Thiết lập mô hình toán học điều khiển chuyển động môđun quay 2 bậc tự do kết nối ngoài nâng cao khả năng công nghệ cho rôbôt hàn 6 bậc tự do

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 63
THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG 
MÔĐUN QUAY 2 BẬC TỰ DO KẾT NỐI NGOÀI NÂNG CAO 
KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ CHO RÔBÔT HÀN 6 BẬC TỰ DO 
ESTABLISHING THE MATHEMATIC MODEL FOR MOTION CONTROL OF 2-DOF 
ROTATIONAL MODULE TO ADVANCE THE ABILITIES OF 6-DOF WELDING ROBOT 
Trịnh Thị Khánh Ly, Lê Quốc Dũng 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 01/01/2019, Ngày chấp nhận đăng: 28/03/2019, Phản biện: TS. Nguyễn Thùy Dương 
Tóm tắt: 
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nền công nghiệp thế giới đang bước sang cuộc cách 
mạng lần thứ 4, khi mà con người được thay thế bằng các rôbôt có kết nối vạn vật (IOT) với thiết bị 
sản xuất thông qua hệ thống truyền thông không dây để trở thành một nhà máy sản xuất thông 
minh. Như vậy, để rôbôt kết nối được với các thiết bị khác và tác hợp nhịp nhàng theo một quy trình 
công nghệ thì cần phải có một mô hình toán học để điều khiển đồng bộ các thông số của rôbôt và 
thiết bị. Với mục đích như trên, trong bài báo này các tác giả trình bày phương pháp ước lượng các 
thông số động học trong mô hình toán cho một hệ dư dẫn động 8 bậc tự do, bao gồm một môđun 
quay 2 bậc tự do kết nối ngoài với một robot hàn 6 bậc tự do, nhằm nâng cao khả năng công nghệ 
của rôbôt. Trên cơ sở đó nhóm tác giả tiến hành lập trình viết môđun phần mềm mô phỏng để kiểm 
nghiệm tính đúng đắn của mô hình toán học đã được thiết lập cho hệ tích hợp bằng ngôn ngữ C++ 
khi hệ thống tích hợp môđun quay - rôbôt thực hiện quá trình hàn theo quỹ đạo đường hàn phức tạp 
được mô hình hóa bằng đường cong hữu tỷ NURBS. 
Từ khóa: 
Tay máy rôbôt, môđun quay 2 bậc tự do, đường cong NURBS, quỹ đạo đường hàn. 
Abstract: 
With the rapid development of the scientific and technology, the world industry is being transformed 
by a fourth industrial revolution, when human may be replaced by robotics in conjunction with the 
Internet of Things (IoT) connected to the production equipment via wireless communication systems 
to become a smart factory. Therefore, in order to robots connect to the other devices and operate 
smoothly according to the technological process, it is necessary to have a mathematical model to 
synchronize the parameters of robots and equipment. For the above purpose, we present a method 
to estimate the kinematic parameters in the mathematical model for an eight degrees of freedom (8 
DOF) redundant manipulator including a 2 DOF rotational module connect to a 6 DOF welding robot, 
in order to enhance the robot's technological capabilities. On that basis, we programmed a 
simulation software module using C++ language to evaluate the accuracy of the obtained model that 
was set up for the integrated system while this system performed the welding process according to 
the complicated trajectory which was modeled by the Non-uniform rational B-spline (NURBS). 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 19 64
Keywords: 
Manipulator, 2 DOF rotational module, the Non-uniform rational B-spline, the welding trajectory. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Nghiên cứu và ứng dụng rôbôt trong tự 
động hóa quá trình hàn ngày càng được 
phát triển, nhất là trong ngành công 
nghiệp ô tô và đóng tàu. Trong vài thập 
kỷ qua, đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm 
nỗ lực tự động hóa quá trình hàn. Đặc biệt 
trong ngành công nghiệp đóng tàu với 
chiều dài tổng đường hàn có thể lên tới 
hàng nghìn kilômet cho cả hàn phân đoạn 
và tổng đoạn khi đóng vỏ của một tàu chở 
hàng. Trong đó phải để đến các hướng 
nghiên cứu: (i) Thiết kế tối ưu kết cấu 
rôbôt phục vụ cho ngành hàn, trong 
hướng nghiên cứu này có Lee và cộng sự 
[1-4] đã đưa ra ý tưởng đặt một tay máy 
rôbôt hàn 6 bậc tự do lên một rôbôt tự 
hành để nâng cao khả năng công nghệ của 
rôbôt hàn trong quá trình đóng tàu, chính 
vì vậy mà các tác giả đã cố gắng tìm cách 
tối ưu khối lượng rôbôt và kết quả là đã 
đưa ra 1 thiết kế mới giảm 13% khối 
lượng so với các rôbôt thông thường. Du 
[5] thì tìm cách tổng hợp, thiết kế các tay 
máy rôbôt hàn 5 bậc tự do phục vụ 
chuyên hàn các ống nối chữ kiểu T; 
(ii) Thiết kế quỹ đạo đường hàn, theo 
hướng nghiên cứu này có Yan và các 
đồng nghiệp [6] đã thiết lập quỹ đạo 
đường hàn khi hàn ống chữ Y giao với 
hình cầu theo hướng điều khiển vận tốc 
ổn định dọc theo quỹ đạo đường hàn là 
giao của các mặt cong hay Chen [7] đã 
đưa ra giải pháp nội suy B- Spline để nội 
suy đường hàn cho các kết cấu hàn có 
kích thước lớn và biên dạng phức tạp cho 
một tay máy rôbôt hàn chuỗi động học hở 
hay Zhu [8] đã sử dụng công nghệ xử lý 
ảnh và thuật toán nội suy để nhận dạng 
đường hàn nhằm nâng cao khả năng hàn 
hồ quang chính xác; (iii) Kết nối rôbôt 
hàn với các thiết bị khác nhằm nâng cao 
khả năng công nghệ của rôbôt hàn, theo 
hướng nghiên cứu này có nhóm nghiên 
cứu của Song [9] họ đã tìm cách điều 
khiển thông số công nghệ của 3 rôbôt 
Scara 4 bậc tự do đồng thời để hàn dầm 
chữ I trên nền tảng bộ điều khiển CNC để 
nâng cao hiệu suất quá trình hàn, hay 
Shen [10] đã ứng dụng bộ điều khiển mờ 
và xử lý ảnh để kết nối một rôbôt hàn 6 
bậc tự do với môđun bàn quay 2 bậc tự do 
trong hàn các bể bơi hình cầu cỡ lớn, 
cũng trong hướng nghiên cứu này nhưng 
ứng dụng trong ngành sản xuất vật liệu 
tổng hợp Martineca [11] đã đưa ra thuật 
toán kết nối một rôbôt 6 bậc tự do với 
môđun quay 1 bậc tự do trong quá trình 
sản xuất vật liệu tổng hợp có hình dạng 
phức tạp. 
2. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG 
HỌC MÔĐUN QUAY 2 BẬC TỰ DO KẾT 
NỐI NGOÀI VỚI RÔBÔT HÀN 6 BẬC 
TỰ DO 
2.1. Mô tả hệ thống tích hợp 
Nếu gọi: }{ 0000 zyx là hệ quy chiếu cố định 
gắn trên tay máy rôbôt Almega AX 6 bậc 
tự do; }{ qqqq zyx là hệ quy chiếu gắn tại 
gốc môđun quay 2 bậc tự do; {} là quỹ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 65
đạo đường hàn, thông thường {} được 
xác định trong hệ quy chiếu q . Như vậy, 
để phối hợp các chuyển động tương đối 
của tay máy rôbôt và đồ gá để thực hiện 
hàn tại một điểm Ki {}. Tại Ki ta có:  TKKKK zyx r vectơ xác định vị trí 
điểm K và  TzKyKxKK znn n vectơ xác 
định hướng hàn. 
Như vậy, hệ tay máy rôbôt-môđun quay 
có 8 bậc tự do như mô tả trên hình 1. Đây 
là một hệ dư dẫn động và có vô số nghiệm 
tương ứng với một điểm hàn xác định. Để 
thiết lập mô hình toán học điều khiển hệ 
thống, nếu gọi {} miền không gian hoạt 
động của rôbôt, {@} là miền không gian 
hoạt động của môđun quay. Khi đó, miền 
không gian hoạt động của hệ thống {} 
được cho bởi: 
{} = {@}{} (1) 
Việc xác định {} thông qua vectơ 
00 dOO
r . 
Như vậy, với giả thiết {} {} và 
}{ hhhh zyx là hệ quy chiếu động gắn tại các 
điểm Ki {} khi đó ta có Kr , Kn trong 
hệ quy chiếu }{ 0000 zyx và }{ qqqq zyx được 
cho bởi: 
Ki
h
h
q
Ki
q
OqKiKi
q
Ki
h
hKi
KiKi
nRn
rrr
nRn
rr
00
00
00
 (2) 
Trong đó: hR0 , hq R lần lượt là ma trận 
cosin chỉ hướng của }{ hhhh zyx so với 
}{ 0000 zyx , }{ qqqq zyx . 
Nếu gọi i , j , k là vectơ đơn vị của các 
trục tọa độ của }{ hhhh zyx thì: 
jik
dt
dj
dt
di
^
)(
)(
2
2 

 (3) 
Từ hình 1, ta cũng nhận thấy khi vectơ Kn
tiệm cận với  TK 010 n thì không thể 
xác định được nghiệm 7 , 8 của môđun 
quay theo Ki {} . Do đó, sẽ được xác 
định trong hệ quy chiều của rôbôt, đây 
chính là điều kiện biên để giải hệ phức 
tạp này. 
2.2. Thiết lập phương trình động học 
tay máy rôbôt 
Để thiết lập phương trình động học của 
tay máy rôbôt 6 bậc tự do Almega AX, 
đặt hệ quy chiếu theo phương pháp D-H 
[12] được mô tả trên hình 3. Từ hình 3 ta 
có bảng thông số D-H được cho trong 
bảng 1. 
O0 
y0 
z0 
x0 
zd0 
Xd0 
Od0 
yd0 
1
2 
q3 
4 
5 
6 
7 
8 
Ki
xh 
yh 
zh 
Hình 1. Tích hợp môđun quay 2 bậc tự do với 
robot 6 bậc tự do trong hàn quỹ đạo phức tạp 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 19 66
Bảng 1. Bộ thông số D-H của rôbôt Almega AX 
Khâu Thông số động học Biến khớp
i 
[rad] 
ia 
[mm] 
id
[mm] 
i [0] 
1 - /2 a1 1d 1 
2 0 a2 0 2 
3 - /2 a3 0 3 
4 /2 0 4d 4 
5 - /2 0 0 5 
6 0 0 6d 6 
Như vậy, ma trận biến đổi tọa độ và 
hướng từ mỏ hàn }{ 6666 zyx về hệ qui 
chiếu gốc }{ 0000 zyx được cho bởi: 
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
6
0 MMMMMMM (4) 
Trong đó: 
1000
010
sincos0sin
cossin0cos
1
1111
1111
1
0
d
a
a


M
; 
1000
0100
sin0cossin
cos0sincos
2222
2222
2
1 

a
a
M
1000
0010
sincos0sin
cossin0cos
3333
3333
3
2 

a
a
M
;
1000
010
0cos0sin
0sin0cos
4
44
44
4
3
d


M
1000
0010
0cos0sin
0sin0cos
55
55
5
4 

M
;
1000
100
00cossin
00sincos
6
66
66
6
5
d


M
Như vậy, với một điểm Ki {} thuộc 
{} và vectơ Kin ở trên phôi, ta có thể 
đưa về hệ quy chiếu gốc phôi }{ 0000 zyx : 
KiKi
KiKi
rMr
nMn
6
00
6
00
 (5) 
Cân bằng các phần tử Kin0 , Kir0 ở phương 
trình (5) với phương trình (2) ta xác định 
được phương trình động học của tay máy 
rôbôt Almega AX, sau khi giải tìm được 
nghiệm 61   của rôbôt Almega AX theo 
Ki {}. 
2.3. Thiết lập phương trình động học 
môđun quay 2 bậc tự do 
Tương tự 
như trên xét 
với môđun 
quay hai bậc 
tự do, đặt hệ 
quy chiếu 
theo phương 
pháp D - H 
được mô tả 
trên hình 3. 
Từ hình 3 ta 
có bảng 
thông số D - 
H được cho 
trong bảng 2. 
Bảng 2. Bộ thông số D-H của môđun quay 
2 bậc tự do 
Khâu 
Thông số động học Biến khớp
i [rad] ia [mm] id [mm] i [0] 
1 - /2 0 - 7d 7 
2 0 0 8d 8 
x0 
y0 
z0 
O0 
d1 
a1 
z1 
x1 
y1 
O1 
a2 
x2 x3 
O2 
x2 
y2 
O3 
y3 
z3 
d4 
a3 
z4 
x4 
y4 
O4 
z5 
y5 
x5 O5 
z6 
y6 x6 O6 
0 
1 
2 
3 
4 
p 
5 
6 
Hình 2. Thiết lập hệ quy chiếu xác định 
phương trình động học của rôbốt Almega AX zd0
Zd2 Zd1 
xd0 
yd0
xd1
Xd2
O0
Od1 
Od2 
d7
d8 
7 
8 
7 
8 
Hình 3. Thiết lập hệ quy chiếu 
trên mô đun quay 2 bậc tự do
Ki 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 67
Như vËy, ma trËn biÕn ®æi täa ®é 
 TKiKiKiKi zyx r vμ hư t  TzKiyKixKiKi nnn n 
víi 1)()()( 222 zKiyKixKi nnn ) tõ bμn kÑp 
vÒ hÖ quy chiÕu gèc }{ qqqq zyx m«®un 
quay được cho bởi: 
8
7
78 MMM
qq (6) 
Trong đó: 
1000
010
0cos0sin
0sin0cos
7
77
77
7 d
qO 

M
;
1000
100
00cossin
00sincos
8
88
88
8
7
d


M
Tương tự như trên, vectơ Kir {} , Kin 
}{ hhhh zyx ở trên phôi, ta có thể đưa về hệ 
quy chiếu gốc phôi }{ qqqq zyx : 
Ki
q
Ki
q
Ki
q
Ki
q
rMr
nMn
8
8 (7) 
Cân bằng các phần tử Kiq n , Kiq r ở phương 
trình (7) với phương trình (2) ta xác định 
được phương trình động học của môđun 
quay, sau khi giải tìm được nghiệm 7 , 8 
của môđun quay theo Ki {}. 
NhËn xÐt: hÖ phương tr×nh (5) vμ (7) x¸c 
®Þnh hÖ phương tr×nh ®éng häc cña hÖ tÝch 
hîp m«®un quay 2 bËc tù do - r«b«t 6 bËc 
tù do. §Ó gi¶i hÖ phương tr×nh nμy trong 
bμi b¸o sö dông phương ph¸p sè håi quy. 
3. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH QUÁ 
TRÌNH HÀN THEO ĐƯỜNG CONG 
PHỨC TẠP CỦA HỆ THỐNG 
Để xác định thông số quỹ đạo đường hàn 
trong trường hợp tổng quát, chúng tôi sử 
dụng thuật toán nội suy hữu tỷ NURBS để 
nội suy quỹ đạo qua một số điểm hữu hạn 
(được thu thập bằng phương pháo dạy 
học cho rôbôt). Để tạo ra đường hàn ta 
cần phải nội suy để xác định được bộ 
thông số Kin0 , Kir0 tại từng điểm Ki {}. 
Dưới đây, là hai trường hợp cụ thể được 
trình bày trong mục 3.1 và 3.2. 
3.1. Cơ sở lý thuyết nội suy đường 
cong hữu tỷ NURBS 
Theo tài liệu [13] đường cong hữu tỷ là 
đường cong B-Spline xác định trong 
không gian 4 chiều (4D) về không gian 3 
chiều (3D) và được cho bởi: 
)()( ,
1
1
tRBtP ki
n
i
i 
 (8) 
Với iB là các đỉnh của đa giác điểm nội 
suy trong không gian 3D, còn )(, tR ki là 
hàm cơ sở của đường cong B-Spline hữu 
tỷ và được cho bởi: 
)(
)(
)(
,
1
1
,
,
tNh
tNh
tR
ki
n
i
i
kii
ki  
 (9) 
Với: 0 ih với mọi giá trị của i; )(, tN ki 
được cho bởi công thức đệ quy: 
1
1,1
1
1,
,
1
1,
)()(
)(
0
1
)(
iki
kiki
iki
kii
ki
ii
i
xx
tNtx
xx
tNxt
tN
xtx
tN
 (10) 
ix là các giá trị của vectơ nút và thỏa mãn 
điều kiện 1 ii xx . 
Tiếp tuyến của đường cong được cho bởi: 




1
1
21
1
,
1
1
,,
1
1
,
,
)(
)()(
)(
)(
)(
n
i
n
i
kii
n
i
kiikii
n
i
kii
kii
i
tNh
tNhtNh
tNh
tNh
BtP
 (11) 
3.2. Nội suy quỹ đạo đường hàn bằng 
đường cong hữu tỷ NURBS 
Áp dông c¬ së lý thuyÕt trong môc 3.1 vμ 
viÕt m«®un phÇn mÒm néi suy trªn Matlab 
cho hai trường hợp dưới ®©y: 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 19 68
 Trường hợp 1: néi suy quü ®¹o hμn 
khi hμn cót ch÷ T. 
Víi gi¶ thiÕt đường hμn lμ đường giao cña 
hai èng nèi víi nhau theo kiÓu ch÷ T 
(h×nh 4a) vμ cã quü ®¹o được m« t¶ ë h×nh 
4b. Gi¶ thiÕt lÊy mÉu 9 ®iÓm tõ P1 ®Õn P9 
(được lÊy mÉu b»ng phương ph¸p d¹y häc 
cña r«b«t) m« t¶ trªn h×nh 4c, cã täa ®é 
được x¸c ®Þnh trong b¶ng 3. 
Bảng 3. Tọa độ các điểm lấy mẫu 
khi hàn cút chữ T 
P1 P2 P3 P4 
325
150
0
228.312
039.144
865.41
063.279
115.133
140.69
285.235
735.130
542.73
P5 P6 P7 P8 
097.197
270.140
144.53
518.176
247.149
015.15
776.180
197.147
863.28
140.211
592.135
148.64
P9 P10 P11 P12 
815.249
904.129
999.74
727.291
441.136
320.62
221.314
574.144
403.38
325
150
0
Bảng 4. Dữ liệu điểm quỹ đạo hàn bao gồm 
tọa độ và hướng của mỏ hàn khi hàn cút chữ T 
t xK yK zK nKx nKy nKz 
0 0 150 325 0.05 0.892 0.445 
0.01 -0.599 150.016 325.029 0.041 0.893 0.445 
0.02 -1.198 150.029 325.053 0.032 0.894 0.446 
0.03 -1.796 150.038 325.072 0.023 0.894 0.447 
0.04 -2.394 150.044 325.085 0.015 0.894 0.447 
7.96 2.393 149.911 324.843 0.074 0.892 0.442 
7.97 1.796 149.937 324.888 0.068 0.892 0.443 
7.98 1.198 149.960 324.929 0.062 0.893 0.443 
7.99 0.599 149.981 324.966 0.056 0.893 0.444 
8.00 0 150 325 0.05 0.893 0.445 
Với gia số t =0.01 đường cong được nội 
suy thành 800 điểm với sai số 0.001. 
 Trường hợp 2: néi suy quü ®¹o hμn c¸c 
®o¹n èng xo¾n trong khoan cäc nhåi cña 
ngμnh x©y dùng. 
Trong trường hợp này nội suy một môđun 
(trọn 1 bước vít) (hình 5a), quỹ đạo được 
mô tả trên hình 5c và số điểm lấy mẫu là 
11 (hình 5b), quỹ đạo nội suy được mô tả 
P12= P1
P3
P4 P5 
P6 
P7 
P8 
P9 
P10 
Pi 
A
u
w
v
Op 
zp 
yp 
xp 
A 
w 
P2
u 
v 
Pi 
a) b) 
c) d) 
Hình 4. Nội suy quỹ đạo đường hàn 
và hướng hàn khi hàn ống nối chữ T 
P1 P2 
P3 
P4 P5 
P6 
P7 
P8 
P9 P10 
A
Pi 
u
w
v
a) b) 
Op 
zp
yp 
xp 
Pi 
u 
v 
w 
c) d) 
Hình 5. Nội suy quỹ đạo đường hàn 
và hướng hàn khi hàn ống nối chữ T 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 69
trên hình 5d (lược bỏ bớt để thể hiện trên 
hình vẽ), bảng 5 là tọa độ các điểm lấy 
mẫu còn bảng 6 là dữ liệu điểm nội suy. 
Bảng 5. Tọa độ các điểm lấy mẫu 
khi hàn đường xoắn ốc 
P1 P2 P3 P4 
100
710.32
816.37
876.121
294.1
983.49
189.142
736.28
918.40
498.162
455.47
749.15
P5 P6 P7 P8 
249.181
207.48
270.13
126.203
845.28
840.40
999.224
610.3
869.49
749.243
708.30
459.39
P9 P10 P11 
499.262
455.47
749.15
436.281
825.47
444.13
300
710.32
816.37
Bảng 6. Dữ liệu điểm quỹ đạo hàn 
bao gồm tọa độ và hướng của mỏ hàn 
khi hàn đường xoắn ốc 
t xK yK zK nKx nKy nKz 
0 37.816 -32.710 100 0.7563 -0.654 0 
0.01 38.075 -32.408 100.253 0.762 -0.648 0 
0.02 38.331 -32.105 100.505 0.767 -0.642 0 
0.03 38.585 -31.799 100.757 0.772 -0.636 0 
0.04 38.836 -31.492 101.010 0.777 -0.629 0 
6.96 35.798 -34.904 298.097 0.715 -0.699 0 
6.97 36.311 -34.371 298.571 0.726 -0.688 0 
6.98 36.819 -33.828 299.046 0.736 -0.677 0 
6.99 37.320 -33.274 299.522 0.746 -0.666 0 
7.00 37.816 -32.710 300 0.756 -0.654 0 
3.3. Viết phần mềm mô phỏng 
Từ mô hình toán học đã được xây dựng ở 
mục 2 của bài báo này. Nhóm tác giả đã 
tiến hành viết phần mềm mô phỏng bằng 
OpenGL trên giao diện MFC của Visual 
Studio 9 có giao diện như hình 6 dưới 
đây. Phần mềm có các chức năng: môđun 
 cài đặt điểm chuẩn “0” của đồ gá quay; 
môđun  cài đặt điểm gốc “0” của rôbôt; 
môđun  cài đặt điểm không của chương 
trình “0”; Môđun  load cơ sở dữ liệu 
đường hàn ( Kir , Kin ) đã được nội suy từ 
Matlab. Ngoài ra, còn có chức năng hiển 
thị các hệ quy chiếu để kiểm tra (hình 7) 
và các giá trị biến khớp để kiểm tra quá 
trình hoạt động (hình 8) và hiển thị kết 
quả giá trị biến khớp điều khiển ( 81   ). 
Hình 6. Giao diện phần mềm và cài đặt 
các tham số ban đầu của hệ thống 
1 2
3
4 
Hình 7. Hiển thị hệ quy chiếu của hệ thống để 
đồng bộ hóa điểm gốc của môđun 
 tích hợp với điểm gốc của rôbôt 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 19 70
Hình 8. Hiển thị thông số biến khớp 
trong quá trình hàn theo đường cong phức tạp 
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả mô 
phỏng 
Với cơ sở dữ liệu ở bảng 4 khi hàn ống 
nối chữ T và góc lắc của đầu hàn 05 
hình 9 là giao diện mô phỏng còn hình 10 
là đồ thị biến khớp. 
Hình 9. Mô phỏng hệ tích hợp môđun quay - 
rôbôt khi hàn ống nối chữ T 
a) b) 
c) d) 
Hình 11. Mô phỏng hệ tích hợp môđun quay-
rôbôt trong hàn trục xoắn ốc 
a) b) 
c) d) 
e) f) 
g) h) 
Hình 10. Sự biến đổi thông số điều khiển các 
khớp của hệ tích hợp khi hàn ống nối chữ T 
 5[
ra
d]
 6[
ra
d]
 7[
ra
d]
 8[
ra
d]
t t 
t t 
 6[
ra
d]
 2[
ra
d]
t t 
 3[
ra
d]
 4[
ra
d]
t t 
 1[
ra
d]
 2[
ra
d]
t t 
 3[
ra
d]
 4[
ra
d]
t t 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 71
Từ hình 10 cho thấy khi quỹ đạo đường 
hàn {} {} và nằm trong miền {@} 
của rôbôt thì môđun quay 2 bậc tự do 
đứng nguyên ở vị trí cài đặt ban đầu và 
luôn bằng hằng số (hình 10g, hình 10h). 
Còn khi hàn theo đường xoắn ốc (hình 11, 
hình 12) thì khớp 4, khớp 5 giữ nguyên ở 
vị trí cài đặt ban đầu (hình 12d, hình 12f). 
Khi đó rôbôt chỉ hoạt động với vai trò như 
một rôbôt 4 bậc tự do để tác hợp với 
môđun quay 2 bậc tự do để có thể hàn 
được theo quỹ đạo phức tạp này. 
4. KẾT LUẬN 
Từ nghiên cứu này cho thấy mặc dù với 
rôbôt 6 bậc tự do, nhưng trong một số 
trường hợp thực hiện đường hàn phức tạp 
(đường xoắn ốc hình 11, hình 12 là minh 
chứng), rôbôt không thể thực hiện được. 
Vì vậy, trong thực tế phải dùng các 
môđun 2 bậc tự do để nâng cao khả năng 
công nghệ của rôbôt. Với kết quả nghiên 
cứu này (mô hình toán, phần mềm mô 
phỏng) có thể ứng dụng trong thực tiễn 
giải mã công nghệ các rôbôt hàn kết hợp 
môđun quay trong ngành hàn mà cho đến 
nay Việt Nam vẫn phải nhập khẩu đồng 
bộ cùng với phần mềm. Môđun phần 
mềm nội suy của đề tài còn có thể viết 
thành môđun tích hợp trong nhiều ứng 
dụng khác nhau như hàn tổng đoạn và 
phân đoạn trong ngành đóng tàu với hàng 
nghìn kilômet đường hàn. Ngoài ra, kết 
quả nghiên cứu này còn là tiền đề để tiếp 
tục nghiên cứu bộ phát triển bộ điều khiển 
vận tốc, gia tốc cũng như nghiên cứu phát 
triển bộ tăng tốc, giảm tốc trong bộ điều 
khiển cốt lõi NCK (Nummerical Control 
Kernel) của rôbôt nhiều bậc tự do. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Donghun Lee, Sungcheul Lee, Namkuk Ku, Chaemook Lim, Kyu-Yeul Lee, Tae-Wan Kim, Jongwon 
Kim. Soo Ho Kim Development of a mobile robotic system for working in the double-hulled structure 
of a ship// Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 26 (2010) 13-23. 
[2] Donghun Lee, TaeWon Seo, Jongwon Kim. Optimal design and workspace analysis of a mobile 
welding robot with a 3P3R serial manipulato// Robotics and Autonomous Systems 59 (2011) 
813-826. 
[3] Donghun Lee, Namkug Ku, Tae-Wan Kim, Jongwon Kim, Kyu-Yeul Lee, Youg-Shuk Son. 
Development and application of an intelligent welding robot system for shipbuilding// Robotics and 
Computer-Integrated Manufacturing 27 (2011) 377-388. 
[4] Keyhwan Kim, Sungcheul Lee, Kyoubum Kim, Kyu-yeul Lee, Seungjin Heo, Kihong Park, Jay-il Jeong, 
Jongwon Kim. Development of the End-effector Measurement System for a 6-axis WeldingRobot// 
international journal of precision engineering and manufacturing Vol. 11, No. 4, pp. 519-526. 
e) f) 
g) h) 
t t 
t t 
 5[
ra
d]
 6[
ra
d]
 7[
ra
d]
 8[
ra
d]
Hình 12. Sự biến đổi các khớp 
của hệ tích hợp hàn trục xoắn ốc 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 19 72
[5] Bin Du, Jing Zhao, and Yu Liu. Design and Experiment of a Novel Portable All-Position Welding 
Robot// Robotic Welding, Intelligence and Automation (2004) 443-450. 
[6] Liu Yan, Liu Ya, Tian Xincheng. Trajectory and velocity planning of the robot for sphere-pipe 
intersection hole cutting with single-Y welding groove// Robotics and Computer-Integrated 
Manufacturing Volume 56 (2019) 244-253. 
[7] Changliang Chen, Shengsun Hu, Donglin He, Junqi Shen, An approach to the path planning of tube-
sphere intersection welds with the robot dedicated to J-groove joints// Robotics and Computer-
Integrated Manufacturing 29 (2013) 41-48. 
[8] Zh.Y. Zhu, T. Lin, Y.J. Piao, S.B. Chen. Recognition of the initial position of weld based on the image 
pattern match technology for welding robot// Int J Adv Manuf Technol (2005) 26: 784-788. 
[9] Weike Song, Gang Wang, Juliang Xiao, Guodong Wang, Ying Hong. Research on multi-robot open 
architecture of an intelligent CNC system based on parameter-driven technology// Robotics and 
Computer-Integrated Manufacturing 28 (2012) 326-333. 
[10] Hong-yuan Shen, Jing Wu&Tao Lin, Shan-ben Chen. Arc welding robot system with seam tracking 
and weld pool control based on passive vision// Int J Adv Manuf Technol (2008) 39:669-678. 
[11] Tomáš Martineca, Jaroslav Mlýnek, Michal Petrů. Calculation of the robot trajectory for the optimum 
directional orientation of fibre placement in the manufacture of composite profile frames// Robotics 
and Computer-Integrated Manufacturing 35 (2015) 42-54. 
[12] Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo; Robotics Modelling, Planning and 
Control; Springer-Verlag London, 2009. 
[13] David F. Rogers; An Introductron to NURBS; Morgan kaufmann Publishers (2001). 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Trịnh Thị Khánh ly tốt nghiệp đại học năm 2002, nhận bằng Thạc sỹ 
năm 2004 và bằng Tiến sĩ chuyên ngành điều khiển và tự động hóa năm 
2017 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tác giả hiện là giảng viên Khoa 
Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: nhận dạng các hệ thống điều khiển, mô hình hóa, 
robotic, điều khiển thông minh. 
Tác giả Lê Quốc Dũng tốt nghiệp đại học chuyên ngành tự động hóa năm 
2007, nhận bằng Thạc sĩ chuyên ngành tự động hóa năm 2009 tại Trường 
Đại học Bách khoa Hà Nội. Tác giả hiện là giảng viên Khoa Điều khiển và Tự 
động hoá, Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: mô hình hóa mô phỏng, điều khiển thông minh, điện tử 
công suất, truyền động điện. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 19 
73