Đồ án Thiết kế chế tạo thiết bị phản hồi lực 3D (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế chế tạo thiết bị phản hồi lực 3D (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHẢN HỒI LỰC 3D GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG SVTH: PHẠM HỮU TIẾN MSSV: 10111083 SVTH: HỒ QUANG SANG MSSV: 10111058 SKL003027 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHẢN HỒI LỰC 3D SVTH: PHẠM HỮU TIẾN MSSV: 10111083 SVTH: HỒ QUANG SANG MSSV: 10111058 GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHẢN HỒI LỰC 3D SVTH: PHẠM HỮU TIẾN MSSV: 10111083 SVTH: HỒ QUANG SANG MSSV: 10111058 GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Hữu Tiến MSSV: 10111083 Họ và tên sinh viên: Hồ Quang Sang MSSV: 10111058 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp: 101111 Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Cái Việt Anh Dũng ĐT: Ng y nhận ề tài: Ngày nộp ề tài: 1.Tên ề tài:Thiết kế chế tạo thiết bị phản hồi lực 3D 2. Các số liệu, tài liệu ban ầu: 3. Nội dung thực hiện ề t i: - Tìm hiểu về thiết bị v ộng lực học cho thiết bị - Thiết kế và chế tạo cơ khí. - Chế tạo mạch iều khiển cho thiết bị. - Viết thuật toán iều khiển và lập trình iều khiển thiết bị. 4. Sản phẩm: TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ v tên Sinh viên: Phạm Hữu Tiến MSSV: 10111083 Họ v tên Sinh viên: Hồ Quang Sang MSSV: 10111058 Ngành: Cơ Điện Tử Tên ề t i: Thiết kế chế tạo thiết bị phản hồi lực 3D Họ v tên Giáo viên hƣớng dẫn: NHẬN XÉT 1. Về nội dung ề t i & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ v tên Sinh viên: Phạm Hữu Tiến MSSV: 10111083 Họ v tên Sinh viên: Hồ Quang Sang MSSV: 10111058 Ngành: Cơ Điện Tử Tên ề t i: Họ v tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung ề t i & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)
7. LỜI CẢM ƠN Chúng tôi không thể theo uổi v ho n th nh ề t i n y nếu không có sự tạo iều kiện v giúp ỡ của những ngƣời thân, bạn bè v thầy cô. Vì vậy, chúng tôi vô cùng biết ơn v trân trọng những giúp ỡ d nh cho chúng tôi trong thời gian qua. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn ến những ngƣời thân trong gia ình, bạn bè xung quanh ã hết lòng quan tâm, giúp ỡ ể chúng tôi có ƣợc iều kiện tốt nhất hoàn th nh ồ án. Chúng tôi cũng xin chân th nh cảm ơn thầy Cái Việt Anh Dũng cũng là giáo viên hƣớng dẫn ồ án trong thời gian qua, ã tạo iều kiện ể chúng tôi có thể học hỏi v thực hiện ề t i, cũng nhƣ rèn luyện các kỹ năng chuyên môn .Trong quá trình thực hiện ồ án cũng không ít khó khăn v cũng nhờ thầy cho những lời khuyên xác áng ể giải quyết vấn ề xảy ra. Cuối cùng chúng tôi cũng xin cảm ơn tất cả thầy cô trong khoa Cơ khí chế tạo máy , bộ môn Cơ Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM ã trang bị cho chúng tôi những kiến thức chuyên môn, cũng nhƣ kỹ năng l m việc trong thời gian l m ề t i . Tp. Hồ Chí Minh, ng y 13 tháng 07 năm 2014 Nhóm sinh viên thực hiện Phạm Hữu Tiến Hồ Quang Sang i
8. TÓM TẮT ĐỀ TÀI Haptics là một hƣớng i mới trong lĩnh vực robotics trên thế giới. Nó kế thừa tiếp tục phát triển những th nh tựu về robotics trong v i thập kỷ trở lại ây. Công nghệ haptic l công nghệ tái tạo lại các cảm giác xúc giác nhằm tái tạo lại to n bộ hay một phần cảm giác haptic của con ngƣời khi tiếp xúc với thiết bị. Trên thế giới, tầm ảnh hƣởng của Haptics trên thị trƣờng công nghệ ng y c ng tăng, với việc các ứng dụng của haptic xuất hiện ng y c ng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ : y học, công nghệ ô tô, robotics Hiện tại ở Việt Nam, Haptics cũng ang dần ƣợc phổ biến trong giới nghiên cứu về robotics, v vì thế việc tự nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị Haptics cũng ng y c ng ƣợc quan tâm hơn bởi các nhóm nghiên cứu. Thiết bị Haptics bao gồm thiết bị phản hồi lực hoặc thiết bị phản hồi xúc giác ƣợc chế tạo với mục ích cung cấp lực ảo hay xúc giác ảo cho ngƣời sử dụng. Các thiết bị n y có thể ƣợc sử dụng trong nhiều ứng dụng nhƣ : phẫu thuật từ xa, hệ thống robot iều khiển thiết bị từ xa, thiết bị input cho hệ thống 3D Trên thế giới, các ứng dụng n y ã xuất hiện v bắt ầu ƣợc tiêu thụ rộng rãi trên thị trƣờng, cùng lúc với sự xuất hiện của những công ty chuyên ngành, ã v ang phát triển không ngừng. Đề t i n y ƣợc thực hiện trong bối cảnh nhóm nghiên cứu Cơ Điện Tử ứng dụng – Bộ môn Cơ Điện Tử ang thực hiện mục tiêu tiếp cận với lĩnh vực haptics. Ở ề t i n y, nhóm ƣợc giao nhiệm vụ thiết kế thử nghiệm một thiết bị phản hồi lực trong không gian 3 chiều. Yêu cầu ƣợc ặt ra l thiết kế chế tạo phần cứng của thiết bị, v iều khiển thiết bị cho mộ ứng dụng ơn giản : Tƣơng tác với 1 mô hình bức tƣờng ảo có sẵn trong máy tính. ii
9. ABSTRACT Haptic technology is used to reproduce all or part of the sense of touch or the sense of force in human. Actually in the world, Haptic Technology is becoming more and more popular since people can find its applications in many areas such as: medical device (for remote surgery), automotive technology (for study of CAD model), robotics (teleoperation systems), virtual reality, etc. In Viet Nam, Haptics are already on the way to expand and the design, the manufacture and the control of haptic devices are also more and more concerned by different research teams. Haptics devices include force feedback devices or tactile feedback devices which can provide virtual forces or virtual tactile senses for the user. In this research project, we are interested in the design and the manufacture, as well as the control of the 3D force feedback device. A simple experience with a virtual wall was implemented and tested with success. In the near future, tests with more complexe virtual objects model will also be realized iii
10. MỤC LỤC Trang phụ bìa TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ix Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Định nghĩa v giới thiệu về Haptic 1 1.2 Ý nghĩa khoa học v thực tiễn của ề t i 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của ề t i 1 1.4 Giới hạn ề t i 2 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 2 1.6 Các cơ cấu thƣờng sử dụng trong thiết bị phản hồi lực 2 1.7 Các ứng dụng thực tế v một số sản phẩm nổi bật 4 1.7.1 Ứng dụng thực tế của công nghệ Haptics 4 1.7.2 Một số sản phẩm thƣơng mại nổi bật về lĩnh vực haptics 6 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUY T 8 2.1 Cơ cấu thiết bị phản hồi lực 3D 8 2.1.1. Bậc tự do 8 iv
11. 2.1.2 Phƣơng trình ộng học cho thiết bị 8 2.2 Phản hồi lực bằng ộng cơ iện 15 2.2.1 Động cơ 15 2.2.2 Cảm biến dòng 15 2.2.3 Giới thiệu bộ iều khiển PID 16 2.2.4 Thiết kế bộ iều khiển PID 16 2.2.5 Khối giao tiếp máy tính 18 2.2.6 Bo mạch vi iều khiển Arduino 18 2.3 Mô hình hệ thống phản hồi lực của thiết bị: 20 2.4 Mô hình phản hồi lực của vật thể ảo 21 2.4.1 Công thức v mô hình phản hồi lực 21 2.4.2 Mô hình của vật thể ảo trong thiết bị phản hồi lực 3D 21 2.4.3 Thuật toán cân bằng trọng lực cho thiết bị 24 Chƣơng 3 THI T K VÀ THI CÔNG CƠ KHÍ 26 3.1 Phần cơ khí 26 3.1.1 Lựa chọn cơ khí truyền ộng 26 3.1.2 Các bộ phận khác 27 Chƣơng 4 LỰA CHỌN VÀ THI CÔNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN. 30 4.1 Lựa chọn mạch iều khiển 30 4.1.1 Mạch iều khiển chủ 30 4.1.2 Mạch iều khiển tớ 31 4.1.3 Driver cho ộng cơ 31 4.1.4 Mạch iều khiển dòng 32 4.2 Thuật toán iều khiển 33 4.3 Lƣu ồ lập trình trên vi iều khiển 33 4.4 Giao diện khảo sát PID, cảm biến dòng v lƣu dữ liệu vào file text 35 4.5 Giao diện thực ảo 3D 36 v
12. Chƣơng 5 K T QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP 39 5.1 Khảo sát các thông số cần thiết 39 5.1.1 Khảo sát PID iều khiển dòng 39 5.2 Khảo sát cảm biến dòng 42 5.3Thiết bị phản hồi lực 3D: 46 5.4Sự thay ổi của cảm biến dòng khi tác ộng v o ối tƣợng ảo 47 Chƣơng 6 K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 49 6.1 Ƣu iểm: 49 6.2 Những hạn chế cần phải khắc phục: 50 6.3 Hƣớng phát triển của ề t i: 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 52 Phụ lục A Khái niệm về iều khiển ộng cơ DC – servo 52 Phụ lục B Cảm biến dòng 55 Phụ lục C Vi iều khiển Arduino 57 Phụ lục D Bộ iều khiển PID 58 Phụ Lục E Giới thiệu về OpenGL 63 Phụ Lục F Giải thích code trong vi iều khiển . 63 vi
13. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PID: Proportional-Integral-Derivative. PWM: Pulse – width modulation. P: Proportional. I: Integral. D: Derivative. IC: Integrated Circuit OpenGL: Open Graphics Library. vii
14. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1 Bảng xác ịnh thông số của PID – [6]. CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP Bảng 5.1 Thông số bộ iều khiển theo thực nghiêm Bảng 5.2 Các thông số công nghệ của thiết bị phản hồi lực 3D viii
15. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN Hình 1.1 Cơ cấu Geomagic haptic device của Geomagic. Hình 1.2 Omega của hãng Force Dimension Hình 1.3 Thiết bị phản hồi lực 2D của phòng thí nghiệm AMESLAB – Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Hình 1.4 Haptic Simulation System của hãng Realities. Hình 1.5 Project của Telerobotic and Biorobotic Systems Lab Hình 1.6 LAGB Simulator phát triển bởi giáo sƣ Suvranu De. Hình 1.7 Thiết bị Virtuose 3D Desktop của hãng Haption Hình 1.8 Thiết bị Phantom Omni của hãng Sensable Technologies. Hình 1.9 Thiết bị Omega 3 của hãng Force Dimension CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Thiết bị phản hồi lực 3D Hình 2.2 Hình tổng quát về thiết bị phản hồi lực 3D. Hình 2.3 Hình góc nhìn phía trƣớc của thiết bị. Hình 2.4 Hình góc nhìn từ trên ối với thiết bị phản hồi lực 3D Hình 2.5 Tọa ộ gắn trên lên các khâu Hình 2.6 Hình cơ cấu hình bình h nh của thiết bị phản hồi lực 3D Hình 2.7 Sơ ồ kết nối mạch cảm biến dòng Hình 2.8 Sơ ồ iều khiển PID – [6] Hình 2.9 Hệ số giá trị khếch ại tới hạn [6] Hình 2.10 Bộ iều khiển không sử dụng anti-windup Hình 2.11 Bộ iều khiển sử dụng anti-windup Hình 2.12 Mạch vi iều khiển Arduino Mega 2560 [5] Hình 2.13 Sơ ồ v tên gọi của các chân vi xử lý ATmega 2560 [5] Hình 2.14 Sơ ồ mô hình của hệ thống phản hồi lực 3D Hình 2.15 Bức tƣờng ảo ƣợc dựng bằng thƣ viện OpenGL Hình 2.16 Hình tổng quan về thiết bị phản hồi lực ix
16. Hình 2.17 Vị trí ban ầu của thiết bị khi iều khiển CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ KHÍ Hình 3.1 Đĩa quay của cơ cấu truyền ộng Capstan của thiết bị phản hồi lực 3D Hình 3.2 Cơ cấu truyền ộng Capstan Hình 3.3 Cơ cấu bình h nh Hình 3.4 Cơ cấu 3 khớp xoay gắn cây bút Hình 3.5 Giá ỡ hệ thống Hình 3.6 Đế hệ thống thiết bị Haptic Hình 3.7 Mâm CHƢƠNG 4 LỰA CHỌN VÀ THI CÔNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Hình 4.1 Mạch vi iều khiển Arduino Mega 2560 [5] Hình 4.2 Mạch vi iều khiển Arduino Uno [5] Hình 4.3 Mạch công suất H_BRIDGE_DCMOTOR_IRF2184 [3] Hình 4.4 Mạch cảm biến iều khiển dòng cho ộng cơ sử dụng IC ACS 712 Hình 4.5 Biểu diễn mối quan hệ giữa các thiết bị iều khiển với nhau Hình 4.6 Thuật toán iều khiển trên vi iều khiển chủ Hình 4.7 Thuật toán iều khiển trên vi iều khiển tớ Hình 4.8 Giao diện khảo sát thông số PID Hình 4.9 Giao diện 3D hiển thị tọa ộ OXYZ v mặt phẳng Hình 4.10 Giao diện chú thích những trục tọa ộ, hình vẽ, vật thể CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP Hình 5.1 Giao diện khảo sát dữ liệu Hình 5.2 Tín hiệu cảm biến trả về với Kp =1.7 Hình 5.3 Tín hiệu cảm biến trả về với Kp = 2.0 Hình 5.4 Khoảng thời gian Tcrit khi tín hiệu ạt ngƣỡng. Hình 5.5 Tín hiệu cảm biến trả về với bộ PID tìm ƣợc Hình 5.6 Tín hiệu cảm biến trả về khi không sử dụng bộ lọc x
17. Hình 5.7 Tín hiệu cảm biến trả về khi sử dụng bộ lọc Butterworth Hình 5.8 Tín hiệu cảm biến trả về khi ta sử dụng bộ lọc trung bình Hình 5.9 Tín hiệu cảm biến trả về khi ta sử dụng 2 bộ lọc Hình 5.10 Thiết bị phản hồi lực 3D Hình 5.11 Tín hiệu cảm biến dòng trả về khi chạm vật thể ảo Hình 5.12 Vùng l m việc ƣợc biểu diễn bởi các iểm. Hình 5.13 Viền giới hạn vùng l m việc của thiết bị PHỤ LỤC A KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC – SERVO Hình A.1 Optical Encoder [7]. Hình A.2 Hai kênh A v B lệch pha trong encoder [7]. PHỤ LỤC B CẢM BIẾN DÕNG Hình B.1 Nguyên lí hiệu ứng Hall khi chƣa có từ trƣờng [8] Hình B.2 Nguyên lí hiệu ứng Hall khi có từ trƣờng ặt v o [8] Hình B.3 Cấu tạo của IC cảm biến dòng ACS 712[8] PHỤ LỤC D BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Hình D.1 Sơ ồ hệ thống iều khiển dùng PID [9] Hình D.2 Đáp ứng của khâu P [9] Hình D.3 Đáp ứng của khâu I v PI [9] Hình D.4 Đáp ứng của khâu D v PD [9] Hình D.5 Đáp ứng của khâu P, PI v PID [9] xi
18. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa và giới thiệu về Haptics Haptics l một từ gốc Hy Lạp (haptikos) dùng ể chỉ cảm giác xúc giác (sense of touch). Cảm giác haptic ƣợc ịnh nghĩa l khả năng cảm nhận một môi trƣờng cơ học bên ngo i thông qua xúc giác v lực. Cảm giác haptic bao gồm cả cảm giác lực tác ộng (cứng, mềm), cảm giác về bề mặt (thô, nhám, sắc, trơn ) v cảm giác về chuyển ộng v cân nặng m con ngƣời có thể cảm nhận thông qua tiếp xúc, cầm, nắm, sờ Thông thƣờng, con ngƣời cảm nhận một cách tổng hợp các cảm giác xúc giác v lực khi giao tiếp v cảm nhận thế giới bên ngo i. Do ó, ta có thể ịnh nghĩa khái niệm “kênh thông tin haptic”, bao gồm các th nh phần thần kinh cảm xúc v cơ học cấu th nh nên cảm giác haptic. Công nghệ haptic l công nghệ cho phép tạo ra cảm giác xúc giác hoặc cảm giác lực ảo cho ngƣời sử dụng thông qua các thiết bị cơ iện tử [2]. Hiện trên thế giới ã có nhiều sản phẩm công nghệ haptic ang ƣợc thƣơng mại hóa rộng rãi (nhƣ các thiết bị phản hồi xúc giác cho ngƣời khiếm thị, hay các thiết bị phản hồi lực ể b n). 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Nhằm mục ích phục vụ cho việc học tập v nghiên cứu lĩnh vực Haptics. Nhóm ã chọn ề t i “Thiết kế chế tạo thiết bị phản hồi lực 3D” với các mục tiêu: - Thiết kế mô hình nhằm phục vụ học tập môn Robot công nghiệp. - Tham gia nghiên cứu và ứng dụng lĩnh vực Haptics. - Đóng góp v o lĩnh vực Haptics còn khá sơ khai ở Việt Nam. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài + Tìm hiểu về thiết bị v tính toán ộng học của thiết bị. + Thiết kế bản vẽ v chế tạo thiết bị. + Tìm hiểu phƣơng pháp iều khiển dựa v o giải thuật PID. Tìm PID dựa vào phƣơng pháp Ziegler – Nichols 2. + Tìm hiểu v sử dụng Arduino, chế tạo mạch cảm biến dòng, tìm hiểu nguyên lý hoạt ộng của mạch công suất. + Xây dựng v phát triển thuật toán iều khiển, phƣơng pháp truyền nhận dữ liệu giữa các vi xử lý với nhau v giữa vi xử lý với máy tính. + Thiết kế giao diện 3D cho thiết bị. 1
19. + Lập trình iều khiển thiết bị theo nhƣ mục tiêu ặt ra. 1.4 Giới hạn đề tài + Chế tạo thử nghiệm phiên bản ầu của thiết bị phản hồi lực 3D Thiết bị hoạt ộng trong phạm vi 1 phần của hình cầu với bán kính 520 mm, cụ thể l trong phạm vi (960x520x700mm) v thiết bị phản hồi lực lại tay cầm khi chạm vào bức tƣờng ảo ã ƣợc lập trình sẵn trên máy tính. + Trong các thí nghiệm ầu tiên, mô hình vật thể ảo là 1 bức tƣờng ảo. + Sử dụng thuật toán iều khiển PID ể iều khiển mô-men của các ộng cơ. + Thiết kế giao diện 3D dựa v o thƣ viện OpenGL và phần mềm Microsoft Visual Studio. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Theo những mục tiêu ã ề ra, nhóm iều khiển lại thiết bị phản hồi lực 2D ã ƣợc thiết kế sẵn, nhằm mục ích tìm hiểu nguyên lý hoạt ộng v phƣơng pháp iều khiển. Sau ó, nhóm tiến h nh tìm kiếm t i liệu, ề t i nghiên cứu liên quan Đƣa ra kế hoạch thực hiện, lựa chọn các thiết bị phù hợp với ề t i, thiết kế cơ khí theo mục tiêu ã ặt ra, tính toán ộng lực học, ộng học vận tốc của thiết bị, thiết kế cơ khí ho n thiện mô hình thiết bị. Nhóm tìm hiểu giải thuật iều khiển, nghiên cứu thuật toán iều khiển, lập trình giao diện 3D v lập trình iều khiển thiết bị. Sau khi ã ho n thiện thiết bị nhƣ yêu cầu ã ạt ra, nhóm tiến h nh chạy thử nghiệm, kiểm tra v sửa các lỗi, cố gắng tăng tốc ộ áp ứng của thiết bị, khảo sát các sai lệch trong khi hoạt ộng. Rút ra kết luận về kết quả ã ạt ƣợc. 1.6 Các cơ cấu thƣờng sử dụng trong thiết bị phản hồi lực Cơ cấu sử dụng trong thiết bị phản hồi lực thƣờng sử dụng các cơ cấu trong lĩnh vực robot công nghiệp nhƣ: Cơ cấu cấu trúc nối tiếp, cơ cấu cấu trúc song song v cơ cấu tổng hợp gồm cả 2 cấu trúc trên. Cơ cấu nối tiếp có ƣu iểm l không gian l m việc rộng, cơ cấu ơn giản Nhƣợc iểm l khi sai số có thể cộng dồn l m sai lệch vị trí cuối của cơ cấu dẫn tới phải iều khiển chính xác v sử dụng ộng cơ lớn l m cơ cấu ộ vững cứng thấp i. 2
20. Hình 1.1 Thiết bị Geomagic haptic của hãng Geomagic (Cơ cấu nối tiếp) Cơ cấu song song có ƣu iểm l ộ chính xác cao, ộ cứng vững cao từ những ƣu iểm ó l m bộ iều khiển trở nên ít phức tạp hơn, thiết bị ít cồng kềnh hơn (do không phải có bộ truyền ộng cũng nhƣ có thể lựa chọn ộng cơ công suất nhỏ hơn. Nhƣng ngƣợc lại cũng kèm theo những nhƣợc iểm l không gian l m việc nhỏ, cơ cấu phức tạp. . Hình 1.2 Thiết bị Omega của hãng Force Dimension (Cơ cấu song song) 3
21. S K L 0 0 2 1 5 4