Thiết kế robot cơ cấu song song trên máy tính dựa trên kết quả mô phỏng động lực học

ơ o
■ - Ă
53
ĐẠI HỌC o u ố c GIA HÀ NÔI
TRUNG TÂM HỢI» TÁC f)À(> TẠO
VẢ BỒI DƯỠNG CO HOC
TRUNG TẦM KHOA HỌC Tự NI IIÊN
VÀ CÔNG NGHÊ QUỐC GIA
V IỆN C ơ IIỌ C
Vu Thanh Quang
T H I Ế T K Ê R O B O T c ơ C Ấ U S O N G S O N G T R Ê N M Á Y T Í N H
D ự A T R Ê N K Ế T Q U Ả M Ô P H Ỏ N G Đ Ộ N G L ự c H Ọ C
■ m m m
Chuyên ngành: C ơ h ọc ứ n g d ụ n g
M ã số: 2 .0 2 .0 2
L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ỹ c ơ H Ọ C
NGƯỜI HƯỚNG DẪN K HO A HỌC:
T S . P h a m A n il T u ấ n
H À N Ộ I - 200 3
1 í. • ỉ-i A' MOI
1
M ụ c lụ c
L ờ i n ó i đ ẩ u
T lm ậ t n gữ c h u n g liê n qu a n đ ế n cá c cư c ấ u so n g s o n g
C h ư ơ ng 1 G iớ i th iệ u , m ụ c tiê u và c ấ u trú c c ủ a đ ề t à i
/. / Đ ặt vấn đ ề
/ .2 M ục tiêu của đê t à i
1.3 N ội dung chính của đ ề tài

C lu rư n g 2 T ổ n g q u a n về R o b o t
2.1 ư u điểm của Robot tronạ công n g h iệp

2.1.1 Nâng cao cliât Itrợng sản phẩm:

2.ì .2 Cải thiện điều kiện vù môi trường làm việc:

2.1.3 Hiệu quà chi phí:
2.1.4 Thay đổi dễílàriiỊ:
2 .2 Cấu trúc cơ bản của R ob o t:

2.2.7 Phần tuy m áy
2.2.2 Phần dộng lực:
2.2.3 Bộ diều khiên
2.3 M ột sô dạng Robot thông dụng hiện n a y
2.3.1 Robot cơ câu chuỗi
2.3.2 Robot cơ cấu song song
2.3.3 Robo lai ghép (Hybrid Robot)
2.3.4 Robot di độntỊ:
2.3.5 Robot dạng người:
2.3.6 Robot tái cẩu trúc áp dụng nguyên lắc module hóa

2.4 M ột s ố ưu nhược điểm của Robot song s o n g
2.5 M ột sô ứng dụng của Robot song s o n g

C h ư ơ ng 3 L ự a c h ọ n c ấu tr ú c R o b o t
3.1 Phân tích bài toán
3.2 Lựa chọn cấu trúc R ob ot

C hư ơ ng 4 M ô p h ỏ n g đ ộ n g h ọ c v à đ ộ n g lự c h ọ c
4.1 Giới thiệu
đ.2 Cơ sở lý thuyết động học và động lực học H exa p od

4.2.1 Phân tích dộng học Hexapod
4.2.2 Phân tích bài toán vận tốc He.xapoil

4.2.3 Phân tícli tính kỳ dị (suy biến)

4.2.4 Phùn tích bài toán gia tốc Hexapod
4.2.5 Phân tích Ị ực tĩnh Hexapod
4.2.6 Phân tích động lực học Hexapod
4.3 M ô phỏnạ động học và độnạ lực học H e x a p o d

4.3.1 Các thông sô dầu vào cửa bài toán động học vò dộng lực học
4.3.2 Các bước mô phỏng
C h ươ ng 5 Phân tíc h m ộ t số c ụ m c h i tiế t c h ín h
Mục lục
I
■>
. . 5
9
9
¡2
13
15
15
. /5
. 16
. ¡6
16
17
.17

. 17
IS
19
. 19
.20
~>1
.23
.24
.25
26
28
3 0
30
3 ỉ
35
35
36
36
.41
.42
.43
.44
.45
52
.53
.54
55
2
5. / Tiêu chuẩn và các thông s ố thiết k ế 55
5.1.1 Tiêu chuẩn về độ kín bảo vệ 55

5.1.2 Tiên chuẩn vê âộ chính xúc
56
5.1.3 Cút thông số thiết kế 57
5.2 Phàn tích một sô cụm chi tiết ch ín h 37
5 2.1 Khóp cảu và kììỚỊ.) cúc dãm* 59
5.2.2 Cúc cụm cơcâìt Trục vít - Đai ốc (Ẳ)
5.2.3 Độiiạ cơ bước và động cơ Servo M
5.2.4 Cửỉìì biến, tín hiệu do IườìiiỊ và điêu khiển 75
5.2.5 Cơ cấu chấp hành 82
C hư ơ ng 6 T h iế t k ế c h i t i ế t 88
ó. I M ỏ tả Robot song song cần thiết k ê XK
6.1 .ì Cấp chính xác chi tiết
6.12 Cúc cơ cấu được lựa chọn ss
6.1.3 Bệ di độnq 90
6.1.4 Đế cố định 90
6.1.5 KhỚỊ) liên kết 9!
6.2 Chưong trình dùng đ ể thiết k ế R o b o t 91
6.3 Các bản vẽ thiết kế 94
C hư ơ ng 7 K ế t lu ậ n 95
7. / Các kết quả đạt đư ợ c 95
7 2 Khả năng phát triể n 97
T à i liệ u th a m k h ả o 99
P h ụ lụ c : M ộ t số b ả n vẽ th iế t k ế H e x a p o d 101
3
Lời nói đ ẩu
M ố i q ua n tâ m cơ bản c ủ a n ề n c ô n g n g h iệ p c h ê tạ o n g a y từ đ áu là tìm c á ch
la n g k hả n ă n g sản x u ấ t, g iả m c h i p h í và g iá th à n h c h ế tạ o sản p h ẩ m . Đ ế n đ ầ u
111 lữ n g n ă m 8 0. các n g à nh c ô n g n g h iệ p c h ín h đ ã tìm th ấ y lờ i g iả i đ á p li o n g
n h iề u lĩn h vự c k ỹ th u ậ t c ô n g Iig h ệ n h ư hệ Ih ố n g đ iề u k h iể n sô (N u m e ric a l
C o n tro l - N C ), th iế t k ế /v ẽ vớ i sự trự g iú p củ a m á y tín h (C o m p u ta A id e d

D e s ig n /D r a ftin g - C A D ) , sản x u ấ t vớ i sự trự g iú p củ a m á y lín h ( C o m p u te r
A id e d M a n u fa c tu r in g - C A M ) , h ệ th ố n g m á y tín h đ iề u k h iể n số (C o m p u ta
N u m e ric a l C o n tro l - C N C ), và h ệ th ố n g sản x u ấ t tíc h hợ p m á y lín h (C o m p u te r
In te rg ra te c l M a n u fa c tu r in g - C IM ) . H ệ th ố n g sản x u ấ t tíc h h ợ p m á y lin h , sử
đ ụ n g C A D , C A M , C N C v à R o b o t để tạ o th à n h c á c c ụ m là m v iệ c thự c h iệ n
m ộ t lo ạ i cá c h oạ t đ ộ n g từ th iế t k ế c á c b ộ p h ậ n đ ế n c h ế tạ o ho à n c h ỉn h c lu in g
m à k h ô n g cần sử d ụ n g n h â n c ô n g , n g à y cà n g d ư ợ c sử d ụ n g rộ n g rã i. C á c c ô n g
v iệ c lựa c h ọ n p h ô i, lắ p đ ặ t p h ô i v à o m á y g ia c ô n g , c h ọ n d ụ n g c ụ g ia c ô n g ,
c h u y ể n b án thà n h p hẩ m đ ế n v ị tr í g ia c ô n g trê n m á y g ia c ô n g k h á c và th ậ m
c h í đ ặt thà n h p h ẩ m và o v ị t rí tr o n g k h o đ ều có th ể đư ợc thự c liiệ n b ở i m ộ t h ay
n h iề u R o b o t. R o b o t c ũ n g là c ô n g c ụ rấ t tố t k h i cầ n sử d ụ n g c h o c ;íc c ò im v iệ c
n ặ n g n họ c, n g u y h iể m và lặ p đ i lặ p lạ i.
R o b o t Iig à y cà n g c ó m ộ t v ị t r í h ế t sứ c q u a n Irọ n g k h ô n g c h ỉ tro n g n g ìm li g ia
c ô n g c ơ k h í, c h ế tạo m à cò n đư ợ c sử d ụ n g rộ n g rã i tro n g rấ t n h iề u n g à n h k h á c
n hư v ậ t lý , k h a i th á c m ỏ , cứ u h ộ , c ô n g n g h iệ p g iả i tr í V iệ c n g h iê n cứ u , th iế t
k ế , c h ế tạ o và áp d ụ n g R o b o t đ ó n g g ó p v a i trò to 1Ớ11 tro n g c ô n g c u ộ c c ô n g
n g h iệ p h o á và h iệ n đ ạ i ho á đ ấ t nư ớc.
Đ ề tài "Thiết k ế p h ầ n cơ k h í R obot cơ cấu son g song trên m áy íinìì dựa trên
kết quả mô phỏng đ ộnẹ lực h ọ c " đư ợ c th ự c h iệ n tậ p tru im v à o v iệ c liế p cận
và n g h iê n cứ u m ộ t lo ạ i R o b o t so n g s o n g - H e x a p o d , ứ ng đ ụ n g c h o c ô n g tác
g ia c ô n g các c h i tiế t c ơ k h í p hứ c tạ p và đư a ra b ản th iế t k ế ph ần cơ k li í C IK 1
R o b o t đ ó .
T ro n g q u á trìn h th ự c h iệ n b ả n lu ậ n v ă n, tô i đ ã nh â n đư ợc, u ự c liế p h o ặ c g iá n
tiế p , rấ t n h iề u sự hư ớ n g d ẫn , g iú p đ ỡ, g ó p ý, c ủ a cá c th ầ y c ô g iá o v à cá c bạ n
d ồ n g n g h iệ p . T rư ớ c tiê n , tô i x in c h â n th à n h c á m ƠI1 ng ư ờ i lnrớne; dẫ n trự c liê p ,
4
T S . P hạm A n h T u ấ n , vì nh ữ ng sự h ướ n g d ẩn , g iú p dữ, k h u y ế n k lú c lì trự c tiê p
c ù a th ầ y tro n g su ốt q uá trìn h thự c h iệ n lu ậ n văn . T ô i c ũ n g x in ch â n tlià u li cá m
Ơ I1 P GS . T S K I I. N g u y ễ n T iế n K h iê m , GS . TS . P han N g u y ô n D i, PCÌS. TS . Đ in h
V ă n P h o n g đã g ó p ý c h o bản lu ậ n văn n g a y tro n g q u á trìn h thự c h iệ n h ã n (le

cư ơn g. C u ố i c ù ng tô i x in ch ân th à n h cả m ơn T r u n g tâ m Đ à o tạ o và B ổ i (lirỡ im
C ơ h ọ c , V iệ n C ơ h ọ c , C ò n g ly Đ ầ u tư P hát triể n C ô n g trìn h D u lịc h . V iệ n
C ô n g n g h ệ - Bộ C ô n g n g h iệ p , gia đ ìn h và c ác bạ n d ồ n g n g h iệ p (lã g iú p dỡ, tạ o
d iề u k iệ n và đ ó n g g ó p ý k iế n tro n g su ốt th ờ i g ia n tô i h ọ c lậ p và n g h iê n cứu (lè
tô i h oà n th à n h bản lu ậ n vă n nà y.
M ặ c d ù c ố g ắ n g n h iề u , nh ữ ng vớ i th ờ i g ia n và k h u ô n k h ổ củ a lu ậ n v ă n c ó hạn
n ê n lu ậ n vã n kh ó trá n h k h ỏ i có nh ữ n g th iế u sót. T ô i c h â n th à n h m o n g đượ c sự
g ó p ý c ủ a cá c th ầ y c ô và cá c d ồ n g n g h iệ p c h o b ản lu ậ n vă n n ày .
H à n ộ i, th á n g 0 9 n ă m 2 0 0 3
N g ư ờ i tliự c h iệ n
V ũ T h a n h Q u a n g
5
T h u ậ t n g ữ c h u n g liên qu a n đ ến c á c cơ c ấ u so n g s o n g
T h u â t tiịỉũ cơ bản
C ơ cấu song soiiịỉ: C ư cấ u c h u ỗ i k h é p k ill tro n g d ó ih à n h p liíìn thự c h iện c u ối
c ù n g (b ệ d i đ ộ n g - P la tfo rm ) dư ợc n ố i vớ i đ ê bằ n g ít Illicit h ai c liu ỏ i d ộ n g họ c
d ọ c lậ p . C á c th u ậ t ng ữ tư ơ ng dư ơ ng: R o b o t so ng s on g, ta y m á y so ng s on g, m ỏ
h ìn h S te w a rt, c ơ cấu liê n k ế t so ng so ng , cơ cấ u c h u ỗ i kh é p kín , m á y d ộ n g họ c
so ng so n g (P a ra lle l K in e m a tic M a c h in e - P K M ), h e x a p o d
V iệ c sử d ụ n g c á c th uậ t n g ữ tươ ng đư ơng trê n đ ư ợc x á c (lịn h Iren C O ' sử cá c
đ ịn h n g h ĩa sau:
- T h e o 'T h u ậ t ngữ về L ý th u y ế t M á y và C ơ c ấ u" - Terminology fo r the
Theory o f M achines and M echanisms - do I F l ’o M M đ ịn h n g h ĩa n üm
1 9 9 1 :
o C ơ cấu : H ệ th ố n g các vậ t được th iế t k ế để b iế n d ổ i c h u y ể n đ ộ n g ,
h a y tác đ ộ n g lự c , c ủa m ộ t h ay m ộ t v à i v ậ t the o c h uy ể n tlọ im , ha y
tá c d ộ n g lự c, của cá c vật kh ác .
o C ơ cấ u cầ u p hư ơn g: C ơ cấ u m à tro n g đ ó q u ì d ạo c h u y ể n đ ộ n g
củ a tấ t c ả c á c đ iể m củ a cá c liê n k ế t củ a n ó n ằ m Ire n các m ặ t cầu
ctồng tâ m .

o M á y : H ệ th ố n g cơ họ c th ự c h iệ n m ộ t c ô n g v iệ c nh ấ t (lịn h nhu' lạo
h ìn h v ậ t liệ u , tru y ề n và b iế n đ ổ i ch u y ể n đ ộ n g và lực.
o R o b o t: H ệ th ố n g cơ h ọ c d ướ i tá c đ ộ n g củ a d iề u k h iể n lự d ộ n g
thự c h iệ n cá c h oạ t d ộ n g tự đ ộ n g hoa.
o T a y m á y : T h iế t b ị d ù n g đ ể n ắ m và d i c h u yể n các vật th e o c h uy ể n
đ ộ n g đượ c đ iề u k h iể n .
o C h u ỗ i (lộ n g h ọ c: c h u ỗ i k ế t h ợp cá c liê n kế t và k h ớ p n ố i lắ p rá p
vớ i n h a u .
- T h e o IS O 8 3 7 3 , T ừ v ự n g về các R o b o t ta y m á y c ô n g n g h iệ p n ăm 1994:
o T a y m á y : là m ộ t th iế t b ị, k ế t cấ u cư h ọ c của I1Ó th ư ờ n g ba o g ồ m
m ộ t c h u ỗ i c ác p h ầ n tử , dược n ố i v ới Iih a u h o ặ c trư ợ t tư ơng (-lối
với n ha u , vớ i m ụ c đ íc h n ám lấ y v ậ t và d i c h u y ể n vẠt (c ác c h i liế t
h oặc d ụ n g c ụ ) th e o m ộ t số b ậc tự d o. N ó c ó th ể đượ c đ iể u k liic n
b ở i n g ư ờ i đ iề u k h iể n , th iế t b ị đ iề u k h iể n d iệ n tử có tliể lậ p trìn h
h a y b ất cứ hệ th ố n g lo g ic n à o ( v í d ụ n hư th iế t bị ca m , d â y ).
o R o b o t so n g so ng : là m ộ t ro b o t m à ta y củ a n ó c ó ít n h át 3 liê n kế t
tịn h tiế n đ ồ n g th ờ i.
6
C á c k h á i n iệ m trên cư sở lịc h sử củ a c ác cơ cấ u so ng so ng và củ a lo b o l học
n h ìn ch u n g :
- M ỏ h ìn h S tew a rt: C ư cấ u so n g so n g 6 bộc tự d o vớ i sáu c h u ỗ i clỏ im h ọc
g iố n g n ha u , g ồ m m ộ t k liứ p liê n kế t cá c đ ă n g , m ộ t cư càu c ltà p h àn h
trượt và m ộ t kh ớ p liê n k ết cầu.
- M á y đ ộ n g h ọ c song so n g ( P K M ): M á y c ô n g cụ trên cư sở c ơ cấu so ng
song.
- H e x a p o d : M á y đ ộn g h ọ c so ng s o ng c ó 6 c hâ n h oặc m á y (ự d i c h u y ể n
vớ i 6 c h â n có k hớ p (L o c o m o tio n ).
- C ư cấ u s on g so ng hoà n to àn : C ơ cấ u s o n g so n g vớ i bộ đ i d ộ n g c u ố i có M
bậc tự d o được n ô i trê n cơ sở 11 c h u ỗ i d ộ n g h ọ c đ ộ c lập , m ỗ i c lu iỗ i có
m ộ t cơ cấu c h ấ p hà n h riê n g .

- C ơ cấ u so ng so ng la i g hép : C ơ cấ u s o ng so ng v ớ i bộ d i d ộ n g c u ố i có 11
hạc tự đ o đư ợc n ố i trê n cơ sở rn ( m < n ) c h u ỗ i đ ộ n g h ọc d ộ c lạ p, m u i
c h u ỗ i c ó m ộ t cơ cấu c h ấp h à n h l iê n g .
- C ư c ấ u so n g so ng q u a y : C ơ cấ u so n g so n g tro n g đ ó tất cả cá c đ iể m trôn
bệ d i d ộ n g c u ố i d i c h u y ể n th e o q u ĩ đ ạo n ằ m tren cá c m ặ t cầu d ổ im lâ m .
C ách so i tên theo kết cấu
M ộ t c h u ỗ i d ộ n g họ c Iĩiở th ư ờn g được m ô tả b ằ n g c h u ỗ i cá c cặp k h ớ p đ ộ n g Itọc
c ủ a c h ú n g , tro n g đ ó các k ý h iệ u sau được d ù n g để c h ỉ các kliứ p n ố i đ ộ n g học :
- P: K h ớ p trư ợ t.
- R : K h ớ p q u a y.
- S: K h ớ p cầu .
Đ ô i k h i ký h iệ u u được sử d ụ n g c h o k h ớ p cá c đ ă n g , (u y n h iê n d o k liứ p các
đ ă n g k h ô n g p h ả i là m ộ t k h ớ p đ ộ n g h ọ c đơ n (h a i k liứ p q u a y có trụ c q u a y g iiK )
n h au lạ i tâ m k h ớ p - thư ờn g là v u ô n g g ó c n h a u trê n m ộ t m ặt p h ẳ n g ) 11CI1
th ư ờ ng dư ợc sử d ụ n g k ý h iệ u R R .
Đ ể k ý h iệ u k h ớ p d ộ n g h ọc n ào là cơ c ấu c h ấ p h àn h , chữ cá i c h ỉ kh ớ p d ó sẽ
đượ c g ạc h ch â n ( v í d ụ p h a y R ).
V í d ụ: C h u ỗ i đ ộ n g h ọ c củ a m ô h ìn h S tew art c ó d ạn g (R R ) PS.
C ác CƯ c ấ u so n g so ng c ó cá c c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c đ ộ c líìp sẽ đượ c k ý liiệ u là II
x x x x tro n g đ ó II là sô c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c và x x x x k ý h iệ u d a ng của c lm ỏ i
đ ộ n g h ọ c c ó c lìữ c á i c u ố i cù n g c h ỉ k liớ p Iiố i vớ i bệ d i đ ộ n g c u ố i cù n g .
7
M ô h ìn h S te w a rt là cư c ấ u s on g s o n g c ó k iế n trú c d ạn g 6 -D O I 6 - (KK)
FS h o ặ c 6 - D O F 6-SPS.
- M ô h ìn h 3 -D O I7 3 - R R R h a y 6 - D O F 3 -R P R S
Thuát Iiỉỉữ đông hoe liên quan đến cơ cấu song SOIIÍỈ
P hân tíc h v ị tr í
o T ư thế : V ị tr í và hư ớn g củ a b ệ d i đ ộ n g c u ố i.
o C ấu h ìn h : C ác v ị tr í và h ướ ng k ế t h ọ p củ a tất c ả cá c liê n kố t VĨI bệ
d i đ ộn g c u ố i.

o T o ạ đ ộ k hớ p : c ác b iế n m ô tả cá c k hớ p ch ấ p h à nh . T ro n g R o b o l,
cá c tọa đ ộ n à y th ư ờ ng dượ c c h ọn là cá c tọ a đ ộ s u y rộ n g .
o T o ạ đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g : C á c b iế n LĨ1Ô tả tư th ế c ủa bệ d i d ộ n g
c u ố i tro n g hệ tọ a đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g (c ố đ ịn h ) .
o Đ ộ n g h ọ c n g ượ c: B à i toá n tìm c ác toạ đ ộ su y lộ n g từ cá c toụ đọ
k h ô n g g ia n c h u n g .
o Đ ộ n g h ọ c th u ậ n : b à i to á n tìm cá c íoạ đ ộ k h ô n g g ia n c h u iiu lừ cá c
to ạ đ ộ s u y lộ n g .
- P hân tíc h vạ n tố c (tín h s u y b iế n )
o Đ ộ n g h ọ c n gượ c tứ c th ờ i: b ài to á n tìm cá c vậ n tố c s uy lộ n g từ
cá c VỘ11 tố c tu y ệ t đ ố i tro n g hệ tọ a đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g .
o Đ ộ n g h ọc th u ận tứ c th ờ i: b à i toá n tìm cá c vận tố c tu y ệ t (ló i tro i 11»
hệ tọa đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g từ c á c v ậ n tố c su y rộ n g .
o C ấu h ìn h su y b iế n : M ộ t c ấu h ìn h tro n g d ó c h u y ể n đ ộ im lire Iliờ i
h oà n c h ỉn h c ủ a cơ cấ u (tấ t cả các v ận tố c k h ớ p ) k h ô n g the được
x á c đ ịn h cả cá c vạ n tố c s u y lộ n g lẫ n cá c v ạn tố c t m im k h ổ n g
g ia n c h u n g .
P hàn tíc h k h ô n g g ia n là m v iệ c : Đ ể là m g iả m bớ t c ác đ ịn h im lũ a . c o i
đ iể m
c
là m ộ t đ iể m c ố đ ịn h trê n bệ d i đ ộ n g c u ố i. D o v ậ y ,
lất
cá các
đ iể m tro n g m ộ t k h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c c o n tư ơ ng ứ ng với cù n g
m ộ t d ạ n g n ố i g h é p củ a R o b o t s on g so ng , tức là ta y m á y s oil*; s o il” có
thể d i ch u y ể n liê n tụ c g iữ a b ất k ỳ h a i đ iể m n ào tr o n g k h o ả n g k liỏ n g
g ia n là m việ c c o n dó.
o K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c h o à n c h ỉn h : T ậ p ta t cả cá c III I liố c ó
th ể c ó của bệ d i d ộ n g c u ố i (th à n h phầ n là m v iệ c ).
V í c! ụ :

8
O K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c co n : M ộ t tạ p c o n c ủa k h o á n g k liỏ im
g ia n là m v iệ c ho à n c h ỉn h .
o K h o a n g k h ô n g g ia n là m v iệ c h ư ớn g k h ô n g d ổ i: T ậ p lấ l cá c ác vị
tr í c ó th ể c ó c ủ a đ iể m c k h i bệ d i d ộ n g c u ố i đượ c g iữ th e o m ột
hư ớ n g Illic it đ ịn h .
o K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c q u a y : T ạ p cá c hư ớ ng c ó th ể có cùa
bệ d i đ ộ n g c u ố i k h i đ iể m c c ố đ ịn h so v ớ i đế.
o K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c t ố i ưu : T ạ p ta t cả cá c v ị trí c ó th ể có
củ a đ iể m c m à bệ d i d ộ n g c u ố i c ó th ể x o a y th e o m ọ i hư ớ n g.
o B iê n v â t lý : T ậ p tấ t c ả c á c đ iể m c ó th ể n liậ n đư ợc b ở i ít n h ấ t I
đ iể m trê n to à n b ộ cơ cấ u s o ng so n g tạ i ít n h át m ộ t cấu 1 lil ilí cùa
n ó.
9
Chương 1 Giới th iệu , m ụ c tiêu v à cấ u trú c c ủa đế tài
1.1 Đ ặt vấn d ể
R o b o t là m ộ t c h u y ê n n g à n h th ú v ị và (lá n g đ ể c ô g ắ ng n g h iê n cứ u su ố t d ời.
M ộ t m ặ t, c h ú n g có n h iề u ứ ng d ụ n g th ú v ị k h á c n h a u và n g à y c à ng phát triể n ,
m ặ t k h ác , R o b o t tự 11Ó là m ộ t đ ố i tượ ng hấp d ẫn : v iệ c COM ngư ời tạo ra các
c ô n g cụ c ó k h ả nă ng tư ưn g tự n h ư con ng ư ờ i và p lu íơ n g p liá p lu ậ n là m o ! m ụ c
đ íc h hấp d ã n và th ậ m c h í k liô n g th ể trá n h dược.
K h á i n iệ m R o b o t thâ m n h ậ p n g à y c àn g n h iề u và rộ n g lã i, có rấ t n h iề u k lú a
c ạ n h về R ơ b o t có tro n g các hệ th ố n g n g a y cả k h i tự c liíin g k ltỏ n g được g ọ i là
R o b o t. Đ ó c ó th ể là k h ía c ạ nh vổ đ ộ n g h ọc củ a cá c liê n kế t lio ạ c k liía c ạ n li
(liề u k h iể n c ủa cá c c ô n g cụ m á y IT1ÓC. C ó rấ t n h iề u đ ịn h n g h ĩa k lu íc n hau về
R o b o t, tro n g đó đ ịn h n g h ĩa do V iệ n n g h iê n cứ u R o b o t củ a M ỹ (R ob o t
In s titu te o f A m e ric a -R IA ) , m ộ t tổ chứ c thư ơ ng m ạ i c ô n g n g h iệ p đưa ra năm
I9 8 0 , h iệ n đư ợc cô n g nh ậ n n g à y càn g rộ n g rã i, về R o b o t nh ư sau:
M ột Robot là m ột lay m áy đa chức năng có th ể lập trình diêu khiển It hiển
lẩn được thiết kê đế di ch uyển vật liệu, các bộ p h ậ n , các dụng cụ lioặc các

thiết bị đặc biệt thông qua các di chuyên khác nhau được lập í rình đ ể thực
hiện m ột hay nhiều các tác vụ.
C ơ d iệ n tir tổ hợ p n h iề u c h u y ê n ng àn h k h á c n ha u và d o v ậ y đ ó là m ặt lâ ì tố l
c h o c ô n g tá c đ à o tạo . C á c c h u y ê n đề ch ín h c ủ a R o b o t rất clưực ưa c h u ộ n g vì
c h ú n g cẩ n cá c k iế n tliứ c về các c ả m b iế n , cơ sấ u c h ấ p h àn h , m á y lín li và các
b ộ đ iề u k h iể n v à các k iế n thứ c đ ó c ó th ể đư ợc c h u y ể n sang n il n h iề u cá c th iế t
b ị k liá c ử n h iề u n g à n h k h á c n h a u.
C á c k h á i n iệ m củ a R o b o t rấ t q ua n trọ n g tro n g m ô p h ỏ n g đ ộ n g củ a m á y lín h
và thự c lạ i ảo. K h i m ộ t n gư ờ i đ iể u k h iể n rn ô h ìn h 1Ĩ1Ô p h ỏ n g đ ộ n g hoặ c R o b o t
th ự c, cá c c á ch n g h iê n cứu c ĩín g tươ ng tự. C á c k h á i n iệ m được ph át triể n ù o iig
v iệ c m ô h ìn h h o á của c á c d ố i tư ợ ng tươ ng tác để lậ ị) k ế h oạ c h lắ p ráp dư ợc áp
d ụ n g trự c tiế p và o c á c đ ố i lư ợ ng c h uy ể n đ ộn g tro n g m ô i trư ờ n g ảo.
C á c k lu íi n iệ m c ủ a R o b o t c ó thể h ỗ trợ v iệ c h iể u rõ c á c k h ả n ă n g sin h h ọ c
tư ơng ứng. V í d ụ nh ư m ộ t c á n h ta y ngư ời có th ể thự c h iệ n rất n h iề u c ô n g v iệ c
m à c lu in g ta cô g ắn g đ ạt dư ợ c đ ể p há t triể n cá c ta y m á y . C ác k lìá i n iệ m phát
triể n củ a ta y m á y R o b ot c ó th ể là m c h o c h ú n g ta h iế u rõ hưn các vấ n tie lư ơng
ứng m à ta y c o n n gư ờ i g ặp p h ả i. Đ iề u n à y k h ô n g n ó i rằ n g cá c g iả i p liíÍỊ) về
R o b o t có th ể g iả i q u y ế t cá c vấ n đ ề s in h h ọc m à c h ỉ n ó i lê n rằ n g b ằn g cách c ố
g;1nụ sao ch é p chứ c n ă im củ a ta y ngư ời c lu in g ta c ó th ể h iể u rõ c h ú n g hơn.
10
C ù n g vớ i sự ph át triể n tro n g n g àn h R o b o t, tro n g k h o ả n g 3 0 n ă m qu a, việc
n g h iê n cứu và ứng d ụ n g R o b o t và o các ng à nh c ò n g n g h iệ p tin (lược I l ic it kh ai
m ạ n h m õ và d ã h ìn h th à n h m ộ t nề n c ô n g n g h iệ p với m ộ t số cổng ty liỉmg (.lầu
nh u' F A N U C R o b o tic s , K U K A , M O T O M A N , K a w a s a ki R o b o tic s c h uy ê n
c h ế tạo lià n g loạ t cá c R o b o t c ô n g n g h iệ p . V ớ i mục f iê u tăn g c liấ l lư ọ ìi” và ha
g iá th à n h sản ph ẩm , h iệ n n ay c ó thể th â y các la y tì lá y k o h o l cl I lực sil th u m
tro n g n h iề u n gà n h c ô n g n g h iệ p kh á c n ha u . P hần lớn các lcụii R o b o t liïiycn
th ô n g h iệ n n a y đa n g đư ợc sử d ụ n g tro n g cá c hệ l li ô 'ig che l;u ) máy \ a l;1p lá p
th ư ờ ng có dặc trư n g kế t câ u d ạ n g c h u ỗ i, m õ i trụ c sẽ m an g llie o k h o i lirự nu cun
c á c tm c tiế p sau và là m c h o c h ú n g c h u yể n đ ộ n g . R o b o t CƯ cấu c h u ỗ i (S e ria l

R o b o t), đượ c ph á t triể n từ n lìữ n g n ă m I9 6 0 , h iệ n đ ã c ó rấ t nh iề u d ạn g càu ti Tu
c a h ọ c và đã dư ợ c đ ầu tir n g h iê n cứu rấ t k ỹ c ả về th iế t k ế, dộng họ c, m ô h ình
h o á và d iề u k h iể n . T u y n liic n , v ấ n đề là c á c cấu trú c n ày rất k em li l il í h oạ t :
m ộ t k h i th iế t b ị đ ã đư ợc th iế t k ế và ch ế lạ o sẽ rấ t kh ó c h o v iệ c cả i liê n và n a il”
câ p sau nà y in à c h ỉ có th ể thự c h iệ n các cô n g v iệ c sửa đ ổ i n h ỏ . H ơ n nữa. tro n g
các c ô n g c ụ m á y m ó c tru y ề n th ố n g c ò n có m ộ t số vấn đề k h ô n g p h ải là cá Itiẹl
n h ư v iệ c Iha y đ ổ i k íc h ih ư ớ c th à n h p h án củ a th iế t b i ih ậ n i c h í làì ít c iĩn ụ làn ỉ
ảnh hư ởng đ ến toà n bộ th iế t kế . D o vậy rất k h ó h y v o ng rằ n g c ác công cụ máy
m ó c c h u ồ i c ó thể c ó n h ữ n g th a y đ ổ i lớ n tro n g tư ơ n g la i. T ro n g các họ thố n g
lá p ráp, vấn đ ề lạ i n ả y sin h k h i c ó yê u cầ u về cá c lụ c là m v iệ c lớ n và vện lốc
ca o, hơ n nữa CÒ11 liê n q u a n đ ến c ác h h o ạ i đ ộ n g an to àn . N h ữ n g ('liều n à y bị
g iớ i h ạ n tro n g các R o b o t dạ n g c h u ỗ i tru y ề n th ố n g . D o có câu trú c chum c h u ỗ i
nên k h ô n g ph ải tấ t cả các cơ cấ u ch ấ p hà n h có k h ố i lượ ng IỚ11 đề u cỏ th ể gắn
trớn c ù n g m ộ t bệ đỡ, n ên c h ú n g có k h u y n h hư ớn g (lư ợc sử clun g d io c;íc cỏng
việc có tải n h ỏ so vớ i k h ố i lư ợ ng củ a ta y m á y . M ơn nữa, cấu trú c chuỗi CÒII có
nhiều sai lệ ch tạ i k h ớ p n ố i d o đ ộ cứ ng y ếu n cn c h ú n g có đ ộ ch ín h xác lliíip (V
th à n h phầ n c u ố i.
/
lỉìiih 1-1 Mô hình buồng tập lái máy bay của Steward
11
N ă m 1994, h ai c ô ng ty (lụ n g cụ m á y G itiđ in g s & L e w is và liig c is o ll (Mv), (If)
là m k in lt n gạ c cả th ế g iớ i k h i g iớ i th iệ u m ộ t th iế t bị m á y m ó c tlạ u g m ó i. ( ';k'
hệ lliố n g m ớ i n ày dược dựa trôn câu trú c c ác k h ớ p đ ộ n g lự c son 12, s o il” m il cin
ckíực S tew ard phát triể n nă m 1965 lạ i A n h (H ìn h 1-i). H ui n 'lim ly n à y tlã g o i
cá c e ỏ im cụ m á y m ó c m ới n ày là " H e x a p o d ” . T ê n n à y XIIÍÌ! I'Ilát III sán llù m h
p lu ln kế l cấ u cơ bán của th iế t b ị là các ch â n là các p hần tu kiế n ố n g lỏ im , các
b ộ d ẫn dộ n g được đ iề u k h iể n số d ể tlia y đ ổ i ch iề u dà i cá c ỏ im lổiiL' tiio n g IIIIÍỊ,
đ iề u k h iể n 6 bậc tự d o về v ị tr í và g ó c x o a y c ủa bệ d i d ọ n g . Sau k h i n e liic ii
cứu nền tá ng c ủa các ph á t triể n n à y, rấ t n h iề u ý tư ở ng ve việ c áp (Im IU u íc cíiu
trú c đ ộ n g h ọ c so ng so ng v à o R o b o t h ọc và c ô n g cụ in á v m ó c dã (.lược p liá l

trie n rất nh an h c h ó n g . H ầu h ết cá c ứ ng d ụ n g đã đư ợ c p liá t trie’ll lừ sau nám
1995. C á c R o b o t dạ n g so ng so ng c ó đ iể m d ặc trư n g ở cấu li úc k lú tát c;i các
bộ |)lụm ch ấ p hàn h h o ạt d ộ n g cù n g n ha u đ ể d i c h uy ể n k h ố i lượ ng tai và c ó íl
Iilu ìt h a i c h u ỗ i d ộ n g họ c đ ộ c lậ p đư ợ c n ố i v ớ i bộ c ố đ ịn li. T iê n cơ sở p hân líc l)
kế t c ấ u, CƯ h ọ c m ộ t số lo ạ i ta y m á y R o b o t d ạ ng c h u ỗ i và R o b o l cơ cấti son g
so n g c ũ n g nh ư tín h to á n vồ d ộ n g h ọ c c ủ a ch ú n g 13 1 c ó thổ th ấ y 1'ẳng các tay
m áy R o b o t CƯ cấ u s on g so ng c ó n h iề u ưu đ iể m hơ n so vớ i các R o bo t tru y ề n
th ố n g (cơ cấu c h u ỗ i) hiệ n na y và c h ú n g có th ể n g à y c à n g tlu ự c líim đ ụ n g
n hiề u và trở th àn h m ột tiề m n ăn g lớ n c h o v iệ c sử d ụ n g Iro n g n gà nh chò lạ o
m a y h iệ n tại.
H iệ n n a y trô n th ế g iớ i rấ t n h iề u tổ ch ứ c và V iệ n n g h iê n cứu Dổi tiê n g (ro ng
lĩn h vực R ô b ố t c ũ n g đ ã c ó n hữ n g dự á n lớ n n g h iê n cứ u R ôb ố t cơ d i l l song
son g . C ụ thể như :
R O B O T O O L là m ộ t d ự án đư ợc C ộ n g d ồ n g C liflu  u là i (tự. D ự án này
hự p tác giữ a 10 trư ờ ng đ ạ i họ c, V iệ n n g h iê n cứ u và các c ỏ im ty , hao
g ồ m cá c th à n h viê n : Đ ạ i h ọc H a n n o v e r (Đ ứ c ), L e u v e n (B í), M o iiip c lie r
(P h á p ), c á c V iệ n n g h iê n cứ u I l f (T h ụ y Đ iể n ) ỉk e r la n Ilia (Ita lia ), Cík-
c ô n g ly B E L C A M . P L C , T T S , L in v o . T h e o da n h m ụ c H cx íip o d cùa dự
án n ày c h o th ấ y có lớ i 4 8 m á y và h u n g tâ m g ia c ô n g , 19 k o b o !, 31 co'
cấ u xá c đ ịn h v ị tr í và đ ịn li hư ớng , 2 m á y d o tọa đ ộ .
D ự a il N IS T (N a tio n a l In s titu te o f S ta n da rd s a n d T e c h n o lo g y ) vớ i c;k'
m ụ c tiê u là k iể m tra , đ á n h g iá và n â n g c ao đ ộ c h ín h xá c, m ở m n u kliíi
n ăn g củ a m á y C N C 5 trụ c k iể u H e x a p o tl (1 9 9 8 -2 0 0 2 ).
I)ư án C u b ic H e x ap o d hợp tác g iữ a Đ ạ i họ c W a s h in g to n và lỌp (loàn
e ỏ n g ng h ệ M o o d (1 9 9 8 -2 0 0 4 ). D ự án n à y d ù n g (lê lo ;ii liừ Iih ic u Iio n u
c;íc hệ th ố n g c h ín h xá c (đ iề u k h iể n v ị trí vớ i đ ộ c h ín h xá c I n a n o m c !!
12
D ự án H e x a g lid e được triể n k h a i ử V iệ n R ô b ố t T h ụ y sỹ b ắ t đầu lu n ;im
1996. M á y là hệ câu trú c s on g so ng 6 bậc tự d o, sử tlụ im m á y p h a y lố c
đ ộ ca o vứ i k h ô n g g ia n là m việ c (7 0 0 x 6 0 0 x 5 0 0 m m ), sir c lu iiu hẹ (lie u

k h iể n V M E -B u s và hệ th ố n g th ờ i g ia n thự c. Ư u đ iể m là có lliể thự c h iện
các c h u y ể n dộ n g n h a n h , đ ộ cứ ng vữ ng và độ c h ín h xá c cao.
N h ậ n th ấ y k h ả năn g ứng d ụ n g rấ t lớ n c u n g n h ữ ng th ế in ạ n li của R ô b ố l CO' cấu
s o n g s o ng , liiộ n n ay dã c ó m ộ t số cơ sở tro n g cả nước dã Inrớc clrìu n g h ic n c iỉti
lĩn h vực n à y, m ộ t số b à i b áo tro n g lĩn h vự c R ô b ố t son g s o ng dã được g iớ i
th iệ u lại H ộ i n g liị Cơ đ iệ n tử toà n q u ố c lầ n th ứ n hấ t th á n g 9 /2 0 0 2 và I lọ i n g h ị
C ư h ọc to àn q u ố c lầ n thứ 7 th á n g 12/ 2 0 0 0 2 , cụ thể là:
- T rư ờ n g Đ ạ i h ọ c B ách K h o a H ổ C h í M in h đã n g h iê n cứu và x â y (lự ng
m ô h ìn h I I E X A P O D d ù n g để g ia cô n g k im lo ạ i và cầ n cáu R ôb ố t
(R o b o C ra n e ).
T ru n g tâ m th ẩ m đ ịn h c ô n g ng hệ , T ổ n g c ụ c c ô ng n g h iệ p (|11ÓC p h ò ng
C ling đ a n g n g h iê n cứu v iệ c g iả i bà i toán đ ộ n g họ c c h o lo ạ i R ò b ot cơ cấu
so ng song .
Đ ạ i h ọ c B ách K h o a M à N ộ i tìm h iể u ứng d ụ n g R ô b ố t cơ câu s on g so ng
để g ia c ô n g d iê u k h ắ c cá c bề m ặ t phứ c tạ p và ứn g đ ụ n g R ô b ò t cơ cấu
so n g so ng tha o tá c dư ớ i h ầ m sâu.
B ắ t dầu từ n ă m 2 0 0 2 , p h ò n g C ơ đ iệ n tử - V iệ n C ơ h ọ c th u ộ c I Vu nụ !;ìm
K H T N và C N Q G c ũ n g đã triể n kh a i n g h iê n cứu R ô b ò ì cơ c fm SOI1U
so ng và Mò phỏng động lực học Rôbốt cơ cấu song son ạ ha II ạ phần
mém alaska ứng dụng trong ẹia cônq khuôn mẫu.
N h ìn ch u n g cá c cơ sở n g h iê n cứ u tro n g IIIIỨC m ớ i c h ỉ (lu a ra m ỏ liìn h và (li tìm
tlu iậ t to án g ia i b à i to án đ ộ n g lự c h ọ c c h o R ô b ố t cơ cấu s on g SOU” , c h u a c h ế
tạ o R ô b ố t m â u cụ thể .
1.2 Mục tiêu củ a đ ê tài
l)ổ tà i "T hiết k ế phẩn cơ k h í Robot cơ cảu song song trên m áy tín h dựa (rên
kết quả mỏ p h ỏ n g iỉộtig lực học" dược lliự c h iệ n tậ p tru n g và o v iệ c liế p cận
và n g h iê n cứ u m ộ t loạ i R o b o t s o n g so ng da n ă n g ứng d ụ n g bư ớ c đầu c lio c ò n ụ
lá c g ia cô n g các c lii tiế t cơ k h í p hứ c tạ p v à du a ra bán th iế t kê p lum CO I h í ru a
R o b o t ció.
13

N g h iê n C lin, liế p cậ n m ộ t số vấn dề cơ bản và ph ư on u phá p lựa d u '11 rá i/
cơ cấu cũ n g n hư ph ư ơ ng p h á p th iế t k ế R o b o t so ng song .
o N g h iê n cứ u , k liả o sát SƯ b ộ m ộ t sô da n g R ob o t c h u ỏ i vil Kohoi
so ng s on g .
o N g h iê n cứ u về lý th u y ế t p hầ n d ộ n g h ọ c v à clộng lực liụ c CII.'I
[ le x a p o d .
o T h iế t k ế H e x a p o d llie o yê u cầu sán xu ấ t c h o m ộ t ú ìm d ụ n g cụ the
Víìn đ ảtn b ảo tín h k liíi cliL iyổ n , k h a nă ng m ở rộ n g ch o m ộ i sò c;íc
ứ ng d ụ n g k h á c.
P liâ n tích m ộ t s ố cơ c ấu, đ ộ n g cư m ớ i được sử d ụ n g tro n g các R o b o t co
cấ u so ng so ng.
o P hân tíc h m ộ t số c ụ m c h i tiế t c h ín h : K I lớp liê n k ế t, cả m b iến clicu
k h iể n c h u y ể n đ ộ n g , đ ộ c h ín h x ác thiế t k ế, g ia CÔI IU lắ p (liit, Ciìp
đ ộ bảo v ệ
o P hân tíc h m ộ t số d ạ n g CƯ câu c h ấ p hà n h, d ộ n g cơ sử đ ụ n g lio n g
R o b o t s on g so ng : cá c cơ cấ u c h ấ p hà n h sử d ụ n g c ô n g n uh ẹ tliu ý
lự c, cô n g n g h ệ C ơ d iệ n tử, đ ộ n g cơ bư ớc, d ộ n g cơ servo.
o T h a m k h ả o cá c c ụ m c h i tiế t thư ơ ng p hẩ m có sfĩit liê n tliị Irườ ng .
I ló SO' th iế t k ế m ộ t R o b o t m ẫ u c h o ứ n g đ ụ n g g ia c ô n g K huô n m ẫ u.
L à m tiề n đề c h o c ác hư ớng n g h iê n cứu san hơn tro n g iư ó n ụ la i.
1.3 N ội d u n g c h ín h củ a d ế tài
Đ ề là i dượ c c h ia th e o c á c n ộ i d u n g c h ín h như sau:
( hư ơ ng I: Đ ặ t vấn đề vổ tín h k h o a h ọ c và thự c liễ n của d ề là i, cá c m ụ c lic it
c ủ a đề là i và các n ộ i d u n g cầ n đạt đư ợc.
C h ư ơ n g 2: G iớ i th iệ u tổ n g qu a n về R o b o t Mỏi c h u n g và R o b o t s o il” s ong , các
Mil như ợc đ iể m , k hả Iiíìn g ứng (lụ u g .
C h ư ơ n g 3: P hân tíc li b à i to á n th iế t k ế , áp d ụ n g ch o m ộ t (lạ n g Iliiè l b ị g iíi c o il"
cụ th ể th ích h ợp c h o v iệ c lin g d ụ n g c h o lliiế l b ị g ia cô n g CƯ Ivlii d ổ im th ò i có
k h ả n ă ng m ở rộ n g ứ ng d ụ n g c ũ n g nh ư p h ù h ợ p vớ i lcliả n ă n g về k ỹ lln ií Ị l ũi;i
c ô n g ch ê tạo tro n g đ iề u k iệ n V iệ t n am . K ế t hợ p v ớ i kế t (|ii;ì m ô p liỏ nsi. lililí

to á n cù a V iỌn C ơ h o c đư a ra cấu liìn li củ a I le x a p o d cụ thể.
14
C h ư ơ ng 4: N g h iê n cứ u, p h â n tíc h về m ặ t lý th u y ế t đ ộ n g h ọ c và đ ộ n g lự c họ c
c ủ a H e xa p o d . T ìm h iể u và tiế p cạn q u á tr ìn h m ô p h ỏ n g d ò n g lực liọ e
I le x a p o d .
C h ư ơ n g 5: T rê n cơ SƯ p hâ n tíc h m ộ t số c ụ m c h i tiế t c h ín lụ y êu cầu c ù a hài
to á n , lu ậ n vă n đưa ra c á c k íc l) th ư ớc cá c th à n h ph ẩn c ủ a R o b o t. T l KI
111
kliảo
cá c c ụ m c h i tiế t th ư ơ n g p h ẩ m h iệ n c ó trê n th ị trư ờ n g để lựa c h ọ n cá c c ụ m c h i
tiế t p h ù hợp . P hâ n tíc lì, p h â n lo ạ i c ác c ụ m c h i tiế t, b ộ p h ậ n c ó thể g ia c ó n g c h ế
tạ o tr o n g nước và n h ậ p n g o ạ i củ a R o b o t m ẫu .
C h ư ơ n g 6: T h iế t k ẽ c h i tiế t p h ầ n c ơ klú H e x a p o d m ẫ u , th iế t lập mô hình 3
c h iề u c ủ a R o b o t trê n m á y tín h p h ụ c v ụ c ô n g tá c m ô p h ỏ n g , tìm k iê m lin g
d ụ n g in ư rộ n g sau n à y.
C h ư ơ ng 7: K ế t lu ậ n và đưa ra c ác k h ả n ă n g p h á t triể n tiế p tlie o củ a clề lĩii.
15
2.1 ư u điếm của R o b o t tro n g c ô n g n g h iệ p
V iệ c cơ k h í hoá và tự d ộ n g h oá đ ã dư ợc b ắt đá u n g a y từ c u ộ c cá ch m ạ n ụ i/ò im
n g h iệ p v à o d đu tliế k ỷ X I X vớ i m ộ t c h iế c m á y h oà n c h ỉn h (1ÀU lie n (lo
J a c q u a id p há t triể n sử d ụ n g tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p d ệt. N hữ n g c liiè c m á y
d ẹt d áu tiê n n à y c ò n rất đơ n g iả n so ng đ ã c ó th ể được lậ p trìn h b ằn g cá c cơ
c ấ u cơ k h í để có thể d ệ t được n h iề u m ẫ u v ả i k h ác Iilia u . K ể từ dó, c ù n g với sự
p há t triể n cù a n gà nh cơ kh í, n h iề u lo ạ i m á y tự đ ộ n g dã được ra d ờ i, từ n h ũ n g
th iế t b ị g ắ p x ỉ tro n g lò , m á y p h un sơ n đ ến c h iế c m á y vận lià n li từ xa sử ilm m
đ iệ n nă ng d iề u k h iể n b ằn g d ộ n g cơ s e rv o đ ầu tiê n ra đ ờ i v ào n ăm I9 4 7 , I1CI1
c ô n g n g h iệ p R o b o t đã b ắt đẩu h ìn h th à n h v à p h á t triể n . Đ ầu n hữ n g n ăm 6 0
c ủ a th ế k ỷ X I X , nhữ ng R o b o t đầu tiê n , th e o k h á i n iệ m về R o b o t ( I . I ), dã (lirưc
đ u a vào áp d ụ n g tro n g c ô ng n g h iệ p v ớ i R o b o t dầu tiê n là R o b o t ch o <l;iy
c h u y ề n c ô n g n gh ệ đ ú c củ a h ãn g G e n e ra l M o to r và c ũ n g bắ t drìu từ d ó, R o b ot

n g à y cà n g c ó m ột vị trí hết sức q u a n tr ọ n g k h ô n g c h ỉ tro n g n gà n h g ia c ô n g cơ
k h í, ch ê tạ o m à còn dược sử d ụ n g rộ n g rã i tro n g lấ t n h iề u ng àn h k há c nhu' vật
lý , k h a i th á c m ỏ , cứu h ộ , c ô n g n g h iệ p g iả i tr í
M ộ t số n g u y ê n n luìn c h ín h dể sử d ụ n g R o b o t: N â n g ca o c h ã i lư ợ ng san p h à m ,
c ả i th iệ n đ iề u k iệ n và m ô i trư ờ n g là m v iệ c , c ó h iệ u q uả k in h tế c ao , g iả m c h i
p h í và d ễ d à n g cấ u h ìn h lạ i ( tá i cấu tr ú c ) cấ u h ìn h là m v iệ c.
H iệ n n a y R o b o t ch ủ y ếu được p há t triể n c h o m ỗ i c ỏ n g v iệ c cụ 1 hể nliA Ì (lịn h .
R ấ t d á n g ch ú ý rằ n g hầ u h ết c á c c ô n g ty sử d ụ n g n h iề u R o b o t cớ h iệ u (|ii;ì lại
c h ín h là c á c c ô n g ty th iế t kế, c h ế tạo R o b o t tố t n h ấ t, c ỏ th ể là d o các cô ng
c ô n g ty d ó c ó các c h u yê n g ia h iể u b iế t rấ t sâu và o c h u y ê n n g à nh K o b o l, vé
c á c li h o ạ t đ ộ n g c ủa các th iế t b ị có cấu trú c p hứ c tạp c ũ n g nh ư có thể có lo'! k h i
cá c c ô n g ng hệ đ ó hoà n c h ỉn h .
2.1.1 Nâng cao chất lượng sản phẩm:
Đ ố i vớ i c ác c ô n g v iệ c n hấ t đ ịn h , cá c R o b o t c ó th ể vượt tr ộ i COI1 ngu'0'i tlie o
n g h ía về c h ấ t lượ ng c ô n g việ c k h i c h ấ t lư ợ n g (ló p hụ th u ộ c vào m ộ t số ng u y ê n
nha n sau:
- Y ê u cầu đ ộ c h ín h xá c về v ị trí.
- K h ả n ă n g lặ p đ i lặ p lạ i n h iều lầ n v ớ i tố c đ ộ cao.
- K h ô n g s a i lệ c h d o tìn h trạ n g m ỏ i m ệ t về lâ m sin h lý .
V iệ c n â n g ca o c h ấ t lượ ng sản p h ẩ m n à y k h ô n g ch í ở mặt c hấ t lư ợ ng và tliá m
m ỹ củ a sản ph ẩ m m à c òn c h o ph é p tiế t k iệ m v ậ t liệ u cầ n sử d ụ n g (lẫn CỈÒII
g iả m c h i p h í v à g iá th àn h.
Chương 2 Tống quan về Robot
16
2.1.2 Cải thiện điều kiện và môi trường làm việc:
F)ể c ó thể d ạ t được n ă ng suất la o đ ộ n g c ao , v iệ c tạ o ra m ô i trư ờ ng là m v iệ c có
c h ấ t lư ợn g c a o là rấ t c ầ n th iế t. C ơ th ể ng ư ờ i nếu dược sử d ụ n g k h ô n g hợ p lý có
th ể g â y ra cá c sai só t th ậ m c h í b ị chấn th ư ơ n g h a y tàn tật d o tìn h trạ n g m ỏ i
m ệ t lâ m s in h lý , k h i đ ó các c ô n g c ụ tự d ộ n g có thể dư ợc sử d ụ n g dể g ia m các
sai s ó t và g iả m n g u y cơ c hấ n thư ơ ng đ ến m ứ c lố i th iể u , đ ặc b iẹ t Iro n g c ác d ie u

k iệ n c h i p h í c ao về sức k lio ẻ , y tế và bảo h iể m th â n thể . M ộ l số d iề u k iẹ n c ỏ n g
v iệ c cầ n R o b o t th a y th ế co n n gư ờ i như : thự c h iệ n các c ô n g việ c n ặn g n h ọ c,
cá c cô n g v iệ c lặp đ i lặ p lạ i, tro n g m ô i trư ờ ng đ ộ c hạ i (b ụ i b ẩ n, n h iề u ch ấ t
d u n g m ô i, k h í d ộ c, n h iệ t đ ộ c a o, đ ộ ồ n lớ n ) và các cô n g v iệ c y ê u cầu sự tộp
tru n g ca o đ ộ liê n tụ c.
N h ìn c h u n g , tro n g c ác c ô n g v iệ c cầ n n â n g h o ặ c d i c h u y ể n vật c ó k h ố i lư ợ n g
lớ n h oặ c c ác th a o tác đ ơ n lớ n hơ n 4 0 0 0 lầ n n ê n sử d ụ n g các cô n g cụ , m á y
m ó c tự đ ộ n g lio á th a y ch o co n ng ườ i ho ặ c cá c m á y lliô n g thư ờ ng d o c o n ngư ời
d ic u k h iể n .
R ấ t n h iề u c ô n g v iệ c tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạ o được Ihự c h iệ n tro n g
n h ữ n g m ô i trư ờ n g rấ t đ ộ c h ạ i đ ố i vớ i c o n ngư ờ i n h ư cá c c h ất g â y u n g thu'
tro n g b ụ i sơ n, đ ộ ồ n c a o tro n g c á c n hà m á y in , n h iệ t đ ộ ca o và cá c vậ t n ó n g
tro n g c á c xư ở n g đ ú c T ro n g n h ữ ng m ô i trư ờ ng n hư vậ y , R o b o t có thể được sử
d ụ n g m à k h ô n g g ây n g u y h iể m ch o ngư ờ i sử d ụ n g . R o b o t cũ n g được sử d ụ n g
d ể th a y th ế c o n n gư ờ i tro n g m ộ t s ố các c ô n g v iệ c đơ n g iả n so ng c ó yc u cầu
tạ p tru n g ca o đ ộ dễ g â y m ỏ i m ệ t và că ng thẳ n g .
2.1.3 Hiệu quả chi phí:
H iệ u q u ả c h i p h í củ a R o b o t th ư ờn g k h ô n g dễ tín h to á n xá c (lịn h cụ 11lể. H ầu
h ế t c ác c h i p h í đư ợc x e m n hư là c h i p h í về c ô n g cụ m à thư ờ ng b ỏ q ua m ột
p hẩ n đ á n g k ể là cá c c h i p h í về k h ả n ă ng và tín h th ô n g m in h của R o b o t. N g o à i
ra, (ro n g c ác d íly c h u y ể n sản x u ấ t, các R o b o t n ó i c h u n g có lliổ lioi.ll tlộ im
2 4 /2 4 g iờ m à k h ô n g c án n g h ỉ n h ư c o n n g ư ờ i, đặ c b iệ t tr o n g n h ữ n g m ô i trư ờ ng
n g u y h iể m , sử d ụ n g R o b o l CÒI
1 c ó th ể g iả m c h i p h í c lio các h ộ tliố n g ph ụ liự
( V í d ụ : hệ th ố n g cấ p k h í sạch c h o Iìg irờ i đ ể th ở (ro n g cá c h ầm sâu, hẹ tlió iiü
c h iế u s án g tro n g x ư ỏ n g ).
2.1.4 Thay đổi dễ dàng:
T ro n g c á c tn r ờ n g h ợ p sử d ụ n g m ộ t cá ch đ ú n g đ ắn , c ác R o b o l kh ô n g c h ỉ dỏ
d àn g th a y đ ổ i hơ n cá c th iế t b ị tự d ộ n g c ố đ ịn h m à CÒI1 c ó thể c ó k h a n ă n g
(h ích ứ n g v ớ i sự th a y đ ổ i n ha n h lìư n cả c o n n g ư ờ i, đ iề u n à y là m c ho cá c sản

p hẩ m m ớ i dư ợc đưa ra th ị trườ n g nh an h hơ n và các clAy c ln iy c n sản XIIrít m ồ m
d ẻo h ơn và c ó thổ sản x u ấ t, ch ế tạ o dượ c n h iề u d ạn g sản p h ẩm hơ n . G iả i phá p
dể th ự c h iệ n d iề u n à y c h ỉ là v iệ c lậ p trìn h lạ i cá c h o ạ t đ ộ n g c h o các R o b ot.
17
Q u á tr ìn h có th ể dư ợc thự c h iệ n sử d ụ n g tín h nă n g lập trìn h R ob o t n g o ạ i lu y è n
sứ d ụ n g c á c dữ liệ u th iế t k ế C A D trư ớc k h i nạ p và o bộ d iề u k h iể n các R ob o t.
M ặ c d ù Ir o n g m ộ t s ố ứng d ụ n g R o b o t có thể vượt 1 lộ i co n ng ư ờ i, tu y n h iê n với
c ô n g n gh ê h iệ n Iia v và g iá th à nh của cá c R o b o t, van c ó m ộ t số lư ợn g lớn c;k '
ứ n g d ụ n g k h ô n g th ổ sử d ụ n g R o b o t ho ặc k h ô n g thổ d e m lại lọ i íc h n lm m o n g
m u ố n . C o n ng ư ờ i có n h ữ n g ưu đ iể m hơ n R o b o t như:
- C ó m ộ t số lư ợ ng lớ n các cả m b iế n (n h ìn , ng h e , tiế p x ú c , nh ận (lạn g ).
- C ó k h ả n ă n g h ọ c và đưa ra n hữ ng q u y ế t đ ịn h k h i d ữ IÍỘ1I C ỉ i u t liic ỉ k h ô n g
đ ầ y đ ủ .
- K h á n ă n g C Ư đ ộ n g cao.
C o n n g ư ờ i thư ờ n g đư ợ c sử d ụ n g tro n g c ác c ô n g v iệ c y êu CÀU m ọ t tro n g cá c
k h ả Iiă n g trê n . M ặ t k h á c , g iá th à n h c ủ a cá c R o b o t h iệ n na y lư ơn g đ ố i ca o và
k h ả n ă n g sử d ụ n g c h ú n g m ộ t cá ch c ó h iệ u q u ả CÒI1 th ấ p c ũ n g là m ộ t can trơ
v iệ c ứ n g d ụ n g R o b o t tr o n g m ộ t số c ô n g v iệ c .
2.2 c ấ u trúc c ơ b ả n củ a R o b o t:
Đ ể tiê u c h uẩ n h o á c ô n g v iệ c th iế t kế , R o b o t đư ợ c c h ia là m ba ph án c h ín h :
p hầ n đ ộ n g lự c, b ộ (liề u k h iể n và p h ầ n ta y m á y. M ỗ i phầ n tro n g b a p h ần c h ín h
trê n b a o g ổ m n h iề u b ộ p h ận và cá c bộ p lụ m c ó thể b iế n đ ổ i dể đ á p ứnụ lie n
c h uẩ n v à cá c th ô n g số th iế t k ế củ a m ỗ i R o b o t n h ấ t đ ịn h . C á c thà nh p hầ n câu
trú c và c ác p há n tử k h á c nh au nà y th ể h iệ n rằ n g R o b o t có liê n qu a n (lè n n h iề u
c h u y ê n n g à n h k h á c lìlia u : từ cá c k ỹ sư cơ k h í, k ỹ sư đ iệ n , k ho a h ọc về c ô itu
n gh ệ th ô n g tin và th ậ m c h í cả n g à n h n h ân trắ c h ọ c T ín h da d ạn g n à y là m
c h o R o b o t n g à y c à n g đượ c c h ú ý c ũ n g n h ư c ó n h iề u th á c h llìứ c m ớ i. N gà n h
C ơ -Đ iệ n tử in ô tả sự tổ n g hợ p c h u n g củ a các c ô n g tá c th iế t kế , d iề u k h iể n và
lín h to á n c h o m ọ i th iế t b ị C ơ -Đ iệ n tử.
2.2.1 Phần tay m áy

T a y m á y b a o g ồ m m ộ t tậ p các th à n h p lu ìn liê n k ết CƯ h ọ c dượ c n ố i vớ i nhau
b ằn g cá c kh ớ p . C á c k h ớ p thư ờng là c ác k h ớ p q u a y ho ặc các kh ớ p trư ợt. I hành
p h ần c u ố i dượ c g ọ i là th à n h ph ầ n thự c h iệ n c u ố i vì đ ó là th à n h phầ n g;m (lụ ng
c ụ ho ặ c vậ t tá c đ ọ n g . C ác cơ c ấu ch ấp h à n h đượ c sử d ụ n g dể đ iề u k liic n
c h u yể n đ ộ n g c ủa cá c k h ớ p củ a ta y m á y , m ộ t s ố kh ớ p là kh ớ p c h ủ d ộ n g (cá c
kh ớ p c ó g ắ n cá c cơ c ấu c h ấp h à n h ) và m ộ t s ố k h á c là kh ớ p b ị d ộ n g .
2.2.2 Phần động lực:
2.2.2.1 C ơ cấu cliđp hành:
C ác cơ c ấu c lià p h à nh th ư ờn g là lo ạ i tu y ế n tín h ho ặ c q u a y , c h ú n g c ó thò 1(1
d ạ n g tliu ỷ lự c , k h í n én h oặ c d iệ n , tro n g đ ó các CƯ cấu d n ì p h à n h c h ạy baiiíz
V
-loỊưĩ
18
n ă n g lư ợ ng đ iệ n ( d ộ n g cơ ) p hù hợ p và thư ờ n g dượ c sử d ụ n g n h iề u Illicit c h o
c á c ứng d ụ n g c ó tố c đ ộ ca o, tả i tru n g b ìn h và n h ỏ tro n g k h i các cơ cấu e liâ p
h à n li th u ỷ lự c ph ù hợ p v ớ i các ứng d ụ n g c ó tố c đ ộ thấ p là la i là m v iệ c lớn . ( 'ác
c ơ Cấu c h ấ p h àn h k h í nén được sử d ụ n g tro n g các ứng d u n g lư ơ ng lự cơ cấu
c h ấ p h à n h tliu ỷ lực nh ư ng v ớ i tả i là m v iệ c n h ỏ . N g u y ê n n hân dể c á c cơ câu
c h ấ p h à n h k h í n é n c ò n đư ợ c sử d ụ n g tro n g c ô n g n g h iệ p vì tro n g hầu h ốt các
n h à m á y đ ều đã có sẩn các trạ m k h í n é n tập tru n g .
2.2.2.2 Bộ truyền động:
B ộ tru y ề n ctộng là th à nh p hẩn tru n g g ia n g iữ a c ơ càn ch ấ p hà nh và các k h ớ p
c h ủ đ ộ n g , c h ú n g được sử d ụ n g bở i cá c n g u y ê n nh â n sau:
- T h ô n g thư ờ ng cá c trụ c ra củ a các c ơ cấ u c h ấp h à n li k h ô n g ph ù hợ p để
tru y ề n c h u yể n đ ộ n g trự c tiế p c h o c á c th à n h ph ầ n liê n q u an . V í d ụ : lố c
đ ộ q u a y c ủa (lộ n g cơ th ư ờ ng k h o ả n g 3 0 0 ()v /p sẽ k h ô n g p h ù họ p với cá c
R o b o t c ó vậ n tố c n h ỏ d o v ậ y sẽ c ần cá c h ộ p số dể g iả m tố c.
- Đ đ u ra củ a cơ cấu ch ấp hà n h có c h ế đ ộ đ ộ n g họ c kh á c c h u y ể n d ộ n g của
k liứ p (đ ộ n g cơ ch u y ể n đ ộ n g q u a y so v ớ i k h ớ p trư ợ t c lu iy ể n d ộ n g tịn h
tiế n ho ặc d ộ n g CƯ tu yế n tín h v ớ i c h u yể n d ộ n g kh ớ p là q u a y ).

- C á c cơ cấu ch ấ p h à n h c ó k h ố i lư ợ n g 1ỚI1 k h ô n g p hù hợ p vớ i v iệ c lắp (I;il
trự c tiế p trê n k hớ p liê n kế t.
2.2.3 Bộ điều khiển
2.2.3.1 C am bien:
Đ ể (liề u k h iể n m ộ t R o b o t ta cần b iế t v ị tr í củ a c ác k hớ p lie n k êì 11ÔI1 cần r ó
cá c th iế t b ị x á c đ ịn h v ị t r í (b ộ m ã h oá , đ o đ iệ n á p ) xá c đ ịn h vận tố c , g ia tốc
d ặt tạ i cá c k h ớ p h o ặc các b ộ c ả m b iế n x á c đ ịn h lự c/m o n ie n t tác d ụ n g lên các
kh ớ p. N g o à i ra , R o b o t CÒ11 c ó th ể tra n g b ị cá c b ộ c ả m b iế n dể cu n g cấp th òm
th ô ng t ill về tầ m n h ìn (c am e ra , c ả m b iế n la s e r ), ru n g d ộ n g
2 .23.2 Bộ điều khiển:
B ộ đ iề u k h iể n c u n g c ấp tín h th ô n g m in h c ần th iế t đ ể đ iề u k h iể n hệ íh ò im
R o b o t. N ó n h ậ n th ô n g t in từ các bộ c ả m b iế n v à x u lv dưa ra cá c lệ nh (lie u
k h iể n để ta y m á y th ự c h iệ n . N h ìn ch u n g n ó bao g ồ m :
- B ộ nh ư để lưu trữ cln rơ ng tr ìn h đ iề u k h iể n và trạ n g llu íi củ a R ob o i nhậ n
đư ợc từ các cả m biế n .
- M ộ t b ộ xử lý tru n g tâ m đ ể tín h to á n các lệ n h d iề u k h iể n .
- P hẩ n c ứ n g tư ơ n g ứ ng đ ể g ia o d iệ n v ớ i p hẩ n ch a p h ành cíìn g nhu' với hên
n g o à i v à ng ư ờ i sử dụ n g .
19
Bộ c h u yể n d ổ i nă n g lư ợ ng b iế n d ổ i và th ự c h iệ n cá c lệ nh cùa bộ d iề u k h it'll
(c ó tliể là đ iệ n áp th ấ p ho ặc tín h iệ u s ố ) san g tín liiộ u lư ơ ng tụ có đ iộ ii áp CÍK)
c ó th ể d ẫn d ộ n g C Ư cấu c h ấ p h à n h . V í d ụ : d ộ n g cơ d iệ n c ó ih c g ồ m m ột bộ
c h u y ể n đ ổ i s ố /tư ơ ng tự và m ộ t bộ k h u yế ch đ ạ i n ố i vớ i điỌn n g u ổ ii; vớ i cơ câu
k h í n é n, n ó g ồ m n g u ồ n k h í n én (tậ p tru n g h o ặc m á y n é n k h í) , cá c van se rv o
tư ơ ng ứ ng để đ iề u k h iể n lu ồ n g k h í n én , m ộ t b ộ k h u y ế c h đ ạ i c h o va n và m ọ t
b ộ c h u y ể n đ ổ i số/tư ơ n g tự.
2.3 M ột s ô d ạ n g R o b o t th ô n g d ụ n g h iệ n n ay
H iệ n n ay c ó m ộ t s ô d ạ n g R o b o t n h ư sau: R o b o t cơ cấu d ạ n g c h u ỗ i, R o b ot C Ư
cấ u s on g s o n g , R o b o t d i đ ộ n g v à R o b o t d ạ n g ngư ờ i. N g o ạ i trừ R o b o t d ạn g
n gư ờ i, cá c d ạ n g R o b o t n à y h iệ n đ ư ợc sử d ụ n g rộ n g rã i tro n g c ô n g Íiü ju é p và

cá c ứng d ụ n g kh ác.
2 .2 .3 3 B ộ c h u y ể n đ ổ i n ẹ u ổ n n ă n g lư ợ n ọ,:
2.3.1 Robot cơ cấu chuỗi
H ình 2-1 Robot P U M A Hình 2-2 Robot lììn ìi 2-3 Robot T3
SCARA
C ác R o b o t c h u ỗ i h iệ n là c á c R o b o t c ô n g n g h iệ p p h ổ b iế n n hấ t. T h ô n g thư ờ ng
c h ú n g có c ấ u trú c lư ơ n g tự cá n h ta y n gư ờ i tức là m ộ t c lu iỗ i lie n lụ c các liê n
kế t dược n ố i vớ i Iilia u b ằn g c á c k h ớ p (c h ủ y ế u là cá c k h ớ p x o a y và thư ờn g
được g ọ i là c ác k hớ p bả va i, k h ớ p k h u ỷ u ta y v à k h ớ p cổ ta y). Ư u đ iể m c h ín h
củ a lo ạ i R o b o t n à y là k h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c lớ n sư với k íc h thướ c của
bả n th ân c h ú n g . N h ư ợ c đ iể m c h ín h của c lu in g là: đ ộ c ứn g vữ n g llu íp (lo có cấu
Iriíc d ộ n g h ọ c hử, cá c sai số đượ c tíc h lu ỹ , ảnh h ư ở n g và b ị k lu iy ế c h đ ạ i lừ lie n
kef n ày sa ng liê n két kh á c, c h ú n g p h ả i d ỡ và d i c h u y ể n các co' càu clú ì|) I k i iiIi
có k h ố i lư ợ n g lớ n và d o vộ y c ln ín g có hiệ u suất lả i lươ n g ứng th ấ p.
Một số Robot cluiỗi dược giới thiệu trong các Hình 2-1, Ilìnli 2-2 và ỉ lình 2-3.
2 0
I h ô n g thư ờ ng cầ n có 6 b ậ c tự d o để đ ặ t m ộ t vật và o vị trí và hư ớng (liiim I lir o
yê ư cầu v à o tro n g k h o ả n g k h ô n g g ia n p h ụ c vụ của R o b o t n ê n rất n h iề u R o bo t
c h u ỗ i có 6 k hớ p n ối (H ìn h 2 -4 ). T u y n h iê n , cá c R o b o t th ư ờ ng đ ư ợc lliiì'1 kế
c h o cá c m ụ c tiê u và ứ ng d ụ n g n h ấ t đ ịn h , v í d ụ , tr o n g c ô n g Iiụ h iệ p l;ip lá p :
R o b o t c ầ m m ộ t sản p h ẩ m từ m ộ t b ộ c ấ p sản p h ẩ m và dưa san ph ẩ m VÍU) v ị II I
lắ p đ ặ t củ a n ó tro n g d â y c h u y ề n lắ p lá p . C ô n g v iệ c n ày th ư ờ ng c h ỉ y êti cầu 4
b ậ c tự do . V ớ i m ụ c đ íc h n ày , cá c R o b o t c h u y ê n d ụ n g đư ợc l li iế l k ế và c h ế tạo
v à đư ợc g ọ i là d ạ n g wSCARA (S e le c tiv e C o m p lia n c e A s s e m b ly R o b o t Arm).
2.3.2 Robot cơ cấu song song
M ộ t R o b o t so ng son g bao g ồ m m ộ t đ ế c ố đ ịn h (F ix e d Base P k ilfo rm ) (lirợ c n ôi
với b ệ d i đ ộ n g c u ố i (E n d E ffe c to r P la tfo rm ) b ằn g m ộ t sô ch ân . C á c ch fu i n ày
th ư ờ n g b a o g ồ m m ộ t cơ cấu c h ấ p hà n h k hớ p trư ựt tịn h tiế n , n ố i vớ i d ể (•(') đ ịn h
và bệ d i đ ộ n g hằ ng cá c k h ớ p cầ u h oặ c k h ớ p cá c đ ăn g là cá c k h ớ p l'ị (lọ n c
(k liớ p k h ô n g có cơ cấu ch ấ p h à n h, d ù n g dể tạo kế t cấu R o b o t và g iữ vai Im l;ì

cá c rà n g b u ộ c). D o đ ó, các c h â n c h ỉ c h ịu cá c lực k é o h o ặ c n én, k h ô im r ó lá c
d ộ n g c ủ a m o m e n t x o ắ n n ên là m tă n g clộ c h ín h xá c và c h o ph é p kế t cà u R o b o t
(lược n hẹ hơn. C ác cơ cấ u c h ấ p h àn h tại cá c k hớ p tiu ọ t có thể dnợ c lắ p (hit lie u
H ìnìi 2-4 Cấu trúc tiều biểu của m òi R obot chuồi
21
tic CỐ (lịn h ho ặc cá c vị t rí c ó đ ộ d i c h u y ể n , vận tố c và g ia tố c n h ỏ d o vậ y k h ỏi
lư ợ n g của c h ú n g k h ô n g p hả i d i ch u y ể n h oặ c d i c h u y ể n ríứ ít và làm c ho các
lự c tá c (lụ n g và o R o b o t và các CƯ cấu c h ấ p lià n h g iả m c ũ n g n hư cấu tn íc cua
R o b o l s on g s on g cà n g nhẹ hơn. N h ìn c h u n g , cá c ta y m á y so n g son,í' cỏ (lo
C lin g vữ n g kế t cấu ca o đo bệ (li d ộ n g c u ố i dư ợc đỡ đ ồ n g th ò i tại m ộ t sô d ie m .
T ấ t cả cá c tín h n ăn g n ày là m c h o các R o b o t so ng s on g c ó kh ả n ăn g cơ ilọ im
c a o . N hư ợc đ iể m c h ủ yế u của lo ạ i R o b o t so ng son g là k h o ả n g k liỏ n g í’ ian là m
v iệ c củ a c h ú n g d o cá c c hâ n c ó thể ch ạm n ha u và c ác k h ớ p liê n k ố l cua c lu in g
c íín g có cá c g iớ i hạn d ộn g họ c.
6 - D O F
6 - S P S
6 - D O F
6 - J P S S
6 -DOI*'
6 - ( R R ) P S
6 - D O F
6-PSS
H ình 2-5 M ột sô dạng H exapod
H ìn h 2-6 B u ồn g tập lái máy bay trên bệ Iiex a p o d ỉ lìn h 2-7
T rư ớ c đ â y, ứ ng d ụ n g c lm y ếu củ a lo ạ i R o b o t n à y là dược SII (lụ n ụ tm n g (liiế t
l)Ị m ô p h ỏ n g b u ồ n g tập lá i m á y b a y h o ặ c lá i x e (M ìn h 2 -6 ). C h ú n g c iíim I r ú
hữu clu ng tro n g cá c ứng d ụ n g yê u cầu tố c đ ộ và đ ộ c h ín h xá c CÍU) IIPIHZ k h i
yê u c ẩ u về k h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c c ó lliể g iớ i hạn (lắ p ílặl cá c ỈIÍIIIU
m ạch ill) , tro n g các m áy p ha y tố c đ ộ và độ c h ín h xá c cao. C á c ví dụ Iren iluự c
g ọ i là c á c ta y m á y son g so ng ho à n to à n d o m õ i ch â n c h i có m ộ i k li- 'p ch ủ

22
(lỏ n g (k h ớ p til rực cư cấu c hấ p h àn h (lẫ n đ ộ n g ). C ác R o b o t so ng soiií: liuiin loim
c ó h ai k h ớ p trư ợ t c lié o nha u lh ư ờ ng dược g ọ i là các m ỏ liì n li S lcv v a il. lèn cu:i
n g ư ờ i đầ u lie n dư a ra m ộ t ứng d ụ n g của R o b o t so ng so n g đổ m ò p lio im In ió iiũ
tộ p lá i m á y b ay. Các: th iế t k ế R o b o t bo l s on g so ng h oan to àn efítm (in (liK 'V sil
(lụ n g và i na m trư ớ c tro n g c á c m á y thử tủi lố p xe đư ợc ( ỉo u g lt g h i Itli;ỉii. l) o
v ậ y, n gư ời ta thư ờ ng g ọ i tên m ô h ìn h S te w a it-G o u g h dể c h ỉ cả hai th um Mèn.
và c lu in g th ô n g th ư ờn g c ó có 6 bậ c tự d o H ìn h 2 -7 .
ỉỉìtĩìt 2-8 M ột sô m ỏ h ình H exapod dược sứ dụng trong crììig niỉliièp
2.3.3 Robo lai ghép (Hybrid Robot)
N g o à i h a i d ạ n g R o b o t ch ín h là R o b o t c h u ỗ i và R o b o t son g so ng. Iig u ò i !;i COII
phát triể n lo ạ i R o b o t k ế t h ợp cả h ai dạ n g trê n tro n g m ộ t hộ th ố n g R o b o t f illi n g
và trở th à n h R o b o t la i g hé p. Đ ặ c đ iể m Iiổ i b ật của d ạ n g R o b o t n à y b íio g ổ m
k h o íin g k liô n g là m v iệ c lớ n và đ ộ lin h ho ạ t c ao h a n so với lo ại R o b o t SOI1ÍI
so ng lio à n to àn và cũ n g cứ ng v ữ n g hơn so v ớ i lo ạ i R o b o t c h u ỗ i. I lìn h 2 ọ u ic i
th iệ u m ộ t lo ạ i R o b o t la i g ỉié p 2 4 - D O F dượ c p liá l triể n đ ể là m việ c Irons: các
nhà m á y n g u y ê n tử có tê n là L o g a b e x .
C ác d ạ n g R o b o t la i g h é p đư ợ c cấ u h ìn h trự c tiế p từ cá c c liu ỏ i (lọ n g liọ c so n g
son g và c h u ỗ i, c h ú n g b ao g ồ m :
- C ơ cấu s o ng son g g lié p vớ i cơ cấu so ng s on g: M ai liộ th ố n g s on g SOI!!'
n ố i vớ i n ha u Ihe o c h u ỗ i. C ấ u trú c n à y c ứn g v ữ n g hơn R o b o t cơ e fui
c h u ỗ i, tu y n h iê n các bà i to á n đ ộ n g h ọ c th u ận v à ngư ợ c của c lu in g n il
p lu íc tạp .
- c<> cấu c h u ỗ i g h é p v ớ i cơ cấ u s on g so ng : M ộ i hộ th ố n g s on g so ng Í’ íín
lie n m ộ t cơ cấ u c h u ỗ i. L o ạ i R o b o t n ày tổ n g hợ p tlu ợ c liu <I i< rM vì'
k h o ả n g k lìô n g là m v iệ c lớ n và đ ộ lin h h o ạ i ca o cu a cơ câu c ln io i Ih ú
n h ấ t lẫ n đ ộ cứ ng v ữ n g cao và đ ộ c h ín h xá c v ị t r í cua CƯ t âu SOII.U sc im
th ứ ha i.
23
H ình 2-9 M ô hìn h R obot lai ghép 24-D O F (Logabex)

- C ơ câ u so n g so ng g hé p vớ i cơ cấu c h u ỗ i: M ộ t ta y m á y cơ cấu c h u ỗ i gắ n
trê n m ộ t hệ th ố n g cơ c ấ u son g so ng . M ộ t R o b o t 6 -D O F c ó th ể cỉược cấu
tạ o từ m ộ t cơ c ấu c h u ỗ i 3 - D O F g ắn trê n bệ d i d ộ n g củ a m ộ t cơ c ấu son g
so ng 3 -D O F k h ác . B ằn g cá c h tín h toá n và đ iề u k h iể n liê n g b iệ t sau d ó
tổ n g hợ p vớ i n ha u, cá c b à i toá n đ ộ n g h ọ c c ũ n g n hư đ iề u k h iể n của hộ
th ố n g n à y được x ác đ ịn h và tín h to á n rấ t đ ơn g iả n .
2.3.4 Robot di động:
H ìn h 2-10 Robot di động bằng bánh H ình 2-11 R obot di động bằng
xe chán.
C ó th ể n ó i rằ n g , các R o b o t d i d ộ n g th ự c ch ất là c ác ô tô h a y xe tự d ộ n g , tứ c là
c á c b á n h xe c ó h a i b ậ c tự d o : h a i b án h x e c h ấ p h à n h h oạ t d ộ n g d ộ c lộ p (B án h
x e c h ủ đ ộ n g q u a y tiế n /lù i để d i c h u y ể n và b á n h xe lá i để ch u y ể n h ư ớ ng ) ho ặc
h a i c h u yể n 'lộ n g đượ c gh é p tro n g c ù n g m ộ t b á n h . C ác R o b o t d i đ ộ n g th ư ờ n g
đư ợ c d ù n g đ ể v ận c h u y ể n v ậ t tư, v ậ t liệ u trê n n ền nhà d o v â y có thể m ô p ltỏ n g
và th iế t lậ p số b ậc tự d o ch o d ạ n g n à y th e o m ô h ìn h p hả ng . C á c xe llìá m h iể m
n g o à i liờ i d i c h u y ể n trên các đ ịa h ìn h p hứ c tạp sẽ cán c á c k h a n ă n g c h u yể n
đ ộ n g c ả m b iế n k h ô n g g ia n , đ ịa h ìn h 3 c h iề u (H ìn h 2 -1 0 ). C á c R o b o t d i d ọ n g
b ằ n g c hâ n (L e g g e d L o c o m o tio n ) c h o p hé p rờ i rạ c h o á v iệ c tiế p x ú c với m ặ t
đ ấ t th e o cá c đ iể m (R o b o t d i đ ộ n g b ằ n g b á n h xe tiế p x ú c m ặ l đấ t ílie o các
24
đ ư ờ n g liê n tụ c ) là m c ho lo ạ i R o b o t n à y có ưu th ế trê n các đ ịa h ìn h phứ c tcip.
g ổ g he và k h ôn g liê n tụ c (H ìn h 2 -1 1 ). C ác R o b o t d i d ộ n g b ằn g c hâ n dặ c hiệt
c ó LIU tliế tro n g cá c đ ịa h ìn h phứ c tạp n hư k h ả o sát (lá y b iể n , k h ả o sát k h u vực
d ổ i n ú i
2 .3.5 Robot dạng người:
M ộ l R o b o t được g ọ i là dạ n g n gư ời nế u n ó có h ìn h d ạn g bề n g o ài n liìn g iố n g
n h ư co n ng ư ờ i. T ừ k h i K a r e l C a pe k đưa ra từ R o b o t để c h ỉ n g ư ờ i/m á y p hụ c vụ
c ó n g u ồ n g ố c từ n g ư ờ i thự c (là sản p h ẩ m củ a c ô n q n g hệ ge n ch ứ k h ô n g ph ai là
sản p hẩ m củ a cá c k ỹ sư C ơ đ iệ n tử: được c h ế tạ o từ cá c ge n đ ã b ị lo ạ i b ỏ lấ l cả
c á c yế u tố c ả m x ú c củ a c on n g ư ờ i) nê n từ R o b o t ban đ ầu dược sử d ụ n g ch u n g

đ ể c h ỉ cá c th iế t b ị, m á y m ó c c ó h ìn h d ạ n g g iố n g n gư ờ i, có tr í Ih ồ n g m in h và
rấ t k h é o lé o. B ắt đ ầ u từ sau C h iế n tra n h T h ế G iớ i lỉ v à tro n g s u ố t m ộ t th ờ i
g ia n d à i, ng à nh R o b o t h ọ c c h ủ yế u g iớ i h ạ n tro n g các dạ n g ta y m á y đo'11 g ian
sử đ ụ n g tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạo và n g u yê n tử. C h ỉ tro n g k h o a n g m ọt
th ậ p k ỷ trở lạ i đ â y, tr ìn h đ ộ p h á t tr iể n củ a k ỹ th ậ t cô n g ng h ệ d ã g iú p ch o v iệ c
c h ê tạo R o b o t d ạ n g n g ư ờ i trở th à n h h iệ n th ự c. M ộ t R o b o t được g ọ i là d ạn g
n g ư ờ i n ếu n ó có 2 ch â n , h a i ta y và m ộ t đầu (H ìn h 2 -1 2 ) và sử đ ụ n g các th àn h
p h ầ n đ ó the o c á c h củ a COI1 n g ư ờ i: cha n dể đ i, ta y dể c ẩ m , đầu đ ể " n h ìn " và
n g h e ".
ỉ!ìn h 2-12 R obot dạng người A S1M O của ha ng H O NDA (N hậ t bản).
T rô n q u a n đ iể m cơ h ọ c , R o b o t dạ n g ng ư ờ i kh á c vớ i cá c cấu trú c R o b o t CO' câu
c liu ỏ i h a y so ng s on g d o cấ u trú c c h u ỗ i đ ộ n g h ọc h ìn h câ y (từ m ộ t p h ần lử n ày
tiế n m ộ t ph ần tử kh á c c h ỉ c ó th ể d i th e o m ộ t c h u ỗ i d u y n h ấ t và m ộ t ph ần tử có
th ể c ó n h iề u hơ n ha i k h ớ p liê n k ế t v ớ i các ph ần tử k h á c ) d o v ậ y d â y có lliổ co i