TIỂU LUẬN môn học TÍNH TOÁN THIẾT kế ROBOT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
-----***-----

TIỂU LUẬN MƠN HỌC
TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT
GVHD

:

PGS. TS. Phan Bùi Khơi

:

ThS. Nguyễn Văn Quyền

Sinh viên thực hiện :

Phan Thanh Châu

- 20175844

Nguyễn Bảo Vỹ

- 20175927

Nguyễn Thành Công - 20150441
Lớp

:

NUT16

Hà Nội 2021


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

LỜI MỞ ĐẦU
Do đó việc sử dụng các tay máy hay còn gọi là Robot công nghiệp vào trong
sản xuất đang rất được ưa chuộng bởi vì chúng đáp ứng được các yêu cầu trên. Như
chúng ta đã biết Robot có rất nhiều ưu điểm đặc biệt là chất lượng và độ chính xác,
ngồi ra cịn phải kể đến hiệu quả kinh tế cao. Có thể làm việc trong môi trường
độc hại mà con người không thể làm được, các công việc yêu cầu cẩn thận không
được nhầm lẫn, thao tác nhẹ nhàng tinh tế địi hỏi trình độ của thợ bậc cao, và quan
trọng là Robot không bị căng thẳng như con người nên có thể làm việc cả ngày.
Xuất phát từ yêu cầu đó, các tay máy Robot ra đời để đảm bảo sự tự động
hóa trong q trình chế tạo, làm việc. Hơn thế, Robot ra đời còn giúp con người
làm việc trong các môi trường độc hại mà con người không thể tiếp xúc trực tiếp
được.
Cụ thể nhóm quyết định lựa chọn đề tài “Tính tốn thiết kế Robot ứng dụng
trong sơn tường” nhóm tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc tìm hiểu
và tính tốn cũng như thiết kế Robot trong bài tập lớn này sẽ là bước đệm quan
trọng cho việc làm quen ,tính tốn thiết kế một loại robot trong tương lai cho sinh
viên . Giúp Sinh viên có những kiến thức tổng quan nhất về robot , biết cách thiết
kế, tính tốn và lập trình theo modun một Robot hồn chỉnh có chức năng nhất
định.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy PGS.TS Phan Bùi Khơi. Cảm ơn
thầy vì những đóng góp qua những bài giảng và những hướng dẫn trong quá trình

hồn thành bài tập lớn. Những góp ý, sửa chữa của thầy sẽ giúp chúng em tự tin
hơn trong cách thức tiếp cận nền công nghiệp hiện nay. Mặc dù đã có sự chuẩn bị
nhưng những kiến thức chúng em đề cập đến trong bài thuyết minh này còn thiếu

2


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

sót. Em rất mong có được sự bổ sung, sửa chữa để bài thuyết minh hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn và chúc Thầy sức khỏe!

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC...........................6
1. Phân tích mục đích ứng dụng của robot.........................................................6
2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác................................................................7
a. Phân tích yêu cầu về vị trí...............................................................................7
b. Phân tích yêu cầu về vị trí...............................................................................8
c. Yêu cầu về hướng của khâu thao tác..............................................................8
3. Xác định các đặc trưng kỹ thuật.....................................................................8
a. Số bậc tự do cần thiết......................................................................................8
b. Vùng làm việc có thể với tới của Robot.........................................................8
c. Yêu cầu về tải trọng........................................................................................9
4. Các phương án thiết kế cấu trúc Robot, khớp và đưa ra phương án...............9
5. Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác...............10
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH ROBOT………………………….11
1. Thiết kế 3D...................................................................................................11
2. Lập bản vẽ 2D...............................................................................................12

3. Lập hồ sơ kỹ thuật........................................................................................12
3


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

4. Xác định các thơng số đặc trưng hình học – khối lượng…………………...13
CHƯƠNG 3 : BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT………………………….14
1. Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit – Hartenberg.14
2. Bài tốn động học thuận Robot....................................................................16
a. Tính các ma trận D - H.................................................................................16
b. Xác định hướng của khâu thao tác................................................................17
c. Xác định tọa độ điểm thao tác và vận tốc dài của điểm thao tác..................18
d. Vận tốc góc và gia tốc góc các khâu.............................................................18
3. Bai tốn động học ngược..............................................................................19
a. Động học ngược vị trí...................................................................................19
b. Động học ngược vận tốc và gia tốc..............................................................19
4. Thiết kế quỹ đạo chuyển động......................................................................20
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH YÊU CẦU LỰC/MOMEN
ĐỘNG CƠ LỚN NHẤT.................................................................................23
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC...........................................24
1. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot……………………25
a. Tính ma trận khối lượng...............................................................................26
b. Tính lực quán tính Coriolis...........................................................................31
c. Lực quán tính li tâm......................................................................................32
d. Lực suy rộng của các lực không thế.............................................................32
4

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

2. Động lực học ngược.....................................................................................33
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG ROBOT.........................................33
1. Thiết kế hệ dẫn động cho khâu 1..................................................................33
2. Chọn động cơ ...............................................................................................41
3. Tính chọn hộp giảm tốc................................................................................43
4. Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của robot...................................45
CHƯƠNG 7 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN……………………
1. Chọn luật điều khiển phù hợp, thiết kế mô hình điều khiển.........................46
2. Mơ phỏng bằng Matlab.................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................53
KẾT LUẬN54

5


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC
1. Phân tích mục đích ứng dụng Robot
Robot ngày càng được sử dụng nhiều trong các công việc gia cơng cơ khí.
Chúng được dùng để thực hiện tự động các công việc thủ công. Robot thực hiện rất
tốt các thao tác lặp đi lặp lại, gia công hàng loạt chi tiết với các thao tác như nhau ,

giải phóng con người khỏi các cơng việc nhàm chán đó. Trong gia cơng khắc các
chi tiết cũng vậy nó địi hỏi độ chính xác và tập trung cao độ của cơng nhân trong
q trình làm việc, điều đó dường như là khơng thể vì vậy đây là lĩnh vực mà
Robot có thể thay thế con người để tăng năng suất.
Robot sơn tường có nhiều ứng dụng trong đời sống, mục đích của robot là
sơn tường theo những hình dạng phức tạp, hình dạng địi hỏi phức tạp có độ chính
xác cao .

6


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Hình 1. Minh họa sản phẩm của robot

2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác
a. Đối tượng thao tác, dạng thao tác
- Nhiệm vụ của robot là sơn tường và vẽ hình trên tường (tường có kích
thước tối đa 1000 x 1000 mm) do đó:
- Đối tượng thao tác là bề mặt tường phẳng.

Hình 2: Đối tượng thao tác

- Dạng thao tác chuyển động được theo các cung cong và thằng.
- Ta coi nền nhà đặt Robot và tường để sơn là vng góc tuyệt đối.

7

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Hình 3: Khâu thao tác

b. Phân tích yêu cầu về vị trí
- Phải di chuyển được mọi vị trí trên bề mặt tường được phun sơn theo kích
thước của tường đã đề ra ở mục a
c. Yêu cầu về hướng
- Đối tượng là mặt phẳng nên hướng thao tác là hướng vng góc với bề mặt
của tường do đó hướng cố định và khơng thay đổi trong quá trình làm việc
- Về vận tốc thì Robot phải đáp ứng phun sơn với vận tốc ổn định để q
trình làm việc khơng bị gián đoạn. Khơng có yêu cầu về gia tốc.
3. Xác định các đặc trưng kỹ thuật
a. Số bậc tự do cần thiết
Để đảm bảo đủ yêu cầu về di chuyển theo đường thẳng và đường cong trên 1
mặt phẳng cần tối thiểu 2 bậc tự do. Nếu robot có từ 3 bậc tự do lên thì chuyển
động của robot sẽ càng linh hoạt tuy nhiên việc tính tốn thiết kế sẽ gặp nhiều khó
khăn và đối với u cầu của bài tốn thực sự khơng cần thiết. Do đó, nhóm quyết
định lựa chọn robot 2 bậc tự do cho đề tài.
8


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

b. Vùng làm việc có thể với tới của robot

Hình 4: Vùng làm việc có thể với tới của robot

c. Yêu cầu về tải trọng
- Tải trọng ở đầu phun sơn không quá nặng để đảm bảo về khâu 3 không bị
uốn quá mức cho phép ảnh hưởng đến vị trí tương quan của đầu phun sơn và mặt
tường
1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot
Phương án 1: 3 bậc tự do (TRR)

Hình 5: Robot 3 bậc tự do
9


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

- Ưu điểm: Chuyển động linh hoạt tối ưu do có 2 khớp quay
- Nhược điểm: Khâu tịnh tiến cồng kềnh, tốn kém chi phí và không gian thao
tác
Phương án 2: 4 bậc tự do (RRRR)

-

Hình 6: Robot 4 bậc tự do

- Ưu điểm: Vùng hoạt động rộng, thiết kế gọn
- Nhược điểm: Tính tốn phức tạp, chi phí cao khơng cần thiết
Phương án 3: 2 bậc tự do (TT)

Hình 7: Robot 2 bậc tự do

- Ưu điểm: Chuyển động bao quát trong mặt phẳng, tính tốn dễ dàng
-

Nhược điểm: Độ dài và khối lượng các khâu lớn
Sau khi phân tích ,trong các cấu trúc đề xuất nhóm lựa chọn phương án thiết

kế Robot 3 với cấu trúc 2 bậc tự do (TT) gồm 2 khớp tịnh tiến để chuyển động cho
10


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

đầu phun sơn trên mọi điểm của mặt phẳng tường. Đơn giản trong quá trình tính
tốn vừa dễ dạng trong q trình thiết kế và chế tạo.
5. Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác

Hình 8: Sơ đồ động

của robot

 Hệ thống thao tác
- Sử dụng hệ thống truyền chuyển động là thanh răng bánh răng để đảm bảo
yêu cầu về độ chính xác, tránh đi q hành trình chuyển động, qua lại được nhiều
hành trình.
- Điều khiển bằng bộ điều khiển ở ngoài tác động lên robot

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH 3D
1. Thiết kế 3D

11


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Hình 9: Mơ hình 3D của robot khi phun sơn

2. Lập bản vẽ 2D

12


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Hình 10: Các hình chiếu của robot

3. Lập hồ sơ kỹ thuật
- Robot chuyển động tịnh tiến để di chuyển đầu phun sun trên mặt phẳng
thẳng đứng có kích thước 1000x1000mm
- Đầu phun sơn được gắn trực tiếp tại khâu thao tác cuối cùng, sơn được
bơm tự 1 bình đựng sơn đặt dưới chân robot. Kết hợp cảm biến tiệm cận để đo
khoảng cách đầu phun sơn và mặt tường, từ đó điều khiển khoảng cách sơn phù

hợp
13


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

- Vận chuyển robot bằng cách điều khiển 4 động cơ có gắn bánh xe ở dưới
gốc robot. Có thể chuyển động ngang dọc tùy ý người điều khiển
4. Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng
- Để đảm bảo robot có thể chuyện động tối đa 1000x1000mm nên ta sẽ tăng
thêm chiều dài của khâu thêm 200m để có độ dư về kích thước khâu. Khâu 2 là
khâu trung gian nên cần chỉ cần ngắn vừa đủ
- Khối lượng khâu sẽ giảm dần từ gốc lên. Khâu 2 sẽ chọn test trước sau đó
sẽ tính bên trên phần mềm sau để phù hợp với yêu cầu bài toán
- Tốc độ chọn phù hợp để quá trình phun sơn đạt hiệu quả cao nhất
- Bảng thông số chiều dài, khối lượng khâu
Khâu Chiều dài khâu (mm)

Khối lượng(kg)

1

1200

15

2

250

5

3

1200

10

- Bảng thơng số góc quay, tốc độ các khớp
Khớp Giới hạn chuyển động

Tốc độ

1

0-1000 mm

0,3 m/s

2

0-1000 mm

0,3 m/s

CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

14

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

1. Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit –
Hartenberg
Đối với các Robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn
các hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thứ i như sau:
-

Trục zi-1 được chọn dọc theo trục của khớp động thứ i.

-

Trục xi-1 được chọn dọc theo đường vng góc chung của hai trục z i-2 và zi-1,

hướng đi từ trục zi-2 sang zi-1. Nếu trục zi-1 cắt trục zi-2 thì hướng của trục xi-1
được chọn tùy ý, miễn là vng góc với z i-1. Khi hai trục zi-1 và zi-2 song song với
nhau, trục xi-1 chọn hướng theo pháp tuyến chung nào cũng được.
-

Gốc tọa độ Oi-1 được chọn tại khớp thứ i

-

Trục yi-1 được chọn sao cho hệ (Oxyz)i-1 theo quy tắc bàn tay phải

Từ quy tắc trên ta xây dựng được các hệ tọa độ như hình 4.1:

• Các thơng số đầu vào q1,q2
• Thơng số cần xác định: tọa độ điểm tác động cuối E .
• Ta có bảng động học Denavit-Hartenberg (DH):

15


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Hình 11: Gắn tọa độ D-H và Robot

Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz)i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1 được
xác định bởi bốn tham số Denavit- Hartenberg θi , di , ai , α i như sau:
Bảng thơng số D-H
Khâu

di

ai

αi

1

0

q1

a1

-/2

2

0

q2

0

0

Trong đó:
a i: khoảng cách từ trục z i tới trục z i+1 dọc theo trục x i

α i: góc giữa 2 trục z i và z i+1 tính theo trục x i
d i : khoảng cách từ trục x i tới trục x i+1 dọc theo trục z i

16


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

θi : góc giữa 2 trục x i và x i+1 tính theo trục z i

Trong đó θ1 , θ2 ,d 3 là các biến khớp, còn a 1 , a 2 , d 1 , d 2 là hằng số

2. Bài toán động học thuận Robot
Đối với bài tốn động học thuận, vị trí, vận tốc, gia tốc các biến khớp xem như
đã biết, cần tìm vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định.
Vị trí của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định O0 x0 y 0 z 0 được xác định bởi
các tọa độ thao tác gồm các tọa độ định vị điểm tác động cuối và hướng của khâu
thao tác.
a, Tính các ma trận D-H
Ma trận của phép biến đổi hệ tọa độ khớp (Oxyz) i-1 sang hệ tọa độ (Oxyz)i kí
hiệu là i-1Ai có dạng như sau :

[

]

cos θi −cos α i sin θi sin α i sin θi ai cos θi
sin θi cos α i cos θi −sin α i cos θi ai sin θi
i-1
Ai =
(4.1)
0
sin α i
cos α i
di
0
0
0
1

Thay các giá trị trong bảng tham số Denavit – Hartenberg vào công thức 4.1 ta
được các ma trận biến đổi Denavit – Hartenberg giữa các hệ trục tọa độ như sau :

+ Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H khâu 1 đối với khâu 0

0

A1

[

1 0
0 0
= 0 −1
0 0

0 a1
1 0
0 q1
0 1

]

+ Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H khâu 2 đối với khâu 1

17


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

1

A2

[

1
0
= 0
0

NHÓM 10
0
1
0
0

0 0
0 0
1 q2
0 1

]

 Ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác:

[

]

1 0 0 a1
0 0 1 q2
0

A2=0A1.1A2 = 0 −1 0 q (4.2)
1
0 0 0 1

b, Xác định hướng của khâu thao tác
- Ma trận 0 A2 cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định
hay nói cách khác là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn
vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định. Vì thế nó cịn được biểu
diễn qua thơng số các biến khớp ta tạm gọi là qi. Trong bài tốn cụ thể thì nó là các
khớp tịnh tiếni, với i=1÷2. Khi đó, ma trận (*) được kí hiệu thành 0 A2 (q )
- Do ma trận 0A2(q) biểu diễn vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố
định thông qua biến khớp qi (Ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động
học). Còn ma trận 0An(t) cũng mơ tả vị trí và hướng của khâu thao tác thông qua hệ
tọa độ khâu thao tác. Ở đây ta chọn cách biểu diễn thơng qua các góc Cardan.
Phương trình động học robot nhận được trong dạng ma trận như sau:
AE (p) = 0A2 (q)

0

⇔

[

o
❑

Rn ( q )
T

0

o
❑ n

r (q )
1

][
=

o
❑

RE ( α , β , η)
0

Dạng khai triển:

18

T

o
❑ E

r ( x E , y E , zE )
1

]

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

[

NHÓM 10

][

c 11(q) c 12 (q) c13 (q ) x ( q) c 11 (α , β ,η) c 12 (α , β , η) c 13 (α , β , η) x E
c 21(q) c 22 (q) c23 (q ) y (q) c 21 (α , β ,η) c 22 (α , β , η) c 23 (α , β , η) y E
=
c 31(q) c 32 (q) c33 (q ) z (q)
c 31 (α , β ,η) c 32 (α , β , η) c 33 (α , β , η) z E
0
0
0
1
0
0
0
1

]

 Hướng của khâu thao tác:
So sánh hai vế của phương trình động học, ta có:

[

][

1 0 0
cos β cos ɳ
−cos β sin ɳ
sin β
cos
α
cos
β
¿
=
0 0 −1
sin α sin β cos ɳ +cos α sin ɳ
¿
−sin α cos β
¿
0 1 0

]

Đối chiếu 3 phần tử từ hai ma trận, ta nhận được:

{

sin β=0
sin α =0
sin ɳ=0

{

β=0
α
=> =0
ɳ=0

(4.3)

c, Xác định tọa độ điểm thao tác và vận tốc dài của điểm thao tác
- Từ đó ta có phương trình động học ROBOT có dạng 0A2(q)=0An(t). Với n=2 vì cơ
cấu Robot có 2 khâu động.
0

A2(q)=0An(t)

- Tọa độ khâu thao tác:

{

¿ x E=a1
{¿ x E =a 1 cos θ 1+ a2 cos (¿ θ1 +θ2 )¿∧ y E=a1 sin θ1 + a2 sin (¿ θ1+ θ2) ¿∧z E =d 1+ d 2 => ¿ y E =q 2
¿ z E =q 1
.

[

.

.

.

]

T

.

- Vận tốc khâu thao tác vE = r E = x E , y E , z E = JTE.q
d, Vận tốc góc và gia tốc góc các khâu:
Do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến, suy ra vận tốc góc tại khâu 1 và
khâu 2 có giá trị bằng 0:
19


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

ω1 = ω2 = 0
Đồng thời, gia tốc góc tại khâu 1, khâu 2 cũng có giá trị bằng 0:
ε1 = ε2 = 0
3 Bai toán động học ngược
- Nhiệm vụ của bài toán động học ngược là tìm các biến khớp với điều kiện
tọa độ và hướng khâu thao tác đã biết. Cụ thể trong bài tốn này, bài tốn động học
ngược có nhiệm vụ tìm q1, q2 với điều kiện

đã biết.

a, Động học ngược vị trí :

+ Thơng số đầu vào : Tọa độ khâu thao tác E.
+ Thông số đầu ra : Lượng tịnh tiến q1, q2.
Từ bài tốn thuận, ta có :

{

{

¿ x E =a
¿ q 2= y E
¿ y E =q2 =>
¿
¿ q1 =z E
¿ z E =q1

b, Động học ngược vận tốc và gia tốc

{

p=[ x E , y E , z E , , , ]

T

pă =[ xă E , yă E , ză E , ă , ă , ă ]

T

Vi u vo l: p =[ x E , y˙ E , z˙ E , α˙ , β˙ , η˙ ]

T

Đầu ra cần xác định là (với vị trí đã tìm được ở bài tốn động học ngược v trớ):

{

q=
[ q 1 q 2 ]
q=
ă [ qă 1 qă 2 ]

20

T
T


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

Từ phương trình động học, ta có hệ:

[]

f1
f =a −¿ x E ¿ f 2=q2− y E
f = f 2 =0 ; Với 1 1
f 3 =q1 −z E
f3

{

−1
˙
˙
Vận tốc biến khớp q=J
q Jpp
−1
˙ ˙ J p p +J p pă )
ă
Gia tc bin khp q=J
q (− J q q+

[ ]

∂f1
∂ q1
∂f2
Với: J q = ∂ q
1
∂f 3
∂ q1

∂f 1
∂ q2
∂f 2
∂ q2
∂f 3
∂ q2

∂f 1
∂ q3
0 0 1
∂f 2
=¿ J q = 0 1 0
∂ q3
1 0 0
∂f3
∂ q3

[ ]
[ ]

1 0 0
J p= 0 1 0
0 0 1

4 Thiết kế quỹ đạo chuyển động
- Khi sử dụng robot thực hiên thao tác công nghệ hoặc phục vụ cần phải
thiết kế quỹ đạo chuyển động của Robot :
+ Quỹ đạo chuyển động của Robot là tập hợp các quy luật chuyển động của
robot khi thực hiện thao tác. Hoặc nói gọn hơn là tập hợp các quy luật chuyển
động thao tác của robot.
+ Thiết kế chuyển động của robot là xây dựng các quy luật chuyển động
thao tác của robot dưới dạng giải tích, hoặc dạng số và các chương trình.
Có hai cách thiết kế quỹ đạo chuyển động :
Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác
21

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp
- Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác:
+ Là thiết kế quy luật chuyển động của các khâu theo chuyển động của khâu
thao tác.
+ Chuyển động của khâu thao tác có thể được biểu diễn bởi các tọa độ thao
tác hoặc được biểu diễn bởi các hệ thức ràng buộc giữa các tọa độ thao tác.
+ Quỹ đạo trong không gian thao tác cho robot di chuyển từ điểm A đến
điểm B mà có xét đến các vị trí trung gian trong quãng đường AB mà robot đi
qua.
+ Thiết kế quy luật chuyển động, xác định các đặc trưng về vị trí, vận tốc,
gia tốc của khâu thao tác.
+ Giải bài toán động học ngược xác định quy luật chuyển động của các khâu
của robot.
+ Phương pháp này cho khả năng đảm bảo độ chính xác định vị khâu thao
tác.
- Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp:
+ Là thiết kế quy luật chuyển động cho các khâu của robot đảm bảo yêu cầu
đã biết.
+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được cho
+ Quỹ đạo trong không gian khớp cho robot di chuyển từ điểm A đến điểm
B mà không quan tâm đến các vị trí trung gian trong quãng đường AB mà robot đi
qua.

22

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được tính tốn từ bài toán
động học.
+ Thiết kế quy luật chuyển động, xác định vị trí, vận tốc, gia tốc của các
khâu của robot theo các đặc trưng về vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác tại
các điểm nút trên đường dịch chuyển.
+ Việc tính tốn đơn giản hơn nhưng khó kiểm sốt trực tiếp độ chính xác
định vị của robot so với thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác.
Đối với Robot này, ta chọn bài toán thiết kế quỹ đạo trong không gian
thao tác sao cho quỹ đạo của điểm tác động cuối là đường thẳng từ điểm A đến
điểm B (bất kì trong vùng làm việc) do khi sơn ta cần vận tốc phải giữ ổn định
trong suốt quá trình nên ta áp dụng quy luật vận tốc hình thang.
Quy luật vận tốc hình thang gồm có 3 giai đoạn:
- Giai đoạn I: Vận tốc tăng từ 0 đến giá trị ổn định làm việc, gia tốc a1.
- Giai đoạn II: Vận tốc không đổi trong quá trình thao tác, a2=0.
- Giai đoạn III: Vận tốc giảm dần về 0, gia tốc a3.

Hình 12: Giản đồ vận tốc theo thời gian

23


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHĨM 10

CHƯƠNG 4:

PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH YÊU CẦU
LỰC/MOMEN ĐỘNG CƠ LỚN NHẤT
- Cơ cấu gắn vào Robot bao gồm các khâu nối với nhau bởi các khớp. Trọng
tâm được đặt vào trung điểm của từng khâu.
- Bài toán đặt ra là: Giả thiết ngoại lực tác động vào khâu thao tác tại điểm E
gồm véc tơ lực FE,3 và momen ME,3. Tính lực (và mơmen) tác động vào các khớp
để đảm bảo robot cân bằng tĩnh.

Hình 13 : Phân tích vector lực và momen cho khâu
- Để một khâu của robot ở trạng thái cân bằng thì tổng các lực và tổng các
momen tác dụng lên khâu đó bằng 0 tức là
hay
24

,


THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

NHÓM 10

(2)
hoặc viết dưới dạng ma trận như sau:

(3)
Trong đó
độ k,

là vector có gốc đặt tại

vector có gốc tại

, mút tại

cơng thức (3.1.3), (3.1.4) các

,

, biểu diễn trong hệ tọa

, biểu diễn trong hệ tọa độ k (bất kì). Trong
các ma trận đối xứng lệch

,
được nhận từ các vector

, mút tại

,

,
Từ (2),(3) giải được như sau

và
25