Thiết kế chế tạo và điều khiển tay máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

]][[

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(PHỤ LỤC)
ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU
KHIỂN TAY MÁY
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP
GVPB : KS. BÙI QUANG ĐƯC
SVTH :
1. NGUYỄN NHẬT TÂN
MSSV : 29801777
2. NGUYỄN LÊ TÙNG
MSSV : 29802341
MSLV: 98-02
TP.HCM – 01/2003


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô trong Khoa
Cơ Khí và quý thầy cô ở Trường Đại học Bách Khoa
TP. HCM đã trang bị cho chúng tôi những kiến thức
quý báu cũng như đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt
quá trình học tập tại trường.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. NGUYỄN
VĂN GIÁP và các Thầy/Cô trong bộ môn Cơ Điện
Tử đã tận tình hướng dẫn chúng tôi làm Luận văn tốt
nghiệp chuyên ngành Cơ Điện Tử. Các Thầy/Cô đã
dành cho chúng tôi sự giúp đỡ nhiệt tình trong suốt
thời gian làm Luận văn tốt nghiệp.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý
Thầy/Cô trong Bộ môn Cơ Điện Tử đã dành thời
gian để nhận xét và chấm Luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, chúng tôi xin kính tặng những kết quả đạt
được cho Cha Mẹ và những người thân của chúng
tôi, những người đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất cho chúng tôi có được ngày hôm nay.

SVTH: Nguyễn Nhật Tân
Nguyễn Lê Tùng

i


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Yêu cầu của Luận văn là thiết kế và chế tạo mô hình
tay máy sử dụng động cơ RC-Servo điều khiển bằng vi xử
lý. Vi xử lý được sử dụng ở đây là vi xử lý họ AVR90S2313 có tốc độ xử lý cao với nhiều tính năng ưu việt hơn
so với họ vi xử lý thường dùng là AT89Cxx.
Các thông số để xác định tọa độ cần đến của tay máy
được lập trình và tính toán trên máy vi tính thông qua phần
mềm được viết trên nền Visual Basic. Sau đó các dữ liệu
này được truyền thông qua cổng nối tiếp tới vi xử lý
AT89C2051. Vi xử lý sẽ mã hóa các thông tin này thành

các tín hiệu hồng ngoại sao cho dữ liệu nhận được đảm bảo
về tính chính xác; dữ liệu này được gởi tới bộ phát hồng
ngoại để truyền đi trong không gian.
Tín hiệu hồng ngoại truyền đi được Sensor hồng ngoại
thu được và truyền về cho vi xử lý AT89C2051. Vi xử lý lại
giải mã các thông tin này rồi xuất ra LCD và truyền nối
tiếp tới vi xử lý AVR-90S2313. Thông tin về vị trí của từng
RC-Servo được AVR-90S231 giải mã và đưa đến từng động
cơ thực hiện.
Ngoài ra đối với các dữ liệu (tọa độ các điểm) mà ta
cần tay máy thực hiện lặp đi lặp lại theo một chu trình nào
đó, ta có thể lưu các dữ liệu này vào một đóa cứng (HDD)
thông qua việc giao tiếp với vi xử lý. Dữ liệu trong đóa cứng
này sẽ được truy xuất bới chip vi xử lý và cũng được gửi tới
từng động cơ thực hiện, đồng thời hiển thị ra LCD các tọa
độ này. Đôùi với mạch điều khiển đóa cứng việc xuất nhập
sẽ được thông qua bàn phím (AT-101 phím) và hiển thị
LCD.

ii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn...............................................................................................................i
Tóm tắt đề tài .........................................................................................................ii
Mục lục ..................................................................................................................iii
Chương 1 TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1 Định nghóa.......................................................................................................1
1.2 Phân loại và ứng dụng ...................................................................................2
1.2.1 Robot thế hệ thứ nhất ..............................................................................2

1.2.2 Robot thế hệ thứ hai.................................................................................2
1.2.3 Robot thế hệ thứ ba..................................................................................2
1.2.4 Robot thế hệ thứ tư ..................................................................................3
1.2.5 Robot thế hệ thứ năm ...............................................................................3
Chương 2 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP .................................5
Chương 3 ĐỘNG HỌC TAY MÁY ......................................................................6
3.1 Giới thiệu về tay máy ......................................................................................6
3.1.1 Phân loại tay máy theo chuyển động .......................................................6
3.1.2 Các công thức toán học liên quan ............................................................7
3.1.2.1 Hệ tọa độ ......................................................................................7
3.1.2.2 Chuyển đổi hệ tọa độ ...................................................................8
3.1.3 Phân tích động học tay máy bằng phương pháp ma trận.........................8
3.1.4 Mô tả chuyển động với phương pháp tọa độ thuần nhất .......................11
3.1.4.1 Giới thiệu phương pháp tọa độ thuần nhất .................................11
3.1.4.2 Ma trận DH tuyệt đối ................................................................12
3.1.4.3 Ma trận DH tương đối .................................................................13
3.1.4.4 Ma trận DH quay ........................................................................13
3.1.4.5 Ma trận DH tịnh tiến ..................................................................13
3.2 Bài toán động học thuận ...............................................................................14
3.3 Bài toán động học ngược...............................................................................15
3.4 Kết luận ..........................................................................................................15
Chương 4 THIẾT KẾ TAY MÁY .....................................................................16
4.1 Giới thiệu .........................................................................................................16
iii


4.1.1 Các góc của tay máy ..............................................................................18
4.1.2 Các giới hạn của góc .............................................................................18
4.1.3 Không gian làm việc của tay máy...........................................................18
4.1.4 Các ma trận DH liên quan .....................................................................19

4.2 Các phương pháp vẽ ......................................................................................20
4.2.1 Vẽ điểm trên mặt phẳng XY....................................................................20
4.2.2 Vẽ điểm trên mặt phẳng nghiêng một gócλ ............................................22
4.2.3 Vẽ điểm trong không gian.......................................................................24
4.3 Kết luận ...........................................................................................................25
Chương 5 ĐỘNG CƠ RC SERVO ......................................................................26
5.1 Giới thiệu về động cơ RC Servo...................................................................26
5.2 Cấu tạo động cơ RC Servo ...........................................................................27
5.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ RC Servo ..............................................29
5.4 Kết luận ..........................................................................................................30
Chương 6 VI XỬ LÝ AVR-AT90S2313..............................................................31
6.1 Giới thiệu chung về họ vi xử lý AVR ...........................................................31
6.1.1 Đặc tính kỹ thuật của AVR-AT90S2313 ..................................................31
6.1.2 Sơ đồ chân ..............................................................................................32
6.2 Cấu trúc của AVR .........................................................................................32
6.2.1 Thanh ghi (register)................................................................................34
6.2.2 Bộ định thời (timer) ................................................................................35
6.2.3 UART ......................................................................................................35
6.2.3.1 Bộ truyền dữ liệu .......................................................................36
6.2.3.2 Bộ nhận dữ liệu .........................................................................37
6.2.4.3 Các thanh ghi liên quan .............................................................38
6.2.4.4 Cách định tốc độ BAUD............................................................40
6.3 Các lệnh của AT90S2313 sử dụng trong luận văn ....................................41
6.4 Nạp dữ liệu nối tiếp .......................................................................................48
6.5 Kết luận ..........................................................................................................50
Chương 7 VI XỬ LÝ AT89C2051 .......................................................................51
7.1 Giới thiệu về AT89C2051..............................................................................51
7.2 Mô tả các chân của AT89C2051 ..................................................................52
7.3 Sơ đồ và nguyên lý nạp chương trình cho AT89C2051 .............................53
7.3.1 Sơ đồ mạch nạp cho AT89C2051 ...........................................................53

7.3.2 Nguyên lý nạp chương trình cho AT89C2051 ........................................54
iv


7.4 Kết luận ..........................................................................................................55
Chương 8 THIẾT BỊ HIỂN THỊ LCD...............................................................56
8.1 Giới thiệu về LCD 1602A..............................................................................56
8.2 Bảng mã lệnh để lập trình LCD 1602A.......................................................58
8.3 Sơ đồ khối giải thuật lập trình LCD 1602A ................................................62
8.3.1 Giải thuật lập trình với 8-bit data ..........................................................62
8.3.2 Giải thuật lập trình với 4-bit data ..........................................................63
8.4 Kết luận ..........................................................................................................66
Chương 9 ĐIỀU KHIỂN BẰNG CỔNG NỐI TIẾP .........................................67
9.1 Giới thiệu ........................................................................................................67
9.2 Giao tiếp với máy vi tính...............................................................................67
9.2.1 Chuẩn giao tiếp RS-232........................................................................68
9.2.1.1 Các yêu kỹ thuật của chuẩn RS-232 ..........................................68
9.2.1.2 Sơ đồ chân ra trên PC................................................................68
9.2.2 Các thanh ghi và địa chỉ.........................................................................70
9.2.2.1 Thanh ghi cho phép ngắt (IER) ..................................................70
9.2.2.2 Thanh ghi điều khiển đường dẫn (LCR) ....................................71
9.2.3 Giao tiếp giữa PC với AT89C2051 .........................................................72
9.2.3.1 Khung truyền dữ liệu ..................................................................72
9.2.3.2 Sơ đồ mạch nối AT89C2051 với RS-232 ...................................72
9.3 Giao tiếp nối tiếp giữa AT89C2051 và AT90S2313.....................................73
9.3.1 Thiết lập tốc độ BAUD 4800 ..................................................................73
9.3.1.1 Thiết lập tốc độ BAUD cho AT89C2051 ...................................73
9.3.1.2 Thiết lập tốc độ BAUD cho AT90S2313....................................73
9.3.2 Chương trình truyền (AT89C2051) và nhận (AT90S2313) dữ liệu ..........73
9.3.2.1 Chương trình con truyền dữ liệu viết cho AT89C2051 ..............73

9.3.2.2 Chương trình con nhận dữ liệu viết cho AT90S2313 .................74
9.4 Kết luận ..........................................................................................................74
Chương 10 TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI ....................75
10.1 Giới thiệu về hồng ngoại (IR).....................................................................75
10.1.1 Định nghóa ............................................................................................75
10.1.2 Ưu và nhược điểm .................................................................................75
10.2 Truyền tín hiệu hồng ngoại ........................................................................76
10.2.1 Giới thiệu..............................................................................................76
10.2.2 Nguyên lý truyền dữ liệu bằng hồng ngoại ...........................................76
v


10.2.3 Khung truyền dữ liệu ............................................................................77
10.2.3.1 Khung truyền 1 byte dữ liệu .....................................................77
10.2.3.2 Thời gian của khung truyền ......................................................77
10.2.4 Tạo tần số mang bằng AT89C2051.......................................................77
10.2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch phát ...................................................................78
10.2.6 Sơ đồ khối của truyền một byte dữ liệu (10 bit) ....................................79
10.3 Nhận dữ liệu bằng hồng ngoại....................................................................80
10.3.1 Cảm biến thu nhận tín hiệu hồng ngoại................................................80
10.3.1.1 Các đặc tính về cảm biến ........................................................80
10.3.1.2 Sơ đồ khối bên trong của cảm biến .........................................82
10.3.2 Xử lý dữ liệu nhận được........................................................................82
10.4 Sơ đồ khối tổng quát của việc truyền nhận dữ liệu .................................84
10.5 Kết luận ........................................................................................................84
Chương 11 GIAO TIẾP VỚI BÀN PHÍM AT...................................................85
11.1 Khái quát về lý thuyết của bàn phím giao tiếp với PC............................85
11.2 Các mã lệnh để giao tiếp với bàn phím.....................................................86
11.2.1 Các mã lệnh được gửi tới bàn phím......................................................86
11.2.2 Các mã lệnh được gửi đi từ bàn phím...................................................86

11.3 Các mã quét của bàn phím AT...................................................................86
11.4 Cổng nối của bàn phím ..............................................................................87
11.5 Lập trình giao tiếp với bàn phím ...............................................................88
11.5.1 Lập trình gửi lệnh từ bàn phím đến bộ điều khiển ................................88
11.5.2 Lập trình gửi lệnh từ bộ điều khiển đến bàn phím................................88
11.6 Kết luận ........................................................................................................89
Chương 12 ĐIỀU KHIỂN IDE ...........................................................................90
12.1 Giới thiệu về đóa cứng .................................................................................90
12.1.1 Lịch sử phát triển của đóa cứng ............................................................90
12.1.2 Cấu trúc vật lý của một đóa cứng .........................................................91
12.1.3 Hoạt động.............................................................................................92
12.1.4 Chuẩn IDE............................................................................................92
12.2 Giải thuật điều khiển ..................................................................................93
12.3 Chương trình điều khiển và sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ..............96
12.4 Kết luận ........................................................................................................96
Chương 13 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...................................................97
13.1 Giới thiệu về chương trình điều khiển ......................................................97
vi


13.2 Cấu trúc của chương trình..........................................................................99
13.2.1 Chương trình con vẽ điểm ...................................................................101
13.2.2 Hàm tính toán các góc của tay máy ..................................................102
13.2.3 Hàm gởi các dữ liệu ra port nối tiếp ..................................................103
13.2.4 Hàm hiển thị tay máy ra màn hình .....................................................104
13.3 Kết luận ......................................................................................................104
Chương 14 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY ...........................105
14.1 Thiết kế mạch điều khiển tay máy ..........................................................105
14.1.1 Phương án một....................................................................................105
14.1.2 Phương án hai.....................................................................................106

14.1.3 Phương án ba......................................................................................107
14.1.4 Phương án bốn....................................................................................108
14.1.5 Kết luận ..............................................................................................108
14.2 Phần lập trình cho AT90S2313 để điều khiển RC Servo .....................108
14.3 Kết luận ......................................................................................................113
Chương 15 KẾT LUẬN .....................................................................................114
15.1 Những vấn đề đã giải quyết được ........................................................... 114
15.2 Hướng phát triển của đề tài.................................................................... 115
TÀI LIỆU THAM KHAÛO ..................................................................................116

vii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT
(ĐHBK TP. HCM)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
-----------

KHOA: CƠ KHÍ
BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHÚ Ý: SV phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh
HỌ VÀ TÊN: 1/ NGUYỄN NHẬT TÂN
2/ NGUYỄN LÊ TÙNG
NGÀNH:

CƠ ĐIỆN TỬ

MSSV: 29801777
MSSV: 29802341
LỚP: CDT98

1. Đầu đề luận án
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Tổng quan về tay máy.
Thiết kế, chế tạo tay máy.
Điều khiển tay máy.
Kết luận.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: .................................................................................
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ...................................................................................
5. Họ tên người hướng dẫn:

Phần hướng dẫn:

TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

100%

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua tại Bộ môn.
Ngày

tháng

năm 2002

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN :
Người duyệt (chấm sơ bộ): ............................................
Đơn vị: ...........................................................................
Ngày bảo vệ: .................................................................
Điểm tổng kết:...............................................................
Nơi lưu trữ luận án:........................................................

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
-------------------------------Ngày
tháng
năm 2003

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn)

1. Họ và tên SV : NGUYỄN NHẬT TÂN
MSSV : 29801777
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử

NGUYỄN LÊ TÙNG
MSSV : 29802341
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử
2. Đề tài : Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy
3. Họ và tên người hướng dẫn : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP
4. Tổng quát về bản thuyết minh :
Số trang
116
Số chương
15
Số bảng số liệu
16
Số hình vẽ
51
Số tài liệu tham khảo 16
Phần mềm tính toán Visual Basic
Hiện vật (sản phẩm)
Tay máy
5. Tổng quát về các bản vẽ :
- Số bản vẽ :
bản A1
bản A2
khổ khác
- Số bản vẽ tay
Số bản vẽ trên máy tính
6. Những ưu điểm chính của LVTN :
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________

_________________________________________________________________
7. Những thiếu sót chính của LVTN :
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
8. Đề nghị : Được bảo vệ † Bổ sung thêm để bảo vệ † Không được bảo vệ †
9. 3 câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng :
a. ________________________________________________________________
_______________________________________________________________
b.________________________________________________________________
________________________________________________________________
c. _______________________________________________________________
________________________________________________________________
10. Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, Tb) : Điểm ____/10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
-------------------------------Ngày
tháng
năm 2003

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn)

1. Họ và tên SV : NGUYỄN NHẬT TÂN
MSSV : 29801777
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử
NGUYỄN LÊ TÙNG
MSSV : 29802341
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử
2. Đề tài : Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy
3. Họ và tên người hướng dẫn : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP
4. Tổng quát về bản thuyết minh :
Số trang
116
Số chương
15
Số bảng số liệu
16
Số hình vẽ
51
Số tài liệu tham khảo 16
Phần mềm tính toán Visual Basic
Hiện vật (sản phẩm)
Tay máy
5. Tổng quát về các bản vẽ :
- Số bản vẽ :
bản A1
bản A2
khổ khác
- Số bản vẽ tay
Số bản vẽ trên máy tính
6. Những ưu điểm chính của LVTN :

_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
7. Những thiếu sót chính của LVTN :
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
8. Đề nghị : Được bảo vệ † Bổ sung thêm để bảo vệ † Không được bảo vệ †
9. 3 câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng :
a. ________________________________________________________________
_______________________________________________________________
b.________________________________________________________________
________________________________________________________________
c. _______________________________________________________________
________________________________________________________________
10. Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, Tb) : Điểm ____/10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
-------------------------------Ngày
tháng

năm 2003

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người phản biện)

1. Họ và tên SV : NGUYỄN NHẬT TÂN
MSSV : 29801777
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử
NGUYỄN LÊ TÙNG
MSSV : 29802341
Ngành (chuyên ngành) : Cơ Điện Tử
2. Đề tài : Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy
3. Họ và tên người phản biện : KS. BÙI QUANG ĐƯC
4. Tổng quát về bản thuyết minh :
Số trang
116
Số chương
15
Số bảng số liệu
16
Số hình vẽ
51
Số tài liệu tham khảo 16
Phần mềm tính toán Visual Basic
Hiện vật (sản phẩm)
Tay máy
5. Tổng quát về các bản vẽ :
- Số bản vẽ :
bản A1
bản A2

khổ khác
- Số bản vẽ tay
Số bản vẽ trên máy tính
6. Những ưu điểm chính của LVTN :
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
7. Những thiếu sót chính của LVTN :
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
8. Đề nghị : Được bảo vệ † Bổ sung thêm để bảo vệ † Không được bảo vệ †
9. 3 câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng :
a. ________________________________________________________________
_______________________________________________________________
b.________________________________________________________________
________________________________________________________________
c. _______________________________________________________________
________________________________________________________________
10. Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, Tb) : Điểm ____/10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 1

1
TỔNG QUAN

1.1 ĐỊNH NGHĨA
Ngày nay bên cạnh sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp máy
tính thì lónh vực robot cũng không ngừng phát triển theo. Có rất nhiều quốc gia
trên thế giới nghiên cứu về lónh vực này như là: Nhật Bản, Mỹ, Úc, Nga… Và các
kết quả đạt được khiến con người không phải không ngạc nhiên. Do vậy cũng có
rất nhiều khái niệm, cũng như định nghóa về robot. Theo viện nghiên cứu của
Hoa Kỳ thì robot được định nghóa như sau:
“Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt
động, được dùng để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng
cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau“.
Còn theo giáo sư Masahioo (viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp
phải có các đặc điểm sau:
+ Có khả năng thay đổi chuyển động.
+ Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghó).
+ Có tính vạn năng.
+ Có những đặc điểm của người.
Nói chung có rất nhiều định nghóa về robot, tuy nhiên có một sự thống nhất
trong tất cả các định nghóa là ở đặc điểm “điều khiển theo chương trình”. Tổng

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 2

quát hơn có thể nói robot là một sản phẩm được chế tạo theo một kỹ thuật mới,
chúng vừa có thể giải phóng con người khỏi những công việc lao động chân tay
nặng nhọc, vừa có khả năng nâng cao chất lượng cũng như số lượng sản phẩm.
robot thực sự là một sản phẩm minh chứng cho khả năng tiềm ẩn của con người.
1.2 PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG
Người ta phân biệt robot dựa vào các yếu tố chính sau:
+ Theo dạng hình học của không gian họat động.
+ Theo thế hệ robot.
+ Theo bộ điều khiển.
+ Theo nguồn dẫn động.
Ở luận văn này chỉ giới thiệu cách phân loại robot theo thế hệ.

1.2.1 Robot thế hệ thứ nhất

Bao gồm các robot hoạt động lập lại theo chu trình đã được lập trình từ
trước (playback robots). Chương trình ở đây cũng có 2 dạng: chương trình cứng
không thay đổi được, như điều khiển bằng hệ thống cam; và điều khiển theo
chương trình có thể thay đổi được theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử
dụng nhờ các panel hoặc máy tính.
* Đặc điểm:
+ Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tắc giới hạn hành trình.
+ Điều khiển vòng hở.
+ Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lổ để đưa chương trình vào bộ
điều khiển, tuy nhiên loại này không thể thay đổi được chương trình.
Sử dụng phổ biến trong công việc gắp đặt.
1.2.2 Robot thế hệ thứ hai
Robot thế hệ này bao gồm các robot sử dụng các cảm biến trong điều khiển
(sensor-controlled) cho phép tạo được những vòng điều khiển kín kiểu servo.

* Đặc điểm:
+ Điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy.
+ Có thể tự ra quyết định lựa chọn các chương trình đáp ứng dựa trên tín
hiệu phản hồi từ các cảm biến nhờ các chương trình đã được lập trước.
Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn phím,
panel điều khiển.

1.2.3 Robot thế hệ thứ ba

Đây là dạng phát triển cao nhất của robot. Các robot ở đây được trang bị
các thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tin và tác
động của môi trường lên chúng, nhờ đó chúng tự biết phải làm gì để hoàn thành
công việc đã được đặt ra trước. Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 3

bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (vision-controlled robots) cho
phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng thao tác.
* Đặc điểm:
+ Có những đặc điểm như robot thế hệ thứ hai 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 này được ứng dụng trong các lónh vực: trong công nghệ chế
tạo xe hơi, điện tử, cơ khí cụ thể như là hàn các đường nối, sơn dầu, lắp ráp,
đóng gói, gia công linh kiện, vận chuyển…

1.2.4 Robot thế hệ thứ tư

Bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi
(adaptively controlled robots) có khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một
mô hình tính toán xác định nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện của
môi trường thao tác.
* Đặc điểm:
+ Có những đặc điểm giống như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng lựa
chọn chương trình hoạt động và lập trình cho các hoạt động dựa trên các tín hiệu
thu nhận từ cảm biến.
+ Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải quyết các bài toán tối
ưu với điều kiện biên không được xác định trước. Kết quả của bài toán sẽ là một
tập hợp các tín hiệu điều khiển và đáp ứng của robot.

1.2.5 Robot thế hệ thứ năm

Là những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robots).
* Đặc điểm:
+ Được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói,
hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc… Để ra quyết
định và giải quyết các vấn đề hoặc nhiệm vụ đặt ra cho nó.
+ Được trang bị mạng neuron có khả năng tự học.
Được trang bị các thuật toán dạng neuron fuzzy/fuzzy logic để tự suy nghó
và ra quyết định cho các ứng xử tương thích với tín hiệu điều khiển nhận được từ
môi trường xung quanh theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu
đồng thời. Hiện nay trong lónh vực giải trí, nhiều dạng robot thế hệ này đang

được phát triển như là robot Aibo do hãng Sony sản xuất hay robot đi trên hai
chân và khiêu vũ của hãng Honda. Gần đây có một robot mới có tên là
ROBOSCOUT do Nhật chế tạo. Robot này nó có thể đi, nói, nghe, tránh vật cản,
hai cánh tay nó có thể cầm khay thức ăn nặng 1kg. Đặc biệt nếu như bạn nói vào
một bộ điều khiển từ xa nó sẽ đáp lại bằng chính giọng nói của bạn bằng hàng
trăm câu đã được lập trình sẵn.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 4

Để thống nhất trong cách gọi, kể từ chương 2 thuật ngữ robot và tay máy
được xem là một.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 5

2
NHIỆM VỤ CỦA LUẬN

VĂN TỐT NGHIỆP
Mục đích và các chỉ tiêu phải đạt được qua đề tài Luận văn tốt nghiệp
- Thiết kế và chế tạo tay máy có 4 bậc tự do.
- Lập trình điều khiển tay máy có khả năng đi tới một điểm hoặc đi theo
một đường yêu cầu.
- Việc điều khiển tay máy phải chính xác.
- Tay máy được điều khiển từ xa.
- Tay máy có thể lập đi lập lại theo một chu trình đã được lập trình trước.
Các giải pháp đề ra để đạt được các mục tiêu trên
- Chọn động cơ có độ chính xác cao.
- Chọn vật liệu làm tay máy là vật liệu nhẹ, dễ gia công.
- Dữ liệu về tọa độ tay máy được lập trình trên máy vi tính.
- Chọn giải pháp truyền dữ liệu từ máy tính đến tay máy bằng sóng hồng
ngoại.
- Sử dụng đóa cứng (HDD) để có thể lưu trữ được một khối lượng lớn dữ
liệu. Từ những dữ liệu này, tay máy có thể hoạt động độc lập theo chu
trình đã được lập sẵn.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 6

3
ĐỘNG HỌC TAY MÁY

3.1 GIỚI THIỆU VỀ TAY MÁY
Chương này sẽ đưa ra một vài lý thuyết cơ bản về tay máy. Đầu tiên là
phần giới thiệu về các loại tay máy và nguyên lý làm việc của chúng. Sau đó,
chúng ta sẽ nói sơ lược cách tính toán động học tay máy.
Một tay máy thường gồm có 5 thành phần sau:
- Cánh tay cơ khí.
- Khâu tác động cuối. Nó có thể là một đầu hàn, một đầu phun sơn hay một
tay kẹp…
- Động cơ để di chuyển các khâu. Đa số là các động cơ điện servo hoặc các
động cơ thủy lực.
- Bộ điều khiển.
- Các cảm biến được gắn vào tay máy và được nối với bộ điều khiển, nó
tạo ra tín hiệu phản hồi giúp cho tay máy hoạt động chính xác hơn.
Với những thành phần trên, tay máy có thể hoạt động, và tùy theo chuẩn
động của tay máy mà người ta phân loại chúng.

3.1.1 Phân loại tay máy theo chuyển động

Để hiểu được cánh tay làm việc như thế nào thì ta phải biết cách nó di
chuyển. Có hai chuyển động cơ bản của một tay máy:
• Tịnh tiến

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 7

• Quay
Ngoài ra người ta còn dựa trên số bậc tự do của tay máy để phân loại
chúng. Mỗi một chuyển động quay hay chuyển động tịnh tiến có trong tay máy
là một bậc tự do được tính. Số bậc tự do của một tay máy là thước đo mức độ
phức tạp của tay máy cũng như khả năng điều khiển chúng. Nếu một tay máy
có hơn 3 bậc tự do thì sẽ có nhiều cách khác nhau để đưa khâu tác động cuối
đến một điểm xác định cho trước.

3.1.2 Các công thức toán học liên quan

3.1.2.1 Hệ tọa độ
Tay máy là một chuỗi động học hở gồm một chuỗi liên tiếp nhau của các
khâu, trong đó mỗi khớp chỉ liên kết với hai khâu kế tiếp. Để khảo sát chuyển
động của các khâu, người ta dùng phương pháp hệ tọa độ tham chiếu hay hệ tọa
độ cơ sở. Bằng cách gắn cứng lên mỗi khâu động cơ thứ k một hệ trục tọa độ
vuông góc (oxyz)k, gọi là hệ tọa độ tương đối. Với phương pháp này ta có thể
khảo sát chuyển động của một khâu bất kỳ trên tay máy hoặc chuyển động của
một điểm bất kỳ thuộc khâu.
Tọa độ của điểm M thuộc khâu bất kỳ, được xác định bởi bán kính vectơ
(0)
r M với các thành phần hình chiếu của nó trong hệ tọa độ cơ sở (oxyz)0 lần lượt
là (x(0)M , y(0)M , z(0)M), gọi là tọa độ tuyệt đối của điểm M.
Tọa độ của một điểm M thuộc khâu thứ k được xác định bởi bán kính vectơ
rMk với các thành phần tương ứng của nó trong hệ tọa độ (Oxyz)k – gọi là tọa độ
tương đối của điểm M.
Zk
M

Z0

rMk

rM0
0k
Xk
00

Yk

Y0

X0

Tọa độ của điểm M được biểu diễn dưới dạng ma trận như sau:

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 8

x 0M 
x Mk 
 
 
rM0 = y 0M  ; rMk = y Mk 
 z 0M 

 z Mk 
 
 
Như vậy ta có thể coi tay máy là một chuỗi các hệ tọa độ liên tiếp có
chuyển động tương đối với nhau.
3.1.2.2 Chuyển đổi hệ tọa độ
Phép biến đổi hệ tọa độ được sử dụng để biến đổi các thành phần của
vectơ khi chuyển từ hệ tọa độ này sang hệ tọa độ khác.
Trong hệ tọa đô vuông góc (Oxyz) có các vectơ đơn vị lần lượt là i, j, k
tương ứng trên các trục x, y, z. Gọi hình chiếu của vectơ a theo hướng i, j, k lần
lượt là ax, ay, az, khi đó:
a= axi + ayj + azk
(3-1)
Trong đó ax, ay, az được xác định bằng cách chiếu (3-1) lên lần lượt các trục
x, y, z tương ứng ta được:
a x = a.Cos(a, x)

a y = a.Cos(a, y)
a z = a.Cos(a, z)

Khi bieát được các thành phần của vectơ a theo các trục x, y, z ta có thể tính
thành phần của nó theo hướng u bất kỳ. Để làm điều này ta chiếu cả hai vế của
phương trình (3-1) lên hướng u ta được:
a u = a x .Cos(u, x) + a y .Cos( u, y) + a z .Cos( u, z)
(3-2)
Nhö vậy thành phần của vectơ a theo một phương bất kỳ có thể biểu diễn
qua các thành phần của nó trên các trục của một hệ tọa độ vuông góc và phép
biểu diễn này là tuyến tính.
Gọi ϕ là góc giữa các hướng của vectơ a và u, thế (3-1) và (3-2) ta được:
Cos(ϕ) = Cos(a, u) = Cos(a, x).Cos( u, x) + Cos(a, y).Cos( u, y) + Cos(a, z).Cos( u, z)

Như vậy ta nhận được công thức của hình học giải tích cho cosin của góc ϕ
giữa các hướng a và u.

3.1.3 Phân tích động học tay máy bằng phương pháp ma trận

Trên cơ sở những kiến thức về phép chuyển đổi hệ tọa độ ở trên, phần tiếp
theo đây sẽ khảo sát cách thực hành để áp dụng phương pháp ma trận trong việc
khảo sát động học các cơ cấu tay máy. Có hai trường hợp là chuyển động tịnh
tiến và chuyển động quay. Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát trường hợp hai hệ
tọa độ (Oxyz)1 và (Oxyz)0 có chuyển động tương đối là chuyển động quay.
Xét hai hệ tọa độ (Oxyz)1 và (Oxyz)0 như hình vẽ.
Một vectơ a được xác định trong hệ tọa độ (Oxyz)0 bởi các thành phần là:

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 9

(axo, ayo, azo). Ta sẽ đi tìm các thành phần là ax1 , ay1, az1 của vectơ a trong hệ tọa
độ (Oxyz)1.

z1
y1

z0
aZ0

M
a

k
ax0 i

x0

O0

O1
x1

j

ay0

M'

y0

Gọi l=0001 Ta xét hai trường hợp:
Trường hợp l = 0
Lúc này 00 ≡ 01
Trong hệ tọa độ (Oxyz)0 ta coù
a = a xo i o + a yo jo + a zo k o

(3-3)

Trong hệ tọa độ (Oxyz)1 ta có:
a x1 = ai1 = a xo i í i 0 + a yo j í j0 + a zo i í k 0
a y1 = a j1 = a xo j í i 0 + a yo j í j0 + a zo j í k 0

(3-4)

a z1 = a k 1 = a xo k í i 0 + a yo k í j0 + a zo k í k 0

Trong đó, các đại lượng ax1, ay1, az1 tìm được có quan hệ tuyến tính với các
thành phần hình chiếu ax0, ay0, az0. Ngoài ra các hệ số ảnh hưởng của các đại
lượng này là tích vô hướng giữa các vectơ đơn vị trên các trục tọa độ(Oxyz)0 và
(Oxyz)1 và cũng là cosin của các góc tạo bởi các trục tọa độ tương ứng.
Từ (3-4) các thành phần trong hàng thứ nhất.
i1 .i 0 = Cos(x 1 , x 0 )
i1 . j0 = Cos(x 1 , y 0 )
i1 .k 0 = Cos(x 1 , z 0 )

(3-5)

Biểu diễn hình chiếu của vectơ đơn vị i í trên các tọa độ x0, y0, z0 hay cũng
chính là cosin chỉ hướng của trục x1 trong hệ tọa độ (oxyz)0
Biểu diễn dạng ma trận:

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy
 iíio

M ba =  j í i o
 k í i o
cos(x1 , x o )

hay M ba = cos(y1 , x o )
 cos(z1 , x o )


Trang 10
i í jo
j í jo
k í jo

iíko 
j í k o 
k í k o 

cos(x 1 , y o )
cos(y 1 , y o )
cos(z1 , y o )

cos(x1 , z o )

cos(y1 , z o )
cos(z1 , z o ) 

Ma trận Mba gọi là ma trận cosin chỉ hướng.
Gọi a(o) và a(1) là các ma trận cột với các phần tử là các hình chiếu của
chúng trên các hệ trục tọa độ (Oxyz)0 và (Oxyz)1.
a (xo ) 

a (x1) 
 
 
a ( o ) = a (yo )  ; a (1) = a (y1) 
a (zo ) 
a (z1) 
 
 

Như vậy (3-4) có thể viết lại:
a(1) =Mba a(0)
Phương pháp ma trận cho phép ta thể hiện một cách ngắn gọn việc chuyển
hình chiếu của vectơ a trong hệ trục tọa độ (Oxyz)0 sang hệ trục tọa độ (Oxyz)1
Trong đó ma trận Mba được gọi là ma trận quay trong phép chuyển đổi các thành
phần của vectơ a từ hệ trục tọa độ 00 sang 01.
Tương tự, ta xác định được ma trận quay trong phép chuyển đổi từ hệ trục
tọa độ 00 sang 01, ta coù:
M ba

 i 0 i1
=  j0 i1
 k 0 i1

i 0 j1

j0 j1
k 0 j1

i 0 k1 
j0 k 1 

k 0 k 1 

Do tính chất vô hướng của tích hai vectơ i0, i1 ma trận Mab nhận được chính
là ma trận chuyển vị của ma trận Mba.
Khi giải bài toán động học của cơ cấu không gian nhiều bậc tự do, trong đó
bao gồm các cơ cấu tay máy, ta sẽ căn cứ vào tính chất động học của từng loại
khớp để bố trí sao cho các hệ trục tọa độ tương đối của hai khâu kế tiếp nhau có
một trục trùng nhau hoặc song song nhau ở mọi vị trí trong không gian hoạt động
của cơ cấu nhằm đơn giản hóa các quá trình tính toán.
Trường hợp l ≠ 0
Khi liên kết giữa các khâu trên cơ cấu tay máy gồm các khớp bản lề và các
khớp tịnh tiến thì việc mô tả chuyển động tương đối giữa các khâu bằng phương
pháp nêu trên sẽ gặp trở ngại. Vấn đề xuất hiện ở chỗ là ma trận (3x3) không
thể mô tả chuyển động tịnh tiến giữa hai khâu liên kết bằng khớp trượt loại 5,
tương ứng với l ≠ 0.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 11

Nói cách khác là phương pháp này chỉ phù hợp cơ cấu tay máy liên kết
hoàn toàn bằng khớp bản lề. Khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra một
phương pháp khác tổng quát hơn, đó là phương pháp tọa độ thuần nhất.

3.1.4 Mô tả chuyển động với phương pháp tọa độ thuần nhất

3.1.4.1 Giới thiệu phương pháp tọa độ thuần nhất
Phương pháp này được đưa ra bởi FOREST năm 1969. Theo phương pháp
này một không gian n chiều được trình bày trong n+1 chiều. Ví dụ trong không
gian 3D một điểm P được xác định bởi vectơ rp với các thành phần xp, yp, zp
được biểu diễn thành (hxp, hyp, hzp) với h là một số tùy ý. Trong khảo sát động
học tay máy, h thường bằng 1, thể hiện sự không thay đổi về giá trị kích thước
của từng phần tử trong phép chiếu từ không gian n sang n+1 chiều, hoặc ngược
lại. Tọa độ được thêm vào h, được dùng như một hệ số tỷ lệ nhằm khắc phục
mức giới hạn trong đồ họa điện toán.
Các tọa độ thuần nhất có thể được xem như tọa độ thêm vào của mỗi vectơ
sao cho vectơ sẽ không thay đổi bằng cách cho các phần tử nhân với một hằng
số. Ví dụ vectơ v = a i + b j + ck sẽ được biểu diễn dưới dạng ma trận cột trong
tọa độ thuần nhất là:
 x   aw  a 
 y  bw  b
v =   =   =   với w=1
 z   cw   c 
     
 w   w  1 

Để khắc phục một vấn đề nữa của phương pháp ma trận, người ta dựa vào
ma trận Mab(3x3) để định nghóa một ma trận chuyển đổi (4x4) mô tả đồng thời
các chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến giữa các hệ tọa độ như sau:
 Chuyển đổi quay
Chuyển đổi tịnh tiến 


(3x3)
(3x1)



T=
Tỷ lệ
Chuyển đổi trực chuẩn



(1x1)
(1x3)



Trong phần khảo sát động học cơ cấu tay máy, ta chỉ quan tâm đến việc mô
tả đồng thời các chuyển đổi quay và chuyển đổi tịnh tiến không làm thay đổi
hướng của các vectơ, do đó các phần tử trong chuyển đổi trực chuẩn là (0,0,0)
với tỉ lệ là 1, như vậy:
3 × 3 3 × 3
T=
1 
0 0 0

Vậy một điểm p trong không gian 3D (R3) có tọa độ (x, y, z)T sẽ được biểu
diễn theo tọa độ thuần nhất là (x, y, z, 1)T trong không gian (R4)

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 12

Trên cơ sở, Denavit – Hartenberg đưa ra ý tưởng sử dụng tọa độ thuần nhất
để mô tả chuyển đổi hệ tọa độ khi khảo sát chuyển động hở trên tay máy, cho
nên các ma trận này gọi là ma trận DH.
3.1.4.2 Ma trận DH tuyệt đối
Trên tay máy gồm n khâu, ta xét chuyển động của khâu 1 so với hệ tọa độ
cơ sở, ta có:
r0 (t ) = c1 (t ) + A 10 (t ).r1
(3-6)
Trong đó :
x o (t )
ro (t ) = y o (t ) Toïa độ của một điểm trên khâu 1 so với hệ tọa độ cơ sở(O,x,y,z)o.
 z o (t ) 
 a1 ( t ) 
c1 (t ) =  b1 (t )
 c1 (t ) 
a x1 (t )

A 10 (t ) = a y1 (t )
a z (t )
 1

Chuyeån vị tịnh tiến góc 01 so với hệ tọa độ cơ sở.
b x1 (t ) c x1 (t )

b y1 (t ) c y1 (t ) Ma trận quay của khâu 1 xung quanh góc 01.
b z1 (t ) c z1 (t ) 

x1 
r1 = y1  Tọa độ của điểm đang xét trên khâu 1 so với hệ tọa độ (Oxyz)1 tương
 z1 

đối.

Từ (3-6) ta được:



 
 x o ( t )  a x ( t ) b x ( t ) c x ( t )   x 1 
1
1
  1

 
y
t
a
t
b
t
c
(
)
(
)
(

)
=
y1
y1 ( t )   y 1 
 o   y1
 z o (t )  a (t ) b (t ) c (t )   z1 
z1
z1
 
  z1

1
1 



a x1 (t ) b x1 ( t ) c x1 (t )


o
Nếu gọi T1 = a y1 (t ) b y1 ( t ) c y1 (t )
a z (t ) b z (t ) c z (t ) 
1
1

 1

Thì trong không gian (R4) ta có thể mô tả chuyển động của một điểm thuộc
khâu 1 như sau:
ro (t ) = o T1 (t ) × r1

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng


Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy

Trang 13

Và ma trận o T1 được gọi là ma trận DH tuyệt đối của khâu 1 cho phép mô
tả đồng thời chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.
3.1.4.3 Ma trận DH tương đối
Ma trận DH tương đối ký hiệu là A ij để mô tả chuyển động tương đối giữa
hai khâu i và j. Nếu như xem khâu i là giá thì A ij là ma trận DH tuyệt đối của
khâu j.
Ta có mối quan hệ giữa ma trận tuyệt đối và tương đối.
o

n −1

Tn = π A kk +1
k =0

3.1.4.4 Ma trận DH quay
Cách thể hiện ma trận DH trong trường hợp chuyển động tương đối là
chuyển động quay quanh 1 trục bất kỳ, là kết quả tổng hợp của chuyển động
quay đồng thời 3 trục tọa độ x, y, z một góc ϕ nào đó.
Trường hợp quay quanh trục x một góc ϕ
0

0
0
1
0 cos ϕ sin ϕ 0

Rot (x, ϕ) = 
0 sin ϕ cos ϕ 0


0
0
1
0

Trường hợp quay quanh trục y một góc ϕ
 cos ϕ
 0
Rot (y, ϕ) = 
− sin ϕ

 0

0 sin ϕ 0
1
0
0
0 cos ϕ 0

0
0

1

Trường hợp quay quanh trục z một góc ϕ
cos ϕ − sin ϕ
 sin ϕ cos ϕ
Rot (z, ϕ) = 
 0
0

0
 0

0
0
1
0

0
0
0

1

3.1.4.5 Ma trận DH tịnh tiến
Trong trường hợp tổng quát chuyển động tịnh tiến tương đối giữa hai khâu
làm thay đổi đồng thời tọa độ trên 3 trục với các lượng dịch chuyển trên 3 trục
lần lượt là px, py, pz thì ma trận DH để mô tả trong hệ tọa độ thuần nhất có dạng:

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP

SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng