Khảo sát, nghiên cứu mô phỏng robot denso và biên soạn bài tập thí nghiệm robot công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG
ROBOT DENSO VÀ BIÊN SOẠN BÀI TẬP THÍ NGHIỆM
ROBOT CƠNG NGHIỆP

GVHD: ThS. TƯỞNG PHƯỚC THỌ
SVTH: TRẦN CHÍ HIẾU
MSSV: 10911025
SVTH: TRẦN DUY TUỆ
MSSV: 10911064

SKL 0 0 4 1 8 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

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

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trần Chí Hiếu

MSSV: 10911025

Trần Duy Tuệ

MSSV: 10911064

Ngành: SPKT Cơ Điện Tử

Lớp: 10911

Giảng viên hƣớng dẫn: Tƣởng Phƣớc Thọ

ĐT: 0969956596

Ngày nhận đề tài:

Ngày nộp đề tài:

1. Tên đề tài: Khảo sát, nghiên cứu mô phỏng robot Denso và biên soạn bài tập thí
nghiệm Robot Cơng nghiệp.
2. Nội dung thực hiện đề tài:
-

Khảo sát Robot Denso.

-

Nghiên cứu động học thuận, động học nghịch, ma trận Jacobi, ma trận động lực
học.

-

Biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp dùng cho Robot Denso.

-

Hƣớng dẫn mô phỏng Matlab, hƣớng dẫn vẽ Solidword và hƣớng dẫn sử dụng
phần mềm WINCAPS III.

3. Sản phẩm:

Trang i


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

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

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: ........................................................ MSSV: ..............................
......................................................... MSSV:...............................
Ngành: ..........................................................................................................................
Tên đề tài: .....................................................................................................................

Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: ...................................................................................
......................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ƣu điểm:
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:………………. (Bằng chữ: ........................................................................... )
TP. Hồ Chí Minh, ngày. . . . tháng…. năm 20…
Giáo viên hƣớng dẫn

Trang ii


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

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

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: ........................................................ MSSV: ..............................
......................................................... MSSV:...............................
Ngành: .............................................................................. ...........................................
Tên đề tài: .....................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: ....................................................................................
......................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ƣu điểm:
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:………………. (Bằng chữ: ........................................................................... )
TP. Hồ Chí Minh, ngày…. tháng…. năm 20…
Giáo viên phản biện

Trang iii


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

LỜI CẢM ƠN

Đƣợc sự phân công của Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí chế tạo máy, trƣờng Đại
học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, và sự đồng ý của Thầy giáo hƣớng
dẫn Thạc sỹ Tƣởng Phƣớc Thọ, nhóm chúng tơi đã thực hiện đề tài Khảo sát, nghiên
cứu và biên soạn bài tập thí nghiệm Robot Cơng nghiệp dùng cho Robot Denso.
Để hồn thành khóa luận này. Đầu tiên, nhóm chúng tơi xin chân thành cảm ơn tới
tất cả các thầy/cơ trong trƣờng đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình
học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ
Chí Minh.
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn Thạc sỹ Tƣởng Phƣớc Thọ. Trong suốt
q trình nhóm thực hiện đề tài này, thầy đã hƣớng dẫn rất tận tình, tạo mọi điều kiện,
động viên và góp ý giúp đỡ nhóm chúng tơi rất nhiều. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa
học, cũng nhƣ kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề để nhóm chúng tơi hồn thành
khóa luận này.
Nhóm cũng xin cảm ơn đến bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình làm đề
tài. Cuối cùng chúng tơi xin gửi lời cảm ơn đến các bậc cha, mẹ - những ngƣời đã ln
động viên, cổ vũ chúng tơi những lúc khó khăn để có thể vƣợt qua và hồn thành tốt
khóa luận này.
Chúng tơi xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Ngƣời thực hiện

Trang iv


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

TĨM TẮT ĐỀ TÀI

Trong giai đoạn cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của nƣớc ta hiện nay, ngày càng xuất
hiện càng nhiều các phƣơng thức sản xuất tự động. Một trong số những phƣơng thức
đó chính là việc sử dụng robot, robot đã xuất hiện hơn 10 năm tại Việt Nam, bao gồm
các lĩnh vực: vận tải, hàng hải, nhà máy, xí nghiệp,… và trong tƣơng lai robot sẽ trở
thành mũi nhọn của nên cơng nghiệp nƣớc ta. Vì vậy việc nghiên cứu, khảo sát robot
nói chung và robot dùng cho robot Denso nói riêng sẽ tạo tiền đề cho việc phát triển
robot ở nƣớc ta và góp phần vào cơng cuộc hiện đại hóa đất nƣớc.Với tính quan trọng
đó thì việc biên soạn tài liệu cho robot công nghiệp dùng cho robot Denso sẽ mang
nhiều ý nghĩa thiết thực.
Mục tiêu của khóa luận này nhằm khảo sát, nghiên cứu và biên soạn bài tập thí
nghiệm Robot Cơng nghiệp dùng cho robot Denso.
Phần đầu sẽ giới trình bày thực trạng phát triển robot ở Việt Nam.
Phần thứ hai sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết.
Phần thứ ba sẽ trình bày về mô phỏng các hoạt động của robot bằng matlab.
Phần thứ tƣ sẽ trình bày khảo sát robot Denso.
Phần thứ năm sẽ trình bày mơ phỏng robot Denso bằng matlab.
Cuối cùng là một số kết luận rút ra đƣợc và hƣớng phát triển cho đề tài.

Trang v


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

ABSTRACT
During the period of industrialization and modernization of our country today,
increasingly appearing more and more automated production methods. One of these
methods is that the use of robots, robot has appeared more than 10 years in Vietnam,
including the fields of transportation, shipping, factory, factories, and in the future . . .

robot should become the spearhead of our industry. So the research and surveys in
general robot and robot for Denso robot in particular will create prerequisites for the
development of robots in our country and contribute to the modernization of country.
The importance of the compiled document for industrial robots for DENSO robots will
bring much practical significance.
The objective of this thesis tosurveys, research andcompiled experimental exercises
Industrial Robot for Denso robot.
The first part will present development situation in Vietnam robotic.
The second section presents the theoretical basis.
The third section presents the simulation of robotic operations by matlab.
The fourth section will survey Denso robotic.
The fifth section will presentthe simulation of robotic by matlab.
Lastly, some of the conclusions are drawn and the direction of development for the
subject.

Trang vi


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN............................................... ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................. iii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................iv
TÓM TẮT ĐỀ TÀI .........................................................................................................v
ABSTRACT ...................................................................................................................vi
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii

CHƢƠNG 1 :

TỔNG QUAN ......................................................................................1

1.1.

Giới thiệu chung ..............................................................................................1

1.2.

Lý do chọn đề tài .............................................................................................7

1.3.

Tính thiết thực của đề tài .................................................................................8

1.4.

Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài .............................................................8

1.5.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài........................................................................8

1.6.

Sự kế thừa và điểm mới của đề tài ..................................................................8

1.7.

Giới hạn đề tài .................................................................................................9

1.8.

Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................9

CHƢƠNG 2 :
2.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................10

Lý thuyết động học vật rắn ............................................................................10

2.1.1.

Khả năng chuyển động của vật rắn trong không gian ...........................10

2.1.2.

Biểu diễn hƣớng .....................................................................................10

2.1.3.

Biểu diễn vị trí .......................................................................................10

2.2.

Các phép biến đổi thuần nhất ........................................................................11

2.2.1.

Vectơ điểm và tọa độ thuần nhất ...........................................................11

2.2.2.

Biến đổi ma trận dùng tọa độ thuần nhất ...............................................13

2.3.

Các phép biến đổi cơ bản ..............................................................................14

2.3.1.

Phép biến đổi tịnh tiến ...........................................................................14

2.3.2.

Phép quay quanh các trục tọa độ ...........................................................15

2.3.3.

Phép quay quanh một trục bất kỳ ..........................................................16

2.3.4.

Phép quay theo 3 góc Euler ...................................................................18

2.3.5.

Phép quay Roll - Pitch -Yaw. ................................................................ 20

2.4.

Các bài toán biến đổi ngƣợc ..........................................................................21

Trang vii


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

2.4.1.

Xác định góc quay và trục quay ............................................................21

2.4.2.

Xác định 3 góc Euler .............................................................................25

2.4.3.

Xác định 3 góc RPY ..............................................................................29

2.5.

Động học........................................................................................................30

2.5.1.

Giới thiệu ...............................................................................................30

2.5.2.

Bộ thơng số Denavit-Hartenberg (DH)..................................................32

2.5.3.

Mơ hình biến đổi ....................................................................................34

2.5.4.

Phƣơng trình động học robot .................................................................35

2.5.5.

Trình tự thiết lập hệ phƣơng trình động học robot ................................ 36

CHƢƠNG 3 :
3.1.

MÔ PHỎNG ROBOT BẰNG MATLAB ..........................................37

Robot 2 bậc tự do RR ....................................................................................37

3.1.1.

Bài toán Robot 2 bậc tự do ....................................................................37

3.1.2.

Mô phỏng robot 2 bậc tự do trên Matlab ...............................................39

3.1.2.1. Lắp ghép các chi tiết ..........................................................................39
3.1.2.2. Thiết lập mô phỏng Robot trên phần mềm Matlab ............................45
3.1.2.3. Hƣớng dẫn viết code trên phần mềm Matlab .....................................52
3.1.2.4. Kết quả mô phỏng hoạt động Robot trên Matlab ...............................55
3.2.

Robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) ............................................................56

3.2.1.

Bài tốn robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) .......................................56

3.2.2.

Kết quả mơ phỏng robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) trên Matlab ...59

3.3.

Robot 4 bậc tự do SCARA ............................................................................60

3.3.1.

Bài toán robot 4 bậc tự do......................................................................61

3.3.2.

Kết quả mô phỏng robot 4 bậc tự do trên Matlab ..................................63

CHƢƠNG 4 :

KHẢO SÁT ROBOT DENSO ...........................................................66

4.1.

Tính năng .......................................................................................................66

4.2.

Đặc điểm kỹ thuật ..........................................................................................66

4.3.

Kích thƣớc .....................................................................................................67

4.4.

Linh kiện tiêu chuẩn ......................................................................................68

4.5.

Sử dụng phần mềm WINCAP III để mơ phỏng ............................................68

CHƢƠNG 5 :

MƠ PHỎNG ROBOT DENSO BẰNG MATLAB............................84

5.1.

Bài tốn robot 6 bậc tự do Denso ..................................................................84

5.2.

Mơ phỏng robot 6 bậc tự do Denso trên phần mềm Matlab..........................90

5.2.1.

Lắp ghép các chi tiết ..............................................................................90
Trang viii


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

5.2.2.

Thiết lập mô phỏng robot trên phần mềm Matlab ...............................102

5.2.3.

Hƣớng dẫn viết code trên phần mềm Matlab ......................................113

5.2.4.

Code mô phỏng robot Denso trên Matlab............................................117

5.2.5.

Kết quả mô phỏng hoạt động Robot Denso trên Matlab .....................139

CHƢƠNG 6 :
6.1.

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM ROBOT CƠNG NGHIỆP ......................141

Robot 2 bậc tự do.........................................................................................141

6.1.1.

Bài toán Robot 2 bậc tự do ..................................................................141

6.1.2.

Mô phỏng robot 2 bậc tự do trên Matlab .............................................143

6.1.2.1. Hƣớng dẫn vẽ solidword ..................................................................143
6.1.2.2. Thiết lập mô phỏng Robot trên phần mềm Matlab ..........................176
6.1.2.3. Hƣớng dẫn viết code trên phần mềm Matlab ...................................182
6.1.2.4. Code mô phỏng robot 2 bậc tự do trên Matlab ................................185
6.1.2.5. Kết quả mô phỏng hoạt động Robot trên Matlab .............................198
6.2.

Robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) ..........................................................200

6.2.1.
6.3.

Robot 4 bậc tự do.........................................................................................201

6.3.1.
6.4.

Bài tốn robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) .....................................200
Bài toán robot 4 bậc tự do....................................................................201

Robot 6 bậc tự do.........................................................................................202

6.4.1.
CHƢƠNG 7 :

Bài toán robot 6 bậc tự do....................................................................202
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................204

7.1.

Kết luận........................................................................................................204

7.2.

Kiến nghị .....................................................................................................204

PHỤ LỤC ....................................................................................................................205
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................233

Trang ix

Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Robot cơng nghiệp trong một dây chuyền sản xuất xe hơi .........................1

Hình 1.2.

Robot Amar nội trợ .....................................................................................1

Hình 1.3.

Robot 3 trục ứng dụng trong cơng nghiệp ..................................................3

Hình 1.4.

Robot song song 6 chân dựa trên nguyên lý Gough - Stewart Platform .....4

Hình 1.5.

Giám đốc cơng ty cổ phần Robot Tosy Hồ Vĩnh Hồng bên robot Topio .4

Hình 1.6.

Robot giúp tự động hóa sản xuất nơng nghiệp............................................5

Hình 1.7.

Cánh tay robot Denoute-san của hãng Denso Corp chơi cờ tƣớng .............6

Hình 1.8. Ngƣời máy phi hành gia Robonaut 2 làm việc trong phòng thí nghiệm mơ
tả lại khơng gian trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) .............................................................6
Hình 1.9.

Các hình ảnh Robot Denso tại phịng thí nghiệm .......................................7

Hình 2.1.

Khả năng chuyển động của vật rắn ...........................................................10

Hình 2.2.

Biểu diễn cosin chỉ phƣơng .......................................................................10

Hình 2.3.

Biểu diễn 1 điểm trong khơng gian ...........................................................11

Hình 2.4.

Các hệ tọa độ .............................................................................................14

Hình 2.5.

Phép biến đổi tịnh tiến trong khơng gian ..................................................15

Hình 2.6.

Phép quay quanh một trục bất kỳ. .............................................................16

Hình 2.7.

Phép quay Euler. .......................................................................................19

Hình 2.8.

Phép quay Roll-Pitch-Yaw. .......................................................................20

Hình 2.9.

Hàm arctg2(y,x) ........................................................................................27

Hình 2.10.

Các vectơ định vị trí và định hƣớng của bàn tay máy. ..........................31

Hình 2.11.

Chiều dài và góc xoắn của một khâu. ....................................................33

Hình 2.12.

Các thơng số của khâu: θ, d, a và α. ......................................................33

Hình 3.1.

Robot 2 bậc tự do ......................................................................................37

Hình 3.2.

...................................................................................................................55

Hình 3.3. ........................................................................................................................55
Hình 3.4.

...................................................................................................................55

Hình 3.5.

...................................................................................................................56

Hình 3.6. ........................................................................................................................56
Hình 3.7.

Robot có 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến)...................................................57

Hình 3.8.

...................................................................................................................60

Hình 3.9. ........................................................................................................................59
Hình 3.10.

...............................................................................................................59
Trang x

Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Hình 3.11. ......................................................................................................................59
Hình 3.12.

Robot 4 bậc tự do ...................................................................................61

Hình 3.13. ......................................................................................................................63
Hình 3.14. ......................................................................................................................64
Hình 3.15. ......................................................................................................................64
Hình 3.16. ......................................................................................................................65
Hình 4.1. ........................................................................................................................67
Hình 5.1.

Robot 6 bậc tự do ......................................................................................84

Hình 6.1.

Robot 2 bậc tự do ....................................................................................141

Hình 6.2.

Robot 2 bậc tự do RR ..............................................................................141

Hình 6.3.

.................................................................................................................198

Hình 6.4. ......................................................................................................................198
Hình 6.5.

.................................................................................................................199

Hình 6.6.

.................................................................................................................199

Hình 6.7. ......................................................................................................................199
Hình 6.8.

Robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) .....................................................200

Hình 6.9.

Robot 4 bậc tự do ....................................................................................201

Hình 6.10.

Robot 6 bậc tự do .................................................................................202

Trang xi


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1.

Thông số DH của robot 2 bậc tự do ..........................................................37

Bảng 3.2.

Bảng Thông số DH của robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) ..................57

Bảng 3.3.

Bảng Thơng số DH của robot 4 bậc tự do .................................................61

Bảng 4.1.

Thông số kỹ thuật ......................................................................................67

Bảng 5.1.

Thông số DH robot 6 bậc tự do .................................................................85

Bảng 6.1.

Thông số DH của robot 2 bậc tự do ........................................................141

Bảng 6.2.

Thông số DH của robot 2 bậc tự do (có khớp tịnh tiến) .........................200

Bảng 6.3.

Thơng số DH của robot 4 bậc tự do ........................................................201

Bảng 6.4.

Thông số DH của robot 6 bậc tự do ........................................................202

Trang xii


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

CHƢƠNG 1 :

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

TỔNG QUAN

Trong chƣơng này sẽ giới thiệu chung về tình hình nghiên cứu, phát triển robot hiện
nayở Việt Nam. Từ đó, đƣa ra đƣợc lý do chọn đề tài và mục tiêu mà nhóm nghiên cứu
hƣớng đến.
1.1. Giới thiệu chung
Theo quá trình phát triển của xã hội, nhu cầu nâng cao sản xuất và chất lƣợng sản
phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phƣơng tiện tự động hóa sản xuất. Xu
hƣớng tạo ra những dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đã hình thành
và phát triển mạnh mẽ. Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng ngƣời máy để
tạo ra các hệ sản xuất tự động linh hoạt. Vì vậy, Robot đƣợc ứng dụng rộng rãi và
đóng vai trị quan trọng trong sản xuất cũng nhƣ trong đời sống.

Hình 1.1.

Robot công nghiệp trong một dây chuyền sản xuất xe hơi

Hình 1.2.

Robot Amar nội trợ
Trang 1


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Trong khoảng 25 năm qua, nƣớc ta đã có những hoạt động nghiên cứu bƣớc đầu và
đã có những bƣớc tiến đáng kể về robot. Trong đó có những đề tài nghiên cứu khoa
học và phát triển công nghệ cấp nhà nƣớc thuộc các lĩnh vực tự động hóa, cơ khí chế
tạo do các tổ chức Khoa học và Công nghệ trên toàn quốc thực hiện nhƣ Đại học Bách
Khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin
học, Tự động hố (Bộ Cơng Thƣơng), Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Viện Cơ
học và Viện Công nghệ Thông tin (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) ... Các
nghiên cứu về robot ở nƣớc ta liên quan nhiều đến vấn đề về động học, động lực học,
thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phát triển
trí thơng minh. Đặc biệt, trong lĩnh vực điều khiển robot, ngoài các phƣơng pháp điều
khiển truyền thống nhƣ PID, phƣơng pháp tính mơ men, phƣơng pháp điều khiển trƣợt
thì các phƣơng pháp điều khiển thơng minh nhƣ điều khiển sử dụng mạng nơ ron,
logic mờ, thuật gen và các phƣơng pháp điều khiển tự thích nghi cũng đã đƣợc đề cập
nghiên cứu và áp dụng tại các tổ chức Khoa học và Công nghệ. Vào giai đoạn 19851990, chƣơng trình nghiên cứu quốc gia về tự động hóa đã có những đề tài nghiên cứu
và chế tạo robot do Trung tâm Tự động hóa, Đại học Bách khoa Hà Nội chủ trì.Các
robot đƣợc chế tạo thời gian này là một số loại tay máy đƣợc điều khiển bằng khí nén
rất cồng kềnh và chƣa có phần điều khiển điện tử. Thiết kế robot nặng về thiết kế cơ
khí, chi tiết máy. Các chuyển động của các khớp chƣa có vịng điều khiển servo mà

chủ yếu dùng các cơng tắc hành trình là chính. Tuy khơng có khả năng ứng dụng
nhƣng các robot này đã dấy lên hƣớng đào tạo về robot ở Đại học Bách khoa Hà Nội
trong khi ở các trƣờng đại học khác trên toàn quốc chƣa có khái niệm về mơn học về
robot cả ở các khoa cơ khí lẫn khoa điện. Các robot đƣợc thiết kế và chế tạo ở Việt
Nam thực sự có nhiều khởi sắc từ khoảng 15 năm nay. Lúc này công nghệ vi xử lý,
PLC, DSP, SOC đã thâm nhập sâu vào trong các trƣờng đại học và cộng đồng công
nghệ Việt Nam nên nhiều ý tƣởng và đề tài nghiên cứu đã đƣợc đề xuất và triển khai.
Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng
về robot. Trung tâm Tự động hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội tiếp tục phát triển các
robot điều khiển bằng máy PC và vi xử lý, cho ra đời robot SCA mini, là một loại
robot lắp ráp, phục vụ tốt cho công tác đào tạo và một số robot di động đƣợc điều
khiển từ xa bằng con ngƣời. Đại học Bách khoa Tp.HCM phát triển robot hàn, robot
Trang 2


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

lấy sản phẩm phôi chai nhựa PET, robot phục vụ quay TV, và một số mẫu robot song
song hexapode phục vụ cho đào tạo. Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự nghiên
cứu chế tạo robot sơn xe quân giới, robot phục vụ chế tạo thuốc súng, robot di động
gắp mìn điều khiển từ xa, máy bay không ngƣời lái… Học viện Kỹ thuật Quân sự thiết
kế và chế tạo robot lặn dƣới nƣớc điều khiển từ xa qua dây dẫn phục vụ khảo sát các
cơng trình dƣới nƣớc, robot exoskeleton trợ giúp mang vác cho con ngƣời. Viện Cơ
học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam thiết kế chế tạo robot Hexapode phục vụ
gia cơng chính xác. Viện Cơng nghệ Thơng tin triển khai các nghiên cứu tích hợp hệ
robot-camera phân loại sản phẩm, hệ robot 2 bậc tự do Pan-Tilt-Camera theo dõi bám
mục tiêu di động, robot di động phục vụ tự động hóa kho hàng. Gần đây, trong chƣơng
trình nghiên cứu cấp quốc gia về lĩnh vực tự động hóa giai đoạn 2006-2010 có nhiều

đề tài sắp đƣợc nghiệm thu về thiết kế chế tạo robot, trong đó Đại học Bách khoa Hà
Nội chế tạo robot hàn vỏ tàu thủy, Viện Tự động hóa Viện Kỹ thuật Quân sự chế tạo
robot phun hạt nix cọ rửa tàu, Tp. Hồ Chí Minh chế tạo máy gia cơng 3D sử dụng
robot song song Hexapode có độ chính xác cao và hệ thống tự động sắp xếp và cấp vật
tƣ kho gồm 3 robot di động chạy trên ray. Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành các
nghiên cứu phát triển các hệ điều khiển robot di động qua truyền thơng khơng dây và
Internet…

Hình 1.3.

Robot 3 trục ứng dụng trong công nghiệp
Trang 3


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

Hình 1.4.

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Robot song song 6 chân dựa trên nguyên lý Gough - Stewart Platform

Doanh nghiệp thiết kế và chế tạo robot ở Việt Nam có nhiều sản phẩm quảng cáo ấn
tƣợng trên trƣờng quốc tế, trong đó phải kể đến Cơng ty Cổ phần Robot TOSY.
TOSY đã gây thƣơng hiệu bằng robot dáng ngƣời đánh bóng bàn TOPIO Ping Pong
đƣợc trình diễn tại Hội chợ quốc tế Robot IREX 2009 ở Nhật Bản năm 2009. Gần đây
tại Hội chợ quốc tế về Tự động hoá 2010 ở Đức, TOSY đã giới thiệu robot dịch vụ 23
bậc tự do TOPIO Dio và 2 sản phẩm robot công nghiệp với giá thành chỉ bằng 1/5 các
robot tƣơng đƣơng trên thế giới. Ngoài ra, sản phẩm robot đồ chơi nhƣ TOSY UFO
đƣợc xuất khẩu ra nhiều thị trƣờng trên thế giới. Phải nói lĩnh vực chế tạo robot của

Việt Nam đã có nhiều khởi sắc mặc dù trên thực tế rất ít robot do Việt Nam thiết kế và
chế tạo đƣợc đƣa vào ứng dụng.

Hình 1.5.

Giám đốc cơng ty cổ phần Robot Tosy Hồ Vĩnh Hoàng bên robot Topio
Trang 4


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Robot công nghiệp ban đầu đƣợc ứng dụng nhiều vào ngành công nghiệp chế tạo ô
tô và làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm ở môi trƣờng độc hại thay thế con
ngƣời. Do robot phải tham gia vào các công việc ngày càng phức tạp nên sự phát triển
của robot đã đi theo chiều hƣớng có độ thích nghi và thông minh ngày càng cao. Từ
1995 nghiên cứu robot bƣớc vào thời đại của robot địa hình và robot dịch vụ bao gồm
các loại tay máy phức tạp. Trong lĩnh vực y tế, các robot mổ là thành công đầu tiên và
tiếp đến là các ứng dụng mạnh mẽ của robot trong lĩnh vực dịch vụ y tế và hỗ trợ
ngƣời tàn tật. Ngoài ra, ta cũng thấy sự phát triển mạnh của các robot gia đình nhƣ
robot hút bụi, lau nhà và các dịch vụ của robot trong bảo tàng, các nơi công cộng. Xu
hƣớng sử dụng các robot dáng ngƣời, robot dƣới nƣớc và các robot di động đang gia
tăng.

Hình 1.6.

Robot giúp tự động hóa sản xuất nơng nghiệp

Các nghiên cứu về robot thời gian qua đã giải quyết nhiều vấn đề cho xu thế này

nhất là các nghiên cứu về tƣơng tác ngƣời-robot. Phần lớn các nghiên cứu tập trung
cho các loại robot mới, thao tác của robot trong môi trƣờng thay đổi và khả năng di
động của robot bằng bánh xe, xích và bằng chân. Trong cơng nghiệp giải trí, robot
cũng đóng vai trị khơng nhỏ và có sự phát triển rất ấn tƣợng. Phát triển các robot đồ
chơi thông minh là bƣớc đi ban đầu cần thiết để phát triển đƣợc robot dịch vụ hoàn
hảo. robot dáng ngƣời sẽ đóng vai trị rất quan trọng trong đời sống và các ngành sản
xuất trong tƣơng lai. Nghiên cứu về robot dáng ngƣời đang chuyển dần từ các nghiên
cứu về ổn định chuyển động sang các nghiên cứu về giao tiếp giữa ngƣời và robot
Trang 5


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Đầu tƣ lớn nhất và có nhiều kết quả vƣợt trội nhất vẫn là lĩnh vực robot quân sự bao
gồm các robot, xe tự hành trên cạn, dƣới nƣớc, trên không và trong vũ trụ. Điều khiển
robot hoạt động trong môi trƣờng địa hình biến động là một thách thức lớn. Một giải
pháp hiệu quả hiện nay là đƣa con ngƣời vào vịng điều khiển, kết hợp trí tuệ của robot
với trí tuệ của con ngƣời. Cịn nghiều quan ngại và nghi ngờ về khả năng con ngƣời
chế tạo đƣợc robot có độ mềm dẻo và thơng minh nhƣ ngƣời do cịn q nhiều vấn đề
về khoa học và cơng nghệ cần giải quyết.

Hình 1.7.

Hình 1.8.

Cánh tay robot Denoute-san của hãng Denso Corp chơi cờ tướng

Người máy phi hành gia Robonaut 2 làm việc trong phịng thí nghiệm

mơ tả lại khơng gian trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS)

Xu hƣớng phát triển của robot trên thế giới đang chuyển sang các loại robot dịch vụ
từ đơn giản đến phức tạp mở ra rất nhiều cơ hội cho lĩnh vực robot Việt Nam có thể đi
tắt đón đầu tạo ra những sản phẩm đột phá trên thị trƣờng trong nƣớc và trên thế
giới.Vì vậy, với bối cảnh robot sẽ là trung tâm của cuộc cách mạng công nghệ kế tiếp
sau PC- Internet của thế giới sắp tới, Việt Nam không thể bỏ lỡ cơ hội này nhƣ với
Trang 6


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

máy vi tính PC 30 năm trƣớc. Để đạt đƣợc điều này, thiết nghĩ ta phải có những định
hƣớng về nghiên cứu, đào tạo ngay từ bây giờ. Việc khảo sát, nghiên cứu và biên soạn
bài tập thí nghiệm Robot Cơng nghiệp cho các sinh viên nói chung là việc hết sức
quan trọng. Nó giúp một phần giúp ngƣời học có một lƣợng kiến thức toàn diện từ sử
dụng đến nghiên cứu phát triển các robot và các ứng dụng liên quan.
1.2. Lý do chọn đề tài
Hiện tại ở phịng thí nghiệm Robot, các sinh viên đang đƣợc thực hành về robot
ABB nhƣng mới đây trƣờng đƣợc công ty Daikou về thăm và tặng thêm một con
Robot Denso nên khoảng thời gian tới đây thí nghiệm robot sẽ sử dụng đến robot
Denso.

Hình 1.9.

Các hình ảnh Robot Denso tại phịng thí nghiệm
Trang 7

Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Vậy để giúp cho các bạn sinh viên có một nguồn tài liệu để làm quen, tìm hiểu,
nghiên cứu và học tập về Robot Denso, đồng thời phục vụ cho việc giảng dạy nhóm
chúng tơi muốn lên ý tƣởng thực hiện việc biên soạn các bài tập thí nghiệm sử dụng
cho Robot Denso.
Với lý do trên cùng với sự đồng ý của thầy hƣớng dẫn Đồ án, nhóm chúng tơi đã
lựa chọn đề tài: “Khảo sát, nghiên cứu mô phỏng robot Denso và biên soạn bài tập thí
nghiệm Robot Cơng nghiệp” làm đề tài nghiên cứu.
1.3. Tính thiết thực của đề tài
Trong tƣơng lai robot sẽ là trung tâm của cuộc cách mạng công nghệ nên việc
nghiên cứu, phát triển robot sẽ là mục tiêu quan trọng của đất nƣớc ta. Đề tài sẽ góp
phần cung cấp 1 mảng kiến thức cơ bản về Robot nói chung và Robot Denso nói riêng
giúp cho các sinh viên, các bạn có niềm đam mê với robot có thể tự tìm hiểu, nghiên
cứu, khảo sát robot công nghiệp dùng cho robot Denso.
1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài
Biên soạn, thiết kế tài liệu Robot Cơng nghiệp dùng cho Robot Denso.
Đóng góp một nguồn tƣ liệu phục vụ cho giảng dạy và học tập.
1.5. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Với đề tài “Khảo sát, nghiên cứu mô phỏng robot Denso và biên soạn bài tập thí
nghiệm Robot Cơng nghiệp” nhóm nghiên cứu thực hiện với các mục đích sau:
-

Khảo sát Robot Denso.

-

Nghiên cứu động học thuận, động học nghịch, ma trận Jacobi, ma trận động lực
học.

-

Biên soạn bài tập thí nghiệm Robot bằng phần mềm matlab và soliword.

-

Hƣớng dẫn mô phỏng Matlab, hƣớng dẫn vẽ Solidword và hƣớng dẫn sử dụng
phần mềm.

1.6. Sự kế thừa và điểm mới của đề tài
Nhóm nghiên cứu kế thừa phần lý thuyết về Robot Công nghiệp từ đó phát triển
thêm theo hƣớng nghiên cứu, khảo sát và biên soạn bài tập thí nghiệm robot cơng
nghiệp dùng cho robot Denso nhƣ một tài liệu phục vụ cho giảng dạy và học tập. Có
thể nói, nhóm chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu kỹ về phần mô phỏng và biên soạn bài
tập.
Trang 8


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

1.7. Giới hạn đề tài
Do quy mô của đề tài và thời gian nghiên cứu có hạn, nên nhóm chúng tơi xin đƣợc
giới hạn phạm vikhảo sát là là Robot Công nghiệp dùng Robot Denso, thiết kế bài thí
nghiệm sử dụng Matlab mô phỏng Robot 2 khớp, 4 khớp và 6 khớp.
1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa lý thuyết với mô phỏng
-

Nghiên cứu lý thuyết:
o Đọc, tham khảo các tài liệu có liên quan đến robot và robot Denso.

-

Nghiên cứu mô phỏng:
o Mô phỏng trên phần mềm Matlab.

-

Biên soạn và hƣớng dẫn giải bài tập thí nghiệm robot cơng nghiệp dùng cho
Robot Denso.

Sau khi hồn thành đề tài, việc mơ phỏng robot và trình bày các bài tập thí nghiệm
sẽ đƣợc thực hiện để có đƣợc những nhận xét và đánh giá những gì đã đạt đƣợc và
chƣa đạt đƣợc so với mục tiêu nhiệm vụ đã đặt ra từ lúc ban đầu của đề tài.

Trang 9


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

CHƢƠNG 2 :

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Lý thuyết động học vật rắn
2.1.1. Khả năng chuyển động của vật rắn trong không gian

Hình 2.1.

Khả năng chuyển động của vật rắn

Xét 2 vật thể A, B để rời trong không gian, gắn vào A một hệ toạ độ Descarte
Oxyz thì B sẽ có 6 khả năng chuyển động tƣơng đối đối với A, gọi là 6 bậc tự do
tƣơng đối.
2.1.2. Biểu diễn hƣớng
Hƣớng: đƣợc biểu diễn thông qua các cosin chỉ phƣơng

px, py, pz
Hình 2.2.

Biểu diễn cosin chỉ phương

2.1.3. Biểu diễn vị trí
Trang 10


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

Vị trí của một vật rắn có thể biểu diễn bằng một điểm gốc Q và hƣớng của hệ di
chuyển so với hệ cố định.
2.2. Các phép biến đổi thuần nhất

Khi xem xét, nghiên cứu mối quan hệ giữa robot và vật thể ta khơng những cần
quan tâm đến vị trí (Position) tuyệt đối của điểm, đƣờng, mặt của vật thể so với điểm
tác động cuối (End effector) của robot mà còn quan tâm đến những vấn đề đinh hƣớng
(Orientation) của khâu chấp hành cuối khi vận động hoặc định vị tại một vị trí.
Để mơ tả quan hệ về vị trí và hƣớng giữa robot và vật thể ta phải dùng đến các
phép biến đổi thuần nhất.
2.2.1. Vectơ điểm và tọa độ thuần nhất
* Tọa độ thuần nhất: để biểu diễn một điểm trong không gian 3 chiều, ngƣời
ta dùng vectơ điểm (Point vectơ). Vectơ điểm thƣờng đƣợc kí hiệu bằng các chữ viết
thƣờng nhƣ u, v, x1…để mô tả vị trí của điểm U, V, X1…
Tùy thuộc vào hệ quy chiếu đƣợc chọn, trong không gian 3 chiều, một điểm V
có thể đƣợc biểu diễn bằng nhiều vectơ điểm khác nhau.

Hình 2.3.

Biểu diễn 1 điểm trong khơng gian

vE và vF là hai vectơ khác nhau mặc dù cả hai vectơ cùng mô tả điểm V. Nếu i,
j, k là các vectơ đơn vị của một hệ tọa độ nào đó, chẳng hạn trong E, ta có:








v a i  b j c k

(2.1)

Với a, b, c là tọa độ vị trí của điểm V trong hệ đó.
Nếu quan tâm đồng thời vấn đề định vị và định hƣớng, ta phải biểu diễn vectơ
trong không gian bốn chiều với suất vectơ là một ma trận cột.

Trang 11


Khảosát, nghiên cứu mô phỏng robot Densovà biên soạn bài tập thí nghiệm Robot cơng nghiệp

x 
 
y
v  
z 
 
w

GVHD: Th.S Tưởng Phước Thọ

x/w a

trong đó : y / w  b

(2.2)

z/wc

Với w là một hằng số thực nào đó.
w cịn đƣợc gọi là hệ số tỉ lệ, biểu thị cho chiều thứ tƣ ngầm định, nếu w =1 dễ

thấy:
x x
 xa
w 1
y y
  yb
w 1
z z
 zc
w 1

(2.3)

Trong trƣờng hợp này thì các tọa độ biểu diễn bằng với tọa độ vật lý của điểm
trong không gian 3 chiều, hệ tọa độ sử dụng w =1 đƣợc gọi làhệ tọa độ thuần nhất.
Trƣờng hợp w = 0

ta có:

x
y z
  
w w w

Giới hạn ∞ thể hiện hƣớng của các trục tọa độ. Ta dùng w = 0 để biểu diễn các
vectơ chỉ phƣơng của các trục tọa độ.
Nếu w là một hằng số nào đó khác 0 và 1 thì việc biểu diễn điểm trong khơng
gian tƣơng ứng với hệ số tỉ lệ w.
Ví dụ:








v 3 i  4 j 5 k

Với w =1 (trƣờng hợp thuần nhất)
Thì v = [3 4 5 1]T
Với w = -10 biểu diễn tƣơng ứng sẽ là: v = [-30 -40 -50 -10]T
Theo cách biểu diễn trên đây, ta qui ƣớc:
[0 0 0 0]T là vectơ không xác định.
[0 0 0 n]T với n khác không, trùng với gốc tọa độ.
Trang 12