ơ o
■ - Ă
53
ĐẠI HỌC o u ố c GIA HÀ NÔI
TRUNG TÂM HỢI» TÁC f)À(> TẠO
VẢ BỒI DƯỠNG CO HOC
TRUNG TẦM KHOA HỌC Tự NI IIÊN
VÀ CÔNG NGHÊ QUỐC GIA
V IỆN C ơ IIỌ C
Vu Thanh Quang
T H I Ế T K Ê R O B O T c ơ C Ấ U S O N G S O N G T R Ê N M Á Y T Í N H
D ự A T R Ê N K Ế T Q U Ả M Ô P H Ỏ N G Đ Ộ N G L ự c H Ọ C
■ m m m
Chuyên ngành: C ơ h ọc ứ n g d ụ n g
M ã số: 2 .0 2 .0 2
L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ỹ c ơ H Ọ C
NGƯỜI HƯỚNG DẪN K HO A HỌC:
T S . P h a m A n il T u ấ n
H À N Ộ I - 200 3
1 í. • ỉ-i A' MOI
1
M ụ c lụ c
L ờ i n ó i đ ẩ u
T lm ậ t n gữ c h u n g liê n qu a n đ ế n cá c cư c ấ u so n g s o n g
C h ư ơ ng 1 G iớ i th iệ u , m ụ c tiê u và c ấ u trú c c ủ a đ ề t à i
/. / Đ ặt vấn đ ề
/ .2 M ục tiêu của đê t à i
1.3 N ội dung chính của đ ề tài

C lu rư n g 2 T ổ n g q u a n về R o b o t
2.1 ư u điểm của Robot tronạ công n g h iệp


4.2.1 Phân tích dộng học Hexapod
4.2.2 Phân tích bài toán vận tốc He.xapoil

4.2.3 Phân tícli tính kỳ dị (suy biến)

4.2.4 Phùn tích bài toán gia tốc Hexapod
4.2.5 Phân tích Ị ực tĩnh Hexapod
4.2.6 Phân tích động lực học Hexapod
4.3 M ô phỏnạ động học và độnạ lực học H e x a p o d

4.3.1 Các thông sô dầu vào cửa bài toán động học vò dộng lực học
4.3.2 Các bước mô phỏng
C h ươ ng 5 Phân tíc h m ộ t số c ụ m c h i tiế t c h ín h
Mục lục
I
■>
. . 5
9
9
¡2
13
15
15
. /5
. 16
. ¡6
16
17
.17

5.1.2 Tiên chuẩn vê âộ chính xúc
56
5.1.3 Cút thông số thiết kế 57
5.2 Phàn tích một sô cụm chi tiết ch ín h 37
5 2.1 Khóp cảu và kììỚỊ.) cúc dãm* 59
5.2.2 Cúc cụm cơcâìt Trục vít - Đai ốc (Ẳ)
5.2.3 Độiiạ cơ bước và động cơ Servo M
5.2.4 Cửỉìì biến, tín hiệu do IườìiiỊ và điêu khiển 75
5.2.5 Cơ cấu chấp hành 82
C hư ơ ng 6 T h iế t k ế c h i t i ế t 88
ó. I M ỏ tả Robot song song cần thiết k ê XK
6.1 .ì Cấp chính xác chi tiết
6.12 Cúc cơ cấu được lựa chọn ss
6.1.3 Bệ di độnq 90
6.1.4 Đế cố định 90
6.1.5 KhỚỊ) liên kết 9!
6.2 Chưong trình dùng đ ể thiết k ế R o b o t 91
6.3 Các bản vẽ thiết kế 94
C hư ơ ng 7 K ế t lu ậ n 95
7. / Các kết quả đạt đư ợ c 95
7 2 Khả năng phát triể n 97
T à i liệ u th a m k h ả o 99
P h ụ lụ c : M ộ t số b ả n vẽ th iế t k ế H e x a p o d 101
3
Lời nói đ ẩu
M ố i q ua n tâ m cơ bản c ủ a n ề n c ô n g n g h iệ p c h ê tạ o n g a y từ đ áu là tìm c á ch
la n g k hả n ă n g sản x u ấ t, g iả m c h i p h í và g iá th à n h c h ế tạ o sản p h ẩ m . Đ ế n đ ầ u
111 lữ n g n ă m 8 0. các n g à nh c ô n g n g h iệ p c h ín h đ ã tìm th ấ y lờ i g iả i đ á p li o n g
n h iề u lĩn h vự c k ỹ th u ậ t c ô n g Iig h ệ n h ư hệ Ih ố n g đ iề u k h iể n sô (N u m e ric a l
C o n tro l - N C ), th iế t k ế /v ẽ vớ i sự trự g iú p củ a m á y tín h (C o m p u ta A id e d

cư ơn g. C u ố i c ù ng tô i x in ch ân th à n h cả m ơn T r u n g tâ m Đ à o tạ o và B ổ i (lirỡ im
C ơ h ọ c , V iệ n C ơ h ọ c , C ò n g ly Đ ầ u tư P hát triể n C ô n g trìn h D u lịc h . V iệ n
C ô n g n g h ệ - Bộ C ô n g n g h iệ p , gia đ ìn h và c ác bạ n d ồ n g n g h iệ p (lã g iú p dỡ, tạ o
d iề u k iệ n và đ ó n g g ó p ý k iế n tro n g su ốt th ờ i g ia n tô i h ọ c lậ p và n g h iê n cứu (lè
tô i h oà n th à n h bản lu ậ n vă n nà y.
M ặ c d ù c ố g ắ n g n h iề u , nh ữ ng vớ i th ờ i g ia n và k h u ô n k h ổ củ a lu ậ n v ă n c ó hạn
n ê n lu ậ n vã n kh ó trá n h k h ỏ i có nh ữ n g th iế u sót. T ô i c h â n th à n h m o n g đượ c sự
g ó p ý c ủ a cá c th ầ y c ô và cá c d ồ n g n g h iệ p c h o b ản lu ậ n vă n n ày .
H à n ộ i, th á n g 0 9 n ă m 2 0 0 3
N g ư ờ i tliự c h iệ n
V ũ T h a n h Q u a n g
5
T h u ậ t n g ữ c h u n g liên qu a n đ ến c á c cơ c ấ u so n g s o n g
T h u â t tiịỉũ cơ bản
C ơ cấu song soiiịỉ: C ư cấ u c h u ỗ i k h é p k ill tro n g d ó ih à n h p liíìn thự c h iện c u ối
c ù n g (b ệ d i đ ộ n g - P la tfo rm ) dư ợc n ố i vớ i đ ê bằ n g ít Illicit h ai c liu ỏ i d ộ n g họ c
d ọ c lậ p . C á c th u ậ t ng ữ tư ơ ng dư ơ ng: R o b o t so ng s on g, ta y m á y so ng s on g, m ỏ
h ìn h S te w a rt, c ơ cấu liê n k ế t so ng so ng , cơ cấ u c h u ỗ i kh é p kín , m á y d ộ n g họ c
so ng so n g (P a ra lle l K in e m a tic M a c h in e - P K M ), h e x a p o d
V iệ c sử d ụ n g c á c th uậ t n g ữ tươ ng đư ơng trê n đ ư ợc x á c (lịn h Iren C O ' sử cá c
đ ịn h n g h ĩa sau:
- T h e o 'T h u ậ t ngữ về L ý th u y ế t M á y và C ơ c ấ u" - Terminology fo r the
Theory o f M achines and M echanisms - do I F l ’o M M đ ịn h n g h ĩa n üm
1 9 9 1 :
o C ơ cấu : H ệ th ố n g các vậ t được th iế t k ế để b iế n d ổ i c h u y ể n đ ộ n g ,
h a y tác đ ộ n g lự c , c ủa m ộ t h ay m ộ t v à i v ậ t the o c h uy ể n tlọ im , ha y
tá c d ộ n g lự c, của cá c vật kh ác .
o C ơ cấ u cầ u p hư ơn g: C ơ cấ u m à tro n g đ ó q u ì d ạo c h u y ể n đ ộ n g
củ a tấ t c ả c á c đ iể m củ a cá c liê n k ế t củ a n ó n ằ m Ire n các m ặ t cầu
ctồng tâ m .

- C ơ cấ u so ng so ng la i g hép : C ơ cấ u s o ng so ng v ớ i bộ d i d ộ n g c u ố i có 11
hạc tự đ o đư ợc n ố i trê n cơ sở rn ( m < n ) c h u ỗ i đ ộ n g h ọc d ộ c lạ p, m u i
c h u ỗ i c ó m ộ t cơ cấu c h ấp h à n h l iê n g .
- C ư c ấ u so n g so ng q u a y : C ơ cấ u so n g so n g tro n g đ ó tất cả cá c đ iể m trôn
bệ d i d ộ n g c u ố i d i c h u y ể n th e o q u ĩ đ ạo n ằ m tren cá c m ặ t cầu d ổ im lâ m .
C ách so i tên theo kết cấu
M ộ t c h u ỗ i d ộ n g họ c Iĩiở th ư ờn g được m ô tả b ằ n g c h u ỗ i cá c cặp k h ớ p đ ộ n g Itọc
c ủ a c h ú n g , tro n g đ ó các k ý h iệ u sau được d ù n g để c h ỉ các kliứ p n ố i đ ộ n g học :
- P: K h ớ p trư ợ t.
- R : K h ớ p q u a y.
- S: K h ớ p cầu .
Đ ô i k h i ký h iệ u u được sử d ụ n g c h o k h ớ p cá c đ ă n g , (u y n h iê n d o k liứ p các
đ ă n g k h ô n g p h ả i là m ộ t k h ớ p đ ộ n g h ọ c đơ n (h a i k liứ p q u a y có trụ c q u a y g iiK )
n h au lạ i tâ m k h ớ p - thư ờn g là v u ô n g g ó c n h a u trê n m ộ t m ặt p h ẳ n g ) 11CI1
th ư ờ ng dư ợc sử d ụ n g k ý h iệ u R R .
Đ ể k ý h iệ u k h ớ p d ộ n g h ọc n ào là cơ c ấu c h ấ p h àn h , chữ cá i c h ỉ kh ớ p d ó sẽ
đượ c g ạc h ch â n ( v í d ụ p h a y R ).
V í d ụ: C h u ỗ i đ ộ n g h ọ c củ a m ô h ìn h S tew art c ó d ạn g (R R ) PS.
C ác CƯ c ấ u so n g so ng c ó cá c c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c đ ộ c líìp sẽ đượ c k ý liiệ u là II
x x x x tro n g đ ó II là sô c h u ỗ i đ ộ n g h ọ c và x x x x k ý h iệ u d a ng của c lm ỏ i
đ ộ n g h ọ c c ó c lìữ c á i c u ố i cù n g c h ỉ k liớ p Iiố i vớ i bệ d i đ ộ n g c u ố i cù n g .
7
M ô h ìn h S te w a rt là cư c ấ u s on g s o n g c ó k iế n trú c d ạn g 6 -D O I 6 - (KK)
FS h o ặ c 6 - D O F 6-SPS.
- M ô h ìn h 3 -D O I7 3 - R R R h a y 6 - D O F 3 -R P R S
Thuát Iiỉỉữ đông hoe liên quan đến cơ cấu song SOIIÍỈ
P hân tíc h v ị tr í
o T ư thế : V ị tr í và hư ớn g củ a b ệ d i đ ộ n g c u ố i.
o C ấu h ìn h : C ác v ị tr í và h ướ ng k ế t h ọ p củ a tất c ả cá c liê n kố t VĨI bệ
d i đ ộn g c u ố i.

8
O K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c co n : M ộ t tạ p c o n c ủa k h o á n g k liỏ im
g ia n là m v iệ c ho à n c h ỉn h .
o K h o a n g k h ô n g g ia n là m v iệ c h ư ớn g k h ô n g d ổ i: T ậ p lấ l cá c ác vị
tr í c ó th ể c ó c ủ a đ iể m c k h i bệ d i d ộ n g c u ố i đượ c g iữ th e o m ột
hư ớ n g Illic it đ ịn h .
o K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c q u a y : T ạ p cá c hư ớ ng c ó th ể có cùa
bệ d i đ ộ n g c u ố i k h i đ iể m c c ố đ ịn h so v ớ i đế.
o K h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c t ố i ưu : T ạ p ta t cả cá c v ị trí c ó th ể có
củ a đ iể m c m à bệ d i d ộ n g c u ố i c ó th ể x o a y th e o m ọ i hư ớ n g.
o B iê n v â t lý : T ậ p tấ t c ả c á c đ iể m c ó th ể n liậ n đư ợc b ở i ít n h ấ t I
đ iể m trê n to à n b ộ cơ cấ u s o ng so n g tạ i ít n h át m ộ t cấu 1 lil ilí cùa
n ó.
9
Chương 1 Giới th iệu , m ụ c tiêu v à cấ u trú c c ủa đế tài
1.1 Đ ặt vấn d ể
R o b o t là m ộ t c h u y ê n n g à n h th ú v ị và (lá n g đ ể c ô g ắ ng n g h iê n cứ u su ố t d ời.
M ộ t m ặ t, c h ú n g có n h iề u ứ ng d ụ n g th ú v ị k h á c n h a u và n g à y c à ng phát triể n ,
m ặ t k h ác , R o b o t tự 11Ó là m ộ t đ ố i tượ ng hấp d ẫn : v iệ c COM ngư ời tạo ra các
c ô n g cụ c ó k h ả nă ng tư ưn g tự n h ư con ng ư ờ i và p lu íơ n g p liá p lu ậ n là m o ! m ụ c
đ íc h hấp d ã n và th ậ m c h í k liô n g th ể trá n h dược.
K h á i n iệ m R o b o t thâ m n h ậ p n g à y c àn g n h iề u và rộ n g lã i, có rấ t n h iề u k lú a
c ạ n h về R ơ b o t có tro n g các hệ th ố n g n g a y cả k h i tự c liíin g k ltỏ n g được g ọ i là
R o b o t. Đ ó c ó th ể là k h ía c ạ nh vổ đ ộ n g h ọc củ a cá c liê n kế t lio ạ c k liía c ạ n li
(liề u k h iể n c ủa cá c c ô n g cụ m á y IT1ÓC. C ó rấ t n h iề u đ ịn h n g h ĩa k lu íc n hau về
R o b o t, tro n g đó đ ịn h n g h ĩa do V iệ n n g h iê n cứ u R o b o t củ a M ỹ (R ob o t
In s titu te o f A m e ric a -R IA ) , m ộ t tổ chứ c thư ơ ng m ạ i c ô n g n g h iệ p đưa ra năm
I9 8 0 , h iệ n đư ợc cô n g nh ậ n n g à y càn g rộ n g rã i, về R o b o t nh ư sau:
M ột Robot là m ột lay m áy đa chức năng có th ể lập trình diêu khiển It hiển
lẩn được thiết kê đế di ch uyển vật liệu, các bộ p h ậ n , các dụng cụ lioặc các

R o b o t), đượ c ph á t triể n từ n lìữ n g n ă m I9 6 0 , h iệ n đ ã c ó rấ t nh iề u d ạn g càu ti Tu
c a h ọ c và đã dư ợ c đ ầu tir n g h iê n cứu rấ t k ỹ c ả về th iế t k ế, dộng họ c, m ô h ình
h o á và d iề u k h iể n . T u y n liic n , v ấ n đề là c á c cấu trú c n ày rất k em li l il í h oạ t :
m ộ t k h i th iế t b ị đ ã đư ợc th iế t k ế và ch ế lạ o sẽ rấ t kh ó c h o v iệ c cả i liê n và n a il”
câ p sau nà y in à c h ỉ có th ể thự c h iệ n các cô n g v iệ c sửa đ ổ i n h ỏ . H ơ n nữa. tro n g
các c ô n g c ụ m á y m ó c tru y ề n th ố n g c ò n có m ộ t số vấn đề k h ô n g p h ải là cá Itiẹl
n h ư v iệ c Iha y đ ổ i k íc h ih ư ớ c th à n h p h án củ a th iế t b i ih ậ n i c h í làì ít c iĩn ụ làn ỉ
ảnh hư ởng đ ến toà n bộ th iế t kế . D o vậy rất k h ó h y v o ng rằ n g c ác công cụ máy
m ó c c h u ồ i c ó thể c ó n h ữ n g th a y đ ổ i lớ n tro n g tư ơ n g la i. T ro n g các họ thố n g
lá p ráp, vấn đ ề lạ i n ả y sin h k h i c ó yê u cầ u về cá c lụ c là m v iệ c lớ n và vện lốc
ca o, hơ n nữa CÒ11 liê n q u a n đ ến c ác h h o ạ i đ ộ n g an to àn . N h ữ n g ('liều n à y bị
g iớ i h ạ n tro n g các R o b o t dạ n g c h u ỗ i tru y ề n th ố n g . D o có câu trú c chum c h u ỗ i
nên k h ô n g ph ải tấ t cả các cơ cấ u ch ấ p hà n h có k h ố i lượ ng IỚ11 đề u cỏ th ể gắn
trớn c ù n g m ộ t bệ đỡ, n ên c h ú n g có k h u y n h hư ớn g (lư ợc sử clun g d io c;íc cỏng
việc có tải n h ỏ so vớ i k h ố i lư ợ ng củ a ta y m á y . M ơn nữa, cấu trú c chuỗi CÒII có
nhiều sai lệ ch tạ i k h ớ p n ố i d o đ ộ cứ ng y ếu n cn c h ú n g có đ ộ ch ín h xác lliíip (V
th à n h phầ n c u ố i.
/
lỉìiih 1-1 Mô hình buồng tập lái máy bay của Steward
11
N ă m 1994, h ai c ô ng ty (lụ n g cụ m á y G itiđ in g s & L e w is và liig c is o ll (Mv), (If)
là m k in lt n gạ c cả th ế g iớ i k h i g iớ i th iệ u m ộ t th iế t bị m á y m ó c tlạ u g m ó i. ( ';k'
hệ lliố n g m ớ i n ày dược dựa trôn câu trú c c ác k h ớ p đ ộ n g lự c son 12, s o il” m il cin
ckíực S tew ard phát triể n nă m 1965 lạ i A n h (H ìn h 1-i). H ui n 'lim ly n à y tlã g o i
cá c e ỏ im cụ m á y m ó c m ới n ày là " H e x a p o d ” . T ê n n à y XIIÍÌ! I'Ilát III sán llù m h
p lu ln kế l cấ u cơ bán của th iế t b ị là các ch â n là các p hần tu kiế n ố n g lỏ im , các
b ộ d ẫn dộ n g được đ iề u k h iể n số d ể tlia y đ ổ i ch iề u dà i cá c ỏ im lổiiL' tiio n g IIIIÍỊ,
đ iề u k h iể n 6 bậc tự d o về v ị tr í và g ó c x o a y c ủa bệ d i d ọ n g . Sau k h i n e liic ii
cứu nền tá ng c ủa các ph á t triể n n à y, rấ t n h iề u ý tư ở ng ve việ c áp (Im IU u íc cíiu
trú c đ ộ n g h ọ c so ng so ng v à o R o b o t h ọc và c ô n g cụ in á v m ó c dã (.lược p liá l

k h iể n V M E -B u s và hệ th ố n g th ờ i g ia n thự c. Ư u đ iể m là có lliể thự c h iện
các c h u y ể n dộ n g n h a n h , đ ộ cứ ng vữ ng và độ c h ín h xá c cao.
N h ậ n th ấ y k h ả năn g ứng d ụ n g rấ t lớ n c u n g n h ữ ng th ế in ạ n li của R ô b ố l CO' cấu
s o n g s o ng , liiộ n n ay dã c ó m ộ t số cơ sở tro n g cả nước dã Inrớc clrìu n g h ic n c iỉti
lĩn h vực n à y, m ộ t số b à i b áo tro n g lĩn h vự c R ô b ố t son g s o ng dã được g iớ i
th iệ u lại H ộ i n g liị Cơ đ iệ n tử toà n q u ố c lầ n th ứ n hấ t th á n g 9 /2 0 0 2 và I lọ i n g h ị
C ư h ọc to àn q u ố c lầ n thứ 7 th á n g 12/ 2 0 0 0 2 , cụ thể là:
- T rư ờ n g Đ ạ i h ọ c B ách K h o a H ổ C h í M in h đã n g h iê n cứu và x â y (lự ng
m ô h ìn h I I E X A P O D d ù n g để g ia cô n g k im lo ạ i và cầ n cáu R ôb ố t
(R o b o C ra n e ).
T ru n g tâ m th ẩ m đ ịn h c ô n g ng hệ , T ổ n g c ụ c c ô ng n g h iệ p (|11ÓC p h ò ng
C ling đ a n g n g h iê n cứu v iệ c g iả i bà i toán đ ộ n g họ c c h o lo ạ i R ò b ot cơ cấu
so ng song .
Đ ạ i h ọ c B ách K h o a M à N ộ i tìm h iể u ứng d ụ n g R ô b ố t cơ câu s on g so ng
để g ia c ô n g d iê u k h ắ c cá c bề m ặ t phứ c tạ p và ứn g đ ụ n g R ô b ò t cơ cấu
so n g so ng tha o tá c dư ớ i h ầ m sâu.
B ắ t dầu từ n ă m 2 0 0 2 , p h ò n g C ơ đ iệ n tử - V iệ n C ơ h ọ c th u ộ c I Vu nụ !;ìm
K H T N và C N Q G c ũ n g đã triể n kh a i n g h iê n cứu R ô b ò ì cơ c fm SOI1U
so ng và Mò phỏng động lực học Rôbốt cơ cấu song son ạ ha II ạ phần
mém alaska ứng dụng trong ẹia cônq khuôn mẫu.
N h ìn ch u n g cá c cơ sở n g h iê n cứ u tro n g IIIIỨC m ớ i c h ỉ (lu a ra m ỏ liìn h và (li tìm
tlu iậ t to án g ia i b à i to án đ ộ n g lự c h ọ c c h o R ô b ố t cơ cấu s on g SOU” , c h u a c h ế
tạ o R ô b ố t m â u cụ thể .
1.2 Mục tiêu củ a đ ê tài
l)ổ tà i "T hiết k ế phẩn cơ k h í Robot cơ cảu song song trên m áy tín h dựa (rên
kết quả mỏ p h ỏ n g iỉộtig lực học" dược lliự c h iệ n tậ p tru n g và o v iệ c liế p cận
và n g h iê n cứ u m ộ t loạ i R o b o t s o n g so ng da n ă n g ứng d ụ n g bư ớ c đầu c lio c ò n ụ
lá c g ia cô n g các c lii tiế t cơ k h í p hứ c tạ p v à du a ra bán th iế t kê p lum CO I h í ru a
R o b o t ció.
13

to á n cù a V iỌn C ơ h o c đư a ra cấu liìn li củ a I le x a p o d cụ thể.
14
C h ư ơ ng 4: N g h iê n cứ u, p h â n tíc h về m ặ t lý th u y ế t đ ộ n g h ọ c và đ ộ n g lự c họ c
c ủ a H e xa p o d . T ìm h iể u và tiế p cạn q u á tr ìn h m ô p h ỏ n g d ò n g lực liọ e
I le x a p o d .
C h ư ơ n g 5: T rê n cơ SƯ p hâ n tíc h m ộ t số c ụ m c h i tiế t c h ín lụ y êu cầu c ù a hài
to á n , lu ậ n vă n đưa ra c á c k íc l) th ư ớc cá c th à n h ph ẩn c ủ a R o b o t. T l KI
111
kliảo
cá c c ụ m c h i tiế t th ư ơ n g p h ẩ m h iệ n c ó trê n th ị trư ờ n g để lựa c h ọ n cá c c ụ m c h i
tiế t p h ù hợp . P hâ n tíc lì, p h â n lo ạ i c ác c ụ m c h i tiế t, b ộ p h ậ n c ó thể g ia c ó n g c h ế
tạ o tr o n g nước và n h ậ p n g o ạ i củ a R o b o t m ẫu .
C h ư ơ n g 6: T h iế t k ẽ c h i tiế t p h ầ n c ơ klú H e x a p o d m ẫ u , th iế t lập mô hình 3
c h iề u c ủ a R o b o t trê n m á y tín h p h ụ c v ụ c ô n g tá c m ô p h ỏ n g , tìm k iê m lin g
d ụ n g in ư rộ n g sau n à y.
C h ư ơ ng 7: K ế t lu ậ n và đưa ra c ác k h ả n ă n g p h á t triể n tiế p tlie o củ a clề lĩii.
15
2.1 ư u điếm của R o b o t tro n g c ô n g n g h iệ p
V iệ c cơ k h í hoá và tự d ộ n g h oá đ ã dư ợc b ắt đá u n g a y từ c u ộ c cá ch m ạ n ụ i/ò im
n g h iệ p v à o d đu tliế k ỷ X I X vớ i m ộ t c h iế c m á y h oà n c h ỉn h (1ÀU lie n (lo
J a c q u a id p há t triể n sử d ụ n g tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p d ệt. N hữ n g c liiè c m á y
d ẹt d áu tiê n n à y c ò n rất đơ n g iả n so ng đ ã c ó th ể được lậ p trìn h b ằn g cá c cơ
c ấ u cơ k h í để có thể d ệ t được n h iề u m ẫ u v ả i k h ác Iilia u . K ể từ dó, c ù n g với sự
p há t triể n cù a n gà nh cơ kh í, n h iề u lo ạ i m á y tự đ ộ n g dã được ra d ờ i, từ n h ũ n g
th iế t b ị g ắ p x ỉ tro n g lò , m á y p h un sơ n đ ến c h iế c m á y vận lià n li từ xa sử ilm m
đ iệ n nă ng d iề u k h iể n b ằn g d ộ n g cơ s e rv o đ ầu tiê n ra đ ờ i v ào n ăm I9 4 7 , I1CI1
c ô n g n g h iệ p R o b o t đã b ắt đẩu h ìn h th à n h v à p h á t triể n . Đ ầu n hữ n g n ăm 6 0
c ủ a th ế k ỷ X I X , nhữ ng R o b o t đầu tiê n , th e o k h á i n iệ m về R o b o t ( I . I ), dã (lirưc
đ u a vào áp d ụ n g tro n g c ô ng n g h iệ p v ớ i R o b o t dầu tiê n là R o b o t ch o <l;iy
c h u y ề n c ô n g n gh ệ đ ú c củ a h ãn g G e n e ra l M o to r và c ũ n g bắ t drìu từ d ó, R o b ot

k iệ n c h i p h í c ao về sức k lio ẻ , y tế và bảo h iể m th â n thể . M ộ l số d iề u k iẹ n c ỏ n g
v iệ c cầ n R o b o t th a y th ế co n n gư ờ i như : thự c h iệ n các c ô n g việ c n ặn g n h ọ c,
cá c cô n g v iệ c lặp đ i lặ p lạ i, tro n g m ô i trư ờ ng đ ộ c hạ i (b ụ i b ẩ n, n h iề u ch ấ t
d u n g m ô i, k h í d ộ c, n h iệ t đ ộ c a o, đ ộ ồ n lớ n ) và các cô n g v iệ c y ê u cầu sự tộp
tru n g ca o đ ộ liê n tụ c.
N h ìn c h u n g , tro n g c ác c ô n g v iệ c cầ n n â n g h o ặ c d i c h u y ể n vật c ó k h ố i lư ợ n g
lớ n h oặ c c ác th a o tác đ ơ n lớ n hơ n 4 0 0 0 lầ n n ê n sử d ụ n g các cô n g cụ , m á y
m ó c tự đ ộ n g lio á th a y ch o co n ng ườ i ho ặ c cá c m á y lliô n g thư ờ ng d o c o n ngư ời
d ic u k h iể n .
R ấ t n h iề u c ô n g v iệ c tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạ o được Ihự c h iệ n tro n g
n h ữ n g m ô i trư ờ n g rấ t đ ộ c h ạ i đ ố i vớ i c o n ngư ờ i n h ư cá c c h ất g â y u n g thu'
tro n g b ụ i sơ n, đ ộ ồ n c a o tro n g c á c n hà m á y in , n h iệ t đ ộ ca o và cá c vậ t n ó n g
tro n g c á c xư ở n g đ ú c T ro n g n h ữ ng m ô i trư ờ ng n hư vậ y , R o b o t có thể được sử
d ụ n g m à k h ô n g g ây n g u y h iể m ch o ngư ờ i sử d ụ n g . R o b o t cũ n g được sử d ụ n g
d ể th a y th ế c o n n gư ờ i tro n g m ộ t s ố các c ô n g v iệ c đơ n g iả n so ng c ó yc u cầu
tạ p tru n g ca o đ ộ dễ g â y m ỏ i m ệ t và că ng thẳ n g .
2.1.3 Hiệu quả chi phí:
H iệ u q u ả c h i p h í củ a R o b o t th ư ờn g k h ô n g dễ tín h to á n xá c (lịn h cụ 11lể. H ầu
h ế t c ác c h i p h í đư ợc x e m n hư là c h i p h í về c ô n g cụ m à thư ờ ng b ỏ q ua m ột
p hẩ n đ á n g k ể là cá c c h i p h í về k h ả n ă ng và tín h th ô n g m in h của R o b o t. N g o à i
ra, (ro n g c ác d íly c h u y ể n sản x u ấ t, các R o b o t n ó i c h u n g có lliổ lioi.ll tlộ im
2 4 /2 4 g iờ m à k h ô n g c án n g h ỉ n h ư c o n n g ư ờ i, đặ c b iệ t tr o n g n h ữ n g m ô i trư ờ ng
n g u y h iể m , sử d ụ n g R o b o l CÒI
1 c ó th ể g iả m c h i p h í c lio các h ộ tliố n g ph ụ liự
( V í d ụ : hệ th ố n g cấ p k h í sạch c h o Iìg irờ i đ ể th ở (ro n g cá c h ầm sâu, hẹ tlió iiü
c h iế u s án g tro n g x ư ỏ n g ).
2.1.4 Thay đổi dễ dàng:
T ro n g c á c tn r ờ n g h ợ p sử d ụ n g m ộ t cá ch đ ú n g đ ắn , c ác R o b o l kh ô n g c h ỉ dỏ
d àn g th a y đ ổ i hơ n cá c th iế t b ị tự d ộ n g c ố đ ịn h m à CÒI1 c ó thể c ó k h a n ă n g
(h ích ứ n g v ớ i sự th a y đ ổ i n ha n h lìư n cả c o n n g ư ờ i, đ iề u n à y là m c ho cá c sản

T a y m á y b a o g ồ m m ộ t tậ p các th à n h p lu ìn liê n k ết CƯ h ọ c dượ c n ố i vớ i nhau
b ằn g cá c kh ớ p . C á c k h ớ p thư ờng là c ác k h ớ p q u a y ho ặc các kh ớ p trư ợt. I hành
p h ần c u ố i dượ c g ọ i là th à n h ph ầ n thự c h iệ n c u ố i vì đ ó là th à n h phầ n g;m (lụ ng
c ụ ho ặ c vậ t tá c đ ọ n g . C ác cơ c ấu ch ấp h à n h đượ c sử d ụ n g dể đ iề u k liic n
c h u yể n đ ộ n g c ủa cá c k h ớ p củ a ta y m á y , m ộ t s ố kh ớ p là kh ớ p c h ủ d ộ n g (cá c
kh ớ p c ó g ắ n cá c cơ c ấu c h ấp h à n h ) và m ộ t s ố k h á c là kh ớ p b ị d ộ n g .
2.2.2 Phần động lực:
2.2.2.1 C ơ cấu cliđp hành:
C ác cơ c ấu c lià p h à nh th ư ờn g là lo ạ i tu y ế n tín h ho ặ c q u a y , c h ú n g c ó thò 1(1
d ạ n g tliu ỷ lự c , k h í n én h oặ c d iệ n , tro n g đ ó các CƯ cấu d n ì p h à n h c h ạy baiiíz
V
-loỊưĩ
18
n ă n g lư ợ ng đ iệ n ( d ộ n g cơ ) p hù hợ p và thư ờ n g dượ c sử d ụ n g n h iề u Illicit c h o
c á c ứng d ụ n g c ó tố c đ ộ ca o, tả i tru n g b ìn h và n h ỏ tro n g k h i các cơ cấu e liâ p
h à n li th u ỷ lự c ph ù hợ p v ớ i các ứng d ụ n g c ó tố c đ ộ thấ p là la i là m v iệ c lớn . ( 'ác
c ơ Cấu c h ấ p h àn h k h í nén được sử d ụ n g tro n g các ứng d u n g lư ơ ng lự cơ cấu
c h ấ p h à n h tliu ỷ lực nh ư ng v ớ i tả i là m v iệ c n h ỏ . N g u y ê n n hân dể c á c cơ câu
c h ấ p h à n h k h í n é n c ò n đư ợ c sử d ụ n g tro n g c ô n g n g h iệ p vì tro n g hầu h ốt các
n h à m á y đ ều đã có sẩn các trạ m k h í n é n tập tru n g .
2.2.2.2 Bộ truyền động:
B ộ tru y ề n ctộng là th à nh p hẩn tru n g g ia n g iữ a c ơ càn ch ấ p hà nh và các k h ớ p
c h ủ đ ộ n g , c h ú n g được sử d ụ n g bở i cá c n g u y ê n nh â n sau:
- T h ô n g thư ờ ng cá c trụ c ra củ a các c ơ cấ u c h ấp h à n li k h ô n g ph ù hợ p để
tru y ề n c h u yể n đ ộ n g trự c tiế p c h o c á c th à n h ph ầ n liê n q u an . V í d ụ : lố c
đ ộ q u a y c ủa (lộ n g cơ th ư ờ ng k h o ả n g 3 0 0 ()v /p sẽ k h ô n g p h ù họ p với cá c
R o b o t c ó vậ n tố c n h ỏ d o v ậ y sẽ c ần cá c h ộ p số dể g iả m tố c.
- Đ đ u ra củ a cơ cấu ch ấp hà n h có c h ế đ ộ đ ộ n g họ c kh á c c h u y ể n d ộ n g của
k liứ p (đ ộ n g cơ ch u y ể n đ ộ n g q u a y so v ớ i k h ớ p trư ợ t c lu iy ể n d ộ n g tịn h
tiế n ho ặc d ộ n g CƯ tu yế n tín h v ớ i c h u yể n d ộ n g kh ớ p là q u a y ).

cá c ứng d ụ n g kh ác.
2 .2 .3 3 B ộ c h u y ể n đ ổ i n ẹ u ổ n n ă n g lư ợ n ọ,:
2.3.1 Robot cơ cấu chuỗi
H ình 2-1 Robot P U M A Hình 2-2 Robot lììn ìi 2-3 Robot T3
SCARA
C ác R o b o t c h u ỗ i h iệ n là c á c R o b o t c ô n g n g h iệ p p h ổ b iế n n hấ t. T h ô n g thư ờ ng
c h ú n g có c ấ u trú c lư ơ n g tự cá n h ta y n gư ờ i tức là m ộ t c lu iỗ i lie n lụ c các liê n
kế t dược n ố i vớ i Iilia u b ằn g c á c k h ớ p (c h ủ y ế u là cá c k h ớ p x o a y và thư ờn g
được g ọ i là c ác k hớ p bả va i, k h ớ p k h u ỷ u ta y v à k h ớ p cổ ta y). Ư u đ iể m c h ín h
củ a lo ạ i R o b o t n à y là k h o ả n g k h ô n g g ia n là m v iệ c lớ n sư với k íc h thướ c của
bả n th ân c h ú n g . N h ư ợ c đ iể m c h ín h của c lu in g là: đ ộ c ứn g vữ n g llu íp (lo có cấu
Iriíc d ộ n g h ọ c hử, cá c sai số đượ c tíc h lu ỹ , ảnh h ư ở n g và b ị k lu iy ế c h đ ạ i lừ lie n
kef n ày sa ng liê n két kh á c, c h ú n g p h ả i d ỡ và d i c h u y ể n các co' càu clú ì|) I k i iiIi
có k h ố i lư ợ n g lớ n và d o vộ y c ln ín g có hiệ u suất lả i lươ n g ứng th ấ p.
Một số Robot cluiỗi dược giới thiệu trong các Hình 2-1, Ilìnli 2-2 và ỉ lình 2-3.
2 0
I h ô n g thư ờ ng cầ n có 6 b ậ c tự d o để đ ặ t m ộ t vật và o vị trí và hư ớng (liiim I lir o
yê ư cầu v à o tro n g k h o ả n g k h ô n g g ia n p h ụ c vụ của R o b o t n ê n rất n h iề u R o bo t
c h u ỗ i có 6 k hớ p n ối (H ìn h 2 -4 ). T u y n h iê n , cá c R o b o t th ư ờ ng đ ư ợc lliiì'1 kế
c h o cá c m ụ c tiê u và ứ ng d ụ n g n h ấ t đ ịn h , v í d ụ , tr o n g c ô n g Iiụ h iệ p l;ip lá p :
R o b o t c ầ m m ộ t sản p h ẩ m từ m ộ t b ộ c ấ p sản p h ẩ m và dưa san ph ẩ m VÍU) v ị II I
lắ p đ ặ t củ a n ó tro n g d â y c h u y ề n lắ p lá p . C ô n g v iệ c n ày th ư ờ ng c h ỉ y êti cầu 4
b ậ c tự do . V ớ i m ụ c đ íc h n ày , cá c R o b o t c h u y ê n d ụ n g đư ợc l li iế l k ế và c h ế tạo
v à đư ợc g ọ i là d ạ n g wSCARA (S e le c tiv e C o m p lia n c e A s s e m b ly R o b o t Arm).
2.3.2 Robot cơ cấu song song
M ộ t R o b o t so ng son g bao g ồ m m ộ t đ ế c ố đ ịn h (F ix e d Base P k ilfo rm ) (lirợ c n ôi
với b ệ d i đ ộ n g c u ố i (E n d E ffe c to r P la tfo rm ) b ằn g m ộ t sô ch ân . C á c ch fu i n ày
th ư ờ n g b a o g ồ m m ộ t cơ cấu c h ấ p hà n h k hớ p trư ựt tịn h tiế n , n ố i vớ i d ể (•(') đ ịn h
và bệ d i đ ộ n g hằ ng cá c k h ớ p cầ u h oặ c k h ớ p cá c đ ăn g là cá c k h ớ p l'ị (lọ n c
(k liớ p k h ô n g có cơ cấu ch ấ p h à n h, d ù n g dể tạo kế t cấu R o b o t và g iữ vai Im l;ì

22
(lỏ n g (k h ớ p til rực cư cấu c hấ p h àn h (lẫ n đ ộ n g ). C ác R o b o t so ng soiií: liuiin loim
c ó h ai k h ớ p trư ợ t c lié o nha u lh ư ờ ng dược g ọ i là các m ỏ liì n li S lcv v a il. lèn cu:i
n g ư ờ i đầ u lie n dư a ra m ộ t ứng d ụ n g của R o b o t so ng so n g đổ m ò p lio im In ió iiũ
tộ p lá i m á y b ay. Các: th iế t k ế R o b o t bo l s on g so ng h oan to àn efítm (in (liK 'V sil
(lụ n g và i na m trư ớ c tro n g c á c m á y thử tủi lố p xe đư ợc ( ỉo u g lt g h i Itli;ỉii. l) o
v ậ y, n gư ời ta thư ờ ng g ọ i tên m ô h ìn h S te w a it-G o u g h dể c h ỉ cả hai th um Mèn.
và c lu in g th ô n g th ư ờn g c ó có 6 bậ c tự d o H ìn h 2 -7 .
ỉỉìtĩìt 2-8 M ột sô m ỏ h ình H exapod dược sứ dụng trong crììig niỉliièp
2.3.3 Robo lai ghép (Hybrid Robot)
N g o à i h a i d ạ n g R o b o t ch ín h là R o b o t c h u ỗ i và R o b o t son g so ng. Iig u ò i !;i COII
phát triể n lo ạ i R o b o t k ế t h ợp cả h ai dạ n g trê n tro n g m ộ t hộ th ố n g R o b o t f illi n g
và trở th à n h R o b o t la i g hé p. Đ ặ c đ iể m Iiổ i b ật của d ạ n g R o b o t n à y b íio g ổ m
k h o íin g k liô n g là m v iệ c lớ n và đ ộ lin h ho ạ t c ao h a n so với lo ại R o b o t SOI1ÍI
so ng lio à n to àn và cũ n g cứ ng v ữ n g hơn so v ớ i lo ạ i R o b o t c h u ỗ i. I lìn h 2 ọ u ic i
th iệ u m ộ t lo ạ i R o b o t la i g ỉié p 2 4 - D O F dượ c p liá l triể n đ ể là m việ c Irons: các
nhà m á y n g u y ê n tử có tê n là L o g a b e x .
C ác d ạ n g R o b o t la i g h é p đư ợ c cấ u h ìn h trự c tiế p từ cá c c liu ỏ i (lọ n g liọ c so n g
son g và c h u ỗ i, c h ú n g b ao g ồ m :
- C ơ cấu s o ng son g g lié p vớ i cơ cấu so ng s on g: M ai liộ th ố n g s on g SOI!!'
n ố i vớ i n ha u Ihe o c h u ỗ i. C ấ u trú c n à y c ứn g v ữ n g hơn R o b o t cơ e fui
c h u ỗ i, tu y n h iê n các bà i to á n đ ộ n g h ọ c th u ận v à ngư ợ c của c lu in g n il
p lu íc tạp .
- c<> cấu c h u ỗ i g h é p v ớ i cơ cấ u s on g so ng : M ộ i hộ th ố n g s on g so ng Í’ íín
lie n m ộ t cơ cấ u c h u ỗ i. L o ạ i R o b o t n ày tổ n g hợ p tlu ợ c liu <I i< rM vì'
k h o ả n g k lìô n g là m v iệ c lớ n và đ ộ lin h h o ạ i ca o cu a cơ câu c ln io i Ih ú
n h ấ t lẫ n đ ộ cứ ng v ữ n g cao và đ ộ c h ín h xá c v ị t r í cua CƯ t âu SOII.U sc im
th ứ ha i.
23
H ình 2-9 M ô hìn h R obot lai ghép 24-D O F (Logabex)

đ ể c h ỉ cá c th iế t b ị, m á y m ó c c ó h ìn h d ạ n g g iố n g n gư ờ i, có tr í Ih ồ n g m in h và
rấ t k h é o lé o. B ắt đ ầ u từ sau C h iế n tra n h T h ế G iớ i lỉ v à tro n g s u ố t m ộ t th ờ i
g ia n d à i, ng à nh R o b o t h ọ c c h ủ yế u g iớ i h ạ n tro n g các dạ n g ta y m á y đo'11 g ian
sử đ ụ n g tro n g n g à n h c ô n g n g h iệ p c h ế tạo và n g u yê n tử. C h ỉ tro n g k h o a n g m ọt
th ậ p k ỷ trở lạ i đ â y, tr ìn h đ ộ p h á t tr iể n củ a k ỹ th ậ t cô n g ng h ệ d ã g iú p ch o v iệ c
c h ê tạo R o b o t d ạ n g n g ư ờ i trở th à n h h iệ n th ự c. M ộ t R o b o t được g ọ i là d ạn g
n g ư ờ i n ếu n ó có 2 ch â n , h a i ta y và m ộ t đầu (H ìn h 2 -1 2 ) và sử đ ụ n g các th àn h
p h ầ n đ ó the o c á c h củ a COI1 n g ư ờ i: cha n dể đ i, ta y dể c ẩ m , đầu đ ể " n h ìn " và
n g h e ".
ỉ!ìn h 2-12 R obot dạng người A S1M O của ha ng H O NDA (N hậ t bản).
T rô n q u a n đ iể m cơ h ọ c , R o b o t dạ n g ng ư ờ i kh á c vớ i cá c cấu trú c R o b o t CO' câu
c liu ỏ i h a y so ng s on g d o cấ u trú c c h u ỗ i đ ộ n g h ọc h ìn h câ y (từ m ộ t p h ần lử n ày
tiế n m ộ t ph ần tử kh á c c h ỉ c ó th ể d i th e o m ộ t c h u ỗ i d u y n h ấ t và m ộ t ph ần tử có
th ể c ó n h iề u hơ n ha i k h ớ p liê n k ế t v ớ i các ph ần tử k h á c ) d o v ậ y d â y có lliổ co i