Đề tài thiết kế Động học robot công nghiệp dạng chuỗi sử dụng abb irb 1200 50 9 làm nhiệm vụ di chuyển theo quỹ Đạo

Robot công nghiệp có cấu trúc động học nối tiếp, mặc dù đã được nghiêncứu và phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn còn nhiều khía cạnh phức tạp và đadạng trong tính toán và ứng dụng.. Trong số c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Thế Vinh

Thái Nguyên 2025

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Quang Huy Mã số sinh viên :K215520114456

Lớp: K57CDT.03

Ngành: Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Ngày giao đề……… Ngày hoàn thành ………

1 Tên đề tài: Thiết kế động học robot công nghiệp dạng chuỗi sử dụng ABB

IRB 1200 5/0.9 làm nhiệm vụ di chuyển theo quỹ đạo

2 Nội dung thuyết minh

1 Tổng quan.

2 Động học tay máy.

- Bài toán động học thuận, bài toán động học ngược

- Nội suy quỹ đạo chuyển động

3 Chuyên đề.

3 Yêu cầu về sản phẩm gắn với đề tài

1 01 quyển thuyết minh (đúng định dạng, bìa giấy xanh).

2 File word thuyết minh, file excel (solver), video…

3 Bản vẽ (file CAD, bản vẽ giấy)

TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký và ghi rõ họ tên)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tiến trình thông qua đồ án:

Thái Nguyên, ngày tháng năm 20

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

Thái Nguyên, ngày tháng năm 20

GIÁO VIÊN CHẤM 1

(Ký ghi rõ họ tên)

GIÁO VIÊN CHẤM 2

(Ký ghi rõ họ tên)

‘

MỤC LỤC

CHƯƠNG 01 TỔNG QUAN 8

1.1 Mục tiêu và phạm vi đồ án 8

1.1.1.Mục tiêu của đồ án

1.1.2 Phạm vi của đồ án

1.2 Tổng quan về Robot công nghiệp 5

1.2.1.Lịch sử phát triển

1.2.2.Cấu trúc chung của một Robot công nghiệp

1.2.3.Phân loại Robot công nghiệp

1.2.4.Ứng dụng của Robot công nghiệp trong đời sống và sản xuất

1.2.5.Mô tả nhiệm vụ đặt ra

1.2.6 Đánh giá khả năng đáp ứng được yêu của robot đã chọn

1.3.Tổng quan về robot IRB1200-5/0.9

1.4.Thông số kĩ thuật robot IRB 1200-5/0.9

1.4.1 Đặc điểm chính robot IRB 1200-5/0.9

1.4.2 Không gian làm việc robot IRB 1200-5/0.9

1.5 Các bài toán động học Robot IRB 1200-5/0.9

1.6.Các công cụ được sử dụng

1.7 Tổng kết

CHƯƠNG 02 ĐỘNG HỌC ROBOT 9

2.1 Phương trình vòng vecto 9

2.2 Phân tích động học 9

2.2.1.Mô hình động học robot IRB1200-5/0.9

2.2.2.Xây dựng phương trình động học cho robot IRB 1200-5/0.9

2.2.3 Bài toán động học ngược

2.3 Kết luận 22

CHƯƠNG 03 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHO ROBOT 23

3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp 23

3.2 Cơ sở nội suy quỹ đạo trong không gian khớp 27

3.3 Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp 27

3.3.1 Tính k và kc cho biến khớp

3.3.2 Dùng plot trong matlab để vẽ đồ thị

3.4 Mô phỏng chuyển động 40

KẾT LUẬN ĐỒ ÁN 44

1 Khái quát lại nội dung đồ án 44

2 Những thứ đã học được 44

3. Ưu - nhược điểm 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo của cánh tay robot

công nghiệp

Trang 11

Hình 1.2 Cánh tay robot trong sản

xuất – chế tạo ô tô

DANH MỤC BẢNG

Hình 1.6 Bảng thông số kĩ thuật Trang 15

Hình 1.8 Các loại bài toán chuyển động Trang 17

Hình 1.9 Các công cụ được sử dụng Trang 17

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại hiện đại, sự phổ biến của robot đã lan rộng sang hầu hếtcác lĩnh vực, từ sản xuất, công nghiệp đến công nghệ cao như vũ trụ, hàngkhông và giao thông vận tải Các quốc gia phát triển đang chứng kiến sự xuấthiện của xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động linh hoạt trongsản xuất, và xu hướng này đang đạt được nhiều thành tựu đáng kể Do đó,việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển các hệ thống sản xuất tự động linhhoạt, đặc biệt là các loại robot, trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết

Robot công nghiệp có cấu trúc động học nối tiếp, mặc dù đã được nghiêncứu và phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn còn nhiều khía cạnh phức tạp và đadạng trong tính toán và ứng dụng Trong số các loại robot này, robot ABBIRB1200 5/0.9 là một trong những loại robot hoạt động rất đơn giản nhưng lạiphù hợp với các dây chuyền và ứng dụng hữu hiệu trong các nhiệm vụ đặt vànhặt sản phầm, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất và côngnghiệp

Đồ án này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu về loại robot này, bao gồmcác khía cạnh về động học, động lực học, miền làm việc cũng như việc môphỏng và lập trình sử dụng các phần mềm hỗ trợ

Thái Nguyên, ngàytháng năm 2025

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Mục tiêu và phạm vi của đồ án

1.1.1 Mục tiêu của đồ án

Tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về robot công nghiệp:

Nắm bắt được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại robot công nghiệp.Hiểu được vai trò và ứng dụng của robot trong các dây chuyền sản xuất tựđộng

Phân tích và xác định thông số kỹ thuật của robot công nghiệp:

Xác định các tham số động học và hình học của robot

Phân tích chuyển động thuận – nghịch của robot

Xây dựng mô hình mô phỏng robot:

Thiết kế mô hình 3D robot trên phần mềm CAD (như SolidWorks)

Mô phỏng robot trong môi trường phần mềm chuyên dụng (RobotStudio hoặctương đương)

Thực hiện mô phỏng chuyển động robot theo quỹ đạo yêu cầu:

Xây dựng chương trình điều khiển cơ bản

Kiểm tra và đánh giá chuyển động của robot theo các lệnh nội suy

Đề xuất ứng dụng và khả năng triển khai thực tế:

Phân tích hiệu quả hoạt động của robot

Đề xuất hướng cải tiến hoặc ứng dụng vào sản xuất công nghiệp

1.1.2 Phạm vi của đồ án

Đối tượng nghiên cứu:

Robot công nghiệp 6 bậc tự do, cụ thể là robot ABB IRB 1200

Các bài toán động học thuận, động học ngược và mô phỏng chuyển động Nội dung thực hiện trong phạm vi đồ án:

Tìm hiểu lý thuyết về robot công nghiệp: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phânloại

Xác định thông số hình học, các tham số Denavit-Hartenberg (D-H)

Phân tích động học thuận và động học ngược

Thiết kế mô hình robot bằng phần mềm CAD (SolidWorks)

Mô phỏng chuyển động robot trên RobotStudio hoặc phần mềm tương tự.Thực hiện mô phỏng robot di chuyển theo quỹ đạo định trước

1.2 Tổng quan về Robot công nghiệp

1.2.1 Lịch sử phát triển

Nhìn ngược dòng thời gian chúng ta có thể nhận thấy rằng từ “Robot” đã xuấthiện từ khá lâu Năm 1921 nhà viết kịch Karelcapek người Séc đã viết một vởkịch với tựa đề R.U.R (Rossums Universal Robot) mô tả về một cuộc nổi loạncủa những cỗ máy phục dịch Từ “Robot” ở đây có nghĩa là những máy mócbiết làm việc như con người Có lẽ đó cũng là một gợi ý cho những nhà sángchế kỹ thuật thực hiện các mơ ước về những cỗ máy bắt chước được các thaotác lao động cơ bắp của con người

Thời gian sau đó các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) ra đời và ngàymột phát triển hoàn thiện Teleoperator là những cơ cấu phỏng sinh học, nóbao gồm các khâu, các khớp cùng với các dây chằng gắn liền với hệ điềuhành là cánh tay của người điều khiển thông qua các cơ cấu khuếch đại cơkhí Teleoperator có thể cầm nắm, nâng hạ, dịch chuyển, xoay lật các đốitượng trong một không gian hoạt động nhất định Tuy rằng các thao tác khátinh vi, khéo léo nhưng tốc độ hoạt động chậm, lực tác dụng hạn chế và hệđiều khiển chỉ thuần tuý là cơ khí

Từ thập kỷ 50, sự phát triển đầy hứa hẹn của kỹ thuật điều khiển theo chươngtrình số cứng và ngành vật liệu mới đã làm chỗ dựa vững chắc cho sự ra đờicủa các cơ cấu điều khiển vô cấp (servo mechanism) và các hệ điện toán(computation) Ngay lập tức ý tưởng kết hợp hệ điều khiển NC (Numericalcontrol) với các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) được hình thành vàtriển khai nghiên cứu Sự phối hợp tuyệt vời giữa khả năng linh hoạt khéo léocủa Teleoperator với độ thông minh nhạy bén của hệ điều khiển NC đã đưa rakết quả là một hệ máy móc tự động cao cấp với tên gọi "Robot"

Năm 1961 người máy công nghiệp (IR- industrial Robot) đầu tiên được đưa rathị trường Tiếp theo đó các nước khác cũng bắt đầu sản xuất robot côngnghiệp theo bản quyền của Mỹ, Anh (1967), Thụy Điển, Nhật (1968), Đức(1971)

Ngày nay, trên thế giới có khoảng 200 công ty sản xuất IR, trong đó ở Nhật

có 70, ở các nước Tây âu có 90, ở Mỹ có 30 Nhờ áp dụng rộng rãi các tiến bộkhoa học kỹ thuật về vi xử lý, tin học cũng như vật liệu mới nên số lượngrobot công nghiệp đã tăng lên nhanh chóng, giá thành giảm đi rõ rệt, tínhnăng có nhiều cải tiến Robot công nghiệp phát huy thế mạnh ở các lĩnh vựcnhư hàn hồ quang, đúc, lắp ráp, sơn phủ, và trong các hệ thống tự động điềukhiển liên hợp

1.2.2 Cấu trúc chung của một Robot công nghiệp

Một robot công nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:

Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp.Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổtay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay (End Effector) đểtrực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng

Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của taymáy Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơcác loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng

Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tínhiệu cần thiết khác Các robot cần hệ thống sensor trong đểnhận biết trạng tháicủa bản than các cơ cấu của robot và cácsensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường

Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính

để giám sát và điều khiển hoạt động của robot

Hình 1.1 Cấu tạo của cánh tay robot công nghiệp

1.2.3 Phân loại Robot công nghiệp

Robot công nghiệp có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí, bao gồm cấu

trúc, ứng dụng, và số lượng bậc tự do. Dưới đây là một số loại robot côngnghiệp phổ biến:

Phân loại theo cấu trúc:

Robot có khớp nối (Articulated robot):

Có các khớp nối giống như cánh tay con người, linh hoạt và có thể thực hiệnnhiều động tác phức tạp. 

Robot hình trụ (Cylindrical robot):

Có một trục quay và hai trục tịnh tiến, tạo ra không gian làm việc hình trụ. 

Robot hình cầu (Spherical robot):

Có hai trục quay và một trục tịnh tiến, tạo ra không gian làm việc hình cầu. 

Robot Delta (hay còn gọi là robot nhện):

Sử dụng các thanh nối song song, có tốc độ cao và khả năng gia tốc tốt,thường được dùng trong các ứng dụng cần tốc độ nhanh. 

Phân loại theo ứng dụng:

Có 6 bậc tự do, cho phép robot thực hiện các chuyển động phức tạp hơn vàlinh hoạt hơn. 

Ngoài ra, robot công nghiệp còn có thể được phân loại theo nguồn năng lượng

sử dụng (điện, khí nén, thủy lực), theo thế hệ (thế hệ 1, 2, 3, 4, 5), hoặc theo

bộ điều khiển (robot gắp/đặt, robot đường dẫn liên tục). 

1.2.3 Ứng dụng của robot công nghiệp trong đời sống và sản xuất

Robot công nghiệp (hay người máy công nghiệp) được đặt tên chonhững hình dáng và một vài chức năng như tay người để thực hiện một sốthao tác sản xuất

Robot được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống của conngười Trong điều kiện làm việc khắc nhiệt, khó khăn đối với con người thìrobot công nghiệp đóng vai trò quan trọng và nó được sử dụng trong nhiềulĩnh vực công nghiệp khác nhau như:

 Phục vụ máy CNC và các hệ thống tự động linh hoạt

Hình 1.2 Cánh tay robot trong sản xuất – chế tạo ô tô

Hình 1.3 Robot hàn hồ quang của hãng KUKA

Hình 1.4 Robot xử lí và chọn sản phẩm

1.2.4 Mô tả nhiệm vụ đặt ra

- Mô phỏng chính xác chuyển động robot theo quỹ đạo định trước

- Áp dụng đúng các thuật toán động học trong điều khiển robot

- Thiết kế mô hình robot sát với thông số thực tế

- Sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và lập trình

1.2.5 Lựa chọn Robot đáp ứng được yêu cầu

Lựa chọn Robot IRB 1200-5/0.9 của hãng ABB

ABB IRB 1200-5/0.9 là dòng robot công nghiệp phổ biến với kích thước nhỏgọn, độ chính xác cao và được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền tựđộng hóa Việc nghiên cứu, mô phỏng và điều khiển loại robot này giúp sinhviên tiếp cận sát hơn với thiết bị thực tế, nâng cao kỹ năng phân tích động học

và sử dụng phần mềm chuyên dụng như RobotStudio và SolidWorks Đề tàimang tính thực tiễn cao, phù hợp với xu hướng ứng dụng robot trong sản xuấthiện đại

1.3 Tổng quan về Robot ABB IRB 1200-5/0.9

Giới thiệu

Robot IRB 1200-5/0.9 là một robot công nghiệp nhỏ gọn, linh hoạt và bền bỉcủa ABB, thuộc dòng IRB 1200 Nó có tải trọng 5kg và tầm với 900mm,được thiết kế để đáp ứng các ứng dụng như xử lý vật liệu, vận hành máy móc

và lắp ráp. IRB 1200-5/0.9 nổi bật với thiết kế nhỏ gọn, khả năng làm việc

trong không gian hạn chế, tốc độ cao và độ chính xác, đồng thời có nhiều tùychọn bảo vệ để phù hợp với các môi trường làm việc khác nhau. 

Hình 1.5 Robot IRB 1200-5/0.9

1.4 Thông số kỹ thuật Robot ABB IRB 1200-5/0.9

Tải trọng tối đa (Payload) 5 kg

Tầm với tối đa (Reach) 900 mm

Tốc độ tối đa (mỗi trục) Lên đến 460°/s (tùy trục)

chống bụi/nước)Nguồn điện cung cấp 200–600 V, 50/60 Hz

Môi trường làm việc 0–45°C, không bụi/nước hóa chất

Bộ điều khiển tương thích IRC5, OmniCore

Hình 1.6 Bảng thông số kĩ thuật

1.4.1 Đặc điểm chính của Robot IRB 1200-5/0.9

Kích thước nhỏ gọn:

Thiết kế nhỏ hơn 15% so với các robot cùng loại, giúp tiết kiệm không gian

và dễ dàng tích hợp vào các dây chuyền sản xuất hiện có. 

Tốc độ và độ chính xác cao:

Thời gian chu kỳ ngắn hơn 10% so với các robot khác, kết hợp với khả năng

di chuyển chính xác, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc. 

Tải trọng và tầm với:

Tải trọng 5kg và tầm với 900mm, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. 

Linh hoạt trong lắp đặt:

Có thể lắp đặt ở nhiều góc độ khác nhau, giúp tối ưu hóa không gian làmviệc. 

Nhiều tùy chọn bảo vệ:

Có các tùy chọn như bôi trơn cấp thực phẩm (NSF H1), phòng sạch(Cleanroom ISO Class 3), IP67 và Foundry Plus 2, phù hợp với các môitrường làm việc khác nhau. 

1.4.2 Không gian làm việc

Robot ABB IRB 1200-5/0.9 có không gian làm việc hình bán cầu phía trướcrobot với bán kính tối đa khoảng 900 mm tính từ tâm đế Nhờ cấu trúc 6 bậc

tự do và cánh tay nhỏ gọn, robot có thể linh hoạt tiếp cận các điểm trongkhông gian hạn chế với độ chính xác cao Việc hiểu rõ không gian làm việcgiúp tránh va chạm và tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động khi lập trình robot

Hình 1.7 Tầm với của IRB 1200-5/0.9

1.5 Các bài toán động học robot

Động học thuận Xác định vị trí và hướng của đầu

công tác khi biết trước các góc khớp

Động học ngược Tìm các góc khớp cần thiết để đầu

công tác đạt được vị trí và hướng mong muốn

Quỹ đạo chuyển động Tính toán đường đi liên tục từ điểm

đầu đến điểm cuối, đảm bảo chuyểnđộng mượt và chính xác

Hình 1.8 Các loại bài toán chuyển động

1.6 Các công cụ được sử dụng

Phần mềm thiết kế CATIA, SolidWorks Thiết kế mô hình 3D

robot và môi trường làm việc

Phần mềm tính toán Excel, MATLAB Tính toán động học

thuận/ngược, nội suy,

xử lý ma trận

Phần mềm mô phỏng ABB RobotStudio Mô phỏng chuyển

động robot, lập trình RAPID, kiểm tra và tối

ưu quỹ đạo

Hình 1.9 Các công cụ được sử dụng

1.7 Tổng kết

Robot IRB 1200-5/0.9 là một giải pháp robot công nghiệp nhỏ gọn, linh hoạt

và hiệu quả, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong các môitrường làm việc có không gian hạn chế. 

Việc nghiên cứu lý thuyết cơ bản ngay từ đầu giúp định hướng rõ ràng cho việc mô phỏng và lập trình robot trong các chương tiếp theo Ngoài ra,

chương này cũng tạo nền tảng cho việc phân tích sâu hơn về động học, điều khiển, cũng như ứng dụng thực tiễn của robot trong sản xuất tự động hóa

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC2.1 Phương trình vòng vector

- Là căn cứ để xác lập các định lượng bài toán động học.

- Xác định vị trí và hướng của khớp: Phương trình vòng vector ảo giúpxác định được vị trí và hướng của khớp trong không gian XYZ

- Tính toán vận tốc góc: Phương trình vòng vecto ảo được sử dụng đểtính toán vận tốc góc của các khớp trong chuỗi robot Điều này cực kỳ quantrọng trong việc kiểm soát chuyển động của robot và đảm bảo rằng nó hoạtđộng theo cách mong đợi

- Điều khiển chuyển động của robot: Phương trình vòng vecto ảo được

sử dụng trong các thuật toán điều khiển chuyển động của robot Nó giúp xácđịnh các giá trị vận tốc cần thiết để robot hoạt động theo cách mong muốn

2.2 Phân tích động học

2.2.1 Mô hình động học robot IRB1200-5/0.9

Hình 2.1Thông số IRB 1200-5/0.9

 Từ thông số như trên, sẽ tiến hành lược đồ hóa robot

Hình 2.2 Lược đồ hóa robot IRB 1200-5/0.9

2.2.2 Xây dựng phương trình động học cho robot IRB 1200-5/0.9

S(t6)*(C(t4)*S(t1) +

S(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3))) , -

C(t6)*(C(t4)*S(t1) + S(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3)))

-

S(t6)*(C(t5)*(S(t1)*S(t4) - C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*S(t2)*C(t3))) -

S(t5)*(C(t1)*C(t2)*S(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2))) , S(t5)*(S(t1)*S(t4) - C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3))) - C(t5)*(C(t1)*C(t2)*S(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2)) , 448*C(t1)*C(t2) - 82*S(t5)*(S(t1)* S (t4) - C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3))) - 82*C(t5)*(C(t1)*C(t2)*C(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2)) - 42*C(t1)*S(t2)*S(t3) + 42*C(t1)*C(t2)*C(t3) + 451*C(t1)*C(t2)*S(t3) + 451*C(t1)*C(t3)*S(t2) ]

-[ S(t6)*(C(t1)*C(t4) - S(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) - C(t6)*(C(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*St3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2))) , C(t6)*(C(t1)*C(t4) - S(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) – C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t6)*(C(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) +

C(t3)*S(t1)*S(t2))) , S(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) -

C(t2)*C(t3)*S(t1))) - C(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2)) , 448*C(t2)*S(t1) + 82*S(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) - 82*C(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2)) + 451*C(t2)*S(t1)*S(t3) + 451*C(t3)*S(t1)*S(t2) - 42*S(t1)*S(t2)*S(t3) + 42*C(t2)*C(t3)*S(t1) ]

[ C(t6)*(S(t5)*(C(t2)*C(t3) -S(t2)*S(t3)) + C(t4)*C(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2)))

+S(t4)*S(t6)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2)) , C(t6)*S(t4)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2))

-

S(t6)*(S(t5)*(C(t2)*C(t3) - S(t2)*S(t3)) + C(t4)*C(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2))) ,

C(t5)*(C(t2)*C(t3) - S(t2)*S(t3)) - C(t4)*S(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2)) ,

448*S(t2) - 451*C(t2)*C(t3) + 42*C(t2)*S(t3) + 42*C(t3)*S(t2) + 451*S(t2)*S(t3) + 82*C(t5)*(C(t2)*C(t3) - S(t2)*S(t3)) - 82*C(t4)*S(t5)*(C(t2)*S(t3) +C(t3)*S(t2)) + 399 ] [ 0,0,0,1 ]

Ma trận 4x4 mô tả vị trí và hướng chuyển đổi từ hệ tọa độ gốc O0 sang hệ tọa

sx= -C(t6)*(C(t4)*S(t1) + S(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3))) -

S(t6)*(C(t5)*(S(t1)*S(t4) C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) C(t1)*S(t2)*C(t3))) S(t5)*(C(t1)*C(t2)*S(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2)))

-ax= S(t5)*(S(t1)*S(t4) C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) C(t1)*C(t2)*C(t3))) C(t5)*(C(t1)*C(t2)*S(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2))

-ny= S(t6)*(C(t1)*C(t4) - S(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) - C(t6)*(C(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*St3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2)))

sy= C(t6)*(C(t1)*C(t4) - S(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) – C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t6)*(C(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) + S(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2)))

ay= S(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) C(t2)*C(t3)*S(t1))) C(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2))

-nz= C(t6)*(S(t5)*(C(t2)*C(t3) -S(t2)*S(t3)) + C(t4)*C(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2))) +S(t4)*S(t6)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2))

sz= C(t6)*S(t4)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2)) S(t6)*(S(t5)*(C(t2)*C(t3) S(t2)*S(t3)) + C(t4)*C(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2)))

-az= C(t5)*(C(t2)*C(t3) - S(t2)*S(t3)) - C(t4)*S(t5)*(C(t2)*S(t3) + C(t3)*S(t2))

px= 448*C(t1)*C(t2) - 82*S(t5)*(S(t1)* S (t4) - C(t4)*(C(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t1)*C(t2)*C(t3))) - 82*C(t5)*(C(t1)*C(t2)*C(t3) + C(t1)*C(t3)*S(t2)) -

42*C(t1)*S(t2)*S(t3) + 42*C(t1)*C(t2)*C(t3) + 451*C(t1)*C(t2)*S(t3) + 451*C(t1)*C(t3)*S(t2)

py= 448*C(t2)*S(t1) + 82*S(t5)*(C(t1)*S(t4) + C(t4)*(S(t1)*S(t2)*S(t3) - C(t2)*C(t3)*S(t1))) - 82*C(t5)*(C(t2)*S(t1)*S(t3) + C(t3)*S(t1)*S(t2)) + 451*C(t2)*S(t1)*S(t3) + 451*C(t3)*S(t1)*S(t2) - 42*S(t1)*S(t2)*S(t3) + 42*C(t2)*C(t3)*S(t1)

pz= 448*S(t2) - 451*C(t2)*C(t3) + 42*C(t2)*S(t3) + 42*C(t3)*S(t2) +

451*S(t2)*S(t3) + 82*C(t5)*(C(t2)*C(t3) - S(t2)*S(t3)) 82*C(t4)*S(t5)*(C(t2)*S(t3) +C(t3)*S(t2)) + 399

-2.2.2 Bài toán động học ngược

 Bài toán thuận động học nhằm xác định định vị và định hướng của phần

công tác khi cho trước các biến khớp Bài toán ngược cho trước vị trí và

định hướng của khâu tác động sau cùng đòi hỏi phải xác định bộ thông

số tọa độ suy rộng để đảm bảo chuyển động cho trước của phần công tác.

Đối với các tay máy dạng chuỗi động hở, ứng với một bộ thông số mô tả

định vị và định hướng của phần công tác khi giải bài toán ngược có thể

xảy ra các trường hợp:

 Có thể có nhiều lời giải khác nhau

 Các phương trình đồng nhất thức thường có dạng phi tuyến

 Có thể gặp nghiệm vô định vì có các liên kết thừa

 Có thể có lời giải toán học, song lời giải này không chấp nhận

được về mặt vật lí do kết cấu của cấu trúc không đáp ứng được

 Nhìn chung khi số bậc tự do càng lớn thì bài toán ngược càng khó giải,

số nghiệm toán học lại càng nhiều, để chọn được nghiệm điều khiển đòi

hỏi phải loại bỏ các nghiệm không phù hợp dựa trên cơ sở các ràng buộc

về giới hạn hoạt động của các khớp Việc lựa chọn phương pháp để giải bài toán ngược cũng là một vấn đề vì không có phương pháp tổng quát nào có thể áp dụng cho tất cả các robot

Hình 2.4: Quỹ đạo làm việc của robot yêu cầu

Hình 2.5: Thông số các

điểm

2.2.3.1 Thiết lập bài toán, thông số đầu vào

a.1 Thiết lập bài toán:

 Cho vị trí và hướng của bàn kẹp tức là biết ma trận AP Cần phải xác định các biến khớp qi (i=1 6) theo vị trí và hướng bàn kẹp

 Input: Ma trận T là tích các ma trận thành phần đã tính ở bài toán thuận.

Ma trận

A là tọa độ thực đã biết

 Output: Kết quả của biến khớp qi ( i = 1,2,3,4,5,6 )

a.2 Thông số đầu vào:

2.2.3.2 Phương pháp giải bài toán giải bài toán động học ngược robot

 Sử dụng pháp số GRG Nonlinear để giải bài toán: Phương pháp này

là tìm giá trị gần đúng nhất của biến khớp mà sai số của nó nằm trong

phạm vi cho phép Cân bằng các phần tử của hai ma trận tọa độ lý thuyết

và tọa độ thực ta có hệ phương trình

 Bài toán cần giải động học ngược của cơ cấu là: cho biết vị trí tay kẹp

so với các khớp q 1 q 2 … để xử lý bài toàn ta cần xử dụng tới excel Với các giá trị ta có như sau:

 Từ ma trận ta được hệ phương trình động học nghịch:

 Chúng ta đi tìm Min(L) =0 với L =L1+L2+L3+L4+L5+L6

Với a 14 , a 24 , a 34 , a 22, a 23, a 33 là các tọa độ thực đã biết

2.2.3.3 Giải bài toán động học ngược trên excel

 Bước 1: Nhập các dữ liệu cần thiết cho việc tính toán

 Dữ liệu về độ dài các khâu: d1=399(mm), a2=448(mm), a3=42(mm), d4=451(mm), d6=82(mm)

 Dữ liệu về Px,Py,Pz,Sy,Ay,Az Vì robot có 6 bậc tự do nên ta chỉ cần lấy 6 phương trình

 Khởi tạo các biến khớp q 1 , q 2 , q 3 ,q 4 ,q 5 ,q 6

 Khởi tạo các giá trị trong ma trận A: a 11 , a 24 , a 34 , a 22, a 23, a 33

 Các giá trị đã biết của biến khớp

 Bước 2: Tính các giá trị L và tổng của chúng

 Bước 3: Dùng công cụ Solver tìm biến khớp q1,q2,q3,q4,q5,q6

 Chọn gói công cụ Solver bằng đường dẫn 