Bài giảng Robotics: Chương 8 - PGS. Nguyễn Quang Hoàng

Trong lĩnh vực robot học, việc phân tích tĩnh học và độ cứng vững đóng vai trò nền tảng, đặc biệt khi robot thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi tương tác vật lý với môi trường. Chương này tập trung vào việc thiết lập các mối quan hệ cơ học giữa lực/mômen tác dụng lên khâu cuối của tay máy và các lực/mômen tương ứng tại các khớp dẫn động. Sự hiểu biết sâu sắc về tĩnh học robot là cần thiết để đảm bảo sự ổn định, độ chính xác và khả năng điều khiển hiệu quả của robot trong quá trình vận hành, từ đó tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất làm việc của chúng.

Sinh viên, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực cơ học ứng dụng, cơ điện tử, và robot học, đặc biệt là những người quan tâm đến thiết kế, điều khiển và phân tích hiệu suất cơ học của robot và tay máy.

Tài liệu này trình bày các nguyên tắc cơ bản và phương pháp phân tích tĩnh học robot, một khía cạnh trọng yếu trong thiết kế và điều khiển hệ thống robot. Khi một robot, đặc biệt là tay máy, tương tác với môi trường để thực hiện các nhiệm vụ như nâng, hàn hay lắp ráp, khâu cuối sẽ tác dụng và chịu tác dụng của lực/mômen. Mục tiêu chính là xác định mối liên hệ giữa các lực/mômen này với lực/mômen do động cơ tại các khớp dẫn động tạo ra để duy trì trạng thái cân bằng. Phân tích tĩnh học cung cấp cơ sở để thiết kế kích thước các khâu, lựa chọn ổ đỡ và động cơ phù hợp, đồng thời là tiền đề cho việc phát triển các chiến lược điều khiển sự tuân thủ (compliance control). Hai phương pháp tiếp cận chính được giới thiệu để giải quyết bài toán tĩnh học là phương pháp tách cấu trúc và xét cân bằng từ khâu cuối đến khâu nối giá, và phương pháp sử dụng nguyên lý công ảo. Chương này đi sâu vào các công thức truy hồi xác định lực khớp và công thức xác định lực/mômen dẫn động cho cả khớp trượt và khớp quay, cung cấp nền tảng toán học chi tiết thông qua các phương trình cân bằng dạng vector, bao gồm cả các vấn đề triển khai tính toán trong hệ quy chiếu khác nhau.