GIÁO TRÌNH - Kỹ thuật Robot (Nguyễn Trường Thịnh & Tưởng Phước Thọ) | Cộng đồng Kỹ thuật cơ điện Việt Nam EBOOKBKMT

Trong "Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam" luôn khẳng định Cơ điện tử là một trong những hướng công nghệ trọng điểm phục vụ phát triển kinh tế xã hội. Trên thế giới, Cơ điện tử là một trong những lĩnh vực chiến lược đóng vai trò quan trọng của các nền kinh tế phát triển. Kỹ thuật Cơ điện tử là một lĩnh vực khoa học công nghệ được hình thành từ sự cộng năng của ba ngành Khoa học Công nghệ chủ yếu là Cơ khí, Điện tử và Công nghệ thông tin nhằm hoàn thiện, linh hoạt hóa, thông minh hóa các thiết bị máy móc phục vụ con người. Và khi nhắc đến Cơ điện tử, chúng ta không thể quên rằng robot chính là sản phẩm đặc trưng của ngành cơ điện tử.

Trong những năm vừa qua cùng với sự lớn mạnh của khoa học công nghệ, kỹ thuật robot cũng không ngừng phát triển. Cuốn giáo trình này hy vọng giúp cho người yêu thích và quan tâm đến robot có thể hiểu về robot, biết về kỹ thuật robot được sử dụng hiện nay trên thế giới.

Cuốn giáo trình này cũng không có tham vọng đưa ra tất cả các kiến thức về robot, mà chỉ giúp cho người đọc có cái nhìn toàn diện và cụ thể cho từng phần cấu trúc hình thành nên robot. Giáo trình "Kỹ Thuật Robot" được biên soạn cho các đối tượng học viên cao học, sinh viên đại học của các trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Kỹ thuật, các trường Cao đẳng Kỹ thuật, các kỹ sư và giáo viên dạy nghề...

Giáo trình được chia làm hai tập: Tập 1, giới thiệu những kiến thức cơ bản và nền tảng của Kỹ thuật robot; Tập 2, tập trung các chương viết về cấu trúc nâng cao của kỹ thuật robot, phương pháp thiết kế robot công nghiệp, robot biến hình, robot phỏng sinh. Trong cuốn giáo trình tập 1 này gồm có 10 chương, trình bày một cách hệ thống các kiến thức về kỹ thuật robot cũng như robot công nghiệp từ các phần cơ bản về cấu trúc chung và các thành phần cấu tạo của robot, phân tích động học robot cho đến phần phân tích động học vận tốc, động lực học, phương pháp lập quỹ đạo chuyển động và các công nghệ tiên tiến tích hợp lên robot như các cảm biến, thị giác máy và các cơ cấu truyền động và cơ cấu chấp hành cuối.

NỘI DUNG:

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT ROBOT ..........................13

1.1. GIỚI THIỆU ....................................................................................13

1.2. PHÂN LOẠI ROBOT ......................................................................25

1.2.1. Robot công nghiệp .................................................................25

1.2.2. Robot dịch vụ .........................................................................26

1.3. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA ROBOT ..........................................30

1.3.1. Ưu điểm .................................................................................30

1.3.2. Nhược điểm ...........................................................................30

1.4. CẤU TRÚC CỦA MỘT HỆ THỐNG ROBOT ...............................31

1.4.1. Phần cứng ..............................................................................31

1.4.2. Phần mềm ..............................................................................32

1.5. TƯƠNG LAI CỦA ROBOT ............................................................37

1.6. KẾT LUẬN ......................................................................................38

Chương 2: NỀN TẢNG ROBOT .........................................................41

2.1. CẤU TRÚC TAY MÁY ROBOT.....................................................41

2.1.1. Khâu .......................................................................................41

2.1.2. Khớp ......................................................................................42

2.1.3. Các cơ cấu trong robot ...........................................................43

2.1.4. Cấu trúc không gian hoạt động ..............................................49

2.2. CÁC THÀNH PHẦN ROBOT ........................................................55

2.2.1. Khớp cổ tay ............................................................................56

2.2.2. Tay gắp (Cơ cấu chấp hành cuối) ..........................................56

2.2.3. Cơ cấu chấp hành ...................................................................56

2.2.4. Cảm biến ................................................................................56

2.3. MỘT SỐ BIẾN THỂ CỦA CÁNH TAY ROBOT ...........................57

2.3.1. Robot bậc tự do thừa (siêu tĩnh) ............................................57

2.3.2. Robot với các phần tử linh hoạt .............................................58

2.3.3. Bàn tay robot .........................................................................59

2.4. ROBOT DI ĐỘNG ..........................................................................60

2.4.1. Robot có bánh xe ...................................................................60

2.4.2. Robot bánh xích .....................................................................62

2.4.3. Robot có chân ........................................................................63

2.4.4. Robot nhảy .............................................................................64

2.4.5. Robot rắn ...............................................................................66

2.4.6. Robot di chuyển dưới nước ...................................................69

2.4.7. Robot bay ...............................................................................71

2.4.8. Robot trèo ..............................................................................72

2.4.9. Robot tự cấu hình ..................................................................73

2.5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ROBOT ....................................................74

2.5.1. Quá trình thiết kế ...................................................................74

2.5.2. Đặc điểm ảnh hưởng đến quá trình thiết kế ...........................78

2.6. KẾT LUẬN ......................................................................................82

Chương 3: BIỂU DIỄN HƯỚNG VÀ VỊ TRÍ ....................................84

3.1. BIỂU DIỄN MA TRẬN ...................................................................84

3.1.1. Biểu diễn 1 điểm trong không gian bằng ma trận ..................84

3.1.2. Biểu diễn một vector trong không gian .................................85

3.1.3. Biểu diễn một hệ trục tọa độ tại gốc hệ trục tham chiếu

cố định .............................................................................................86

3.1.4. Biểu diễn một hệ trục trong hệ trục tham chiếucố định .........86

3.1.5. Biểu diễn một vật rắn .............................................................87

3.2. MA TRẬN CHUYỂN VỊ THUẦN NHẤT ......................................88

3.3. BIỂU DIỄN SỰ CHUYỂN VỊ.........................................................88

3.3.1. Biểu diễn sự chuyển động tịnh tiến .......................................89

3.3.2. Ma trận biểu diễn sự quay quanh một trục ............................90

3.3.3. Biểu diễn sự chuyển vị kết hợp .............................................92

3.4. NGHỊCH ĐẢO CỦA MA TRẬN CHUYỂN VỊ .............................93

3.5. PHÉP QUAY THEO BA GÓC EULER ...........................................96

3.6. PHÉP QUAY ROLL – PITCH – YAW (RPY) .................................98

Chương 4: ĐỘNG HỌC ROBOT ......................................................102

4.1. BIỂU DIỄN DENAVIT– HARTENBERG CỦA BÀI TOÁN

ĐỘNG HỌC ROBOT ...........................................................................102

4.2. ĐỘNG HỌC THUẬN ....................................................................108

4.3. ĐỘNG HỌC NGHỊCH ..................................................................123

4.4. ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT 3R TỔNG QUÁT .............................138

4.5. ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHẤP HÀNH CUỐI ................................152

4.5.1. Khớp cổ tay ..........................................................................152

4.5.2. Kết nối động học ..................................................................155

4.6. KHÔNG GIAN KHỚP, KHÔNG GIAN DESCARTES,

KHÔNG GIAN NHIỆM VỤ ................................................................159

4.6.1. Không gian khớp .................................................................159

4.6.2. Không gian Descartes ..........................................................159

4.6.3. Không gian nhiệm vụ ..........................................................160

4.6.4. Sự suy biến, kỳ dị và tính linh hoạt (Degeneracy &

Dexterity) .......................................................................................160

4.7. KẾT LUẬN ....................................................................................161

Chương 5: JACOBI VÀ ĐỘNG HỌC VẬN TỐC ...........................168

5.1. VẬN TỐC TRONG HỆ TRỤC DESCARTES VÀ VẬN

TỐC GÓC ......................................................................................168

5.2. MA TRẬN JACOBI CỦA ROBOT ...............................................169

5.3. VẬN TỐC DÀI CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH CUỐI ..................171

5.3.1. Vận tốc tạo ra do khớp quay ................................................172

5.3.2. Tịnh tiến vận tốc trong các khớp .........................................174

5.4. VẬN TỐC GÓC CỦA CƠ CẤU CUỐI .........................................175

5.5. TÍNH TOÁN JACOBI ...................................................................177

5.5.1. Jacobi của robot sáu khớp ....................................................181

5.5.2. Jacobi trong những đoạn cổtay robot .................................183

5.5.3. Jacobi của robot sáu khớp trong hệtọa độDescartes ..........183

5.5.4. Ma trận Jacobi trong robot Puma 560 .................................186

5.5.5. Biểu diễn ma trận Jacobi .....................................................189

5.6. PHÉP TÍNH VI PHÂN TRONG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC

NGHỊCH ...............................................................................................191

5.7. HƯỚNG VÀVẬN TỐC GÓC ......................................................192

5.8. VẬN TỐC KHÂU .........................................................................196

5.9. ĐỘNG HỌC VẬN TỐC NGHỊCH ...............................................203

5.10. KẾT LUẬN ..................................................................................206

Chương 6: ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT .............................................211

6.1. GIỚI THIỆU ...................................................................................211

6.2. ĐỘNG LỰC HỌC LAGRANGE – EULER .................................212

6.2.1. Lực, quán tính và năng lượng ..............................................212

6.2.2. Phương trình chuyển động Lagrange ..................................214

6.3. MOMENT QUÁN TÍNH ...............................................................222

6.4. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC DÀNH CHO ROBOT

NHIỀU BẬC TỰ DO ............................................................................229

6.4.1. Động năng ............................................................................229

6.4.2. Cấu trúc và tính chất của phương trình động lực học robot ........239

6.5. KẾT LUẬN ....................................................................................240

Chương 7: BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT .............................................243

7.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG

ROBOT .................................................................................................243

7.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT .................247

7.2.1. Thiết kế hệ thống điều khiển vị trí vòng kín dành cho robot 247

7.2.2. Bộ điều khiển PID ...............................................................249

7.3. ĐIỀU KHIỂN CẤU TRÚC NHIỀU KHÂU..................................254

7.4. KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI .....................................................256

7.4.1. Mô hình không gian trạng thái ............................................256

7.4.2. Mô hình hóa .........................................................................260

7.4.3. Thiết kế bộ điều khiển PID ..................................................261

7.4.4. Áp dụng cho điều khiển vị trí ..............................................262

7.4.5. Áp dụng cho điều khiển vận tốc ..........................................263

7.5. ĐIỀU KHIỂN ROBOT PHI TUYẾN ............................................265

7.5.1. Tuyến tính hóa .....................................................................265

7.5.2. Điều khiển thích nghi và các hướng khác ...........................267

7.6. ĐIỀU KHIỂN KHÔNG SỬ DỤNG MÔ HÌNH ............................269

7.6.1. Điều khiển logic mờ ............................................................270

7.6.2. Mạng thần kinh nhân tạo .....................................................292

7.7. HỌC VỚI MẠNG NHIỀU LỚP ....................................................295

7.8. BIỂU DIỄN NEURON RIÊNG LẺ ...............................................297

7.9. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ KẾT HỢP MẠNG THẦN KINH

NHÂN TẠO ..........................................................................................301

7.10. ĐIỀU KHIỂN PID/ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG ...............308

7.10.1. Vòng điều khiển của khớp robot........................................309

7.10.2. Vòng điều khiển dòng ........................................................310

7.10.3. Vòng điều khiển vận tốc vị trí ............................................311

7.11. ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG .........................................................311

7.11.1. Thuận lợi của việc điều khiển qua mạng và ứng dụng ......312

7.11.2. Các thành phần của NCS ...................................................316

7.12. KẾT LUẬN ..................................................................................318

Chương 8: TẠO QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOT ................319

8.1. LẬP ĐƯỜNG ĐI VÀ QUỸ ĐẠO DI CHUYỂN CỦA ROBOT ...319

8.2. KHÔNG GIAN KHỚP VÀ KHÔNG GIAN DESCARTES ..........320

8.3. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LẬP QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG

CỦA ROBOT ........................................................................................321

8.3.1. Di chuyển khớp ....................................................................325

8.3.2. Di chuyển thẳng ...................................................................326

8.3.3. Di chuyển theo đường cong .................................................326

8.3.4. Tăng tốc và giảm tốc............................................................327

8.3.5. Di chuyển liên tục ................................................................328

8.3.6. Điều khiển servo ..................................................................328

8.4. LẬP QUỸ ĐẠO KHÔNG GIAN KHỚP .......................................329

8.4.1. Lập quỹ đạo là đa thức bậc 3 ...............................................329

8.4.2. Lập quỹ đạo đa thức bậc 5 ...................................................337

8.4.3. Các đoạn thẳng với các đoạn cong dạng parabol ................342

8.4.4. Đoạn di chuyển tuyến tính với chuyển tiếp parabol ............344

8.4.5. Quỹ đạo thời gian nhỏ nhất .................................................347

8.4.6. Quỹ đạo đi qua các điểm .....................................................348

8.4.7. Các quỹ đạo bậc cao ............................................................350

8.5. TẠO QUỸ ĐẠO TRONG KHÔNG GIAN DESCARTES ...........353

8.6. BÁM THEO ĐƯỜNG ...................................................................363

8.7. KẾT LUẬN ....................................................................................390

Chương 9: CẢM BIẾN TRANG BỊ TRÊN ROBOT .......................393

9.1. GIỚI THIỆU ..................................................................................393

9.2. QUÁ TRÌNH CẢM NHẬN ...........................................................395

9.3. GIAO TIẾP MÁY TÍNH ................................................................396

9.4. PHÂN LOẠI ..................................................................................397

9.5. PHƯƠNG PHÁP ĐO CHUYỂN ĐỘNG THẲNG VÀ QUAY .....398

9.5.1. Chiết áp ................................................................................399

9.5.2. Biến áp vi sai (Linear Variable Differential Transformer) ...401

9.5.3. Đĩa mã hóa quang ................................................................403

9.5.4. Cảm biến đo góc tuyệt đối (Resolver) .................................408

9.6. CẢM BIẾN ĐO TIỆM CẬN .........................................................410

9.6.1. Cảm biến quang ....................................................................411

9.6.2. Cảm biến siêu âm ................................................................415

9.6.3. Cảm biến điện dung .............................................................416

9.6.4. Cảm biến từcảm ..................................................................417

9.7. CẢM BIẾN XÚC GIÁC ................................................................417

9.7.1. Giới thiệu .............................................................................417

9.7.2. Tính chất của cảm biến xúc giác..........................................418

9.7.3. Cảm biến xúc giác nhị phân ................................................419

9.7.4. Cảm biến xúc giác tương tự .................................................424

9.7.5. Cảm biến trượt .....................................................................431

9.8. CẢM BIẾN ĐO LỰC VÀ MOMENT ...........................................433

9.8.1. Cảm biến lực khớp ...............................................................433

9.8.2. Module cảm biến đo lực gắp ...............................................438

9.8.3. Hệ thống cảm biến lực cổ tay ..............................................439

9.9. CẢM BIẾN ĐỊNH VỊ ....................................................................440

9.9.1. La bàn ..................................................................................440

9.9.2. GPS ......................................................................................442

9.10. HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH VÀ HƯỚNG

CỦA ĐỐI TƯỢNG ...............................................................................443

9.10.1. Phép đo hình tam giác .......................................................444

9.10.2. Khoảng thời gian phát và nhận: (time of flight ranging) .........451

9.10.3. Điện từ ...............................................................................453

9.10.4. Ánh sáng ............................................................................453

9.10.5. Âm thanh, siêu âm .............................................................454

9.10.6. Hình ảnh trắc viễn ..............................................................458

9.11. KẾT LUẬN ..................................................................................458

Chương 10: ROBOT SONG SONG ..................................................459

10.1. GIỚI THIỆU ................................................................................459

10.2. PHÂN TÍCH VỊ TRÍ ....................................................................460

10.2.1. Robot song song phẳng......................................................460

10.2.2. Robot song song cầu ..........................................................461

10.3. PHÂN TÍCH VỊ TRÍCỦA ROBOT SONG SONG 3RRR .........462

10.4. PHÂN TÍCH VỊ TRÍCỦA CƠ CẤU ĐỊNH HƯỚNG

KHÔNG GIAN .....................................................................................466

10.5. PHÂN TÍCH VỊ TRÍCỦA ROBOT SONG SONG

MARYLAND ........................................................................................470

10.6. ROBOT SONG SONG KHÔNG GIAN 3RPS ............................475

10.7. BỆ STEWARD GOUGH TỔNG QUÁT .....................................482

10.8. KẾT LUẬN ..................................................................................485

Chương 11: ROBOT CÁP ..................................................................488

11.1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT SONG SONG TRUYỀN ĐỘNG

BẰNG CÁP ...........................................................................................488

11.1.1. Các nghiên cứu ứng dụng về CDPR ..................................488

11.1.2. Các vấn đề cơ bản về CDPR ..............................................492

11.1.3. Robot cáp nối tiếp ..............................................................493

11.1.4. Robot cáp cấu hình song song – CDPR .............................493

11.2. ĐỘNG HỌC – ĐỘNG LỰC HỌC CDPR VÀ MATRẬN

CẤU TRÚC ..........................................................................................496

11.2.1. Động học nghịch CDPR ....................................................496

11.2.2. Động học vận tốc CDPR ....................................................499

11.2.3. Hệ phương trình cân bằng..................................................500

11.2.4. Động lực học CDPR ..........................................................501

11.2.5. Không gian hoạt động của CDPR ......................................503

11.2.6. Bài toán phân phối lực căng cáp ........................................503

11.2.7. Bài toán động học nghịch với độ võng cáp .......................504

11.3. CDPR 6 BẬC TỰ DO – 8 CÁP ...................................................506

11.4. KẾT LUẬN ..................................................................................512

Chương 12: ROBOT BẦY ĐÀN (SWARM ROBOTS) ...................515

12.1. GIỚI THIỆU ................................................................................515

12.2. PHƯƠNG THỨC DI CHUYỂN ..................................................522

12.2.1. Robot di chuyển trên bánh xe ............................................522

12.2.2. Mô hình hệ thống cảm biến tiệm cận ................................525

12.2.3. Mô hình động học ..............................................................526

12.2.4. Mô hình hóa robot bầy đàn ................................................528

12.3. PHẦN CỨNG CỦA CÁ THỂ ROBOT .......................................530

12.3.1. Xử lý tín hiệu .....................................................................531

12.3.2. Giao tiếp ảo ........................................................................535

12.4. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG CỦA CÁC CÁ THỂ .......539

12.4.1. Phương thức truyền thông .................................................539

12.4.2. Ước tính khoảng cáchvật cản bằng cảm biến hồng

ngoại ..............................................................................................540

12.4.3. Chế độ truyền trong giao tiếp bằng sóng ánh sáng ............543

12.5. MÔ HÌNH VI MÔ HÀNH VI TỰ TỔ CHỨC TẬP HỢP

(MICROSCOPIC MODEL FOR SELF-ORGANIZED

AGGREGATION) .................................................................................544

12.6. HỆ THỐNG TƯƠNG TÁC NGƯỜI – BẦY ROBOT (HUMANSWARM INTERACTION) ...................................................................551

TÀI LIỆU THAM KHẢO..

ĐẶT MUA SÁCH KỸ THUẬT ROBOT NGAY TẠI ĐÂY > > >

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD (LINK 1)

LINK DOWNLOAD (LINK 2)