Bài giảng Robotics - Động học robot nối tiếp và phương pháp Denavit-Hartenberg

Lĩnh vực robotics đóng vai trò ngày càng quan trọng trong tự động hóa và công nghiệp hiện đại, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cấu trúc và chuyển động của robot. Trong bối cảnh đó, động học robot nối tiếp là một khía cạnh cơ bản, cung cấp nền tảng để phân tích và điều khiển các hệ thống robot phức tạp. Tài liệu này tập trung vào việc giới thiệu bài toán động học robot nối tiếp và trình bày Phương pháp Denavit-Hartenberg, một công cụ tiêu chuẩn và hiệu quả. Mục tiêu là giúp người học nắm vững cách thiết lập hệ trục tọa độ cho từng khâu, xây dựng ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất, từ đó xác định chính xác vị trí và hướng của các khâu trong chuỗi động học của robot.

Sinh viên kỹ thuật, kỹ sư, và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực robotics và tự động hóa quan tâm đến động học robot nối tiếp.

Tài liệu này cung cấp một cái nhìn toàn diện về bài toán động học robot nối tiếp, tập trung đặc biệt vào phương pháp giải quyết thông qua Phương pháp Denavit-Hartenberg (DH). Nội dung khởi đầu bằng việc định nghĩa các biến khớp và ma trận trạng thái của khâu cuối, phân biệt rõ ràng giữa động học thuận (xác định vị trí, hướng khâu cuối từ biến khớp) và động học ngược (xác định biến khớp từ vị trí, hướng khâu cuối). Động học thuận, thông qua việc xây dựng các hệ trục tọa độ gắn liền khâu và thực hiện phép nhân các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất, là trọng tâm chính. Phương pháp Denavit-Hartenberg được trình bày chi tiết với các quy tắc cụ thể bao gồm quy tắc đánh số thứ tự các khâu và khớp trong một robot nối tiếp, từ khâu cố định (khâu 0) đến khâu cuối (khâu n). Tiếp theo là hướng dẫn xây dựng các hệ trục tọa độ cho từng khâu, đảm bảo tính nhất quán và chuẩn hóa. Tài liệu giới thiệu bốn tham số DH đặc trưng cho mỗi khớp (θi, di, ai, αi) và cách lập bảng tham số DH. Cuối cùng, nó trình bày cách sử dụng các tham số này để thiết lập ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất từ hệ trục của khâu i về hệ trục của khâu i-1. Bằng cách nhân liên tiếp các ma trận này, người học có thể tính toán ma trận biến đổi từ khâu cuối về hệ cố định, từ đó xác định vị trí và hướng của khâu cuối một cách chính xác. Phương pháp này là nền tảng thiết yếu cho việc phân tích, thiết kế và điều khiển các hệ thống Robotics.