1.2 Phương trình động học robot
1.2.6 Quỹ đạo chuyển động
a. Các kiểu quỹ dạo
Trường hợp 1
Khâu chấp hành cuối chỉ cần đạt được vị trí và hướng tại các điểm mút. Đây là phương pháp điều khiển điểm. Tại đó bàn tay robot thực hiện các thao tác công việc vận chuyển và trao đổi phôi liệu trong hệ thống tự động. Không tham gia trực tiếp vào các công việc như hàn, cắt kim loại... Các điểm mút là mục tiêu quan trọng nhất còn dạng đường đi tới các điểm mút là vấn đề thứ yếu. Và được lập trình bằng phương pháp "Teach and playback mode". Trong trường hợp này không cần tính toán hệ phương trình động học. Chuyển động cần thực hiện sẽ được ghi lại như một tập hợp các góc khớp để robot thực hiện lại khi làm việc.
Dựa trên tập góc đã tính toán trước đó cho từng khớp. Robot sẽ được lên lịch để hoạt động phối hợp với các giá trị góc của khớp theo một trình tự định sẵn để làm việc. Cách làm việc này phù hợp cho những robot hoạt động trong dây chuyền sản xuất hàng loạt và thực hiện một công việc nhất định như hàn chip lên bảng mạch, hàn các chi tiết...
Trường hợp 2
Khâu chấp hành cuối của robot phải xác định đường đi qua các điểm nút theo thời gian thực. Đó là trường hợp tay máy trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên công nghệ như hàn, sơn, cắt kim loại... Vấn đề thiết kế quỹ đạo cho các robot trong trường hợp này rất quan trọng.
Nó quyết định trực tiếp chất lượng thực hiện các nguyên công nghệ mà robot đảm nhận. Quỹ đạo trong trường hợp này là quỹ đạo chung ứng
dụng cho mọi robot kể cả đối với trường hợp 1.
b. Các khái niệm cơ bản về quỹ đạo
Để xác định được đường đi mong muốn của robot theo thời gian, quỹ đạo có thể được tính toán thiết kế trong một hệ tọa độ truyền thống Oxyz hoặc thiết kế trong không gian biến khớp (không gian vector các tọa độ suy rộng của robot), chẳng hạn với robot 6 bậc tự do thì X = [θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6]. Thiết kế ở đây được hiểu như là xác định quy luật chuyển động của các biến khớp để điều khiển chuyển động của từng khớp và tổng hợp thành chuyển động chung của robot theo một quỹ đạo đã được xác định.
Quỹ đạo cần thiết kế nhất định phải đi qua một só điểm nút cho trước (ít nhất là điểm đầu và điểm cuối). Ngoài các điểm nút chính, ta còn có thể chọn thêm các điểm nút phụ gọi là điểm dẫn hướng (via point) để tránh chướng ngại vật.
Khi thiết kế quỹ đạo trong không gian biến khớp, tại mỗi nút phải xác định giá trị của các biến khớp bằng phương pháp tính toán động học.
Thời gian yêu cầu của mỗi quỹ đạo (giữa 2 điểm mút) là giống nhau cho tất cả các khớp vì vậy yêu cầu tất cả các khớp phải đạt đến điểm mút đồng thời. Ngoài việc yêu cầu thời gian phải giống nhau cho các khớp, việc xác định các hàm quỹ đạo của mỗi biến khớp không phục thuộc vào các hàm của các khớp khác. Vì vậy việc thiết kế quỹ đạo trong không gian biến khớp đơn giản và dễ tính toán hơn trong hệ tọa độ Descarte.
Quỹ đạo thiết kế phải đảm bảo các điều kiện liên tục bao gồm:
• Liên tục về vị trí
• Liên tục về tốc độ
• Liên tục về gia tốc
Hình 1.8: Tính liên tục của quỹ đạo
Để thiết kế quỹ đạo robot, người ta thường dùng phương pháp xấp xỉ các đa thức bậc n, các quỹ đạo thường gặp là:
• Quỹ đạo CS (Cubic Segment): tương đương đa thức bậc 3.
• Quỹ đạo LS (Linear Segment): tương đương với đa thức bậc 1.
• Quỹ đạo bậc LSPB (Linear Segment Parabolic Blend) phối hợp đa thức bậc 2 và bậc 1.
• Quỹ đạo BBPB (Bang Bang Parabolic Blend): là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo LSPB khi đoạn tuyến tính thu về bằng 0 và xuất hiện điểm uốn.
Nếu cho trước nhiều điểm nút, ta có thể áp dụng nhiều dạng quỹ đạo cơ bản khác nhau cho một biến khớp.
Chương 2
Thiết kế robot trợ giúp phẫu thuật tim và động mạch vành
Trong thập niên 1990, loài người đã được chứng kiến cuộc cách mạng phẫu thuật nội soi với sự đột phá từ mổ hở kinh điển sang mổ nội soi với kỹ thuật ít xâm lấn. Mổ nội soi với nhiều ưu điểm: thời gian nằm viện ngắn, ít đau sau mổ, ít nhiễm trùng, tính thẩm mỹ cao đã làm cho các cuộc mổ, như cắt túi mật qua nội soi, trở thành chuẩn hoá trong điều trị các bệnh lý sỏi mật. Với những kết quả hấp dẫn từ phẫuu thuật nội soi, các nhà ngoại khoa luôn luôn tìm tòi nghiên cứu những phương pháp điều trị ít xâm lấn nhất. Tuy nhiên, một số phương pháp phẫu thuật nội soi phức tạp (như cắt tụy) đã cho thấy việc thực hiện qua nội soi gặp một số trở ngại do hạn chế của chính phương pháp này. Ví dụ, hệ thống đèn chiếu camera do người phụ mổ cầm thường không cố định và chỉ chiếu sáng trong một không gian 2 chiều, trong khi đó phẫu thuật viên chính phải cố gắng thích nghi với vị trí phẫu thuật không thuận tiện và với các dụng cụ phẫu thuật thẳng vốn hạn chế thao tác. Nhìn
chung, phẫu thuật nội soi chỉ mới đạt tới ngưỡng bình quân của ngành phẫu thuật và cần phải có một kỹ thuật khác để tạo ra một bước đột phá mới trong lĩnh vực này.
Từ những năm đầu của thế kỷ 21, với sự phát triển các kỹ thuật mới, ngành phẫu thuật đang tiến tới những phương pháp phẫu thuật rất ít xâm lấn. phẫu thuật robot và phẫu thuật từ xa đã giải quyết được những hạn chế của các phương pháp phẫu thuật nội soi và phẫu thuật lồng ngực, đây qủa thực là một cuộc cách mạng của các kỹ thuật phẫu thuật ít xâm lấn. Người ta đang mong đợi phẫu thuật robot sẽ được phát triển mạnh trong tương lai. Đã có một dự báo cho rằng tất cả các loại phẫu thuật có thể và sẽ được thực hiện bởi phẫu thuật robot.