BÀI GIẢNG�ROBOT CÔNG NGHIỆP

2 TC - 30 tiết

TS. Đỗ Văn Cần

ĐT: 0356906275

Web: noibunphodien.com

Khoa Kỹ thuật & Công nghệ

Trường Đại học Quy Nhơn

HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT (6 tiết)

2. PHƯƠNG TRÌNH ROBOT (8 tiết)

3. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT (8 tiết)

4. TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN (8 tiết)

2

Tài liệu học tập:

Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006

Larry T. Ross, Stephen W. Fardo, Michael F. Walach, Industrial Robotics: Fundamentals and Applications, The Goodheart-Willcox Company, Inc, 2023

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Giải phương trình động lực học (2 tiết)

7. Bài tập phương trình động học (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

​

3

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

4

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người

Đầu thập kỷ 60 (1961), công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot).

​

Lịch sử phát triển

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

5

Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) George Charles Devol Jr. (1912 - 2011) là một nhà phát minh người Mỹ, được biết đến là cha đẻ của robot công nghiệp. Ông là người đã phát minh ra Unimate, robot công nghiệp đầu tiên, đặt nền móng cho sự phát triển của ngành robot hiện đại.

Ngành đầu tiên ứng dụng là trong ô tô có tên là Unimate

Lịch sử phát triển

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

6

Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.

Lịch sử phát triển

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Định nghĩa về robot công nghiệp

7

Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) :

Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đã ch-ơng trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.

Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) :

Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau.

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

8

Một robot công nghiệp: cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều khiển , thiết bị

dạy học, CPU.

Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

9

Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta cần quan tâm đến các thông 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 . . .

Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

10

Phân loại theo kết cấu: Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các, Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA.

Phân loại theo hệ thống truyền động: Động cơ điện 1 chiều (DC : Direct Current); hoặc các động cơ bước (step motor). Hệ truyền động khí nén, thủy lực

Phân loại theo ứng dụng: Robot trong sản xuất, Robot hàn, Robot lắp ráp, Robot chuyển phôi .v.v...

Phân loại theo điều khiển: Điều khiển hở (ĐC bước), Điều khiển kín (Hệ Servo)

Phân loại Robot

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Robot SCARA

11

Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là một loại robot công nghiệp với cấu trúc tay máy đặc biệt, thường được sử dụng trong các ứng dụng lắp ráp, gia công, và các công việc yêu cầu độ chính xác cao. Dưới đây là hình ảnh về robot SCARA

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom)

12

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 công thức :

n - Số khâu động;

pi - Số khớp loại i (i = 1,2,. . .,5 : Số bậc tự do bị hạn chế)

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

13

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.

Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom)

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14

Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom)

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

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.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

15

Câu hỏi trắc nghiệm mục 1

Bài tập mục 1

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Giải phương trình động lực học (2 tiết)

7. Bài tập phương trình động học (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

16

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

17

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 lòng bàn tay, xoè 3 ngón : cái, trỏ và giữa theo 3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thị phương, chiều của trục y.

Định nghĩa

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

18

Hệ tọa độ trong Robot công nghiệp bao gồm:

+ Hệ tọa độ Descartes (Hệ tọa độ Đề-các)

+ Hệ tọa độ gắn với robot (Hệ tọa độ liên kết - Joint Coordinate System)

+ Hệ tọa độ công cụ (Tool Coordinate System)

+ Hệ tọa độ làm việc (Work Coordinate System)

Định nghĩa

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

19

Tùy thuộc vào hệ qui chiếu được chọn, trong không gian 3 chiều, một điểm V có thể được biểu diễn bằng nhiều vectơ điểm khác nhau:

​

​

​

​

​

​

​

v_E và v_F là hai vectơ khác nhau mặc dù cả hai vectơ cùng mô tả điểm V.

Hệ tọa độ thuần nhất

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

20

Nếu i, j, k là các vectơ đơn vị của một hệ toạ độ nào đó, chẳng hạn trong E, ta có :

​

​

Trong đó: a, b, c là toạ độ vị trí của điểm V trong hệ đó.

Hệ tọa độ thuần nhất

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

21

Nếu quan tâm đồng thời vấn đề định vị và định hướng, ta phải biểu diễn vectơ v trong không gian bốn chiều với suất vectơ là một ma trận cột

​

​

​

​

​

Trong đó: w là một hằng số thực nào đó.

w còn được gọi là hệ số tỉ lệ, biểu thị cho chiều thứ tư ngầm định, Nếu w = 1 dễ thấy :

Hệ tọa độ thuần nhất

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

22

Nếu w = 1 dễ thấy:

​

​

​

Trong trường hợp nầy thì các toạ độ biểu diễn bằng với toạ độ vật lý của điểm trong không gian 3 chiều, hệ toạ độ sử dụng w=1 được gọi là hệ toạ độ thuần nhất.

Hệ tọa độ thuần nhất

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

23

Tại sao cần hệ tọa độ thuần nhất?

Trong robot công nghiệp, các phép biến đổi tọa độ như tịnh tiến (translation) và quay (rotation) cần được xử lý đồng nhất. Tuy nhiên:

• Phép quay được biểu diễn bằng ma trận 3×3.
• Phép tịnh tiến lại là phép cộng véc-tơ, không thể biểu diễn dưới dạng ma trận 3×3.

👉 Hệ tọa độ thuần nhất sử dụng ma trận 4×4 để thống nhất cả hai phép biến đổi này trong một biểu diễn duy nhất.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

24

Hệ tọa độ Euclid

Hệ tọa độ Euclid là một hệ tọa độ phổ biến và cơ bản trong toán học, được sử dụng để mô tả vị trí của các điểm trong không gian 2D hoặc 3D. Nó được xây dựng dựa trên các trục vuông góc với nhau, mỗi trục đại diện cho một chiều không gian.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

25

Biểu diễn hệ tọa độ thuần nhất

Ví dụ: Cho điểm có

​

với w = 1 (trường hợp thuần nhất)

với w= -10 biểu diễn tương ứng sẽ là : v = [-30 -40 -50 -10]^T

Ký hiệu [ . . . . ]^T (Chữ ^T viết cao lên trên để chỉ phép chuyển đổi vectơ hàng thành vectơ cột).

Theo cách biểu diễn trên đây, ta qui ước :

​

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

26

Một số phép toán cơ bản

Cho 2 vector:

​

​

Tích vô hướng a.b là

​

Tích vector (có hướng)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

27

Một số phép toán cơ bản

Ví dụ: Ma trận A có kích thước (d×c) với a trận B có kích thước (m×n) khi số cột của A bằng số dòng của B, nghĩa là c=m. Kết quả X (d×n). Gọi X là kết quả của phép nhân ma trận và x_ij là phần tử tổng quát của X, ta có.

x₂₄=a₂₁b₁₄+a₂₂b₂₄+b₂₃b₃₄+a₂₄b₄₄

x₂₄=14−15−4+12=7

​

​

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

28

Một số phép toán cơ bản

Cho 2 vector:

​

​

Cộng (trừ ) các ma trận A và B cùng bậc sẽ có ma trận C cùng bậc, với các phần tử c_ij bằng tổng (hiệu) của các phần tử aij và bij (với mọi i, j).

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

29

Một số phép toán cơ bản

Ma trận nghịch đảo của ma trận thuần nhất

Một ma trận thuần nhất là ma trận 4 x 4 có dạng:

​

​

​

​

Ma trận nghịch đảo của T ký hiệu là T^-1:

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

30

Một số phép toán cơ bản

Ví dụ : tìm ma trận nghịch đảo của ma trận biến đổi thuần nhất:

​

​

​

​

Chúng ta kiểm chứng rằng đây chính là ma trận nghịch đảo bằng các nhân ma trận H với H^-1:

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

31

Một số phép toán cơ bản

Phương pháp tính ma trận nghịch đảo này nhanh hơn nhiều so với phương pháp chung; tuy nhiên nó chỉ đúng với ma trận thuần nhất.

Đạo hàm và tích phân ma trận :

Nếu các phần tử của ma trận A là hàm nhiều biến, thì các phần tử của ma trận đạo hàm bằng đạo hàm riêng của các phần tử ma trận A theo biến tương ứng.

​

Luôn có nghịch đảo và nghịch đảo của nó bằng chuyển vị của phần xoay.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

32

Một số phép toán cơ bản

Đạo hàm và tích phân ma trận :

Nếu các phần tử của ma trận A là hàm nhiều biến, thì các phần tử của ma trận đạo hàm bằng đạo hàm riêng của các phần tử ma trận A theo biến tương ứng.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

33

Cho u là vectơ điểm biểu diễn điểm cần biến đổi, h là vectơ dẫn được biểu diễn bằng một ma trận H gọi là ma trận chuyển đổi .

Ta có :

​

v = H.u

​

v là vectơ biểu diễn điểm sau khi đã biến đổi.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

34

Phép biến đổi tịnh tiến (Translation)

Giả sử cần tịnh tiến một điểm hoặc một vật thể theo vectơ dẫn r

​

​

​

Trước hết ta có định nghĩa của ma trận chuyển đổi H :

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

35

Phép biến đổi tịnh tiến (Translation) :

Gọi u là vectơ biểu diễn điểm cần tịnh tiến : u = [x y z w]^T

Thì v là vectơ biểu diễn điểm đã biến đổi tịnh tiến được xác định bởi:

​

​

​

​

​

​

Như vậy: Bản chất của phép biến đổi tịnh tiến là phép cộng vectơ giữa vectơ biểu diễn điểm cần chuyển đổi và vectơ dẫn.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

36

Ví dụ phép biến đổi tịnh tiến (Translation) :

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

37

Biểu diễn phép biến đổi tịnh tiến (Translation) :

ROBOT CÔNG NGHIỆP

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

38

Câu hỏi tương tác mục 2

Bài tập có lời giải mục 2

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Giải phương trình động lực học (2 tiết)

7. Bài tập (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

39

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

40

Phép quay (Rotation) quanh các trục toạ độ:

Giả sử ta cần quay một điểm hoặc một vật thể xung quanh trục toạ độ nào đó với góc quay ɵ^o, ta lần lượt có các ma trận chuyển đổi như sau :

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

41

Ví dụ phép quay (Rotation) quanh các trục toạ độ:

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

42

Biểu diễn liên tục các phép quay

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

43

Biểu diễn liên tục các phép quay trên hệ toạ độ thuần nhất

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

44

Phép quay Euler:

Trên thực tế, việc định hướng thường là kết quả của phép quay xung quanh các trục x, y, z . Phép quay Euler mô tả khả năng định hướng bằng cách:

• Quay một góc Φ xung quanh trục z,
• Quay tiếp một góc θ xung quanh trục y mới, đó là y’,
• Cuối cùng quay một góc Ψ quanh trục z mới, đó là z’’.

Ta biểu diễn phép quay Euler (ΦθΨ)= Rot(z, Φ) Rot(y, θ) Rot(z,Ψ)

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

45

Phép quay Euler:

Ta biểu diễn phép quay Euler (ΦθΨ)= Rot(z, Φ) Rot(y, θ) Rot(z,Ψ)

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

46

Phép quay Roll-Pitch-Yaw:

Một phép quay định hướng khác cũng thường được sử dụng là phép quay Roll-Pitch và Yaw.

Ta tưởng tượng, gắn hệ toạ độ xyz lên thân một con tàu. Dọc theo thân tàu là trục z, Roll là chuyển động lắc của thân tàu, tương

đương với việc quay thân tàu một góc Φ quanh trục z. Pitch là sự bồng bềnh, tương đương với quay một góc θ xung quanh trục y và Yaw là sự lệch hướng, tương đương với phép quay một góc Ψ xung quanh trục x

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

47

Phép quay Roll-Pitch-Yaw:

Ta xác định thứ tự quay và biểu diễn phép quay như sau :

RPY(ΦθΨ)= Rot(z, Φ) Rot(y, θ) Rot(x,Ψ)

​

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

48

Phép quay Roll-Pitch-Yaw:

Thực hiện phép nhân các ma trận quay, các chuyển vị Roll, Pitch và Yaw được biểu thị như sau

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

49

Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

Giả sử cần tịnh tiến gốc toạ độ Đề cát O(0, 0, 0) theo một vectơ dẫn

​

​

Kết quả của phép biến đổi là:

​

​

​

​

Nghĩa là gốc ban đầu có toạ độ O(0, 0, 0) đã chuyển đổi đến gốc mới OT có toạ độ (4, -3, 7) so với hệ toạ độ cũ.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

50

4.7. Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

51

Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

Nếu ta tiếp tục thực hiện các phép biến đổi quay

​

​

Ta sẽ có một hệ toạ độ hoàn toàn mới, cụ thể tại gốc toạ độ mới (4,-3,7) khi cho hệ O_T quay quanh z một góc 90⁰ (chiều quay dương qui ước là ngược chiều kim đồng hồ), ta có :

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

52

Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

Ta tiếp tục quay hệ O_T quanh trục y (trục y của hệ toạ độ gốc ) một góc 90⁰, Ta có:

​

​

​

​

​

Ví dụ: trên đây ta đã chọn Hệ tạo độ cơ sở làm hệ qui chiếu và thứ tự thực hiện các phép biến đổi là từ Phải sang Trái. Nếu thực hiện các phép biến đổi theo thứ tự ngược lại từ Trái sang Phải thì hệ qui chiếu được chọn là các hệ toạ độ trung gian.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

53

Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

Xét lại ví dụ trên:

​

​

​

​

​

​

Ta tiếp tục quay hệ O'_T quanh trục z (Bây giờ là trục z'_T của hệ toạ độ mới) một góc 90⁰:

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

54

Mối quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi

​

​

​

​

​

​

​

Như vậy kết quả của hai phương pháp quay là giống nhau, nhưng về ý nghĩa vật lý thì khác nhau.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

55

Bài tập thực hiện phép quay

Ta thực hiện các phép biến đổi sau :

H = Trans(4,0,0)Rot(y,90⁰)Rot(z,90⁰)

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

56

Bài tập thực hiện phép quay

Sau khi thực hiện các phép biến đổi :

- Quay vật thể quanh trục z một góc 90⁰

- Cho vật thể quay quanh trục y một góc 90⁰

- Tiếp tục tịnh tiến vật thể dọc theo trục x một đoạn bằng 4 đơn vị ta xác định được ma trận toạ độ các điểm giới hạn của vật thể ở vị trí đã được biến đổi như sau (các phép quay đã chọn hệ qui chiếu là hệ toạ độ gốc) :

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

57

Bài tập thực hiện phép quay

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

58

Bài tập áp dụng

Cho điểm A biểu diễn bởi vectơ điểm v=[ 2 4 1 1 ]^T. Tịnh tiến điểm A theo vectơ dẫn h = [ 1 2 1 1 ]^T, sau đó tiếp tục quay điểm đã biến đổi quanh trục x một góc 90⁰. Xác định vectơ biểu diễn điểm A’ sau hai phép biến đổi.

​

Cho một tam giác phẳng ABC, Vẽ lần lượt lên hệ trục toạ độ quá trình biến đổi trong toạ độ thuần nhất các phép biến đổi sau :

H = Trans(3,7,9)Rot(x,-90⁰)Rot(z,90⁰)ABC

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

59

Câu hỏi tương tác mục 3

​

Bài tập áp dụng mục 3

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Giải phương trình động lực học (2 tiết)

7. Bài tập (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

60

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

61

Mở đầu

Ta hãy đặt trên mỗi khâu của robot một hệ toạ độ. Sử dụng các phép biến đổi thuần nhất có thể mô tả vị trí tương đối và hướng giữa các hệ toạ độ này. Denavit. J. đã gọi biến đổi thuần nhất mô tả quan hệ giữa một khâu và một khâu kế tiếp là một ma trận A. Nói đơn giản hơn, một ma trận A là một mô tả biến đổi thuần nhất bởi phép quay và phép tịnh tiến tương đối giữa hệ toạ độ của hai khâu liền nhau. A₁ mô tả vị trí và hướng của khâu đầu tiên; A₂ mô tả vị trí và hướng của khâu thứ hai so với khâu thứ nhất. Như vậy vị trí và hướng của khâu thứ hai so với hệ toạ độ gốc được biểu diễn bởi ma trận:

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

62

Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH)

Một robot nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếp nhau thông qua các khớp động. Gốc chuẩn (Base) của một robot là khâu số 0 và không tính vào số các khâu. Khâu 1 nối với

khâu chuẩn bởi khớp 1 và không có khớp ở đầu mút của khâu cuối cùng. Bất kỳ khâu nào cũng được đặc trưng bởi hai kích thước :

• Độ dài pháp tuyến chung là a_n .
• Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với a_n là α_n.
• Thông thường, người ta gọi a_n là chiều dài và α_n là góc xoắn của khâu

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

63

Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH)

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

64

Hệ toạ độ các khâu của Robot

Ta gắn các hệ toạ độ lên các khâu như hình vẽ: Trục z₀, z₁ và z₂ vuông góc với tờ giấy.

- Hệ toạ độ cơ sở là O₀x₀y₀z₀, chiều của x₀ hướng từ O₀ đến O₁.

- Hệ toạ độ O₁x₁y₁z₁ có hướng như hình vẽ, O₁ đặt tại tâm trục khớp 2.

- Hệ toạ độ O₂x₂y₂z₂ có gốc O₂ đặt ở điểm cuối của khâu 2.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

65

Xây dựng bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH)

Trong trường hợp các trục khớp cắt nhau thì trục x chọn theo tích vectơ .

​

Trường hợp khớp quay thì θ_n là các biến khớp, trong trường hợp khớp tịnh tiến thì d_n là biến khớp và a_n bằng 0.

​

Các thông số a_n, α_n, d_n và θ_n được gọi là bộ thông số DH.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

66

Gắn toạ độ

Oxyz ban đầu cố định, các toạ độ tiếp theo Oi = số khớp

​

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ta có thể xác định các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot theo trình tự sau :

+ Giả định một vị trí ban đầu (Home Position) của robot.

+ Chọn gốc toạ độ O0, O1, ...

+ Các trục zn phải chọn cùng phương với trục khớp thứ n+1.

+ Chọn trục xn là trục quay của zn thành zn+1 và khoảng cách của zn với zn+1 chính là an+1. Nếu zn và zn+1 song song hoặc trùng nhau thì ta có thể căn cứ nguyên tắc chung hay chọn xn theo xn+1.

+ Các hệ toạ độ Oxyz phải tuân theo qui tắc bàn tay phải.

+ Khi gắn hệ toạ độ lên các khâu, phải tuân theo các phép biến đổi của ma trận An. đó là bốn phép biến đổi :

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

67

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

68

Đặc trưng của các ma trận A:

Trên cơ sở các hệ toạ độ đã ấn định cho tất cả các khâu liên kết của robot, ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa các hệ toạ độ nối tiếp nhau (n-1), (n) bởi các phép quay và tịnh tiến sau đây:

• Quay quanh z_n-1 một góc θ_n
• Tịnh tiến dọc theo z_n-1 một khoảng d_n
• Tịnh tiến dọc theo x_n-1 = x_n một đoạn a_n
• Quay quanh x_n một góc xoắn α_n

Bốn phép biến đổi thuần nhất này thể hiện quan hệ của hệ toạ độ thuộc khâu thứ n so với hệ toạ độ thuộc khâu thứ n-1 và tích của chúng được gọi là ma trận A:

A_n = Rot(z,θ) Trans(0,0,d) Trans(a,0,0) Rot(x,α)

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

69

Ví dụ: Xét một tay máy có hai khâu phẳng như hình:

Bảng thông số Denavit-Hartenbert của tay máy này như sau

​

​

​

​

Trong đó θi là các biến khớp

(dùng dấu * để ký hiệu các

biến khớp).

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

70

Ví dụ: Xem sơ đồ robot SCARA có 4 khâu như hình

Đây là robot có cấu hình kiểu RRTR, bàn tay có chuyển động xoay xung quanh trục đứng. Hệ toạ độ gắn lên các khâu như hình vẽ:

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

71

Ví dụ: Xem sơ đồ robot SCARA có 4 khâu như hình trên:

Đây là robot có cấu hình kiểu RRTR, bàn tay có chuyển động xoay xung quanh trục đứng. Hệ toạ độ gắn lên các khâu như hình vẽ:

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Đặc trưng của các ma trận A:

A_n = Rot(z,θ) Trans(0,0,d) Trans(a,0,0) Rot(x,α)

​

Đối với một khâu đi theo một khớp quay thì d, a và α là hằng số. Như vậy ma trận A của khớp quay là một hàm số của biến khớp θ.

Đối với một khâu đi theo một khớp tịnh tiến thì θ, α là hằng số. Ma trận A của khớp tịnh tiến là một hàm số của biến số d.

Nếu các biến số được xác định thì giá trị của các ma trận A theo đó cũng được xác định.

​

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

72

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

73

θ_n là quay quanh trục z_n-1

d_n là tịnh tiến dọc theo trục z_n-1

a_n là tịnh tiến dọc theo trục x_n-1 -> x_n

α_n là quay quanh trục x_n

Rot(z,θ) Trans(0,0,d) Trans(a,0,0) Rot(x,α)

Nếu xuất hiện phép quay của trục zn đối với zn-1 quanh trục yn-1 thì vị trí ban đầu của robot đã giả định là không đúng, ta cần chọn lại vị trí ban đầu khác cho robot.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ sau đây trình bày chi tiết của các bước khi thiết lập hệ phương trình động học của robot :

Cho một robot có ba khâu, cấu hình RRT như hình. Hãy thiết lập hệ phương trình động học của robot.

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

74

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Gắn hệ toạ độ lên các khâu :

Gốc toạ độ O₀. Các trục z đặt cùng phương với các trục khớp.

Ta thấy trục z₁ quay góc 90⁰ so với trục z₀, đây chính là phép quay quanh trục x₀ một góc α₁ Rot(x₀, α ₁). Nghĩa là trục x₀ vuông góc với z₀ và z₁. Ta chọn chiều của x₀ từ trái sang phải thì góc quay α₁=90⁰

Đồng thời ta cũng thấy gốc O₁ đã tịnh tiến một đoạn dọc theo z₀ , so với O₀, đó chính là phép biến đổi Trans(0,0,d₁) (tịnh tiến dọc theo z₀ một đoạn d₁) ; các trục y₀,và y₁ xác định theo qui tắc bàn tay phải .

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

75

Xuất hiện phép quay của trục zn đối với zn-1 quanh trục yn-1

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Tiếp tục gốc tọa độ O₂ đặt trùng với O₁ vì trục khớp thứ ba và trục khớp thứ hai cắt nhau tại O₁. Trục z₂ cùng phương với trục khớp thứ ba, tức là đã quay đi một góc 90⁰ so với z₁ quanh trục y₁;. Theo hình, O₂ vẫn được đặt trùng với O₁, trục z₂ có phương thẳng đứng, nghĩa là ta đã quay trục z₁ thành z₂ quanh trục x₁ một góc -90⁰ (tức α₂= -90⁰). Đầu cuối của khâu thứ 3 không có khớp, ta đặt O3 tại điểm giữa của các ngón tay, và trục z₃, x₃ chọn như hình. Ta đã tịnh tiến gốc toạ độ dọc theo z₂ một đoạn d₃ (Phép biến đổi Trans(0,0,d3)), vì đây là khâu tịnh tiến nên d₃ là biến .

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

76

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Như vậy việc gắn các hệ toạ độ lên các khâu của robot đã hoàn thành. Thông qua các phân tích trên đây, ta có thể xác định được các thông số DH của robot

Lập bảng thông số DH

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

77

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 4

​

Bài tập có lời giải mục 4

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

78

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

79

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Phương trình động học là xác định điểm cuối khi biết các giá trị góc quay, trượt, tham số Robot

​

Thiết lập hệ phương trình động học của robot: Để thiết lập hệ phương trình động học của robot, ta tiến hành theo các bước sau:

​

• Chọn hệ toạ độ cơ sở, gắn các hệ toạ độ mở rộng lên các khâu
• Lập bảng thông số DH (Denavit Hartenberg).
• Dựa vào các thông số DH xác định các ma trận A_i.
• Tính các ma trận T và viết các phương trình động học của robot

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

80

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định T₆ theo các ma trận A_i :

Ta đã biết : T₆ = A₁A₂A₃A₄A₅A₆

Trong đó T₆ được miêu tả trong hệ toạ độ gốc (hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản cố định của robot). Nếu mô tả T₆ theo các hệ toạ độ trung gian thứ n-1 thì:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

81

Nếu hệ toạ độ cơ bản của robot có liên hệ với một hệ toạ độ nào đó bởi phép biến đổi Z, Khâu chấp hành cuối lại có gắn một công cụ, có quan hệ với vật thể bởi phép biến đổi E (hình) thì vị trí và hướng của điểm cuối của công cụ, khảo sát ở hệ toạ độ tham chiếu mô tả bởi X sẽ được xác định bởi: X= ZT₆E

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định T₆ theo các ma trận A_n :

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

82

Từ toán đồ này ta có thể rút ra : T₆ = Z^-1 x E^-1

(Z^-1 và E^-1 là các ma trận nghịch đảo)

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Đặc trưng của các ma trận A:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

83

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định các ma trận A

A_n= Rot(z,θ)Trans(0,0,d)Trans(a,0,0) Rot(x,α)

​

Ma trận A_n có dạng

​

​

​

​

​

Với qui ước viết tắt :

C₁ = cosθ₁ ; S₁ = sinθ₁ ; C₂ = cosθ₂ . . .

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

84

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định các ma trận A

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

85

​

A_i= Rot(z,θ)Trans(0,0,d)Trans(a,0,0) Rot(x,α)

​

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định các ma trận A

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

86

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Tính các ma trận biến đổi thuần nhất T

+ Ma trận ²T₃ = A₃

+ Ma trận ¹T₃ = A₂. ²T₃

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

87

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

88

Thiết lập hệ phương trình

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

89

Thiết lập hệ phương trình

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Tính các ma trận biến đổi thuần nhất T

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

90

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

91

Hệ toạ độ gắn lên các khâu của robot như

hình. (Khâu cuối có chiều dài và khoảng cách bằng không, để có thể gắn các loại công cụ khác nhau nên chọn O₆=O₅).

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

92

Bảng thông số DH (Denavit-Hartenberg) của robot Stanford như sau

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

2.5. ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

93

Các ma trận A của robot Stanford được xác định như sau

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

2.5. ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

94

Tích của các ma trận chuyển vị A đối với robot Stanford được bắt đầu ở khâu 6 và chuyển dần về gốc; theo thứ tự này ta có

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

2.5. ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

95

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

2.5. ví dụ hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

96

Để tính T₆, ta phải nhân A₁ với T₆¹ sau đó cân bằng các phần tử của ma trận T₆ ở hai vế ta được một hệ thống các phương trình sau :

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Hệ phương trình động học của robot STANFORD

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

97

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

2.5. ví dụ hệ phương trình động học của robot ELBOW

​

Tham khảo tài liệu

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

98

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài kiểm tra số 1: Thiết lập phương trình động lực học của cánh tay Robot sau

1. Lập hệ tọa độ Oxyz
2. Kiểm tra điều kiện Rot(z,θ)Trans(0,0,d)Tran(a,0,0)Rot(x,α)
3. Lập bảng DH
4. Xây dựng ma trận Ai
5. Tính T
6. Lập hệ phương trình (n, o, a, p)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

99

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ: Chúng ta xét một robot 3DOF có 3 khớp quay, với các thông số Denavit-Hartenberg (DH) như sau:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

100

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ: Chúng ta xét một robot 3DOF có 3 khớp quay, với các thông số Denavit-Hartenberg (DH) như sau:

​

Sử dụng công thức ma trận DH:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

101

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ: Chúng ta xét một robot 3DOF có 3 khớp quay, với các thông số Denavit-Hartenberg (DH) như sau:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

102

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ: Chúng ta xét một robot 3DOF có 3 khớp quay, với các thông số Denavit-Hartenberg (DH) như sau:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

103

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Vị trí đầu cuối được xác định bằng phép nhân ma trận tổng:

T=A1⋅A2⋅A3​

Sau khi nhân các ma trận, ta lấy tọa độ cuối từ cột thứ 4 của T:

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

104

Cột cuối (X,Y,Z)=(1.2214, 0.7052, 1.1452)

chính là tọa độ của đầu cuối trong không gian.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài kiểm tra số 1: Thiết lập phương trình động lực học của cánh tay Robot sau

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

105

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 5

​

Bài tập có lời giải mục 5

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

106

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

​

107

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Phương trình động học ngược là xác định thông số góc quay, trượt khi biết điểm cuối và hướng

Nhiệm vụ của bài toán là xác định tệp nghiệm (θ₁, θ₂, ..., θ_n,d_i^*) khi đã biết hình thể của robot thông qua vectơ cuối T₆ (khái niệm “hình thể” của robot bao gồm khái niệm về vị trí và hướng của khâu chấp hành cuối : Configuration = Position + Orientation).

Động học ngược có thể được giải theo hai phương pháp chính:

• Phương pháp hình học (cho robot có 2-3 bậc tự do, cấu trúc đơn giản).
• Phương pháp ma trận và giải số (cho robot nhiều bậc tự do, phức tạp hơn).

​

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

108

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

109

Phương pháp hình học

Khớp 1 quay góc θ1​, liên kết l1​.

Khớp 2 quay góc θ2​, liên kết l2​.

Tọa độ đầu cuối cần đạt: (X,Y)

Hệ phương trình động học thuận của robot là:

​

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

110

Phương pháp hình học

Tính góc θ2, θ1, Sử dụng phương trình:

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

111

Phương pháp hình học

Ví dụ tính toán

Cho l1=1.0m, l2=0.8m, X=1.2m, Y=0.5m.

Tính θ1 và θ2​.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

• Phương pháp ma trận và giải số

- Điều kiện tồn tại nghiệm:

Điều kiện này nhằm khẳng định: Có ít nhất một tệp nghiệm (θ_1, θ₂, ..., θ₆,d_i*) sao cho robot có hình thể cho trước.

​

- Điều kiện duy nhất của tệp nghiệm:

+ Nghiệm toán (Mathematical Solution): Các nghiệm này thoả mãn các phương trình cho trước của T₆.

+ Nghiệm vật lý (Physical Solution): là các tệp con của nghiệm toán, phụ thuộc vào các giới hạn vật lý (giới hạn về góc quay, kích thước ...) nhằm xác định tệp nghiệm duy nhất.

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

112

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

113

Phương pháp ma trận và giải số

Với một robot có n bậc tự do, động học thuận được viết dưới dạng:

T=A1A2A3...An

Trong đó, Ai là ma trận biến đổi DH của mỗi khớp. Từ T, ta trích xuất tọa độ đầu cuối.

Bài toán động học ngược: Tìm bộ giá trị q=[q1,q2,...,qn] sao cho tọa độ đầu cuối bằng vị trí mong muốn.

f(q)=(Xd,Yd,Zd,ϕd,θd,ψd)

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

114

Phương pháp ma trận và giải tích số

Phương pháp ma trận Jacobian

Phương pháp Newton-Raphson

Sư dụng Euler/ Roll-Pitch-Yaw

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

115

Nhắc lại

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

116

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

Trong phần trên ta đã nghiên cứu về phép biến đổi Euler để mô tả hướng của khâu chấp hành cuối:

Euler (Φ,θ,Ψ) = Rot(z, Φ) Rot(y, θ) Rot(z, Ψ)

Tệp nghiệm muốn tìm là các góc Φ,θ,Ψ khi đã biết ma trận biến đổi đồng nhất T₆ (còn gọi là ma trận vectơ cuối), Nếu ta có các giá trị số của các phần tử trong ma trận T₆ thì có thể xác định được các góc Euler Φ,θ,Ψ thích hợp.

Như vậy ta có:

Euler (Φ,θ,Ψ) = T₆

Nên ta có

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

117

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

118

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

Ta thử giải hệ phương trình này để tìm Φ, θ, Ψ như sau

​

​

​

​

Trong đó ta đã dùng ký hiệu cos^-1 thay cho hàm arccos

Nhưng các kết quả đã giải ở trên chưa dùng được vì:

+ Hàm arccos không chỉ biểu hiện cho một góc chưa xác định mà về độ chính xác nó lại phụ thuộc vào chính góc đó, nghĩa là :

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

119

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

Để có thể nhận được những kết quả chính xác của bài toán Euler, ta thực hiện thủ thuật toán học sau : Nhân T₆ với ma trận quay nghịch đảo Rot(z,Φ)^-1, ta có:

Rot(z, Φ)^-1 T₆ = Rot(y,θ) Rot(z,Ψ)

Vế trái của phương trình là một hàm số của ma trận T và góc quay Φ. Ta thực hiện phép nhân ma trận ở vế phải của phương trình, tìm ra các phần tử của ma trận có giá trị bằng 0 hoặc bằng hằng số, cho các phần tử này cân bằng với những phần tử tương ứng của ma trận ở vế trái, cụ thể từ phương trình ta có

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

120

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

​

​

​

​

Tích hai ma trận ở vế trái của phương trình trên là một ma trận mà có thể được viết gọn lại bằng các ký hiệu sau:

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

121

và x, y, z là các phần tử của vectơ xác định bởi các dữ kiện f₁₁, f₁₂, f₁₃,

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

và x, y, z là các phần tử của vectơ xác định bởi các dữ kiện f11, f12, f13, ví dụ

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

122

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Euler

Khi tính toán vế trái, ta chú ý rằng px, py, pz bằng 0 vì phép biến đổi Euler chỉ toàn phép quay không chứa một phép biến đổi tịnh tiến nào, nên f11(p) = f12(p) = f13(p) = 0.

​

​

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

123

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Roll, Pitch và Yaw

Phép biến đổi Roll, Pitch và Yaw đã được định nghĩa:

RPY(Φ,θ,Ψ)= Rot(z, Φ)Rot(y, θ)Rot(x, Ψ)

Việc giải phương trình: T⁶ = RPY(Φ,θ,Ψ)sẽ xác định được các góc Φ, θ và Ψ.

Cách giải được tiến hành tương tự như khi thực hiện lời giải cho phép quay Euler. Nhân T₆ với ma trận nghịch đảo Rot(z, Φ)^-1, ta có: Rot(z, Φ)^-1T6 = Rot(y, θ)Rot(x,Ψ)

Hay là :

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

124

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Roll, Pitch và Yaw

​

​

​

​

Cân bằng phần tử ở hàng 2 cột 1: f₁₂(n) = 0, ta có :

-sinΦ x + cosΦ y = 0

Phương trình này cho ta hai nghiệm như đã biết :

Φ = arctg2(n_x, n_y)

và Φ = Φ + 180^o

Tiếp tục cân bằng các phần tử tương ứng của hai ma trận ta có :

-sinθ = n_z

cos θ = cos Φ n_x + sin Φ n_y

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

125

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Lời giải của phép biến đổi Roll, Pitch và Yaw

​

​

​

​

​

​

​

Như vậy ta đã xác định được các góc quay Roll, Pitch và Yaw theo các phần tử của ma trận T₆

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

126

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

127

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

128

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

129

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Ví dụ

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

130

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài tập: Cho ma trận T, thực hiện phép quay Roll - Pitch - Yaw để giải phương động lực học

​

​

​

​

​

​

Rot(z, Φ)^-1T = Rot(y, θ)Rot(x,Ψ)

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

131

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Giải bài toán động học ngược của robot Stanford

Tham khảo

Giải bài toán động học ngược của robot ELBOW

Tham khảo

​

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

132

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 6

​

Bài tập có lời giải mục 6

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

133

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)

2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)

3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)

4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)

5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)

6. Phương trình động học ngược (2 tiết)

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

8. Các vấn đề cơ học (2 tiết)

9. Tính toán thế cơ năng (2 tiết)

10. Phần tử chấp hành robot (2 tiết)

11. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

12. Truyền động Robot (2 tiết)

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

14. Lập trình Robot (2 tiết)

15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

134

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài thi Câu 2 Cho hình RRTR (4đ)

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

135

1. Chọn hệ tọa độ
2. Lập bảng thông số DH
3. Tính Ai, T
4. Giải hệ với phép quay Euler
5. Giải hệ với phép quay Roll Pitch

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài kiểm tra số 1: Thiết lập phương trình động lực học của cánh tay Robot sau

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

136

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Bài kiểm tra số 1: Thiết lập phương trình động lực học của cánh tay Robot sau

7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)

137

ROBOT CÔNG NGHIỆP

1. Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
2. Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
3. Các phép biến đổi quay (2 tiết)
4. Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
5. Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
6. Phương trình động học ngược (2 tiết)
7. Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)
9. Các vấn đề cơ học (2 tiết)
10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)
11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
12. Truyền động Robot (2 tiết)
13. Điều khiển Robot (2 tiết)
14. Lập trình Robot (2 tiết)
15. Bài tập và ôn tập (2 tiết)

138

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

​

Giới thiệu chung về lập trình điều khiển robot

Robot khác với các máy tự động cố định ở tính “linh hoạt”, nghĩa là có thể lập trình được (Programmable : khả lập trình). Không những chỉ có các chuyển động của robot mà ngay cả việc sử dụng các cảm biến cũng như những thông tin quan hệ với máy tự động khác trong phân xưởng cũng có thể lập trình. Robot có thể dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của nhiệm vụ sản xuất bằng cách thay đổi chương trình điều khiển nó.

139

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

1.2. Lập trình kiểu “Dạy - Học” :

Các robot thế hệ đầu tiên đã được lập trình bằng một phương pháp mà chúng ta gọi là: dạy bằng chỉ dẫn (Teach by showing), robot được điều khiển để di chuyển đến các điểm mong muốn và các vị trí đó được ghi lại trong bộ nhớ của máy tính, sau đó các dữ liệu sẽ được đọc tuần tự và robot thực hiện lại các động tác đã được học. Để dạy robot, người sử dụng có thể hướng dẫn robot bằng tay hoặc thông qua

một thiết bị dạy học gọi là Teach pendant. Thiết bị dạy học gồm một hộp nhỏ cầm tay (teaching box) có các nút bấm và card điều khiển mà nó cho phép điều khiển các khớp của robot đạt được các giá trị mong muốn.

140

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Dùng các ngôn ngữ lập trình :

Cùng với quá trình phát triển ngày càng rẻ hơn và mạnh hơn của máy tính, chương trình điều khiển robot được phát triển theo hướng viết các chương trình bằng các ngôn ngữ lập trình của máy tính. Thường các ngôn ngữ lập trình này có những đặc điểm mà chúng ta có thể ứng dụng để viết các phần mềm hay chương trình điều khiển robot, và chúng được gọi là “ngôn ngữ lập trình robot”. Hầu hết các hệ thống điều khiển dùng ngôn ngữ lập trình robot vẫn duy trì kiểu giao diện Teach pendant (dạy- học).

Ngôn ngữ lập trình robot có nhiều dạng khác nhau. Chúng ta phân chúng thành ba loại như sau: Ngôn ngữ robot chuyên dụng, Tạo ra các thư viện robot cho một ngôn ngữ lập trình cấp cao đã có sẵn, Tạo ra các thư viện robot cho một ngôn ngữ hoặc phần mềm đa dụng

141

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Ngôn ngữ lập trình theo nhiệm vụ:

Mức thứ ba của phương pháp lập trình robot là tạo ra các ngôn ngữ lập trình theo nhiệm vụ. Những ngôn ngữ nầy cho phép người sử dụng ra các lệnh để robot thực hiện một công việc mong muốn một cách trực tiếp mà không cần xác định một cách chi tiết các hoạt động của robot như các ngôn ngữ lập trình thông thường. Một hệ thống lập trình robot theo nhiệm vụ phải có khả năng thể hiện nhiều công việc một cách tự động. Chẳng hạn, nếu một chỉ thị “Grasp the bolt” (cầm lấy bulong) được tạo ra, hệ thống phải vạch ra được một quĩ đạo của tay máy mà nó tránh được sự va chạm với bất kỳ chướng ngại vật nào chung quanh, chọn được vị trí tốt nhất để cầm lấy bulong một cách tự động.

142

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Phần mềm EASY-ROB

Lệnh cơ bản:

PTP_AX // thực thi lệnh

ERC LOAD TOOL <Hàm đóng/hàm mở kẹp>

// Gọi chương trình kẹp và nhả dao cụ

ERC GRAB BODY <Tên file đối tượng>

// Gọi chương trình gắn kết đối tượng và dao cụ

ERC RELEASE BODY <Tên file đối tượng>

// Gọi chương trình nhả đối tượng và dao cụ

ENDPROGRAMFILE //kết thúc chương trình

​

​

​

143

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Phần mềm EASY-ROB

Hướng dẫn

https://www.youtube.com/watch?v=O2xV8GzD05o

​

Software:

https://www.mediafire.com/?gmoaid22tih

​

Hướng dấn sử dụng EASY-ROB

144

8. Lập trình và mô phỏng (2 tiết)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

145

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

146

Nghiên cứu động lực học robot là công việc cần thiết khi phân tích cũng như tổng hợp quá trình điều khiển chuyển động. Việc nghiên cứu động lực học robot thường giải quyết hai nhiệm vụ sau đây :

​

1/ Xác định momen và lực động xuất hiện trong quá trình chuyển động. Khi đó qui luật biến đổi của biến khớp q_i(t) coi như đã biết.

Việc tính toán lực trong cơ cấu tay máy là rất cần thiết để chọn công suất động cơ, kiểm tra độ bền, độ cứng vững, đảm bảo độ tin cậy của robot.

2/ Xác định các sai số động tức là sai lệch so với qui luật chuyển động theo chương trình. Lúc này cần khảo sát Phương trình chuyển động của robot có tính đến đặc tính động lực của động cơ và các khâu

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

147

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Hàm Lagrange của một hệ thống năng lượng được định nghĩa:

L = K - P

Trong đó: K là tổng động năng của hệ thống

P là tổng thế năng

K và P đều là những đại lượng vô hướng nên có thể chọn bất cứ hệ toạ độ thích hợp nào để bài toán được đơn giản.

Đối với một robot có n khâu, ta có:

​

​

Trong đó, K_i, và P_i là động năng và thế năng của khâu thứ i xét trong hệ toạ độ chọn.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

148

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Trong đó, K_i, và P_i là động năng và thế năng của khâu thứ i xét trong hệ toạ độ chọn. Ta biết mỗi đại lượng K_i và P_i là một hàm số phụ thuộc nhiều biến số:

​

Với q_i là toạ độ suy rộng của khớp thứ i. Nếu khớp thứ i là khớp quay thì q_i là góc quay θ_i, nếu là khớp tịnh tiến thì q_i là độ dài tịnh tiến d_i.

​

Ta định nghĩa: Lực tác dụng lên khâu thứ i (i=1, 2,..., n) với quan niệm là lực tổng quát (Generalized forces), nó có thể là một lực hoặc một momen (phụ thuộc vào biến khớp q_ilà tịnh tiến hoặc quay), được xác định bởi:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

149

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

150

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Xét một robot có hai khâu như hình vẽ, Các khâu có chiều dài là d₁ và d₂ với các khối lượng tương ứng m₁ và m₂ qui đổi về đầu mút của khâu. Robot được đặt thẳng đứng chịu gia tốc trọng trường g. Các khớp chuyển động quay với các biến khớp θ₁ và θ₂.

​

Tính lực tổng quát.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

151

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Đối với khâu 1:

Đối với khâu 2:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

152

Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của robot

Đối với khâu 2:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

153

Hàm Lagrange và lực tổng quát

áp dụng hàm Lagrange cho ví dụ trên, ta có:

L = (K₁ + K₂) - (P₁ + P₂)

​

​

​

​

Khi tính lực tổng quát, các biến của hệ : q₁ = θ₁ và q₂ = θ₂.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

154

Hàm Lagrange và lực tổng quát

Đối với khâu 1

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

155

Hàm Lagrange và lực tổng quát

Đối với khâu 1

​

​

​

​

​

​

Muốn cho khâu 1 quay được một góc θ₁ thì động cơ phải tạo ra một lực tổng quát = F1. Lực tổng quát này có đặc tính phi tuyến, là hợp tác dụng của nhiều yếu tố (non linear and cuppling).

Tương tự, để tính lực tổng quát của khâu thứ hai , ta có

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

156

Hàm Lagrange và lực tổng quát

Tương tự, để tính lực tổng quát của khâu thứ hai , ta có

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

157

Hàm Lagrange và lực tổng quát

Để phân tích ý nghĩa các thành phần trong biểu thức tính lực tổng quát, ta viết lại các biểu thức F₁, F₂ như sau:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

158

Hàm Lagrange và lực tổng quát

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

159

Ví dụ

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

160

Xác định Động năng K

Vận tốc tuyến tính của mỗi khâu:�Ta sử dụng công thức động năng:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

161

Tính cụ thể từng khâu

Động năng

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

162

Tính cụ thể từng khâu

Thế năng

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

163

Phương trình Lagrange

Áp dụng 2 khâu

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

164

Ví dụ:

Viết phương trình lực F1, F2. m1=10, m2=5kg, d1=0,6m; d2=0,4m. Tính khi góc quay khớp θ1 là 45 độ, khớp θ2 là 90 độ.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 9

​

Bài tập có lời giải mục 9

9. Các vấn đề cơ học Lagrange (2 tiết)

165

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

166

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

167

Các khái niệm về quỹ đạo robot

Để xác định được đường đi mong muốn của robot theo thời gian, quỹ đạo có thể được tính toán thiết kế trong một hệ toạ độ truyền thống Oxyz (Cartesian Space) hoặc thiết kế trong không gian biến khớp (không gian trường vectơ các toạ độ suy rộng của robot), chẳng hạn với robot 6 bậc tự do thì X=[θ₁, θ₂, θ₁₃, θ₄, θ₅, θ₅]^T Thiết kế quỹ đạo ở đây được hiểu là xác định qui luật chuyển động của các biến khớp để điều khiển chuyển động của từng khớp và tổng hợp thành chuyển động chung của robot theo một quỹ đạo đã được

xác định:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

168

Các khái niệm về quỹ đạo robot

Quỹ đạo thiết kế phải đảm bảo các điều kiện liên tục (continous

conditions) bao gồm :

+ Liên tục về vị trí (Position)

+ Liên tục về tốc độ (Velocity)

+ Liên tục về gia tốc (Acceleration).

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

169

Các khái niệm về quỹ đạo robot

Để thiết kế quỹ đạo robot, người ta thường dùng phương pháp xấp xỉ các đa thức bậc n, các quỹ đạo thường gặp là :

+ Quỹ đạo CS (Cubic Segment) : Tương đương đa thức bậc 3;

+ Quỹ đạo LS (linear Segment) : Tương đương đa thức bậc 1;

+ Quỹ đạo LSPB (Linear Segment with Parabolic Blend) : Phối hợp đa thức bậc 2 với đa thức bậc 1.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

170

Các khái niệm về quỹ đạo robot

Để thiết kế quỹ đạo robot, người ta thường dùng phương pháp xấp xỉ các đa thức bậc n, các quỹ đạo thường gặp là :

+ Quỹ đạo CS (Cubic Segment) : Tương đương đa thức bậc 3;

+ Quỹ đạo LS (linear Segment) : Tương đương đa thức bậc 1;

+ Quỹ đạo LSPB (Linear Segment with Parabolic Blend) : Phối hợp đa thức bậc 2 với đa thức bậc 1.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

171

Các Phương Pháp Nội Suy Quỹ Đạo

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Nội suy đa thức bậc cao (Polynomial Interpolation)

Nội suy đường tròn (Circular Interpolation)

Nội suy S-curve (Quỹ đạo có gia tốc mượt)

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

172

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Giả sử robot cần di chuyển từ điểm P1(x1,y1,z1) đến điểm P2(x2,y2,z2) trong thời gian T.

Tại thời điểm t (với 0 ≤ t ≤ T0), vị trí P(t) được tính bằng:

​

Với:

• P1, P2,​ là tọa độ điểm đầu và điểm cuối.
• t là thời gian hiện tại.
• T là tổng thời gian di chuyển.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

173

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Tách ra cho từng trục:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

174

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

VD1: Một robot cần di chuyển từ điểm P1(2,3) đến P2(8,9) trong 4 giây. Hãy xác định vị trí của robot sau mỗi giây bằng nội suy tuyến tính.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

175

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

176

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Bài tập 1:

Robot di chuyển trong không gian 3D từ điểm P1(1,2,3) đến P2(7,8,9) trong 6 giây. Hãy tính tọa độ tại t=2 và t=4.

​

Bài tập 2:

Robot di chuyển trong không gian 3D từ điểm P1(-1, 2, -3) đến P2(7, -8, 9) trong 5 giây. Hãy tính tọa độ tại t=3.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

177

Nội suy tuyến tính (Linear Interpolation)

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

178

Nội suy đa thức bậc cao

Trong đó:

(xi​,yi​) là các điểm dữ liệu đã biết.

P(x) là đa thức nội suy cần tìm.

Li(x) là các đa thức cơ sở Lagrange.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

179

Nội suy đa thức bậc cao

Ví dụ Giả sử ta có 3 điểm: (1,2); (3,4); (5,10)

Tìm đa thức nội suy P(x) sao cho đường cong đi qua các điểm này.

Giải:

Tính các đa thức cơ sở:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

180

Nội suy đa thức bậc cao

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

181

Nội suy đa thức bậc cao

​

Bài tập: Giả sử ta có 4 điểm: (2,- 2); (-3, 4); (5,2); (-2, -2)

Tìm đa thức nội suy P(x) sao cho đường cong đi qua các điểm này.

Giải:

Tính các đa thức cơ sở:

​

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

182

Nội suy đường tròn

Một cung tròn có thể được xác định bởi:

• Hai điểm đầu và cuối A(x1,y1) và B(x2,y2).
• Tâm đường tròn C(xc,yc).
• Bán kính R.

Sử dụng phương trình đường tròn:

​

Với θ thay đổi từ θA​ đến θB.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

183

Nội suy đường tròn

Ví dụ thực tế

Giả sử ta có:

• Điểm đầu: A(2,3)
• Điểm cuối: B(8,3)
• Tâm đường tròn: C(5,5)

Cần nội suy các điểm trên cung tròn giữa A và B.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

184

Nội suy đường tròn

Góc giữa các điểm

• Góc của điểm A so với tâm C (tính theo tọa độ cực):

​

​

​

Góc của điểm B so với tâm C:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

185

Nội suy đường tròn

Góc giữa các điểm

• Góc của điểm A

θA​ = 33,7 độ

​

Góc của điểm B so với tâm C:

θB = 33,7 độ

θ = 180 - (33,7+33,7) = 112,8 độ

Với θ thay đổi từ θA​ đến θB.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

186

Nội suy các điểm trên cung tròn

Ta có thể dùng nội suy tham số (parametric interpolation) để tìm các điểm trung gian trên cung tròn:

​

​

​

R=

x=

y=

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

187

Nội suy các điểm trên cung tròn

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

188

Nội suy S-Curve (Quỹ đạo có gia tốc mượt)

Nội suy S-Curve là một kỹ thuật quan trọng trong điều khiển chuyển động của robot và máy CNC. Nó giúp đảm bảo sự thay đổi vận tốc và gia tốc diễn ra mượt mà, tránh các thay đổi đột ngột gây rung lắc hoặc giảm tuổi thọ cơ cấu chấp hành.

Vận tốc không thay đổi đột ngột (tránh giật máy).

Gia tốc cũng thay đổi một cách từ từ (tạo độ mượt).

Chuyển động có ba pha chính:

Sử dụng hàm jerk j(t) (đạo hàm bậc ba của vị trí) để kiểm soát độ mượt của gia tốc:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

189

Nội suy S-Curve (Quỹ đạo có gia tốc mượt)

Sử dụng hàm jerk j(t) (đạo hàm bậc ba của vị trí) để kiểm soát độ mượt của gia tốc:

​

Chuyển động có ba pha chính:

1. Pha tăng tốc mượt: Gia tốc tăng dần.
2. Pha duy trì tốc độ tối đa: Gia tốc = 0.
3. Pha giảm tốc mượt: Gia tốc giảm dần về 0.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

190

Công thức nội suy S-Curve

Một trong những cách phổ biến để mô hình hóa S-Curve là dùng phương trình:

​

với:

• x0 : vị trí ban đầu
• v0​ : vận tốc ban đầu
• a0​ : gia tốc ban đầu
• j0​ : jerk ban đầu

Nếu muốn thiết kế quỹ đạo S-Curve cho một robot, ta có thể xác định giá trị của j0​ để điều chỉnh độ mượt của quỹ đạo.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

191

Công thức nội suy S-Curve

Ví dụ Giả sử ta cần di chuyển robot từ vị trí x0=0 đến xf=100 trong 5 giây, với vận tốc ban đầu và cuối bằng 0.�Hãy vẽ đồ thị mô phỏng quá trình chuyển động theo quỹ đạo S-Curve.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

192

Quỹ đạo S-Curve có 3 pha chính:

1. Giai đoạn tăng tốc mượt (0 ≤ t ≤ T/3)
• Jerk j0 dương.
• Gia tốc tăng tuyến tính.
• Vận tốc tăng theo phương trình bậc hai.
2. Giai đoạn giữ tốc độ (T/3 ≤ t ≤ 2T/3)
• Jerk bằng 0.
• Gia tốc không đổi.
• Vận tốc đạt giá trị cao nhất và duy trì ổn định.
3. Giai đoạn giảm tốc mượt (2T/3 ≤ t ≤ T)
• Jerk âm.
• Gia tốc giảm dần về 0.
• Vận tốc giảm mượt về 0.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

193

(1) Jerk j(t) – Tốc độ thay đổi của gia tốc:

​

​

​

​

(2) Gia tốc a(t)a – Tích phân của Jerk:

​

​

​

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

194

(3) Vận tốc v(t)– Tích phân của Gia tốc:

​

​

​

(4) Vị trí x(t) – Tích phân của Vận tốc:

​

​

​

​

​

Chúng ta sẽ sử dụng các phương trình này để mô phỏng quỹ đạo.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

195

Chúng ta sẽ sử dụng các phương trình này để mô phỏng quỹ đạo.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

196

Chúng ta sẽ sử dụng các phương trình này để mô phỏng quỹ đạo.

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 10

​

Bài tập có lời giải mục 10

10. Quỹ đạo Robot (2 tiết)

197

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

198

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

199

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

200

Cảm biến vị trí và dịch chuyển

Cảm biến lực và mô-men

Cảm biến tiếp xúc và xúc giác

Cảm biến thị giác (Vision Sensor)

Cảm biến môi trường

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

201

Cảm biến vị trí và dịch chuyển

• Cảm biến quang (Photo Sensor, Encoder): Xác định vị trí, tốc độ quay của động cơ.
• Cảm biến Hall: Phát hiện từ trường, dùng trong động cơ BLDC.
• Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor): Phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

202

Cảm biến lực và mô-men

• Cảm biến áp lực (Load Cell): Đo trọng lượng và lực tác động.
• Cảm biến mô-men xoắn: Đo lực xoắn tác động lên trục robot.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

203

Cảm biến tiếp xúc và xúc giác

• Cảm biến lực (Force Sensor): Phát hiện lực tác động, dùng trong robot cộng tác (Cobot).
• Cảm biến xúc giác (Tactile Sensor): Mô phỏng cảm giác chạm, thường dùng trong cánh tay robot.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

204

Cảm biến thị giác (Vision Sensor)

• Camera công nghiệp: Phân tích hình ảnh, nhận diện vật thể.
• Cảm biến 3D (LIDAR, TOF): Dùng để quét và xây dựng bản đồ môi trường xung quanh.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

205

Cảm biến môi trường

• Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất: Giám sát điều kiện môi trường làm việc.
• Cảm biến khí gas: Ứng dụng trong robot làm việc ở môi trường nguy hiểm.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

206

Kết nối cảm biến với Robot

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

207

Kết nối cảm biến với Robot

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

208

Kết nối cảm biến với Robot

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

209

Bộ chấp hành trong robot

Chấp hành là các cơ cấu thực hiện chuyển động hoặc tác động lực, bao gồm:

​

a. Động cơ điện

b. Hệ thống thủy lực và khí nén

c. Cơ cấu truyền động

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

210

Động cơ điện

• Động cơ Servo: Độ chính xác cao, phản hồi vị trí tức thời.
• Động cơ bước (Stepper Motor): Điều khiển theo xung, chính xác nhưng không có phản hồi.
• Động cơ BLDC (Brushless DC Motor): Hiệu suất cao, ít bảo trì, dùng nhiều trong robot di động.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

211

• Động cơ Servo: Độ chính xác cao, phản hồi vị trí tức thời.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

212

Động cơ servo kết nối với PLC

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

213

Động cơ servo kết nối với Vi điều khiển (Raspberry, Arduino, 8051…)

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

214

Động cơ BLDC (Brushless DC Motor): Hiệu suất cao, ít bảo trì, dùng nhiều trong robot di động.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

215

Sơ đồ điều khiển Động cơ BLDC (Brushless DC Motor)

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

216

Một robot sử dụng động cơ Servo có mô-men xoắn 5 Nm, tỷ số truyền 1:10, tải trọng robot 10 kg, cánh tay dài 0.5m. Hãy kiểm tra xem động cơ có đủ công suất không?

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

217

• Mô-men xoắn cần thiết:

T=F×r

• Lực tải trọng:

F=m×g=10×9.81=10×9.81=98.1N

• Mô-men cần có:

T=98.1×0.5=49.05 Nm

• Sau khi giảm tốc 1:10, mô-men thực tế:

Tservo=49.05/10 = 4.9Nm

→ Động cơ 5Nm có thể đáp ứng! ✅

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

218

Hệ thống thủy lực và khí nén

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

219

Hệ thống thủy lực và khí nén

• Xi lanh thủy lực: Cung cấp lực lớn, dùng trong robot công nghiệp cỡ lớn.
• Xi lanh khí nén: Gọn nhẹ, thường dùng trong robot lắp ráp nhanh..
• 🔹 Hệ thống thủy lực/khí nén của robot bao gồm:
• ✔ Xi lanh thủy lực (Hydraulic Cylinder)
• ✔ Bơm thủy lực (Hydraulic Pump)
• ✔ Van điều khiển (Directional Control Valve)
• ✔ Bộ nguồn thủy lực (Hydraulic Power Unit)
• ✔ Cảm biến vị trí & áp suất

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

220

Xi lanh thủy lực:

✅ Dùng xi lanh thủy lực để thực hiện thao tác bấm, dập, ép trong nhà máy sản xuất.�✅ Ứng dụng trong robot hàn, robot sơn, robot gia công cơ khí.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

221

Khí nén

📌 Ưu điểm:�✅ Tốc độ nhanh, phản hồi tốt.�✅ Hệ thống đơn giản, dễ bảo trì.�✅ Không tạo ra tia lửa điện – phù hợp trong môi trường dễ cháy.

📌 Nhược điểm:�❌ Lực không mạnh bằng thủy lực.�❌ Khó điều khiển chính xác vị trí so với động cơ điện hoặc thủy lực.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

222

Bài tập 1

Thiết kế sơ đồ mạch khí nén để điều khiển một xilanh khí nén dùng trong cánh tay robot gắp-hàng. Sử dụng van 5/2, thiết kế mạch khí nén điều khiển xilanh kéo ra và thu về bằng 2 nút nhấn điện từ.

• Thiết bị cần dùng:
• Xilanh khí nén 2 chiều, Van đảo chiều 5/2, Van tiết lưu, Bộ lọc khí, nguồn cấp khí

🔹 Mô tả hoạt động:

• Nhấn nút Start → Van 5/2 mở → Khí nén cấp vào xilanh → Tay robot duỗi ra.
• Nhấn nút Stop → Van đảo chiều → Tay robot thu về.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

223

Bài tập 2

• Một robot gắp sản phẩm sử dụng xilanh khí nén 2 chiều với đường kính piston 50 mm. Áp suất khí cung cấp là 6 bar. Hãy tính lực đẩy của xilanh khi tiến ra.
• Nếu khối lượng vật cần gắp là 10 kg, hệ số ma sát là 0.2, lực đẩy có đủ không?

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

224

Bài tập 2

Công thức tính lực xilanh:

F=P×A

​

​

​

🔹 So sánh với tải trọng:

• Trọng lượng vật: Ft=10×9.81=98.1=10×9.81=98.1 N
• Lực ma sát: Fm=0.2×98.1=19.62 N
• Tổng lực cần có: Ft+Fm=117.72 N� → Xilanh đủ lực để gắp vật. ✅

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

225

Bài tập 3

• Một robot gắp sản phẩm sử dụng xilanh khí nén 2 chiều với đường kính piston 60 mm. Áp suất khí cung cấp là 5 bar. Hãy tính lực đẩy của xilanh khi tiến ra.
• Tính khối lượng tối đa của vật để tay máy Robot nâng lên được, hệ số ma sát là 0.4, lực đẩy có đủ không?

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

226

Cơ cấu truyền động

• Truyền động bánh răng: Ổn định, phổ biến trong robot cánh tay.
• Truyền động đai (Belt Drive): Dùng trong robot Cartesian, SCARA.
• Truyền động vít me – đai ốc: Chính xác cao, dùng trong robot CNC.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

227

Truyền động bánh răng:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

228

Truyền động bánh răng:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

229

Truyền động vít me – đai ốc

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

230

Công thức tính toán vít me - đai ốc

🔹 Bước vít (p): Khoảng cách di chuyển của đai ốc sau một vòng quay. v=n×p

• v : Tốc độ di chuyển (mm/s).
• n : Tốc độ quay của vít me (vòng/phút).
• p : Bước ren của vít me (mm).

Lực đẩy của vít me (F):

​

​

​

​

• η : Hiệu suất truyền động.
• T : Mô-men xoắn của động cơ (N.m).

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

231

Ví dụ: Một hệ thống vít me có bước ren 5 mm, motor quay 1000 vòng/phút, mô-men xoắn 2 N.m, hiệu suất 90%.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

232

Bài tập 1: Một hệ thống vít me - đai ốc có thông số như sau:

• Bước vít p = 10 mm.
• Động cơ quay n = 1500 vòng/phút.
• Mô-men xoắn động cơ T = 3 N.m.
• Hiệu suất hệ thống 85%.

📌 Yêu cầu:

1. Tính tốc độ di chuyển của đai ốc theo mm/s.
2. Tính lực đẩy tối đa mà hệ thống có thể tạo ra.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

233

Bài tập 2: Một hệ thống vít me - đai ốc dùng để di chuyển tải trọng 150 kg theo phương ngang với tốc độ 200 mm/s. Thông số hệ thống như sau:

• Hiệu suất hệ thống η=85% .
• Bước vít p=5mm.

📌 Yêu cầu:

1. Tính lực đẩy cần thiết của vít me.
2. Tính công suất động cơ tối thiểu cần dùng.

​

​

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 11

​

Bài tập có lời giải mục 11

11. Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)

234

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

235

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

236

Động cơ điện một chiều

+ Stato cố định với các cuộn dây có dòng điện cảm hoặc dùng nam châm vĩnh cửu. Phần này còn được gọi là phần cảm. Phần cảm tạo nên từ thông trong khe hở không khí.

+ Roto với các thanh dẫn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua và với dòng từ thông xác định, roto sẽ quay. Phần này gọi là phần ứng.

Động cơ kích từ nối tiếp, Động cơ kích từ song song, Động cơ kích từ hỗn hợp

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

237

Động cơ điện một chiều

Các thông số chủ yếu quyết định tính năng làm việc của động cơ điện một chiều là :

U : Điện áp cung cấp cho phần ứng;

I : Cường độ dòng điện của phần ứng;

r : Điện trở trong của phần ứng;

Φ: Từ thông;

E : Sức phản điện động phần ứng.

Các quan hệ cơ bản của động cơ điện một chiều là :

E = U - rI = knΦ

k là hệ số phụ thuộc vào đặc tính của dây quấn và số thanh dẫn của phần ứng.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

238

Động cơ điện một chiều

Số vòng quay của động cơ điện một chiều

Mômen động C xác định từ phương trình cân bằng công suất :

EI = 2πnC => C=2kΦI/ π

Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách: Thay đổi từ thông Φ thông qua việc điều chỉnh điện áp dòng kích từ. Trong trường hợp giữ nguyên điện áp phần ứng U, tăng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, thì công suất không đổi còn momen giảm theo tốc độ. Điều chỉnh điện áp phần ứng. Trong trường hợp từ thông không đổi, khi tăng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức thì mômen sẽ không đổi, còn công suất tăng theo tốc độ.

Muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều cần thay đổi hoặc chiều của từ thông hoặc thay đổi chiều dòng điện phần ứng.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

239

Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

240

Mạch điều khiển động cơ điện một chiều

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

241

Tính toán động cơ điện một chiều

Căn cứ theo lực F đã tính ở phương trình Langrage

Chọn:

Công suất động cơ

P [w] = M.ω

Điện áp

P [w] = U.I

Mô men động cơ M hoặc T

M [Nm] = F.R = P/(2pi/60)

Tốc độ động có n [vòng/phút], ω [rad/s]

Mạch điều khiển điện áp, có dòng tải đáp ứng đủ tải

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

242

Ví dụ: Chọn thông số động cơ DC để nâng cánh tay Robot 1 bậc mang khối lượng (m cánh táy 1kg + M vật cần mang 7 kg)

d=0,5m

Tính: P, n, U, I….

​

trọng lực F=mg = (1+7).9,81 = 78,48N

Mô men M= F.R = F.d= 78,48.0,5 = 39,24 Nm

Chọn động cơ DC có tốc độ n = 200 vòng /phút

Vận tốc góc ω = n/9,55 = 20,9 rad/s

P = M.ω = 39,24.20,9 = 821,78 W

Cho hộp số truyền i = 60:1 tốc độ cách tay Robot 200:60 = 3,33 v/p

Momen tải Mt= M.i = 39,24.60 = 2.354Nm

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

243

Ví dụ: Chọn thông số động cơ DC để nâng cánh tay Robot dài 0,8m, mang khối lượng 10kg kể cả khối lượng cánh tay. Cánh tay chuyển động tịnh tiến sau hộp số là 2mm/s. Hộp số có tỷ số truyền chậm 50:1. Biết vitme có bước ren 1mm/vòng. Động cơ chạy 200VDC

• Tính tốc độ động cơ
• Tính momen của động cơ
• Tính dòng điện động cơ

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

244

Cấu tạo động cơ BLDC

Một động cơ BLDC có 3 thành phần chính:

🔹 Stator (Phần tĩnh)

• Gồm cuộn dây quấn (thường có 3 pha).
• Được cấp điện theo trình tự để tạo từ trường xoay.

🔹 Rotor (Phần quay)

• Gắn nam châm vĩnh cửu (2 cực hoặc nhiều cực).
• Quay theo từ trường do stator tạo ra.

🔹 Bộ điều khiển (Driver)

• Điều khiển dòng điện vào các cuộn dây theo thứ tự chính xác.
• Có thể dùng cảm biến Hall hoặc điều khiển sensorless.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

245

Cấu tạo động cơ BLDC

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

246

Ứng dụng của động cơ BLDC trong robot công nghiệp

• Hệ thống cánh tay robot: Điều khiển chính xác vị trí và mô-men xoắn.
• Xe tự hành (AGV, AMR): BLDC giúp xe chạy êm và tiết kiệm năng lượng.
• Máy in 3D, CNC: Điều khiển trục X-Y-Z với độ chính xác cao.
• Drone & UAV: BLDC giúp cánh quạt quay mượt, giảm tiêu hao pin.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

247

Tính toán động cơ BLDC trong robot công nghiệp

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

248

Tính toán động cơ BLDC trong robot công nghiệp

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

249

Tính công suất và mô-men động cơ

Một động cơ BLDC có thông số:

• Điện áp cấp: 48V.
• Dòng điện tiêu thụ: 10A.
• Tốc độ quay: 3000RPM.
• Hằng số mô-men Kt=0.12.

📌 Yêu cầu:

1. Tính công suất đầu ra của động cơ.
2. Tính mô-men xoắn mà động cơ tạo ra.
3. Nếu hiệu suất hệ thống là 85%, công suất điện thực tế cấp vào là bao nhiêu?

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

250

Động cơ bước:

Nếu cấp điện cho cuộn dây αα' thì roto sẽ dừng ở vị trí mà dòng từ qua cuộn dây là lớn nhất. Nếu cấp điện cho cuộn dây ββ' thì roto sẽ quay đi ±90⁰ (Phụ thuộc chiều dòng điện cấp vào). Khi đồng thời cấp điện cho cả 2 cuộn dây α và β thì roto sẽ dừng ở vị trí giữa 0⁰

và 90⁰, và nếu dòng điện vào 2 cuộn dây hoàn toàn như nhau thì roto sẽ dừng ở vị trí 45⁰ .

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

251

Động cơ bước:

+ Số xung cấp cho động cơ lần lượt ở các chân A, B, C, D và COM quyết định góc bước (nhỏ 1,8 độ - 90 độ)

+ Tần số số xung quyết định tốc độ động cơ bước

Xung được lập trình từ MCU, CPU bộ điều khiển trung tâm

Động cơ bước gắn tại các khớp hoặc truyền động đai, vít me…

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

252

Động cơ bước:

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước trong robot

✅ Ưu điểm:� ✔ Điều khiển vị trí chính xác mà không cần cảm biến phản hồi.� ✔ Đáp ứng nhanh với tín hiệu điều khiển.� ✔ Giữ vị trí mà không cần cấp tín hiệu liên tục.� ✔ Cấu trúc đơn giản, dễ điều khiển bằng xung điện.

❌ Nhược điểm:� ✖ Hiệu suất thấp hơn động cơ BLDC do tổn hao nhiệt lớn.� ✖ Không thích hợp cho ứng dụng cần mô-men xoắn lớn.� ✖ Nếu mất bước, vị trí robot có thể bị sai lệch.

.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

253

Động cơ bước:

Góc quay: Động cơ bước quay một góc xác định ứng với mỗi xung kích thích. Góc bước θ càng nhỏ thì độ phân giải vị trí càng cao. Số bước s là một thông số quan trọng.

​

Tốc độ quay và tần số xung :

Tốc độ quay của động cơ bước:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

254

4.2. Động cơ bước:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

255

Động cơ bước:

Ví dụ: Tính số xung cần cung cấp cho mạch driver để động cơ bước quay góc 10 độ trong thời gian 500ms. Biết rằng động cơ có θ = 1,8 độ

s= 360/1,8 = 200 bước/ vòng quay

​

để quay 10 độ thì Số bước là 10*200/360 = 6 bước

​

Xung tạo trực tiếp ra là xung âm trên cuộn dây A B C D (COM +)

0111 delay 1011 delay 1101 delay 1110 delay 0111 delay 1011 delay 1101. 500ms delay = 100ms

Xung tạo gián tiếp qua Driver (tỷ số 1:1) Dir =0 (hướng +) Pulse = 6 xung. f =10Hz

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

256

Đề bài:� Một động cơ bước có các thông số sau:

• Góc bước: 1.8°/bước
• Dòng điện pha: 2A
• Điện áp cung cấp: 24V
• Hằng số mô-men Kt=0.3 Nm/A

Yêu cầu:

1. Tính số bước cần thiết để quay 90°.
2. Tính mô-men xoắn mà động cơ có thể tạo ra.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

257

Bài giải

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

258

Bài giải

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

259

Bài tập về nhà:

Cho động cơ bước có θ = 20 độ, xác định số Xung và thời gian phát đủ số xung trên cần cung cấp cho Động cơ quay 15 vòng, trong thời gian 5s

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

260

Động cơ servo

Động cơ Servo bắt buộc sử dụng Driver

• Số lượng xung quyết định góc quay
• Tần số xung quyết định tốc độ

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

261

• Phân loại động cơ servo trong robot

1️⃣ Servo DC: Dùng trong robot mini, cánh tay robot nhỏ.� 2️⃣ Servo AC: Dùng trong robot công nghiệp, tải nặng, tốc độ cao.� 3️⃣ Servo tuyến tính: Dùng trong hệ thống robot yêu cầu di chuyển thẳng chính xác.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

262

Động cơ servo

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

263

Đề bài:� Một động cơ servo AC được sử dụng để điều khiển khớp của cánh tay robot. Các thông số như sau:

• Công suất động cơ: 750W
• Tốc độ quay: 3000 vòng/phút (RPM)

Yêu cầu:

1. Tính mô-men xoắn cực đại mà động cơ có thể tạo ra.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

264

Công thức tính mô-men xoắn từ công suất và tốc độ góc:

​

​

​

Tính tốc độ góc ω (rad/s):

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

265

Tính mô-men xoắn T:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

266

• Ví dụ: Tính số xung cần cung cấp cho Driver để Con chạy trượt qua vitme 200mm trong vòng 1 phút. Biết vítme có bước ren 1mm/vòng, Driver có tỷ số 2000 xung/vòng.

​

Cần chuyển động 200mm quay 200 vòng

Số xung cần cung cấp là 2000x200 = 400.000 xung trong vòng 1 phút

vậy 1 giây cấp 400.000/60 = 6.667 xung/s = 6,7kHz

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

267

• Ví dụ: Tính số xung cần cung cấp cho Driver để Con chạy trượt qua vitme 100mm trong vòng 2 phút. Biết vítme có bước ren 0,5mm/vòng, Driver có tỷ số 1000 xung/vòng.

​

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

268

Câu 3: 3đ

​

Cho hệ robot có 2 khớp. Khớp 1 chuyển động quay sử dụng động cơ bước. Khớp 2 chuyển động tịnh tiến với động cơ Servo. Vitme có tỷ số truyền 2mm/vòng, cả 2 Driver có tỷ số 500 xung/vòng quay.

• Tính vòng quay của khớp 1 nếu cấp cho Driver 1 là 1200 xung trong 5s. Tính góc quay
• Tính chiều dài trượt cửa khớp 2 nếu cấp cho Driver 2 là 3000 xung trong 30s.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

269

Truyền dẫn động khí nén :

Dùng khí nén trong hệ truyền động robot nhiều thuận lợi như : Do các phân xưởng công nghiệp thường có mạng lưới khí nén chung, nên đơn giản hoá được phần thiết bị nguồn động lực cho robot. Hệ truyền dẫn khí nén tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ đảo chiều, ... Tuy nhiên hệ truyền dẫn khí nén cũng có nhiều nhược điểm như: do tính nén được của chất khí nên chuyển động thường kèm theo dao động, dừng không chính xác, ngoài ra còn cần trang bị thêm các thiết bị phun dầu bôi trơn, lọc bụi, giảm tiếng ồn

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

270

Truyền dẫn động khí nén:

Truyền động khí nén trong robot thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu tốc độ cao, lực trung bình và tính linh hoạt, như:

✅ Cánh tay robot lắp ráp, gắp đặt linh kiện.

✅ Robot di chuyển nhẹ, robot hàn, đóng gói.

✅ Robot y tế, robot hỗ trợ phục hồi chức năng.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

271

Đề bài:� Một robot sử dụng xi lanh khí nén để gắp sản phẩm. Thông số của xi lanh:

• Đường kính piston: 50 mm
• Áp suất khí nén: 6 bar (0.6 MPa)

🔹 Yêu cầu:� Tính lực mà xi lanh có thể tạo ra.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

272

Đề bài:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

273

Truyền dẫn động thuỷ lực

Hệ truyền dẫn thuỷ lực có những ưu điểm như : Tải trọng lớn, quán tính bé, dễ thay đổi chuyển động, dễ điều khiển tự động.

Tuy nhiên chúng cũng có những nhược điểm như : Hệ thuỷ lực luôn đòi hỏi bộ nguồn, bao gồm thùng dầu, bơm thuỷ lực, thiết bị lọc, bình tích dầu, các loại van điều chỉnh, đường ống ... làm hệ truyền động cho robot khá cồng kềnh so với truyền động khí nén và truyền động điện

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

274

Truyền dẫn động thuỷ lực

rong robot, truyền động thủy lực thường được sử dụng cho các hệ thống yêu cầu lực lớn, tốc độ cao, độ bền cao, chẳng hạn như:

✅ Robot công nghiệp tải nặng (hàn, dập khuôn, ép thủy lực).

✅ Robot cứu hộ, quân sự (di chuyển trên địa hình phức tạp).

✅ Robot khai thác, xây dựng (máy xúc, cần cẩu, xe tự hành).

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

275

Truyền dẫn động thuỷ lực

Đề bài:� Một cánh tay robot sử dụng xi lanh thủy lực để nâng vật. Thông số của xi lanh:

Đường kính piston: 80 mm

Áp suất dầu: 10 MPa

🔹 Yêu cầu:� Tính lực mà xi lanh có thể tạo ra.

Lời giải:

Công thức tính lực:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

276

Truyền dẫn động thuỷ lực

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

277

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

12. Truyền động Robot (2 tiết)

278

Bài tập: Một cánh tay robot sử dụng xi lanh thủy lực hoặc khí nén để nâng/hút vật. Đường kính piston: 20 cm, ap suất dầu/khí: 5 bar Pa.

Tính lực mà xi lanh có thể tạo ra.

Công thức tính lực:

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 12

​

Bài tập có lời giải mục 12

12. Truyền động Robot (2 tiết)

279

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

280

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

281

Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của việc điều khiển robot là bảo đảm cho điểm tác động cuối E (End-effector) của tay máy dịch chuyển bám theo một quỹ đạo định trước. Không những thế, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối còn phải đảm bảo hướng trong quá trình di chuyển. Giải bài toán ngược phương trình động học ta có thể giải quyết về mặt động học yêu cầu trên. Đó cũng là nội dung cơ bản để xây dựng chương trình điều khiển vị trí cho robot. Tuy nhiên việc giải bài toán nầy chưa xét tới điều kiện thực tế khi robot làm việc, như là các tác động của momen lực, ma sát... Tuỳ theo yêu cầu nâng

cao chất lượng điều khiển (độ chính xác) mà ta cần tính đến ảnh hưởng của các yếu tố trên, và theo đó, phương pháp điều khiển cũng trở nên đa dạng và phong phú hơn.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

282

Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE : Propotional Error):

Nguyên tắc đó là làm cho hệ thống thay đổi theo chiều huớng có sai lệch nhỏ nhất. Hàm sai lệch có thể là ε = θ_d – θ(t).

ở đây θ_d là góc quay mong muốn và

θ(t) là giá trị quay thực tế của biến khớp,

ta sẽ gọi θ_d là "góc đặt". Khi ε = 0 thì khớp đạt được vị trí mong muốn.

Nếu e < 0, thì khớp đã di chuyển quá mức và cần chuyển động ngược lại. Như vậy, kiểu điều khiển chuyển động nầy là luôn có chiều hướng làm cho sai lệch ε xấp xỉ zero.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

283

Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE : Propotional Error):

Bên cạnh đó, chúng ta cũng cần quan tâm đến phần độ lớn, nghĩa là,

chúng ta không những cần biết "làm cho động cơ chuyển động bằng cách nào?" mà còn cần biết "cần cung cấp cho động cơ một năng lượng (mômen động) là bao nhiêu?". Để trả lời câu hỏi này một lần nữa, chúng ta có thể dùng tín hiệu sai số ε = θ_d – θ(t). Chúng ta hãy áp dụng một tín hiệu điều khiển mà nó tỉ lệ với e:

F = K_p(θ_d - θ(t))

Qui luật này xác định một hệ điều khiển phản hồi và được gọi là hệ điều khiển tỉ lệ sai lệch

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

284

Điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD : Propotional Derivative):

Phương pháp điều khiển tỉ lệ sai lệch còn nhiều nhược điểm như: Hệ dao động lớn khi ma sát nhỏ (tình trạng vượt quá) và ở trạng thái tĩnh, khi ε -> 0 thì momen cũng gần bằng không, nên không giữ được vị trí dưới tác dụng của tải.

Để khắc phục điều trên, có thể chọn phương pháp điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD), với lực tổng quát:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

285

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

286

Bộ điều khiển PID điều chỉnh tín hiệu điều khiển u(t) dựa trên sai số e(t) giữa giá trị mong muốn (setpoint) và giá trị thực tế của hệ thống. Công thức điều khiển PID được mô tả như sau:

​

​

​

Kp​ (Proportional): Thành phần tỉ lệ, giúp giảm sai số nhanh chóng.

Ki (Integral): Thành phần tích phân, giúp loại bỏ sai số tĩnh.

Kd​ (Derivative): Thành phần vi phân, giúp làm giảm độ dao động và cải thiện độ ổn định.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

287

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Xét sơ đồ truyền động của động cơ điện một chiều với tín hiệu vào là điện áp U_a đặt vào phần ứng, tín hiệu ra là góc quay θ_m của trục động cơ; động cơ một chiều kiểu kích từ độc lập

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

288

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

289

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Từ phương trình momen ta có

​

​

​

​

Và

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

290

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

​

​

​

​

​

​

Đây là hàm truyền cần xác định, nó là tỉ số giữa tín hiệu ra (góc quay θ_m) và tín hiệu vào của hệ thống (điện áp U_a).

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

291

Hàm truyền động cơ

​

​

​

​

​

J – Mômen quán tính của hệ thống.

f – Hệ số cản nhớt của động cơ.

Ra​ – Điện trở phần ứng của động cơ.

La​ – Điện cảm phần ứng.

Ka​ – Hệ số mômen của động cơ.

Kb​ – Hệ số phản điện động.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

292

VD1: Một động cơ điện một chiều có các thông số sau:

• Điện trở phần ứng: Ra=2 Ω
• Điện cảm phần ứng: La=0.5 H
• Mômen quán tính: J=0.02 kg.m2
• Hệ số cản nhớt: f=0.01 Nm.s/rad
• Hệ số mômen: Ka=0.1 Nm/A
• Hệ số phản điện động: Kb=0.1 V.s/rad

Yêu cầu:

1. Xác định hàm truyền θm(s)/Ua(s)​.
2. Tính vận tốc góc ωm(s) nếu điện áp đầu vào là Ua(s)=10.

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

293

VD1: Xác định hàm truyền

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

294

VD1: Tính vận tốc góc

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

295

Bài tập: Xác định hàm truyền và Tính vận tốc góc khi Ua =15

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

296

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Trong thực tế, trục động cơ được nối với hộp giảm tốc rồi tới trục phụ tải như hình. Gọi n là tỉ số truyền, θ_L là góc quay của trục phụ tải, ta có

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

297

Ta có mối quan hệ giữa góc quay trục động cơ vàvận tốc góc: trục phụ tải

θm​ – Góc quay của trục động cơ (rad).

θL​ – Góc quay của trục phụ tải (rad).

n – Tỷ số truyền của hộp giảm tốc (số vòng quay trục động cơ trên một vòng quay trục phụ tải).

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

298

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Mômen trên trục động cơ bằng tổng momen cần để động cơ quay, cộng với mômen phụ tải quy về trục động cơ

​

​

​

​

​

​

​

Trong đó f_m và f_L là hệ số cản của động cơ và của phụ tải

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

299

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Theo định luật bảo tồn năng lượng, công do phụ tải sinh ra, tính trên trục phụ tải là M_L θ_L phải bằng công quy về trục động cơ M^*_L θ_m. Từ đó ta có

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

300

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

301

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

302

Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Vì hệ thống gồm có động cơ và phụ tải nên tín hiệu ra thực tế là góc quay của trục phụ tải θ_L, do đó hàm truyền chuyển động 1 bậc tự do của tay máy là

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

303

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

304

5.4. Hàm truyền chuyển động của mỗi khớp động

Trong công thức sau có thể bỏ qua thành phần điện cảm phần ứng L_a, vì nó thường quá nhỏ so với các nhân tố ảnh hưởng cơ khí khác.

​

​

​

Nên

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

305

Ví dụ: Viết lại dạng chuẩn của một hệ bậc hai:

Chọn phương pháp Ziegler-Nichols để tinh chỉnh PID

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

306

Chọn phương pháp Ziegler-Nichols để tinh chỉnh PID

Trong đó:

• Ku​ là biên độ dao động tới hạn khi hệ thống có dao động bền vững.
• Tu​ là chu kỳ dao động tới hạn.

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

307

Giả sử ta có các thông số:

• J=0.01 kg.m²
• Ra=2 Ω
• f=0.1 Nms/rad
• Ka=0.5 Nm/A
• Kb=0.5Vs/rad
• n=10

Tính toán hằng số thời gian:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

308

Tìm các thông số PID theo Ziegler-Nichols:

Giả sử Ku=50, Tu=0.2s, ta có:

​

​

​

​

Vậy bộ PID thu được:

​

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

309

Hàm truyền vòng hở của hệ thống

Hệ thống điều khiển có vòng phản hồi âm, nên hàm truyền vòng hở là:

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

310

Hàm truyền kín của hệ thống (hàm truyền tổng)

Hệ thống có phản hồi đơn vị, nên hàm truyền kín được xác định bởi công thức

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

311

Điều khiển vị trí mỗi khớp động

Trong đó K_v là hệ số phản hồi của sai số về vận tốc. Với phản hồi nêu trên, hệ thống trở thành khép kín và có hàm truyền như thể hiện trên sơ đồ khối. Đây là phương pháp điều khiển tỉ lệ - Đạo

hàm

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

312

Điều khiển vị trí mỗi khớp động

Biến đổi Laplace từ phương trình trên

Chương 4. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

313

Bài tập

Xây dựng hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều có hàm truyền Gđc = deta ra/ U vào = 100/(0,2s^2+ 0,5s+1) trên khâu của hộp số động cơ n = 1:40. Khâu phản hồi tỷ lệ 1:1

• Xây dựng hàm truyền tổng sau khi có hộp số
• Xác định bộ điều khiển PI Ku = 10, Tu =0,1,
• Tính hàm truyền kín của cả hệ thống sau khi có bộ điều khiển

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 13

​

Bài tập có lời giải mục 13

13. Điều khiển Robot (2 tiết)

314

ROBOT CÔNG NGHIỆP

• Giới thiệu về Robot công nghiệp (2 tiết)
• Hệ toạ độ và phép tịnh tiến (2 tiết)
• Các phép biến đổi quay (2 tiết)
• Xây dựng bản thông số DH (2 tiết)
• Thiết lập phương trình động học (2 tiết)
• Phương trình động học ngược (2 tiết)
• Bài tập và kiểm tra (2 tiết)
• Mô phỏng Easy - Rob (2 tiết)
• Các vấn đề cơ học (2 tiết)
• Quỹ đạo Robot (2 tiết)
• Cảm biến và chấp hành robot (2 tiết)
• Truyền động Robot (2 tiết)
• Điều khiển Robot (2 tiết)
• Lập trình Robot (2 tiết)
• Bài tập và ôn tập (2 tiết)

315

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

316

1. Lập trình trực tiếp (Teach Pendant)

Cách lập trình: Dùng bộ điều khiển cầm tay để dạy robot bằng cách di chuyển nó đến từng vị trí và ghi nhớ các điểm.�Ứng dụng: Dùng phổ biến trong các hệ thống robot công nghiệp như ABB, Fanuc, KUKA, Yaskawa.�Ưu điểm: Dễ học, không cần kỹ năng lập trình cao.�Nhược điểm: Tốn thời gian khi cần lập trình các chu trình phức tạp.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

317

2. Lập trình bằng ngôn ngữ chuyên biệt (KRL, RAPID, TP, MELFA, VAL3,...)

Các ngôn ngữ phổ biến:�KRL (KUKA Robot Language) – Dùng cho robot KUKA.�RAPID – Dùng cho robot ABB.�TP (Teach Pendant Programming) – Dùng cho robot Fanuc.�MELFA BASIC – Dùng cho robot Mitsubishi.�VAL3 – Dùng cho robot Stäubli.�Ứng dụng: Điều khiển robot thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như hàn, lắp ráp, gia công.�Ưu điểm: Tối ưu hóa cho từng loại robot, có nhiều lệnh chuyên dụng.�Nhược điểm: Cần học ngôn ngữ lập trình của từng hãng.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

318

3. Lập trình PLC để điều khiển robot

Dùng PLC của Siemens, Mitsubishi, Omron để điều khiển robot thông qua giao tiếp I/O hoặc mạng công nghiệp (PROFINET, EtherCAT, Modbus...).�Ứng dụng: Điều khiển cánh tay robot công nghiệp (SCARA, Delta, 6 bậc tự do) trong dây chuyền sản xuất.�Ngôn ngữ lập trình: Ladder (LAD), Structured Text (ST).�Ưu điểm: Phù hợp với hệ thống sản xuất tự động.�Nhược điểm: Cần hiểu về lập trình PLC và giao tiếp mạng công nghiệp.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

319

4. Lập trình robot bằng Python (ROS - Robot Operating System)

Sử dụng ROS (Robot Operating System) để lập trình và mô phỏng robot.

Các thư viện phổ biến: MoveIt!, ROS Control, OpenCV (xử lý ảnh).

Ứng dụng: Xe tự hành, cánh tay robot, robot di động AGV, robot AI.

Ưu điểm: Mở rộng dễ dàng, có thể kết hợp với AI, Machine Learning

Nhược điểm: Yêu cầu hiểu biết về Linux, ROS.

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

320

1. Arduino (C++/Embedded)
2. Python (ROS - Robot Operating System)
3. MATLAB (Mô phỏng & Điều khiển)
4. PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

321

Cấu trúc phần cứng: Arduino + Động cơ DC/Servo/Stepper

Điều khiển động cơ bằng PWM (Pulse Width Modulation)

Viết code điều khiển robot di chuyển tiến/lùi/quay trái/phải

Bài tập thực hành: Điều khiển robot di chuyển theo lệnh từ Serial Monitor

​

Arduino (C++/Embedded)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

322

Điều khiển động cơ DC bằng PWM

Yêu cầu: Viết chương trình điều khiển động cơ DC sử dụng Arduino UNO và mạch cầu H L298N để:

1. Động cơ quay thuận trong 3 giây
2. Động cơ dừng trong 2 giây
3. Động cơ quay ngược trong 3 giây
4. Lặp lại vòng lặp trên.

Giải pháp:

• Sử dụng PWM (analogWrite) để điều chỉnh tốc độ động cơ.
• Sử dụng digitalWrite để điều khiển chiều quay của động cơ.
• Sử dụng delay() để tạo khoảng thời gian.

Arduino (C++/Embedded)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

323

Code Arduino mẫu:

#define ENA 9 // Chân PWM điều chỉnh tốc độ động cơ

#define IN1 7 // Chân điều khiển hướng quay

#define IN2 8

void setup() {

pinMode(ENA, OUTPUT);

pinMode(IN1, OUTPUT);

pinMode(IN2, OUTPUT);

}

​

Arduino (C++/Embedded)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

324

void loop() {

// Quay thuận

digitalWrite(IN1, HIGH);

digitalWrite(IN2, LOW);

analogWrite(ENA, 150); // Tốc độ trung bình

delay(3000);

// Dừng động cơ

digitalWrite(IN1, LOW);

digitalWrite(IN2, LOW);

delay(2000);

Arduino (C++/Embedded)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

325

// Quay ngược

digitalWrite(IN1, LOW);

digitalWrite(IN2, HIGH);

analogWrite(ENA, 150);

delay(3000);

}

​

✅ Kết quả: Động cơ quay thuận 3 giây → Dừng 2 giây → Quay ngược 3 giây → Lặp lại.

​

Arduino (C++/Embedded)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

326

Hướng dẫn cài đặt ROS (Ubuntu/WSL2)

Code Python điều khiển robot trên ROS

Mô phỏng robot với Gazebo/RViz

Bài tập thực hành có lời giải

Python (ROS - Robot Operating System)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

327

Xây dựng mô hình xe tự hành trong ROS

• Mô phỏng với Gazebo: Dùng plugin cho bánh xe và cảm biến
• Điều khiển cơ bản: Xuất lệnh vận tốc qua /cmd_vel
• Nhận diện vật cản: Sử dụng cảm biến LiDAR hoặc camera

Python (ROS - Robot Operating System)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

328

Viết mã điều khiển AGV bằng Python

🔹 Bước 1: Điều khiển chuyển động cơ bản

move_agv.py – Điều khiển xe AGV tiến thẳng

import rclpy

from rclpy.node import Node

from geometry_msgs.msg import Twist

class AGVController(Node):

def __init__(self):

super().__init__('agv_controller')

self.publisher = self.create_publisher(Twist, '/cmd_vel', 10)

self.timer = self.create_timer(0.1, self.move_forward)

(Chương trình tiếp)

Python (ROS - Robot Operating System)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

329

Viết mã điều khiển AGV bằng Python

🔹 Bước 2: Tránh vật cản với LiDAR

obstacle_avoidance.py – Tránh vật cản dựa trên cảm biến LiDAR

import rclpy

from rclpy.node import Node

from sensor_msgs.msg import LaserScan

from geometry_msgs.msg import Twist

(Chương trình tiếp)

Python (ROS - Robot Operating System)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

330

Kết nối và Giao tiếp PLC với Robot

• Siemens S7-1200/1500 (TIA Portal) → Giao tiếp qua PROFINET
• Mitsubishi FX/Q/L Series (GX Works, MELSOFT) → Giao tiếp qua Ethernet/IP, MODBUS, CC-Link
• KUKA, FANUC, ABB, UR → Kết nối PLC để gửi lệnh di chuyển, điều khiển tay gắp

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

331

Ví dụ:

PLC Siemens (S7-1200/1500) gửi tọa độ (X, Y, Z) đến robot SCARA qua PROFINET.

Robot nhận lệnh và di chuyển đến vị trí chỉ định.

PLC kiểm tra trạng thái robot trước khi gửi lệnh tiếp theo.

Giao tiếp:

• PLC ↔ Robot: PROFINET
• PLC ↔ Cảm biến: Digital Input
• PLC ↔ HMI: Ethernet

​

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

332

Code Ladder Logic (LAD)

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

333

Viết chương trình trong KUKA KRL

Tạo chương trình KRL (KUKA Robot Language) để nhận tín hiệu từ PLC và di chuyển:

DEF move_to_position()

SIGNAL StartMove $IN[1] ; Nhận tín hiệu từ PLC

SIGNAL OpenGripper $IN[2]

SIGNAL CloseGripper $IN[3]

; Nếu nhận được tín hiệu StartMove, robot di chuyển

IF StartMove == TRUE THEN

PTP {X 500, Y 0, Z 400, A 0, B 0, C 0}

ENDIF

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

334

; Nếu nhận được tín hiệu StartMove, robot di chuyển

IF StartMove == TRUE THEN

PTP {X 500, Y 0, Z 400, A 0, B 0, C 0}

ENDIF

; Nếu nhận tín hiệu OpenGripper

IF OpenGripper == TRUE THEN

; Mở kẹp

ENDIF

; Nếu nhận tín hiệu CloseGripper

IF CloseGripper == TRUE THEN ; Đóng kẹp

ENDIF

END

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

ROBOT CÔNG NGHIỆP

14. Lập trình Robot (2 tiết)

335

Code Ladder Logic (LAD)

PLC (Siemens, Mitsubishi,... nếu dùng cho robot công nghiệp)

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Câu hỏi tương tác mục 14

​

Bài tập có lời giải mục 14

14. Lập trình Robot (2 tiết)

336

ROBOT CÔNG NGHIỆP

15. Ôn tập (2 tiết)

337

THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

338

Câu 1 3đ

(1đ): Nêu các ma trận quay quanh trục X, Y, Z

• Nêu các ma trận tịnh tiến trục X, Y, Z
• (1đ) Áp dụng Rot(y, 45o), Trans(0,0,6)

Câu B: (1đ) Phép quay Euler hoặc Roll Pitch

Câu 2: Chọn hệ tọa độ RRRT (4đ)

• Lập bảng thông số DH
• Tính Ai, T
• Giải hệ với phép quay Euler
• Giải hệ với phép quay Roll Pitch

Câu 3: 3đ

Cho hệ robot có 2 khớp. Khớp 1 chuyển động quay sử dụng động cơ bước. Khớp 2 chuyển động tịnh tiến với động cơ Servo. Có các thông số…. Vitme có tỷ số truyền 2mm/vòng, cả 2 Driver có tỷ số 500 xung/vòng quay.

• Tính góc quay của khớp 1 nếu cấp cho Driver 1 là 2000 xung trong 5s.
• Tính chiều dài trượt của khớp 2 nếu cấp cho Driver 2 là 3000 xung trong 30s.
• Xây dựng sơ đồ điều khiển vị trí cho cánh tay, sử dụng bộ diều khiển PI có hàm truyền GPI = 10/(0,5s+1), tính hàm truyền kín của cả hệ thống.

THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

1. Cánh tay robot mini (3 bài)
2. Robot tự hành (4 bài)
3. Robot công nghiệp (3 Bài)

339

Thank you

For your attention

340