Ngân hàng câu hỏi thi kết thúc học phần học phần: Robot và điều khiển chuyển động

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 
KHOA ĐIỆN TỬ 
Bộ môn: Đo lường và Điều khiển Tự động 
NGÂN HÀNG CÂU HỎI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN 
HỌC PHẦN: ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG 
(2 TÍN CHỈ) 
DÙNG CHO ĐÀO TẠO BẬC ĐẠI HỌC THEO HỌC CHẾ TÍN CHỈ 
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG, KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TIN HỌC 
THÁI NGUYÊN - 7/2007 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC 
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 
KHOA ĐIỆN TỬ 
Bộ môn: Đo lường & ĐKTĐ 
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC 
Thái nguyên ngày 20 tháng 7 năm 2007 
NGÂN HÀNG CÂU HỎI THI 
 ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG 
Sử dụng cho hệ đại học theo các chuyên ngành: Điều khiển tự động, kỹ 
thuật điện tử, tin học 
1.NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN: 
 Sinh viên nắm được các cấu trúc robot và điều khiển chuyển động tay 
máy. Động học và động lực học robot. Các bộ phận truyền động secvo và cảm 
biến. Thuật toán điều khiển robot theo quĩ đạo đặt. 
2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 
 Thi kết thúc học phần là thi viết với thời lượng 90 phút, chấm điểm theo 
thang điểm 10. 
3. NGUYÊN TẮC TỔ HỢP ĐỀ THI 
 Mỗi đề thi có 3 câu hỏi 
 Mỗi đề thi được tổ hợp từ 2 câu hỏi (Phần: 4.1; 4.2) và 1 câu hỏi (Phần 
4.3) 
4. NGÂN HÀNG CÂU HỎI 
4.1. CÂU HỎI LOẠI 1 (3 ĐIỂM) 
1.Trình bày chức năng nhiệm vụ của các bộ phận cấu thành một robot công 
nghiệp? Ý nghĩa của ma trận thuần nhất [4 4] được sử dụng trong nghiên cứu 
robot? 
2.Trình bầy cách thiết lập khung toạ độ đối với 2 khâu động liên tiếp theo bộ 
thông số DH. Xây dựng ma trận Ai biểu diễn mối quan hệ giữa hệ toạ độ i so với 
hệ toạ độ i-1 (mô hình DH). 
3.Điểm A trong không gian được biểu diễn bởi véc tơ điểm [ 1 1 2 1 ] T dịch 
chuyển tịnh tiến điểm A đi một véc tơ p = [ 1 1 2 1 ]T sau đó tiếp tục quay 
điểm đã biến đổi quanh trục y một góc 900 Hãy xác định véc tơ biểu diễn điểm A 
sau hai phép biến đổi. 
4.Xác định ma trận biến đổi thuần nhất biểu diễn các phép biến đổi sau: 
 A = Tp( 0 0 1 )R(x 90
0 )R(y 900 ) 
5.Xác định ma trận biến đổi thuần nhất biểu diễn các phép biến đổi sau: 
 A = Tp( 0 1 0 )R( x 90
0 )R( z 900 ) 
6.Tìm ma trận : 
 R = R( k  ) Biết k = 
1
3
 ( 1 1 1 )T  = 900 
7.Tìm ma trận : 
 R = R( k  ) Biết k = 
1
3
 ( 1 1 1 )T  = -900 
8.Xác định các góc quay Euler khi biết ma trận : 
 R(    ) = 
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 0 0 1
9.Xác định các góc quay RPY khi biết ma trận : 
 RPY(    ) = 
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 0 0 1
10.Tìm các phần tử đánh dấu hỏi trong ma trận biểu diễn hướng và vị trí của 
khâu chấp hành cuối sau: 
 T6 = 
? 0 1 0
? 0 0 1
? 1 0 2
? 0 0 1
4.2. CÂU HỎI LOẠI 2 (3 ĐIỂM) 
1.Xây dựng khung toạ độ cho các 
thanh nối. Xác định ma trận biểu diễn 
hệ toạ độ điểm cuối E của cánh tay 
Robot. 
2.Thiết lập khung toạ độ cho các thanh 
nối. Xây dựng hệ phương trình động 
học thuận biểu diễn mối quan hệ toạ độ 
tay robot và toạ độ các khớp. 
3.Thiết lập các hệ toạ độ cho Robot. 
Xây dựng hệ phương trình động học 
thuận biểu diễn mối quan hệ giữa toạ 
độ tay Robot và toạ độ các khớp: 
E 
x0 
4.Xây dựng khung toạ độ cho các 
thanh nối. Xác định ma trận biểu diễn 
hệ toạ độ điểm cuối E của cánh tay 
Robot. 
5.Thiết lập các hệ toạ độ cho Robot. 
Xây dựng hệ phương trình động học 
thuận biểu diễn mối quan hệ giữa toạ 
độ tay Robot và toạ độ các khớp. 
6.Xây dựng khung toạ độ cho các 
thanh nối. Xác định ma trận biểu diễn 
hệ toạ độ điểm cuối E của cánh tay 
Robot. 
7.Thiết lập các hệ toạ độ cho Robot. 
Xây dựng hệ phương trình động học 
thuận biểu diễn mối quan hệ giữa toạ 
độ tay Robot và toạ độ các khớp. 
E 
E 
1 
2 
d3 
8.Thiết lập các hệ toạ độ cho Robot. 
Xây dựng hệ phương trình động lực 
học cho Robot . 
9.Thiết lập các hệ toạ độ cho Robot. 
Xây dựng hệ phương trình động lực 
học cho Robot . 
4.3 CÂU HỎI LOẠI 3 (4 ĐIỂM) 
 1. Cho cơ cấu cánh tay Robot 2 thanh 
nối như hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m). 
a.) Thiết lập phương trình động học 
ngược cho Robot. 
b.) Xác định 1(t) và 2(t) biết điểm 
cuối E 
chuyển động từ điểm A(0 0,4) đến 
điểm B(0,4 0) thì dừng lại mất khoảng 
thời gian 2s. Biết vận tốc trong quá 
trình chuyển động thay đổi theo quy 
luật bậc hai. 
2.Cho cơ cấu cánh tay Robot 2 thanh 
nối như hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m) 
a). Xác định vị trí điểm cuối của cánh 
tay Robot (E) trong hệ tọa độ gốc khi 
1 = 2 = 45
0 
b). Xây dựng quan hệ giữa tốc độ các 
khớp và tốc độ tay ROBOT. 
E 
x0 
y0 
1 
2 
l1 
l2 
x0 
y0 
1 
2 
l1 
l2 
3.Một vật thể P có vị trí ban đầu ở P0 
chuyển động đều theo máng nghiêng 
1350 với trục O0x0 với vận tốc v = 
0,1m/s. Trong cùng thời gian đó tâm 
bàn kẹp có vị trí ban đầu tại E0 với vận 
tốc ban đầu là vE0 = 0 chuyển động 
song song với O0x0 
đến điểm cuối Q thì dừng lại vEQ = 0. 
a). Xác định góc quay )(1 t của khớp 
quay và quãng đường s1(t) của khớp 
tịnh tiến, sao cho tâm bàn kẹp (E) gặp 
vật thể P tại Q. Biết: l1= 300mm; 
k = 400mm; a = 150mm 
b).Xây dựng sơ đồ khối điều khiển một 
khớp động sử dụng động cơ một chiều 
kích từ độc lập với 1 mạch vòng phản 
hồi vị trí. 
4. Tâm bàn kẹp có vị trí ban đầu tại P0 
với vận tốc ban đầu là VP0 = 0 chuyển 
động theo đường cong Parabon qua 
điểm A(1,2) với vận tốc tức thời tại 
A,VA = 2 đến điểm cuối Q thì dừng 
lại VQ = 0 mất khoảng thời gian 1s. 
a).Xác định qui luật biến đổi của các 
biến khớp 1(t) và s1(t) theo thời gian. 
b).Xây dựng sơ đồ khối điều khiển một 
khớp động sử dụng động cơ một chiều 
kích từ độc lập với 2 mạch vòng phản 
hồi vị trí và tốc độ. 
x
y0 
1,5 0,5 1 2 
Q 
A 
E 1,25 
2 
2,25 
P
s1(t
) 
1(t) 
l1 
E0 
k 
1(t) 
Q 
a 
s1(t) 
E 
P0 
y0 
O0 
P 
450 
1350 
5.Một vật thể P có vị trí ban đầu ở P0 
chuyển động đều theo máng Parabon 
như hình vẽ với vận tốc v = 0,1m/s để 
tới Q. Cùng thời gian đó tâm bàn kẹp 
có vị trí ban đầu tại E0 với vận tốc ban 
đầu là vE0 = 0 chuyển động theo cung 
Parabon đến gặp vật thể P tại Q thì 
dừng lại vEQ = 0. 
a).Xác định góc quay )(1 t của khớp 
quay và quãng đường s1(t) của khớp 
tịnh tiến. Biết:l1 = 300mm; k = 
400mm; a = 150mm 
b). Xây dựng sơ đồ khối điều khiển 
một 
 khớp động sử dụng động cơ một chiều 
kích từ 
độc lập với 2 mạch vòng phản hồi vị trí 
và tốc độ 
6.Cánh tay máy gồm một khớp quay, 
một khớp tịnh tiến thực hiện nhiệm vụ 
nhấc vật thể P ra khỏi băng truyền. 
Tâm bàn kẹp E với vị trí ban đầu E0 và 
cùng thời điểm đó vật thể P nằm trên 
băng truyền tại vị trí P0 cả hai chuyển 
động tới Q trong cùng một khoảng thời 
gian (hình vẽ). Tâm bàn kẹp E di 
chuyển theo cung Parabon tới Q thì 
dừng lại, còn băng truyền chuyển động 
đều với vận tốc 0,1m/s theo phương 
song song với oy. 
a). Xác định góc quay )(1 t của khớp 
quay và quãng đường s1(t) của khớp 
tịnh tiến để tay máy hoàn thành nhiệm 
vụ nói trên. Biết: l1 = 300mm; k = 
400mm; a = 150mm 
b). Xây dựng sơ đồ khối điều khiển 
một khớp động sử dụng động cơ một 
chiều kích từ độc lập với 2 mạch vòng 
phản hồi vị trí và tốc độ với các bộ 
.điều khiển phù hợp cho từng mạch 
vòng. 
P 
a 
s1(t) 
Q 
l
x0 P0 k 
O0 
l1/2 
y0 
E0 
1((t) 
E 
E0 
E 
Q 
s1(t) 
P 
y
P0 
a 
1(t) 
O0 
l1 
k 
l1/2 
h 
7.Tâm bàn kẹp E có vị trí ban đầu tại 
Q(0 4) với vận tốc ban đầu bằng 0 
chuyển động theo đường cong Parabon 
qua điểm A(1 3) đến điểm cuối P thì 
dừng lại vP = 0 mất khoảng thời gian 
2s. Trong quá trình 
chuyển động gia tốc không vượt quá 
12m/s2 
a).Hãy xây dựng biểu thức giải tích 
cho các biến khớp )(1 t s1(t) theo thời 
gian. 
b).Xây dựng sơ đồ khối điều khiển độc 
lập cho một trục tay máy sử dụng động 
cơ một chiều kích từ độc lập với 2 
mạch vòng phản hồi vị trí và tốc độ. 
8. Cho cơ cấu cánh tay Robot 2 thanh 
nối như hình vẽ : (l1 = l2= 0,5m) 
a). Xây dựng phương trình động học 
thuận và ngược biểu diễn mối quan hệ 
giữa hệ toạ độ tay Robot và hệ toạ độ 
các khớp. 
b). Xây dựng quan hệ giữa tốc độ các 
khớp và tốc độ của tay Robot, biết tâm 
bàn kẹp trượt trên trục x từ điểm A(0,3 
0) (VA = 0) tới B(0,7 0) thì dừng lại. 
9.Cho cơ cấu cánh tay Robot 2 thanh 
nối như hình vẽ: (l1 = l2= 0,5m) 
a). Xác định vị trí điểm cuối của cánh 
tay Robot (E) trong hệ tọa độ gốc khi 
1 = 2 = 45
0 
b). Xây dựng quan hệ giữa tốc độ các 
khớp và tốc độ của tay Robot, biết tâm 
bàn kẹp trượt trên trục z hợp với trục 
ox một góc 300 từ điểm A có hoành độ 
0,3 (VA = 0) tới B có hoành độ 0,7 thì 
dừng lại. 
P 
s(t) 
x 
y 
Q 
E 
A 
1(t
2(t) 
y 
x B A E 
y 
B 
A 
x 
1(t
) 
2(t
) 
E l1 l2 
z 
0.3 0.7 
10. Cho cơ cấu cánh tay Robot 2 thanh 
nối như hình vẽ: (l1 = l2= 0,5m) 
a). Xác định vị trí điểm cuối của cánh 
tay Robot (E) trong hệ tọa độ gốc khi 
1 = 2 = 45
0 
b). Xây dựng quan hệ giữa tốc độ các 
khớp và tốc độ của tay Robot, biết tâm 
bàn kẹp trượt trên trục y từ điểm A(0,3 
0) tới B(0,7 0) thì dừng lại. 
11. Một robot với 2 khớp động ( quay 
và tịnh tiến) với điểm tác động cuối E 
làm nhiệm vụ nhấc vật thể từ băng 
truyền dưới (tại điểm P) rồi chuyển 
động theo quĩ đạo là nửa đường tròn 
đến điểm Q đặt lên băng truyền trên. 
Tốc độ của băng truyền dưới là 1m/s 
và tốc độ cuả băng truyền trên là 2m/s, 
thời gian tay máy chuyển động từ P 
đến Q là 2s. Giả sử tốc độ điểm cuối E 
của tay máy là phù hợp khi thực hiện 
nhiệm vụ. 
a). Hãy tìm quy luật biến đổi của (t) 
và s(t) để tay máy hoàn thành công 
việc đó? Biết a = 1. 
b). Xây dựng sơ đồ khối điều khiển 
một trục của của Robot sử dụng động 
cơ một chiều kích từ độc lập với mạch 
vòng phản hồi vị trí sử dụng bộ điều 
khiển PD. 
1
3 
2 
4
5
Oo x0 
y0 
Q 
E 
P 
s(t) 1m/s 
2m/s 
a 
1(t) 
2(t) 
A 
E 
B 
y 
x 
l1 
l2 
0.3 
0.7 
 O0 
x0 
y0 
P 
 Q 
E0 E 
a 
s1(t) 
P0 
k 
h 
1 
 12. Một tay máy làm nhiệm vụ nhấc vật 
thể P ra khỏi băng truyền tại điểm Q. 
Điểm tác động cuối E của tay máy có vị 
trí ban đầu tại E0 chuyển động theo 
phương song song với O0x0 để đến gặp 
vật thể P tại Q thì dừng lại, cùng thời gian 
đó thì một vật thể P với vị trí xuất phát 
ban đầu từ P0 nằm trên băng tải chuyển 
động đều với vận tốc v = 0,1m/s theo 
phương song song O0y0 tới gặp tâm bàn 
kẹp của tay máy E tại Q. 
a). Xác định góc quay 1(t) của khớp quay 
 và quãng đường s1(t) của khớp tịnh tiến, sao 
 cho tâm bàn kẹp (E) gặp vật thể P tại Q. 
 Biết: h = 300mm; k = 400mm; a = 150mm 
b). Xây dựng sơ đồ khối điều khiển một khớp 
 động sử dụng động cơ một chiều kích từ độc 
 lập với 2 mạch vòng phản hồi vị trí và tốc độ. 
THÔNG QUA BỘ MÔN 
TRƯỞNG BỘ MÔN 
 THÔNG QUA HỘI ĐỒNG 
KHOA HỌC GIÁO DỤC KHOA 
ĐIỆN TỬ 
CHỦ TỊCH 
TS. Nguyễn Hữu Công TS. Nguyễn Hữu Công