Bài giảng Robotics: Chương 10 - PGS. Nguyễn Quang Hoàng

Trong bối cảnh tự động hóa ngày càng phát triển, lĩnh vực robotics đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp. Để robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách hiệu quả, an toàn và chính xác, việc lập trình quỹ đạo chuyển động (trajectory planning) là một khía cạnh không thể thiếu. Nó là cầu nối giữa yêu cầu nhiệm vụ của người sử dụng và các chuyển động vật lý thực tế của cánh tay robot, đảm bảo sự mượt mà và liên tục trong quá trình vận hành. Tài liệu này sẽ đi sâu vào các khái niệm cơ bản, tầm quan trọng và các phương pháp chính trong việc thiết kế quỹ đạo cho robot, đặt nền tảng cho sự hiểu biết về cách điều khiển chuyển động phức tạp.

Sinh viên, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực robotics, cơ điện tử, tự động hóa và điều khiển học.

Tài liệu “Lập trình Quỹ đạo Chuyển động” tập trung vào một trong những nhiệm vụ cốt lõi trong điều khiển robot: tạo ra các chuyển động mong muốn cho các tay máy công nghiệp. Nó trình bày rõ ràng sự phân biệt giữa động học (kinematics), động lực học (dynamics), điều khiển (control) và bản thân quá trình lập trình quỹ đạo. Người dùng thường chỉ xác định các thông số cơ bản như điểm đầu, điểm cuối và vận tốc tối đa, trong khi hệ thống điều khiển phải tính toán quỹ đạo chi tiết.

Các phương pháp thiết kế quỹ đạo được phân tích kỹ lưỡng, bao gồm cách tiếp cận điểm-điểm (point-to-point) và quỹ đạo theo đường định sẵn, với sự cân nhắc giữa việc lập kế hoạch trong không gian khớp (joint space) và không gian làm việc (workspace). Tài liệu nhấn mạnh việc sử dụng các đa thức bậc 3, 5, hoặc 7 (polynomials) và hàm điều hòa (harmonic functions) để tạo ra các luật chuyển động (motion laws) đảm bảo tính liên tục của vị trí, vận tốc và gia tốc. Các ví dụ cụ thể về việc áp dụng đa thức bậc 3 trong lập trình quỹ đạo không gian khớp được minh họa chi tiết, cho thấy cách giải quyết bài toán điều kiện biên để xác định các hệ số của đa thức, từ đó tạo ra đường đi trơn tru.

Giá trị ứng dụng của lập trình quỹ đạo là rất lớn, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp như đóng gói, nơi robot cần thực hiện các thao tác chính xác và hiệu quả. Nó được xem là sự thay thế “cam điện” cho các thiết kế cam cơ khí truyền thống, mang lại sự linh hoạt và khả năng điều khiển cao hơn cho hệ thống robot. Việc thiết kế quỹ đạo hiệu quả về mặt tính toán và có profile vị trí, vận tốc liên tục là yếu tố then chốt để tránh các tác động không mong muốn và tối ưu hóa hoạt động của robot.