot Delta ..........................................................5 1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển robot Delta ...........................................8 1.1.3. Ứng dụng của robot Delta ......................................................................12 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA ..............................................................................................................................17 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ....................................................20 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................21 1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................21 1.4.2. Phương pháp mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển.............................21 1.4.3. Phương pháp mô phỏng và đánh giá......................................................21 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..............................................................................22 CHƯƠNG 2 . CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN .............................................23 2.1. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC.........................................23 2.1.1. Cấu tạo robot Delta trong không gian 3RUS.........................................23 2.1.2. Xây dựng mô hình động học..................................................................25 2.1.3. Xây dựng mô hình động lực học............................................................30 2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING VÀ MẠNG NƠ-RON RBF ......................................................................................................................35 2.2.1. Kỹ thuật điều khiển Backstepping .........................................................35 2.2.2. Mạng nơ-ron nhân tạo RBF ...................................................................40 2.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO.........................................42 2.3.1. Tái cấu trúc mô hình hệ thống robot song song Delta ...........................42 2.3.2. Điều khiển Backstepping cho Robot Delta ............................................44
Trang 6
iv 2.3.3. Điều khiển Backstepping thích nghi dựa trên mạng nơ-ron RBF .........46 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..............................................................................52 CHƯƠNG 3 . XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ.................53 3.1. THIẾT LẬP MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB/SIMULINK ..........................53 3.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ....................................................58 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..............................................................................76 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.....................................................................................77 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................79
Trang 7
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3-DOF Three Degrees of Freedom 3 bậc tự do BSP Backstepping Control Phương pháp điều khiển Backstepping BSP-NN Backstepping Neural Network Control Backstepping kết hợp mạng nơron BSP-SMC Backstepping Sliding Mode Control Backstepping kết hợp điều khiển trượt RBFNN Radial Basis Function Neural Network Mạng nơ-ron hàm cơ sở xuyên tâm SMC Sliding Mode Control Điều khiển trượt PID Proportional–Integral– Derivative Controller Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân – vi phân NMPC Nonlinear Model Predictive Control Điều khiển dự đoán mô hình phi tuyến θᵢ Joint Angle of the i-th Actuated Mechanism Góc khớp của cơ cấu chấp hành thứ i , , p p p x y z Cartesian coordinates of the moving platform Tọa độ Descartes của bàn động a s Active joint coordinate vector Vector tọa độ khớp chủ động p s Position vector of the moving platform Vector vị trí bàn động M(s) Inertia Matrix Ma trận quán tính C(s, ṡ) Coriolis and Centrifugal Matrix Ma trận Coriolis và ly tâm g(s) Gravity and Constraint Force Vector Vector lực trọng trường và lực liên kết
Trang 8
vi τ Control Torque Vector Vector mô-men điều khiển λ Lagrange Multiplier Vector Vector nhân tử Lagrange fᵢ Constraint Equation of the ith Leg Phương trình ràng buộc của chân thứ i T Kinetic Energy Động năng Qₖ Generalized Force Lực suy rộng Φₛ Constraint Jacobian Matrix Ma trận Jacobi của các ràng buộc h Hidden-Layer Output Vector (RBFNN) Vector đầu ra tầng ẩn (RBFNN) w Output-Layer Weight Vector (RBFNN) Vector trọng số tầng đầu ra (RBFNN) V Lyapunov Function Hàm Lyapunov α Control Signal / Intermediate Variable Tín hiệu điều khiển / biến trung gian z₁, z₂ State Error Variables in Backstepping Các biến sai lệch trạng thái trong Backstepping ε Neural Network Approximation Error Sai số xấp xỉ của mạng nơ-ron ΔM, ΔC, Δg Model Uncertainties Các bất định của mô hình
Trang 9
vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Robot công nghiệp trong dây chuyền sản xuất tự động.............................5 Hình 1.2. Cấu trúc robot chuỗi với các khâu nối tiếp. ...............................................6 Hình 1.3. Cấu trúc robot song song............................................................................7 Hình 1.4. Hiện tượng kỳ dị trong robot song song. ...................................................7 Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của robot Delta. [10] ...................9 Hình 1.6. Robot song song kiểu Stewart–Gough.....................................................10 Hình 1.7. Robot ABB IRB 340 FlexPicker – ứng dụng robot Delta trong công nghiệp gắp, đặt tốc độ cao........................................................................................11 Hình 1.8. Robot Delta trong dây chuyền gắp, đặt và phân loại tốc độ cao..............13 Hình 1.9. Robot Delta trong các công đoạn lắp ráp linh kiện điện tử. ....................14 Hình 1.10. Robot Delta trong dây chuyền chế biến và đóng gói thực phẩm...........15 Hình 1.11. Cơ cấu Delta trong máy in 3D và các ứng dụng gia công chính xác nhẹ. ..................................................................................................................................16 Hình 2.1. Robot Delta trong không gian 3RUS. [33] ..............................................23 Hình 2.2. Mô hình động học robot Delta 3RUS. [33]..............................................25 Hình 2.3. Tọa độ suy rộng định vị khâu BD1 1 ..........................................................25 Hình 2.4. Mặt cắt 2D của cánh tay robot Delta........................................................28 Hình 2.5. Bộ điều khiển BSP-NN cho robot Delta ..................................................42 Hình 2.6. Sơ đồ kiến trúc của mạng nơ-ron hàm cơ sở xuyên tâm (RBFNN). .......48 Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển robot Delta song song trên Matlab/Simulink.......................................................................................................54 Hình 3.2. Cấu trúc bên trong và bên ngoài của khối động học nghịch....................54 Hình 3.3. Khối bộ điều khiển BSP-NN cho robot Delta..........................................55 Hình 3.4. Cấu trúc triển khai của khối BSP-NN......................................................55 Hình 3.5. Khối Robot Delta. ....................................................................................57 Hình 3.6. Khối nhiễu................................................................................................58
Trang 10
viii Hình 3.7. Nhiễu không xác định tác động lên robot Delta. [47]..............................58 Hình 3.8. Kết quả bám quỹ đạo tròn của robot Delta 3-DOF..................................59 Hình 3.9. Đáp ứng bám góc khớp 1 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình tròn............................................................61 Hình 3.10. Đáp ứng bám góc khớp 2 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình tròn............................................................61 Hình 3.11. Đáp ứng bám góc khớp 3 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình tròn............................................................62 Hình 3.12. Sai số góc khớp 1 của robot Delta có nhiễu loạn với quỹ đạo tròn. ......63 Hình 3.13. Sai số góc khớp 2 của robot Delta có nhiễu loạn với quỹ đạo tròn. ......63 Hình 3.14. Sai số góc khớp 3 của robot Delta có nhiễu loạn với quỹ đạo tròn. ......64 Hình 3.15. Hiệu năng bám quỹ đạo theo trục x với quỹ đạo tròn............................65 Hình 3.16. Hiệu năng bám quỹ đạo theo trục y với quỹ đạo tròn............................65 Hình 3.17. Hiệu năng bám quỹ đạo theo trục z với quỹ đạo tròn............................66 Hình 3.18. Sai số bám quỹ đạo theo trục x với quỹ đạo tròn...................................66 Hình 3.19. Sai số bám quỹ đạo theo trục y quỹ đạo tròn.........................................67 Hình 3.20. Sai số bám quỹ đạo theo trục z quỹ đạo tròn. ........................................67 Hình 3.21. Kết quả bám quỹ đạo hình số 8 của robot Delta 3-DOF........................69 Hình 3.22. Đáp ứng bám góc khớp 1 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình số 8. ..........................................................70 Hình 3.23. Đáp ứng bám góc khớp 2 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình số 8. ..........................................................70 Hình 3.24. Đáp ứng bám góc khớp 3 của robot Delta trong điều kiện tồn tại nhiễu ngoài không xác định với quỹ đạo hình số 8. ..........................................................71 Hình 3.25. Sai số góc khớp 1 của robot Delta khi nhiễu loạn với quỹ đạo hình số 8. ..................................................................................................................................71
Hiển thị 10 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!