(TIỂU LUẬN) đề tài TIỂU LUẬN ROBOTICS

ROBOTICS
I

PGS. PHAN BÙ I KHÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----*-----*-----*----VIỆN CƠ KHÍ
ĐƠN VỊ CHUN MƠN: VIỆN CƠ KHÍ

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ROBOTICS -

PGS. PHAN BÙI KHÔI

MÃ HỌC PHẦN: ME 3168
MÃ ĐỀ: 3168_3
Họ c kì : II _ Nă m họ c: 2012 – 2013.
Sinh viê(n thự c hiệ( n: Lê(Tuấ-n Anh.
MSSV: 20109859.
Lớ4p CN-Cơ Điệ( n Tử81- K55.

Hà nộ( i, thá4ng 5 nă m 2013.

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 1


ROBOTICS
Trong sự nghiệ( p cơ(ng nghiệ( p hó4a, hiệ( n đạ i hó4a đấ-t nướ4c vấ-n đề?t ự độ( ng hó4a
có4vai trị đặ c biệ( t quan trọ ng.
NhằBm nâ(ng cao nâ(ng suấ-t dâ(y chuyề?n cô(ng nghệ( , nâ(ng cao ch ấ-t l ượ ng và

khả8nă ng cạ nh tranh củ8a sả8n phẩFm, cả8i thiệ( n điề?u kiệ( n lao độ( ng, nâ(ng cao nă ng
suấ-t lao độ( ng..đặ t ra là hệ( thố-ng sả8n xuấ-t phả8i có4tí4nh linh hoạ t cao.Robot cô(ng
nghiệ( p, đặ c biệ( t là nhữHng tay má4y robot là bô(phậ( n quan trọ ng đểFtạ o ra nhữHng h ệ(
thố-ng đó4.
Tay má4y Robot đãHcó4mặ t trong sả8n xuấ-t từ nhiề?u nă m tr ướ4c, ngà y nay tay
má4y Robot đãHdù ng ở8nhiề?u lĩHnh vự c sả8n xuấ-t, xuấ-t phá4t từ nhữHng ưu điểFm mà tay
má4y Robot đó4và đú4c kế-t lạ i trong q4trì nh sả8n xu ấ-t là m việ( c, tay má4y có4nh ữHng
tí4nh nă ng mà con ngườ i khơ(ng thểFcó4đượ c, khả8nă ng là m việ( c ổFn đị nh, có4th ểFlà m
việ( c trong mô(i trườ ng độ( c hạ i…..Do đó4việ( c đầ?u tư nghiê(c cứ4u, chế-tạ o ra nhữHng
loạ i tay má4y Robot phụ c vụ cho cô(ng cuộ( c tự độ( ng hó4a sả8n xuấ-t là rấ-t cầ?n thiế-t cho
hiệ( n tạ i và tương lai.
Mô(n họ c ROBOTICS giú4p chú4ng em bướ4c đầ?u là m quen vớ4i nhữHng vấ-n đề?cố-t lõHi và
cơ bả8n nhấ-t về?robot và rấ-t có4í4ch cho chú4ng em sau nà y.. Qua đó4chú4ng em có4thểF
tì m hiểFu sâ(u hơn cũHng như tạ o tiề?n đề?giú4p chú4ng em có4thểFhồ n thà nh đ ượ c nh ữHng
mơ(n họ c tiế-p theo.
Trong q4trì nh họ c mơ(n ROBOTICS có4rấ-t nhiề?u vấ-n đề?cị n thiế-t só4t, em rấ-t mong
đượ c thầ?y chỉ8bả8o và hướ4ng dẫLn thê(m.

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 2


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHƠ I

MỤC LỤC

LỜ I NĨPI ĐẦQU ...…………………………………………………………….

NỘ I DUNG …………………………………………………………………
CHƯƠNG I. TỔSNG QUAN VỀQROBOT:
1.1. SƠ LƯỢ T QUÁPTRÌ NH PHÁPT TRIỂSN CỦTA ROBOT:
1.2. ỨPNG DỤ NG CỦTA ROBOT TRONG CÔ NG NGHIỆ P VÀ SẢTN XUẤVT:
1.3. CÁPC KHÁPI NIỆ M VÀ ĐỊ NH NGHĨWA VỀQROBOT:
1.4. CẤVU TRUC CHUNG CỦTA ROBOT:
1.5. PHÂ N LOẠ I ROBOT:

CHƯƠNG II: THIẾVT KẾVCƠ CẤVU ROBOT:
2.1. XÂ Y DỰ NG CẤVU TRÚPC, THIẾVT LẬ P HỆ PHƯƠNG TRÌ NH ĐỘ NG
HỌ C CỦTA ROBOT:
2.2. GIẢTI BÀ I TOÁPN ĐỘ NG HỌ C.
2.3. TÍPNH TỐPN TĨWNH HỌ C.
2.4 TÍPNH TỐPN ĐỘ NG LỰ C HỌ C.
2.5 ĐIỀQU KHIỂSN VÀ MÔ PHỎTNG.

CHƯƠNG III. KẾVT LUẬ N & ĐÁPNH GIÁPQUÁPTRÌ NH:

CHƯƠNG IV. MỘ T SỐVCẤVU TRÚPC ROBOT THAM KHẢTO:

CHƯƠNG V. TÀ I LIỆ U THAM KHẢTO:

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 3


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHÔ I

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1. SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT .

Thuậ( t ngữH“Robot” xuấ-t phá4t từ tiế-ng CH Sé4c (Czech) “Robota” có4nghĩH
cơ(ng việ( c tạ p dị ch trong vở8kị ch Rossum’s Universal Robots củ8a Karel Cap
và o nă m 1921. Trong vở8kị ch nầ?y, Rossum và con trai củ8a ô(ng ta đãHchế-t ạ
nhữHng chiế-c má4y gầ?n giố-ng vớ4i con ngườ i đểFphụ c vụ con ngườ i. Có4lẽHđó4là
gợ i ý4ban đầ?u cho cá4c nhà sá4ng chế-kỹHthuậ( t về?nhữHng cơ cấ-u, má4y mó4c
chướ4c cá4c hoạ t độ( ng cơ bắap củ8a con ngườ i.
Đầ?u thậ( p kỷ860, cô(ng ty MỹHAMF (
Company) quả8ng cá4o mộ( t loạ i má4y tự độ( ng vạ n nă ng và g ọ i là “Ngườ i má4y
nghiệ( p” (Industrial Robot). Ngà y nay ngườ i ta đặ t tê(n ngườ i má4y cô(ng ngh
(hay robot cô(ng nghiệ( p) cho nhữHng loạ i thiế-t bị có4dá4ng d ấ-p và mộ( t và i ch
nă ng như tay ngườ i đượ c điề?u khiểFn tự độ( ng đểFthự c hiệ( n mộ( t số-thao tá4c

xuấ-t.
Về?mặ t kỹHthuậ( t, nhữHng robot cô(ng ng
lĩHnh
vự c kỹH thuậ( t ra đờ i sớ4m hơn đó4 là c
(Teleoperators) và cá4c má4y cô(ng cụ điề?u khiểFn s ố-(NC - Numerically Contro
machine tool).
Cá4c cơ cấ-u điề?u khiểFn từ xa (hay cá4c thi
mạ nh trong chiế-n tranh thế-giớ4i lầ?n thứ4hai nhằBm nghiê(n cứ4u cá4c vậ( t liệ( u ph
xạ . Ngườ i thao tá4c đượ c tá4ch biệ( t khỏ8i khu vự c phó4ng xạ bở8i m ộ( t bứ4c tườ ng
mộ( t hoặ c và i cử8a quan sá4t đểFcó4thểFnhì n thấ-y đượ c cô(ng việ( c bê(n trong. Cá4
cấ-u điề?u khiểFn từ xa thay thế-cho cá4nh tay củ8a ngườ i thao tá4c; nó4g ồ?m có4m
bộ( kẹ p ở8bê(n trong (tớ4) và hai tay cầ?m ở8bê(n ngoà i (chủ8). Cả8hai, tay cầ?m và
kẹ p, đượ c nố-i vớ4i nhau bằBng mộ( t cơ cấ-u sá4u bậ( c tự do đểFtạ o ra cá4c vị
hướ4ng tuỳ ý4củ8a Tay cầ?m và bộ( kẹ p. Cơ cấ-u dù ng đểFđiề?u khiểFn bộ( kẹ p

chuyểFn độ( ng củ8a tay cầ?m.
Và o khoả8ng nă m 1949, cá4c má4y cô(ng cụ
ứ4ng yê(u cầ?u gia cô(ng cá4c chi tiế-t trong ngà nh chế-tạ o má4y bay. NhữHng robot đ
tiê(n thự c chấ-t là sự nố-i kế-t giữHa cá4c khâ(u cơ khí4củ8a cơ cấ-u điề?u khiểFn từ xa
khả8nă ng lậ( p trì nh củ8a má4y cơ(ng cụ điề?u khiểFn số-.
Dướ4i đâ(y chú4ng ta sẽHđiểFm qua mộ( t số
ngườ i má4y cô(ng nghiệ( p. Mộ( t trong nhữHng robot cô(ng nghiệ( p đầ?u tiê(n đ ượ c
tạ o là robot Versatran củ8a cô(ng ty AMF, MỹH.CũHng và o khoả8ng thờ i gian nầ?y ở8
xuấ-t hiệ( n loạ i robot Unimate ư1900 đượ c dù ng đầ?u tiê(n trong kỹHnghệ( ô
Tiế-p theo MỹH, cá4c nướ4c khá4c bắat đầ?
1967, Thụ y ĐiểFn và Nhậ( t 1968 theo bả8n quy ề?n củ8a MỹH; CHLB Đứ4c -1971; Ph
1972; ở8ÝP- 1973. . .
Tí4nh nă ng là m việ( c củ8a robot ngà y cà n
nhậ( n biế-t và xử8lý4.Nă m 1967 ở8trườ ng Đạ i họ c tổFng hợ p Stanford (MỹH) đãH


Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS

tạ o ra mẫLu robot hoạ t độ( ng theo mơ(hì nh “mắat-tay”, có4khả8nă ng nh ậ( n biế-t và
đị nh hướ4ng bà n kẹ p theo vị trí4vậ( t kẹ p nhờ cá4c cả8m biế-n. Nă m 1974 Cô(ng ty MỹH
Cincinnati đưa ra loạ i robot đượ c điề?u khiểFn bằBng má4y vi tí4nh, gọ i là robot T3
(The Tomorrow Tool: Cơ(ng cụ củ8a tương lai). Robot nầ?y có4th ểFnâ(ng đượ c vậ( t có4
khố-i lượ ng đế-n 40 KG.
Có4thểFnó4i, Robot là sự tổ
cấ-u điề?u khiểFn từ xa vớ4i mứ4c độ( “tri thứ4c” ngà y cà ng phong phú4củ8a hệ( thố-ng
điề?u khiểFn theo chương trì nh số-cũHng như kỹHthuậ( t chế-tạ o cá4c bộ( c ả8m biế-n,
cô(ng nghệ( lậ( p trì nh và cá4c phá4t triểFn củ8a trí4khơ(n nhâ(n tạ o, hệ( chuyê(n gia…

Trong nhữHng nă m sau nầ?
khô(ng ngừ ng phá4t triểFn. Cá4c robot đượ c trang bị thê(m cá4c loạ i cả8m bi ế-n khá4c
nhau đểFnhậ( n biế-t mô(i trườ ng chung quanh, cù ng vớ4i nhữHng thà nh tự u to l ớ4n
trong lĩHnh vự c Tin họ c - Điệ( n tử8đãHt ạ o ra cá4c thế-hệ( robot vớ4i nhiề?u tí4nh nă ng
đă c biệ( t, Số-lượ ng robot ngà y cà ng gia tă ng, giá4thà nh ngà y cà ng giả8m. Nhờ vậ( y,
robot cơ(ng nghiệ( p đãHcó4vị trí4quan trọ ng trong cá4c dâ(y chuyề?n sả8n xuấ-t hiệ( n
đạ i.

Mộ( t và i số-liệ( u về?số-lư

nghiệ( p phá4t triểFn như sau:

MỹHlà nướ4c đầ?u tiê(n phá4t minh ra Robot nhưng nướ4c phá4t triểFn
cao nhấ-t trong lĩHnh vự c nghiê(n cứ4u chế-tạ o sử8dụ ng lạ i là Nhậ( t
Bả8n.

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 5


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHÔ I

1.2. ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT:
Từ khi mớ4i ra đờ i robot cô(ng nghiệ( p đượ c á4p dụ ng trong nhi ề?u
lĩHnh vự c dướ4i gó4c độ( thay thế-sứ4c ngườ i. Nhờ vậ( y cá4c dâ(y chuy ề?n
sả8n xuấ-t đượ c tổFchứ4c lạ i, nă ng suấ-t và hiệ( u qu ả8sả8n xu ấ-t tă ng lê(n
rõHrệ( t.

Mụ c tiê(u ứ4ng dụ ng robot cơ(ng nghiệ( p nhằBm gó4p ph ầ?n nâ(ng cao nă ng
suấ-t dâ(y chuyề?n cô(ng nghệ( , giả8m giá4thà nh, nâ(ng cao chấ-t l ượ ng và kh ả8nă ng
cạ nh tranh củ8a sả8n phẩFm đồ?ng thờ i cả8i thiệ( n điề?u kiệ( n lao độ( ng. Đạ t đ ượ c
cá4c mụ c tiê(u trê(n là nhờ và o nhữHng khả8nă ng to l ớ4n c ủ8a robot nh ư : là m vi ệ( c
khô(ng biế-t mệ( t mỏ8i, rấ-t dễLdà ng chuy ểFn nghề?m ộ( t cá4ch thà nh th ạ o, ch ị u
đượ c phó4ng xạ và cá4c mơ(i trườ ng là m việ( c độ( c hạ i, nhi ệ( t đ ộ( cao, “c ả8m th ấ-y”
đượ c cả8từ trườ ng và “nghe” đượ c cả8siê(u â(m ... Robot đượ c dù ng thay th ế-con
ngườ i trong cá4c trườ ng hợ p trê(n hoặ c thự c hiệ( n cá4c cô(ng vi ệ( c tuy khô(ng n ặ
ng nhọ c nhưng đơn điệ( u, dễLgâ(y mệ( t mõHi, nhầ?m lẫLn.

Trong ngà nh cơ khí4, robot đượ c sử8 dụ ng nhiề?u trong cô(ng
nghệ( đú4c, cô(ng nghệ( hà n, cắat kim loạ i, sơn, phun phủ8kim loạ i, thá4o
lắap vậ( n chuyểFn phô(i, lắap rá4p sả8n phẩFm . . .
Ngà y nay đãHxuấ-t hiệ( n nhiề?u dâ(y chuyề?n sả8n xuấ-t tự độ( ng gồ?
m cá4c má4y CNC vớ4i Robot cô(ng nghiệ( p, cá4c dâ(y chuyề?n đó4đạ t mứ4c
tự độ( ng hố4cao, mứ4c độ( linh hoạ t cao . . . ở8đâ(y cá4c má4y và robot đ ượ c
điề?u khiểFn bằBng cù ng mộ( t hệ( thố-ng chương trì nh.
Ngồ i cá4c phâ(n xưở8ng, nhà má4y, kỹHthuậ( t robot cũHng đ ượ c s ử8 d ụ
ng trong việ( c khai thá4c thề?m lụ c đị a và đạ i d ương, trong y h ọ c, s ử8d ụ ng trong
quố-c phị ng, trong chinh phụ c vũHtrụ , trong cơ(ng nghi ệ( p nguyê(n t ử8, trong
cá4c lĩHnh vự c

xãHhộ( i . .

RõH.rà ng là khả8nă ng là m việ( c củ8a robot trong

mộ( t số-điề?u kiệ( n vượ t hơn khả8nă ng củ8a con ngườ i; do đó4nó4là phương
tiệ( n hữHu hiệ( u đểFtự độ( ng hoá4, nâ(ng cao nă ng su ấ-t lao đ ộ( ng, gi ả8m nh ẹ
cho con ngườ i nhữHng cô(ng việ( c nặ ng nhọ c và độ( c h ạ i. Nh ượ c đi ểFm l ớ4n
nhấ-t củ8a robot là chưa linh hoạ t như con ngườ i, trong dâ(y chuy ề?n tự độ( ng, n ếu có4mộ( t robot bị hỏ8ng có4thểFlà m ngừ ng hoạ t độ( ng c ủ8a c ả8dâ(y chuy ề?n,

cho nê(n robot vẫLn luô(n hoạ t độ( ng dướ4i sự giá4m sá4t củ8a con ngườ i.

1.3. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP:
Đị nh nghĩHa theo tiê(u chuẩFn AFNOR (Phá4p):

1.3.1. Định nghĩa robot công nghiệp:

Robot cô(ng nghiệ( p là mộ( t cơ cấ-u chuy ểFn độ( ng tự đ ộ( ng có4thểFlậ( p trì nh,
lặ p lạ i cá4c chương trì nh, tổFng hợ p cá4c chương trì nh đặ t ra trê(n cá4c tr ụ c to ạ đ ộ( ;
có4khả8nă ng đị nh vị , đị nh hướ4ng, di chuyểFn cá4c đố-i tượ ng vậ( t ch ấ-t: chi tiế-t, dao
cụ , gá4lắap . . . theo nhữHng hà nh trì nh thay đổFi đãHch ương trì nh hố4nh ằBm th ự c

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS

hiệ( n cá4c nhiệ( m vụ cô(ng nghệ( khá4c nhau.
Đị nh nghĩHa theo RIA (Robot institute of America):
Robot là mộ( t tay má4y vạ n nă ng có4thểFlặ p lạ i cá
thiế-t kế-đểFdi chuyểFn vậ( t liệ( u, chi tiế-t, dụ ng cụ hoặ c cá4c thiế-t bị chuyê(n dù ng
thơ(ng qua cá4c chương trì nh chuyểFn độ( ng có4thểFthay đổFi đểFhoà n thà nh cá4c
nhiệ( m vụ khá4c nhau.
Đị nh nghĩHa theo GOCT 25686-85 (Nga):
Robot cô(ng nghiệ( p là mộ( t má4y tự độ( ng, đượ c đặ t
đượ c, liê(n kế-t giữHa mộ( t tay má4y và mộ( t hệ( th ố-ng điề?u khiểFn theo ch ương trì nh,
có4thểFlậ( p trì nh lạ i đểFhồ n thà nh cá4c chứ4c nă ng vậ( n độ( ng và điề?u khi ểFn trong
q4trì nh sả8n xuấ-t.
Có4thểFnó4i Robot cơ(ng nghiệ( p là mộ( t má4y tự độ
từ ng phầ?n hoặ c toà n bộ( cá4c hoạ t độ( ng cơ bắap và hoạ t độ( ng trí4tu ệ( củ8a con

ngườ i trong nhiề?u khả8nă ng thí4ch nghi khá4c nhau.
Robot cơ(ng nghiệ( p có4khả8nă ng chương trì nh hố4
trụ c chuyểFn độ( ng, biểFu thị cho số-bậ( c tự do củ8a chú4ng. Robot cô(ng nghiệ( p đ ượ c
trang bị nhữHng bà n tay má4y hoặ c cá4c cơ cấ-u chấ-p hà nh, giả8i quyế-t nhữHng nhi ệ( m
vụ xá4c đị nh trong cá4c q4trì nh cơ(ng nghệ( :hoặ c trự c tiế-p tham gia thự c hi ệ( n
cá4c nguyê(n cô(ng (sơn, hà n, phun phủ8, ró4t kim loạ i và o khuô(n đú4c, lắap rá4p má4y . .
.) hoặ c phụ c vụ cá4c q4trì nh cơ(ng nghệ( (thá4o lắap chi tiế-t gia cô(ng, dao c ụ , đồ?
gá4. . .) vớ4i nhữHng thao tá4c cầ?m nắam, vậ( n chuyểFn và trao đ ổFi cá4c đ ố-i tượ ng vớ4i
cá4c trạ m cô(ng nghệ( , trong mộ( t hệ( thố-ng má4y tự độ( ng linh hoạ t, đượ c gọ i là “H ệ(
thố-ng tự độ( ng linh hoạ t robot hố4” cho phé4p thí4ch ứ4ng nhanh và thao tá4c đơn

giả8n khi nhiệ( m vụ sả8n xuấ-t thay đổFi.
Bậ( c tự do là số-khả8nă ng chuyểFn độ( ng củ8a mộ( t c
1.3.2. Bậc tự
quay hoặ c tị nh tiế-n) . ĐểFdị ch chuyểFn đượ c mộ( t vậ( t thểF
chấ-p hà nh củ8a robot phả8i đạ t đượ c mộ( t số-bậ( c tự do. Nó4i chung cơ hệ( củ8a robot
là mộ( t cơ cấ-u hở8, do đó4bậ( c tự do củ8a nó4có4thểFtí4nh theo cơ(ng thứ4c:
ỞTđâ(y: n - Số-khâ(u độ( ng;
pi - Số-khớ4p loạ i i (i = 1, 2,...,5 : Số-bậ( c tự do bị hạ n ch ế-).

Đố-i vớ4i cá4c cơ cấ-u có4cá4c khâ(u đượ c nố-i vớ4i nhau bằBng khớ4p quay hoặ c
tị nh tiế-n (khớ4p độ( ng loạ i 5) thì số-bậ( c tự do bằBng vớ4i số-khâ(u độ( ng... Đ ố-i vớ4i cơ
cấ-u hở8, số-bậ( c tự do bằBng tổFng số-bậ( c tự do củ8a cá4c khớ4p độ( ng.
ĐểFđị nh vị và đị nh hướ4ng khâ(u chấ-p hà nh cuố-i mộ( t cá4ch tuỳ ý4trong
khô(ng gian 3 chiề?u robot cầ?n có46 bậ( c tự do, trong đó43 bậ( c tự do đ ểFđị nh vị và 3
bậ( c tự do đểFđị nh hướ4ng. Mộ( t số-cô(ng việ( c đơn giả8n nâ(ng hạ , sắap xế-p... có4thểF
(u cầ?u số-bậ( c tự do í4t hơn. Cá4c robot hà n, sơn... thườ ng yê(u cầ?u 6 bậ( c t ự do.
Trong mộ( t số-trườ ng hợ p cầ?n sự khé4o lé4o, linh hoạ t hoặ c khi cầ?n phả8i tố-i ưu

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS

hoá4quỹHđạ o... ngườ i ta dù ng robot vớ4i số-bậ( c tự do lớ4n hơn 6.
1.3.3. Hệ

ints),

MỗLi robot thườ ng bao gồ?m nhiề?u khâ(u (links) liê(n kế-t vớ4i nhau qua cá4c

khớ4p (jo
đứ4ng yê(n. Hệ( toạ độ( gắan vớ4i khâ(u cơ bả8n gọ i là hệ( toạ độ( cơ bả8n (hay hệ( toạ độ(
chuẩFn). Cá4c hệ( toạ độ( trung gian khá4c gắan vớ4i cá4c khâ(u đ ộ( ng gọ i là hệ( toạ đ ộ( suy
rộ( ng. Trong từ ng thờ i điểFm hoạ t độ( ng, cá4c toạ độ( suy rộ( ng xá4c đị nh cấ-u hì nh củ8a
robot bằBng cá4c chuyểFn dị ch dà i hoặ c cá4c chuyểFn dị ch gó4c c ủ8a cá4c kh ớ4p t ị nh ti ế-n
hoặ c khớ4p quay. Cá4c toạ độ( suy rộ( ng cò n đượ c gọ i là biế-n khớ4p (Hì nh 1.1)

Cá4c hệ( toạ độ( gắan trê(n cá4c khâ(u củ8a robot phả8i tuâ(n theo qui
tắac bà n tay phả8i: Dù ng tay phả8i, nắam hai ngó4n tay ú4t và á4p ú4t và o lò ng
bà n tay, xoè 3 ngó4n : cá4i, trỏ8và giữHa theo 3 phương v(ng gó4c nhau, n ế-u
chọ n ngó4n cá4i là phương và chiề?u củ8a trụ c z, thì ngó4n tr ỏ8ch ỉ8ph ương,
chiề?u củ8a trụ c x và ngó4n giữHa sẽHbiểFu thị phương, chiề?u củ8a tr ụ c y (hì
nh 1.2).
Trong robot ta thườ ng dù ng chữHO và chỉ8s ố-n đểFch ỉ8h ệ( toạ đ ộ( g ắan trê(n
khâ(u thứ4n. Như vậ( y hệ( toạ độ( cơ bả8n (Hệ( toạ độ( gắan vớ4i khâ(u cố-đị nh) sẽHđ ượ
c ký4hiệ( u là O ; hệ( toạ độ( gắan trê(n cá4c khâ(u trung gian tương ứ4ng sẽHlà O , O ,...,

On -1, Hệ( toạ 0độ( gắan trê(n khâ(u chấ-p hà nh cuố-i ký4hiệ( u là On.

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

1

2

Page | 8


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHƠ I

1.3.4. Trường cơng tác của robot (Workspace or Range of motion):

Trườ ng cô(ng tá4c (hay vù ng là m vi ệ( c, khô(ng gian cô(ng tá4c) c ủ8a robot

là tồ n bộ( thểFtí4ch đượ c qué4t bở8i khâ(u chấ-p hà nh cuố-i khi robot th ự c hi ệ( n
tấ-t cả8 cá4c chuyểFn độ( ng có4thểF. Trườ ng cơ(ng tá4c bị rà ng bu ộ( c b ở8i cá4c
thơ(ng số-hì nh họ c củ8a robot cũHng như cá4c rà ng buộ( c cơ họ c củ8a cá4c khớ4p;
ví4dụ , mộ( t khớ4p quay có4 chuyểFn độ( ng nhỏ8hơn m ộ( t gó4c 360 0. Ngườ i ta
thườ ng dù ng hai hì nh chiế-u đểF mô(tả8trườ ng cô(ng tá4c c ủ8a m ộ( t robot (hì nh
1.3) .

1.4. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CƠNG NGHIỆP:

1.4.1. Mộ( tCác thànhrobot phầncơ(ng chínhnghiệ( pcủathườ ngrobotcơngbao nghiệp:gồ?
mcá4c thà nh phầ?n chí4nh như : cá4nh tay robot, nguồ?n độ( ng l ự c, d ụ ng cụ g ắan lê(n khâ(u
chấ-p hà nh cuố-i, cá4c cả8m biế-n, bộ( điề?u khiểFn , thiế-t bị dạ y họ c, má4y tí4nh ... cá4c phầ?

n mề?m lậ( p trì nh cũHng nê(n đượ c coi là mộ( t thà nh phầ?n củ8a hệ( thố-ng robot.

Cá4nh tay robot (tay má4y) là kế-t cấ-u cơ khí4g ồ?m cá4c khâ(u liê(n k ế-t v ớ4i
nhau bằBng cá4c khớ4p độ( ng đểFcó4thểFtạ o nê(n nh ữHng chuy ểFn đ ộ( ng c ơ bả8n c ủ8a
robot. Nguồ?n độ( ng lự c là cá4c độ( ng cơ điệ( n (m ộ( t chi ề?u ho ặ c đ ộ( ng c ơ b ướ4c),
cá4c hệ( thố-ng xy lanh khí4né4n, thuỷ8lự c đểFtạ o độ( ng lự c cho tay má4y hoạ t đ ộ( ng.

Dụ ng cụ thao tá4c đượ c gắan trê(n khâ(u cuố-i củ8a robot, dụ ng c ụ
củ8a robot có4thểFcó4nhiề?u kiểFu khá4c nhau như: dạ ng bà n tay đểFn ắam
bắat đố-i tượ ng hoặ c cá4c cô(ng cụ là m việ( c như mỏ8hà n, đá4mà i, đ ầ?u
phun sơn...
Thiế-t bị dạ y-hoc (Teach-Pendant) dù ng đểFdạ y cho robot cá4c thao tá4c
cầ?n thiế-t theo yê(u cầ?u củ8a quá4trì nh là m vi ệ( c, sau đó4robot t ự l ặ p l ạ i cá4c
độ( ng tá4c đãHđượ c dạ y đểFlà m việ( c (phương phá4p lậ( p trì nh ki ểFu d ạ y h ọ
c).
Cá4c phầ?n mề?m đểFlậ( p trì nh và cá4c chương trì nh điề?u khi ểFn robot đ ượ
c cà i đặ t trê(n má4y tí4nh, dù ng điề?u khiểFn robot thô(ng qua bộ( điề?u khi ểFn


Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 9


ROBOTICS PGS. PHAN BÙ I KHÔ I (Controller). Bộ( điề?u khiểFn cò n đượ c gọ i là
Mođun điề?u khiểFn (hay Unit, Driver), nó4thườ ng đượ c kế-t nố-i vớ4i má4y
tí4nh. Mộ( t mođun điề?u khiểFn có4thểFcị n có4cá4c cổFng Và o - Ra (I/O port)
đểFlà m việ( c vớ4i nhiề?u thiế-t bị khá4c nhau như cá4c cả8m bi ế-n giú4p
robot nhậ( n biế-t trạ ng thá4i củ8a bả8n thâ(n, xá4c đị nh vị trí4củ8a đố-i tượ
ng là m việ( c hoặ c cá4c dị tì m khá4c; điề?u khi ểFn cá4c bă ng t ả8i ho ặ c c ơ

cấ-u cấ-p phô(i hoạ t độ( ng phố-i hợ p vớ4i robot...

1.4.2. Kết cấu của tay máy:

Như đãHnó4i trê(n, tay má4y là thà nh phầ?n quan trọ ng, nó4quy ế-t đị nh kh ả8nă
ng là m việ( c củ8a robot. Cá4c kế-t cấ-u củ8a nhiề?u tay má4y đượ c phỏ8ng theo cấ-u
tạ o và chứ4c nă ng củ8a tay ngườ i; tuy nhiê(n ngà y nay, tay má4y đượ c thi ế-t kế-r ấ-t
đa dạ ng, nhiề?u cá4nh tay robot có4hì nh dá4ng rấ-t khá4c xa cá4nh tay ngườ i. Trong
thiế-t kế-và sử8dụ ng tay má4y, chú4ng ta cầ?n quan tâ(m đế-n cá4c thơ(ng số-hì nh độ( ng họ c, là nhữHng thô(ng số-liê(n quan đế-n khả8nă ng là m việ( c củ8a robot
như: tầ?m vớ4i (hay trườ ng cô(ng tá4c), số-bậ( c tự do (thểFhi ệ( n sự khé4o lé4o linh
hoạ t củ8a robot), độ( cứ4ng vữHng, tả8i trọ ng vậ( t nâ(ng, lự c kẹ p . . .

Cá4c khâ(u củ8a robot thườ ng thự c hiệ( n hai chuyểFn độ( ng cơ bả8n:
• ChuyểFn độ( ng tị nh tiế-n theo hướ4ng x, y, z trong khô(ng gian
Descarde, thơ(ng thườ ng tạ o nê(n cá4c hì nh khố-i
• ChuyểFn độ( ng xoay theo cá4c trụ c x, y, z trong khơ(ng gian.
• Cá4c chuyểFn độ( ng nà y thườ ng ký4 hiệ( u là T (Translation) ho ặ c
P (Prismatic).
Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 10


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHÔ I

1.5. PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP:
Robot cơ(ng nghiệ( p rấ-t phong phú4đa dạ ng, có4thểFđượ c phâ(n loạ i
theo cá4c cá4ch sau:

1.5.1.TheoPân kếloại-tcấtheo-ucủ8akếttaycấu:má4y ngườ i ta phâ(n thà nh
robot kiểFu toạ độ( Đề?cá4c, KiểFu toạ độ( trụ , ki ểFu toạ độ( cầ?u, ki ểFu
toạ độ( gó4c, robot kiểFu SCARA như đãH trì nh bà y ở8trê(n.
Có4cá4c dạ ng truyề?n độ( ng phổFbiế-n là :
1.5.2. Phân loại theo hệ thống truyền động:

- Hệ( truyề?n độ( ng điệ( n: Thườ ng dù ng
Current) hoặ c cá4c độ( ng cơ bướ4c (step motor). Loạ i truy ề?n độ( ng nầ?y d ễLđiề?u
khiểFn, kế-t cấ-u gọ n.
- Hệ( truyề?n độ( ng thuỷ8lự c: có4thểFđạ t đượ c cơ(ng su ấ-t cao, đá4p ứ4ng nhữHng
điề?u
kiệ( n là m việ( c nặ ng. Tuy nhiê
cồ?ng kề?nh,
- Hệ( truyề?n độ( ng khí4né4n: có4kế-t cấ-u gọ n nhẹ hơn do khơ(ng cầ?n dẫLn ngượ c
nhưng lạ i phả8i gắan liề?n vớ4i trung tâ(m tạ o ra khí4né4n. Hệ( nầ?y là m việ( c vớ4i
cơ(ng
suấ-t trung bì nh và nhỏ8, ké4m ch
robot hoạ t
“nhấ-c lê(n - đặ t
1.5-.3Dự a.Phânvà oloạiứ4ngtheodụ ngứngcủ8adụng:robot trong sả8n xuấ-t
có4Robot sơn, robot hà n, robot lắap rá4p, robot chuyểFn phơ(i .v.v...
1.5-.4Có4.Phânrobotloạiđiề?utheokhiểFncáchhở8thức(mạ

chvàđặcđiề?utrưngkhiểFncủakhơ(ngphươngcó4cá4cphápquanđiềuhệ(

khiển:phả8n hồ?i), Robot điề?u khiểFn kí4n (hay điề?u khi ểFn servo): sử8d ụ ng c ả8m bi ế-n, m ạ ch ph ả8n h ồ?i đ ểFtă ng
độ( chí4nh xá4c và mứ4c độ( linh hoạ t khi điề?u khiểFn.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ CẤU ROBOT

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS
I

PGS. PHAN BÙ I KHÔ

2.1. XÂY DỰNG CẤU TRÚC, THIẾT LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC
CỦA ROBOT:

2.1.1. Cấu trúc của ROBOT RRR:

2.1.2. Xây dựng hệ tọa độ DH: Denavit – Hartenberg (1955) đã quy ước hệ tọa độ
Decard gắn vào mỗi khâu của một tay máy Robot như sau:
* Trục zi được chọn dọc theo trục của khớp thứ (i+1).

Hướng của phép quay và phép tịnh tiến được chọn tùy ý.
* Trục xi được xác định dọc theo đường vuông góc chung giữa tr ục khớp đ ộng

thứ i và (i+ 1), hướng từ khớp động thứ i tới trục ( i+1).
* Trục yi được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Từ quy tắc trên ta xây dựng các tọa độ khảo sát (Hình 2.1).


Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS
Hệ( tọ a độ(

0 0

Gố-c tọ a0

Trụ c
ng oà i.O0 x 0

Trụ c
Trụ c
Hệ( tọ a độ(
Gố-c t ọ a 1đ ộ( đặ t tạ i tâ (m củ8a kh ớ4p đ ộ( ng thứ 42

Trụ c

1

Trụ c

Trụ c

O

Hệ( tọ a độ(
Gố-c t ọ a độ( đ ặ t tạ i tâ ( m củ8a khớ 4p độ( ng th ứ43.

Trụ c
Trụ c

2

O2

O2 z2

Trụ c

Ox

Hệ( tọ a độ(
Gố-c t ọ a độ( đ ặ t tạ i điể Fm c uố-i củ8a khâ (u tha o tá 4c.

2.1.3.

Trụ c

3

Trụ c

O3 x

Trụ c

O3

Oz

Vị trí4củ8ai
tham số- ,

hệ( itọ a

Xác định các tham số động học D-H:

,

: Gó4c quay quanh t

di
θ
: Dị ch chuyểFn tị nh tiế-n dọ c trụ c

d


θ

i

củ8a

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

trụ c


ROBOTICS
2.
a

: Dị ch chuyểFn dọ c trụ c
: Gó 4c qua y qua nh trụ c

i

αi

1.4. Lập bảng Denavit – Hartenberg:

Khâ(u
1
2
3

Thơ(ng số-tí4nh tố4n và thiế-t kế-:
• Khâ(u 1: a1= 500 (mm)
• Khâ(u 2: d2= 400 (mm)

• Khâ(u 3: a3= 300 (mm)
2.1.5. Tính tốn các ma trận truyền Denavit – Har enberg:
Mụ c tiê (u củ8a bà i to á 4n đ ộ( ng họ c thuậ( n là tí4nh to á 4n v ị trí4và h ướ4ng củ8a khâ (u tha o

tá4c dướ4i dạ ng hà m củ8a cá4c biế-n khớ4p.
Trong đó4:
+ Tọ a độ( X

[x1, x2, x3]T là vị trí4bà n kẹ p t

tro ng khơ(ng g ia n gọ i là khô( ng g ia n tha o tá 4c củ8a robot.

=

+ Và q [q
1 , q 2, q3 ]. ỞTđâ(y
tọ a độ( suy rộ( ng củ8a cá4c biế-n khớ4p. Tậ( p cá4c vectơ q xá4c đị nh nê(n khơ(ng gian kh ớ4p
hay cị n gọ i là khơ(ng gian cấ-u hì nh củ8a củ8a robot.
=

- Ta sẽHtì m hướ4ng và vị trí4củ8a bà n kẹ p robot từ ma trậ( n biế-n đổFi thuầ?n nh ấ-t A


Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55


ROBOTICS PGS. PHAN BÙ I KHÔ I - Dạ ng tổFng quá4t củ8a ma trậ( n DenavitHartenberg cho cá4c khâ(u:
- Ma trậ( n Denavit-Hartenberg cho khâ(u 1:

- Ma trậ( n Denavit-Hartenberg cho khâ(u 2:

- Ma trậ( n Denavit-Hartenberg cho khâ(u 3:

Từ (1), (2), ta xá 4c đ ị nh đ ượ c ma tr ậ( n biế- n đổ Fi t ọ a đ ộ( thu ầ? n nh ấ-t củ8a khâ (u 2 s o v ớ4i tr ụ c* hệ ( tọ a đ ộ( cố-đ ị nh là :

O0 x0 y0 z0

Page | 15

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55
ROBOTICS

*

Từ (4) & (3) ta xá4c đị nh ma trậ( n mô(tả8vị trí4và hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c trong h
tọ a đ ộ( cố-đ ị nh

O0 x0 y0 z0


2.1.6. Thiết lập hệ

- Ma trậ( ncho ta biế-t hướ4ng và vị trí4củ8a khâ(u thao tá4c trong hệ( tọ a độ( cố-đị nh
hay nó4i cá4ch khá4c là vị trí4củ8a điểFm tá4c độ( ng cuố-i và hướ4ng củ8a hệ( tọ a đ ộ( độ( ng gắan
và o khâ(u tạ i điểFm tá4c độ( ng cuố-i trong hệ( tọ a độ( cố-đị nh. Vì thế-nó4cị n đ ượ c bi ểFu di ễLn
qua thô(ng số-cá4c biế-n khớ4p ta tạ m gọ i là qi.
xoay θi, vớ4i i=1÷3.
-

Khi đó4, ma trậ( n 5 đượ c kí4hiệ( u thà nh:.

Sử8dụ ng cá4c gó4c Cardan xá4c đị nh hướ4ng củ8a vậ( t rắan. Ta gọ i
trị mơ(tả8trự c tiế-p vị trí4và hướ4ng củ8a EX Y Z

là cá4c tọ a độ( điểF
hệ( tọ a độ( O0Z0Y0Z0

biểFu diễLn:
Vớ4i:là ma trậ( n Cardan mô(ta hướ4ng EX3Y3Z3 so vớ4i hệ( tọ a độ( O0Z0Y0Z0.

là vectơ mơ(tả8vị trí4củ8a điểFm tá4c độ( ng cuố-i trong hệ( tọ a độ( O 0Z0Y0

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 16


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHÔ I

- Do ma trậ( n biểFu diễLn vị trí4và hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c trong hệ( tọ a độ( cốđị nh thô(ng qua biế-n khớ4p qi (Ma trậ( n trạ ng thá4i khâ(u thao tá4c theo cấ-u trú4c độ(
ng
họ c. Cò n ma trậ( n cũHng mơ(tả8vị trí4và hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c thơ(ng qua hệ( tọ
a độ( khâ(u thao tá4c. ỞTđâ(y ta chọ n cá4ch biểFu diễLn thơ(ng qua cá4c gó4c Cardan.

* Từ đó4ta có4PT độ( ng họ c ROBOT có4dạ ng: . Vớ4i n =3 vì cơ cấ-u ROBOT
có43 khâ(u.
- Từ cá4c hệ( thứ4c (5), (6), (7), (8), (9). Ta xâ(y dự ng đượ c hệ( 6 ph ương trì

nh độ( c lậ( p như sau:

2.2. TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THUẬN- NGƯỢC ROBOT:
2 .2

*

.1: Tính

Bà i

tố4n

tốn

độ( ng

động

họ cthuậ( n:

ọcthuận:

Cá4cthơ(ng số-đầ?u và o: q1, q2, q3.

Thô(ng số-cầ?n xá4c đị nh: điểFm tá4c độ( ng cuố-i E = ( , , ), và hướ4ng củ8a
khâ(u tá4c độ( ng cuố-i so vớ4i hệ( tọ a độ( cơ sở8.
* Ta có4tọ a độ( củ8a điểFm tá4c độ( ng cuố-i:

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55
ROBOTICS

Page | 17


* Hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c cuố-i

:

- Hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c có4thểFđượ c xá4c đị nh từ cá4c gó4c Euler, cá4c gó4c Cardan,
cá4c gó4c Roll – Pitch – Yaw. Ta chọ n sử8dụ ng cá4c gó4c Cardan, ký4hi ệ( u t ương ứ4ng là α, β,
η quay lầ?n lượ t quanh cá4c trụ c x-y-z.

Ma trậ( n cosin chỉ8hướ4ng xá4c đị nh từ cá4c gó4c Cardan:

* Nế-u biế-t trướ4c cá4c gó4c Cardan tương ứ4ng là α, β, η thì ta có4

ma trậ( n cosin chỉ8hướ4ng củ8a khâ(u thao tá4c theo cơ(ng th ứ4c sau
•

RCD =
Xá4c đị nh gó4c Cardan từ ma trậ( n cosin chỉ8hướ4ng: ta có4ma trậ( n

thao tá4c:

* So sá4nh cá4c phầ?n tử8tương ứ4ng củ8a 2 ma trậ( n 0A3

có4:

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55

Page | 18


ROBOTICS

PGS. PHAN BÙ I KHƠ I

Là 2.2bà i.2. Vịtố4ntrí chovàquỹtrướ4cđạoquytác độngluậ( tchuyểFncủakhâuđộ( ngthaocủ8atác:cá4c
biế-n khớ4p, cầ?n xá4c đị nh vị trí4 củ8a điểFm tá4c độ( ng cuố-i so v ớ4i h ệ( t ọ a đ ộ( g ố-c. ỞT đâ(y, ta
giả8sử8rằBng cá4c biế-n khớ4p là hà m theo thờ i gian:

+ Tọ a độ( điểFm tá4c độ( ng (xE, yE, zE) (mm): Thay cá4c giá4tr ị (14) và o (11) ta đ ượ c:

+ Thay cá4c giá4trị khá4c cho điề?u kiệ( n ban đầ?u bà i toá4n: Từ 2.1.4: Ta có4:
a1 = 500 (mm), d2 = 400(mm),

a3 = 300 (mm).

clear all;
clc;
t=0:pi/50:5*pi;
x=30*(cos(t).*cos(pi).*cos(2*t)+ sin(t).*sin(2*t))+50*cos(t)+40*sin(2*t);
y=30*(sin(t).*cos(pi).*cos(2*t)- cos(t).*sin(2*t))+50*sin(t)-40*sin(2*t);
z=30*sin(pi/2*(t)).*cos(2*(t));

%

Hanh trinh di chuyen cua khau thao tac trong khong gian

3 chieu plot3(x,y,z,'m');
axis square
grid on;

%

Ham ve do thi vi tri diem tac dong

plot(t,x,'r');
hold on;
plot(t,y,'g');
hold on;
plot(t,z,'y');

Lê(Tuấ-n Anh. CN-CĐT1_K55