Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT 5
BẬC TỰ DO

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. CHÂU MẠNH LỰC
NGUYỄN TRỌNG TUẤN ANH

Đà Nẵng, 2017


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT 5 BẬC TỰ DO
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh
Mã SV: 101110349

Lớp: 11CDT1

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài:

Ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật các thiết bị máy móc,
robot dần dần phổ biến trong cuộc sống và sản xuất. Chúng thay thế con người trong
các công việc nhàm chán, những cơng việc nguy hiểm khó khăn, mơi trường độc hại và
những cơng việc địi hỏi độ chính xác vượt quá khả năng của con người từ những cơ sở
trên, em quyết định chọn đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT 5
BẬC TỰ DO làm đồ án tốt nghiệp.
2. Nội dung đề tài đã thực hiện:
✓

Thuyết minh:

83 trang

✓

Số bản vẽ:

6Ao

✓

Mơ hình:

1

3. Kết quả đã đạt được:
✓

Tổng quan về robot cơng nghiệp.

✓

Phương án thiết kế, tính tốn động lực học.

✓

Thiế kế phấn cứng, mạch điện, thuật toán điều khiển

✓

Chế tạo mơ hình đã hoạt động.

✓

Đĩa CD đính kèm
Đà Nẵng, Ngày 24 tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trọng Tuấn Anh


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
…………..

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

o0o…………..



NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Nguyễn Trọng Tuấn Anh
11CDT1 . Khoa: Cơ khí

Lớp:

MSSV: 101110349
Ngành : Cơ - điện tử

1. Tên đề tài :
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT 5 BẬC TỰ DO
2. Các số liệu ban đầu :
- Điều khiển dễ dàng theo 2 chế độ điều khiển bằng tay và chạy tự động.
- Có khả năng dạy học, có chưa năng lưu và xóa vào EEPROM khi mất điện.
- Có thể ứng dụng trong lắp ráp chi tiết vừa và nhỏ, trong hệ thống tự động.
- Phát triển thêm chức năng điều khiển thơng qua cử chỉ.
- Vận tốc góc 30°/s, khối lượng vật nâng 0,3 kg.
- Các số liệu khác tự chọn trên yêu cầu thực tế.
3. Nội dung thuyết minh :
- Tổng quan về robot.
- Phương án thiết kế, tính tốn động học.
- Tính tốn động lực học, sức bền kết cấu.
- Thiết kế thuật toán, mạch điều khiển.
- Chế tạo mơ hình.
4. Các loại bản vẽ :
- Bản vẽ tổng thể

1A0

- Bản vẽ lắp

1A0

- Bản vẽ sơ đồ động

1A0

- Bản vẽ sơ đồ phần cứng

1A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện

1A0


- Bản vẽ lưu đồ thuật toán

1A0

5. Ngày giao nhiệm vụ: 20/02/2017
6. Ngày hoàn thành và nộp đồ án cho bộ môn: 24/05/2017
Thông qua Bộ môn
Ngày ...tháng ...năm 2017
Trưởng bộ môn
(Ký, ghi rõ họ tên)

Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
========
LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Cơ Khí, Đại học Bách khoa, Đại
học Đà Nẵng
Em là :
Sinh viên: Nguyễn Trọng Tuấn Anh
Lớp:

MSSV: 101110349

11CDT1. Khoa: Cơ khí

Ngành: Cơ –điện tử

Đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do
Em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay cơng
trình đã có trước đây. Nếu vi phạm điều trên chúng em xin chịu mọi hình thức kỷ luật từ
thầy cô và hội đồng bảo vệ.

Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Tuấn anh


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên , cho em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Châu Mạnh Lực,
người đã hướng dẫn em hết sức nhiệt tình và giúp em vượt qua được những hạn chế về
kiến thức của bản thân để hoàn thành đồ án này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình của các bạn cùng
khóa, sự ủng hộ của cha, mẹ, bạn bè giúp em vượt qua nhiều khó khăn trong q trình
làm đồ án.
Ngồi ra em xin cảm ơn tất cả các thầy, cô trong trường ĐHBK Đà Nẵng đã
giảng dạy cho em suốt năm năm qua, cung cấp cho em kiến thức làm nền tảng để hoàn
thiện đồ án.
Mặc dù rất cố gắng để hoàn thành tập đồ án, nhưng vì kiến thức cá nhân có hạn,
em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong q thầy cơ có thể chỉ bảo .
Em rất mong được đón nhận những ý kiến đóng góp.
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Tuấn Anh


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kĩ thuật các thiết bị đa
năng đã trở nên phổ biến trong cuộc sống và sản xuất. Với sự kết hợp mạnh mẽ của Cơ
khí - Điện tử - Tin học Robot đang được sử dụng và đóng vai trị quan trọng trong
cơng nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Chúng thay thế con người trong các
công việc nhàm chán, những công việc nguy hiểm khó khăn, mơi trường độc hại và
những cơng việc địi hỏi độ chính xác vượt quá khả năng của con người. Ngồi ra
chúng cịn dùng trong việc thám hiểm khơng gian, trong y học, quân sự... Lĩnh vực
robot sử dụng trong công nghiệp đang chiếm được sự quan tâm nghiên cứu của các
nhà khoa học các công ty phát triển ứng dụng phục vụ đời sống sản xuất đáp ứng
được những nhiệm vụ đặt ra trong thực tiễn theo đúng mong muốn của và tiến tới thây
thế con người
Với tư cách là sinh viên ngành Cơ Điện Tử, đúc kết những kiến thức học ở
trường, em đã có những kiến thức tổng quát về Cơ khí - Điện tử - Tin học, có thể kết
hợp những lĩnh vực được học để thiết kế các thiết bị với tính năng hiện đại, hoạt động
bền vững với độ tin cậy cao.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Châu Mạnh Lực và các thầy cô trong khoa,
kết hợp sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế và chế tạo mơ
hình “Cánh tay Robot 5 bậc tự do” theo các yêu cầu của đề tài được giao.
Do thời gian cũng như kiến thức có hạn, cho nên, dù đã cố gắng hết sức nhưng
những phương án giải quyết các vấn đề của em chắc chắn không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ và bạn bè để đề
tài em càng được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 1


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT ............................................................... 6
1.1 Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển.................................................. 6
1.1.1 Lịch sử ................................................................................................. 6
1.1.2 Xu hướng phát triển ............................................................................. 7
1.2 Cấu trúc và phân loại robot công nghiệp..................................................... 7
1.2.1 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp................................................. 7
1.2.2 Phân loại robot ..................................................................................... 8
1.3 Ứng dụng của robot.................................................................................. 13
1.3.1 Robot công nghiệp ............................................................................. 13
1.3.2 Robot y tế .......................................................................................... 14
1.3.3 Robot hỗ trợ người tàn tật .................................................................. 15
Chương 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC ................... 17
2.1 Yêu cầu công nghệ ................................................................................... 17

2.1.1 Sức nâng của tay máy ........................................................................ 17
2.1.2 Số bậc tự do của phần công tác (DOF : Degrees Of Freedom) ............ 17
2.1.3 Hệ tọa độ hoạt động (Coordinate frames) ........................................... 19
2.1.4 Trường công tác (Workspace or range of motion) .............................. 20
2.1.5 Độ chính xác định vị .......................................................................... 21
2.1.6 Tốc độ dịch chuyển ............................................................................ 21
2.2 Phương án thiết kế về mặt động học ......................................................... 21
2.3 Tính tốn động học................................................................................... 24
2.3.1 Bài tốn động học thuận ..................................................................... 24
2.3.2 Bài toán động học ngược.................................................................... 26
Chương 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC, SỨC BỀN KẾT CẤU ................. 29
3.1 Mơ hình dẫn động của robot ..................................................................... 29
3.2 Chọn tay gắp ............................................................................................ 30
3.3 Nguyên tắc chung tính chọn hệ dẫn động ................................................. 31
3.4 Thiết kế chi tiết khâu 1 chứa trục khớp 2 ................................................. 31
3.4.1 Phân tích lực do trọng trường tác dụng lên trục .................................. 31
3.4.2 Tính chọn động cơ ............................................................................. 32
3.4.3 Thiết kế bộ truyền .............................................................................. 35
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 2


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Chương 4: THIẾT KẾ THUẬT TOÁN, MẠCH ĐIỀU KHIỂN......................... 37
4.1 Sơ đồ phần cứng....................................................................................... 37
4.2.1 Ngôn ngữ C#...................................................................................... 38

4.2.2 Phần mềm Visual Studio .................................................................... 40
4.3 Tìm hiểu bo mạch điều khiển Arduino ..................................................... 42
4.3.1 Giới thiệu về Arduino ........................................................................ 42
4.3.2 Arduino UNO R3 ............................................................................... 43
4.3.3 Arduino nano .................................................................................... 47
4.4.2 Giao tiếp I2C ..................................................................................... 50
4.4.3 Khối giao tiếp UART ........................................................................ 53
4.5 Giới thiệu về các thành phần ngoại vi ....................................................... 58
4.5.1 Cảm biến vận tốc góc MPU6050 ........................................................ 58
4.5.2 Cảm biến la bàn số HMC5883L ........................................................ 59
4.5.3 Bộ thu truyền sóng RF24L01 ............................................................. 59
4.6 Động cơ servo và nguyên lý điều khiển .................................................... 62
4.6.1 Động cơ Servo ................................................................................... 62
4.6.2 Nguyên lý điều khiển ............................................................................ 63
4.7 Thiết kế phần điều khiển .......................................................................... 65
4.7.1 Sơ đồ mạch ........................................................................................ 65
4.7.2 Lưu đồ thuật tốn ............................................................................... 66
4.7.3 Chương trình điều khiển..................................................................... 67
Chương 5: CHẾ TẠO MƠ HÌNH ...................................................................... 76
5.1 Phần đế robot ........................................................................................... 76
5.2 Khâu 1 ..................................................................................................... 76
5.3 Khâu 2 ..................................................................................................... 78
5.4 Khâu 3 ..................................................................................................... 79
5.4 Khâu 4 ..................................................................................................... 79
5.5 Khâu 5 ..................................................................................................... 80
5.6 Tay kẹp .................................................................................................... 80
5.7 Mơ hình hồn chỉnh sau khi lắp ráp .......................................................... 81
KẾT LUẬN....................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 83

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 3


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

DANH MỤC HÌNH VẼ

HÌNH 1.1: ROBOT KIỂU TỌA ĐỘ DESCARTE .......................................................... 9
HÌNH 1.2: ROBOT KIỂU HỆ TỌA ĐỘ TRỤ ................................................................ 9
HÌNH 1.3: ROBOT KIỂU TỌA ĐỘ CẦU .................................................................... 10
HÌNH 1.4: ROBOT KIỂU SCARA .............................................................................. 10
HÌNH 1.5: ROBOT KIỂU TAY NGƯỜI ...................................................................... 11
HÌNH 1.6: ROBOT FANUC TRONG CƠNG NGHIỆP ............................................... 14
HÌNH 1.7: ROBOT PHẪU THUẬT MIROSURGE ..................................................... 15
HÌNH 1.8: CHÂN GIẢ HỖ TRỢ NGƯỜI TÀN TẬT ................................................... 16
HÌNH 2.1: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC TAY MÁY .......................................................... 19
HÌNH 2.2: TỌA ĐỘ SUY RỘNG CỦA ROBOT .......................................................... 19
HÌNH 2.3: QUY TẮC BÀN TAY PHẢI ....................................................................... 20
HÌNH 2.4: ĐẶT HỆ TỌA ĐỘ CHO CÁC KHÂU ........................................................ 24
HÌNH 2.5: VÙNG LÀM VIỆC CỦA ROBOT .............................................................. 27
HÌNH 2.6: SỰ BIẾN ĐỔI CÁC HỆ TỌA ĐỘ KHI CÁNH TAY CHUYỂN ĐỘNG ...... 27
HÌNH 2.7: BIỂU DIỄN O2 TRONG O0X0Z0 ................................................................. 28
HÌNH 3.1: MƠ HÌNH DẪN ĐỘNG ROBOT ............................................................... 29
HÌNH 3.2: TAY GẮP ROBOT ..................................................................................... 30
HÌNH 3.3: SƠ ĐỒ LỰC ĐẶT VÀO ĐẦU RA TRỤC KHỚP 2 Ở TRẠNG THÁI GIỮ. .......... 32
HÌNH 3.4: ĐỘNG CƠ SERVO HD-9001 ..................................................................... 33

HÌNH 3.5: ĐỘNG CƠ RC SERVO MG996R .............................................................. 34
HÌNH 3.6: CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ ....................................................................... 35
HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN....................................................................... 37
HÌNH 4.2: CẤU TRÚC 1 CHƯƠNG TRÌNH C# .......................................................... 40
HÌNH 4.3: GIAO DIỆN CHÍNH CỦA VISUAL STUDIO 2013 ................................... 41
HÌNH 4.4: CÁC LOẠI BOARD ARDUINO ................................................................ 42
HÌNH 4.5: HÌNH DÁNG BOARD ARDUINO UNO R3 .............................................. 43
HÌNH 4.6: VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA 328 ....................................................... 44
HÌNH 4.7: CỔNG VÀO/RA CỦA UNO R3 ................................................................. 46
HÌNH 4.8: TRÌNH BIÊN DỊCH ARDUINO ................................................................. 47
HÌNH 4.9: SƠ ĐỒ CHÂN ARDUINO NANO ............................................................. 48
HÌNH 4.10: SƠ ĐỒ GHÉP NỐI EEPROM ................................................................... 50
HÌNH 4.11: SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHUẨN GIAO TIẾP I2C ............................................. 50
HÌNH 4.12: GĨI DỮ LIỆU .......................................................................................... 53
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 4


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

HÌNH 4.13: GĨI ĐỊA CHỈ VÀ DỮ LIỆU ĐƯỢC GỞI ĐI ............................................ 53
HÌNH 4.14: GIAO TIẾP UART GIỮA 2 ARDUINO ................................................... 54
HÌNH 4.15: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI MPU ........................................................... 58
HÌNH 4.16: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI HMC5883 ................................................... 59
HÌNH 4.17: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI NRF24L01 .................................................. 60
HÌNH 4.18: SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN NRF VỚI ARDUINO........................................ 61
HÌNH 4.19: MỘT ĐỘNG CƠ SERVO DÙNG TRONG MƠ HÌNH MÁY BAY VÀ XE ĐUA. 62

HÌNH 4.20: ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CỦA ĐỘNG CƠ .................................................... 63
HÌNH 4.21: SƠ ĐỒ MẠCH MINH HỌA ..................................................................... 65
HÌNH 4.22: LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH .............................. 66
HÌNH 5.1: PHẦN ĐẾ ................................................................................................... 76
HÌNH 5.2: CÁC CHI TIẾT KHÂU 1 ............................................................................ 77
HÌNH 5.3: KHÂU 1 HỒN CHỈNH SAU KHI LẮP RÁP ............................................ 78
HÌNH 5.4: KHÂU 2 SAU KHI LẮP RÁP ..................................................................... 78
HÌNH 5.5: KHÂU 3 SAU KHI LẮP RÁP ..................................................................... 79
HÌNH 5.6: HÌNH DÁNG KHÂU 4 ............................................................................... 79
HÌNH 5.7: HÌNH DÁNG KHÂU 5 ............................................................................... 80
HÌNH 5.8: HÌNH DÁNG KHÂU 5 ............................................................................... 80
HÌNH 5.9: MƠ HÌNH HỒN CHỈNH SAU KHI LẮP RÁP ......................................... 81

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 5


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1.1 Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển
1.1.1 Lịch sử
Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm “Rosum’s
Universal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Czech thì Robot là người làm tạp dịch.
Trong tác phẩm này nhân vật Rosum và con trai ông đã tạo ra những chiếc máy gần
giống như con người để hầu hạ con người.

Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay
sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Mỹ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều
khiển từ xa, trong các phịng thí nghiệm phóng xạ.
Năm 1959, Devol và Engelber đã chế tạo Robot công nghiệp đầu tiên tại công ty
Unimation.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác cũng bắt đầu sản xuất Robot Công Nghiệp: Anh –
(1967), Thụy Điển – (1968), CHLB Đức – (1971), Pháp – (1972), Ý – (1973)…
Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ công ty
AMF (American Machine and Foundry Company) của Mỹ. Đến năm 1990 có hơn 40
cơng ty của Nhật, trong đó có những công ty khổng lồ như Hitachi, Mitsubishi và
Honda đã đưa ra thị trường nhiều loại Robot nổi tiếng.
Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều
đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết mơi trường làm việc.
Năm 1967, tại trường đại học tổng hợp Stanford, người ta đã tạo ra loại Robot lắp ráp
tự động điều khiển bằng vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị
giác. Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo Robot có các cảm biến xúc giác và
cảm biến lực điều khiển bằng máy vi tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết.
Năm 1976, hãng General Motor đã chế tạo thành công cánh tay robot được sử dụng
trên tàu Viking của cơ quan hàng không vũ trụ NASA nhằm lấy mẫu đất trên sao hỏa.
Những năm 90 do áp dụng rộng rãi các tiến bộ khoa học về vi xử lý và công nghệ
thông tin, số lượng Robot công nghiệp đã tăng nhanh, giá thành giảm đi rõ rệt, tính
năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy, Robot cơng nghiệp đã có vị trí quan
trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại. Ngày nay, chuyên ngành khoa
học nghiên cứu về Robot “Robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học,
bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm
biến tín hiệu, điều khiển chuyển động …
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 6


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

1.1.2 Xu hướng phát triển
Robot đã có những tiến bộ đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên
được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các
công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu cần sử dụng
ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp nên robot cơng nghiệp cần có
những khả năng thích ứng linh họat và thơng minh hơn.
Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là: Tay máy
robot (Robot Manipulators), Robot di động (Mobile Robots), Robot phỏng sinh học
(Bio Inspired Robots) và Robot cá nhân (Personal Robots). Robot di động được nghiên
cứu nhiều như xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), Robot tự
hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Máy bay không người lái
UAV (Unmanned Arial Vehicles). Với Robot phỏng sinh học, các nghiên cứu thời
gian qua tập trung vào 2 loại chính là Robot đi (Walking robots) và Robot dáng người
(Humanoid Robots). Bên cạnh đó, các loại robot phỏng sinh học dưới nước như robot
cá, các cấu trúc chuyển động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên
cứu phát triển. Hiện nay các ứng dụng của robot đang có xu thế chuyển sang các ứng
dụng thường nhật như Robot gia đình (home robots) và Robot cá nhân (Personal
robots). Mặc dù về cấu trúc của các loại robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu
hiện nay đều hướng về các ứng dụng dịch vụ và hoạt động của robot trong các môi
trường tự nhiên. Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước phát
triển thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot từ robot
phục vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân
của con người.
Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các
ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nơng nghiệp, đóng tàu, xây dựng,

an ninh quốc phịng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng đang là động lực cho các
robot địa hình và robot dịch vụ phát triển.
1.2 Cấu trúc và phân loại robot công nghiệp
1.2.1 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
a. Kết cấu chung
Một Robot Công Nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:
+ Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình
thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt vá
bàn tay (End Effecr) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 7


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

+ Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực
của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết hợp giữa
chúng.
+ Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết
khác. Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ
cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.
+ Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát vá
điều khiển hoạt động của robot.
b. Kết cấu tay máy
Tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của Robot.
Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người;

tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay Robot có hình
dáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta cần quan
tâm đến các thơng số hình - động học, là những thông số liên quan đến khả năng làm
việc của Robot như: Tầm với (hay trường công tác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo
linh hoạt của Robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp, . . .
Các khâu của Robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản:
+ Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarte, thơng
thường tạo nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T hoặc P.
+ Chuyển động quay quanh các trục x, y, z ký hiệu là R.
Tuỳ thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động (R và T) mà tay máy có các
kết cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp của Robot là
robot kiểu toạ độ Descarte, toạ độ trụ, toạ độ cầu, Robot kiểu SCARA, kiểu tay
người...
1.2.2 Phân loại robot
Phân loại theo dạng không gian hoạt động:
Tọa độ Descarte
Tay máy kiểu tọa độ Descarte là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo
phương của các trục hệ tọa độ gốc (cấu hình T.T.T). Trường cơng tác có dạng khối
chữ nhật. Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ
khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phơi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt
phẳng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 8


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.1: Robot kiểu tọa độ Descarte
Robot tọa độ trụ
Tay máy kiểu tọa độ trụ khác với kiểu tay máy Descartes ở khớp đầu tiên, dùng
khớp quay thay cho khớp trượt. Vùng làm việc của nó có dạng hình trụ rỗng. Khớp
trượt nằm ngang cho phép tay máy thò được vào trong khoảng nằm ngang. Độ cứng
vững của tay máy trụ tốt, thích hợp với tải nặng, nhưng độ chính xác định vị trong mặt
phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng.

Hình 1.2: Robot kiểu hệ tọa độ trụ
Robot tọa độ cầu
Tay máy kiểu tọa độ cầu khác với kiểu trụ do khớp thứ hai (khớp trượt) được
thay bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo của phần công tác được mơ tả trong tọa độ cầu thì
mỗi bậc tự do tương ứng với một khả năng chuyển động và vùng làm việc của nó là
một khối trụ rỗng. Độ cứng vững của tay máy này thấp hơn hai loại trên và độ chính
xác phụ thuộc vào tầm với. Tuy nhiên loại này có thể gắp được các vật dưới sàn.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 9


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.3: Robot kiểu tọa độ cầu
Robot kiểu Scara
Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanaski ( Nhật Bản)
dùng cho cơng việc lắp ráp. Đó là kiểu tay máy đặc biệt gồm hai khớp quay và một

khớp trượt, nhưng cả ba khớp đều có trục song song với nhau. Kết cấu này làm cho tay
máy cứng vững hơn theo phương thẳng đứng nhưng kém cứng vững hơn theo phương
được chọn, là phương ngang. Loại này chuyên dùng trong công việc lắp ráp với tải
trọng nhỏ theo phương thẳng đứng. Từ SCARA là viết tắt của chữ “Selective
Compliance Articulated Robot Actuato” để mô tả các đặc điểm trên.

Hình 1.4: Robot kiểu Scara
Robot kiểu tay người
Tất cả các khớp đều là khớp quay, trong đó trục thứ nhất vng góc với hai trục
kia. Do sự tương tự giữa tay người, khớp thứ hai được gọi là khớp vai (Shoulder joint),
khớp thứ ba là khớp khủy (Elbow joint), nối cẳng tay với khủy tay. Tay máy làm việc
rất khéo léo. Nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của vùng làm việc.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 10


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.5: Robot kiểu tay người
Tồn bộ kết cấu ở trên mới chỉ liên quan đến khả năng định vị của phần cơng tác.
Muốn định vị nó, cần bổ sung cổ tay. Muốn định hướng tùy ý phần công tác, cổ tay
phải có ít nhất ba chuyển động quay quanh ba trục vng góc với nhau.
Phân loại theo điều khiển:
Có 2 loại điều khiển robot: điều khiển hở và điều khiển kín.
Điều khiển hở:
Dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén…) mà

quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số sung điều khiển. Kiểu điều khiển này
đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp.
Điều khiển kín (hay điều khiển servo):
Sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều
khiển servo: điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour).
+ Với kiểu điều khiển điểm-điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến
điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao. Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng. Kiểu
điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh,…
+ Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất
kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot
hàn hồ quang, phun sơn.
Phân loại theo thế hệ:
Robot thế hệ thứ nhất
- Sử dụng cơ cấu cam với cơng tắc giới hạn hành trình.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 11


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

- Điều khiển vịng hở
- Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ
điều khiển, tuy nhiên không thể thay đổi chương trình được.
- Sử dụng phổ biến trong cơng việc gắp đặt (pick and place)
Robot thế hệ thứ hai
- Điều khiển vịng kín các chuyển động của tay máy
- Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản

hồi từ cảm biến nhờ các chương trình đã được cài đặt từ trước
- Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các cơng cụ như bàn phím,
panel điều khiển
Robot thế hệ thứ ba
- Có những đặc điểm như loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý
thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh
- Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình
dạng và kích thước khá khác biệt nhau
Robot thế hệ thứ tư
- Có những đặc điểm tương tự như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng tự lựa
chọn chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động dựa trên các tín hiệu
thu nhận được từ cảm biến.
- Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải các bài tốn tối ưu với
điều khiện biên khơng đươc xác định trước. Kết quả của bài toán sẽ là một tập hợp các
tín hiệu điều khiển các đáp ứng của robot.
Phân loại theo hệ thống truyền động:
Có các dạng truyền động phổ biến là:
Hệ truyền động điện: thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC: direct current)
hoặc các động cơ bước (step motor). Loại truyền động này dễ điều khiển, kết cấu gọn.
Hệ truyền động thuỷ lực: có thể đạt được công suất cao, đáp ứng những điều kiện
làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn tại độ
phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển.
Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược nhưng
lại phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén. Hệ này làm việc với cơng suất trung bình
và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các robot hoạt động theo chương
trình định sẵn với các thao tác đơn giản “nhấc lên - đặt xuống” (pick and place or point
to point).

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 12


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Phân loại theo ứng dụng:
Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có robot sơn, robot hàn, robot lắp
ráp, robot chuyển phôi v.v...
1.3 Ứng dụng của robot
1.3.1 Robot công nghiệp
Tay máy công nghiệp được chế tạo, sử dụng từ những năm 1960. Giai đoạn đầu,
tay máy được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế tạo ô tô. Nhu cầu thực tế của cơng
nghiệp chế tạo ơ tơ địi hỏi phải nghiên cứu các phương pháp chuẩn định để giảm sai
số do tính bất định của mơ hình động học robot gây nên. Tiếp đến là các phương pháp
thiết kế quỹ đạo và điều khiển chuyển động của tay máy. Thiết kế quỹ đạo là tìm quy
luật chuyển động của các khớp robot sao cho quỹ đạo của đầu tay nắm robot trong
không gian 3D đi được từ điểm đầu đến điểm cuối tránh được các vật cản và không bị
rơi vào các điểm kỳ dị. Điều khiển chuyển động robot là một hướng nghiên cứu phát
triển mạnh và ngày càng phong phú. Robot có hệ động lực phi tuyến, nhiều đầu vào/ra,
có nhiều tham số bất định như mơ men qn tính, ma sát, độ rơ của các khớp địi hỏi
các phương pháp điều khiển phải có tính bền vững cao. Các thuật toán điều khiển
robot liên tục được nghiên cứu và ứng dụng từ đơn giản như PD, PID đến phức tạp
như các hệ tự thích nghi, hoặc các phương pháp điều khiển thông minh sử dụng mạng
nơ-ron nhân tạo, thuật gen và điều khiển mờ... Nghiên cứu điều khiển lực/momen ở
robot cũng rất được quan tâm do robot phải tham gia vào quá trình sản xuất, tiếp xúc
với mơi trường trong q trình thực thi nhiệm vụ. Có nhiều phương pháp điều khiển
lực như điều khiển nhúng, điều khiển lai hoặc dùng các cơ cấu tay nắm có độ nhún
nhất định cho các ứng dụng lắp ráp. Từ năm 1990, ứng dụng của robot công nghiệp đã

lan sang các lĩnh vực sản xuất ngoài ngành chế tạo máy như ứng dụng trong sản xuất
thực phẩm và dược phẩm. Lúc này, độ linh hoạt của robot được nâng cao để đáp ứng
sự thay đổi của môi trường sản xuất có nhiều bất định. Các phương pháp của trí tuệ
nhân tạo được đưa vào robot như khả năng tự học, suy diễn và tự giải quyết vấn đề.
Ngoài ra việc áp dụng các cảm biến như thị giác máy, xúc giác và đo lực/mô men làm
tăng khả năng thích ứng với mơi trường thay đổi của robot.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 13


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.6: Robot fanuc trong cơng nghiệp
1.3.2 Robot y tế
Từ những năm 90 robot đã được nghiên cứu áp dụng vào lĩnh vực y tế không
phải để thay thế các bác sỹ mà để hỗ trợ họ trong các thao tác địi hỏi sự chính xác và
tính chun nghiệp cao. Nhiều lĩnh vực khác trong y tế cũng được robot hỗ trợ như các
robot phục vụ ở các lab xét nghiệm y tế, robot mổ, robot dạy mổ, robot điều trị và tư
vấn từ xa, robot hỗ trợ người tàn tật và robot dịch vụ trong bệnh viện. Robot y tế có
thể phân loại theo cấu trúc cơ khí, mức độ tự động, chức năng xử lý và môi trường
hoạt động. Các robot mổ hiện nay đã đạt được độ chính xác cỡ milimet. Các nghiên
cứu phát triển về robot y tế hiện nay nhằm bảo đảm độ an tồn cho bệnh nhân, có độ
chính xác cao với giá thành cạnh tranh. Các vấn đề về tương tác người-máy, xử lý ảnh
động 3D y tế với độ phân giải cao, điều chỉnh lực và giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên là
một số vấn đề robot y tế rất cần các nghiên cứu sâu. Robot y tế được sử dụng ngày
càng nhiều ở các bệnh viện. Tuy nhiên còn nhiều rào cản xã hội và giải pháp kỹ thụât

chưa hoàn hảo cản trở việc ứng dụng đại trà robot trong lĩnh vực y tế.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 14


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.7: Robot phẫu thuật Mirosurge
1.3.3 Robot hỗ trợ người tàn tật
Robot hỗ trợ người tàn tật đã có lịch sử phát triển từ những năm 60 nhưng đến
ngày nay mới có những robot thương phẩm đầu tiên. Các tay chân tay giả mềm dẻo
với nhiều bậc tự do, các robot hỗ trợ người tàn tật ở bệnh viện và ở nhà là một số ví dụ
về robot loại này. So với robot cơng nghiệp thì robot hỗ trợ người tàn tật ít phát triển
hơn mặc dù chúng có nhiều nét tương đồng. Ứng dụng của robot hỗ trợ người tàn tật
khác với robot cơng nghiệp ở chỗ nó đòi hỏi sự hợp tác của người sử dụng; hoạt động
chậm hơn nhưng thích ứng với chuyển động của người dùng hơn, mang tính dịch vụ
và thân thiện với con người hơn. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ở robot hỗ trợ
người tàn tật là tính linh hoạt thích ứng với mơi trường thay đổi, vấn đề điều khiển và
giao diện thân thiện với người dùng. Thiết kế robot hỗ trợ người tàn tật địi hỏi có tính
cộng năng nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ theo quan điểm thiết kế hệ cơ điện tử.
Gần đây Đại học Johns Hophins (Mỹ) triển khai dự án phát triển tay giả được điều
khiển bằng não trị giá 34,5 triệu USD. Đây là một cánh tay robot 22 bậc tự do, khối
lượng như tay người, và khả năng chuyển động các ngón tay tinh xảo gần như tay
người…

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 15


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 1.8: Chân giả hỗ trợ người tàn tật

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 16


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Chương 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC

2.1 Yêu cầu công nghệ
Robot cần thiết kế là robot dùng trong lắp ráp các chi tiết cơ khí tương đối nhẹ,
có thể đặt trong những nơi khác nhau với các công việc khác nhau, các yêu cầu kỹ
thuật cụ thể như sau:
2.1.1 Sức nâng của tay máy
Đó là khối lượng lớn nhất của vật thể mà robot có thể nâng được (không kể khối
lượng của các cơ cấu trong tay máy) trong điều kiện nhất định, ví dụ khi tốc độ dịch
chuyển cao nhất hoặc khi tay với dài nhất. Nếu robot có nhiều tay thì đó là tổng sức
nâng của các cánh tay. Thông số này quan trọng với các robot vận chuyển, xếp dỡ, lắp

ráp,… Dải sức nâng của tay máy thay đổi rất rộng từ 0.1 đến hàng nghìn kilogram.
Các robot có sức nâng lớn thường dùng hệ truyền động thủy lực và điện, trong đó tỉ lệ
dùng động cơ điện ngày càng tăng. Truyền động khí nén cho đến nay vẫn dùng nhiều
trong robot cơng nghiệp nhưng chủ yếu với các robot có sức nâng dưới 40kg.
Đối với một số kiểu robot, ngoài sức nâng, người ta còn quan tâm đến lực hoặc
momen lớn nhất mà cánh tay hoặc bàn tay có thể sinh ra.
Robot làm việc trong phịng thí nghiệm đảm nhận một cơng đoạn trong một dây
chuyền sản xuất (CIM). Vì vậy tay máy chỉ nâng các vật có khối lượng vừa đủ với các
hình dạng khác nhau.
Với những u cầu đó, ta chọn sức nâng tay máy là 0,5kg.
2.1.2 Số bậc tự do của phần công tác (DOF : Degrees Of Freedom)
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc
tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của
robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là một cơ cấu hở, do
đó bậc tự do của nó có thể tính theo cơng thức :
5

W = 6n -

 ip
i =1

i

Trong đó: n – là số khâu động
pi – là số khớp loại i
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh tiến
(khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối với cơ cấu hở, số bậc
tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 17


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không gian
3 chiều, robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để
định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp... có thể u cầu số bậc tự do
ít hơn. Các robot hàn, sơn... thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường hợp cần
sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo,... người ta dùng robot với
số bậc tự do lớn hơn 6.
Robot thiết kế được sử dụng trong lắp ráp nên yêu cầu có độ linh hoạt cao. Ta
cùng đặt ra một công việc cụ thể thường thấy trong quá trình lắp ráp của robot.
Giả sử bài tốn đặt ra là hàng loạt chi tiết lập phương trên mặt bàn theo các
hướng không giống nhau và trong không gian đầy các vật cản. Nhiệm vụ của robot là
phải thực hiên công việc đặt các chi tiết thứ tự theo một hướng nhất định mà không
xảy ra va chạm với các vật cản.
Robot phải có xoay tay để xoay các đối tượng theo u cầu đặt ra. Vì vật khớp
phải có là khớp xoay tay. Khớp này được thiết kế là khớp quay.
Robot cần tiếp cận đối tượng nên cần 2 khớp loại 5 là khớp vai và khớp khuỷu
tay. Đồng thời để tránh chướng ngại, hoạt động linh hoạt, robot cần thêm khớp cổ tay
bố trí sao cho khớp cổ tay song song với hai khớp vai và khuỷu tay.
Vùng làm việc chỉ là một mặt phẳng, nên muốn tăng vùng làm việc robot, ta thiết
kế một bậc tự do xoay quanh trục với trục vng góc với mặt phẳng nằm ngang để
biến vùng làm việc từ một mặt phẳng thành một phần của hình cầu. Theo phân tích, ta
dùng khớp loại 5.

Vậy tổng số bậc tự do thiết kế là 5, tất cả các khớp đều là khớp loại 5. Các khớp
quay đó bao gồm:
- Khớp cơ sở (vai)
- Khớp vai
-

Khớp khuỷu tay
Khớp cổ tay
Khớp xoay tay

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 18


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do

Hình 2.1: Mơ hình động học tay máy
2.1.3 Hệ tọa độ hoạt động (Coordinate frames)
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp
(joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên.
Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn). Các hệ
toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng
thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển
dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay. Các toạ độ
suy rộng cịn được gọi là biến khớp.

Hình 2.2: Tọa độ suy rộng của robot

Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải :
Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lịng bàn tay, x 3 ngón : cái, trỏ và
giữa theo 3 phương vng góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z,

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn Anh

Hướng dẫn: Châu Mạnh Lực

Trang 19