Nội dung môn học gồm ba phần
1. Các khái niệm cơ bản, nền tảng cơ học – cơ khí trong kết cấu robot.
2. Điều khiển robot.
3. Ứng dụng robot.
Tài liệu tham khảo:
1. Modernling and control robotic.
2. Robotic control.
3. Robot và hệ thống công nghệ robot hoá.
4. Kỹ thuật robot.
5. Robot công nghiệp.
Các lĩnh vực có quan hệ chặt chẽ:
1. Toán học cao cấp.
2. Cơ lí thuyết.
3. Cơ học máy.
4. Kỹ thuật điều khiển.
5. Động học và động lực học máy.
5. Công nghệ thông tin.Chương 1: Các vấn đề cơ bản về robot. (3 tiết)
1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot:
1.1.1. Robot và robotic:
Theo tiêu chuẩn AFNOR của pháp:
Robot là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chương trình hoá, lập
lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục
toạ độ; có khả năng định vị, di chuyển các đối tượng vật chất; chi tiết,
dao cụ, gá lắp … theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá
nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.

người ta thường liên tưởng đến robot công nghiệp.
Lĩnh vực 1985 1990
Hàn
Phục vụ máy NC và hệ thống TĐLH
Đúc
Lắp ráp
Phun phủ
Sơn
Các ứng dụng khác
35%
20%
10%
10%
10%
5%
10%
5%
25%
5%
35%
5%
15%
10% Robot công nghiệp là một lĩnh vực riêng của robot, nó có đặc trưng
riêng như sau:
- Là thiết bị vạn năng đựoc TĐH theo chương trình và có thể lập trình
lại để đáp ứng một cách linh hoạt khéo léo các nhiệm vụ khác nhau.
- Được ứng dụng trong những trường hợp mang tính công nghiệp đặc

bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng
thái của môi trường.
Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn
động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: Điện, thuỷ lực,
khí nén hoặc kết hợp giữa chúng.
Hệ thống điều khiển: (controller) hiện nay thường là hệ thống điều khiển
số có máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot1.2.2. Kết cấu tay máy:
1.2.2. Kết cấu tay máy:Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của robot. Đó là
Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của robot. Đó là
phần cơ khí đảm bảo cho robot khả năng chuyển động trong không
phần cơ khí đảm bảo cho robot khả năng chuyển động trong không
gian và khả năng làm việc như- nâng, hạ vật, lắp ráp Tay máy hiện
gian và khả năng làm việc như- nâng, hạ vật, lắp ráp Tay máy hiện
nay rất đa dạng và nhiều loại khác xa với tay người. Tuy nhiên, trong
nay rất đa dạng và nhiều loại khác xa với tay người. Tuy nhiên, trong
kỹ thuật robot vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc để chỉ các bộ phận
kỹ thuật robot vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc để chỉ các bộ phận
của tay máy như vai
của tay máy như vai(shoulder)
(shoulder)
, Cánh tay

- Tầm với hay vùng làm việc: Kích thước và hình dáng vùng mà phần
làm việc có thể với tới.
làm việc có thể với tới.
- Sự khéo léo, là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong
- Sự khéo léo, là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong
vùng làm việc.
vùng làm việc.Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu,
Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu,
đựơc nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở
đựơc nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở
tính từ thân đến phần công tác.
tính từ thân đến phần công tác.
Các khớp được dùng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. tuỳ
Các khớp được dùng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. tuỳ
theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo ra các tay máy kiểu
theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo ra các tay máy kiểu
toạ độ Decac
toạ độ Decac
(Cartesian),
(Cartesian),
toạ độ trụ
toạ độ trụ
(Cylindrical)
(Cylindrical)
, toạ độ cầu
, toạ độ cầu
(Revolute),

khác với tay máy kiểu đềcác ở khớp đầu
tiên: Dùng khớp quay thay cho khớp trượt. Vùng làm việc của nó có
tiên: Dùng khớp quay thay cho khớp trượt. Vùng làm việc của nó có
dạng hình trụ rỗng. Khớp trượt nằm ngang cho phép tay máy “thò”
dạng hình trụ rỗng. Khớp trượt nằm ngang cho phép tay máy “thò”
được vào khoang rỗng nằm ngang. Độ cứng vững cơ học của tay máy
được vào khoang rỗng nằm ngang. Độ cứng vững cơ học của tay máy
trụ tốt, thích hợp với tải nặng nhưng độ chính xác định vị góc trong
trụ tốt, thích hợp với tải nặng nhưng độ chính xác định vị góc trong
mặt phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng.
mặt phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng.
Tay máy kiểu tọa độ cầu
Tay máy kiểu tọa độ cầu
khác kiểu trụ do khớp thứ hai (khớp trượt)
khác kiểu trụ do khớp thứ hai (khớp trượt)
được thay bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo chuyển động của phần công
được thay bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo chuyển động của phần công
tác được mô tả trong tọa độ cầu thì mỗi bậc tự do tương ứng với một
tác được mô tả trong tọa độ cầu thì mỗi bậc tự do tương ứng với một
khả năng chuyển động và vùng làm việc của nó là khối cầu rỗng. Độ
khả năng chuyển động và vùng làm việc của nó là khối cầu rỗng. Độ
cứng vững của loại tay máy này thấp hơn hai loại trên và độ chính xác
cứng vững của loại tay máy này thấp hơn hai loại trên và độ chính xác
định vị phụ thuộc vào tầm với .
định vị phụ thuộc vào tầm với .
trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Do sự tương tự với tay người,
khớp thứ hai được gọi là khớp vai, khớp thứ ba gọi là khớp khuỷu nối
khớp thứ hai được gọi là khớp vai, khớp thứ ba gọi là khớp khuỷu nối
cẳng tay với khuỷu tay. Với kết cấu này không có sự tương ứng giữa
cẳng tay với khuỷu tay. Với kết cấu này không có sự tương ứng giữa
khả năng chuyển động của các khâu và số bậc tự do. Tay máy làmviệc
khả năng chuyển động của các khâu và số bậc tự do. Tay máy làmviệc
rất khéo léo, nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của phần
rất khéo léo, nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của phần
công tác trong vùng làm việc. Vùng làm việc của tay máy kiểu này
công tác trong vùng làm việc. Vùng làm việc của tay máy kiểu này
gần giống một phần khối cầu.
gần giống một phần khối cầu.

Toàn bộ dạng các kết cấu mô tả ở trên mới chỉ liên quan đến khả
Toàn bộ dạng các kết cấu mô tả ở trên mới chỉ liên quan đến khả
năng định vị của phần công tác muốn định hướng nó, cần bổ sung
năng định vị của phần công tác muốn định hướng nó, cần bổ sung
phần cổ tay. Muốn định hướng tùy ý phần công tác cổ tay phải có ít
phần cổ tay. Muốn định hướng tùy ý phần công tác cổ tay phải có ít
nhất ba bậc tự do. Trong trường hợp trục quay của ba khớp gặp nhau
nhất ba bậc tự do. Trong trường hợp trục quay của ba khớp gặp nhau
tại một điểm ta gọi đó là khớp cầu. Ưu điểm chính của khớp cầu là
tại một điểm ta gọi đó là khớp cầu. Ưu điểm chính của khớp cầu là
tách được thao tác định vị và định hướng của phần công tác, làm đơn
tách được thao tác định vị và định hướng của phần công tác, làm đơn
giản việc tính toán. Các kiểu khớp khác có thể đơn giản hơn về kết

Chuyển động thẳng theo các hướng X, Y, Z trong không gian ba
Chuyển động thẳng theo các hướng X, Y, Z trong không gian ba
chiều thông thường tạo nên những khối hình có góc cạnh, gọi là
chiều thông thường tạo nên những khối hình có góc cạnh, gọi là
Prismatic (P).
Prismatic (P).
–
Chuyển động quay quanh các trục X, Y, Z kí hiệu (R).
Chuyển động quay quanh các trục X, Y, Z kí hiệu (R).

Với ba bậc tự do, robot sẽ hoạt động trong trường công tác tùy thuộc
Với ba bậc tự do, robot sẽ hoạt động trong trường công tác tùy thuộc
tổ hợp P và R ví dụ:
tổ hợp P và R ví dụ:
•
PPP trường công tác là hộp chữ nhật hoặc lập phương.
PPP trường công tác là hộp chữ nhật hoặc lập phương.
•
RPP trường công tác là khối trụ.
RPP trường công tác là khối trụ.
•
RRP trường công tác là khối cầu.
RRP trường công tác là khối cầu.
•
RRR trường công tác là khối cầu.
RRR trường công tác là khối cầu.
Bảng thống kê sau đây trên 200 mẫu robot về phương diện tổ hợp

-
-
-
10%
10%
-
-
0T
0T
-
-
-
-
-
-
2%
2%
Tịnh tiến/ Quay
Tịnh tiến/ Quay
0R
0R
0R
0R
2R
2R
3R
3R

khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm -
điểm và điều khiển theo đường ( contour).
điểm và điều khiển theo đường ( contour).

Với kiểu điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch
Với kiểu điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch
chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc
chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc
độ không cao ( không làm việc ). Nó chỉ làm việc tại các
độ không cao ( không làm việc ). Nó chỉ làm việc tại các
điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot
điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot
hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh,…
hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh,…
Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch
Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch
chuyển theo quỹ đạo bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển
chuyển theo quỹ đạo bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển
được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ
được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ
quang, phun sơn.
quang, phun sơn.

Một vật rắn trong không gian hoàn toàn xác định nếu vị
trí và hướng của nó được mô tả trong một hệ quy chiếu cho
trước. Trong hình vẽ dưới đây hệ tọa độ Oyxz với các véc tơ
đơn vị là x, y, z được dùng làm hệ quy chiếu gốc. Để mô tả
vị trí và định hướng của của vật rắn trong không gian,
thường phải gắn lên nó một hệ tọa độ, gọi là hệ quy chiếu
địa phương, chẳng hạn hệ tọa độ O’x’y’z’ gốc củahệ tọa độ
này đại diện cho vị trí của vật trong hệ quy chiếu gốc Oxyz,
biểu thức sau đây nói lên quan hệ giữa chúng:

zoyoxoO
zyx
''''
++=•
Trong đó là các hình chiếu vuông góc của véc tơ O’
lên hệ tọa độ Oxyz. Có thể mô tả định vị của điểm O’ qua véctơ
O’(3.1) như sau:

•
Hướng của vật được đại diện bởi các véc tơ đơn vị x’, y’, z’ của hệ
quy chiếu O’x’y’z’, và được mô tả bằng quan hệ sau:

•
Các thành phần của các véc tơ đơn vị (x’x, x’y, x’z) là cosin chỉ
phương của các trục của hệ tọa độ địa phương so với hệ quy chiếu
chung.

'''
'''
'''
'
'
'
++=
++=
++=
Hình vẽ dưới đây mô tả vị trí và hướng của vật
rắn trong không gian:
2.1.2. Ma trận quay:
•
Để cho gọn, 3 véc tơ đơn vị ở trên có thể biểu diễn dưới dạng ma trận (3.3) gọi là
ma trận quay như sau:
•
Phép quay quanh một trục tọa độ là trường hợp đặc biệt của phép quay một vật
quanh một trục bất kì trong không gian, chiều quay được quy ước là dương nếu
nhìn từ ngọn về gốc của trục thuộc hệ quy chiếu đang xét thấy ngược chiều kim
đồng hồ.
[ ]




yyy
xxx
'''
'''
'''
'''
'''
'''
'''
Giả sử hệ O’x’y’z’ nhận được do quay hệ Oxyz quanh trục z một góc
, véc tơ đơn vị của hệ này được biểu diễn trong hệ Oxyz như sau:

Lần lượt ma trận quay quanh trục z, trục y, trục x của hệ quy chiếu O’
so với hệ O có dạng:


Từ các phép quay căn bản quanh các trục của hệ quy chiếu cho
phép thành lập ra các ma trận quay một đối tượng quanh một trục bất
kì.

Cần lưu ý rằng các ma trận này có tính chất trực giao, ta có thể xác
định nghịch đảo của nó theo hai cách, hoặc thay góc bằng giá trị đối
dấu của nó vào ma trận quay, hoặc chuyển vị ma trận quay đang có.





1
0
0
';
0
cos
sin
';
0
sin
cos
' zyx
α
α
α
α










−
=
ββ
ββ









−=
γγ
γγγ
cossin0
sincos0
001
)(
x
R 2.1.3. Quay một véc tơ:
Có thể mô tả phép quay một véc tơ bằng cách sử dụng các ma
trận quay nêu trên, hãy xem mô tả của điểm P trong hai hệ quy chiếu
trùng gốc như sau: 
Lần lượt mô tả điểm P trong hai hệ tọa độ rồi tiến hành đồng nhất hai
tọa độ đó như sau:





=
z
y
x
z
y
x
p
p
p
p
p
p
p
p
'
'
'
';
[ ]
'''''''''''' Rppzyxzpypxppp
zyx
==++==
pRp
T
=
'
'