Luận Văn Thạc Sĩ: Mô Hình và Điều Khiển Chuyển Động Robot Người trong Tự Động Hóa

Tổng hợp kiến thức Mô Hình và Điều Khiển Chuyển Động Robot Người trong Tự ..., tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên cứu hiệu quả trong chuyên

• Tác giả: Bùi Ngọc Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Dương Hoài Nghĩa
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Tự Động Hóa
• Đề tài: Mô Hình và Điều Khiển Chuyển Động Robot Người trong Tự Động Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Quá trình nghiên cứu và phát triển humanoid robot trên thế giới
• 1.2.1. Robot Elvis
• 1.2.2. Elvina
• 1.2.3. Robot Kit Bioloid
• 1.2.4. iCub
• 1.2.5. Saika-3
• 1.2.6. Robo-Erectus
• 1.2.7. KHR-1
• 1.2.8. Bonten-Maru I
• 1.2.9. KHR-3 (HUBO)
• 1.2.10. ASIMO
• 1.3. Khái quát luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI (HUMANOID ROBOT)
• 2.1. MÔ TẢ KHỚP TRÊN CƠ THỂ NGƯỜI BẰNG KHỚP CƠ HỌC
• 2.1.1. Khớp trượt
• 2.1.2. Khớp yên ngựa
• 2.1.3. Những khớp hình elip
• 2.1.4. Khớp bản lề
• 2.1.5. Khớp cầu
• 2.2. Thiết kế Humanoid Robot
• 2.3. MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI
• 2.3.1. Mô hình chân robot người hoàn chỉnh
• 2.3.2. Mô hình cánh tay robot hoàn chỉnh
• 2.3.3. Thân mình
• 2.3.4. Đầu
• 3. CHƯƠNG 3: CÁCH THỨC BƯỚC ĐI CỦA ROBOT NGƯỜI
• 3.1. CÁC KIỂU BƯỚC ĐI CỦA CON NGƯỜI
• 3.1.1. Bước từng chân (Kiểu 1)
• 3.1.2. Bước từng chân so le nhau (Kiểu 2)
• 3.1.3. Chạy (Kiểu 3)
• 3.1.4. Bước thẳng và rẽ (Kiểu 4)

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Robot Người

Trong bối cảnh phát triển công nghệ hiện đại, robot người đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Chuyển động robot không chỉ đơn thuần là việc di chuyển mà còn bao gồm khả năng tương tác với môi trường xung quanh. Tự động hóa trong lĩnh vực này giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu rủi ro cho con người. Các mô hình robot hiện nay được thiết kế với nhiều bậc tự do, cho phép chúng thực hiện các hành động phức tạp như đi bộ, nhảy, và tương tác với con người. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ robot không chỉ dừng lại ở việc tạo ra những cỗ máy thông minh mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày.

1.1. Lịch sử phát triển Robot Người

Lịch sử phát triển robot người bắt đầu từ những năm 1950 với những cỗ máy đơn giản. Qua thời gian, các nghiên cứu đã dần dần chuyển sang việc phát triển robot tự hành với khả năng tương tác cao hơn. Các cảm biến robot ngày càng được cải tiến, giúp cho robot có thể nhận biết và phản ứng với môi trường xung quanh. Các dự án nghiên cứu như ASIMO của Honda hay iCub đã chứng minh rằng robot thông minh có thể học hỏi và phát triển kỹ năng tương tác giống như con người. Điều này không chỉ tạo ra những sản phẩm công nghệ cao mà còn mở ra hướng đi mới cho tự động hóa trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

II. Mô Hình Robot Người

Mô hình robot người được xây dựng dựa trên cấu trúc cơ thể con người, bao gồm các bộ phận như chân, tay, đầu và thân. Mỗi bộ phận đều có chức năng riêng và được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ đặc trưng. Các khớp nối trong mô hình này được mô phỏng theo các khớp của con người, như khớp cầu và khớp bản lề, nhằm tạo ra sự linh hoạt trong chuyển động. Việc sử dụng động cơ servo cho phép robot thực hiện các chuyển động một cách chính xác và mượt mà. Mô hình này không chỉ giúp cho robot có thể di chuyển mà còn có khả năng tương tác với con người một cách tự nhiên.

2.1. Thiết kế và Cấu trúc

Thiết kế của robot người bao gồm nhiều khớp nối và thanh nối, cho phép robot thực hiện các chuyển động phức tạp. Mỗi chân của robot có thể được trang bị từ 2 đến 6 động cơ, tùy thuộc vào mức độ phức tạp của chuyển động. Các khớp nối được thiết kế để mô phỏng các khớp của con người, giúp robot có thể giữ thăng bằng và di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau. Việc sử dụng cảm biến trong thiết kế giúp robot có thể nhận biết và phản ứng với môi trường xung quanh, từ đó nâng cao khả năng tương tác và tự động hóa trong các ứng dụng thực tế.

III. Điều Khiển Chuyển Động Robot

Điều khiển chuyển động của robot người là một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực tự động hóa. Các phương pháp điều khiển hiện nay bao gồm điều khiển theo mô hình và điều khiển theo phản hồi. Việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến giúp robot có thể thực hiện các hành động phức tạp như đi bộ, chạy, và tương tác với con người. Kỹ thuật điều khiển không chỉ giúp robot duy trì thăng bằng mà còn cho phép chúng thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường không xác định. Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng tự động hóa của robot.

3.1. Các Phương Pháp Điều Khiển

Các phương pháp điều khiển cho robot người bao gồm điều khiển PID, điều khiển mờ và điều khiển thích nghi. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại chuyển động và môi trường hoạt động. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khả năng hoạt động của robot. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh, giúp robot có thể tự học và cải thiện khả năng tương tác với con người và môi trường xung quanh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lĩnh vực nghiên cứu robot dạng người đã trải qua hơn 40 năm phát triển vượt bậc kể từ khi nguyên lý cân bằng động học ra đời năm 1968, mở ra các bước tiến mang tính bước ngoặt với những hệ thống tiêu biểu như Elvis năm 1998 sở hữu 23 bậc tự do, ASIMO của Honda đạt tốc độ 1,6 km/h trên trọng lượng 43 kg, hay KHR-3 HUBO tích hợp 41 bậc tự do vận hành trên nền tảng vi xử lý 933 MHz. Tuy nhiên, thách thức cốt lõi trong chế tạo robot hai chân là hiện tượng mất cân bằng động nghiêm trọng khi di chuyển. Khác với dòng robot bánh xe hay robot dạng bò trườn, chuyển động hai chân có diện tích tiếp xúc mặt đất rất nhỏ, trong đó trọng tâm thân trên chiếm hơn 60% tổng khối lượng toàn thân, tạo ra quán tính lớn và dễ dẫn tới nguy cơ lật đổ khi đổi hướng hoặc chuyển bước.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học giải tích mô phỏng cơ cấu chuyển động bước đi, thiết lập quy hoạch quỹ đạo khối tâm theo tiêu chuẩn điểm không mô-men và đề xuất giải thuật điều khiển mô-men khớp nhằm duy trì độ ổn định động lực học tối ưu cho robot người. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ chuyên ngành Tự động hóa năm 2011. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp giải pháp điều khiển quỹ đạo giúp giảm thiểu dao động mô-men mắt cá chân từ 20% đến 25%, bảo đảm điểm cân bằng luôn duy trì bên trong đa giác nâng đỡ với biên độ an toàn cách mép bàn chân tối thiểu 15 mm, tạo cơ sở khoa học tin cậy cho việc chế tạo các cấu trúc robot hình người phục vụ đời sống và công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng hai nền tảng lý thuyết chủ đạo gồm lý thuyết cân bằng động điểm không mô-men do Miomir Vukobratović đề xuất năm 1968 và mô hình con lắc ngược không gian 3 chiều với độ cao khối tâm cố định. Các khái niệm nền tảng bao gồm điểm không mô-men biểu thị điểm trên mặt tiếp xúc mà tại đó tổng mô-men của các lực quán tính và trọng lực theo phương ngang triệt tiêu hoàn toàn; trọng tâm khối lượng đại diện cho điểm tập trung khối lượng của toàn bộ hệ thống; đa giác hỗ trợ xác định bởi chu vi khép kín bao quanh diện tích các điểm chạm đất của bàn chân; cùng hai pha vận động là pha hỗ trợ đơn khi chỉ có 1 chân chống đỡ và pha hỗ trợ kép khi cả 2 chân cùng tiếp xúc sàn.

Mô hình động học và động lực học hệ nhiều vật liên kết phẳng được thiết lập thông qua phương trình vi phân phi tuyến Lagrange bậc hai mô tả trạng thái của robot 5 thanh liên kết gồm thân và 2 chi dưới. Cơ cấu bao gồm 5 góc quay độc lập tương ứng với 4 mô-men tác động trực tiếp tại khớp gối và khớp hông của cả hai chân, cùng 1 bậc tự do không kích hoạt chịu ảnh hưởng trực tiếp từ phản lực trọng trường tại điểm tiếp xúc gót chân.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp mô hình hóa giải tích trên phần mềm thiết kế cơ khí 3D Solid Edge và mô phỏng số học giải thuật điều khiển trên nền tảng MATLAB/Simulink. Toàn bộ chu kỳ nghiên cứu, tính toán và thẩm định dữ liệu được triển khai trong thời gian 12 tháng từ tháng 12 năm 2010 đến tháng 12 năm 2011.

Nghiên cứu lựa chọn cỡ mẫu gồm 10 mô hình humanoid robot thực nghiệm tiêu biểu trên thế giới để phân tích động học so sánh, bao gồm Elvis với 23 bậc tự do, Elvina, Bioloid, iCub cao 1,0 m, Saika-3 cao 1,27 m nặng 46,9 kg với 30 bậc tự do, Robo-Erectus cao 0,5 m nặng 4,0 kg, KHR-1 cao 1,2 m nặng 48 kg, Bonten-Maru I cao 1,2 m, KHR-3 HUBO cao 1,25 m nặng 55 kg và ASIMO cao 1,3 m nặng 43 kg. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu định mức có chủ đích dựa trên tiêu chí đa dạng hóa cấu trúc bậc tự do từ 6 đến 41 bậc và dải tải trọng từ 4 kg đến 55 kg. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích giải tích Lagrange kết hợp giải thuật nội suy đa thức bậc 3 và bậc 5 là khả năng phân tách độc lập quỹ đạo tọa độ theo hai trục X và Y, tối ưu hóa tốc độ xử lý ma trận và giảm khối lượng tính toán phục vụ bộ điều khiển nhúng thời gian thực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã chứng minh thành công tính quy luật của mô hình con lắc ngược 3 chiều khi chuyển động trong trường trọng lực, xác lập quỹ đạo khối tâm di chuyển theo dạng đường cong hyperbol ổn định với năng lượng quỹ đạo trên trục X lớn hơn 0 và trên trục Y nhỏ hơn 0, cho phép robot duy trì chu kỳ bước đi từ 0,8 giây đến 1,2 giây mà không bị mất cân bằng.

Thứ hai, thuật toán nội suy đa thức xác định tọa độ vị trí gót chân và trọng tâm cơ thể theo hai trục trực giao đã rút ngắn thời gian pha hỗ trợ kép xuống chỉ còn khoảng 20% tổng chu kỳ bước đi, đồng thời gia tăng hiệu suất vận tốc di chuyển tổng thể thêm 18% so với phương pháp bước đi tĩnh truyền thống.

Thứ ba, việc thiết lập ma trận biến đổi tọa độ khớp kích thước 5x4 cho phép điều khiển thành công toàn bộ hệ 5 bậc tự do chỉ với 4 bộ kích động mô-men tại khớp gối và khớp hông, giới hạn sai số bám quỹ đạo góc quay ở mức dưới 2,5% trong suốt quá trình chuyển động.

Thứ tư, khảo sát 10 mẫu robot thực tế khẳng định cấu trúc cơ khí phân bổ 6 bậc tự do cho mỗi chân gồm 3 bậc tại hông, 1 bậc tại gối và 2 bậc tại mắt cá chân mang lại khả năng cơ động đa hướng tối ưu, giúp giảm 15% năng lượng tiêu hao so với các cấu trúc dư thừa liên kết động lực học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi tạo nên sự bất ổn định trong dáng đi robot hai chân là do quán tính của khối lượng thân trên luôn có xu hướng đẩy điểm không mô-men văng ra ngoài ranh giới đa giác nâng đỡ trong pha hỗ trợ đơn. Khi chuyển dịch trọng tâm sang một bên chân trụ, mô-men xoắn cục bộ tại cổ chân phải gánh chịu toàn bộ tải trọng 100% của cơ thể, đòi hỏi sự phối hợp góc quay chính xác giữa mắt cá và khớp gối để dập tắt xung lực quán tính.

So sánh với các nghiên cứu động lực học trước đây của Miomir Vukobratović và Huang, giải pháp quy hoạch quỹ đạo đường gấp khúc nội suy kết hợp con lắc ngược 3D giúp san phẳng biên độ gia tốc góc, giảm đỉnh mô-men xoắn cực đại tại khớp mắt cá chân từ 12,4 Nm xuống 9,6 Nm, tương đương mức giảm 22,5%. Toàn bộ tiến trình biến thiên của điểm không mô-men và khối tâm có thể được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị hai chiều trên mặt phẳng tọa độ X-Y kết hợp bảng theo dõi 4 kênh mô-men khớp theo thời gian thực. Việc mô tả dữ liệu dạng bảng số liệu mô-men và biểu đồ pha cho phép nhận diện rõ ràng trạng thái cân bằng động, hỗ trợ kỹ sư hiệu chỉnh góc quay từng liên kết mà không cần can thiệp phần cứng phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và nâng cao khả năng ứng dụng thực tế cho mô hình bước đi của robot người, các đề xuất giải pháp kỹ thuật cụ thể được định hình như sau:

Thứ nhất, tích hợp thuật toán điều khiển thích nghi bù trượt dựa trên phản hồi thời gian thực từ cảm biến lực và mô-men 6 trục gắn dưới đế bàn chân, hướng đến mục tiêu kiểm soát độ lệch điểm không mô-men luôn nhỏ hơn 5 mm ngay cả khi bước trên bề mặt nghiêng 5 độ, thời gian triển khai thử nghiệm trong vòng 6 tháng do nhóm kỹ sư điều khiển tự động hóa thực hiện.

Thứ tư, nhẹ hóa cấu trúc cơ khí thân trên bằng cách ứng dụng vật liệu hợp kim nhôm Duralumin kết hợp vật liệu sợi carbon, đặt mục tiêu cắt giảm 15% tổng trọng lượng phần thân trên nhằm hạ thấp vị trí khối tâm toàn thân khoảng 40 mm, hoàn thành thiết kế gia công trong thời gian 9 tháng dưới sự phụ trách của kỹ sư thiết kế cơ khí.

Thứ ba, thiết lập mạng truyền thông phân tán tốc độ cao sử dụng giao thức mạng điều khiển khu vực CAN bus đạt băng thông 1 Mbps kết nối vi xử lý trung tâm với 12 bộ điều khiển servo tại hai chi dưới, bảo đảm chu kỳ quét dữ liệu dưới 2 ms trong vòng 3 tháng do kỹ sư phần cứng nhúng đảm nhiệm.

Thứ tư, mở rộng mô hình toán học giải tích sang giai đoạn va chạm tiếp đất phi tuyến giữa pha hỗ trợ đơn và pha hỗ trợ kép, hướng tới chỉ tiêu giảm 30% xung lực phản chấn sàn tác động lên khớp gối, tiến hành nghiên cứu chuyên sâu trong thời gian 12 tháng bởi các nhà nghiên cứu sau đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng chuyên sâu, phù hợp với các nhóm đối tượng cụ thể sau:

Nhóm học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển: Tài liệu cung cấp hệ thống công thức giải tích chuẩn mực về phương trình vi phân Lagrange, mô hình con lắc ngược 3D và các giải thuật quy hoạch quỹ đạo di động hai chân, hỗ trợ đắc lực cho quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp.

Nhóm kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm tại các viện công nghệ và doanh nghiệp chế tạo robot: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về tính toán phân bổ bậc tự do, kích thước thanh nối, lựa chọn công suất động cơ servo từ 100W đến 400W và thiết kế cảm biến áp lực bàn chân cho các dòng robot dịch vụ.

Nhóm giảng viên và chuyên gia học thuật trong lĩnh vực điều khiển học: Có thể sử dụng các phân tích động học hệ nhiều vật và dữ liệu mô phỏng MATLAB làm học liệu giảng dạy chuyên đề robot nâng cao và động lực học phi tuyến.

Nhóm kỹ sư lập trình nhúng và thuật toán điều khiển chuyển động: Khai thác phương pháp xấp xỉ quỹ đạo bằng đa thức nội suy và ma trận chuyển đổi tọa độ khớp để triển khai thuật toán điều khiển thời gian thực trên các bộ vi điều khiển công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Điểm không mô-men đóng vai trò gì trong việc kiểm soát thăng bằng của robot hai chân? Điểm không mô-men là vị trí trên mặt đất mà tại đó tổng mô-men lực quán tính và trọng lực triệt tiêu. Nếu điểm này nằm hoàn toàn bên trong ranh giới đa giác bàn chân nâng đỡ, robot sẽ duy trì được trạng thái cân bằng động ổn định và không bị lật ngã khi di chuyển với vận tốc thay đổi.

Tại sao mô hình con lắc ngược 3D lại được lựa chọn để quy hoạch quỹ đạo khối tâm? Mô hình con lắc ngược 3 chiều giúp đơn giản hóa hệ thống cơ khí nhiều bậc tự do phức tạp thành một chất điểm khối lượng tập trung di chuyển trên mặt phẳng cao độ cố định. Phương pháp này hỗ trợ giải các phương trình vi phân quỹ đạo hyperbol nhanh chóng mà không tiêu tốn tài nguyên vi xử lý.

Sự khác biệt căn bản giữa pha hỗ trợ đơn và pha hỗ trợ kép khi robot bước đi là gì? Pha hỗ trợ đơn là giai đoạn chỉ có một bàn chân tiếp xúc mặt đất và chịu 100% trọng tải, mang tính thiếu ổn định cao. Pha hỗ trợ kép diễn ra khi cả hai chân đều chạm đất trong khoảng thời gian ngắn tương đương 20% chu kỳ để chuyển giao trọng tâm an toàn.

Làm thế nào để điều khiển hệ robot 5 thanh liên kết khi chỉ có 4 nguồn lực kích động? Nghiên cứu áp dụng phép biến đổi ma trận liên kết E kích thước 5x4 để quy đổi tọa độ góc tuyệt đối sang góc tương đối giữa các khớp. Góc tiếp xúc mặt đất không kích hoạt trực tiếp được điều khiển gián tiếp thông qua trọng trường và sự phối hợp mô-men của 4 khớp còn lại.

Cấu hình khớp nào được đánh giá là tối ưu nhất cho chân của một robot hình người hoàn chỉnh? Cấu hình chuẩn tối ưu gồm 6 bậc tự do cho mỗi chân với 3 bậc tại khớp hông, 1 bậc tại khớp gối và 2 bậc tại khớp mắt cá. Cấu trúc này mô phỏng sát nhất hệ vận động người, bảo đảm chuyển động đa hướng linh hoạt và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu học thuật và thực tiễn thông qua 5 đóng góp chính:

• Hệ thống hóa cơ sở lý luận về giải phẫu học cơ thể người và tổng hợp phân tích cấu trúc 10 mẫu humanoid robot hàng đầu thế giới.
• Ứng dụng thành công lý thuyết điểm không mô-men và mô hình con lắc ngược 3 chiều vào quy hoạch quỹ đạo bước đi ổn định.
• Thiết lập đầy đủ hệ phương trình động học và động lực học Lagrange cho mô hình robot 5 thanh liên kết phẳng.
• Xây dựng giải thuật chuyển đổi tọa độ khớp và kiểm chứng độ chính xác mô phỏng với sai số bám nhỏ hơn 2,5%.
• Đề xuất phương pháp nội suy quỹ đạo gót chân và khối tâm giúp giảm hơn 20% mô-men tải tại mắt cá chân.

Về kế hoạch tiếp theo, nhóm tác giả định hướng hoàn thiện mô hình mẫu thử nghiệm cơ khí thực tế trong thời gian 12 tháng, tích hợp cảm biến lực đa trục và nâng cấp vi xử lý nhúng. Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị dành cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư và học viên đam mê lĩnh vực tự động hóa và kỹ thuật robot người.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA 1.Khái quát luận văn : Luận văn thực hiện bao gồm những vấn đề sau: ƒ Phân tích : Chương 2:Dựa vào giải phẫu học, mô hình cơ thể người thành những kiên kết cơ học. Phân tích chuyển động bước đi của con người, những yếu tố ảnh hưởng tới chuyển động này. Tìm hiểu những khái niệm cơ bản COM, ZMP….Chương 3: Xác định mô hình chủ đạo sử dụng trong việc điều khiển robot (trong phạm vi của đề tài). ƒ Xây dựng mô hình đối tượng: Chương 4: Dựa vào sự phân tích của chương 3 xây dựng mô hình đối tượng và mô hình điều khiển cho robot.

ƒ Mô phỏng đối tượng: chương 5: Trình bày phần mô phỏng matlab dựa trên mô hình ở chương 4. ƒ Thi công robot: Chương 6, Chương 7: Trình bày phần thiết kế cơ khí, thiết kế điện và lập trình điều khiển robot. ƒ Kết luận: chương 8 đánh giá về các kết quả đạt được, cũng như trình bày về hướng phát triển đề tài. HVTH: Bùi Ngọc Thắng Trang 23 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI (HUMANOID ROBOT) 2.

MÔ TẢ KHỚP TRÊN CƠ THỂ NGƯỜI BẰNG KHỚP CƠ HỌC.Khớp trượt: Đây là những khớp trục. Do các khớp, xương có thể trượt trên nhau. Những khớp này cung cấp bẻ gập lại, gia hạn, độ lệch xuyên tâm, và độ lệch trụ. Những khớp xương được tìm thấy ở chân trong tarsals và ở bàn tay trong các carpals.1: Mô tả khớp trượt HVTH: Bùi Ngọc Thắng Trang 15 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA 2.

Khớp yên ngựa. Những khớp này theo chức năng tương tự như những khớp hình elip trừ góc quay nhỏ. Ví dụ như khớp nối khớp cổ tay-ngón tay ngón tay cái.2: Mô tả khớp yên ngựa 2. Những khớp hình elip: Đây là những khớp nối hai trục với hai bậc tự do, chuyển động trong hai hình elip.

Uốn và mở rộng được trong một mặt phẳng. Các khớp nối cổ tay ở cổ tay là những khớp elip. HVTH: Bùi Ngọc Thắng Trang 16 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA Hình 2.3: Mô tả khớp elip 2. Khớp bản lề: Đây là những khớp nối đơn trục với một bậc tự do.4: Mô tả khớp bản lề HVTH: Bùi Ngọc Thắng Trang 17 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA 2.

Khớp cầu: Đây là các khớp linh hoạt nhất trong cơ thể con người với ba bậc tự do.Có thể chuyển động theo mọi hướng. Ví dụ khớp hông và khớp vai.5: Mô tả khớp cầu 2.Thiết kế Humanoid Robot: Đối với các thiết kế của một robot người, chỉ có các khớp nối trong đó cung cấp vận động cơ bản mới được xem xét. Khớp vai là khớp cầu. Khuỷu tay là một khớp bản lề.

Các cổ tay của con người với tất cả các khớp có ba bậc tự do, do đó nó xấp xỉ với một khớp cầu. Tất cả hơi di chuyển khớp của các đốt sống là xấp xỉ một bản lề. Cổ và xương chậu là xấp xỉ như khớp cầu. Với xấp xỉ này, cấu trúc này thiết lập các mối nối.

Dựa trên những giả định này, humanoid robot có 35 bậc tự do được đề xuất thiết kế .Các humanoid robot ba chiều được mô hình hóa trong Solid Edge, humanoid robot có thân và các đốt sống đơn giản hóa. Humanoid robot có đầu, cổ, hai chân và cánh tay. HVTH: Bùi Ngọc Thắng Trang 18 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ROBOT NGƯỜI GVHD: PGS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA Hình 2.6: Mô tả tổng thể robot Trong mô hình này, các khớp vai, khuỷu tay, cổ tay được nối với nhau. Hông đầu gối đến mắt cá chân cũng được coi là như khớp cầu, bản lề, và khớp cầu, cấu trúc trên được lặp lại 5 lần trên toàn bộ robot.