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 TẦM KHOA HỌC Tự NI IIÊN
VÀ CÔNG NGHÊ QUỐC GIA

TRUNG TÂM HỢI» TÁC f)À(> TẠO
VẢ BỒI DƯỠNG CO HOC

V IỆ N C ơ IIỌ C

Vu T han h Q uang

T H IẾ T K Ê R O B O T c ơ
D ự■ A T R Ê N

C ẤU

K Ế T Q U Ả

SO N G

M Ô

SO N G

TR ÊN

P H Ỏ N G Đ Ộm N G

Chuyên ngành:

C ơ học ứng d ụ n g

M ã số:

2 .0 2 .0 2

M Á Y T ÍN H

L ựm c

H Ọm C

LU Ậ N V Ă N T H Ạ C SỸ c ơ HỌ C

NGƯỜI HƯỚNG D Ẫ N K H O A HỌ C :
T S . P h a m A n il T u ấ n

H À N Ộ I - 2003

1í. •

ỉ-i

A' M O I


1

Mục lục
M ụ c l ụ c ..............................................................................................................................
L ờ i n ó i đ ẩ u .......................................................................................................................

.. I
■>

T lm ậ t n g ữ c h u n g liê n q u a n đ ế n c á c c ư c ấ u s o n g s o n g ..........................

..5

Chương 1

G iớ i th iệ u , m ụ c t iê u v à c ấ u t r ú c c ủ a đ ề t à i .......................

..9

Đ ặ t vấn đ ề .....................................................................................................
M ục tiêu của đê t à i ..................................................................................
N ộ i dung chính của đ ề tà i ...................................................................

9
¡2

/. /

/ .2

1.3

13

T ổ n g q u a n v ề R o b o t .......................................................................

15

2.1
ư u điểm của Robot tronạ công n g h iệ p .......................................
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 p h í: ...................................................................................
2.1.4
Thay đổi dễílàriiỊ:..................................................................................
2 .2
C ấu trúc c ơ bản của R o b o t: ...............................................................
2.2.7
Phần tuy m áy ..........................................................................................
2.2.2
Phần dộng lực: .......................................................................................
2.2.3
Bộ diều khiên...........................................................................................
2.3
M ộ t sô dạng R obot 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 ộ t s ố ưu nhược đ iểm của R obot song s o n g ............................
2.5
M ộ t sô ứng dụng của R o b o t song s o n g ........................................

15

C lu rư n g 2

C hương 3

3.1
3.2

. /5

. 16
. ¡6

16
17
.17
. 17
IS

19
. 19

.20
~>1
.23
.24
.25

26
28

L ự a c h ọ n c ấ u t r ú c R o b o t ..............................................................

30

P hân tích bài to á n ......................................................................................
Lựa chọn cấu trúc R o b o t .......................................................................

30
3ỉ

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 ...................................

35

4.1
Giới th iệ u .........................................................................................................
đ.2
C ơ sở lý thuyết động họ c và động lực học H e x a p o d ............
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 Ịực tĩnh Hexapod ...............................................................
4.2.6
Phân tích động lực học Hexapod .....................................................
4.3
M ô phỏ n ạ động học và độnạ lực học H e x a p o d ......................
4.3.1Các thông sô dầu vào cửa bài toán động học vò dộng lực học
4.3.2
Các bước mô phỏng .........................................................................

35
36

C hương 4

C hương 5

P h â n tíc h m ộ t s ố c ụ m c h i t iế t c h í n h ......................................

36
.41
.42
.43
.44
.45

52
.53
.54
55


2

5. /
T iêu 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 m ột sô cụm chi tiết c h ín h ........................................................................37
5 2.1
Khóp cảu và kììỚỊ.) cúc dãm*....................................................................................... 59

5.2.2
Cúc cụm cơcâìt Trục vít - Đai ố c ............................................................................ (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 hương 6

T h iế t k ế c h i t i ế t ........................................................................................................ 8 8

ó. I M ỏ tả R obot song song cần thiết k ê ........................................................................ XK
6.1 .ì
Cấp chính xác chi tiế t ................................................................................................
6.12
Cúc cơ cấu được lựa chọn ........................................................................................... ss
6.1.3
Bệ di độnq ....................................................................................................................... 90
6.1.4
Đ ế cố định ........................................................................................................................90
6.1.5
KhỚỊ) liên kết ................................................................................................................... 9!
6.2 C hưong trình dùng đ ể thiết k ế R o b o t ...................................................................... 91
6.3
C ác bản v ẽ thiết k ế . .......................................................................................................... 94
C hương 7
7. /

72

K ế t lu ậ n ......................................................................................................................... 9 5

C ác kết q u ả đạt đ ư ợ c ......................................................................................................95
K hả năng p h á t tr iể n ........................................................................................................ 9 7

T à i liệ u th a m k h ả o .............................................................................................................................. 9 9
P h ụ lụ c : M ộ t s ố b ả n vẽ t h iế t k ế H e x a p o d ......................................................................... 101


3

Lời nói đ ẩ u
M ố i q u a n tâ m c ơ b ả n 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 á u là t ì m c á c h
la n g k h ả n ă n g sả n x u ấ t, g iả m c h i p h í v à g iá th à n h c h ế tạ o s ả n p h ẩ m . Đ ế n đ ầ u

111lữ n g

n ă m 8 0 . c á c n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ín h đ ã t ì m

th ấ y lờ i g iả i đ á p l i o n g

n h iề u lĩ n h v ự c k ỹ th u ậ t c ô n g I ig h ệ n h ư h ệ I h ố n g đ iề u k h iể n sô ( N u m e r i c a l
C o n t r o l - N C ) , th iế t k ế /v ẽ v ớ i sự trự g iú p c ủ a m á y t ín h

(C o m p u ta

D e s ig n / D r a f t in g - C A D ) , s ả n x u ấ t v ớ i sự tr ự g iú p c ủ a m á y lí n h

A id e d

(C o m p u te r

A id e d M a n u f a c t u r in g - C A M ) , h ệ t h ố n g m á y t ín h đ iề u k h iể n s ố ( C o m p u t a
N u m e r ic a l C o n tr o l - C N C ) , v à h ệ t h ố n g s ả n x u ấ t t í c h h ợ p m á y lí n h ( C o m p u t e r
In te r g r a te c l M a n u f a c t u r in g - C I M ) . H ệ t h ố n g s ả n x u ấ t tí c 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 đ ể tạ o t h à n h c á c c ụ m là m

v iệ c th ự c h iệ n

m ộ t lo ạ i c á c h o ạ t đ ộ n g từ t h iế t k ế c á c b ộ p h ậ n đ ế n c h ế tạ o h o à n c h ỉn h c lu in g
m à k h ô n g c ầ n sử d ụ n g n h â n c ô n g , n g à y c à n g d ư ợ c sử d ụ n g r ộ n g r ã i. C á c c ô n g
v iệ c lự a 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 á n th à n h p h ẩ m đ ế n v ị t r í g ia c ô n g trê n m á y g ia c ô n g k h á c v à th ậ m
c h í đ ặ t th à n h p h ẩ m v à o v ị t r í t r o n g k h o đ ề u c ó th ể đ ư ợ c th ự c liiệ n b ở i m ộ t h a y
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 r ấ t t ố t k h i c ầ n sử d ụ n g c h o c ;íc c ò im v iệ c
n ặ n g n h ọ c , n g u y h iể m v à lặ p đ i lặ p lạ i.

R o b o t I ig à y c à n g c ó m ộ t v ị t r í h ế t sứ c q u a n I r ọ n g k h ô n g c h ỉ t r o n g n g ì m li g ia
c ô n g c ơ k h í , c h ế tạ o m à c ò n đ ư ợ c s ử d ụ n g r ộ n g r ã i t r o n g r ấ t n h iề u n g à n h k h á c
n h ư v ậ t lý , k h a i th á c m ỏ , c ứ u h ộ , c ô n g n g h iệ p g iả i t r í . . . V iệ c n g h iê n c ứ u , t h iế t
k ế , c h ế tạ o v à á p d ụ n g R o b o t đ ó n g g ó p v a i t r ò to 1Ớ11 t r o 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 h o á đ ấ t n ư ớ c .

" T h iế t k ế p h ầ n c ơ k h í R o b o t c ơ c ấ u so n g so n g trên m á y íin ìì d ự a trê n
k ế t q u ả m ô p h ỏ n g đ ộ n ẹ lự c h ọ c " đ ư ợ c th ự c h iệ n tậ p t r u im v à o v iệ c liế p c ậ n
Đ ề tà i

v à n g h iê n c ứ u m ộ t lo ạ i R o b o t s o n g s o n g - H e x a p o d , ứ n g đ ụ n g c h o c ô n g tá c
g ia c ô n g c á c c h i t iế t

c ơ

k h í p h ứ c tạ p v à đ ư a r a b ả n t h iế t k ế p h ầ n c ơ k l i í

C IK 1

R obot đó.

T r o n g q u á t r ì n h th ự c h iệ n b ả n lu ậ n v ă n , t ô i đ ã n h â n đ ư ợ c , u ự c liế p h o ặ c g iá n
tiế p , rấ t n h iề u sự h ư ớ n g d ẫ n , g iú p đ ỡ , g ó p ý , c ủ a c á c th ầ y c ô g iá o v à c á c b ạ n
d ồ n g n g h iệ p . T rư ớ c t iê n , t ô i x i n c h â n t h à n h c á m ƠI1 n g ư ờ i ln rớ n e ; d ẫ n trự c liê p ,


4

T S . P h ạ m A n h T u ấ n , v ì n h ữ n g sự h ư ớ n g d ẩ n , g iú p d ữ , k h u y ế n k lú c lì trự c tiê p
c ù a th ầ y t r o n g s u ố t q u á tr ì n h th ự c h iệ n lu ậ n v ă n . T ô i c ũ n g x in c h â n t l ià u li c á m
Ơ I 1 P G S . T S K I I . N g u y ễ n T iế n K h iê m , G S . T S . P h a n N g u y ô n D i, PCÌS. T S . Đ in h

V ă n P h o n g đ ã g ó p ý c h o b ả n lu ậ n v ă n n g a y t r o n g q u á t r ì n h th ự c h iệ n h ã n (le
c ư ơ n g . C u ố i c ù n g t ô i x in c h â n th à n h c ả m ơ n T r u n g tâ m Đ à o tạ o v à B ổ i ( lir ỡ im
C ơ h ọ c , V iệ n C ơ h ọ c , C ò n g l y Đ ầ u tư P h á t tr iể n C ô n g t r ì n h

D u lịc h . V iệ n

C ô n g n g h ệ - B ộ C ô n g n g h iệ p , g ia đ ìn h và c á c b ạ n d ồ n g n g h iệ p (lã g iú p d ỡ , tạ o
d iề u k iệ n v à đ ó n g g ó p ý k iế n t r o n g s u ố t th ờ i g ia n t ô i h ọ c lậ p và n g h iê n cứ u (lè
t ô i h o à n th à n h b ả n lu ậ n v ă n n à y .

M ặ c d ù c ố g ắ n g n h iề u , n h ữ n g v ớ i th ờ i g ia n và k h u ô n k h ổ c ủ a lu ậ n v ă n c ó h ạ n
n ê n lu ậ n v ã n k h ó tr á n h k h ỏ i c ó n h ữ n g t h iế u s ó t. T ô i c h â n th à n h m o n g đ ư ợ c sự
g ó p ý c ủ a c á c th ầ y c ô v à c á c d ồ n g n g h iệ p c h o b ả n lu ậ n v ă n n à y .

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 Thanh Q uang


5

T h u ậ t n g ữ c h u n g liê n q u a n đ ế n c á c c ơ c ấ u s o n g s o n g

T h u â t tiịỉũ cơ bản
C ơ cấu so n g

so iiịỉ : C ư c ấ u c h u ỗ i k h é p k i l l t r o n g d ó ih à n h p liíìn th ự c h iệ n c u ố i

c ù n g (b ệ d i đ ộ n g - P la t f o r m ) d ư ợ c n ố i v ớ i đ ê b ằ n g ít Illic it h a i c liu ỏ i d ộ n g h ọ c
d ọ c lậ p . C á c th u ậ t n g ữ tư ơ n g d ư ơ n g : R o b o t s o n g s o n g , ta y m á y s o n g s o n g , m ỏ
h ìn h S te w a r t, c ơ cấ u liê n k ế t s o n g s o n g , c ơ c ấ u c h u ỗ i k h é p k í n , m á y d ộ n g h ọ c
s o n g s o n g ( P a r a lle l K in e m a t ic 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 u ậ t n g ữ tư ơ n g đ ư ơ n g trê n đ ư ợ c x á c ( lịn h Ire n

CO'

sử

các

đ ịn h n g h ĩa s a u :
-

T h e o 'T h u ậ t n g ữ về L ý th u y ế t M á y v à C ơ c ấ u " -

T h eo ry o f M achines an d M echanism s -

T erm inology fo r the

d o I F l ’o M M

đ ịn h n g h ĩa n ü m

1991:
o

C ơ c ấ u : H ệ th ố n g c á c v ậ t đ ư ợ c t h iế t k ế đ ể b iế n d ổ i c h u y ể n đ ộ n g ,
h a y tá c đ ộ n g lự c , c ủ a m ộ t h a y m ộ t v à i v ậ t th e o c h u y ể n t lọ im , h a y
tá c d ộ n g lự c , c ủ a c á c v ậ t k h á c .

o

C ơ cấ u c ầ u p hư ơ n g: C ơ cấ u m à tro n g đ ó q u ì d ạ o c h u y ể n đ ộ n g
c ủ a tấ t c ả c á c đ iể m c ủ a c á c liê n k ế t c ủ a n ó n ằ m Ire n c á c m ặ t cầ u
c tồ n g tâ m .

o

M á y : H ệ th ố n g c ơ h ọ c th ự c h iệ n m ộ t c ô n g v iệ c n h ấ t ( lịn h n h u ' lạ o
h ìn h v ậ t liệ u , tr u y ề n v à b iế n đ ổ i c h u y ể n đ ộ n g v à lự c.

o

R o b o t: H ệ th ố n g c ơ h ọ c d ư ớ i tá c đ ộ n g c ủ a d iề u k h iể n lự d ộ n g
th ự c h iệ n c á c h o ạ t d ộ n g tự đ ộ n g h o a .

o

T a y m á y : T h iế t b ị d ù n g đ ể n ắ m v à d i c h u y ể n c á c v ậ t th e o c h u y ể n
đ ộ n g đ ư ợ 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 ợ p c á c liê n k ế t v à k h ớ p n ố i lắ p rá p
vớ i n hau.

-

T h e o IS O 8 3 7 3 , T ừ v ự n g v ề c á c R o b o t ta y m á y c ô n g n g h iệ p n ă m 1 9 9 4 :
o

T a y m á y : là m ộ t t h iế t b ị, k ế t c ấ u c ư h ọ c c ủ a I 1Ó th ư ờ n g b a o g ồ m
m ộ t c h u ỗ i c á c p h ầ n tử , d ư ợ c n ố i v ớ i Iih a u h o ặ c trư ợ t tư ơ n g (-lối
v ớ i n h a u , v ớ i m ụ c đ íc h n á m lấ y v ậ t v à d i c h u y ể n vẠt (c á c c h i liế t
h o ặ c d ụ n g c ụ ) th e o m ộ t s ố b ậ c tự d o . N ó c ó th ể đ ư ợ c đ iể u k liic n
b ở i n g ư ờ i đ iề u k h iể n , t h iế t b ị đ iề u k h iể n d iệ n tử c ó t liể lậ p tr ìn h
h a y b ấ t c ứ h ệ th ố n g lo g ic n à o ( v í d ụ n h ư th iế t b ị c a m , d â y ...) .

o

R o b o t s o n g s o n g : là m ộ t r o b o t m à ta y c ủ a n ó c ó ít n h á t 3 liê n k ế t
t ịn h tiế n đ ồ n g th ờ i.


6

C á c k h á i n iệ m trê n c ư sở lịc h sử c ủ a c á c c ơ c ấ u s o n g s o n g và c ủ a lo b o l học
n h ìn ch u n g :
-

M ỏ h ìn h S te w a rt: C ư c ấ u s o n g s o n g 6 b ộ c tự d o v ớ i sáu c h u ỗ i c lỏ im h ọ c
g iố n g n h a u , g ồ m m ộ t k liứ p liê n k ế t c á c đ ă n g , m ộ t cư c à u c ltà p h à n h
trư ợ t v à m ộ t k h ớ p liê n k ế t c ầ u .

-

M á y đ ộ n g h ọ c s o n g s o n g ( P K M ) : M á y c ô n g c ụ trê n cư sở c ơ c ấ u s o n g
song.

-

H e x a p o d : M á y đ ộ n g h ọ c song so n g có 6 ch ân hoặc m á y (ự di ch u y ể n
v ớ i 6 c h â n c ó k h ớ p ( L o c o m o t io n ) .

-

C ư c ấ u s o n g s o n g h o à n to à n : C ơ c ấ u s o n g s o n g v ớ i bộ đ i d ộ n g c u ố i c ó M
b ậ c tự d o đ ư ợ c n ô i trê n c ơ sở

11 c h u ỗ i

d ộ n g h ọ c đ ộ c lậ p , m ỗ i c lu iỗ i c ó

m ộ t c ơ c ấ u c h ấ p h à n h r iê n g .
-

C ơ c ấ u s o n g s o n g la i g h é p : C ơ c ấ u s o n g s o n g v ớ i b ộ d i d ộ n g c u ố i c ó

11

h ạ c tự đ o đ ư ợ c n ố i trê n c ơ sở rn ( m < n ) c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c d ộ c lạ p , m u i
c h u ỗ i c ó m ộ t c ơ c ấ u c h ấ p h à n h l iê n g .
-

C ư c ấ u s o n g s o n g q u a y : C ơ c ấ u s o n g s o n g t r o n g đ ó tấ t c ả c á c đ iể m trô n
b ệ 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 ạ o n ằ m tre n c á c m ặ t c ầ u d ổ im lâ m .

C á c h s o i tên th eo k ế t cấu
M ộ t c h u ỗ i d ộ n g h ọ c Iĩiở th ư ờ n g đ ư ợ c m ô tả b ằ n g c h u ỗ i c á c c ặ p k h ớ p đ ộ n g Itọ c
c ủ a c h ú n g , t r o n g đ ó c á c k ý h iệ u sau đ ư ợ c d ù n g đ ể c h ỉ c á c k liứ p n ố i đ ộ n g h ọ c :
- 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 k ý h iệ u u

đ ư ợ c sử d ụ n g c h o k h ớ p c á c đ ă n g , (u y n h iê n d o k liứ p c á c

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 đ ơ n ( h a i k liứ p q u a y c ó t r ụ c q u a y g iiK )
nhau

lạ i tâ m

k h ớ p - th ư ờ n g là v u ô n g g ó c n h a u

trê n m ộ t m ặ t p h ẳ n g ) 11CI1

th ư ờ n g d ư ợ c 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 ọ c n à o là c ơ c ấ u c h ấ p h à n h , c h ữ c á i c h ỉ k h ớ p d ó sẽ
được g ạ ch c h 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 c ủ a m ô h ìn h S te w a rt c ó d ạ n g ( R R ) PS.

C á c CƯ c ấ u s o n g s o n g c ó c á c c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c đ ộ c líìp sẽ đ ư ợ c k ý liiệ u là II

xxxx

tr o n g đ ó II là sô c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c v à

xxxx

k ý h iệ u d a n g c ủ a c lm ỏ i

đ ộ n g h ọ c c ó c lìữ c á i c u ố i c ù n g c h ỉ k liớ p I iố i v ớ i b ệ d i đ ộ n g c u ố i c ù n g .

7

V í c! ụ :
M ô h ìn h S te w a r t là c ư c ấ u s o n g s o n g c ó k iế n tr ú c d ạ n g 6 - D O I

6- ( K K )

F S h o ặ c 6 - D O F 6 -S P S .
-

M ô h ìn h 3 - D O I 7 3 - R R R h a y 6 - D O F 3 - R P R S

T h u á t Iiỉỉữ đ ô n g h o e liên q u a n đ ến c ơ cấ u so n g SOIIÍỈ
P h â n tíc h v ị t r í
o

T ư th ế : V ị

t r í và h ư ớ n g c ủ a b ệ d i đ ộ n g c u ố i.

o

C ấ u h ìn h : C á c v ị t r í v à h ư ớ n g k ế t h ọ p c ủ a tấ t c ả c á c liê n k ố t

VĨI bệ

d i đ ộ n g c u ố i.
o

T o ạ đ ộ k h ớ p : c á c b iế n m ô tả c á c k h ớ p c h ấ p h à n h . T r o n g R o b o l,

c á c tọ a đ ộ n à y th ư ờ n g d ư ợ c c h ọ n là c á c tọ a đ ộ s u y r ộ n g .
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 t h ế c ủ a bệ d i d ộ n g

o

c u ố i t r o n g h ệ 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 ư ợ c : B à i to á n tì m c á c to ạ đ ộ s u y lộ n g từ c á c to ụ

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 t ì m c á c ío ạ 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 h â n t íc h v ạ n tố c ( t í n h s u y b iế n )
o

Đ ộ n g h ọ c n g ư ợ c tứ c th ờ i: b à i to á n t ì m c á c v ậ n tố c s u y lộ n g từ
c á c VỘ11 tố c tu y ệ t đ ố i t r o n g h ệ tọ a đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g .
Đ ộ n g h ọ c th u ậ n tứ c t h ờ i: b à i to á n t ì m c á c v ậ n tố c t u y ệ t ( ló i tr o i 11»

o

h ệ tọ a đ ộ k h ô n g g ia n c h u n g từ c á c v ậ n tố c s u y r ộ n g .

o

C ấ u h ìn h s u y b iế n : M ộ t c ấ u h ìn h tro n g d ó c h u y ể n đ ộ im lire Iliờ i
h o à n c h ỉn h c ủ a c ơ c ấ u ( tấ t c ả c á c v ậ n t ố c k h ớ p ) k h ô n g th e đư ợ c
x á c đ ịn h c ả c á c v ạ n tố c s u y lộ n g lẫ n c á c v ạ n tố c t m im

khổng

g ia n c h u n g .
P h à n tíc h k h ô n g g ia n là m v iệ c : Đ ể là m g iả m b ớ t c á c đ ịn h im lũ a . c o i
đ iể m

c

đ iể m

t r o 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 n g ứ n g v ớ i c ù n g

là m ộ t đ iể m c ố đ ịn h tr ê n b ệ d i đ ộ n g c u ố i. D o v ậ y ,

lấ t

cá c á c

m ộ t d ạ n g n ố i g h é p c ủ a R o b o t s o n g s o n g , tứ c là ta y m á y s o il* ; s o il” c ó
th ể d i c h u y ể n liê n tụ c g iữ a b ấ t k ỳ h a i đ iể m

n à o t r o n g k h o ả n g k liỏ n g

g ia n là m v iệ c c o n d ó .

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 c ả c á c III I l i ố c ó
th ể c ó c ủ a b ệ d i d ộ n g c u ố i ( th à n h p h ầ n là m v iệ c ) .


8

O

K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c c o n : M ộ t tạ p c o n c ủ a k h o á n g k liỏ im
g ia n là m v iệ c h o 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 ớ n g k h ô n g d ổ i: T ậ p lấ l c á c á c vị
t r í c ó th ể c ó c ủ a đ iể m

c

k h i b ệ d i d ộ n g c u ố i đ ư ợ c g iữ th e o m ộ t

h ư 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 c á c h ư ớ n g c ó th ể c ó c ù a
b ệ d i đ ộ n g c u ố i k h i đ iể m

o

đ ịn h so v ớ i đ ế .

K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c t ố i ư u : T ạ p ta t c ả c á c v ị t r í c ó th ể c ó
c ủ a đ iể m

o

c cố

c

m à b ệ d i d ộ n g c u ố i c ó th ể x o a y th e o m ọ i h ư ớ n g .

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 đ ư ợ c b ở i ít n h ấ t

I

đ iể m tr ê n to à n b ộ c ơ c ấ u s o n g s o n g t ạ i ít n h á t m ộ t c ấ u 1l i l i l í c ù a
nó.


9

Chương 1

1.1

G iớ i t h i ệ u , m ụ c t i ê u v à c ấ u t r ú c c ủ a

đế tài

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 n g n g h iê n c ứ u s u ố t d ờ i.
M ộ t m ặ t, c h ú n g c ó n h iề u ứ n g d ụ n g th ú v ị k h á c n h a u v à n g à y c à n g p h á t tr iể n ,
m ặ t k h á c , R o b o t tự

11Ó

là m ộ t đ ố i tư ợ n g h ấ p d ẫ n : v iệ c COM n g ư ờ i tạ o ra c á c

c ô n g c ụ c ó k h ả n ă n g tư ư n g tự n h ư c o n n g ư ờ i v à p lu íơ n g p liá p lu ậ n là m o ! m ụ c
đ í c h h ấ p d ã n v à th ậ m c h í k liô n g th ể tr á n h d ư ợ c.
K h á i n iệ m

R o b o t th â m n h ậ p n g à y c à n g n h iề u v à r ộ n g lã i, c ó rấ t n h iề u k lú a

c ạ n h v ề R ơ b o t c ó tr o n g c á c h ệ th ố n g n g a y c ả k h i tự c lií in g k lt ỏ n g đ ư ợ c g ọ i là
R o b o t . Đ ó c ó th ể là k h í a c ạ n h vổ đ ộ n g h ọ c c ủ a c á c liê n k ế t lio ạ c k lií a c ạ n li
( liề u k h iể n c ủ a c á c c ô n g c ụ m á y IT1ÓC. C ó rấ t n h iề u đ ịn h n g h ĩa k lu íc n h a u v ề
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 obot

của

Mỹ

(R o b o t

I n s t it u t e o f A m e r ic a - R I A ) , m ộ t tổ c h ứ c th ư ơ n g m ạ i c ô n g n g h iệ p đư a ra n ă m
I 9 8 0 , h iệ n đ ư ợ c c ô n g n h ậ n n g à y c à n g r ộ n g r ã i, về R o b o t n h ư sa u:

M ộ t R o b o t là m ộ t lay m á y đa c h ứ c n ă n g có t h ể lập trìn h d iêu k h iể n It hiển
lẩ n được th iế t kê đế di c h u y ể n vật liệu, các bộ p h ậ n , các d ụ n g cụ lioặc các
th iế t bị đ ặ c b iệt th ô n g q u a các d i c h u yê n k h á c n h a u được lập í rìn h đ ể thự c
h iệ n m ộ t h a y n h iề u các tác vụ.
C ơ d iệ n t ir tổ h ợ p n h iề u c h u y ê n n g à n h k h á c n h a u và d o v ậ y đ ó là m ặ t lâ ì tố l
c h o c ô n g tá c đ à o tạ o . C á c c h u y ê n đ ề c h ín h c ủ a R o b o t rấ t clưực ưa c h u ộ n g vì
c h ú n g c ẩ n c á c k iế n tliứ c v ề c á c c ả m b iế n , c ơ s ấ u c h ấ p h à n h , m á y l í n li và c á c
b ộ đ iề u k h iể n v à c á c k iế n th ứ c đ ó c ó th ể đ ư ợ c c h u y ể n s a n g n il n h iề u c á 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 c ủ a R o b o t r ấ t q u a n tr ọ n g tr o n g m ô p h ỏ n g đ ộ n g c ủ a m á y lí n h
v à th ự c lạ i ả o . K h i m ộ t n g ư ờ i đ iể u k h iể n rn ô h ìn h

1Ĩ 1Ô

p h ỏ n g đ ộ n g hoặc R obot

th ự c , c á c c á c h n g h iê n c ứ u c ĩín g tư ơ n g tự. C á c k h á i n iệ m đ ư ợ c p h á t tr iể n ù o iig
v iệ c m ô h ìn h h o á c ủ a c á c d ố i tư ợ n g tư ơ n g tá c đ ể lậ ị) k ế h o ạ c h lắ p rá p d ư ợ c á p
d ụ n g trự c t iế p v à o c á c đ ố i lư ợ n g c h u y ể n đ ộ n g tr o n g m ô i trư ờ n g ả o .
C á c k lu í i n iệ m c ủ a R o b o t c ó th ể h ỗ tr ợ v iệ c h iể u r õ c á c k h ả n ă n g s in h h ọ c
tư ơ n g ứ n g . V í d ụ n h ư m ộ t c á n h ta y n g ư ờ i c ó th ể th ự c h iệ n rấ t n h iề u c ô n g v iệ c
m à c lu in g ta c ô g ắ n g đ ạ t d ư ợ c đ ể p h á t t r iể n c á c ta y m á y . C á c k lì á i n iệ m p h á t
tr iể n c ủ a ta y m á y R o b o t c ó th ể là m c h o c h ú n g ta h iế u r õ h ư n c á c v ấ n tie lư ơ n g
ứ n g m à ta y c o n n g ư ờ i g ặ p p h ả i. Đ iề u n à y k h ô n g n ó i rằ n g c á c g iả i p liíÍỊ) về
R o b o t c ó th ể g iả i q u y ế t c á c v ấ n đ ề s in h h ọ c m à c h ỉ n ó i lê n rằ n g b ằ n g c á c h c ố
g;1nụ sa o c h é p c h ứ c n ă im c ủ a ta y n g ư ờ i c lu in g ta c ó th ể h iể u r õ c h ú n g h ơ n .


10

C ù n g v ớ i sự p h á t t r iể n tr o n g n g à n h R o b o t, tr o n g k h o ả n g 3 0 n ă m q u a , việc
n g h iê n c ứ u v à ứ n g d ụ n g R o b o t v à o c á c n g à n h c ò n g n g h iệ p tin (lư ợ c I l ic it k h a i
m ạ n h m õ v à d ã h ìn h th à n h m ộ t n ề n c ô n g n g h iệ p với m ộ t s ố c ổ n g t y liỉmg (.lầu
nhu' 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 k i R o b o tic s ... c h u y ê n

c h ế tạ o lià n g lo ạ t c á c R o b o t c ô n g n g h iệ p . V ớ i m ụ c f iê u tă n g c liấ l lư ọ ì i” và ha
g iá th à n h sả n p h ẩ m , h iệ n n a y c ó th ể th â y c á c la y tì lá y k o h o l cl I lực s il th u m

t r o n g n h iề u n g à n h c ô n g n g h iệ p k h á c n h a u . P hầ n lớ n c á c lcụii R o b o t l i ïi ycn
t h ô n g h iệ n n a y đ a n g đ ư ợ c sử d ụ n g tr o n g c á c hệ l l i ô ' i g c h e l;u ) m á y \ a l;1p lá p
th ư ờ n g c ó d ặ c trư n g k ế t c â u d ạ n g c h u ỗ i, m õ i t r ụ c sẽ m a n g llie o k h o i lirự n u cu n
c á c t m c tiế p sa u v à là m c h o c h ú n g c h u y ể n đ ộ n g . R o b o t CƯ c ấ u c h u ỗ i (S e ria l
R o b o t ) , đ ư ợ c p h á t t r iể n từ n lìữ n g n ă m I 9 6 0 , h iệ n đ ã c ó rấ t n h iề u d ạ n g c à u ti Tu­
c a h ọ c và đ ã d ư ợ c đ ầ u tir n g h iê n cứ u rấ t k ỹ c ả về t h iế t k ế , d ộ n g h ọ c , m ô h ìn h
h o á và d iề u k h iể n . T u y n liic n , v ấ n đ ề là c á c c ấ u tr ú c n à y rấ t k e m l i l i l í h o ạ t :
m ộ t k h i t h iế t b ị đ ã đ ư ợ c t h iế t k ế và c h ế lạ o sẽ rấ t k h ó c h o v iệ c c ả i liê n và n a i l”
c â p sau n à y in à c h ỉ c ó th ể th ự c h iệ n c á c c ô n g v iệ c sửa đ ổ i n h ỏ . H ơ n nữa. tr o n g
c á c c ô n g c ụ m á y m ó c t r u y ề n t h ố n g c ò n c ó m ộ t số v ấ n đề k h ô n g p h ả i là cá Itiẹl
n h ư v iệ c Ih a y đ ổ i k í c h ih ư ớ c th à n h p h á n c ủ a t h iế t b i ih ậ n i c h í là ì ít c iĩn ụ là n ỉ
ảnh h ư ở n g đ ế n to à n b ộ t h iế t k ế . D o v ậ y rấ t k h ó h y v o n g r ằ n g c á c c ôn g cụ má y
m ó c c h u ồ i c ó th ể c ó n h ữ n g t h a y đ ổ i lớ n tr o n g tư ơ n g la i. T r o n g cá c họ th ố n g
lá p rá p , v ấ n đ ề lạ i n ả y s in h k h i c ó y ê u c ầ u v ề c á c lụ c là m v iệ c lớ n và vện lốc
c a o , h ơ n n ữ a CÒ11 liê n q u a n đ ế n c á c h h o ạ i đ ộ n g a n to à n . N h ữ n g ('liề u n à y b ị
g iớ i h ạ n tr o n g c á c R o b o t d ạ n g c h u ỗ i t r u y ề n th ố n g . D o c ó c â u tr ú c chum c h u ỗ i
nên k h ô n g p h ả i tấ t cả c á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n h c ó k h ố i lư ợ n g IỚ11 đ ề u cỏ th ể g ắ n
trớ n c ù n g m ộ t b ệ đ ỡ , n ê n c h ú n g c ó k h u y n h h ư ớ n g (lư ợ c sử c lu n g d i o c;íc c ỏn g
việc c ó tả i n h ỏ so v ớ i k h ố i lư ợ n g c ủ a ta y m á y . M ơ n n ữ a , c ấ u t r ú c chuỗi CÒII có
nhiều s a i lệ c h tạ i k h ớ p n ố i d o đ ộ c ứ n g y ế u n c n c h ú n g c ó đ ộ c h ín h xác lliíip (V
th à n h p h ầ n c u ố i.

/

lỉìiih 1-1 Mô hình buồng tập lái máy bay của Steward


11

Năm

1 9 9 4 , h a i c ô n g ty ( lụ n g c ụ m á y G it iđ in g s & L e w is và l i i g c i s o l l ( M v ) , (If)

là m k in lt n g ạ c cả th ế g iớ i k h i g iớ i th iệ u m ộ t th iế t b ị m á y m ó c tlạ u g m ó i. ( ';k'
hệ lliố n g m ớ i n à y d ư ợ c d ự a trô n c â u trú c c á c k h ớ p đ ộ n g lự c so n 12, s o il” m il cin
ckíự c S te w a rd p h á t tr iể n n ă m 1 9 6 5 lạ i A n h ( H ì n h 1 - i ). H u i n 'lim ly n à y tlã g o i
c á c e ỏ im c ụ m á y m ó c m ớ i n à y 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 k ế l c ấ u c ơ b á n c ủ a th iế t b ị là c á c c h â n là c á c p h ầ n tu k iế n ố n g lỏ im , c á c
b ộ d ẫ n d ộ n g đ ư ợ c đ iề u k h iể n s ố d ể t lia y đ ổ i c h iề u d à i c á c ỏ im lổ iiL ' t iio n g

IIIIÍỊ,

đ iề u k h iể n 6 b ậ c tự d o về v ị t r í v à g ó c x o a y c ủ a bệ d i d ọ n g . Sau k h i n e liic ii
cứ u n ề n tá n g c ủ a c á c p h á t tr iể n n à y , r ấ t n h iề u ý tư ở n g ve v iệ c á p (Im IU u í c c íiu
trú c đ ộ n g h ọ c s o n g s o n g v à o R o b o t h ọ c và c ô n g c ụ in á v m ó c dã (.lược p liá l
tr ie n rấ t n h a n h c h ó n g . H ầ u h ế t c á c ứ n g d ụ n g đ ã đ ư ợ c p liá t trie ’ll lừ sau n á m
1 9 9 5 . C á c R o b o t d ạ n g s o n g s o n g c ó đ iể m d ặ c trư n g ở cấ u li ú c k lú tát c;i cá c
b ộ |)lụ m c h ấ p h à n h h o ạ t d ộ n g c ù n g n h a u đ ể d i c h u y ể n k h ố i lư ợ n g ta i và c ó íl
Iilu ìt h a i c h u ỗ i d ộ n g h ọ c đ ộ c lậ p đ ư ợ c n ố i v ớ i b ộ c ố đ ịn li. T iê n c ơ sở p h â n líc l)
k ế t c ấ u , CƯ h ọ c m ộ t s ố lo ạ i ta y m á y R o b o t d ạ n g c h u ỗ i v à R o b o l c ơ c ấ ti s o n g
s o n g c ũ n g n h ư tín h to á n vồ d ộ n g h ọ c c ủ a c h ú n g 13 1 c ó th ổ th ấ y
m áy R obot

CƯ

1'ẳ n g

c á c ta y

c ấ u s o n g s o n g c ó n h iề u ưu đ iể m h ơ n so v ớ i c á c R o b o t tru y ề n

th ố n g (c ơ c ấ u c h u ỗ i) h iệ n n a y và c h ú n g c ó th ể n g à y c à n g tlu ự c lí im đ ụ n g
n h iề u v à trở th à n h m ộ t t iề m n ă n g lớ n c h o v iệ c sử d ụ n g I r o n g n g à n h ch ò lạ o
m a y h iệ n tạ i.
H iệ n n a y trô n th ế g iớ i rấ t n h iề u tổ c h ứ c v à V iệ n n g h iê n cứ u D ổ i tiê n g (ro n g
lĩn h v ự c R ô b ố t c ũ n g đ ã c ó n h ữ n g d ự á n lớ n n g h iê n cứ u R ô b ố t c ơ d i l l s o n g
s o n g . C ụ th ể n h ư :
R O B O T O O L là m ộ t d ự á n đ ư ợ c C ộ n g d ồ n g C lif lu  u là i (tự . D ự án n à y
h ự p tá c g iữ a 10 trư ờ n g đ ạ i h ọ c , V iệ n n g h iê n c ứ u v à c á c c ỏ im ty , h ao
g ồ m c á c th à n h v iê n : Đ ạ i h ọ c H a n n o v e r ( Đ ứ c ) , L e u v e n ( B í) , M o iii p c li e 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

I lia ( I t a lia ) , Cík-

c ô n g l y B E L C A M . P L C , T T S , L in v o . T h e o d a n h m ụ c H c x íip o d c ù a dự
án n à y c h o th ấ y c ó 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'
c ấ u x á c đ ịn h v ị t r í và đ ịn li h ư ớ n g , 2 m á y d o tọ a đ ộ .
D ự a il N I S T ( N a t io n a l I n s t it u t e o f S ta n d a 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 a o đ ộ c h ín h x á c , m ở m n u kliíi
n ă n g c ủ a m á y C N C 5 t r ụ 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 a p o d h ợ p tá c g iữ a Đ ạ i h ọ c W a s h in g t o n v à lỌp (loàn
e ỏ n g n g h ệ M o o d (1 9 9 8 - 2 0 0 4 ) . D ự á n n à y d ù n g (lê lo ;ii li ừ Iih ic u I io n u
c ;íc h ệ th ố n g c h ín h x á c ( đ iề u k h iể n v ị t r í v ớ i đ ộ c h ín h x á c I n a n o m c ! !

12

D ự á n H e x a g lid e đ ư ợ c t r iể n k h a i ử V iệ n R ô b ố t T h ụ y s ỹ b ắ t đ ầ u lu n ;im
1 9 9 6 . M á y là h ệ c â u t r ú c s o n g s o n g 6 b ậ c tự d o , sử t lụ im m á y p h a y lố c
đ ộ c a o v ứ i k h ô n g g ia n là m v iệ 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 v à hệ t h ố n g th ờ i g ia n th ự c . Ư u đ iể m là c ó lliể th ự c h iệ n
c á c c h u y ể n d ộ n g n h a n h , đ ộ c ứ n g v ữ n g và đ ộ c h ín h x á c c a o .
N h ậ n th ấ y k h ả n ă n g ứ n g d ụ n g r ấ t lớ n c u n g n h ữ n g th ế in ạ n li c ủ a R ô b ố l CO' cấ u
s o n g s o n g , liiộ n n a y d ã c ó m ộ t s ố c ơ sở t r o n g cả n ư ớ c d ã In rớ c clrìu n g h ic n c iỉt i
lĩ n h

vự c n à y , m ộ t s ố b à i b á o t r o n g lĩ n h vự c R ô b ố t s o n g s o n g dã đ ư ợ c g iớ i

t h iệ u lạ i H ộ i n g liị C ơ đ iệ n tử to à n q u ố c lầ n th ứ n h ấ t th á n g 9 /2 0 0 2 và I lọ i n g h ị
C ư h ọ c to à n q u ố c lầ n th ứ 7 th á n g 1 2 / 2 0 0 0 2 , c ụ th ể là :
-

T rư ờ n g Đ ạ i h ọ c B á c h K h o a H ổ C h í M in h đ ã n g h iê n cứ u và x â y (lự n g
m ô h ìn h

IIE X A P O D

d ù n g đ ể g ia c ô n g k im

lo ạ i v à c ầ n c á u

R ôbốt

(R o b o C ra n e ).
T r u n g tâ m th ẩ m đ ịn h c ô n g n g h ệ , T ổ n g c ụ c c ô n g n g h iệ p ( | 11ÓC p h ò n g
C lin g đ a n g n g h iê n cứ u v iệ c g iả i b à i to á n đ ộ n g h ọ c c h o lo ạ i R ò b o t c ơ c ấ u
song song.
Đ ạ i h ọ c B á c h K h o a M à N ộ i t ì m h iể u ứ n g d ụ n g R ô b ố t c ơ c â u s o n g s o n g
đ ể g ia c ô n g d iê u k h ắ c c á c b ề m ặ t p h ứ c tạ p v à ứ n g đ ụ n g R ô b ò t c ơ cấ u
s o n g s o n g th a o tá c d ư ớ i h ầ m sâ u.
B ắ t d ầ u 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 t h u ộ c
KHTN
so n g và

và C N Q G

I Vu n ụ !;ìm

c ũ n g đ ã tr iể n k h a i n g h iê n c ứ u R ô b ò ì c ơ c fm

SOI1U

M ò phỏng động lực học R ôbốt cơ cấu song son ạ ha II ạ phần

m ém a la ska ứng dụng trong ẹia cônq khuôn mẫu.
N h ìn c h u n g c á c c ơ sở n g h iê n cứ u t r o n g IIIIỨC m ớ i c h ỉ ( lu a ra m ỏ liì n h và ( li tìm
t lu iậ t to á n g ia i b à i to á n đ ộ n g lự c h ọ c c h o R ô b ố t c ơ c ấ u s o n g SOU” , c h u a c h ế
tạ o R ô b ố t m â u c ụ th ể .

1.2

Mục tiê u c ủ a đ ê tà i

" T h iế t k ế p h ẩ n c ơ k h í R o b o t cơ cảu so n g so n g trên m áy tín h dựa (rên
k ế t q u ả m ỏ p h ỏ n g iỉộtig lực h ọ c " d ư ợ c lliự c h iệ n tậ p tr u n g v à o v iệ c liế p cậ n
l) ổ tà i

v à n g h iê n c ứ u m ộ t lo ạ i R o b o t s o n g s o n g d a n ă n g ứ n g d ụ n g b ư ớ c đ ầ u c lio c ò n ụ
lá c g ia c ô n g c á c c l i i t iế t c ơ k h í p h ứ c tạ p v à d u a ra bán t h iế t k ê p lu m CO I h í r u a
R o b o t ció.


13

N g h iê n C lin , liế p c ậ n m ộ t s ố v ấ n d ề c ơ b ả n và p h ư o n u p h á p lựa d u

cơ

'11 r á i/

c ấ u c ũ n g n h ư p h ư ơ n g p h á p th iế t k ế R o b o t s o n g s o n g .

o

N g h iê n c ứ u , k liả o sá t SƯ b ộ m ộ t sô d a n g R o b o t c h u ỏ i v il

Kohoi

song song.

o

N g h iê n c ứ u v ề lý t h u y ế t p h ầ n d ộ n g h ọ c v à c lộ n g lự c 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 y ê u c ầ u sán x u ấ t c h o m ộ t ú ìm d ụ n g c ụ the
Víìn đ ả tn b ả o tín h k lií i c liL iy ổ n , k h a n ă n g m ở r ộ n g c h o m ộ i sò c;íc
ứng d ụ n g kh á c.

P liâ n tíc h m ộ t s ố c ơ c ấ u , đ ộ n g c ư m ớ i đ ư ợ c sử d ụ n g t r o n g c á c R o b o t c o
cấ u song song.
o

P h â n t íc h m ộ t s ố c ụ m c h i t iế t c h ín h :

KI

lớ p liê n k ế t , c ả m b iế n clicu

k h iể n c h u y ể n đ ộ n g , đ ộ c h ín h x á c th iế t k ế , g ia CÔI IU lắ p ( liit , Ciìp
đ ộ b ả o v ệ ...
o

P h â n t íc h m ộ t s ố d ạ n g CƯ c â u c h ấ p h à n h , d ộ n g c ơ sử đ ụ n g lio n g
R o b o t s o n g s o n g : c á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n h sử d ụ n g c ô n g n u h ẹ tliu ý
lự c , c ô n g n g h ệ C ơ d iệ n tử , đ ộ n g c ơ b ư ớ c, d ộ n g c ơ s e rv o .

o

T h a m k h ả o c á c c ụ m c h i t iế t th ư ơ n g p h ẩ m c ó sfĩit liê n t l i ị Irư ờ n g .

I ló SO' t h 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 h u ô n m ẫ u .
L à m tiề n đ ề c h o c á c h ư ớ n g n g h iê n c ứ u san h ơ n t r o n g iư ó n ụ la i.

1.3

N ộ i d u n g c h ín h c ủ a d ế tài

Đ ề là i d ư ợ c c h ia th e o c á c n ộ i d u n g c h ín h n h ư sau:
( h ư ơ n g I: Đ ặ t v ấ n đ ề vổ t í n h k h o a h ọ c v à th ự c liễ n c ủ a d ề là i, c á c m ụ c lic it
c ủ a đ ề là i và c á c n ộ i d u n g c ầ n đ ạ t đ ư ợ c.
C h ư ơ n g 2 : G iớ i th iệ u t ổ n g q u a n về R o b o t Mỏi c h u n g v à R o b o t s o il” s o n g , cá c
Mil n h ư ợ c đ iể m , k h ả Iiíìn g ứ n g (lụ u g .
C h ư ơ n g 3 : P h â n t í c li b à i to á n th iế t k ế , á p d ụ n g c h o m ộ t (lạ n g I liiè l b ị g iíi c o il"
c ụ th ể th íc h h ợ p c h o v iệ c lin g d ụ n g c h o l l i i ế l b ị g ia c ô n g CƯ Ivlii d ổ im t h ò i

có

k h ả n ă n g m ở r ộ n g ứ n g d ụ n g c ũ n g n h ư p h ù h ợ p v ớ i lc liả n ă n g về k ỹ lln ií Ị l ũ i;i
c ô n g c h ê tạ o t r o n g đ iề u k iệ n V iệ t n a m . K ế t h ợ p v ớ i k ế t (|ii;ì m ô p liỏ n s i. l i l i l í
to á n c ù a V iỌ n C ơ h o c đ ư a ra c ấ u l i ì n li c ủ a I le x a p o d cụ th ể .


14

C h ư ơ n g 4 : N g h iê n c ứ u , p h â n tíc h về m ặ t lý t h u y ế t đ ộ n g h ọ c v à đ ộ n g lự c h ọ c
của

H exapod.

T ìm

h iể u

và

t iế p

cạn

quá

trìn h

mô

phỏng

dòng

lự c

liọ e

I le x a p o d .
C h ư ơ n g 5 : T r ê n c ơ SƯ p h â n tí c h m ộ t s ố c ụ m c h i t iế t c h í n lụ y ê u c ầ u c ù a h à i
to á n , lu ậ n v ă n đ ư a ra c á c k í c l) th ư ớ c c á c th à n h p h ẩ n c ủ a R o b o t . T l KI 1 1 1 k l i ả o
c á c c ụ m c h i t iế t th ư ơ n g p h ẩ m h iệ n c ó tr ê n t h ị trư ờ n g đ ể lự a c h ọ n c á c c ụ m c h i
t iế t p h ù h ợ p . P h â n t í c lì , p h â n lo ạ i c á c c ụ m c h i t iế t , b ộ p h ậ n c ó th ể g ia c ó n g c h ế
tạ o t r o n g n ư ớ c v à n h ậ p n g o ạ i c ủ a R o b o t m ẫ u .
C h ư ơ n g 6: T h iế t k ẽ c h i t iế t p h ầ n c ơ k lú H e x a p o d m ẫ u , t h iế t lập m ô 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 , t ì m

k iê m

d ụ n g in ư r ộ n g sa u n à y .
C h ư ơ n g 7 : K ế t lu ậ n v à đ ư a ra c á c k h ả n ă n g p h á t t r iể n t iế p t lie o c ủ a clề lĩ ii.

lin g


15

Chương 2
2 .1

Tống quan về Robot

ư u đ iế m c ủ a R o b o t tr o n g c ô n g n g h iệ p

V iệ c c ơ k h í h o á và tự d ộ n g h o á đ ã d ư ợ c b ắ t đ á u n g a y từ c u ộ c c á c h m ạ n ụ i/ò im
n g h iệ p

vào dđu

t liế k ỷ

X IX

với

m ột

c h iế c

m áy

hoàn

c h ỉn h

(1ÀU lie n

(lo

J a c q u a id p h á t tr iể n sử d ụ n g t r o n g n g à n h c ô n g n g h iệ p d ệ t. N h ữ n g c liiè c m á y
d ẹ t d á u tiê n n à y c ò n rấ t đ ơ n g iả n s o n g đ ã c ó th ể đ ư ợ c lậ p t r ìn h b ằ n g c á c cơ
c ấ u c ơ k h í đ ể c ó th ể d ệ t đ ư ợ c n h iề u m ẫ u v ả i k h á c Iilia u . K ể từ d ó , c ù n g v ớ i sự
p h á t tr iể n c ù a n g à n h c ơ k h í, n h iề u lo ạ i m á y tự đ ộ n g d ã đ ư ợ c ra d ờ i, từ n h ũ n g
t h iế t b ị g ắ p x ỉ tr o n g lò , m á y p h u n sơ n đ ế n c h iế c m á y v ậ n lià n li từ x a sử ilm m
đ iệ n n ă n g d iề u k h iể n b ằ n g d ộ n g c ơ s e rv o đ ầ u tiê n ra đ ờ i v à o n ă m

I 9 4 7 , I1CI1

c ô n g n g h iệ p R o b o t đ ã b ắ t đ ẩ u h ìn h th à n h v à p h á t t r iể n . Đ ầ u n h ữ n g n ă m 6 0
c ủ a th ế k ỷ X I X , n h ữ n g R o b o t đ ầ u tiê n , th e o k h á i n iệ m về R o b o t ( I . I ), d ã (lirư c
đ u a v à o á p d ụ n g tr o n g c ô n g n g h iệ p v ớ i R o b o t d ầ u tiê n

là R o b o t c h o
c h u y ề n c ô n g n g h ệ đ ú c c ủ a h ã n g G e n e r a l M o t o r và c ũ n g b ắ t d rìu từ d ó , R o b o t

n g à y c à n g c ó m ộ t v ị t r í h ế t sức q u a n t r ọ n g k h ô n g c h ỉ t r o n g n g à n h g ia c ô n g c ơ
k h í , c h ê tạ o m à c ò n d ư ợ c sử d ụ n g r ộ n g r ã i tr o n g lấ t n h iề u n g à n h k h á c n h u ' vật
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 . ..
M ộ t s ố n g u y ê n n lu ìn c h ín h d ể sử d ụ n g R o b o t : N â n g c a o c h ã i lư ợ n g san p h à m ,
c ả i t h iệ n đ iề u k iệ n v à m ô i trư ờ n g là m v iệ c , c ó h iệ u q u ả k in h tế c a o , g iả m c h i
p h í v à d ễ d à n g c ấ u h ìn h lạ i ( t á i c ấ u t r ú c ) c ấ u h ìn h là m v iệ c .
H iệ n n a y R o b o t c h ủ y ế u đ ư ợ c p h á t t r iể n c h o m ỗ i c ỏ n g v iệ c c ụ 1h ể n liA Ì ( lịn h .
R ấ t d á n g c h ú ý rằ n g h ầ u h ế t c á c c ô n g t y sử d ụ n g n h iề u R o b o t cớ h iệ u (|ii;ì lạ i
c h ín h là c á c c ô n g ty t h iế t k ế , c h ế tạ o R o b o t tố t n h ấ t, c ỏ th ể là d o c á c c ô n g
c ô n g t y d ó c ó c á c c h u y ê n g ia h iể u b iế t r ấ t sâu v à o c h u y ê n n g à n h K o b o l, vé
c á c li h o ạ t đ ộ n g c ủ a c á c t h iế t b ị c ó c ấ u t r ú c p h ứ c tạ p c ũ n g n h ư c ó th ể c ó lo'! k h i
c á c c ô n g n g h ệ đ ó h o à n c h ỉn h .

2.1.1

Nâng cao chất lượng sản phẩm:

Đ ố i v ớ i c á c c ô n g v iệ c n h ấ t đ ịn h , c á c R o b o t c ó th ể vư ợ t t r ộ i COI1 ngu'0'i tlie o
n g h ía v ề c h ấ t lư ợ n g c ô n g v iệ c k h i c h ấ t lư ợ n g (ló p h ụ th u ộ c v à o m ộ t s ố n g u y ê n
nhan sau:
-

Y ê u c ầ u đ ộ c h ín h x á c về v ị tr í.

-

K h ả n ă n g lặ p đ i lặ p lạ i n h iề u lầ n v ớ i tố c đ ộ c a o .

-

K h ô n g s a i lệ c h d o tìn h tr ạ n g m ỏ i m ệ t về lâ m s in h lý .

V iệ c n â n g c a o c h ấ t lư ợ n g sả n p h ẩ m n à y k h ô n g c h í ở m ặ t c h ấ t lư ợ n g v à tliá m
m ỹ c ủ a sả n p h ẩ m m à c ò n c h o p h é p t iế t k iệ m v ậ t liệ u c ầ n sử d ụ n g (lẫ n CỈÒII
g iả m c h i p h í v à g iá th à n h .


16

2 .1 .2 Cải thiện điều kiện và môi trường làm việc:
F)ể c ó th ể d ạ t đ ư ợ c n ă n g s u ấ t la o đ ộ n g c a o , v iệ c tạ o ra m ô i trư ờ n g là m v iệ c c ó
c h ấ t lư ợ n g c a o là r ấ t c ầ n t h iế t. C ơ th ể n g ư ờ i n ế u d ư ợ c sử d ụ n g k h ô n g h ợ p lý c ó
th ể g â y ra c á c s a i s ó t th ậ m c h í b ị c h ấ n th ư ơ n g h a y tà n tậ t d o tìn h tr ạ n g m ỏ i
m ệ t lâ m s in h lý , k h i đ ó c á c c ô n g c ụ tự d ộ n g c ó th ể d ư ợ c sử d ụ n g d ể g ia m c á c
s a i s ó t v à g iả m n g u y c ơ c h ấ n th ư ơ n g đ ế n m ứ c l ố i th iể u , đ ặ c b iẹ t Ir o n g c á c d ie u
k iệ n c h i p h í c a o v ề sứ c k lio ẻ , y tế v à b ả o h iể m th â n th ể . M ộ l s ố d iề u k iẹ n c ỏ n g
v iệ c c ầ n R o b o t th a y t h ế c o n n g ư ờ i n h ư : th ự c h iệ n c á c c ô n g v iệ c n ặ n g n h ọ c ,
c á c c ô n g v iệ c lặ p đ i lặ p lạ i, t r o n g m ô i trư ờ n g đ ộ c h ạ i ( b ụ i b ẩ n , n h iề u c h 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 ...) v à c á c c ô n g v iệ c y ê u c ầ u sự tộ p
t r u n g c a o đ ộ liê n tụ c .
N h ì n c h u n g , t r o n g c á c c ô n g v iệ c c ầ n n â n g h o ặ c d i c h u y ể n v ậ t c ó k h ố i lư ợ n g
lớ n h o ặ c c á c th a o tá c đ ơ n lớ n h ơ n 4 0 0 0 lầ n n ê n sử d ụ n g c á c c ô n g c ụ , m á y
m ó c tự đ ộ n g lio á t h a y c h o c o n n g ư ờ i h o ặ c c á c m á y lliô n g th ư ờ n g d o c o n n g ư ờ i
d ic u k h iể n .
R ấ t n h iề u c ô n g v iệ c t r o n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạ o đ ư ợ c Ih ự c h iệ n tr o n g
n h ữ n g m ô i trư ờ n g r ấ t đ ộ c h ạ i đ ố i v ớ i c o n n g ư ờ i n h ư c á c c h ấ t g â y u n g thu'
t r o n g b ụ i s ơ n , đ ộ ồ n c a o tr o n g c á c n h à m á y in , n h iệ t đ ộ c a o v à c á c v ậ t n ó n g
t r o n g c á c x ư ở n g đ ú c ... T r o n g n h ữ n g m ô i trư ờ n g n h ư v ậ y , R o b o t c ó th ể đ ư ợ c sử
d ụ n g m à k h ô n g g â y n g u y h iể m c h o n g ư ờ i sử d ụ n g . R o b o t c ũ n g đ ư ợ c sử d ụ n g
d ể t h a y t h ế c o n n g ư ờ i t r o n g m ộ t s ố c á c c ô n g v iệ c đ ơ n g iả n s o n g c ó y c u cầ u

tạ p t r u n g c a o đ ộ d ễ g â y m ỏ i m ệ t v à c ă n g th ẳ n g .

2.1.3 Hiệu quả chi phí:
H iệ u q u ả c h i p h í c ủ a R o b o t th ư ờ n g k h ô n g d ễ tín h to á n x á c ( lịn h c ụ 11lể. H ầ u
h ế t c á c c h i p h í đ ư ợ c x e m n h ư là c h i p h í v ề c ô n g c ụ m à th ư ờ n g b ỏ q u a m ộ t
p h ẩ n đ á n g k ể là c á c c h i p h í v ề k h ả n ă n g v à t í n h t h ô n g m in h c ủ a R o b o t. N g o à i
ra , ( r o n g c á c d íly c h u y ể n sả n x u ấ t, c á c R o b o t n ó i c h u n g c ó lliổ lio i.ll t lộ im
2 4 /2 4 g iờ m à k h ô n g c á n n g h ỉ n h ư c o n n g ư ờ i, đ ặ c b iệ t t r o n g n h ữ n g m ô i trư ờ n g
n g u y h iể m , sử d ụ n g R o b o l CÒI1 c ó th ể g iả m c h i p h í c lio c á c h ộ t liố n g p h ụ liự
( V í d ụ : h ệ t h ố n g c ấ p k h í sạ c h c h o Iìg ir ờ i đ ể th ở ( r o n g c á c h ầ m s â u , hẹ t lió iiü
c h iế u s á n g t r o n g x ư ỏ n g ...) .

2.1.4 Thay đổi dễ dàng:
T r o n g c á c tn r ờ n g h ợ p sử d ụ n g m ộ t c á c h đ ú n g đ ắ n , c á c R o b o l k h ô n g c h ỉ d ỏ
d à n g t h a y đ ổ i h ơ n c á c t h iế t b ị tự d ộ n g c ố đ ịn h m à CÒI1 c ó th ể c ó k h a n ă n g
( h íc h ứ n g v ớ i sự th a y đ ổ i n h a n h lìư n c ả c o n n g ư ờ i, đ iề u n à y là m c h o c á c sản
p h ẩ m m ớ i d ư ợ c đ ư a ra t h ị trư ờ n g n h a n h h ơ n v à c á c clAy c ln iy c n sả n XIIrít m ồ m
d ẻ o h ơ n v à c ó th ổ s ả n x u ấ t , c h ế tạ o d ư ợ c n h iề u d ạ n g sả n p h ẩ m h ơ n . G iả i p h á p
d ể th ự c h iệ n d iề u n à y c h ỉ là v iệ c lậ p t r ì n h lạ i c á c h o ạ t đ ộ n g c h o c á c R o b o t.


17

Q u á t r ì n h c ó th ể d ư ợ c th ự c h iệ n sử d ụ n g tín h n ă n g lậ p tr ìn h R o b o t n g o ạ i lu y è n
s ứ d ụ n g c á c d ữ liệ u t h iế t k ế C A D trư ớ c k h i n ạ p v à o b ộ d iề u k h iể n c á c R o b o t.
M ặ c d ù I r o n g m ộ t s ố ứ n g d ụ n g R o b o t c ó th ể vư ợ t 1lộ i c o n n g ư ờ i, tu y n h iê n vớ i
c ô n g n g h ê h iệ n Iia v v à g iá th à n h c ủ a c á c R o b o t, va n c ó m ộ t số lư ợ n g lớ n 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 h o ặ c k h ô n g th ổ d e m lạ i lọ i íc h n lm m o n g
m u ố n . C o n n g ư ờ i c ó n h ữ n g ưu đ iể m h ơ n R o b o t n h ư :
-

C ó m ộ t s ố lư ợ n g lớ n c á c c ả m b iế n ( n h ìn , n g h e , tiế p x ú c , n h ậ n (lạ n g ) .

-

C ó k h ả n ă n g h ọ c v à đ ư a ra n h ữ n g q u y ế t đ ịn h k h i d ữ IÍỘ 1I

C ỉiu

t liic ỉ k h ô n g

đầy đủ.
-

K há năng

CƯ

đ ộ n g cao.

C o n n g ư ờ i th ư ờ n g đ ư ợ c sử d ụ n g t r o n g c á c c ô n g v iệ c y ê u CÀU m ọ t t r o n g c á c
k h ả I iă n g tr ê n . M ặ t k h á c , g iá th à n h c ủ a c á c R o b o t h iệ n n a y lư ơ n g đ ố i c a o và
k h ả n ă n g sử d ụ n g c h ú n g m ộ t c á c h c ó h iệ u q u ả CÒI1 th ấ p c ũ n g là m ộ t ca n trơ
v iệ c ứ n g d ụ n g R o b o t t r o n g m ộ t s ố c ô n g v iệ c .

2 .2

c ấ u tr ú c c ơ b ả n c ủ a R o b o t:

Đ ể t iê u c h u ẩ n h o á c ô n g v iệ c t h iế t k ế , R o b o t đ ư ợ c c h ia là m b a p h á n c h ín h :

p h ầ n đ ộ n g lự c , b ộ ( liề u k h iể n v à p h ầ n ta y m á y . M ỗ i p h ầ n t r o n g b a p h ầ n c h ín h
tr ê n b a o g ổ m n h iề u b ộ p h ậ n v à c á c b ộ p lụ m c ó th ể b iế n đ ổ i d ể đ á p ứ n ụ lie n
c h u ẩ n v à c á c th ô n g s ố t h iế t k ế c ủ a m ỗ i R o b o t n h ấ t đ ịn h . C á c th à n h p h ầ n c â u
t r ú c v à c á c p h á n tử k h á c n h a u n à y th ể h iệ n rằ n g R o b o t c ó liê n q u a n (lè n n h iề u
c h u y ê n n g à n h k h á c lì lia u : từ c á c k ỹ sư c ơ k h í, k ỹ sư đ iệ n , k h o a h ọ c về c ô itu
n g h ệ th ô n g t in v à th ậ m c h í c ả n g à n h n h â n trắ c h ọ c ... T í n h d a d ạ n g n à y là m
c h o R o b o t n g à y c à n g đ ư ợ 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 g à n h
C ơ - Đ iệ n tử in ô tả sự tổ n g h ợ p c h u n g c ủ a c á c c ô n g tá c t h iế t k ế , d iề u k h iể n và
lí n h to á n c h o m ọ i t h iế t b ị C ơ - Đ iệ n tử.

2.2.1 P h ầ n ta y m á y
T a y m á y b a o g ồ m m ộ t tậ p c á c th à n h p lu ìn liê n k ế t CƯ h ọ c d ư ợ c n ố i v ớ i n h a u
b ằ n g c á c k h ớ p . C á c k h ớ p th ư ờ n g là c á c k h ớ p q u a y h o ặ c c á c k h ớ p trư ợ t. I h à n h
p h ầ n c u ố i d ư ợ c g ọ i là th à n h p h ầ n th ự c h iệ n c u ố i vì đ ó là th à n h p h ầ n g ;m ( lụ n g
c ụ h o ặ c v ậ t tá c đ ọ n g . C á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n h đ ư ợ c sử d ụ n g d ể đ iề u

k liic n

c h u y ể n đ ộ n g c ủ a c á c k h ớ p c ủ a ta y m á y , m ộ t s ố k h ớ p là k h ớ p c h ủ d ộ n g (c á c
k h ớ p c ó g ắ n c á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n h ) v à m ộ t s ố k h á c là k h ớ p b ị d ộ n g .

2.2.2 Phần động lực:

2.2.2.1 C ơ cấu cliđp hành:
C á c c ơ c ấ u c lià p h à n h th ư ờ n g là lo ạ i tu y ế n tín h h o ặ c q u a y , c h ú n g c ó th ò 1(1
d ạ n g t liu ỷ lự c , k h í n é n h o ặ c d iệ n , t r o n g đ ó c á c CƯ c ấ u d n ì p h à n h c h ạ y b a iiíz

V- l o Ị ư ĩ

18

n ă n g lư ợ n g đ iệ n ( d ộ n g c ơ ) p h ù h ợ p v à th ư ờ n g d ư ợ c sử d ụ n g n h iề u Illic it c h o
c á c ứ n g d ụ n g c ó tố c đ ộ c a o , tả i tr u n g b ìn h v à n h ỏ tr o n g k h i c á c c ơ c ấ u e liâ p
h à n li t h u ỷ lự c p h ù h ợ p v ớ i c á c ứ n g d ụ n g c ó tố c đ ộ th ấ p là la i là m v iệ c lớ n . ( 'ác
c ơ Cấu c h ấ p h à n h k h í n é n đ ư ợ c sử d ụ n g t r o n g c á c ứ n g d u n g lư ơ n g lự c ơ cấ u
c h ấ p h à n h t l i u ỷ lự c n h ư n g v ớ i tả i là m v iệ c n h ỏ . N g u y ê n n h â n d ể c á c c ơ câ u
c h ấ p h à n h k h í n é n c ò n đ ư ợ c sử d ụ n g tr o n g c ô n g n g h iệ p vì tr o n g h ầu h ố t c á c
n h à m á y đ ề u đ ã c ó sẩ n c á c tr ạ m k h í n é n tậ p tr u n g .

2 .2.2.2 B ộ truyền động:
B ộ t r u y ề n c tộ n g là th à n h p h ẩ n tr u n g g ia n g iữ a c ơ c à n c h ấ p h à n h v à c á c k h ớ p
c h ủ đ ộ n g , c h ú n g đ ư ợ c sử d ụ n g b ở i c á c n g u y ê n n h â n sa u:
-

T h ô n g th ư ờ n g c á c tr ụ c ra c ủ a c á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n li k h ô n g p h ù h ợ p đ ể
t r u y ề n c h u y ể n đ ộ n g trự c tiế p c h o c á c th à n h p h ầ n liê n q u a n . V í d ụ : lố c
đ ộ q u a y c ủ a ( lộ n g c ơ th ư ờ n g k h o ả n g 3 0 0 ( ) v /p sẽ k h ô n g p h ù h ọ p vớ i c á c
R o b o t c ó v ậ n tố c n h ỏ d o v ậ y sẽ c ầ n c á c h ộ p s ố d ể g iả m tố c .

-

Đ đ u ra c ủ a c ơ c ấ u c h ấ p h à n h c ó c h ế đ ộ đ ộ n g h ọ c k h á c c h u y ể n d ộ n g c ủ a
k liứ p ( đ ộ n g c ơ c h 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 h o ặ c d ộ n g CƯ tu y ế n t í n h v ớ i c h u y ể n d ộ n g k h ớ p là q u a y ) .

-

C á c c ơ c ấ u c h ấ p h à n h c ó k h ố i lư ợ n g 1ỚI1 k h ô n g p h ù h ợ p v ớ i v iệ c lắ p (I;il
trự c t iế p trê n k h ớ p liê n k ế t.

2.2.3 Bộ điều khiển

2.2.3.1 C a m b ie n :
Đ ể ( liề u k h iể n m ộ t R o b o t ta c ầ n b iế t v ị t r í c ủ a c á c k h ớ p lie n k ê ì

11ÔI1 c ầ n

ró

c á c t h iế t b ị x á c đ ịn h v ị t r í ( b ộ m ã h o á , đ o đ iệ n á p ...) x á c đ ịn h v ậ n tố c , g ia tố c
d ặ t tạ i c á c k h ớ p h o ặ c c á c b ộ c ả m b iế n x á c đ ịn h lự c / m o n ie n t tá c d ụ n g lê n c á c
k h ớ p . N g o à i ra , R o b o t CÒ11 c ó th ể tra n g b ị c á c b ộ c ả m b iế n d ể c u n g c ấ p th ò m
th ô n g t i l l v ề tầ m n h ìn (c a m e ra , c ả m b iế n la s e r ...) , r u n g d ộ n g ...

2 .2 3 .2 Bộ đ iều khiển:
B ộ đ iề u k h iể n c u n g c ấ p tín h th ô n g m in h c ầ n t h iế t đ ể đ iề u k h iể n hệ í h ò im
R o b o t. N ó n h ậ n th ô n g t in từ c á c b ộ c ả m b iế n v à x u lv d ư a ra c á c lệ n h (lie u
k h iể n đ ể ta y m á y th ự c h iệ n . N h ì n c h u n g n ó b a o g ồ m :
-

B ộ n h ư đ ể lư u trữ c ln rơ n g t r ì n h đ iề u k h iể n v à tr ạ n g llu í i c ủ a R o b o i n h ậ n
đ ư ợ c từ c á c c ả m b iế n .

-

M ộ t b ộ x ử lý tr u n g tâ m đ ể t ín h to á n c á c lệ n h d iề u k h iể n .

-

P h ẩ n c ứ n g tư ơ n g ứ n g đ ể g ia o d iệ n v ớ i p h ẩ n c h a p h à n h c íìn g n h u ' với hên
n g o à i v à n g ư ờ i sử d ụ n g .


19

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,:
B ộ c h u y ể n d ổ i n ă n g lư ợ n g b iế n d ổ i v à th ự c h iệ n c á c lệ n h c ù a b ộ d iề u k h it 'll
( c ó tliể là đ iệ n á p th ấ p h o ặ c tín h iệ u s ố ) s a n g tín liiộ u lư ơ n g tụ c ó đ iộ ii á p CÍK)
c ó th ể d ẫ n d ộ n g

CƯ

c ấ u c h ấ p h à n h . V í d ụ : d ộ n g c ơ d iệ n c ó ih c g ồ m m ộ t b ộ

c h u y ể n đ ổ i s ố /tư ơ n g tự v à m ộ t b ộ k h u y ế c h đ ạ i n ố i v ớ i điỌ n n g u ổ ii; v ớ i c ơ câ u
k h í n é n , n ó g ồ m n g u ồ n k h í n é n (tậ p t r u n g h o ặ c m á y n é n k h í) , c á c v a n s e rv o
tư ơ n g ứ n g đ ể đ iề u k h iể n lu ồ n g k h í n é n , m ộ t b ộ k h u y ế c h đ ạ i c h o v a n và m ọ t
b ộ c h u y ể n đ ổ i s ố /tư ơ n g tự.

2.3

M ộ t s ô d ạ n g R o b o t t h ô n g d ụ n g h iệ n n a y

H iệ n n a y c ó m ộ t

sô

d ạ n g R o b o t n h ư sa u : R o b o t c ơ c ấ u d ạ n g c h u ỗ i, R o b o t

CƯ

c ấ u s o n 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 n g ư ờ i. N g o ạ i trừ R o b o t d ạ n g
n g ư ờ i, c á c d ạ n g R o b o t n à y h iệ n đ ư ợ c sử d ụ n g r ộ n g rã i t r o n g c ô n g Íiü ju é p và
các ứng d ụ n g khác.

2.3.1 Robot cơ cấu chuỗi

H ìn h 2-1 Robot P U M A

H ìn h 2-2 Robot

lììn ìi 2-3 Robot T3

SCARA
C á c 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 h ấ t. T h ô n g th ư ờ n g
c h ú n g c ó c ấ u t r ú c lư ơ n g tự c á n h ta y n g ư ờ i tứ c là m ộ t c lu iỗ i lie n lụ c c á c liê n
k ế t d ư ợ c n ố i v ớ i I ilia u b ằ n g c á c k h ớ p (c h ủ y ế u là c á c k h ớ p x o a y và th ư ờ n g
đ ư ợ c g ọ i là c á c k h ớ p b ả v a i, k h ớ p k h u ỷ u ta y v à k h ớ p c ổ ta y ) . Ư u đ iể m c h ín h
c ủ 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 v ớ i k í c h th ư ớ c c ủ a
b ả n th â n c h ú n g . N h ư ợ c đ iể m c h ín h c ủ a c lu in g là : đ ộ c ứ n g v ữ n g llu í p ( lo c ó cấ u
Ir iíc d ộ n g h ọ c h ử , c á c s a i s ố đ ư ợ c t í c h lu ỹ , ả n h h ư ở n g v à b ị k lu iy ế c h đ ạ i lừ lie n
k e f n à y s a n g liê n k é t k h á c , c h ú n g p h ả i d ỡ v à d i c h u y ể n c á c co' c à u c lú ì|) I k i i i I i
c ó k h ố i lư ợ n g lớ n v à d o v ộ y c ln í n g c ó h iệ u s u ấ t lả i lư ơ n g ứ n g th ấ p .

Một số Robot cluiỗi dược giới thiệu trong các Hình 2-1, Ilìnli 2-2 và ỉ lình 2-3.


20

I h ô n g th ư ờ n g c ầ n c ó 6 b ậ c tự d o đ ể đ ặ t m ộ t v ậ t v à o v ị t r í v à h ư ớ n g ( li iim I l i r o
y ê ư c ầ u v à o t r o n g k h o ả n g k h ô n g g ia n p h ụ c v ụ c ủ a R o b o t n ê n rấ t n h iề u R o b o t
c h u ỗ i c ó 6 k h ớ p n ố i ( H ì n h 2 - 4 ) . T u y n h iê n , c á c R o b o t th ư ờ n g đ ư ợ c lliiì'1 k ế
c h o c á c m ụ c tiê u v à ứ n g d ụ n g n h ấ t đ ịn h , v í d ụ , tr o n g c ô n g I iụ h iệ p l;ip lá p :
R o b o t c ầ m m ộ t sả n p h ẩ m từ m ộ t b ộ c ấ p sả n p h ẩ m và d ư a san p h ẩ m VÍU) v ị II I
lắ p đ ặ t c ủ a n ó tr o n g d â y c h u y ề n lắ p lá p . C ô n g v iệ c n à y th ư ờ n g c h ỉ y ê ti cầ u 4
b ậ c tự d o . V ớ i m ụ c đ íc h n à y , c á c R o b o t c h u y ê n d ụ n g đ ư ợ c l l i i ế l k ế và c h ế tạ o
v à đ ư ợ c g ọ i là d ạ n g w S C A R A (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).

H ìn ìi 2-4 Cấu trú c tiều b iểu của m ò i R o b o t chuồi
2.3.2 Robot cơ cấu song song
M ộ t R o b o t s o n g s o n g b a o g ồ m m ộ t đ ế c ố đ ịn h ( F ix e d B a se P k ilf o r m ) (lirợ c n ô i
v ớ i b ệ d i đ ộ n g c u ố i ( E n d E f f e c t o r P la tf o r m ) b ằ n g m ộ t s ô c h â n . C á c c h fu i n à y
th ư ờ n g b a o g ồ m m ộ t c ơ c ấ u c h ấ p h à n h k h ớ p trư ự t tịn h tiế n , n ố i vớ i d ể (•(') đ ịn h
và b ệ d i đ ộ n g h ằ n g c á c k h ớ p c ầ u h o ặ c k h ớ p c á c đ ă n g là c á c k h ớ p l 'ị ( lọ n c
( k liớ p k h ô n g c ó c ơ c ấ u c h ấ p h à n h , d ù n g d ể tạ o k ế t c ấ u R o b o t và g iữ v a i I m l;ì
c á c r à n g b u ộ c ). D o đ ó , c á c c h â n c h ỉ c h ịu c á c lự c k é o h o ặ c n é n , 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 ê n là m tă n g clộ c h ín h x á c v à c h o p h é p k ế t c à u R o b o t
(lư ợ c n h ẹ h ơ n . C á c cơ c ấ u c h ấ p h à n h tạ i c á c k h ớ p t iu ọ t c ó th ể d n ợ c lắ p (h it lie u


21

t ic CỐ ( lịn h h o ặ c c á c v ị t r í c ó đ ộ d i c h u y ể n , v ậ n tố c v à g ia tố c n h ỏ d o v ậ y k h ỏ i
lư ợ n g c ủ a c h ú n g k h ô n g p h ả i d i c h u y ể n h o ặ c d i c h u y ể n ríứ ít và là m c h o c á c
lự c tá c (lụ n g v à o R o b o t v à c á c CƯ c ấ u c h ấ p lià n h g iả m c ũ n g n h ư c ấ u t n í c cu a
R o b o l s o n g s o n g c à n g n h ẹ h ơ n . N h ìn c h u n g , c á c ta y m á y s o n g son,í' c ỏ (lo
C lin g v ữ n g k ế t c ấ u c a o đ o b ệ ( li d ộ n g c u ố i d ư ợ c đ ỡ đ ồ n g t h ò i tạ i m ộ t sô d ie m .

T ấ t c ả c á c t í n h n ă n g n à y là m c h o c á c R o b o t s o n g s o n g c ó k h ả n ă n g c ơ ilọ im
c a o . N h ư ợ c đ iể m c h ủ y ế u c ủ a lo ạ i R o b o t s o n g s o n g là k h o ả n g k liỏ n g í’ ia n là m
v iệ c c ủ a c h ú n g d o c á c c h â n c ó th ể c h ạ m n h a u và c á c k h ớ p liê n k ố l c u a c lu in g
c í í n g c ó c á c g iớ i h ạ n d ộ n g h ọ c .

6 -D O F

6 -D O F

6 - DOI*'

6-S P S

6-JP S S

6 -(R R )P S

6 -D O F
6-P S S

H ìn h 2-5 M ộ t sô d ạ n g H e xa p o d

H ìn h 2-6 B u ồ n g tập lái m á y bay trên bệ Iie x a p o d

ỉ lìn h 2-7

T rư ớ c đ â y , ứ n g d ụ n g c lm y ế u c ủ a lo ạ i R o b o t n à y là d ư ợ c SII ( lụ n ụ t m n g ( liiế t
l)Ị m ô p h ỏ n g b u ồ n g tậ p 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 ií im I rú
h ữ u c lu n g tr o n g c á c ứ n g d ụ n g y ê u c ầ u tố c đ ộ v à đ ộ c h ín h x á c CÍU) IIPIHZ k h i
y ê u c ẩ u v ề 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 h ạ n ( lắ p

m ạ c h il l ) , tr o n g c á c m á y p h a y tố c đ ộ v à đ ộ c h ín h x á c c a o . C á c

ílặl

các

ví dụ Iren

ỈIÍIIIU

ilu ự c

g ọ i là c á c ta y m á y s o n g s o n g h o à n to à n d o m õ i c h â n c h i c ó m ộ i k li- 'p c h ủ


22

( lỏ n g ( k h ớ p t il rực cư c ấ u c h ấ p h à n h (lẫ n đ ộ n g ) . C á c R o b o t s o n g

so iií

: liuiin

loim

c ó h a i k h ớ p trư ợ t c lié o n h a u lh ư ờ n g d ư ợ c g ọ i là c á c m ỏ liì n l i S lc v v a il. lè n c u :i
n g ư ờ i đ ầ u lie n d ư a ra m ộ t ứ n g d ụ n g c ủ a R o b o t s o n g s o n g đ ổ m ò p lio im I n ió iiũ
tộ p lá i m á y b a y . Các: th iế t k ế R o b o t b o l s o n g s o n g h o a n to à n e fítm (in (liK 'V sil
( lụ n g v à i n a m trư ớ c tr o n g c á c m á y th ử tủ i lố p x e đ ư ợ c ( ỉo u g l t g h i I t li; ỉii. l) o
v ậ y , n g ư ờ i ta th ư ờ n g g ọ i tê n m ô h ìn h S t e w a it - G o u g h d ể c h ỉ cả h a i th u m Mèn.

và c lu in g th ô n g th ư ờ n g c ó c ó 6 b ậ c tự d o H ì n h 2 - 7 .

ỉỉìtĩìt 2-8 M ộ t sô m ỏ h ìn h H e xa p o d dược s ứ d ụ n g tro n g crììig niỉliièp
2.3.3 R o b o lai g h é p (Hybrid R obot)
N g o à i h a i d ạ n g R o b o t c h ín h là R o b o t c h u ỗ i và R o b o t s o n g s o n g . I ig u ò i !;i COII
p h á t t r iể n lo ạ i R o b o t k ế t h ợ p c ả h a i d ạ n g tr ê n tr o n g m ộ t h ộ th ố n g R o b o t f i l l i n g
và trở th à n h R o b o t la i g h é p . Đ ặ c đ iể m I iổ i b ậ t c ủ a 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 v à đ ộ lin h h o ạ t c a o h a n so vớ i lo ạ i R o b o t SOI1ÍI
s o n g lio à n to à n v à c ũ n g c ứ n g v ữ n g h ơ n s o 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 d ư ợ c p liá l t r iể n đ ể là m v iệ c Iro n s : c á c
n h à m á y n g u y ê n tử c ó tê n là L o g a b e x .
C á c d ạ n g R o b o t la i g h é p đ ư ợ c c ấ u h ìn h trự c tiế p từ c á c c liu ỏ i (lọ n g liọ c s o n g
s o n g v à c h u ỗ i, c h ú n g b a o g ồ m :
-

C ơ c ấ u s o n g s o n g g lié p v ớ i c ơ c ấ u s o n g s o n g : M a i liộ th ố n g s o n g SOI!!'
n ố i v ớ i n h a u Ih e o c h u ỗ i. C ấ u t r ú c n à y c ứ n g v ữ n g h ơ n R o b o t c ơ e fu i
c h u ỗ i, t u y n h iê n c á c b à i to á n đ ộ n g h ọ c th u ậ n v à n g ư ợ c c ủ a c lu in g n il
p lu íc tạ p .

-

c<> c ấ u c h u ỗ i g h é p v ớ i c ơ c ấ u s o n g s o n g : M ộ i h ộ th ố n g s o n g s o n g Í’ íín
li e n

m ộ t c ơ c ấ u c h u ỗ i. L o ạ i R o b o t

n à y tổ n g

h ợ p tlu ợ c liu

k h o ả n g k lì ô n g là m v iệ c lớ n v à đ ộ lin h h o ạ i c a o c u a c ơ c â u c ln io i Ih ú
n h ấ t lẫ n đ ộ c ứ n g v ữ n g c a o v à đ ộ c h ín h x á c v ị t r í c u a CƯ t âu SOII.U s c im
th ứ h a i.


23

H ìn h 2 -9 M ô h ìn h R o b o t lai g h é p 2 4 -D O F (Logabex)
-

C ơ c â u s o n g s o n g g h é p v ớ i c ơ c ấ u c h u ỗ i: M ộ t ta y m á y c ơ c ấ u c h u ỗ i g ắ n
trê n m ộ t h ệ th ố n g c ơ c ấ u s o n g s o n g . M ộ t R o b o t 6 - D O F c ó th ể cỉược c ấ u
tạ o từ m ộ t c ơ c ấ u c h u ỗ i 3 - D O F g ắ n tr ê n b ệ d i d ộ n g c ủ a m ộ t c ơ c ấ u s o n g
s o n g 3 - D O F k h á c . B ằ n g c á c h t í n h to á n v à đ iề u k h iể n liê n g b iệ t sau d ó
t ổ n g h ợ p v ớ i n h a u , c á c b à i to á n đ ộ n g h ọ c c ũ n g n h ư đ iề u k h iể n c ủ a hộ
th ố n g n à y đ ư ợ c x á c đ ịn h v à t í n h to á n rấ t đ ơ n g iả n .

2.3.4 Robot di động:

H ìn h 2 -1 0 R o b o t di đ ộ n g b ằ n g b á n h

H ìn h 2-11 R o b o t d i đ ộ n g bằng

xe

ch á n .

C ó t h ể n ó i r ằ n g , c á c R o b o t d i d ộ n g th ự c c h ấ t là c á c ô tô h a y x e tự d ộ n g , tứ c là
c á c b á n h x e c ó h a i b ậ c tự d o : h a i b á n h x e c h ấ p h à n h h o ạ t d ộ n g d ộ c lộ p (B á n h

x e c h ủ đ ộ n g q u a y t iế n / lù i đ ể d i c h u y ể n v à b á n h x e lá i đ ể c h u y ể n h ư ớ n g ) h o ặ c
h a i c h u y ể n 'lộ n g đ ư ợ c g h é p t r o n g c ù n g m ộ t b á n h . C á c R o b o t d i đ ộ n g th ư ờ n g
đ ư ợ c d ù n g đ ể v ậ n c h u y ể n v ậ t tư , v ậ t liệ u tr ê n n ề n n h à d o v â y c ó th ể m ô p ltỏ n g
v à t h iế t lậ p s ố b ậ c tự d o c h o d ạ n g n à y th e o m ô h ìn h p h ả n g . C á c x e llì á m h iể m
n g o à i liờ i d i c h u y ể n trê n c á c đ ịa h ìn h p h ứ c tạ p sẽ c á n c á c k h a n ă n g c h u y ể 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 ì n h 2 - 1 0 ) . C á c R o b o t d i d ọ n g
b ằ n g c h â n ( L e g g e d L o c o m o t io n ) c h o p h é p rờ i rạ c h o á v iệ c t iế p x ú c vớ i m ặ t
đ ấ t th e o c á c đ iể m

( R o b o t d i đ ộ n g b ằ n g b á n h x e t iế p x ú c m ặ l đ ấ t í lie o c á c


24

đ ư ờ n g liê n tụ c ) là m c h o lo ạ i R o b o t n à y c ó ưu th ế trê n c á c đ ịa h ìn h p h ứ c tcip.
g ổ g h e v à k h ô n g liê n tụ c ( H ì n h 2 - 1 1 ) .

C á c R o b o t d i d ộ n g b ằ n g c h â n d ặ c h iệ t

c ó LIU t liế tr o n g c á c đ ịa h ìn h p h ứ c tạ p n h ư k h ả o sát (lá y b iể n , k h ả o sát k h u vự c
d ổ i n ú i...
2 . 3 .5

R o b o t d ạ n g người:

M ộ l R o b o t đ ư ợ c g ọ i là d ạ n g n g ư ờ i n ế u n ó c ó h ìn h d ạ n g bề n g o à i n liì n g iố n g
n h ư c o n n g ư ờ i. T ừ k h i K a r e l C a p e k đ ư a ra từ R o b o t đ ể c h ỉ n g ư ờ i/m á y p h ụ c v ụ
c ó n g u ồ n g ố c từ n g ư ờ i th ự c ( là sả n p h ẩ m c ủ a c ô n q n g h ệ g e n c h ứ k h ô n g p h a i là
s ả n p h ẩ m c ủ a c á c k ỹ sư C ơ đ iệ n tử : đ ư ợ c c h ế tạ o từ c á c g e n đ ã b ị lo ạ i b ỏ lấ l cả
c á c y ế u tố c ả m x ú c c ủ a c o n n g ư ờ i) n ê n từ R o b o t b a n đ ầ u d ư ợ c sử d ụ n g c h u n g

đ ể c h ỉ c á c t h iế t b ị, m á y m ó c c ó h ìn h d ạ n g g iố n g n g ư ờ i, c ó t r í Ih ồ n g m in h và
r ấ t k h é o lé o . B ắ t đ ầ u từ sa u C h iế n tr a n h T h ế G iớ i l ỉ v à tr o n g s u ố t m ộ t th ờ i
g ia n d à i, n g à n h R o b o t h ọ c c h ủ y ế u g iớ i h ạ n t r o n g c á c d ạ n g ta y m á y đ o '11 g ia n
sử đ ụ n g tr o n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạ o v à n g u y ê n tử. C h ỉ t r o n g k h o a n g m ọ t
t h ậ p k ỷ trở lạ i đ â y , t r ì n h đ ộ p h á t t r iể n c ủ a k ỹ th ậ t c ô n g n g h ệ d ã g iú p c h o v iệ c
c h ê tạ o R o b o t d ạ n g n g ư ờ i tr ở th à n h h iệ n th ự c . M ộ t R o b o t đ ư ợ c g ọ i là d ạ n g
n g ư ờ i n ế u n ó c ó 2 c h â n , h a i ta y v à m ộ t đ ầ u ( H ì n h 2 - 1 2 ) v à sử đ ụ n g c á c th à n h
p h ầ n đ ó th e o c á c h c ủ a COI1 n g ư ờ i: c h a n d ể đ i, ta y d ể c ẩ m , đ ầ u đ ể " n h ì n " và
n g h e ".

ỉ ! ìn h 2-12 R o b o t dạ n g n g ư ờ i A S 1 M O của h a n g H O N D A (N h ậ t bản).
T r ô n q u a n đ iể m c ơ h ọ c , R o b o t d ạ n g n g ư ờ i k h á c v ớ i c á c c ấ u t r ú c R o b o t CO' câ u
c liu ỏ i h a y s o n g s o n g d o c ấ u t r ú c c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c h ìn h c â y (từ m ộ t p h ầ n lử n à y
tiế n m ộ t p h ầ n tử k h 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 p h ầ n tử c ó
th ể c ó n h iề u h ơ n h a i k h ớ p liê n k ế t v ớ i c á c p h ầ n tử k h á c ) d o v ậ y d â y c ó lli ổ c o i