Mô hình hóa và khảo sát sai số của robot công nghiệp

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đỗ Anh Tuấn

Mô hình hóa và khảo sát sai số của robot

công nghiệp

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 62520103

Nghiên cứu sinh: Đỗ Anh Tuấn

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Phan Bùi Khôi

2. GS. TS. Trần Văn Địch

2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận án, tác giả luôn nhận được sự dạy bảo của

các thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và sự giúp đỡ, động viên của gia đình,

người thân, đồng nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Bùi Khôi, GS.TS Trần Văn Địch đã tận tình

dạy bảo, hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt khoá học. Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích

của các thầy đã giúp tôi có định hướng và tiếp cận tốt hơn với nội dung của đề tài để có thể

hoàn thành luận án.

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã tạo điều kiện giúp tôi có thể tra cứu, sưu tầm tài liệu và đóng góp ý kiến để tôi hoàn

thành tốt luận án.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã

động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt khoá học.

NGHIÊN CỨU SINH

Đỗ Anh Tuấn

2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án “Mô hình hóa và khảo sát sai số

của robot công nghiệp” đều do tôi tự thực hiện hoặc đồng thực hiện dưới sự hướng dẫn của

tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi và GS.TS Trần Văn Địch.

Để hoàn thành luận án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham

khảo mà không dùng bất cứ một tài liệu khác. Không hề có sự sao chép, gian lận kết quả

của bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

TM TẬP THỂ HD NGHIÊN CỨU SINH

PGS. TS Phan Bùi Khôi Đỗ Anh Tuấn

3

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 1

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 2

MỤC LỤC ............................................................................................................................. 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... 8

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................ 9

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 11

1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ROBOT ........................... 16

1.1 Giới thiệu cấu trúc robot công nghiệp .................................................................. 16

1.2 Thao tác của robot công nghiệp ............................................................................ 18

1.3 Độ chính xác của robot công nghiệp..................................................................... 21

1.3.1 Tổng quan về sai số và độ chính xác của robot ........................................... 21

1.3.2 Ảnh hưởng của sai số trong robot ................................................................ 25

1.4 Một số nghiên cứu về sai số và độ chính xác của robot ....................................... 26

1.5 Hướng nghiên cứu của đề tài ................................................................................ 28

1.6 Kết luận chương 1 ................................................................................................. 31

2. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP ............................................... 32

2.1 Cơ sở khảo sát động học robot .............................................................................. 32

2.1.1 Tọa độ thuần nhất và ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất ............................ 32

2.1.2 Ma trận truyền ............................................................................................. 35

2.1.3 Phương pháp tam diện trùng theo ................................................................ 37

2.2 Thiết lập phương trình động học robot ................................................................. 38

2.2.1 Ma trận trạng thái khâu thao tác của robot .................................................. 38

2.2.2 Phương trình động học robot cấu trúc chuỗi hở .......................................... 40

2.2.3 Phương trình động học robot cấu trúc mạch vòng ...................................... 41

2.2.4 Phương trình động học robot cấu trúc song song ........................................ 45

2.3 Giải thuật và chương trình giải bài toán động học ................................................ 49

2.4 Khảo sát động học robot ....................................................................................... 49

2.4.1 Bài toán động học robot hàn điểm ............................................................... 49

2.4.2 Khảo sát động học robot hàn hồ quang ....................................................... 58

4

2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 63

3. SAI SỐ VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA SAI SỐ .......................................... 64

3.1 Các nguồn gây ra sai số ........................................................................................ 65

3.1.1 Sai số hình học, động học ............................................................................ 65

3.1.2 Sai số phi hình học ...................................................................................... 68

3.2 Phương pháp mô hình hoá sai số .......................................................................... 70

3.2.1 Phương pháp vi phân ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất ........................... 70

3.2.2 Phương pháp vi phân phương trình động học ............................................. 76

3.3 Kết luận chương 3: ................................................................................................ 83

4. KHẢO SÁT SAI SỐ ROBOT CÔNG NGHIỆP ........................................................ 84

4.1 Giải thuật và chương trình tính toán sai lệch vị trí và hướng ............................... 84

4.2 Khảo sát sai số trong robot hàn điểm .................................................................... 86

4.2.1 Thiết lập mô hình khảo sát .......................................................................... 86

4.2.2 Kết quả khảo sát .......................................................................................... 86

4.3 Khảo sát sai số trong robot hàn hồ quang ............................................................. 88

4.4 Kết luận chương 4 ................................................................................................. 89

5. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SAI SỐ HÌNH HỌC, ĐỘNG HỌC

CỦA KHÂU, KHỚP ROBOT ............................................................................................. 91

5.1 Cơ sở phương pháp xác định sai số của khâu, khớp ............................................. 91

5.1.1 Phương pháp ma trận giả nghịch đảo Moore-Penrose ................................. 93

5.1.2 Phương pháp bình phương tối thiểu tuyến tính kết hợp giải thuật di truyền93

5.2 Giải thuật di truyền ............................................................................................... 95

5.2.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 95

5.2.2 Các khái niệm cơ bản .................................................................................. 96

5.2.3 Mô hình giải thuật di truyền ........................................................................ 97

5.2.4 Các tham số của GA .................................................................................... 98

5.2.5 Mã hoá NST ................................................................................................ 98

5.2.6 Khởi tạo quần thể ban đầu ......................................................................... 100

5.2.7 Các toán tử di truyền ................................................................................. 101

5.2.8 Chiến lược nạp lại quần thể ....................................................................... 104

5.3 Ứng dụng giải thuật di truyền xác định sai số hình học, động học của khâu, khớp

robot ............................................................................................................................ 104

5.3.1 Xác định sai số hình học, động học cho robot 2 bậc tự do: ....................... 105

5.3.2 Xác định sai số hình học, động học cho robot 6 tự do: ............................. 107

5.4 Kết luận chương 5 ............................................................................................... 113

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................................. 114

5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 118

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 121

PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 123

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Diễn giải nội dung Đơn vị

ai Lượng tịnh tiến dọc theo trục ox mm

 i Góc quay quanh trục ox rad

CAD Computer Aided Design

CAM Computer Aided Manufacturing

cij Phần tử hàng thứ i cột thứ j của ma trận

Cqi cos(qi)

Cqij cos(qi+qj)

CNC Computer Numerical Control

D-H Denavit-Hartenberg

di Lượng tịnh tiến dọc theo trục oz mm

deM Véc tơ sai lệch vị trí và hướng khâu thao tác

de Véc tơ sai số trong các khâu, khớp trung gian

dq Véc tơ sai số động học

ds Véc tơ sai số hình học

i dT Vi phân của ma trận i 1

Ti



N dT Vi phân của ma trận TN

e Véc tơ gia số sai lệch vị trí và hướng của robot

GA Genetic Algorithm – Giải thuật di truyền

IR Industrial Robot

n Số bậc tự do của robot

NC Numerical Control

p Véc tơ vị trí và hướng của khâu thao tác

q Véc tơ tham số động học

qi Biến khớp thứ i rad

i q Vận tốc biến khớp thứ i rad/s

i q Gia tốc biến khớp thứ i rad/s2

s Véc tơ tham số hình học

Sqi sin(qi)

7

Sqij sin(qi+qj)

t Thời gian s

i 1

Ti

 Ma trận truyền giữa khâu i-1 và khâu i

TT Ma trận nghịch đảo của ma trận T

TN Ma trận chuyền từ khâu n về khâu 0

8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2-1: Cấu trúc bảng dữ liệu các điểm hàn đối với hệ tọa độ đồ gá ........................................... 51

Bảng 2-2: Bảng tham số các điểm hàn đối với hệ tọa độ đồ gá ....................................................... 55

Bảng 2-3: Mô hình hóa đường cong mối hàn ................................................................................... 60

Bảng 4-1: Giá trị sai số hình học, động học của robot ..................................................................... 88

Bảng 5-1: Bảng dữ liệu đo sai lệch ở những điểm khảo sát ............................................................. 92

Bảng 5-2: Dữ liệu đo sai lệch theo trục x và y: .............................................................................. 106

Bảng 5-3: Giá trị sai số hình học, động học của robot 2 bậc tự do ................................................ 107

Bảng 5-4: Bảng dữ liệu đo sai lệch tại 10 điểm đo ........................................................................ 108

Bảng 5-5: Kết quả xác định sai số của 24 tham số hình học, động học lần 1 ................................ 109

Bảng 5-6: Kết quả xác định sai số của 24 tham số hình học, động học lần 2 ................................ 110

Bảng 5-7: Kết quả xác định sai số của 24 tham số hình học, động học lần 3 ................................ 110

Bảng 5-8: Kết quả xác định sai số của 24 tham số hình học, động học lần 4 ................................ 111

Bảng 5-9: Kết quả xác định sai số của 24 tham số hình học, động học lần 5 ................................ 111

9

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 0-1: Robot trên dây chuyền hàn thân xe ô tô ........................................................................... 11

Hình 0-2: Robot ứng dụng trong y tế ............................................................................................... 11

Hình 0-3: Robot ứng dụng rà phá bom mìn ..................................................................................... 12

Hình 1-1: Hình ảnh một số loại robot công nghiệp phổ biến ........................................................... 16

Hình 1-2: Các thành phần chính của robot công nghiệp. ................................................................. 17

Hình 1-3: Mô hình robot 3 bậc tự do................................................................................................ 19

Hình 1-4: Vị trí, hướng và quỹ đạo của khâu thao tác ..................................................................... 20

Hình 1-5: Quỹ đạo công nghệ của các mối hàn điểm ...................................................................... 20

Hình 1-6: Biểu diễn sai số do dung sai, biến dạng trong khâu ......................................................... 21

Hình 1-7: Sai số trong mô hình robot 1 khâu ................................................................................... 23

Hình 1-8: Sai lệch quỹ đạo của robot ............................................................................................... 25

Hình 1-9: Sai số trong robot gây ảnh hưởng đến vị trí mối hàn. ...................................................... 25

Hình 1-10: Sai số trong robot gây sai lệch vị trí và hướng của dụng cụ cắt gọt trong robot gia công.

.......................................................................................................................................................... 26

Hình 2-1: Mô hình điểm P thuộc vật rắn .......................................................................................... 33

Hình 2-2: Các tham số động học D-H: q, d, a và  ........................................................................ 35

Hình 2-3: Các tham số động học theo phương pháp tọa độ suy rộng: a, b, c, α, β và  ................... 36

Hình 2-4: Mô hình hóa quỹ đạo hàn ................................................................................................ 38

Hình 2-5: Tam diện vuông gắn điểm hàn và súng hàn ..................................................................... 38

Hình 2-6: Robot cấu trúc nối tiếp chuỗi hở ...................................................................................... 40

Hình 2-7: Robot cấu trúc mạch vòng ............................................................................................... 42

Hình 2-8: Robot cấu trúc song song ................................................................................................. 45

Hình 2-9: Mạch động học chân 1 của robot song song ................................................................... 46

Hình 2-10: Dây chuyền robot hàn thân xe ô tô ................................................................................ 49

Hình 2-11: Mô hình cơ hệ robot hàn và thân xe ô tô trên dây chuyền hàn tự động ......................... 50

Hình 2-12: Robot hàn điểm 6 bậc tự do, các hệ tọa độ khâu ........................................................... 50

Hình 2-13: Các điểm hàn 1, 2, 3... ................................................................................................... 51

Hình 2-14: Tọa độ súng hàn theo phương x, y, z ............................................................................. 56

Hình 2-15: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn thân xe ô tô khi đồ gá cố định .............................. 56

Hình 2-16: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn thân xe ô tô khi đồ gá di động .............................. 58

Hình 2-17: Mô hình robot hàn hồ quang thực hiện mối hàn nối 2 ống dẫn khí ............................... 58

Hình 2-18: Quỹ đạo mũi hàn ............................................................................................................ 61

10

Hình 2-19: Tọa độ mũi hàn theo phương x, y, z .............................................................................. 62

Hình 2-20: Quy luật chuyển động của các khâu của robot. ............................................................. 62

Hình 2-21: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn hồ quang ............................................................... 63

Hình 3-1: Các sai số trong khớp trượt .............................................................................................. 66

Hình 3-2: Các sai số trong khớp quay .............................................................................................. 67

Hình 3-3: Ước lượng sai lệch vị trí và hướng của một khớp quay ................................................... 67

Hình 3-4: Biểu diễn sai số theo phương pháp D-H .......................................................................... 71

Hình 3-5: Biểu diễn sai số theo phương pháp tọa độ suy rộng ........................................................ 71

Hình 3-6: Robot nối tiếp chuỗi hở có n khâu động .......................................................................... 73

Hình 4-1: Lưu đồ giải thuật tính sai lệch vị trí và hướng của robot ................................................. 85

Hình 4-2: Mô hình robot hàn thân xe và quỹ đạo các điểm hàn ...................................................... 86

Hình 4-3: Mô phỏng kiểm tra sai lệch của khâu thao tác do sai số a – khi không có sai số, b - khi có

sai ..................................................................................................................................................... 87

Hình 4-4: Sai lệch về quỹ đạo điểm tác động cuối của robot ........................................................... 89

Hình 4-5: Sai lệch về quỹ đạo điểm tác động cuối của robot ........................................................... 89

Hình 5-1: Hình minh họa bình phương tối thiểu tuyến tính [35]. .................................................... 94

Hình 5-2: Sơ đồ mô tả giải thuật di truyền ....................................................................................... 97

Hình 5-3: Giao diện công cụ Genetic Algorithm trong Matlab [38] .............................................. 105

Hình 5-4: Robot 2 bậc tự do ........................................................................................................... 106

Hình 5-5: Kết quả xác định sai số cho robot 2 bậc tự do ............................................................... 107

Hình 5-6: Kết quả xác định sai số lần 1 ......................................................................................... 109

Hình 5-7: Kết quả xác định sai số lần 2 ......................................................................................... 110

Hình 5-8: Kết quả xác định sai số lần 3 ......................................................................................... 110

Hình 5-9: Kết quả xác định sai số lần 4 ......................................................................................... 111

Hình 5-10: Kết quả xác định sai số lần 5 ....................................................................................... 111

Hình 5-11: Lưu đồ thuật toán hiệu chuẩn robot ............................................................................. 112

11

MỞ ĐẦU

Có một số định nghĩa khác nhau về robot, theo tài liệu [1], “Robot công nghiệp là một

tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ động, dùng để

tháo gắp phôi, dụng cụ hoặc các vật dụng khác. Do chương trình thao tác có thể thay đổi

nên thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng”. Theo tài liệu [4], “Robot là máy, thiết bị tự động

linh hoạt phục vụ con người: có hình dạng giống người hoặc cánh tay người, có khả năng

thao tác tự động, có khả năng bắt chước thao tác giống người”.

Robot đã được nghiên cứu từ lâu, cho đến nay robot đã phát triển rất phong phú, đa

dạng và ứng dụng hầu hết cho các ngành công nghiệp, nghiên cứu, phục vụ cuộc sống dân

sinh cho đến an ninh quốc phòng. Phần lớn các robot được ứng dụng trong công nghiệp, do

đó cũng có định nghĩa về robot công nghiệp (Industrial Robot – IR) như sau: “Robot công

nghiệp là máy, thiết bị cố định hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bộ phận trong đó các

bộ phận chính bao gồm: cơ cấu chấp hành, hệ thống dẫn động, hệ thống điều khiển theo

chương trình có khả năng lập trình linh hoạt và hệ thống thông tin giám sát nhờ vậy robot

công nghiệp có khả năng thao tác tự động linh hoạt, bắt chước được các chức năng lao

động công nghiệp của con người” [4].

Do tính ứng dụng, hiệu quả cao, phạm vi ứng dụng đa dạng mà ngày nay, robot nói

chung và robot công nghiệp nói riêng ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng

rộng rãi trong đời sống cũng nhưng trong hoạt động sản xuất: trong công nghiệp, y học,

thám hiểm vũ trụ, đại dương, quân sự… Dưới đây là một số hình ảnh về một vài ứng dụng

phổ biến của robot trong công nghiệp cũng như trong đời sống, quốc phòng:

Hình 0-1: Robot trên dây chuyền hàn thân xe ô tô

Hình 0-2: Robot ứng dụng trong y tế

12

Hình 0-3: Robot ứng dụng rà phá bom mìn

Trong các lĩnh vực ứng dụng robot thì lĩnh vực công nghiệp trong các dây chuyền sản

xuất là phổ biến nhất. Các robot công nghiệp được dùng để cấp và dỡ phôi cho các máy gia

công CNC, tháo dỡ sản phẩm đúc, ép nhựa, di chuyển phôi, hàn, sơn, lắp ráp và cả những

công việc gia công cắt gọt như khoan, phay…

Việc ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm mục tiêu nâng cao năng suất, chất

lượng, tính cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc và thay thế sức

lao động của con người, đặc biệt là với những công việc nặng nhọc, độc hại, nguy hiểm với

con người... Sự cạnh tranh hàng hóa, nhu cầu tiêu dùng của con người đã đòi hỏi quá trình

sản xuất ra sản phẩm phải nâng cao năng suất, linh hoạt khi thay đổi đối tượng công nghệ,

do vậy cần phát triển các hệ thống sản xuất linh hoạt mà trong đó, ngoài các máy công cụ

điều khiển số ra thì robot công nghiệp là bộ phận rất quan trọng trong những hệ thống tự

động sản xuất linh hoạt đó. Như vậy có thể thấy rằng robot công nghiệp là đa dạng, ứng

dụng của nó ngày càng mở rộng và tầm quan trọng của nó ngày càng cao trong sản xuất

công nghiệp cũng như trong đời sống.

Lý do chọn đề tài

Như đã trình bày ở trên, robot là một thiết bị có cấu tạo phức tạp, được tạo nên từ nhiều

phần tử thuộc một số lĩnh vực khác khau nên các nghiên cứu về robot cũng rất đa dạng: các

nghiên cứu liên quan tới cơ cấu chấp hành như nghiên cứu về động học, động lực học cơ

cấu chấp hành, nghiên cứu về vật liệu chế tạo, bộ truyền và các nghiên cứu về điều khiển

robot...

Các nghiên cứu về động học robot nhằm đưa ra được mối quan hệ giữa các đại lượng

đặc trưng cho chuyển động của khâu thao tác với chuyển động của các khâu trước nó, đồng

thời cũng nghiên cứu về các phương pháp giải bài toán động học (bài toán động học thuận

và bài toán động học ngược) robot để tìm ra quy luật chuyển động, vận tốc và gia tốc của

khâu thao tác hoặc quy luật chuyển động, vận tốc và gia tốc của các khâu trước nó. Các

nghiên cứu về động lực học giúp ta xác định mối quan hệ giữa khối lượng, lực hoặc mô

men tác động... với các thông số động học như vận tốc, gia tốc của các khâu, từ đó giúp ta

phân tích và thiết kế hệ thống dẫn động, điều khiển robot. Các nghiên cứu về hệ thống dẫn

động cho các khâu, khớp; hệ thống điều khiển gồm cả phần cứng và phần mềm, cũng được

thực hiện để đảm đảo điều khiển robot được chính xác, nhanh và ổn định. Tuy nhiên, còn

vấn đề quan trọng khác đó là vấn đề về sai số và sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác

robot cũng cần phải được quan tâm nghiên cứu vì mức độ sai lệch vị trí và hướng của khâu

thao tác sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của robot và do đó nó quyết định đến khả năng, tính

ứng dụng của robot đó.

13

Như chúng ta biết, robot được cấu tạo từ nhiều khâu được liên kết với nhau bởi các

khớp, trong đó có một khâu đầu tiên được cố định với nền gọi là giá robot – khâu 0, khâu

thao tác được nối với khâu đầu tiên bởi các khâu trung gian, do vậy chuyển động của khâu

thao tác là tổng hợp chuyển động của tất cả các khâu trung gian nối khâu thao tác với khâu

đầu tiên (giá robot). Nếu chuyển động của tất cả các khâu là chính xác theo mong muốn thì

chuyển động của khâu thao tác sẽ chính xác. Ngược lại, nếu chuyển động của các khâu

trung gian mà không chính xác thì sẽ làm tích lũy sai lệch chuyển động tới khâu thao tác và

gây ra sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác. Sai lệch chuyển động của các khâu trung

gian phụ thuộc vào giá trị biến khớp đặt vào để điều khiển khâu đó, trong khi đó, biến

khớp đặt vào điều khiển phụ thuộc vào lời giải bài toán động học, lời giải bài toán động

học ngoài phụ thuộc vào phương pháp giải ra thì phụ thuộc vào chính các tham số hình

học, động học các khâu khớp đó. Phương pháp giải bài toán động học là đúng nhưng giá trị

các tham số hình học, động học khi thiết lập phương trình động học mà có sự sai khác (sai

số) so với giá trị tham số hình học, động học thực tế của khâu, khớp mà nguyên nhân của

sự sai khác giá trị tham số hình học, động học là do ta không thể xác định được chính xác

tuyệt đối bởi vì: do dung sai chế tạo; biến dạng của khâu, khớp; giãn nở nhiệt, khe hở do

chế tạo hoặc mòn trong quá trình làm việc... làm cho lời giải bài toán động học để xác định

biến khớp điều khiển sẽ bị sai, do đó khi đưa giá trị biến khớp này vào điều khiển robot sẽ

làm cho khâu thao tác bị sai lệch chuyển động và gây ra sai lệch vị trí và hướng của khâu

thao tác: Với bài toán động học thuận, vị trí và hướng của khâu thao tác được xác định sẽ

sai lệch so với thực tế. Với bài toán ngược, ứng với vị trí cần đạt được của khâu thao tác,

giá trị các biến khớp được tính toán có thể sẽ sai lệch so với thực tế dẫn đến việc điều

khiển robot không chính xác. Như vậy, sai số hình học, động học của các khâu, khớp trung

gian với sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác có mối quan hệ với nhau.

Do vậy, việc nghiên cứu về sai số trong robot để tìm ra mối quan hệ giữa sai số hình

học, động học trong các khâu, khớp robot với sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác là

cần thiết và có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ứng dụng đối với lĩnh vực nghiên

cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng robot. Vì lý do trên, đề tài “Mô hình hóa và khảo sát sai

số của robot công nghiệp” được tác giả lựa chọn trong khóa học nghiên cứu sinh.

Mục đích nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của sai số của các khâu,

khớp trung gian đến sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác robot, hoặc ngược lại, xác

định giá trị các sai số của các khâu, khớp trung gian khi đã xác định được sai lệch vị trí và

hướng của khâu thao tác, là cơ sở để đảm bảo độ chính xác của robot.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là robot công nghiệp có cấu trúc nối tiếp chuỗi hở,

cấu trúc mạch vòng và cấu trúc song song.

Phạm vi nghiên cứu: qua nghiên cứu tài liệu đã được công bố tác giả nhận thấy rằng hầu

hết các nghiên cứu về sai số và độ chính xác của robot tập trung vào các sai số hình học,

động học [10, 13-17, 19, 20, 23, 25, 27, 30]; một số nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh hưởng của

sai số hình học, động học (các kích thước dài, kích thước góc và biến khớp của khâu,

khớp) là lớn hơn nhiều so với sai số phi hình học (biến dạng đàn hồi, giãn nở nhiệt, độ

mềm...) - khoảng hơn 95% [19, 30], 75% sai số ban đầu của một máy mới là do chế tạo và

lắp ráp [31], sai số hình học tính bao gồm cả biến đổi nhiệt độ và tải trọng tĩnh có thể

chiếm tới 70% tổng sai số [13]). Trong [20], khoảng 95% là do ảnh hưởng của các yếu tố

sai số hình học, động học trên tổng sai số, ảnh hưởng của các yếu tố phi hình học là rất ít.