Đồ án tốt nghiệpTính toán thiết kế và mô hình hóa mô phỏng động học robot kuka

With the industry of Vietnam, the robot has not appeared much in the production line.. For localization of products, as well as in­depth research on robots, I chose the topic "Calculatio

L I NÓI Đ UỜ Ầ

Trong s  nghi p công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t nự ệ ệ ệ ạ ấ ước v n đ  t  đ ngấ ề ự ộ  hóa có vai trò đ c bi t quan tr ng.ặ ệ ọ

Nh m nâng cao nâng su t dây chuy n công ngh , nâng cao ch t lằ ấ ề ệ ấ ượng và 

kh  năng c nh tranh c a s n ph m, c i thi n đi u ki n lao đ ng, nâng cao năngả ạ ủ ả ẩ ả ệ ề ệ ộ  

su t lao đ ng.đ t ra là h  th ng s n xu t ph i có tính linh ho t cao.Robot côngấ ộ ặ ệ ố ả ấ ả ạ  nghi p, đ c bi t là nh ng tay máy robot là bô ph n quan tr ng đ  t o ra nh ngệ ặ ệ ữ ậ ọ ể ạ ữ  

h  th ng đó. ệ ố

Tay máy Robot đã có m t trong s n xu t t  nhi u năm trặ ả ấ ừ ề ước, ngày nay tay máy Robot đã dùng   nhi u lĩnh v c s n xu t, xu t phát t  nh ng  u đi m màở ề ự ả ấ ấ ừ ữ ư ể  tay máy Robot đó và đúc k t l i trong quá trình s n xu t làm vi c, tay máy cóế ạ ả ấ ệ  

nh ng tính năng mà con ngữ ười không th  có để ược, kh  năng làm vi c  n đ nh, cóả ệ ổ ị  

th  làm vi c trong môi trể ệ ường đ c h i .Do đó vi c đ u t  nghiêc c u, ch  t o raộ ạ ệ ầ ư ứ ế ạ  

nh ng lo i tay máy Robot ph c v  cho công cu c t  đ ng hóa s n xu t là r tữ ạ ụ ụ ộ ự ộ ả ấ ấ  

c n thi t cho hi n t i và tầ ế ệ ạ ương lai

 “Tính toán, thi t k  và mô hình hóa mô ph ng đ ng h c robot Kuka”ế ế ỏ ộ ọ  giúp em làm quen và tìm hi u kĩ h n v i nh ng v n đ  c t lõi và c  b n nh t vể ơ ớ ữ ấ ề ố ơ ả ấ ề robot và r t có ích cho chúng em sau này. Qua đó em có th  tìm hi u sâu h n vàấ ể ể ơ  tìm hi u để ược cách ti p c n và gi i quy t các v n đ  c a môn h c. Đ ng th iế ậ ả ế ấ ề ủ ọ ồ ờ  qua làm đ  án cũng hình thành thêm các kĩ năng làm vi c,l p k  ho ch,vi t báoồ ệ ậ ế ạ ế  cáo r t có ích cho sau này.ấ

Do ki n th c còn h n ch  và th i gian không quá 3 tháng đ  hoàn thành nênế ứ ạ ế ờ ể  

em không tránh kh i nh ng sai sót trong thi t k , cũng nh  cách trình bày. R tỏ ữ ế ế ư ấ  mong s  thông c m ch  b o và hự ả ỉ ả ướng d n c a quý th y cô và các b n đ  đ  ánẫ ủ ầ ạ ể ồ  

t t nghi p c a em đố ệ ủ ượ ố ơc t t h n

Em xin chân thành c m  n ả ơ

Ngh  An, ngày 08 tháng 05 năm 2018 ệ

Người th c hi nự ệ

Tr n Văn H ngầ ư

TÓM T TẮ

Ngành công nghi p robot trên th  gi i đã đ a đ c s n ph m là robot côngệ ế ớ ư ượ ả ẩ  nghi p đ  ph c v  s n xu t, th m chí ph c v  nhu c u gi i trí cũng nh  chăm sócệ ể ụ ụ ả ấ ậ ụ ụ ầ ả ư  con ng i. V i ngành công nghi p c a Vi t Nam thì robot ch a đ c xu t hi nườ ớ ệ ủ ệ ư ượ ấ ệ  nhi u trong các dây truy n s n xu t. Vì s n ph m này còn quá đ t đ i v i thề ề ả ấ ả ẩ ắ ố ớ ị 

tr ng Vi t Nam.ườ ệ

Nh m n i đ a hóa s n ph m, cũng nh  nghiên c u chuyên sâu v  robot, emằ ộ ị ả ẩ ư ứ ề  

ch n đ  tài ọ ề “Tính toán, thi t k  và mô hình hóa mô ph ng đ ng h c robotế ế ỏ ộ ọ  Kuka”. Đ  tài này h ng t i có th  ti n hành ch  t o cánh tay robot trên th c t ,ề ướ ớ ể ế ế ạ ự ế  xác đ nh v t li u cũng nh  c  c u truy n đ ng c a m i b c, tính toán th i gianị ậ ệ ư ơ ấ ề ộ ủ ỗ ậ ờ  

th c hi n m t chu trình t  đó có phự ệ ộ ừ ương án k t h p dây chuy n theo th i gianế ợ ề ờ  

PREFACEThe robot industry in the world has brought the product is industrial robots to serve production, even serving the needs of entertainment as well as human care. With the industry of Vietnam, the robot has not appeared much in the production line. This product is too expensive for the Vietnamese market

For localization of products, as well as in­depth research on robots, I chose the topic "Calculation, design and modeling of Kuka robot dynamics." This topic aims to be able to construct the actual robot arm, define the material as well as the actuator of each stage, calculate the time to implement a cycle from which there is a plan to combine the chain in real time

With 3D visualization, students will be able to design different types of robots, using Solidwork software in their calculations, setting angles

degree free­hand robot arm solutions. To be the master of robotics, it is possible to  apply to laboratories of colleges and universities as well as applications in industrial  production

M C L CỤ Ụ

HÌNH 1.2: SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA TAY NGƯỜI VÀ TAY MÁY 13

HÌNH 2.1: HỆ TỌA ĐỘ OYXZ VỚI CÁC VÉC TƠ ĐƠN VỊ LÀ X, Y, Z 19

HÌNH 2.2: QUAY HỆ O-XYZ QUANH TRỤC Z 20

Phương trình động học ngược - Vị trí (Position) 30

Tài liệu [2],[3] đã nêu cách tính bài toán động học ngược 30

HÌNH 3.4: CHI TIẾT ĐẾ, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 37

HÌNH 3.5: CHI TIẾT TRỤC QUAY, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 38

HÌNH 3.6: CHI TIẾT 3, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 39

HÌNH 3.7: CHI TIẾT 4, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 40

HÌNH 3.8: CHI TIẾT 5, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 41

HÌNH 3.9: CHI TIẾT 6, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 42

HÌNH 3.10: TỌA ĐỘ 3D CỦA CÁNH TAY ROBOT 43

HÌNH 3.11: CÁC CHI TIẾT KHI CHƯA MATES 43

HÌNH 3.12: CÁC CHI TIẾT SAU KHI MATES 44

HÌNH 3.13: TỔNG HỢP SỐ LẦN MATES 44

HÌNH 3.14: QUY ƯỚC CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG CHO CÁC TRỤC KHỚP 45

HÌNH 3.15: TẠO CÁC TASK 45

HÌNH 3.16: CHỌN CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CHO MỖI TASK 46

HÌNH 3.17: CHƯƠNG TRÌNH CHẠY KHI TÍNH TOÁN 46

HÌNH 3.18: CÁNH TAY TRƯỢT TRÊN RAY 46

HÌNH 3.19: TIẾN HÀNH XÁC ĐỊNH VẬT 47

HÌNH 3.20: TIẾN HÀNH GẮP VẬT 47

HÌNH 3.21: XÁC ĐỊNH ĐIỂM THẢ VẬT 48

HÌNH 3.22: TIẾN HÀNH NHẢ VẬT 48

HÌNH 3.23: QUAY VỀ TRẠNG THÁI CHỜ 49

KẾT LUẬN 50

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

[2] H ƯỚNG D ẪN S Ử D ỤNG S OLIDWORKS – T RƯƠNG M INH T RÍ & P HẠM Q UANG H UY ,N HÀ XUẤT BẢN B ÁCH K HOA H À N ỘI 51

[3] G IÁO T RÌNH T HỰC H ÀNH T HIẾT K Ế C Ơ K HÍ V ỚI S OLIDWORKS – P HẠM Q UANG H UY & T RỊNH V Ũ K HUYÊN , N HÀ XUẤT BẢN T HANH N IÊN 51

DANH SÁCH HÌNH  NHẢ

HÌNH 1.2: SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA TAY NGƯỜI VÀ TAY MÁY 13

HÌNH 2.1: HỆ TỌA ĐỘ OYXZ VỚI CÁC VÉC TƠ ĐƠN VỊ LÀ X, Y, Z 19

HÌNH 2.2: QUAY HỆ O-XYZ QUANH TRỤC Z 20

HÌNH 3.4: CHI TIẾT ĐẾ, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 37

HÌNH 3.5: CHI TIẾT TRỤC QUAY, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 38

HÌNH 3.6: CHI TIẾT 3, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 39

HÌNH 3.7: CHI TIẾT 4, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 40

HÌNH 3.8: CHI TIẾT 5, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 41

HÌNH 3.9: CHI TIẾT 6, TRỤC TỌA ĐỘ 3D VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 42

HÌNH 3.10: TỌA ĐỘ 3D CỦA CÁNH TAY ROBOT 43

HÌNH 3.11: CÁC CHI TIẾT KHI CHƯA MATES 43

HÌNH 3.12: CÁC CHI TIẾT SAU KHI MATES 44

HÌNH 3.13: TỔNG HỢP SỐ LẦN MATES 44

HÌNH 3.14: QUY ƯỚC CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG CHO CÁC TRỤC KHỚP 45

HÌNH 3.15: TẠO CÁC TASK 45

HÌNH 3.16: CHỌN CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CHO MỖI TASK 46

HÌNH 3.17: CHƯƠNG TRÌNH CHẠY KHI TÍNH TOÁN 46

HÌNH 3.18: CÁNH TAY TRƯỢT TRÊN RAY 46

HÌNH 3.19: TIẾN HÀNH XÁC ĐỊNH VẬT 47

HÌNH 3.20: TIẾN HÀNH GẮP VẬT 47

HÌNH 3.21: XÁC ĐỊNH ĐIỂM THẢ VẬT 48

HÌNH 3.22: TIẾN HÀNH NHẢ VẬT 48

HÌNH 3.23: QUAY VỀ TRẠNG THÁI CHỜ 49

KẾT LUẬN 50

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH M C CÁC CH  VI T T TỤ Ữ Ế Ắ

Ch  vi t t tữ ế ắ Gi i thíchả

T NG QUAN V  ROBOT CÔNG NGHI PỔ Ề Ệ

1.1. Các khái ni m c  b n.ệ ơ ả

1.1.1. Robot và Robotics

T  th i c  x a, con ngừ ờ ổ ư ười đã mong mu n t o ra nh ng v t gi ng nh  mìnhố ạ ữ ậ ố ư  

đ  b t chúng ph c v  cho b n thân mình. Ví d , trong kho th n tho i Hy L p cóể ắ ụ ụ ả ụ ầ ạ ạ  chuy n ngệ ười kh ng l  Promethe đúc ra con ngổ ồ ườ ừ ấi t  đ t sét và truy n cho h  sề ọ ự 

s ng, ho c chuy n tên nô l  Talus kh ng l  đố ặ ệ ệ ổ ồ ược làm b ng đ ng và đằ ồ ược giao nhi m v  b o v  hoang đ o Crete.ệ ụ ả ệ ả

Đ n năm  1921, t  "Robot" xu t hi n l n  đ u trong  v  k ch "Rossum'sế ừ ấ ệ ầ ầ ở ị  Universal Robots" c a nhà vi t k ch vi n tủ ế ị ễ ưởng người Sec, Karel Capek. Trong 

v  k ch này, ông dùng t  "Robot", bi n th  c a t  g c Slav  "Rabota", đ  g iở ị ừ ế ể ủ ừ ố ơ ể ọ  

m t thi t b  ­ lao công do con ngộ ế ị ười (nhân v t Rossum) t o ra.ậ ạ

Vào nh ng năm 40 nhà văn vi n tữ ễ ưởng Nga, Issac Asimov, mô t  robot làả  

m t chi c máy t  đ ng, mang di n m o c a con ngộ ế ự ộ ệ ạ ủ ười, được đi u khi n b ngề ể ằ  

m t h  th n kinh kh  trình Positron, do chính con ngộ ệ ầ ả ườ ậi l p trình. Asimov cũng 

đ t tên cho ngành khoa h c nghiên c u v  robot là Robotics, trong đó có 3 nguyênặ ọ ứ ề  

Các nguyên t c trên sau này tr  thành n n t ng cho vi c thi t k  robot.ắ ở ề ả ệ ế ế

T  s  h  c u c a khoa h c vi n t ng, robot d n d n đ c gi i k  thu từ ự ư ấ ủ ọ ễ ưở ầ ầ ượ ớ ỹ ậ  hình dung nh  nh ng chi c máy đ c bi t, đ c con ng i ph ng tác theo c u t o vàư ữ ế ặ ệ ượ ườ ỏ ấ ạ  

ho t đ ng c a chính mình, dùng đ  thay th  mình trong m t s  công vi c xác đ nh.ạ ộ ủ ể ế ộ ố ệ ị

Đ  hoàn thành nhi m v  đó, robot c n có kh  năng c m nh n các thông sể ệ ụ ầ ả ả ậ ố 

tr ng thái c a môi trạ ủ ường và ti n hành các ho t đ ng tế ạ ộ ương t  con ngự ười

Kh  năng ho t đ ng c a robot đả ạ ộ ủ ược đ m b o b i h  th ng c  khí, g m cả ả ở ệ ố ơ ồ ơ 

c u v n đ ng đ  đi l i và c  c u hành đ ng đ  có th  làm vi c. Vi c thi t k  vàấ ậ ộ ể ạ ơ ấ ộ ể ể ệ ệ ế ế  

ch  t o h  th ng này thu c lĩnh v c khoa h c v  c  c u truy n đ ng, ch p hànhế ạ ệ ố ộ ự ọ ề ơ ấ ề ộ ấ  

và v t li u c  khí.ậ ệ ơ

Ch c năng c m nh n, g m thu nh n tín hi u v  tr ng thái môi trứ ả ậ ồ ậ ệ ề ạ ường và 

tr ng thái c a b n thân h  th ng, do các c m bi n (sensor) và các thi t b  liênạ ủ ả ệ ố ả ế ế ị  quan th c hi n. H  th ng này đự ệ ệ ố ược g i là h  th ng thu nh n và x  lý tín hi u,ọ ệ ố ậ ử ệ  hay đ n gi n là h  th ng c m bi n.ơ ả ệ ố ả ế

Mu n ph i h p ho t đ ng c a hai h  th ng trên, đ m b o cho robot có thố ố ợ ạ ộ ủ ệ ố ả ả ể 

t  đi u ch nh "Hành vi" c a mình và ho t đ ng theo đúng ch c năng quy đ nhự ề ỉ ủ ạ ộ ứ ị  trong đi u ki n môi trề ệ ường thay đ i, trong robot ph i có h  th ng đi u khi n.ổ ả ệ ố ề ể  Xây d ng các h  th ng đi u khi n thu c ph m vi đi n t , k  thu t đi u khi nự ệ ố ề ể ộ ạ ệ ử ỹ ậ ề ể  

và công ngh  thông tin.ệ

Robotics được hi u là m t ngành khoa h c có nhi m v  nghiên c u, thi tể ộ ọ ệ ụ ứ ế  

k , ch  t o các robot và  ng d ng chúng trong các lĩnh v c ho t đ ng khác nhauế ế ạ ứ ụ ự ạ ộ  

c a xã h i loài ngủ ộ ười, nh  nghiên c u khoa h c, k  thu t, kinh t , qu c phòng vàư ứ ọ ỹ ậ ế ố  dân sinh

T  hi u bi t s  b  v  ch c năng và k t c u c a robot, chúng ta hi u,ừ ể ế ơ ộ ề ứ ế ấ ủ ể  Robotics là m t khoa h c liên ngành, g m c  khí, đi n t , k  thu t đi u khi n vàộ ọ ồ ơ ệ ử ỹ ậ ề ể  công ngh  thông tin. Theo thu t ng  hi n nay, robot là s n ph m c a ngành c  ­ệ ậ ữ ệ ả ẩ ủ ơ  

đi n t  (Mechatronics).ệ ử

Khía c nh nhân văn và khía c nh khoa h c ­ k  thu t c a vi c s n sinh raạ ạ ọ ỹ ậ ủ ệ ả  robot th ng nh t   m t đi m: th c hi n hoài bão c a con ngố ấ ở ộ ể ự ệ ủ ười, là t o ra thi t bạ ế ị thay th  mình trong nh ng ho t đ ng không thích h p v i mình, nh :ế ữ ạ ộ ợ ớ ư

- Các công vi c l p đi l p l i, nhàm chán, n ng nh c: v n chuy n nguyênệ ặ ặ ạ ặ ọ ậ ể  

v t li u, l p ráp, lau c  nhà, ậ ệ ắ ọ

- Trong môi trường kh c nghi t ho c nguy hi m: nh  ngoài kho ng khôngắ ệ ặ ể ư ả  

vũ tr , trên chi n trụ ế ường, dướ ưới n c sâu, trong lòng đ t, n i có phóng x , nhi tấ ơ ạ ệ  

đ  cao, ộ

- Nh ng vi c đòi h i đ  chính xác cao, nh  thông t c m ch máu ho c cácữ ệ ỏ ộ ư ắ ạ ặ  

ng d n trong c  th , l p ráp các c u t  trong vi m ch,

xa v i k t c u các b  ph n c a c  th  ngớ ế ấ ộ ậ ủ ơ ể ười và chúng cũng có th  th c hi nể ự ệ  

được nh ng vi c vữ ệ ượt xa kh  năng c a con ngả ủ ười

1.1.2. Robot công nghi p (RBCN)ệ

M c dù, nh  đ nh nghĩa chung v  robot đã nêu, không có gì gi i h n ph mặ ư ị ề ớ ạ ạ  

vi  ng d ng c a robot, nh ng có m t th c t  là h u h t robot hi n đang có đ uứ ụ ủ ư ộ ự ế ầ ế ệ ề  

được dùng trong công nghi p. Chúng có đ c đi m riêng v  k t c u, ch c năng,ệ ặ ể ề ế ấ ứ  

đã được th ng nh t hoá, thố ấ ương m i hoá r ng rãi. L p robot này đạ ộ ớ ược g i làọ  Robot công nghi p (Industrial Robot ­ IR) .ệ

K  thu t t  đ ng hoá (TĐH) trong công nghi p đã đ t t i trình đ  r t cao:ỹ ậ ự ộ ệ ạ ớ ộ ấ  không ch  TĐH các quá trình v t lý mà c  các quá trình x  lý thông tin. Vì v y,ỉ ậ ả ử ậ  TĐH trong công nghi p tích h p công ngh  s n xu t, k  thu t đi n, đi n t , kệ ợ ệ ả ấ ỹ ậ ệ ệ ử ỹ thu t đi u khi n t  đ ng trong đó có TĐH nh  máy tính.ậ ề ể ự ộ ờ

­ TĐH kh  trình (Proqrammable Automation) đả ượ ức  ng d ng ch  y u trongụ ủ ế  

s n xu t lo t nh , lo t v a, đáp  ng ph n l n nhu c u s n ph m công nghi p.ả ấ ạ ỏ ạ ừ ứ ầ ớ ầ ả ẩ ệ  

H  th ng thi t b  d ng này là các thi t b  v n năng đi u khi n s , cho phép dệ ố ế ị ạ ế ị ạ ề ể ố ễ dàng l p trình l i đ  có th  thay đ i ch ng lo i (t c là thay đ i quy trình côngậ ạ ể ể ổ ủ ạ ứ ổ  ngh  s n xu t) s n ph m.ệ ả ấ ả ẩ

­ TĐH linh ho t (Flexible Automation) là d ng phát tri n c a TĐH khạ ạ ể ủ ả 

trình. Nó tích h p công ngh  s n xu t v i k  thu t đi u khi n b ng máy tính,ợ ệ ả ấ ớ ỹ ậ ề ể ằ  cho phép thay đ i đ i tổ ố ượng s n xu t mà không c n (ho c h n ch ) s  can thi pả ấ ầ ặ ạ ế ự ệ  

c a con ngủ ười. TĐH linh ho t đạ ược bi u hi n dể ệ ưới 2 d ng: t  bào s n xu t linhạ ế ả ấ  

ho t   (Flexible   Manufacturing   Cell   ­   FMC)   và   h   th ng   s n   xu t   linh   ho tạ ệ ố ả ấ ạ  (Flexible Manufacturing System ­ FMS)

RBCN có 2 đ c tr ng c  b n:ặ ư ơ ả

- Là thi t b  v n năng, đế ị ạ ược TĐH theo chương trình và có th  l p trìnhể ậ  

l i đ  đáp  ng m t cách linh ho t, khéo léo các nhi m v  khác nhau.ạ ể ứ ộ ạ ệ ụ

- Đượ ức  ng d ng trong nh ng trụ ữ ường h p mang tính công nghi p đ cợ ệ ặ  

tr ng, nh  v n chuy n và x p d  nguyên v t li u, l p ráp, đo lư ư ậ ể ế ỡ ậ ệ ắ ường,

Vì th  hi n 2 đ c tr ng c  b n trên c a RBCN, hi n nay đ nh nghĩa sau đâyể ệ ặ ư ơ ả ủ ệ ị  

v  robot công nghi p do Vi n nghiên c u robot c a M  đ  xu t đề ệ ệ ứ ủ ỹ ề ấ ượ ử ụ  c s  d ng

r ng rãi:ộ

RBCN là tay máy v n năng, ho t đ ng theo chạ ạ ộ ương trình và có th  l p trìnhể ậ  

l i đ  hoàn thành và nâng cao hi u qu  hoàn thành các nhi m v  khác nhau trongạ ể ệ ả ệ ụ  công nghi p, nh  v n chuy n nguyên v t li u, chi ti t, d ng c  ho c các thi t bệ ư ậ ể ậ ệ ế ụ ụ ặ ế ị chuyên dùng khác

Ngoài các ý trên, đ nh nghĩa trong ГOCT 25686­85 còn b  sung cho RBCNị ổ  

ch c năng đi u khi n trong quá trình s n xu t:ứ ề ể ả ấ

RBCN là máy t  đ ng đự ộ ược đ t c  đ nh hay di đ ng, bao g m thi t b  th aặ ố ị ộ ồ ế ị ừ  hành d ng tay máy có m t s  b c t  do ho t đ ng và thi t b  đi u khi n theoạ ộ ố ậ ự ạ ộ ế ị ề ể  

chương trình, có th  tái l p trình đ  hoàn thành các ch c năng v n đ ng và đi uể ậ ể ứ ậ ộ ề  khi n trong quá trình s n xu t.ể ả ấ

Ch c năng v n đ ng bao g m các ho t đ ng "c  b p" nh  v n chuy n,ứ ậ ộ ồ ạ ộ ơ ắ ư ậ ể  

đ nh hị ướng, x p đ t, gá k p, l p ráp,  đ i tế ặ ẹ ắ ố ượng. Ch c năng đi u khi n ám chứ ề ể ỉ vai trò c a robot nh  m t phủ ư ộ ương ti n đi u hành s n xu t, nh  cung c p d ngệ ề ả ấ ư ấ ụ  

c  và v t li u, phân lo i và phân ph i s n ph m, duy trì nh p s n xu t và th mụ ậ ệ ạ ố ả ẩ ị ả ấ ậ  chí c  đi u khi n các thi t b  liên quan.ả ề ể ế ị

V i đ c đi m có th  l p trình l i, RBCN là thi t b  TĐH kh  trình và ngàyớ ặ ể ể ậ ạ ế ị ả  

càng tr  thành b  ph n không th  thi u đở ộ ậ ể ế ược c a các t  bào ho c h  th ng s nủ ế ặ ệ ố ả  

xu t linh ho t.ấ ạ

1.2. C u trúc c  b n c a RBCNấ ơ ả ủ

1.2.1. K t c u chungế ấ

Hình 1. 1: Các h  th ng c u thành robot ệ ố ấ

Tay máy g m các b  ph n : đ  1 đ t c  đ nh ho c g n li n v i xe di đ ngồ ộ ậ ế ặ ố ị ặ ắ ề ớ ộ  

2, thân 3, cánh tay trên 4, cánh tay dưới 5, bàn k p 6.ẹ

H  th ng truy n d n đ ngệ ố ề ẫ ộ  có th  là c  khí , thu  khí ho c đi n khí, là bể ơ ỷ ặ ệ ộ 

ph n ch  y u t o nên s  chuy n d ch c a các kh p đ ng.ậ ủ ế ạ ự ể ị ủ ớ ộ

H  th ng đi u khi nệ ố ề ể  đ m b o s  ho t đ ng c a robot theo các thông tinả ả ự ạ ộ ủ  

đ t trặ ước ho c nh n bi t đặ ậ ế ược trong quá trình làm vi c.ệ

H  th ng c m bi n tín hi uệ ố ả ế ệ  th c hi n vi c nh n bi t các bi n đ i thông tinự ệ ệ ậ ế ế ổ  

v  ho t đ ng c a b n thân robot (c m bi n n i tín hi u) và môi trề ạ ộ ủ ả ả ế ộ ệ ường, đ iố  

tượng mà robot ph c v  (c m bi n ngo i tín hi u).ụ ụ ả ế ạ ệ

Các thông tin đ t tr c ho c c m bi n đ c s  đ a vào h  th ng đi u khi nặ ướ ặ ả ế ượ ẽ ư ệ ố ề ể  sau khi x  lí b ng máy vi tính, r i tác đ ng vào h  th ng truy n d n đ ng c a tayử ằ ồ ộ ệ ố ề ẫ ộ ủ  máy

1.2.2. K t c u c a tay máyế ấ ủ

Tay máy là ph n c  s , quy t đ nh kh  năng làm vi c c a RBCN. Đó làẩ ơ ở ế ị ả ệ ủ  thi t b  c  khí đ m b o cho robot kh  năng chuy n đ ng trong không gian và khế ị ơ ả ả ả ể ộ ả năng làm vi c, nh  nâng h  v t, l p ráp,  Ý tệ ư ạ ậ ắ ưởng ban đ u c a vi c thi t k  vàầ ủ ệ ế ế  

ch  t o tay máy là ph ng tác c u t o và ch c năng c a tay ngế ạ ỏ ấ ạ ứ ủ ười (hình 1.2). Về sau, đây không còn là đi u b t bu c n a. Tay máy hi n nay r t đa d ng và nhi uề ắ ộ ữ ệ ấ ạ ề  

lo i có dáng v  khác r t xa v i tay ngạ ẻ ấ ớ ười. Tuy nhiên, trong k  thu t robot ngỹ ậ ườ  i

ta v n dùng các thu t ng  quen thu c, nh  vai (Shoulder), cánh tay (Arm), c  tayẫ ậ ữ ộ ư ổ  (Wrist), bàn tay (Hund) và các kh p (Articulations),  đ  ch  tay máy và các bớ ể ỉ ộ 

Hình 1.2: S  t ự ươ ng tác gi a tay ng ữ ườ i và tay máy

Đ  đ nh v  và đ nh hể ị ị ị ướng ph n công tác m t cách tu  ý trong không gian 3ầ ộ ỳ  chi u nó c n có 6 b c t  do, trong đó 3 b c t  do đ  đ nh v , 3 b c t  do đ  đ nhề ầ ậ ự ậ ự ể ị ị ậ ự ể ị  

hướng. M t s  công vi c nh  nâng h , x p d ,  yêu c u s  b c t  do ít h n 6.ộ ố ệ ư ạ ế ỡ ầ ố ậ ự ơ  Robot hàn, s n thơ ường có 6 b c t  do. Trong m t s  trậ ự ộ ố ường h p c n s  khéo léo,ợ ầ ự  

linh ho t ho c c n t i  u hoá qu  đ o,  ngạ ặ ầ ố ư ỹ ạ ười ta có th  dùng robot v i s  b cể ớ ố ậ  

t  do l n h n 6.ự ớ ơ

Các tay máy có đ c đi m chung v  k t c u là g m có các khâu, đặ ể ề ế ấ ồ ược n iố  

v i nhau b ng các kh p đ  hình thành m t chu i đ ng h c h , tính t  thân đ nớ ằ ớ ể ộ ỗ ộ ọ ở ừ ế  

ph n công tác. Các kh p đầ ớ ược dùng ph  bi n là kh p trổ ế ớ ượt và kh p quay. Tuớ ỳ theo s  lố ượng và cách b  trí các kh p mà có th  t o ra tay máy ki u t a đ  đố ớ ể ạ ể ọ ộ ề các, t a đ  tr , t a đ  c u, SCARA và ki u tay ngọ ộ ụ ọ ộ ầ ể ười (Anthropomorphic)

Tay máy ki u t a đ  đ  các, còn g i là ki u ch  nh t, dùng 3 kh p trể ọ ộ ề ọ ể ữ ậ ớ ượ  t,cho phép ph n công tác th c hi n m t cách đ c l p các chuy n đ ng th ng, songầ ự ệ ộ ộ ậ ể ộ ẳ  song v i 3 tr c to  đ  Vùng làm vi c c a tay máy có d ng hình h p ch  nh t.ớ ụ ạ ộ ệ ủ ạ ộ ữ ậ  

Do s  đ n gi n v  k t c u, tay máy ki u này có đ  c ng v ng cao, đ  chính xácự ơ ả ề ế ấ ể ộ ứ ữ ộ  

được đ m b o đ ng đ u trong toàn b  vùng làm vi c, nh ng ít khéo léo. Vì v y,ả ả ồ ề ộ ệ ư ậ  tay máy ki u đ  các để ề ược dùng đ  v n chuy n và l p ráp.ể ậ ể ắ

Tay máy ki u t a đ  tr  khác v i tay máy ki u đ  các   kh p đ u tiên:ể ọ ộ ụ ớ ể ề ở ớ ầDùng kh p quay thay cho kh p tr t. Vùng làm vi c c a nó có d ng hình trớ ớ ượ ệ ủ ạ ụ 

h n 2 lo i trên và đ  chính xác đ nh v  ph  thu c vào t m v i. Tuy nhiên, lo iơ ạ ộ ị ị ụ ộ ầ ớ ạ  này có th  "nh t" để ặ ượ ả ậ ướ ềc c  v t d i n n

SCARA   được   đ   xu t   l n   đ u   vào   năm   1979   t i   Trề ấ ầ ầ ạ ường   đ i   h cạ ọ  Yamanashi (Nh t b n) dùng cho công vi c l p ráp. Đó là m t kiêu tay máy có c uậ ả ệ ắ ộ ấ  

t o đ c bi t, g m 2 kh p quay và 1 kh p trạ ặ ệ ồ ớ ớ ượt, nh ng c  3 kh p đ u có tr cư ả ớ ề ụ  song song v i nhau. K t c u này làm tay máy c ng v ng h n theo phớ ế ấ ứ ữ ơ ương th ngẳ  

đ ng nh ng kém c ng v ng (Compliance) theo phứ ư ứ ữ ương được ch n (Selective), làọ  

phương ngang. Lo i này chuyên dùng cho công vi c l p ráp (Assembly) v i t iạ ệ ắ ớ ả  

tr ng   nh ,   theo   phọ ỏ ương   th ng   đ ng   T   SCARA   là   vi t   t t   c a   "Selectiveẳ ứ ừ ế ắ ủ  Compliance Assembly Robot Arm" đ  mô t  các đ c đi m trên. Vùng làm vi cể ả ặ ể ệ  

ph n kh i c u.ầ ố ầ

Toàn b  d ng các k t c u t    trên m i ch  liên quan đ n kh  năng đ nh vộ ạ ế ấ ả ở ớ ỉ ế ả ị ị 

c a ph n công tác. Mu n đ nh hủ ầ ố ị ướng nó, c n b  sung ph n c  tay. Mu n đ nhầ ổ ầ ổ ố ị  

hướng m t cách tu  ý ph n công tác, c  tay ph i có ít nh t 3 chuy n đ ng quayộ ỳ ầ ổ ả ấ ể ộ  quanh 3 tr c vuông góc v i nhau. Trong trụ ớ ường h p tr c quay c a 3 kh p g pợ ụ ủ ớ ặ  nhau t i m t đi m thì ta g i đó là kh p c u.  u đi m chính c a kh p c u là táchạ ộ ể ọ ớ ầ Ư ể ủ ớ ầ  

được thao tác đ nh v  và đ nh hị ị ị ướng c a ph n công tác, làm đ n gi n vi c tínhủ ầ ơ ả ệ  toán. Các ki u kh p khác có th  đ n gi n h n v  k t c u c  khí, nh ng tính toánể ớ ể ơ ả ơ ề ế ấ ơ ư  

to  đ  khó h n, do không tách đạ ộ ơ ược 2 lo i thao tác trên.ạ

Ph n công tác là b  ph n tr c ti p tác đ ng lên đ i tầ ộ ậ ự ế ộ ố ượng. Tu  theo yêu c uỳ ầ  làm vi c c a robot, ph n công tác có th  là tay g p (Gripper), công c  (súng phunệ ủ ầ ể ắ ụ  

s n, m  hàn, dao c t, chìa v n  c, ).ơ ỏ ắ ặ ố

1.3. Phân lo i robotạ

Th  gi i robot hi n nay đã r t phong phú và đa d ng, vì v y phân lo iế ớ ệ ấ ạ ậ ạ  chúng không đ n gi n. Có r t nhi u quan đi m phân lo i khác nhau. M i quanơ ả ấ ề ể ạ ỗ  

đi m ph c v  m t m c đích riêng. Tuy nhiên, có th  nêu ra đây 3 cách phân lo iể ụ ụ ộ ụ ể ạ  

c  b n: theo k t c u, theo đi u khi n và theo ph m vi  ng d ng c a robot.ơ ả ế ấ ề ể ạ ứ ụ ủ

1.3.1. Phân lo i theo k t c u:ạ ế ấ

L y hai hình th c chuy n đ ng nguyên th y làm chu n:ấ ứ ể ộ ủ ẩ

–   Chuy n đ ng th ng theo các hể ộ ẳ ướng X, Y, Z trong không gian ba chi u thông thề ường t o nên nh ng kh i hình có góc c nh, g i là Prismatic (P).ạ ữ ố ạ ọ

–  Chuy n đ ng quay quanh các tr c X, Y, Z kí hi u (R).ể ộ ụ ệ

V i ba b c t  do, robot s  ho t đ ng trong trớ ậ ự ẽ ạ ộ ường công tác tùy thu c t  h pộ ổ ợ  

P và R ví d :ụ

• PPP trường công tác là h p ch  nh t ho c l p phộ ữ ậ ặ ậ ương

• RPP trường công tác là kh i tr ố ụ

• RRP trường công tác là kh i c u.ố ầ

1.3.2. Phân lo i theo đi u khi nạ ề ể

Có 2 ki u đi u khi n robot: đi u khi n h  và đi u khi n kín.ể ề ể ể ể ở ề ể

Đi u khi n h , dùng truy n đ ng bề ể ở ề ộ ước (đ ng c  đi n ho c đ ng c  th yộ ơ ệ ặ ộ ơ ủ  

l c, khí nén, ) mà quãng đự ường ho c góc d ch chuy n t  l  v i s  xung đi uặ ị ể ỷ ệ ớ ố ề  khi n. Ki u đi u khi n này đ n gi n, nh ng đ t đ  chính xác th p.ể ể ề ể ơ ả ư ạ ộ ấ

Đi u khi n kín (hay đi u khi n servo), s  d ng tín hi u ph n h i v  trí đề ể ề ể ử ụ ệ ả ồ ị ể tãng đ  chính xác đi u khi n. Có 2 ki u đi u khi n servo: đi u khi n đi m ­ộ ề ể ể ề ể ề ể ể  

đi m và đi u khi n theo để ề ể ường (contour)

V i ki u đi u khi n đi m ­ đi m, ph n công tác d ch chuy n t  đi m nàyớ ể ề ể ể ể ầ ị ể ừ ể  

đ n đi m kia theo đế ể ường th ng v i t c đ  cao (không làm vi c). Nó ch  làm vi cẳ ớ ố ộ ệ ỉ ệ  

t i các đi m d ng. Ki u đi u khi n này đạ ể ừ ể ề ể ược dùng trên các robot hàn đi m, v nể ậ  chuy n, tán đinh, b n đinh, ể ắ

Đi u khi n contour đ m b o cho ph n công tác d ch chuy n theo qu  đ oề ể ả ả ầ ị ể ỹ ạ  

b t k , v i t c đ  có th  đi u khi n đấ ỳ ớ ố ộ ể ề ể ược. Có th  g p ki u đi u khi n này trênể ặ ể ể ể  các robot hàn h  quang, phun s n.ồ ơ

1.3.3. Phân lo i theo  ng d ngạ ứ ụ

Cách phân lo i này d a vào  ng d ng c a robot. Ví d , có robot côngạ ự ứ ụ ủ ụ  nghi p, robot dùng trong nghiên c u khoa h c, robot dùng trong k  thu t vũ tr ,ệ ứ ọ ỹ ậ ụ  robot dùng trong quân s …ự

Ngoài nh ng ki u phân lo i trên còn có : Phân lo i theo h  th ng năngữ ể ạ ạ ệ ố  

lượng, phân lo i theo h  th ng truy n đ ng, phân lo i theo đ  chính xác…ạ ệ ố ề ộ ạ ộ

CHƯƠNG 2TÍNH TOÁN Đ NG H C ROBOTỘ Ọ

2.1. Bài toán thu n c a đ ng h c tay máyậ ủ ộ ọ

2.1.1. H  t a đ  v tệ ọ ộ ậ

M t v t r n trong không gian hoàn toàn xác đ nh n u v  trí và hộ ậ ắ ị ế ị ướng c aủ  

nó được mô t  trong m t h  quy chi u cho trả ộ ệ ế ước. Trong hình v  dẽ ưới đây h  t aệ ọ  

đ  Oyxz v i các véc t  đ n v  là x, y, z độ ớ ơ ơ ị ược dùng làm h  quy chi u g c. Đ  môệ ế ố ể  

t  v  trí và đ nh hả ị ị ướng c a c a v t r n trong không gian, thủ ủ ậ ắ ường ph i g n lên nóả ắ  

m t h  t a đ , g i là h  quy chi u đ a phộ ệ ọ ộ ọ ệ ế ị ương, ch ng h n h  t a đ  O’x’y’z’ẳ ạ ệ ọ ộ  

g c c ah  t a đ  này đ i di n cho v  trí c a v t trong h  quy chi u g c Oxyz,ố ủ ệ ọ ộ ạ ệ ị ủ ậ ệ ế ố  

bi u th c sau đây nói lên quan h  gi a chúng:ể ứ ệ ữ

• Trong đó      là các hình chi u vuông góc c a véc t  O’ lên hế ủ ơ ệ 

t a đ  Oxyz. Có th  mô t  đ nh v  c a đi m O’ qua véct  O’nh  sau:ọ ộ ể ả ị ị ủ ể ơ ư

• Hướng c a v t đủ ậ ược đ i di n b i các véc t  đ n v  x’, y’, z’ c a h  quyạ ệ ở ơ ơ ị ủ ệ  chi u O’x’y’z’, và đế ược mô t  b ng quan h  sau:ả ằ ệ

• Các thành ph n c a các véc t  đ n v  (x’x, x’y, x’z) là cosin ch  phầ ủ ơ ơ ị ỉ ươ  ng

c a các tr c c a h  t a đ  đ a phủ ụ ủ ệ ọ ộ ị ương so v i h  quy chi u chung.ớ ệ ế

o o

o o

' '

' '

' ' '

' ' '

' ' '

' ' '

Hình 2.1: H  t a đ  Oyxz v i các véc t  đ n v  là x, y, z ệ ọ ộ ớ ơ ơ ị

2.1.2. Ma tr n quayậ

Đ  cho g n, 3 véc t  đ n v    trên có th  bi u di n dể ọ ơ ơ ị ở ể ể ễ ướ ại d ng ma tr n (3.3)ậ  

g i là ma tr n quay nh  sau:ọ ậ ư

Phép quay quanh m t tr c t a đ  là trộ ụ ọ ộ ường h p đ c bi t c a phép quay m tợ ặ ệ ủ ộ  

v t quanh m t tr c b t kì trong không gian, chi u quay đậ ộ ụ ấ ề ược quy ước là dươ  ng

n u nhìn t  ng n v  g c c a tr c thu c h  quy chi u đang xét th y ngế ừ ọ ề ố ủ ụ ộ ệ ế ấ ược chi uề  kim đ ng h ồ ồ

Hình 2.2: Quay h  O­xyz quanh tr c z ệ ụ

Gi  s  h  O’x’y’z’ nh n đả ử ệ ậ ược do quay h  Oxyz quanh tr c z m t góc , vécệ ụ ộ  

t  đ n v  c a h  này đơ ơ ị ủ ệ ược bi u di n trong h  Oxyz nh  sau:ể ễ ệ ư

L n lầ ượt ma tr n quay quanh tr c z, tr c y, tr c x c a h  quy chi u O’ soậ ụ ụ ụ ủ ệ ế  

v i h  O có d ng:ớ ệ ạ

T  các phép quay căn b n quanh các tr c c a h  quy chi u cho phép thànhừ ả ụ ủ ệ ế  

l p ra các ma tr n quay m t đ i tậ ậ ộ ố ượng quanh m t tr c b t kì.ộ ụ ấ

C n l u ý r ng các ma tr n này có tính ch t tr c giao, ta có th  xác đ nhầ ư ằ ậ ấ ự ể ị  ngh ch đ o c a nó theo hai cách, ho c thay góc b ng giá tr  đ i d u c a nó vàoị ả ủ ặ ằ ị ố ấ ủ  

ma tr n quay, ho c chuy n v  ma tr n quay đang có.ậ ặ ể ị ậ

2.1.3. Quay m t véc t :ộ ơ

Có th  mô t  phép quay m t véc t  b ng cách s  d ng các ma tr n quay nêuể ả ộ ơ ằ ử ụ ậ  trên, hãy xem mô t  c a đi m P trong hai h  quy chi u trùng g c nh  sau:ả ủ ể ệ ế ố ư

10

0'

;0cos

sin'

;0sin

cos

x

cos0sin

010

sin0cos)

(

y

R

1 0 0

0 cos sin

0 sin cos

0

sin cos

0

0 0

1 ) (

xR

Hình 2.3: Mô t  đi m P trong hai h  quy chi u trùng g c ả ể ệ ế ố

L n lầ ượt mô t  đi m P trong hai h  t a đ  r i ti n hành đ ng nh t hai t aả ể ệ ọ ộ ồ ế ồ ấ ọ  

đ  đó nh  sau:ộ ư

Vì cùng mô t  m t đi m nên có đ ng nh t th c:ả ộ ể ồ ấ ứ

Hay cũng có th  bi n đ i đ  có d ng:ể ế ổ ể ạ

N u vi t d i d ng khai tri n ma tr n quay có d ng đ y đ  c a phép quay nhế ế ướ ạ ể ậ ạ ầ ủ ủ ư sau:

Trong đó các c t c a ma tr n quay chính là các cosin ch  phộ ủ ậ ỉ ương c a cácủ  

c p tr c tặ ụ ương  ng gi a hai h  quy chi u. Vì 3 tr c c a m t h  quy chi u cóứ ữ ệ ế ụ ủ ộ ệ ế  quan h  đôi m t vuông góc nên 9 thành ph n c a ma tr n quay ch  có ba thànhệ ộ ầ ủ ậ ỉ  

ph n th c s  đ c l p tuy n tính.ầ ự ự ộ ậ ế

Tóm l i ma tr n quay R có 3 ý nghĩa tạ ậ ương đương nhau:

Bi u di n hể ễ ướng gi a hai h  t a đ  trong đó các c t c a ma tr n quay làữ ệ ọ ộ ộ ủ ậ  

cosin ch  phỉ ương gi a các tr c t a đ  tữ ụ ọ ộ ương  ng c a hai h  m i và cũ.ứ ủ ệ ớ

Bi u di n s  chuy n đ i t a đ  c a m t véc t  gi a hai h  t a đ  có g cể ễ ự ể ổ ọ ộ ủ ộ ơ ữ ệ ọ ộ ố  trùng nhau

Bi u di n phép quay c a m t véc t  trong cùng m t h  quy chi u.ể ễ ủ ộ ơ ộ ệ ế

Nhi m v  c a bài toán thu n là khi cho tr c các bi n kh p ph i xác đ nh vệ ụ ủ ậ ướ ế ớ ả ị ị trí và đ nh h ng c a t t c  các khâu trên cánh tay, thông th ng n u không kh ngị ướ ủ ấ ả ườ ế ố  

ch  qu  đ o c a các khâu trên cánh tay nh m tránh va ch m v i các đ i t ng khácế ỹ ạ ủ ằ ạ ớ ổ ượ  trong vùng làm vi c, ng i ta th ng ch  xác đ nh v  trí và đ nh h ng c a khâu sauệ ườ ườ ỉ ị ị ị ướ ủ  cùng

Trên cánh tay có các khâu và các kh p t  h p v i nhau mà t o thành, cánhớ ổ ợ ớ ạ  tay có hai hình th c c  b n, có th  chu i đ ng hình thành nên nó là kín, ho c h ứ ơ ả ể ỗ ộ ặ ởCác khâu và các kh p đớ ược mô t  qua các thông s  đả ố ược chia ra hai lo i, cácạ  thông s  không thay đ i (chi u dài khâu) g i là ố ổ ề ọ tham số. Các thông s  thay đ iố ổ  (góc quay c a khâu, lủ ượng di chuy n dài c a khâu t nh ti n) g i là bi n kh p.ể ủ ị ế ọ ế ớTrong kĩ thu t robot s  d ng ph  bi n hai lo i kh p th p là quay và t nhậ ử ụ ổ ế ạ ớ ấ ị  

ti n, kh p c u đế ớ ầ ượ ổ ợ ừc t  h p t  ba kh p quay có đớ ường tr c quay giao nhau t iụ ạ  

các ph n t  đinh v   Nh  v y ch  c n 6 ph n t  đ  mô t  đ nh v  và đ nh hầ ử ị ư ậ ỉ ầ ầ ử ể ả ị ị ị ướng.

Đ  đ nh v  và đ nh hể ị ị ị ướng t ng khâu trên cánh tay cũng nh  khâu tác đ ngừ ư ộ  sau cùng người ta ph i g n các h  t a đ  suy r ng lên t ng khâu, c  c  c u cóả ắ ệ ọ ộ ộ ừ ả ơ ấ  

m t h  quy chi u chung n i v i giá c  đ nh, h  quy chi u này có ch c năng v aộ ệ ế ố ớ ố ị ệ ế ứ ừ  

đ  mô t  đ nh v , đ nh hể ả ị ị ị ướng khâu tác đ ng sau cùng c a tay máy, v a đ  mô tộ ủ ừ ể ả 

đ i tố ượng tác đ ng c a tay máy mà nó c n nh n di n. Vi c xây d ng các h  quyộ ủ ầ ậ ệ ệ ự ệ  chi u này c n có tính th ng nh t cao, đòi h i tính xác đ nh duy nh t. Sau đây sế ầ ố ấ ỏ ị ấ ẽ xem xét quy t c DHắ  là m t quy t c đi n hình.ộ ắ ể

M t cách t ng quát tay máy coi là có n khâu, trong đó khâu th  i liên k tộ ổ ứ ế  

kh p (i) v i kh p (i+1) nh  hình v  Theo quy t c DH các h  t a đ  đớ ớ ớ ư ẽ ắ ệ ọ ộ ược xác 

đ nh theo quy ị ước sau:

–  Tr c t a đ  zi trùng v i tr c quay c a kh p (i + 1), g c trùng v iụ ọ ộ ớ ụ ủ ớ ố ớ  chân c a đủ ường vuông góc chung gi a tr c quay kh p (i) và tr c quay kh p (i+1),ữ ụ ớ ụ ớ  

tr c x c a nó trùng v i đụ ủ ớ ường vuông góc chung và hướng t  tr c (i­1) t i tr c (i),ừ ụ ớ ụ  

tr c y t  xác đ nh theo quy t c bàn tay ph i.ụ ự ị ắ ả

–   Tr c t a đ  zụ ọ ộ i­1  trùng v i tr c quay c a kh p (i), tr c x trùngớ ụ ủ ớ ụ  

phương đường vuông góc chung gi a tr c (i­1) và kh p (i), chi u dữ ụ ớ ề ương hướ  ng

t  tr c (i­1) t i kh p (i). Tr c y t  xác đ nh theo quy t c bàn tay ph i.ừ ụ ớ ớ ụ ự ị ắ ả

Công vi c còn l i là bi n đ i sao cho h  quy chi u Oi­1 trùng v i h  quyệ ạ ế ổ ệ ế ớ ệ  chi u Oi. Trình t  bi n đ i th c hi n nh  sau:ế ự ế ổ ự ệ ư

T nh ti n Oi­1 theo tr c (Oi­1zi­1) m t lị ế ụ ộ ượng di b ng ma tr n t nh ti n.ằ ậ ị ếQuay h  quy chi u O’i v a nh n đ c m t góc  quanh tr c z’i b ng ma tr nệ ế ừ ậ ượ ộ ụ ằ ậ  quay

Nhân hai ma tr n này v i nhau có ma tr n bi n đ i thu n nh t c a bậ ớ ậ ế ổ ầ ấ ủ ướ  cnày nh  sauư

1 '

i

i

c s

s c A

Quay h  quy chi u nh n đệ ế ậ ượ ở ước   b c trên quanh tr c x’i góc   đ  hoànụ ể  thi n.ệ

Nhân hai ma tr n này v i nhau có ma tr n bi n đ i thu n nh t c a bậ ớ ậ ế ổ ầ ấ ủ ướ  cnày nh  sau:ư

i

i i

a

c s A

00

0)

' 1

i i

i

i i i i i

i i

i i i i i i i i i

i i i

i i

d c

s

s a s c c

c s

c a s s c s c A A q A

Có m t s  trộ ố ường h p đ c bi t c a quy t c DH nh  sau:ợ ặ ệ ủ ắ ư

 Các h  quy chi u đệ ế ược đ nh v  d a vào giao đi m c a đị ị ự ể ủ ường vuông góc chung gi a hai tr c quay, v y trong trữ ụ ậ ường h p hai tr c quay song song v iợ ụ ớ  nhau có th  tùy ý ch n v  trí g c h  quy chi u. Đ ng th i trong trể ọ ị ố ệ ế ồ ờ ường h p đóợ  

vi c quay quanh tr c x là không c n thi t.ệ ụ ầ ế

 Trong trường h p hai tr c quay giao nhau, lợ ụ ượng t nh ti n theoị ế  

phương tr c x b ng khôngụ ằ

2.2. Bài toán đ ng h c ngộ ọ ượ ủc c a tay máy:

Bài toán thu n đ ng h c nh m xác đ nh đ nh v  và đ nh hậ ộ ọ ằ ị ị ị ị ướng c a ph nủ ầ  công tác khi cho trước các bi n kh p. Bài toán ngế ớ ược cho trước v  trí và đ nhị ị  

hướng c a khâu tác đ ng sau cùng đòi h i ph i xác đ nh b  thông s  t a đ  suyủ ộ ỏ ả ị ộ ố ọ ộ  

r ng đ  đ m b o chuy n đ ng cho trộ ể ả ả ể ộ ướ ủc c a ph n công tác.ầ

Đ i v i tay máy có k t c u d ng chu i đ ng h , n u cho trố ớ ế ấ ạ ỗ ộ ở ế ước b  thông sộ ố 

bi n kh p thì v  trí và đ nh hế ớ ị ị ướng c a ph n công tác xác đ nh duy nh t, đi u nàyủ ầ ị ấ ề  không đúng v i các tay máy có c u trúc d ng chu i đ ng kín.ớ ấ ạ ỗ ộ

Đ i v i các tay máy d ng chu i đ ng h ,  ng v i m t b  thông s  mô tố ớ ạ ỗ ộ ở ứ ớ ộ ộ ố ả 

đ nh v  và đ nh hị ị ị ướng c a ph n công tác khi gi i bài toán ngủ ầ ả ược có th  x y raể ả  

các trường h p:ợ

• Có th  có nhi u l i gi i khác nhau;ể ề ờ ả

• Các phương trình đ ng nh t th c thồ ấ ứ ường có d ng phi tuy n, siêuạ ế  

vi t, thệ ường không cho l i gi i đúng;ờ ả

• Có th  g p nghi m vô đ nh vì có các liên k t th a gi ng ki u k t c uể ặ ệ ị ế ừ ố ể ế ấ  siêu tĩnh;

• Có th  có l i gi i toán h c, song l i gi i này không ch p nh nể ờ ả ọ ờ ả ấ ậ  

được v  m t v t lí do các y u t  v  k t c u c a c u trúc không đáp  ng đề ặ ậ ế ố ề ế ấ ủ ấ ứ ược.Nhìn chung khi s  b c t  do càng l n thì bài toán ngố ậ ự ớ ược càng khó gi i, sả ố nghi m toán h c l i càng nhi u, khi đó đ  ch n đệ ọ ạ ề ể ọ ược nghi m đi u khi n đòi h iệ ề ể ỏ  

ph i lo i b  các nghi m không phù h p d a trên c  s  các ràng bu c v  gi i h nả ạ ỏ ệ ợ ự ơ ở ộ ề ớ ạ  

ho t đ ng c a các kh p. Vi c l a ch n phạ ộ ủ ớ ệ ự ọ ương pháp đ  gi i bài toán ngể ả ượ  ccũng là m t v n đ , cho đ n nay không có phộ ấ ề ế ương pháp t ng quát nào có th  ápổ ể  

d ng cho t t c  các robot. Sau đây gi i thi u m t s  ví d  bài toán ngụ ấ ả ớ ệ ộ ố ụ ược tay máy c a các c  c u đã gi i bài toán thu n   m c trủ ơ ấ ả ậ ở ụ ước

2.2.1. C  c u ba khâu ph ng:ơ ấ ẳ

D a trên k t qu  đã tri n khai   bài toán thu n, ta đã có phự ế ả ể ở ậ ương trình đ ngộ  

h c c a tay máy này dọ ủ ướ ại d ng ma tr n đ ng nh tậ ồ ấ

10

00

01

00

0

0)

123 3 12 2 1 1 123

123 2

3

1 2

0 1

0 3

s a s a s a c

s

c a c a c a s

c A

A A q T

Ma tr n đ nh v  và đ nh hậ ị ị ị ướng ph n tác đ ng sau cùng trên cánh tay đầ ộ ượ  ccho trước trong bài toán ngược dướ ại d ng nh  sau:ư