De cuong on tap Kỹ thuật robot

Đề cương ơn tập
I. Phần lý thuyết
Câu1: Trình bày hai khái niệm robot và robotics?
- Robot là một loại máy móc tự động với những chuyển động mơ phỏng chuyển
động của con người hay các loài động vật, ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau
của đời sống, công nghiệp
- Robotics là một ngành công nghệ hoạt động trong các lĩnh vực thiết kế, chế tạo,
vận hành và ứng dụng robot. Robotics là sự kết hợp tương hỗ giữa nhiều các
chuyên ngành như : Cơ khí, cơ học, điều khiển học, công nghệ thông tin, kỹ thuật
điện điện tử.
Câu 3: Trình bày các cách phân loại robot cơng nghiệp? Vẽ hình phân loại
robot
cơng nghiệp theo phương pháp điều khiển.
Phân loại theo cấu trúc của tay máy
+ Tay máy có cấu trúc toạ độ Đề Các
- Có cấu trúc gồm 3 khớp tịnh tiến, khơng gian làm việc trong thể tích của một hình
hộp chữ nhật. Kích thước phụ thuộc vào lượng dịch chuyển của các khớp tịnh tiến.
+ Tay máy có cấu trúc toạ độ trụ
- Có cấu trúc gồm 3 khớp: 1 khớp quay và 2 khớp tinh tiến (RTT). Khơng gian làm
việc trong thể tích một hình trụ.
+ Tay máy có cấu trúc toạ độ cầu
- Có cấu trúc gồm 3 khớp: Hai khớp quay và một khớp tịnh tiến (RRT). Không gian
làm việc của tay máy là một phần hình cầu.
+Tay máy có cấu trúc dạng SCARA
- Cánh tay robot gồm 3 bậc tự do RRT.
+ Robot dạng phỏng sinh
- Cánh tay robot dạng phỏng sinh 6 bậc tự do RRRRRR được sử dụng nhiều trong thực
tế.
Phân loại theo ứng dụng
- Trong CN, tay máy thường được ứng dụng trong các cơng việc có tính chất lặp đi lặp
lại, nặng nhọc, độc hại,…Ngồi ra, luyện kim, hố chất, thực phẩm.

Câu 2: Trình bày cấu trúc chung của một robot công nghiệp?



Câu 4: Trình bày các ứng dụng chủ yếu của robot công nghiệp trong thực tế?
Đứng đầu trong việc ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất là công nghiệp ô
tô ( từ năm 2010 đến năm 2015) . Trong những năm gần đây , ngành công nghiệp
điện tử là ngành có tốc độ sử dụng robot cơng nghiệp tăng nhanh nhất
- Robot sử dụng cho đóng gói, phân loại sản phẩm, thường sẽ dùng Robot song
song.
- Robot được dùng để phun sơn trong xưởng sản xuất vỏ ô tô, máy bay….
- Robot công nghiệp dùng trong công nghệ ép nhựa.
- Được ứng dụng cho việc xếp dỡ, gắp hàng hóa.
- Sử dụng trong vận chuyển, di dời sản phẩm.
- Robot hàn xì tự động.
- Robot được ứng dụng trong nghành cơng nghiệp đúc để rót kim loại nóng chảy.
Câu 5: Trình bày các hệ tọa độ được sử dụng trong robot cơng nghiệp? Vẽ hình
minh họa?
- Các hệ tọa độ được sử dụng trong robot công nghiệp: hệ tọa độ gốc, hệ tọa độ vật
 Hệ tọa độ gốc: Hệ tọa độ gốc gắn với giá đỡ cố định thường là phần thân
máy cố định hay nền xưởng. Hệ tọa gốc của tay máy được gắn trên phần để
robot. Hệ tọa độ gốc là hệ quy chiếu quan trọng trong việc quan sát chuyển
động của tay máy, đặc biệt là chuyển động của khâu tác động cuối trong
không gian cơng tác, đơi khi cịn được gọi là hệ tọa độ cố định của robot
 Hệ tọa độ vật: là hệ tọa độ gắn trên mỗi khâu chuyển động của tay máy
Câu 6: Phát biểu quy tắc bàn tay phải xác định phương, chiều của các hệ tọa độ
trong robot cơng nghiệp?
- Dùng bàn tay phải, nắm hai ngón út và áp út lại, ba ngón cái, trỏ và giữa xịe ra
vng góc với nhau

 Ngón tay cái chỉ phương và chiều trục z
 Ngón tay chỏ chỉ phương và chiều trục x
 Ngón tay giữa chỉ phương và chiều trục y
Chiều dương được tính từ lịng bàn tay ra các đầu ngón tay.


Câu 7: Ma trận quay là gì? Trình bày cách xác định ma trận quay của khâu
công tác trên robot công nghiệp?
- Ma trận quay là một ma trận biểu diễn hướng của 1 hệ tọa độ không gian được
tạo bởi các vecto đơn vị của hệ tọa độ đó
 Là 1 ma trận gồm 9 thành phần
 Đặc trưng cho hướng của hệ tọa độ vật so với hệ tọa độ cố định
- Để xác định mặt trận quay của khâu công tác trên robot công nghiệp, ta cần
thực hiện các bước sau:
1. Xác định hệ trục tọa độ: Đầu tiên, ta cần xác định hệ trục tọa độ để có thể đo
đạc và tính tốn các thơng số cần thiết. Hệ trục tọa độ thường được xác định
bằng cách chọn một điểm gốc và các trục tọa độ tương ứng.
2. Đo đạc vị trí các khớp: Tiếp theo, ta cần đo đạc vị trí của các khớp trên robot.
Các thơng số cần đo đạc bao gồm góc quay, vị trí tuyến tính và tốc độ quay
của các khớp.
3. Tính tốn mặt trận quay: Dựa trên các thơng số đo đạc được ở bước trên, ta có
thể tính tốn mặt trận quay của khâu công tác trên robot. Mặt trận quay bao
gồm các thơng số về vị trí, hướng và góc quay của khâu cơng tác.
4. Kiểm tra và hiệu chỉnh: Cuối cùng, ta cần kiểm tra và hiệu chỉnh mặt trận
quay để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của nó. Nếu cần thiết, ta có thể
điều chỉnh lại các thông số để đạt được kết quả tốt nhất.


Câu 8: Phương trình động học tay máy là gì? Các phương pháp xây dựng
phương trình động học robot cơng nghiệp?

 Phương trình động học tay máy là một phương trình mơ hình hóa q trình
chuyển động của các bộ phận trong tay máy. Nó giúp mơ tả chuyển động của
các bộ phận cơ khí, từ đó giúp tính tốn các thông số như vận tốc, gia tốc, lực
tác động lên các bộ phận. Phương trình động học tay máy có thể được xây
dựng dựa trên các nguyên lý vật lý và cơ học.
 Các phương pháp xây dựng phương trình động học robot cơng nghiệp?
1. Phương trình động học thuận
- Động học robot là bài toán nghiên cứu chuyển động của robot mà khơng quan tâm
đến tính chất về lực tương tác cũng như về khối lượng mà chỉ xét đến cấu trúc hình
học của robot. Mục đích của bài tốn động học thuận là xác định vị trí của khâu tác
động cuối của Robot khi biết các biến khớp của Robot.
2. Phương trình động học ngược
- Động học ngược là bài tốn xác định góc quay của các khớp khi biết vị trí khâu tác
động cuối của robot.
Đặc điểm:
 Khơng có phương pháp tổng qt
 Nghiệm cũng khơng duy nhất
Có 3 phương pháp cơ bản:
 Phép đảo hướng
 Phép đảo vị trí
 Phép đảo kết hợp
Thơng thường hay sử dụng phương pháp đảo kết hợp nên dưới đây chỉ đưa ra cách giải
bài toán động học ngược theo phương pháp đảo kết hợp.


Câu 9: Bài toán động lực học tay máy là gì? Việc giải quyết bài tốn động lực
học tay máy có ý nghĩa như thế nào trong thiết kế và điều khiển robot cơng
nghiệp?
 Khái niệm
Bài tốn động lực học tay máy là bài toán nghiên cứu mối quan hệ giữa chuyển

động của tay máy và nguyên nhân gây ra các chuyển động đó
 Việc giải quyết bài tốn động lực học tay máy có ý nghĩa:
- Xây dựng mơ hình tốn mơ tả mối quan hệ giữa các chuyển động của tay máy và
các momen, lực gây ra các chuyển động đó.
- Tính tốn, mơ phỏng trên cấc mơ hình tốn, đưa ra các dự dốn về đặc tính động
lực học tay máy, từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển và thiết kế kết
cấu của tay máy.
Câu5: Trinh bày khái niệm robot công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO 8373?
- Robot là một loại máy móc có thể được lập trình được nhiều hơn hoặc bằng 2
trục với một mức độ tự chủ, nó có thể di chuyển trong mơi trường của mình và
thực hiện nhiệm vụ nhất định
Câu 9: Bài toán động lực học tay máy là gì? Việc giải quyết bài tốn động lực
học tay máy có ý nghĩa như thế nào trong thiết kế và điều khiển robot cơng
nghiệp?
-Bài tốn động lực học tay máy là bài toán nghiên cứu mối quan hệ giữa chuyển
động của tay máy và nguyên nhân gây ra các chuyển động đó.
- Ý nghĩa: Làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển và thiết kế kết cấu của
tay máy
Câu 10: Quỹ đạo chuyển động của tay máy là gì? Khi nào cần quan tâm đến
việc điều khiển robot tay máy theo quỹ đạo?
-Là một trong những yếu tố cơ bản để mô tả hoạt động của rôbot
- Khi việc điều khiển robot tay máy cần điều khiển theo dữ liệu đầu vào và theo quỹ
đạo mong muốn (dữ liệu đầu vào).
Câu11: Trình bày tác dụng của phép biến đổi thuần nhất trong việc nghiên cứu động
học tay máy trong robot công nghiệp
- Phép biến đổi thuần nhất giúp ta có thể biểu diễn chuyển động của một vật trong
không gian, nhờ vậy nên ta có cơ sở để giải bài tốn ngược dễ dàng điều khiển


lập trình RB chuyển động theo mong muốn và cũng là cơ sở để nghiên cứu

phương pháp tối ưu hơn
Câu 12: Trình bày phương pháp thiết kế quỹ đạo cho khâu công tác của robot
công nghiệp trong không gian khớp?
- Để thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp phải giải giải bài toán động học
ngược để xác định giá trị các biến khớp tại các nút. Sau đó, thiết lập cac hàm
nội suy q(t) để mô tả quỹ đạo vừa nhận được
- Thuật toán thiết kế quỹ đạo trong khơng gian khớp u cầu:
- -Khơng địi hỏi tính tốn q nhiều
- Vị trí, vận tốc, có thể cả gia tốc của các khớp phải được biểu diễn bằng các
hàm liên tục
- Giảm thiểu các hiệu ứng bất lợi ví dụ quỹ đạo khơng trơn
Câu 13: Trình bày phương pháp thiết kế quỹ đạo cho khâu công tác của robot
công nghiệp trong không gian công tác?
-Thực tế, Khi thiết kế quỹ đạo trong khơng gian khớp khó có thể đảm bảo chuyển
động chính xác của phần cơng tác do ảnh hưởng phi tuyến của việc chuyển đổi các
quan hệ động học từ không gian khớp sang không gian công tác
- Muốn cho phần công tác di chuyển theo đúng lộ trình đã định trong khơng gian
cơng tác cần thiết kế quỹ đạo trực tiếp trong chính khơn gian này.Quỹ đạo có thể xác
lập bằng cách nội suy đường dịch chuyenr qua các điểm chốt hoặc xác lập bằng cách
giải tích hàm chuyển động
II. Phần bài tập
Câu11: Thiết lập các ma trận quay sau: quay quanh trục x một góc β, quay quanh
trục y mới một góc γ, quay quanh trục z mới một góc φ? Thiết lập ma trận quay
Cardan theo thứ tự x→y→z với các góc quay như trên?


Câu12: Thiết lập các ma trận quay sau: quay quanh trục z một góc θ, quay quanh
trục y mới một góc β, quay quanh trục x mới một góc α? Thiết lập ma trận quay
Roll - Pitch - Yaw theo thứ tự z→y→x với các góc quay như trên?

Câu13: Thiết lập các ma trận quay sau: quay quanh trục z một góc φ, quay quanh
trục y mới một góc α, quay quanh trục z mới một góc γ? Thiết lập ma trận quay
Euler theo thứ tự z→y→z với các góc quay như trên?


III. Phần bài tập động học
Câu14: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 1):

Hình 1


a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy
robot? b, Lập bảng thông số động học D-H? c, Thiết lập
phương trình động học cho tay máy robot?
d, Cho l1 = 230mm, l2 = 150mm, tại B có: q1= 600, q2 = 900, q3 = 120mm. Xác định
vị trí của tay kẹp tại B?
Câu15: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 2):

Hình 2
a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy robot?
b, Lập bảng thông số động học D-H?
c, Thiết lập phương trình động học cho tay máy robot?
d, Cho l1 = 300mm, l2 = 170mm, tại B có : q1= 2500, q2 = 230mm, q3 = 2100.
Xác định vị trí của tay kẹp tại B?
Câu16: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 3):

Hình 3

a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy robot?
b, Lập bảng thông số động học D-H?
c, Thiết lập phương trình động học cho tay máy robot?
d, Cho l1 = 200mm, l2 = 170mm, tại B có : q1= 210 0, q2 = 1500, q3 = 1500. Xác
định vị trí của tay kẹp tại B?
Câu17: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 4):

Hình 4
a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy robot?
b, Lập bảng thông số động học D-H?
c, Thiết lập phương trình động học cho tay máy robot?
d, Cho l1 = 250mm, tại B có : q1= 3300, q2 = 1500, q3 = 150mm.
Xác định vị trí của tay kẹp tại B?
Câu18: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 5):


Hình 5
a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy robot?
b, Lập bảng thông số động học D-H?
c, Thiết lập phương trình động học cho tay máy robot?
d, Cho l3 = 150mm, tại B có : q1= 2700, q2 = 250mm, q3 = 2100.
Xác định vị trí của tay kẹp tại B?
Câu19: Cho sơ đồ tay máy robot cơng nghiệp (Hình 6):

Hình 6
a, Thiết lập các hệ tọa độ theo quy tắc D-H lên tay máy robot?
b, Lập bảng thông số động học D-H? c, Thiết lập phương trình động học cho tay máy
robot? d, Cho l0 = l3 = 70mm, l1 = l2 = 100mm, tại B có : q1= 30 0, q2 = 450, q3 =
450. Xác định

vị trí của tay kẹp tại B?