Ngày nay, tay máy robot công nghiệp đã trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong dân dụng. Xét về cấu trúc động học, tay máy robot công nghiệp được chia thành hai loại: Tay máy robot nối tiếp và tay máy robot song song. Mỗi loại tay máy này đều có các ưu nhược điểm riêng và do đó được ứng dụng để thực hiện các chức năng phù hợp với thế mạnh của chúng. So với tay máy robot nối tiếp truyền thống, tay máy robot song song có nhiều ưu điểm như độ chính xác cao, độ cứng vững lớn, khả năng mang tải lớn, tốc độ chuyển động nhanh và mô-men quán tính nhỏ. Tuy nhiên, tay máy robot song song có một số hạn chế do tính chất của cấu trúc động học như không gian làm việc nhỏ, mô hình động lực học phức tạp, nhiều cấu hình kỳ dị và tính toán động học phức tạp. Chính những hạn chế này làm cho việc điều khiển tay máy robot song song phẳng gặp nhiều khó khăn và thách thức hơn so với tay máy robot nối tiếp truyền thống.

Trong lịch sử phát triển của lý thuyết điều khiển cho tay máy robot, đã có nhiều nhà khoa học, nhiều nhà nghiên cứu công bố các công trình liên quan đến việc điều khiển bám quỹ đạo cho tay máy robot song song. Trong [1], một thuật toán điều khiển PD phi tuyến được đề xuất cho tay máy robot song song có xét đến cấu trúc cơ khí của tay máy. Ở một công bố khác [2], thuật toán điều khiển PD có bù thành phần trọng lực được trình bày cho tay máy robot 6 bậc tự do truyền động bằng thủy lực. Ngoài ra, một số biến thể của thuật toán điều khiển PD phi tuyến và PID phi tuyến cũng đã được đề xuất cho tay máy robot song song [3-5]. Đặc điểm chung của các thuật toán điều khiển đã được đề xuất ở các công trình nghiên cứu kể trên là đều dựa theo sai số các khớp của tay máy robot song song mà chưa tính đến mô hình động lực học của robot. Thuật toán điều khiển dựa theo sai số tuy đơn giản, dễ thực hiện nhưng có những hạn chế về chất lượng điều khiển do không tính đến động lực học của tay máy robot. Để khắc phục hạn chế này, các thuật toán điều khiển dựa theo mô hình động lực học đã được nghiên cứu và công bố như: điều khiển tính mô-men [6, 7], điều khiển trượt [8], điều khiển thích nghi [9, 10]. Các thuật toán này đã khắc phục được hạn chế của phương pháp điều khiển chỉ dựa theo sai số, tuy nhiên, các mạch vòng điều khiển đều chỉ lấy thông tin sai số từ các khớp chuyển động riêng lẻ của robot. Điều này chưa thật sự phù hợp với đặc điểm động học của tay máy robot song song. Trong các tay máy robot song song, các chuỗi động học đều được nối vào một khâu chấp hành cuối. Chuyển động của mỗi chuỗi động học đều ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển của khâu chấp hành cuối. Vì vậy, trong thuật toán điều khiển nên tính đến sai số của các khớp chủ động ảnh hưởng đến nhau.

Với những phân tích ở trên, bài báo này đề xuất một thuật toán điều khiển đồng bộ cho tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do. Thuật toán điều khiển được xây dựng dựa trên mô hình động lực học của tay máy robot kết hợp với các định nghĩa về hàm đồng bộ và sai số đồng bộ. Khác với các thuật toán điều khiển truyền thống trước đây chỉ xét đến sai số của riêng từng trục chuyển động, thuật toán điều khiển của bài báo xét đồng thời sai số của các khớp chủ động của tay máy robot song song. Sự ổn định của hệ thống được đảm bảo bằng lý thuyết ổn định Lyapunov.

Qua quá trình nghiên cứu, có thể kết luận nghiên cứu đã trình bày một thuật toán điều khiển đồng bộ bám mô-men cho việc điều khiển bám quỹ đạo của tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do. Trong bài báo, dựa trên mô hình động lực học của tay máy robot, một thuật toán điều khiển bám đồng bộ đã được đề xuất. Khác với các thuật toán điều khiển truyền thống trước đây chỉ xét đến sai số của riêng từng trục chuyển động, thuật toán điều khiển đồng bộ được phát triển sử dụng các khái niệm hàm đồng bộ và sai số đồng bộ để xét đồng thời sai số của các khớp chủ động của tay máy robot song song. Sự ổn định của thuật toán được chứng minh bằng lý thuyết ổn định Lyapunov. Các mô phỏng kiểm chứng đã được thực hiện trên Matlab/Simulink và SimMechanics cho tay máy robot song song phẳng 3 bậc tự do. Kết quả cho thấy thuật toán điều khiển mà bài báo đề xuất mang lại kết quả tốt hơn so với thuật toán điều khiển tính mô-men truyền thống.

nhahuy (TH)