Các dạng động học phổ biến trên robot
Robot dạng khớp quay (Articulated manipulator, RRR)
Hình 1.3: Sơ đồ tay máy dạng ba khớp quay
Robot khớp quay có ba khớp đầu tiên đều là khớp quay (RRR), có dạng như cánh tay người. Cấu trúc và ký hiệu của tay máy dạng khớp quay được cho trên hình 1.3. Không gian làm việc của robot loại này được cho trên hình 1.4. Robot khớp quay KUKA KR 240 được cho trên hình 1.5. Một dạng thiết kế khớp quay phổ biến khác là cơ cấu hình bình hành như trên hình 1.6.
Hình 1.4: Không gian làm việc tay máy dạng khớp quay
Hình 1.5: Tay máy KUKA KR 240
Trong cả hai thiết kế, trục khớp Z2 song song với Z1 và cả Z1 và Z2 đều vuông góc với Z0. Cấu trúc robot khớp quay cho chuyển động tự do lớn trong một không gian nhỏ. Cơ cấu hình bình hành, dù ít linh hoạt hơn tay máy ba khớp quay độc lập, nhưng có nhiều ưu điểm hấp dẫn và phổ biến trong các thiết kế robot. Đặc tính đáng kể nhất của cơ cấu hình bình hành là động cơ tác động quay cho khớp 3 được bố trí trên khâu 1 nằm phía dưới robot, vì thế khối lượng động cơ chịu trên khâu 1, khâu 2 và khâu 3 được nhẹ hơn và như vậy ta có thể dùng động cơ công suất thấp hơn. Hơn nữa, bài toán động lực học của tay máy dạng hình bình hành đơn giản hơn các tay máy dạng 3 khớp độc lập, do đó tay máy này dễ điều khiển hơn.
Hình 1.6: So sánh tay máy có cấu trúc bình hành
Robot dạng cầu (Spherical configuration, RRP)
Bằng cách thay thế khớp thứ ba (khớp khỉu tay) của cấu hình dạng ba khớp quay ở mục trên bằng một khớp trượt ta có được cấu hình dạng cầu cho trên hình 1.7. Thuật ngữ cấu hình dạng cầu xuất phát từ việc ta dùng ba biến khớp đầu tiên như là tọa độ cầu để xác định vị trí của khâu cuối đối với hệ tọa độ có gốc là giao điểm của trục Z1 và Z2. Hình 1.8 trình bày robot Standford, một trong các robot cầu nổi tiếng. Không gian làm việc của tay máy cầu được cho trên hình 1.9.
Hình 1.7: Sơ đồ tay máy cầu
Hình 1.8: Tay máy Standford
Hình 1.9: Không gian làm việc robot cầu
Robot SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly)
Robot SCARA là một cấu hình phổ biến được thiết kế cho các công việc lắp ráp (hình 1.10). Dù SCARA có cấu trúc RRP như robot cầu, nó lại rất khác với robot cầu cả về hình dáng bên ngoài và phạm vi ứng dụng. Không như thiết kế cầu, có Z0, Z1, Z2 vuông góc với nhau, robot SCARA có Z0, Z1, Z2 song song nhau. Hình 1.11 cho thấy tay máy SCARA Epson E2L653S. Không gian làm việc của tay máy SCARA được cho trên hình 1.12.
Hình 1.10: Cấu hình tay máy SCARA
Hình 1.11: Tay máy SCARA Epson E2L653S
Hình 1.12: Không gian làm việc robot SCARA
Robot trụ (Cylindrical configuration, RPP)
Sơ đồ cấu hình robot trụ được cho trên hình 1.13. Khớp đầu tiên là khớp quay tạo góc quay quanh nền, trong khi khớp thứ hai và thứ ba là khớp trượt. Các biến khớp xác định tọa độ trụ cho khâu cuối đối với hệ tọa độ nền. Tay máy dạng trụ Seiko RT3300 được cho trên hình 1.14 với không gian làm việc được cho trên hình 1.15.
Hình 1.13: Sơ đồ robot trụ
Hình 1.14: Robot Seiko RT3300
Hình 1.15: Không gian làm việc của robot trụ
Robot Decart
Robot Decart có ba khớp đầu tiên là khớp trượt như trên hình 1.16. Các biến khớp xác định tọa độ Decart cho khâu tác động cuối đối với hệ tọa độ nền. Mô tả động học của tay máy này là đơn giản nhất trong tất các cấu hình đã nêu. Cấu hình này thích hợp cho các ứng dụng lắp ráp trên mặt bàn, như robot gantry, dùng để vận chuyển vật liệu hay hàng hóa. Một ví dụ về robot này là robot Epson-Seiko cho trên hình 1.17. Không gian làm việc của tay máy Decart được cho trên hình 1.18.
Hình 1.16: Sơ đồ robot Decart
Hình 1.17: Robot Decart của Epson
Hình 1.18: Không gian làm việc tay máy Decart
Tay máy song song
Hình 1.19: Robot song song ABB IRB940 Tricept
Tay máy song song có các khâu tạo thành chuỗi kín. Cụ thể, một tay máy song song có hai hay nhiều hơn hai chuỗi động học độc lập liên kết với nền đối với khâu cuối. Hình 1.19 cho thấy robot song song IRB 940 Tricept của hãng ABB. Chuỗi động học kín của robot song song có thể cho một cấu trúc cứng vững hơn, và như thế cho độ chính xác cao hơn, so với robot chuỗi hở. Mô tả động học của robot song song về cơ bản khác với các robot có khâu nối tiếp và như vậy phương pháp phân tích cũng khác.