Bài giảng robotics HUST

@ Robotics
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING

ROBOTICS
PGS.TS. Phan Bùi Khôi
Hà Nội 2009-2022

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



@ Robotics

Phan Bui Khoi



2

@ Robotics

5. Đối tượng tham dự:

Sinh viên

khối ngành Cơ khí, Cơ điện tử, Tự động
hóa, Điều khiển tự động.

ROBOTICS
1. Tên học phần: ROBOTICS
2. Mã số: ME3168Q, ME3209
3. Khối lượng:
Lý thuyết:
Bài tập:
TN/TH:

6. Điều kiện học phần:
Học phần tiên quyết:
Học phần học trước: Cơ học kỹ thuật,

45 giờ
15 giờ
15 giờ

Kỹ thuật điện, điện tử, Lý thuyết
điều khiển tự động, Kỹ thuật lập
trình.

4. Học phần thay thế: không
HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

Học phần song hành:
3

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



4


@ Robotics

@ Robotics

7.Mục tiêu học phần:

7.Mục tiêu học phần:

Vận dụng các kiến thức cơ bản, cơ sở,
chuyên môn, tin học để:

Trang bị cho người học những kiến thức
cơ sở về robot:
▪
▪
▪

▪
▪

▪ Khảo sát động học, tĩnh học, động lực
học robot.
▪ Thiết kế quỹ đạo chuyển động,
▪ Nghiên cứu các giải thuật điều khiển
robot.

Cấu trúc chung của robot,
Kết cấu cơ khí,
Hệ thống dẫn động,
Hệ thống điều khiển,
Hệ thống cảm biến.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



Khả năng nghiên cứu, ứng dụng robot.
5

@ Robotics

Phan Bui Khoi

6

@ Robotics

8. Nội dung vắn tắt học phần:

8. Nội dung vắn tắt học phần:

▪ Các khái niệm và định nghĩa,
▪ cấu trúc hệ thống và các bộ phận, cụm
chi tiết của robot.
▪ Khảo sát động học, tĩnh học và động
lực học robot.
▪ Thiết kế quỹ đạo chuyển động của
robot, tính tốn và mơ phỏng số.

HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



▪ Cơ sở thiết kế robot,
▪ phương pháp dẫn động, các động cơ
dẫn động,
▪ các thiết bị thông tin, giám sát.
▪ Các giải thuật điều khiển robot.
▪ Nghiên cứu ứng dụng robot.

7

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



8


@ Robotics

@ Robotics

11. Tài liệu học tập
 Sách, giáo trình chính:

9. Nhiệm vụ của sinh viên
▪ Dự lớp
▪ Làm bài tập

1.Phan Bùi Khôi. Bài giảng robotics.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
2009.

10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên
▪ Dự lớp đầy đủ
▪ Làm đầy đủ các bài tập, thực hành

▪ Làm đầy đủ bài tập lớn
▪ Điểm quá trình: trọng số 0.3
▪ Thi cuối học kỳ: trọng số 0.7
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



2.Nguyễn Thiện Phúc: Robot công nghiệp.
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
2002.
9

@ Robotics

Phan Bui Khoi



10

@ Robotics

3.B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G.
Oriolo: Robotics: Modelling, planning
and Control. Springer. 632 pag. 2009.

 Tài liệu tham khảo
1.Lung Wen Tsai. Robot Analysis, The

Mechanics of Serial and Parallel
Manipulators. John Willey & Sons, New
York/Toronto/... 505 pag. 1999.

4.Gordon McComb. The Robot Builder’s
Bonanza. 3rd Edition, McGraw-Hill. 736
pag. 2006.

2.John J. Craig. Introduction to Robotics,
Mechanics and Control. 3rd Edition,
Pearson. 400 pag. 1989.
HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



5.Myke Predko. Programming Robot
Controllers. McGraw-Hill. 456 pag.
2003.
11

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

12


@ Robotics

@ Robotics

Phương châm:

6.Jean Pierre Merlet. Parallel Robots.
Kluwer
Academic
Publishers,
Boston/London,…. 355 pag. 2000.

 Đầu năm vất vả, cuối năm thong thả!

 Chi phí cho hành trang vào đời ít (16-20 năm),
Hưởng thụ nhiều (60-80 năm)!

7.Sicilianno B, Khatib O. Springer
Hanbook of Robotics, Springer-Verlag
Berlin Heidelberg 2008.

Làm thế nào để thoải mái nhất khi học mà hiệu quả lại
cao (?): Chú ý những điều giảng viên nhắc nhở, lưu ý khi
học trên lớp!

8.Andrew Glaser. Industrial Robotics. IP.
New York. 275 pag. 2009.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



13

@ Robotics

Phan Bui Khoi



14

@ Robotics

A.MỤC ĐÍCH U CẦU CỦA HỌC PHẦN
▪ Tính toán động học, tĩnh học, động lực
học robot.
▪ Thiết kế quỹ đạo chuyển động.
▪ Các giải thuật điều khiển robot.
▪ Các ứng dụng robot.
▪ Sáng tạo robot.

A.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA HỌC PHẦN
Tiếp cận khảo sát nghiên cứu:
▪
▪

▪
▪
▪

HUST-SME 2009

Cấu trúc chung của robot.
Kết cấu cơ khí.
Hệ thống dẫn động.
Hệ thống điều khiển.
Hệ thống cảm biến.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



15

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



16


@ Robotics

@ Robotics
B. NỘI DUNG CHI TIẾT

A.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA HỌC PHẦN
Yêu cầu khả năng người học:
▪ Kiến thức cơ bản, cơ sở chuyên môn
cần thiết.
▪ Khả năng tin học, sử dụng các phần
mềm lập trình, tính tốn, thiết kế, mô
phỏng.
▪ Khả năng đọc tài liệu, đặc biệt là tài
liệu tiếng Anh, Nga, …
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1.Giới thiệu về robot
2.Cấu trúc chung của robot,
RBCN
3.Phân loại robot
4.Ứng dụng robot
5.Robot tay máy
6.Robot di động
17

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



@ Robotics

TỔNG QUAN VỀ ROBOT

CƠ SỞ TÍNH TỐN

7. Các loại robot đặc biệt
8. Bộ phận thao tác của robot
9. Tóm tắt
10.Các ví dụ
11.Bài tập

1. Các hệ tọa độ
2. Biểu diễn điểm trong không gian
3. Ma trận cosin chỉ hướng, ma trận quay
của vật rắn
4. Định vị, hướng và vị trí của vật rắn
5. Unit quaternion
6. Phương pháp xoắn vít (Screw Axis
Representation)

HUST-SME 2009

18

Phan Bui Khoi



19

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



20


@ Robotics

@ Robotics

CƠ SỞ TÍNH TỐN

ĐỘNG HỌC ROBOT

7. Phép biến đổi thuần nhất
8. Phương pháp Denavit-Hartenberg
9. Phương pháp John Craig
10.Tóm tắt

11.Các ví dụ
12.Bài tập

1. Giới thiệu một số khái niệm và định
nghĩa
2. Ma trận trạng thái khâu thao tác
3. Thiết lập phương trình động học robot
4. Các bài tốn động học robot
5. Phân tích vị trí robot cấu trúc nối tiếp
6. Phân tích vị trí robot cấu trúc song
song

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



21

@ Robotics

Phan Bui Khoi



22

@ Robotics

ĐỘNG HỌC VI PHÂN CỦA ROBOT
1. Vận tốc góc, gia tốc góc của vật rắn
2. Vận tốc, gia tốc của điểm thuộc vật rắn
3. Bài toán động học thuận về vận tốc, gia
tốc của robot
4. Bài toán động học ngược về vận tốc, gia
tốc của robot
5. Khảo sát vận tốc, gia tốc robot cấu trúc
nối tiếp

ĐỘNG HỌC ROBOT
7. Phân tích vị trí robot tác hợp
8. Phân tích vị trí robot di động
9. Ứng dụng phần mềm Maple
10.Tóm tắt chương 3
11.Các ví dụ
12.Bài tập

HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



23

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



24


@ Robotics

@ Robotics

ĐỘNG HỌC VI PHÂN CỦA ROBOT
6. Khảo sát vận tốc, gia tốc robot cấu trúc
song song
7. Tóm tắt chương 4
8. Các ví dụ
9. Bài tập

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



TĨNH HỌC ROBOT
1. Lực tác dụng lên các khâu của robot
2. Phương trình cân bằng lực tác dụng lên
các khâu của robot
3. Nguyên lý di chuyển ảo
4. Độ cứng vững của robot cấu trúc nối

tiếp
5. Các ví dụ
25

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



@ Robotics

TĨNH HỌC ROBOT

ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

6. Khảo sát phương trình cân bằng lực tác
dụng lên các khâu của robot cấu trúc
song song
7. Độ cứng vững của robot cấu trúc song
song
8. Tóm tắt chương 5
9. Các ví dụ
10.Bài tập

1. Các đặc trưng trong động lực học
2. Phương trình động lực học Lagrange
loại 2

3. Các bài toán động lực học robot
4. Động lực học robot cấu trúc nối tiếp
5. Ứng dụng Maple, Matlab lập trình tính
tốn động lực học
6. Các ví dụ và bài tập

HUST-SME 2009

26

Phan Bui Khoi



27

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



28


@ Robotics

@ Robotics

ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG

7. Phương trình động lực Newton-Euler
8. Nguyên lý phù hợp
9. Phương trình Lagrange dạng nhân tử
10.Động lực học robot cấu trúc song song
11.Động lực học robot tác hợp
12.Tóm tắt chương 6
13.Các ví dụ
14.Bài tập

1. Giới thiệu
2. Cơ sở thiết kế quỹ đạo
3. Thiết kế QĐ trong không gian khớp
4. Thiết kế QĐ trong không gian thao tác
5. Phương pháp số thiết kế quỹ đạo
6. Tóm tắt chương 7
7. Các ví dụ
8. Bài tập

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



29

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



@ Robotics

HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG, CẢM BIẾN

ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH ROBOT

1. Giới thiệu
2. Các phương pháp dẫn động robot
3. Các động cơ dẫn động
4. Các thiết bị cảm biến
5. Cơ sở thiết kế robot
6. Tóm tắt chương 8
7. Các ví dụ
8. Bài tập

1. Giới thiệu
2. Các phương pháp điều khiển
3. Điều khiển chuyển động của robot
4. Điều khiển độc lập các khớp
5. Điều khiển tập trung
6. Điều khiển trong không gian thao tác
7. Ứng dụng Malab, Simulink mô phỏng
điều khiển robot

HUST-SME 2009

30

Phan Bui Khoi



31

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



32


@ Robotics

@ Robotics

ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH ROBOT

ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN ROBOT

8. Tóm tắt chương 9
9. Các ví dụ

10.Bài tập

1.
2.
3.
4.
5.
6.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



33

@ Robotics

Giới thiệu
Các mơ hình điều khiển robot
Phân tích ổn định theo Lyapunov
Điều khiển thích nghi
Điều khiển tối ưu
Điều khiển lực

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

@ Robotics

ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN ROBOT

ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH ROBOT

1. Tóm tắt chương 10
2. Các ví dụ
3. Bài tập

1. Giới thiệu
2. Điều khiển mờ (Fuzzy Control)
3. Trí tuệ nhân tạo trong điều khiển robot
(Neural Network Control)
4. Giải thuật di truyền trong điều khiển
robot (Genetic Algorithm)
5. Đại số gia tử trong điều khiển robot
(Hedge Algebras)

HUST-SME 2009

34

Phan Bui Khoi



35

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



36


@ Robotics

@ Robotics
THỰC HÀNH

ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH ROBOT

1. Tìm hiểu vận hành, lập trình hoạt động
một vài robot cơng nghiệp thơng dụng:
Kuka, Almega, Motoman,…
2. Làm bài tập theo chương trình học ở
nhà, trên lớp
3. Làm tiểu luận báo cáo bài tập lớn

6. Kết hợp Logic mờ - Mạng neural - Giải
thuật di truyền - Đại số gia tử trong
điều khiển robot
7. Lập trình robot
8. Tóm tắt chương 11
9. Các ví dụ

10.Bài tập
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



37

@ Robotics

Phan Bui Khoi



38

@ Robotics

TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.Giới thiệu về robot
2. Cấu trúc chung của robot, RBCN
3. Phân loại robot
4. Ứng dụng robot
5. Robot tay máy
6. Robot di động

HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



7. Các loại robot đặc biệt
8. Bộ phận thao tác của robot
9. Tóm tắt
10.Các ví dụ
11.Bài tập

39

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



40


@ Robotics

HUST-SME 2009

@ Robotics

Phan Bui Khoi

41

@ Robotics

HUST-SME 2009



42

@ Robotics

Giới thiệu về robot
 Sơ lược lịch sử ra đời và phát triển của
robot
 Một số định nghĩa

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

Phan Bui Khoi



Giới thiệu lịch sử ra đời
và phát triển Robot

43

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



44


@ Robotics

@ Robotics

Từ thủa đầu nền văn minh con người, con người đã có
mong muốn tạo ra những vật dụng bằng chính đơi tay
của mình.
3500 Trước cơng ngun
Trong thần thoại Hy Lạp con người đã biết sáng tạo ra
những truyền thuyết, Promote nặn ra loài người từ đất
sét, các vị thần khổng lồ cai quản trái đất...

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



45

@ Robotics

Phan Bui Khoi



46

@ Robotics

2500 Trước công nguyên
Trong các ngôi đền Ai cập cổ đã có những cơ cấu để điều
khiển cửa và các bức tượng, có lẽ đó là tiền thân của
những ý tưởng chế tạo máy móc hiện nay.
1400 Trước công nguyên
Đồng hồ nước được chế tạo bởi người Babylon cổ là máy tự
động đầu tiên của con người.

HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



47

~ 350 Trước công nguyên

(c.428–c.347 BC) Archytas sống ở thành phố Tarentum
là nhà toán học lỗi lạc người Hy lạp.
Archytas đã tạo nên một con chim bằng cơ khí, một chú
chim bồ câu có thể đập cánh bằng năng lượng hơi nước.
Nó được biết đến là mơ hình vật thể bay đầu tiên trong
lịch sử.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



48


@ Robotics

@ Robotics

1495 Sau công nguyên
Leonardo DaVinci đã thiết kế ra 1 thiết bị cơ khí như
một giáp sĩ. Kết cấu cơ khí bên trong robot của Leonardo
được thiết kế để làm cho giáp sĩ di chuyển như có 1
người. Những nhà sáng chế thời trung cổ thường làm
những con “robot” giống như con của Da Vinci để làm trò
vui cho hoàng gia.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



49

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



50

@ Robotics

1525. Máy tự động đầu tiên trong
hình dạng con người được chế tạo
bởi Has Bullmann ở đại học Nuerberg
Đức: Mô phỏng được một số hoạt
động của con người như có thể chơi
nhạc cụ để làm vui khách hàng.
Hình bên là một người phụ nữ đang
chơi nhạc cụ, hiện vẫn được lưu trữ ở
bảo tàng Kunsthistorishes, Viên–Áo.
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

51

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



52


@ Robotics

@ Robotics

Nhận thấy rằng những nghiên cứu về máy, thiết bị tự
động, robot được thiết lập một cách rõ ràng qua
nhiều phát minh trong lịch sử .
Tuy nhiên sự ra đời của “robot” với “kết cấu” và “khả
năng hoạt động linh hoạt” (nhờ kỹ thuật điều khiển)
phải đợi đến sự ra đời của những công nghệ tiên tiến
trong suốt thế kỷ 20 cho đến nay.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

53

@ Robotics

1921 –Thuật ngữ “Robot” Xuất phát từ
“Robota” tiếng Tiệp Khắc có nghĩa là
“phục vụ”. Nó được nhắc tới lần đầu tiên
trong vở kịch “Rossum’s Universal
Robot” được viết bởi nhà văn Czech Karl
Capek.
Cốt truyện của nó là: con người tạo ra
robot sau đó robot giết chết con người!

HUST-SME 2009



54

@ Robotics

Ơng cịn sáng tác nhiều tác phẩm về robot mà được biên
tập lại thành các bộ sưu tập, bộ sưu tập 1950: “I, Robot”
“Tôi, Robot”.

1940. Isaac Asimov (1920-1992) sáng
tác một loạt truyện về robots bắt đầu với
tác phẩm “A Strange Playfellow” tạm dịch

là “Người bạn đồng hành lạ lẫm” sau đổi
tên là “Robbie” cho tạp chí “Những câu
truyện khoa học viễn tưởng”.

Asimov là người đầu tiên
đưa ra từ “Robotics” trong
tác phẩm “Runaround” năm
1942.

Câu truyện về một con robot và ảnh
hưởng của nó đến một đứa trẻ mà nó bảo
vệ.
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

Phan Bui Khoi



55

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



56

@ Robotics

@ Robotics

Đóng góp quan trọng nhất của Isaac Asimov cho lịch sử
robot là đã đưa ra 3 nguyên tắc về robot:
1.Robot không được gây nguy hại cho con người, hoặc
bằng cách không hành động, cho phép con người gây
hại.
2.Hoạt động của Robot phải tuân theo quy tắc do con
người đặt ra. Các quy tắc này không vi phạm nguyên
tắc thứ nhất.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



57

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

58

@ Robotics

1946
George Devol lấy bằng sáng chế một thiết bị phát lại sử
dụng ghi từ.
Đó là ý tưởng để chế tạo thiết bị lưu trữ chương trình cho
máy tính sau này.
Ý tưởng về máy tính kỹ thuật số đầu tiên được Whirtwind
đưa ra lần đầu tiên ở đại học M.I.T.

HUST-SME 2009

3.Robot phải bảo vệ sự tồn tại của riêng nó miễn là khơng
vi phạm ngun tắc 1 và 2.
Sau đó Asimov cịn đưa ra thêm nguyên tắc “0” như
sau:
“0”. Robot không được làm tổn hại cho nhân loại hoặc,
bằng cách không hành động, cho phép nhân loại gây
hại.

Phan Bui Khoi



59

1948
Norbert Wiener,giáo sư ở M.I.T, cho xuất bản cuốn “Điều

khiển học” hay “Điều khiển và giao tiếp trong động vật”,
một cuốn sách miêu tả tư tưởng về giao tiếp và điều
khiển trong hệ thống điện, cơ khí và sinh học.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



60


@ Robotics

@ Robotics

1948
William Greywalter, người tiên phong trong lĩnh vực robot
ở Anh, đã chế tạo ra chiếc máy tự động gọi là Elmer và
Elsie bắt chước được những hành vi của con người một
cách đơn giản.
1952
Chiếc máy điều khiển số (máy NC) đầu tiên được chế
tạo.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

61

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



62

@ Robotics

1956
Alan Newell and Herbert Simon sáng lập ra thuyết “logic
học” nó là cơ sở để giải quyết nhiều vấn đề hóc búa của
tốn học.
Marvin Minsky and John McCarthy tổ chức một cuộc họp ở
Dartmounth, Massachusets, Mỹ, đưa ra những kết quả
nghiên cứu trong lĩnh cơ khí và robot. Cuộc họp đã đưa ra
thuật ngữ “Trí thơng minh nhân tạo” (Artificial
Intelligence-AI).

/>
HUST-SME 2009

1954

George Devol and Joe Engleberger thiết kế chủng robot
có chương trình và sử dụng thuật ngữ “Universal
Automation” lần đầu tiên.
Do đó sau này 2 người đã thành lập công ty robot đầu
tiên trên thế giới-Unimation.

Phan Bui Khoi



63

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



64


@ Robotics

@ Robotics

1956
... “Trí thơng minh nhân tạo” (Artificial IntelligenceAI).

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



65

@ Robotics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



66

@ Robotics

 50% người làm việc trong các nhà máy là nhặt và đặt
vật.
 Tại sao máy móc chỉ làm những sản phẩm riêng biệt?
 Làm thế nào rút ngắn thời gian sản xuất bằng cách tạo
ra những chiếc máy có thể lấy và đặt mọi thứ.

HUST-SME 2009

1956
George Devol và Joseph Engelberger thành lập công ty
robot đầu tiên trên thế giới.
George Devol và Joseph Engelberger gặp nhau ở một bữa

tiệc cocktail và suốt buổi tối đó chỉ bàn về những vấn đề
nghiêm túc:

Phan Bui Khoi



67

Nhờ kết quả thảo luật trong năm đó mà 2 ông đã sáng
lập ra công ty robot đầu tiên gọi là Unimation, Inc.
Những sản phẩm của công ty là sự kết hợp của cơng nghệ
cơ khí và cơng nghệ vi tính mới ra đời.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



68


@ Robotics

@ Robotics

1967
Richard Greenblatt viết MacHack, một chương trình chơi
cờ vua. Chương trình của Greenblatt là cơ sở cho những

chương trình chơi cờ trong tương lai, đỉnh cao ở Big Blue
chương trình cờ vua đã đánh bại cờ thủ Grand Master
Gary Kasparov.
Japan nhập khẩu robot Versatran từ AMF (robot đầu
tiên nhập khẩu vào Nhật Bản).

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



69

Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con
người:
 Có hình dạng giống người hoặc cánh tay người.
 Có khả năng thao tác tự động.
 Có khả năng thao tác và bắt chước thao tác giống
người.

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



70

@ Robotics

@ Robotics

5. Hệ thống năng lượng.
Nhờ vậy robot có khả năng thao tác tự động linh hoạt,
bắt chước được các chức năng lao động của con người.

 Về cấu trúc Robot
Robot là máy, thiết bị cố định hoặc di
động, được tích hợp từ nhiều bợ phận
trong đó các bợ phận chính bao gồm:
1.Cơ cấu chấp hành,
2.Hệ thống dẫn động,
3.Hệ thống điều khiển theo chương
trình có khả năng lập trình linh hoạt,
4. Hệ thống thông tin giám sát,
HUST-SME 2009

1.1.2. Một số định nghĩa

Phan Bui Khoi



71

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

72


@ Robotics

@ Robotics

 Robot công nghiệp
Robot công nghiệp là máy, thiết bị cố định
hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bợ
phận trong đó các bợ phận chính bao gồm:
1. Cơ cấu chấp hành,
2. Hệ thống dẫn động,
3. Hệ thống điều khiển theo chương trình
có khả năng lập trình linh hoạt,
4. Hệ thống thông tin giám sát,

Robot công nghiệp
▪ Robot công nghiệp là robot phục vụ
con người trong sản xuất cơng
nghiệp.
▪ Robot cơng nghiệp có khả năng thao tác
tự động linh hoạt, bắt chước được các
chức năng lao động công nghiệp của
con người.
▪ Đưới đây Định nghĩa riêng cho RBCN:
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



73

@ Robotics

Phan Bui Khoi



74

@ Robotics

4. Hệ thống năng lượng.
Nhờ vậy robot cơng nghiệp có khả
năng thao tác tự động linh hoạt,
bắt chước được các chức năng lao
động công nghiệp của con người.

HUST-SME 2009

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

 Robotics là khoa học kỹ thuật và công nghệ về robot:
 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot phục vụ con người.
 Robotics liên quan và tích hợp nhiều lĩnh vực khoa học
kỹ thuật và cơng nghệ như Cơ khí, điện, điện tử, công
nghệ thông tin, CN vật liệu, CN sinh học,….

75

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



76


@ Kinematics of robot
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING

Động học robot

ROBOTICS

Kinematics of Robot

PGS.TS. Phan Bùi Khôi
Hà Nội 2009-2022

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



@ Robot Kinematics

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



2

@ Cơ sở tính tốn

z2
z0

CƠ SỞ TÍNH TỐN

z1

1. Các hệ tọa độ

2. Biểu diễn điểm trong không gian
3. Ma trận cosin chỉ hướng, ma trận quay của vật rắn
4. Định vị, hướng và vị trí của vật rắn

x2


 x1







x3

5. Quaternion- siêu phức (tứ phương vị)
6. Dual quaternion-siêu phức (tứ phương vị) đối ngẫu
7. Screw Axis Representation-Phương pháp xoắn vít

x0
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

y0


3

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



4


@ Cơ sở tính tốn

@ Cơ sở tính tốn

CƠ SỞ TÍNH TỐN

Kiến thức cần củng cố

8. Phép biến đổi thuần nhất
9. Phương pháp Denavit-Hartenberg
10.Phương pháp John Craig
11.Tóm tắt chương
12.Các ví dụ
13.Bài tập

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

 Phép tính vector
 Phép tính ma trận

5

@ Cơ sở tính tốn

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



6

@ Cơ sở tính tốn

hệ tọa đợ trụ

Các hệ tọa đợ
hệ tọa độ Đề các̣
hệ tọa độ cầu
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



7

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



8


@ Cơ sở tính tốn

@ Cơ sở tính tốn





p = p x i + p y j + pz k
 px 
p=  p y 
 
 pz 

Biểu diễn điểm trong không gian

p=  p x , p y , pz 
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

9

@ Cơ sở tính tốn

HUST-SME 2009

T

Phan Bui Khoi

(2.1)



@ Cơ sở tính tốn

Ma trận cosin chỉ hướng
Ma trận quay

   
 u.i v.i w.i   u
x
    
A
R B   u.j v.j w.j    u y

       u

u.k
v.k
w.k
  z


Ma trận cosin chỉ hướng, ma trận quay

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

10



11

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

w z

vx
vy
vz

Moving
frame B

w k v

wx 
wy 

w z 

y

O j

i
x

v

u Fixed
u

frame A



12


@ Cơ sở tính tốn
A

p

A

px 
p  ,
 y
 p z 

=

A

@ Cơ sở tính tốn
B

p

=

 pu 
p 
 v
 p w 

w

p=

B

P

p

pv

v

Các phép quay cơ bản

py

B

p= R B p
A

z

pw

A
R -1
p= B R A A p
B

u

y

O

px

x

B

pz

pu

A

Ap

Bp

(2.5)

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



13

@ Cơ sở tính tốn

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



14

@ Cơ sở tính tốn

Phép tổng hợp các
ma trận quay

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



15

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



16

@ Cơ sở tính tốn

@ Cơ sở tính tốn

Nếu thực hiện lần lượt
n phép quay liên tiếp
Ox0y0z0 → Oxnynzn

0

0

Rn =

0

R 1 1 R 2 ... n-1 R n

Rn =

n-1

HUST-SME 2009

R n ... 1 R 2 0 R 1
Phan Bui Khoi

z2,z

(2.13)

z0

z1


x0
x1



y
O


x2


y1,y2

Định vị: hướng và vị trí của vật rắn

y0
x

(2.14)


17

@ Cơ sở tính tốn

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

Ma trận CSCH-MTQ
 9 phần tử của ma trận quay có 6
hệ thức ràng buộc,
 Như thế chỉ có thể chọn ra 3 phần
tử độc lập.

ux
A
R B  uy

 u z
Phan Bui Khoi

18

@ Cơ sở tính tốn

 Xác định hướng của vật rắn
có một điểm cố định

HUST-SME 2009

19

HUST-SME 2009

vx
vy
vz

Phan Bui Khoi

wx 
wy 

w z 

Current Frame B
z
w
v

O

y

x

u
Origin Frame A

20


@ Cơ sở tính tốn

@ Cơ sở tính tốn

Các góc Euler
 Để có thể tính tốn
thuận lợi (với ma trận
CSCH),
đồng
thời
biểu diễn trực quan 
sử dụng các góc
Euler,

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

Các góc Euler

Current Frame B
z
w
v

O

v

y

O

y

x

u
Origin Frame A



z2,z z0,z1
θ



Current Frame B
z
w

x

u

Origin Frame A

21

@ Cơ sở tính tốn

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi

O


x0 θ



x1,x2

x



y0

y

y2
θ
 y1

22

@ Cơ sở tính tốn

R E =R z0 (ψ)R ON (θ)R z (φ)=

 cψcφ-sψcθsφ -cψsφ-sψcθcφ sψsθ 
sψcφ+cψcθsφ -sψsφ+cψcθcφ -cψsθ 


sθsφ
sθcφ
cθ 


 Xác định hướng của vật
rắn không gian bất kỳ

(2.15)

Phép nhân ma trận: trái qua phải.
HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



23

HUST-SME 2009

Phan Bui Khoi



24