Bài giảng Robotics - Bài toán thiết kế quỹ đạo

Trong lĩnh vực Robotics, việc thiết kế quỹ đạo chuyển động đóng vai trò cốt yếu để robot có thể hoàn thành các nhiệm vụ một cách hiệu quả và an toàn. Bài toán này không chỉ đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các khái niệm cơ bản như đường di chuyển, quỹ đạo chuyển động mà còn cần nắm vững không gian cấu hình (C-space) của robot. Tầm quan trọng của việc này thể hiện rõ trong khả năng lập kế hoạch chuyển động tối ưu, tránh va chạm và đáp ứng các ràng buộc về hình học, động học và động lực học, từ đó nâng cao tính tự động và linh hoạt cho hệ thống robot.

Sinh viên, kỹ sư, và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực robot học và tự động hóa muốn tìm hiểu về lập kế hoạch chuyển động và thiết kế quỹ đạo cho robot.

Tài liệu này cung cấp một cái nhìn tổng quan về bài toán thiết kế quỹ đạo trong Robotics, bắt đầu bằng việc giới thiệu các khái niệm nền tảng. Nó phân biệt rõ ràng giữa đường di chuyển (geometric path) và quỹ đạo chuyển động (motion trajectory), nhấn mạnh rằng quỹ đạo chuyển động kết hợp đường hình học với quy luật thời gian. Không gian cấu hình (C-space) được giới thiệu như một công cụ quan trọng để biểu diễn trạng thái của robot và hỗ trợ thiết kế đường đi, đặc biệt khi phải xem xét các giới hạn khớp và tránh vật cản. Mục tiêu chính của việc thiết kế quỹ đạo là tìm ra các luật chuyển động theo thời gian thỏa mãn các yêu cầu nhiệm vụ cụ thể, từ các ứng dụng như gắp thả vật, hàn, phun sơn đến đánh bóng bề mặt. Các yêu cầu đầu vào và đầu ra của bài toán được trình bày chi tiết, bao gồm dữ liệu đường di chuyển, ràng buộc hình học, động học và động lực học. Tài liệu cũng phân loại các dạng bài toán thiết kế quỹ đạo thành bài toán tìm đường di chuyển và bài toán thiết kế quỹ đạo, với sự phân biệt giữa cách tiếp cận online và offline, và giới thiệu một số thuật toán phổ biến như A*, RRT, Dijkstra, Probabilistic Roadmaps. Giá trị ứng dụng của các phương pháp này là đảm bảo chuyển động mượt mà, liên tục và hiệu quả của robot trong môi trường làm việc thực tế.