Bài giảng Robotics: Chương 11 - PGS. Nguyễn Quang Hoàng

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và sự phát triển mạnh mẽ của tự động hóa, robot đóng vai trò then chốt, đặc biệt là các robot nối tiếp với khả năng thực hiện đa dạng các nhiệm vụ phức tạp. Để đảm bảo robot hoạt động chính xác và hiệu quả, điều khiển chuyển động robot trở thành một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng vô cùng quan trọng. Chương này tập trung vào việc giới thiệu các khái niệm cơ bản của điều khiển học, đặt nền móng cho việc hiểu và thiết kế các hệ thống điều khiển. Chúng ta sẽ khám phá tầm quan trọng của việc xây dựng mô hình toán học và sự khác biệt giữa điều khiển vòng hở và điều khiển vòng kín, những yếu tố cốt lõi để đạt được hiệu suất mong muốn.

Sinh viên, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực robot, điều khiển tự động, cơ điện tử và các ngành kỹ thuật liên quan, đặc biệt là những người quan tâm đến thiết kế và vận hành robot công nghiệp.

Chương này đi sâu vào khái niệm điều khiển, định nghĩa nó là sự tác động có chủ đích lên các bộ phận của hệ thống nhằm duy trì hoặc biến đổi trạng thái theo yêu cầu. Điều khiển học, với tư cách là khoa học về điều khiển hệ thống, được phân tích cả về mặt lý thuyết và kỹ thuật. Tài liệu làm rõ sự khác biệt giữa hệ thống điều khiển vòng hở, nơi tín hiệu đầu ra không ảnh hưởng đến tín hiệu đầu vào, và hệ thống điều khiển vòng kín, đặc trưng bởi cơ chế phản hồi giúp điều chỉnh liên tục hoạt động của hệ thống. Đặc biệt, khái niệm về điều khiển điều chỉnh (regulating control) và điều khiển bám quỹ đạo (tracking control system) được minh họa, cho thấy sự đa dạng của các bài toán điều khiển. Một phần quan trọng của chương là quy trình thực hiện bài toán điều khiển, bao gồm các bước từ xác định khả năng can thiệp, xây dựng mô hình toán học chi tiết (sử dụng các phương trình động lực, liên kết và đo lường), phân tích hệ thống, thiết kế bộ điều khiển, cho đến mô phỏng và triển khai thực tế. Các cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển tự động, với ba thành phần chính là đối tượng điều khiển (plant), bộ điều khiển (controller) và thiết bị đo lường (measuring device), được trình bày rõ ràng. Sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý này là cần thiết để phát triển các giải pháp điều khiển hiệu quả, đảm bảo robot nối tiếp có thể thực hiện các chuyển động phức tạp một cách chính xác, ổn định và tin cậy, từ đó nâng cao hiệu suất và an toàn trong các ứng dụng công nghiệp và khoa học hiện đại.