ii
MC LC
TịMăTT i
MC LC ii
DANHăMCăCỄCăTăVITăTT v
DANHăMCăCỄCăBNG vii
DANHăMCăCỄCăHỊNHăNH viii
CHNGă1ăGIIăTHIUăLUNăVĔN 1
1.1. Tổng quan v robot 1
1.2. K thutăđiuăhngăchoărobotădiăđng bằng bánh xe 12
1.3. Tóm tt mt s côngătrìnhăđƣănghiênăcu. 14
1.4. NhnăxétăchungăvƠăhng tip cn. 20
1.5. Mc tiêu của lunăvĕn. 22
1.6. Nhim v của lunăvĕn. 22
1.7. Gii hn của lunăvĕn. 22
1.8. Đim mi của lunăvĕn. 22
1.9. Ni dung của lunăvĕn. 23
CHNGă2ăCăSỞăLụăTHUYT 24
2.1. Tiêu chuẩn ổnăđnh Lyapunov 24
2.2. Điu khinătrt 25
2.2.1 Xuấtăphátăđim củaăphngăphápăđiu khinătrt 25
2.2.2. Nguyênălýăđiu khinătrt 29
2.2.3. Cácăbc xây dng b điu khinătrt 29
CHNGă3ăXỂYăDNGăMỌăHỊNHăTOỄNăăCHOăROBOTăDIăĐNGăCịă
CÁNH TAY MÁY 31
3.1. Mô hình hình hc củaărobotădiăđng có cánh tay máy hai bánh xe: 31

iii
3.1.1. Gii thiu 32
3.1.2. Môăhìnhăđng hc củaărobotăhƠnăcóăcánhătayămáyădiăđng hai bánh xe
…………………………………………………………………………….32

1.2. Điu khinăđaăbc 63

v
DANHăMCăCÁCăTăVITăTT

Ký hiu
Đnăv
ụănghƿa
),( yx

m
Tọaăđ tâm rô bốt

Rad
Góc ca rô bốt
v

m/s
Vn tốc dài ca tâm rô bốt


rad/s
Vn tốc góc ca tâm rô bốt
lwrw

,



m

Tọaăđ điểm tham chiu
r
vm/s

Vn tốc mong muốn
r
rad/s

Vn tốcăgócăđiểm tham chiu
b

m
Khong cách gia bánh xe và trcăđối xng
r

m
Bán kính bánh xe
l

m
ChiềuădƠiăcăcấu gi mỏ hàn

kgm
2

Mô men quán tính phần thân quanh trc
đng qua phần giao nhau ca trcăđối xng
vi trc bánh lái
rw

,
lw


kgm
2

Mô men xon caăđngăcătácădng lên bánh
xe phi và trái

KC
Kinematic controller
ISMC
Integral sliding mode controller

vi

WMR
Welding mobile robot
WMR : Robot diăđng bằng bánh xe (Wheeled Mobile Robot)
Hình 1. 6:Máy Hàn Bán T Đng MAG - VMAG350/500 4
Hình 1. 7 : Robot hàn OTC DAIHEN 5
Hình 1. 8: Robot hàn ARC Mate1000B/2000B ca hang Fanuc 5
Hình 1. 9: Máy hàn ca hãng Panasonic 6
Hình 1. 10 : Rùa hàn t đng bám dầm Hit-8SS 6
Hình 1. 11 : Hàn hồ quang chìm t đng 7
Hình 1. 12 : ASLIB 8
Hình 1. 13 ： Servo-Robot’săMWR-350 8
Hình 1. 14 ： Hình nh các loi bánh xe. 9
Hình 1. 15 ： Cấu hình mtăbánhăláiăphíaătrc, mt bánh truyềnăđng phía sau 10
Hình 1. 16 ：Cấu hình hai bánh truyềnăđng vi trọng tâm  bênădi trc bánh xe
11
Hình 1. 17：Cấu hình hai bánh chuyểnăđngăviăsaiăvƠăthêmăhaiăđiểm tip xúc 11
Hình 1. 18：Cấu hình hai bánh truyềnăđng đc lp  phía sau và mt bánh lái 
phíaătrc. 11
Hình 1. 19：Cấu hình hai bánh quay t do  phíaăsau,ăbánhătrc va là bánh
truyềnăđng va là bánh lái. 12
Hình 1. 20：Cấuăhìnhăbaăbánhăđaăhng 12
Hình 1. 21：Cấu hình bốnăbánhăđaăhng. 12
Hình 1. 22：Chuyểnăđngăcăbn ca WMR 13
Hình 1. 23：Cấu trúc ca robot di chuyển bằng bánh 14
Hình 1. 24:Mô hình Robot hàn MR-SL 15
Hình 1. 25:Các sai số bám e
1
, e
2
, e
3
có sai lch 15
Hình 1. 26: Vn tốc ca mỏ hàn và WMR. 16

Hình 4. 1:Luăđồ gii thutăđiều khiển 41
Hình 4. 2:Quỹ đoă(đng hàn) mong muốn cho WMR 41
Hình 4. 3:Chuyểnăđngăbámăđng hàn mong muốn ca WMR 43
Hình 4. 4:Sai lch vị trí e
1
, e
2
, e
3
43
Hình 4. 5:Vn tốc góc ca bánh phi và bánh trái 44
Hình 4. 6: Mặtătrt S
1
44
Hình 4. 7:Mặtătrt S
2
45
Hình 4. 8: Momen bánh trái và phi 45
Hình 4. 9: Cấuăhìnhăbanăđầu ca tay máy 46 1

CHNGă1
GII THIU LUNăVĔN

1.1. Tổng quan v robot
Robot hay ngiămáy lƠămtăloi máy cóăthểăthcăhinănhngăcôngăvicămtă
cách tă đng bằngă s điềuă khiển ca máy tính hoặcă cácă viă mchă đină tửă đcă lpă
trình. LƠămtătácănhơn căkhí,ănhơnăto,ăo,ăthngălƠămt hăthống căkhí-đinătử.

Khongănĕmă3200ănĕnătrc Công Nguyên hàn vy cngăcácăđồ trang sc.
Khongă1500ănĕmătrcăcôngănguyênăhƠnăghépăsăkhaiăđầu tiên, hàn qua lửa
và hàn rèn.
Nĕmă1809ăDavyănhƠăvtălýăngiăAnhăđã phát hin ra hồ quangăđin.
Nĕmă1867ăElikuăThomsenăđƣăphátăhinăraăhƠnăđin tr t thép.
Nĕmă1885ărussen,ăBernadosăvƠăOlszewskyăđƣăthử nghim phngăphápăhƠnă
hồ quang. Hồ quangăđcăđcăđốt cháy gia cc than và chi tit.
Nĕmă1890ăRusseăSlavianoffăphátătriểnăphngăphápăhƠnăhồ quang viăđin
cc kim loi nóng chy phát hin ra Axêtylen- phát triểnăphngăphápăhƠnăhóaălỏng
khí.
Nĕmă1896ăDragerăphátăhin ra que hàn.
Nĕmă1901ălầnăđầu tiên áp dng axeton gii phóng axêtylen ậ Kjellbergw lần
đầu tiên sử dng que hàn có vỏ bọcăđể hàn các thit bị.
Nĕmă1937ăhƠnădi lp thuốc bọcăđc áp dng  ncăĐc.
Nĕmă1940ăbtăđầuăhƠnăkhíătrăvolframă Mỹ bằngăkhíătrăHeliăậ HƠnăkhíătră
 CngăHòaăLiênăBangăĐc bằng khí Argon , hàn khí bo v bằng khí CO2 ng
dng nhiều trong công ngh hàn t đng.
Nĕmă1995ălầnăđầuătiênăqueăhƠnăđin có sỉ  UDSSR.

3

Nĕmă1956ăphátăminhăraăhƠnăđp bằng dây hàn.
Nĕmă1957ăphátătriểnăphngăphápăhƠnăqueăhƠnăcóăxỉ.
Nĕmă1957ăng dng ct plasma.
Nĕmă1961ăsử dng phát minhăhƠnătiaăđin tử ng dng hàn plasma.
Nĕmă1965ădơyăhƠnărng cha thuốcăđc phát triển, phát triển lase khí và
lỏng.
Công ngh hàn ngƠyăcƠngă đc sử dng rng rãi trong nhiều ngành công
nghipănhăch to máy, xây lp công trình công nghip và dân dng, giao thông
vn ti và hóa chất, vv. Vi các ng dng ca các loi máy hàn sau:

Hình 1. 6:MáyăHƠnăBánăTăĐngăMAGă- VMAG350/500
LƠămáyăhƠnăđin hồ quang.

5

Que hàn dng cun dây có bọc lp chống gỉ.
Khí bo v mối hàn là khí CO2 dùngăđể hàn vt liu là st.
Khí bo v mối hàn là khí Argon dùngăđể hàn kim loi mầuănhăAl,ăCuăvƠăInox.
Các loi robot hàn:

Hình 1. 7 : Robot hàn OTC DAIHEN
Robot này có thể hƠnăkhungăxeămáy,ănhanh,ăđẹp và tốcăđ cao.
Mỏ hàn di chuyển linh hot.

Hình 1. 8: RobotăhƠnăARCăMate1000B/2000BăcaăhangăFanuc
Là dòng robot thông minh ng dng trong hàn công nghip, vi tầm vi và tốcăđ
hàn nhanh nhất so vi các sn phẩm cùng loi.

6 Hình 1. 9: MáyăhƠnăcaăhãng Panasonic
RobotăhƠnăđngăthẳngăcaămốiăhƠnăgóc.
ĐăchínhăxácăvƠătốcăđăhƠnăcao

Hình 1. 10 : RùaăhƠnătăđngăbámădầmăHit-8SS
Máy hàn góc.
Máy hàn có tính ổnăđịnh cao.
Hàn theo đng thẳng.


Hình 1. 12 : ASLIB
Robot này có kh nĕngădiăchuyển linh hot.
HƠnăđcăđng hàn có không gian rng.
Hình 1. 13 ： Servo-Robot’săMWR-350
RobotănƠyăcóăđ chính xác cao.
Có thể thayăđổiăgócăđ hàn.
Kiểmăsoátăđc ch đ hàn t đng.
Để đápăng tính linh hot khi di chuyển ca robot, bánhăxeălƠăphngăphápăphổ bin
nhất cung cấp kh nĕngădiăchuyển cho mtărobot,ăđc sử dng vi nhiều kích
thc và nền tngărobotăkhácănhau.ăKíchăthc caăbánhăxeădaoăđng khá rng, t

9

nhỏ cỡ vài chcăcmăđn lnăhƠngămét.ăThôngăthng,ăxuăhng phát triển tp trung
vào các bánh xe cỡ nhỏ, cỡ 5 cm tr li vi 3 bánh xe/robot, mt bánh lái và hai
bánh di chuyển. Loi phc tpăhnăcóăthể sử dng con quay hồi chuyển
Về vt liu, vt liu làm bánh xe không có yêu cầuăđặc bit,ănhngămt số trng
hp c thể có yêu cầu khá chặt. Ví d bánh xe robot quân s cần có kh nĕngăchống
trt.ăĐiềuănƠyăcũngăcóăthể đtăđc thông qua cấu trúc bánh xe, mt robot vi 4
bánh hoặc 6 bánh s cóăuăth chống trt tốtăhnătrng hpă2ăbánh.ăNgoƠiăra,ăcă
cấuăbánhăxeăcũngăcầnăđc chú ý khi thit k chuyểnăđng cho robot. Mt quan
nim sai lầm phổ bin là xây dng nhng robot có bánh xe ln, nguồnănĕngălng
sử dng không cung cấpăđ nhu cầu ca robot.
Bánh xe là căcấu làm cho WMR di chuyển,ăthôngăthng có ba loi bánh xe:
Bánh xe tiêu chuẩn: hai bc t do, có thể quay quanh trcăbánhăxeăvƠăđiểm tip xúc.
Bánh lái: hai bc t do, có thể quay xung quanh khp lái.
Bánh đaăhng - Swedish: ba bc t do, có thể quayăđồng thi xung quanh trc

b)

10 Haiăbánhătruyềnăđngăăgia,ămtăbánhăvà có
điểmăthăbaătipăxúc.

Haiăbánhătruyềnăđngăăphíaăsau vƠămtăbánhăláiă
phíaătrc.

Hai bánh truyềnăđngăđc nối trc  phía sau và mt
bánhăláiăphíaătrc.

Hai bánh truyềnăđng đcălpăăgia, hai bánh lái
ăhaiăđầu.

Cấuătrúcăsăđồ ba bánh là kt cấu có kh nĕngăduyătrìăcơnăbằng nhất, tuy nhiên kt
cấuăhaiăbánhăcũngăcóăthể cân bằngăđc. Khi robot có số bánh nhiềuăhnăbaăthìă
thôngăthngăngi ta phi thit k h thốngătreoăđể duy trì s tip xúc ca tất c
các bánh xe vi mặtăđất.
DiăđơyălƠămt số săđồ bố tríăbánhăxeăđiển hình ca WMR:

Hình 1. 15 ： Cấuăhìnhămtăbánhăláiăphíaătrc,ămtăbánhătruyềnăđngăphíaăsau
Hình 1. 19：Cấuăhìnhăhaiăbánhăquayătădoăăphíaăsau,ăbánhătrcăvaălƠă
bánhătruyềnăđngăvaălƠăbánhălái.

Hình 1. 20：Cấuăhìnhăbaăbánhăđaăhng

Hình 1. 21：Cấuăhìnhăbốnăbánhăđaăhng.
Không có cấuăhìnhăắlýătng”ăchoăsăđồ bố trí bánh xe  WMR. Mi ng
dng ca nó s bị ràng buc về các vầnăđề về thit k robot, và nhim v caăngi
thit k là la chọn mtăsăđồ bánh xe thích hp nhất.
1.2. K thutăđiuăhng cho robotădiăđng bằng bánh xe

13

Vấnăđề di chuyển là vấnăđề trọng tâm caărobotădiăđng.ăĐể di chuyểnăđc,
robot phi thc hin mt lot các tác v, mi tác v gn vi mt bài toán nhỏ trong
bài toán di chuyển
S di chuyển ca WMR căbnătheoăhaiăhng sau :
- T điểm nƠyă(điểm btăđầu)ăđnăđiểm kiaă(điểm mc tiêu).
- Di chuyển bám theo quỹ đoăchoătrc

Hình 1. 22：ChuyểnăđngăcăbnăcaăWMRă
a) di chuyển t điểm btăđầuăđnăđiểm đích, b) di chuyển theo quỹ đo

WMR di chuyển theo mtăquĩăđoăđịnh sẵnă đc gọiălƠărobotăbámăđng.
Robot bámăđng có thể di chuyển theo mtăđng,ăđngăđiăcóăthể là có thể đc
nhìn nhnănhămtădòngămƠuăđenătrênămt bề mặt trng (hoặcăngc li) hoặc nó có
thể lƠăđngăvôăhìnhănhămt t trng.
Trong các dây truyền sn xuất t đng, nhng WMR di chuyển theo mt quỹ

2. “ A Simple Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile
Robot”, T. H. Bui, T. T. Nguyen, T. L. Chung, and S. B. Kim, International Journal
of Control, Automation, and Systems, Vol. 1, No. 1, pp. 35-42, 2003.[5]

15

BƠiăbáoănƠyăđề cpăđn vic sử dngămôăhìnhăđng học ca WMR bám quỹ
đoăđƣăđc gii quytătrongă[5].ăTrongă[5]ăđề xuất mt b điều khiển phi tuynăđnă
ginăđc thit k daătrênămôăhìnhăđng học cho robot diăđng hàn hai bánh, tính
bền vng da vào lý thuyt ổnăđịnhăLyapunovăđể bámăđng hàn vi vn tốc không
đổi. H thống này (xem hình 1.2) có ba bc t do bao gồm c hai bánh xe và thanh
trt mỏ hàn.

Hình 1. 24:Mô hình Robot hàn MR-SL
Lutăđiều khiểnăcóăđc t cácăhƠmănĕngălngăLyapunovăđể đm bo s ổn
định tim cn ca h thống. B điều khiển có ba thông số để điều chỉnh s thc hin
ca h thốngăđiều khiển.ăCáchăđnăginăđể đoăcácăsaiăsố là sử dng hai cm bin,
mt là cm bin để đoăkhong cách và mt cm binăđoăgócăquay.ăTrng hp mỏ
hàn cố định thì có thể bámăđng thẳng và mất nhiều thiăgianăđể sai lch tin về 0,
nhngăkhôngăbámăđcăđối viăđngăcong.ăTrng hp mỏ hƠnăđiều khiểnăđc
thìăbámăđngăcongătrnănhanhăhnăvi sai số chấp nhnăđc, kt qu mô phỏng
trong hình 1.3.5, 1.3.6.

Hình 1. 25:Cácăsaiăsốăbámăe
1
, e
2
, e
3
cóăsaiălch

y
caărobotăsuperăMARIO
MặcădùăbƠiătoánăđiều khiển các h thống Robot di chuyển theo lý thuyt thì
hầuănhăđƣăđc gii quyt,ănhngăđối vi các nhà thit k điều khiển WMR có vn
còn nhiều vấnăđề cầnăđc quan tâm. Ví d nh,ănhcăđiểm ca nhiều b điều
khiển ổnăđịnh vị trí là quá trình chuyển tip kém.
4. “Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Nonholonomic Wheeled
Mobile Robots “,Jung-Min Yang and Jong-Hwan Kim, IEEE transactions on
Robotics and automation, vol. 15, no. 3, june 1999. [8].
Trong bài báo này tác gi sử dng kỹ thutăđiều khiển kiểuătrt và b điều
khiểnăđng lc học có nhiu ngoài bị chặn,ăđƣăđc sử dngăđể gii quyt bài toán
điều khiển bám cho WMR. Robot sử dng trong thc nghim có tên là MICRO và
kt qu mô phỏng khi robotăbámăđng thẳngănhăhìnhă1.3.9.

Trích đoạn Nguyênălýăđ iu khi năt rt

---