ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA




NGUYỄN ĐÌNH THY
THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
HỆ KHỚP MỀM 4 BUỒNG KHÍ
DESIGN, IMPLEMENTATION AND CONTROL FOR
4-CHAMBER PNEUMATIC SOFT ROBOTIC JOINT

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Mã số

: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2023


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trọng Tài

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Trần Ngọc Huy

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Đặng Xuân Ba
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
ngày 15 tháng 6 năm 2023.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: PGS.TS. Nguyễn Tấn Lũy
2. Thư ký: TS. Nguyễn Vĩnh Hảo
3. Phản biện 1: TS. Trần Ngọc Huy
4. Phản biện 2: TS. Đặng Xuân Ba (Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM)
5. Ủy viên: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương (Trường ĐH Công nghệ TP. HCM)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ


i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

Nguyễn Đình Thy

Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:


MSHV: 2070265

21/08/1997

Nơi sinh: Đồng Nai

Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Mã số:

8520216

I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế, thi cơng và điều khiển hệ khớp mềm 4 buồng khí
(Design, implementation and control for 4-chamber pneumatic soft robotic joint).
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Nghiên cứu về lý thuyết động học và khảo sát vật liệu cho robot mềm.
 Thiết kế và thi cơng hệ robot mềm 4 buồng khí.
 Thiết kế 2 bộ điều khiển ADRC và SMC để mô phỏng và thực nghiệm.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2023
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Trọng Tài

TP. HCM, ngày … tháng … năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)


(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
(Họ tên và chữ ký)

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


ii

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hồn thành khơng chỉ là cơng sức của bản thân tác giả mà cịn có
sự giúp đỡ, hỗ trợ tích cực của nhiều cá nhân và tập thể.
Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Trọng Tài và quý
thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Bách Khoa đã cung cấp cho tác giả
những kiến thức hữu ích thơng qua các môn học và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác
giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Đặc biệt, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Thể
Truyền – Giảng viên Khoa Công nghệ Cơ khí Trường Đại học Cơng nghiệp Thực
phẩm TPHCM. Thầy đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tác giả trong suốt q trình
học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn Ba Mẹ, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ tác giả
trong suốt q trình làm luận văn.
Trong bài luận, chắc hẳn không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tác giả
mong muốn sẽ nhận được nhiều đóng góp quý báu đến từ các quý thầy cơ và ban cố
vấn để đề tài được hồn thiện hơn nữa và có ý nghĩa thiết thực áp dụng trong thực
tiễn cuộc sống.

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


iii

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong luận văn này, hai phương pháp điều khiển được phát triển cho bộ
impedance control của các buồng khí để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển góc uốn
bằng cách sử dụng các van khí nén ON/OFF rời rạc. Hệ thống van ON/OFF được sử
dụng thay vì các van tỉ lệ đắt tiền nhằm giảm độ phức tạp, trọng lượng và chi phí của
hệ thống khí nén. Đối với các loại cơ cấu này, áp suất khí nén sẽ quyết định đến vị trí
đầu cuối của cơ cấu chấp hành. Do vậy, áp suất khí nén phải được điều khiển để đảm
bảo độ chính xác về vị trí của đầu cuối của cơ cấu. Hai phương pháp điều khiển bao
gồm: Điều khiển loại bỏ nhiễu chủ động (Active Disturbance Rejection Control ADRC) và Điều khiển trượt kết hợp bộ quan sát trạng trái mở rộng (Extended State
Observer based Sliding Mode Control – ESO-SMC). Phương pháp điều khiển áp suất
khí nén thơng qua ADRC được sử dụng để loại bỏ sự giãn nở của các buồng khí nén
trong cơ cấu chấp hành mềm. Sự so sánh trong các kết quả mô phỏng và thực nghiệm
cho thấy tiềm năng của các phương pháp điều khiển này. Ngồi ra, luận văn này cịn
tập trung vào việc thiết kế và thi công phần cứng của hệ khớp mềm. Vì kết cấu và vật
liệu ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điều khiển nên việc thiết kế mơ hình vật lý và
khảo sát vật liệu là vơ cùng quan trọng.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265



iv

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

ABSTRACT

In this thesis, two control methods are developed for the impedance control of
air chambers to perform bending angle control tasks using discrete ON/OFF
pneumatic valves. An ON/OFF valve system is used instead of expensive
proportional valves to reduce the complexity, weight and cost of the compressed air
system. For these types of devices, the compressed air pressure will determine the
end effector position of the actuator. Therefore, the compressed air pressure must be
controlled to ensure the accuracy of the position of the end of the mechanism. Two
control methods include: Active Disturbance Rejection Control (ADRC) and
Extended State Observer based Sliding Mode Control (ESO-SMC). The method of
controlling the pneumatic pressure through ADRC is used to eliminate the expansion
of the pneumatic chambers in the soft actuator. The comparison in simulation and
experimental results shows the potential of these control methods. In addition, this
thesis also focuses on the design and implementation of the hardware of the soft
robotic joint system. Since textures and materials greatly affect control quality,
physical model design and material investigation are extremely important.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


v

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài: “Thiết kế, thi cơng và điều khiển
hệ khớp mềm 4 buồng khí” do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn
Trọng Tài. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực.
Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi đảm bảo rằng không
sao chép các cơng trình hoặc kết quả của người khác. Nếu phát hiện có sự sai phạm
với điều cam đoan trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Học viên

Nguyễn Đình Thy

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


vi

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................ix
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT MỀM ....................................................... 2
1.1 Lịch sử hình thành .............................................................................................. 2
1.2 Tình hình nghiên cứu ......................................................................................... 4
1.3 Phân loại trong lĩnh vực y tế .............................................................................. 7
1.4 Ứng dụng .......................................................................................................... 10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 12
2.1 Lý thuyết động học của cung cong không đổi theo từng đoạn ........................ 12

2.2 Mơ hình động học thuận .................................................................................. 13
2.2.1 Các quy ước trong không gian của robot ................................................. 13
2.2.2 Các thông số của cung ............................................................................... 14
2.2.3 Các thông số Denavit-Hartenburg ............................................................. 15
2.2.4 Tính tốn và thiết kế động học của robot mềm có 4 khoang khí nén ........ 16
2.3 Mơ hình động học ngược ................................................................................. 19
2.4 Mơ hình hóa và thiết kế bộ điều khiển ............................................................. 21
2.4.1 Mơ hình hóa cơ cấu mềm ........................................................................... 21
2.4.2 Mơ hình buồng khí ..................................................................................... 24
2.4.3 Mơ hình van khí nén .................................................................................. 28
2.4.4 Thiết kế bộ điều khiển loại bỏ nhiễu chủ động (Active Disturbance
Rejection Control - ADRC) ................................................................................ 28
2.4.4.1 Vòng lặp điều khiển áp suất bằng ADRC ............................................ 28

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


vii

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

2.4.4.2 Bộ điều khiển trở kháng (Impedance Control) .................................... 34
2.4.5 Thiết kế bộ điều khiển trượt kết hợp bộ quan sát trạng trái mở rộng
(Extended State Observer based Sliding Mode Control – ESO-SMC) .............. 36
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ MƠ PHỎNG ...................... 40
3.1 Thiết kế và thi công hệ khớp mềm 4 buồng khí............................................... 40
3.1.1 Thiết kế cơ cấu chấp hành.......................................................................... 40
3.1.2 Thiết kế khuôn đúc và giá đỡ ..................................................................... 44
3.1.3 Khảo sát vật liệu và q trình đúc khn robot ......................................... 47
3.2 Mô phỏng động học robot bằng Abaqus .......................................................... 50

3.3 Mô phỏng động học bằng MATLAB ............................................................... 51
3.3.1 Mô phỏng robot mềm trong không gian 3D .............................................. 51
3.3.2 Mô phỏng robot mềm đa đoạn ................................................................... 54
3.4 Mô phỏng điều khiển hệ khớp mềm .............................................................. 56
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ....................................... 60
4.1 Tổng quan về mơ hình thực nghiệm .............................................................. 60
4.2 Thu thập dữ liệu và nhận dạng mơ hình......................................................... 63
4.3 Kết quả thực nghiệm ...................................................................................... 68
4.3.1 Bộ điều khiển ADRC ............................................................................... 69
4.3.2 Bộ điều khiển ESO-SMC ......................................................................... 74
4.4 Nhận xét ......................................................................................................... 79
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ........................................................................................ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 82

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


viii

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 - Một số ví dụ về các thiết kế robot giống rắn đã được hoặc có thể được mơ
tả bằng cách sử dụng động học độ cong không đổi. ................................................... 5
Bảng 2 - Bảng thông số DH cho một phần của robot liên tục có độ cong khơng đổi.
................................................................................................................................... 16
Bảng 3 - Thông số kỹ thuật của silicone Dragon Skin [42]...................................... 47
Bảng 4 - Bảng thông số áp suất trong mỗi buồng khí............................................... 50
Bảng 5 - Thơng số mơ hình và bộ điều khiển. ........................................................... 56
Bảng 6 - Các thông số đánh giá đáp ứng của góc đặt   10 ................................... 59

Bảng 7 - Thơng số và cấu hình các thiết bị được sử dụng. ....................................... 62
Bảng 8 - Bảng số đo góc uốn (deg) trong bốn trường hợp ứng với từng áp suất..... 66
Bảng 9 - Bảng goodness of fit so sánh 4 kết quả nhận dạng. ................................... 68

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


ix

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 – Quá trình phát triển của robot cứng dựa trên các cơ chế rời rạc thành robot
liên tục được lấy cảm hứng từ sinh học dựa trên các cấu trúc có khả năng uốn liên tục
[2]. .................................................................................................................................. 2
Hình 1.2 - Robot mềm được điều khiển dựa trên mơ hình PCC có xử lý tiếp xúc [34]. 6
Hình 1.3 - Biểu đồ này cho thấy mối quan hệ của các chức năng dựa trên kích thước.
Những chức năng trên cùng ứng với thang m trong khi chức năng dưới cùng bên phải
ứng với thang nm [32]. .................................................................................................. 8
Hình 1.4 - Sự tiến bộ của một số nhóm nghiên cứu trong việc sử dụng robot mềm trong
các thủ thuật phẫu thuật nội soi [34]. ............................................................................ 9
Hình 2.1 - Ba khơng gian làm việc và ánh xạ giữa chúng xác định động học robot liên
tục [40]. ........................................................................................................................ 12
Hình 2.2 - Các thơng số của đường cong, bao gồm độ cong κ, góc xoay  , và độ dài
cung uốn l [40]. ............................................................................................................ 13
Hình 2.3 - Các trục D-H được sử dụng để xây dựng đường xương sống cho robot liên
tục [40]. ........................................................................................................................ 15
Hình 2.4 - Mơ hình hình học của robot đơn khớp liên tục........................................... 17
Hình 2.5 - Các thơng số s, κ và ϕ của cơ cấu chấp hành. ............................................ 19
Hình 2.6 - a) Cơ cấu chấp hành với điểm cuối P trong khơng gian Oxyz; b) Cơ cấu chấp

hành với ........................................................................................................................ 20
Hình 2.7 - a) Biến dạng uốn cong của cơ cấu chấp hành mềm, b) Tiết diện mặt cắt
ngang của cơ cấu mềm. ................................................................................................ 21
Hình 2 8 - Sơ đồ khí nén điều khiển cơ cấu chấp hành mềm. ...................................... 25
Hình 2.9 - Sơ đồ điều khiển áp suất khí nén ADRC. .................................................... 31
Hình 2.10 - Giá trị ngơn ngữ của đầu vào hệ mờ. ....................................................... 33
Hình 2.11 - Giá trị ngơn ngữ của đầu ra hệ mờ. ......................................................... 33
Hình 2.12 - Sơ đồ điều khiển áp suất khí nén Fuzzy – ADRC. .................................... 34
Hình 2.13 - Bộ điều khiển góc uốn cơ cấu chấp hành mềm. ....................................... 35
Hình 2.14 - Sơ đồ kết hợp bộ điều khiển trạng thái mở rộng và bộ điều khiển trượt. . 37

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


x

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Hình 2.15 - Sơ đồ của bộ điều khiển ESO-SMC kết hợp Fuzzy. .................................. 39
Hình 3.1 - Ảnh hưởng của khoảng cách d đến góc uốn. .............................................. 41
Hình 3.2 - Ý tưởng ban đầu của hệ robot mềm được đề xuất. ..................................... 42
Hình 3.3 - Mơ hình robot mềm sau khi được tối ưu. .................................................... 42
Hình 3.4 - Bản vẽ chi tiết của mơ hình......................................................................... 43
Hình 3.5 - Các chi tiết của khuôn đúc cơ cấu chấp hành. ........................................... 44
Hình 3.6 - Thiết kế khn đúc hoàn chỉnh và được dùng để đúc vật mẫu thực nghiệm.
...................................................................................................................................... 45
Hình 3.7 - Thiết kế các chi tiết của giá đỡ hệ khớp mềm. ............................................ 45
Hình 3.8 - Mơ hình mơ phỏng hệ khớp mềm được cố định trên giá đỡ. ...................... 46
Hình 3.9 - Bộ khn gia cơng thực tế. ......................................................................... 46
Hình 3.10 - Silicone Dragon Skin 30 được dùng để đúc mẫu. .................................... 48

Hình 3.11 - Silicone được đổ vào khn. ..................................................................... 48
Hình 3.12 - Mơ hình thực tế của robot mềm sau khi tháo khuôn đúc. ......................... 49
Hình 3.13 - Kiểm tra khả năng uốn của mẫu thực nghiệm. ......................................... 49
Hình 3.14 - 4 hướng uốn được chụp lại trong q trình mơ phỏng chuyển động. ...... 50
Hình 3.15 - Mơ phỏng 3D robot mềm trong 4 trường hợp. ......................................... 51
Hình 3.16 - Mơ phỏng 2D robot mềm trong 4 trường hợp tương ứng. ....................... 52
Hình 3.17 - Vùng làm việc của robot mềm (TH1)........................................................ 53
Hình 3.18 - Vùng làm việc của robot mềm (TH2)........................................................ 54
Hình 3.19 - Mô phỏng robot mềm đa đoạn trong 4 trường hợp. ................................. 55
Hình 3.20 - Mơ hình mơ phỏng ADRC......................................................................... 57
Hình 3.21 - Mơ hình mơ phỏng ESO-SMC. ................................................................. 57
Hình 3.22 - Đáp ứng góc đặt của 2 bộ điều khiển. ...................................................... 58
Hình 3.23 - Tín hiệu điều khiển của a) ADRC; b) ESO-SMC. ..................................... 58
Hình 3.24 - Sai số góc đặt của 2 bộ điều khiển. .......................................................... 59
Hình 4.1 - Mơ hình thực nghiệm. ................................................................................. 60
Hình 4.2 - Sơ đồ phần cứng mơ hình thực nghiệm. ..................................................... 60
Hình 4.3 - Khảo sát uốn lên. ........................................................................................ 63
Hình 4.4 - Khảo sát uốn xuống. ................................................................................... 64

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


xi

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Hình 4.5 - Khảo sát uốn phải. ...................................................................................... 64
Hình 4.6 - Khảo sát uốn trái. ....................................................................................... 65
Hình 4.7 - Giao diện chương trình đo góc uốn. ........................................................... 65
Hình 4.8 - Biểu đồ góc uốn theo áp suất. ..................................................................... 66

Hình 4.9 - Kết quả nhận dạng hệ thống. ...................................................................... 67
Hình 4.10 - Sơ đồ khí nén điều khiển robot mềm. ........................................................ 69
Hình 4.11 - Đáp ứng của bộ điều khiển ADRC. .......................................................... 69
Hình 4.12 - Sai số đáp ứng........................................................................................... 70
Hình 4.13 - Trạng thái đóng mở của 2 van K1 và K2.................................................. 70
Hình 4.14 - Tín hiệu áp suất trả về từ cảm biến. ......................................................... 71
Hình 4.15 - Tín hiệu điều khiển.................................................................................... 71
Hình 4.16 - Đáp ứng của bộ điều khiển ADRC. .......................................................... 72
Hình 4.17 - Sai số đáp ứng........................................................................................... 72
Hình 4.18 - Trạng thái đóng mở của 2 van K1 và K2.................................................. 73
Hình 4.19 - Tín hiệu áp suất trả về từ cảm biến. ......................................................... 73
Hình 4.20 - Tín hiệu điều khiển.................................................................................... 74
Hình 4.21 - Đáp ứng của bộ điều khiển ESO-SMC. .................................................... 74
Hình 4.22 - Sai số đáp ứng........................................................................................... 75
Hình 4.23 - Trạng thái đóng mở của 2 van K1 và K2.................................................. 75
Hình 4.24 - Tín hiệu áp suất trả về từ cảm biến. ......................................................... 76
Hình 4.25 - Tín hiệu điều khiển.................................................................................... 76
Hình 4.26 - Đáp ứng của bộ điều khiển ESO-SMC. .................................................... 77
Hình 4.27 - Sai số đáp ứng........................................................................................... 77
Hình 4.28 - Trạng thái đóng mở của 2 van K1 và K2.................................................. 78
Hình 4.29 - Tín hiệu áp suất trả về từ cảm biến. ......................................................... 78
Hình 4.30 - Tín hiệu điều khiển.................................................................................... 79

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


1

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài


LỜI MỞ ĐẦU

Có một xu hướng đang nổi lên đối với robot mềm do khả năng thao tác mở
rộng của nó so với các liên kết robot cứng truyền thống, cho thấy về một khả năng
ứng dụng hứa hẹn vào các lĩnh vực mới. Ngày nay, robot mềm là loại cơ cấu chấp
hành mới ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học như trong phẫu
thuật hoặc nội soi. Tuy nhiên, vấn đề điều khiển các robot mềm còn khá nhiều thách
thức do khó khăn về vấn đề mơ hình hóa. Vì vậy, việc nghiên cứu, mơ hình hóa, thiết
lập mối quan hệ đầu cuối của của cơ cấu chấp hành và đưa ra mơ hình điều khiển là
vơ cùng cấp thiết.
Trong luận văn này tập trung trình bày một cách nghiên cứu về điều khiển áp
suất tại các buồng làm việc của cơ cấu mềm vận hành bằng khí nén. Ngồi ra, việc
thiết kế và thi cơng mơ hình robot mềm cũng quan trọng không kém. Các hệ thống
robot mềm được kích hoạt bằng khí nén đang thu hút sự chú ý đáng kể do các đặc
tính nội tại đầy hứa hẹn của chúng. Đối với các loại cơ cấu này, áp suất khí nén sẽ
quyết định đến vị trí đầu cuối của cơ cấu chấp hành. Do vậy, áp suất khí nén phải
được điều khiển để đảm bảo độ chính xác về vị trí của đầu cuối của cơ cấu. Và để
đáp ứng được tính chính xác cao này, các van tỉ lệ hay servo được sử dụng như 1
phương án tối ưu nhất. Tuy nhiên, giá thành của các loại van này lại khơng hề rẻ. Vì
vậy nên luận văn đề xuất sử dụng hệ van ON-OFF để điều khiển thay vì các van tỉ lệ
đắt tiền như là một cách để giảm thiểu chi phí chế tạo mơ hình.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung chủ yếu đến các ứng dụng trong y
tế như nội soi, vi phẫu, … hoặc các chi mềm với độ linh hoạt cao ứng dụng trong lĩnh
vực robot nhằm mục đích thay thế các chi với thiết kế cứng cổ điển.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


2


GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT MỀM
1.1

Lịch sử hình thành
Trong những năm gần đây, robot mềm đã trở thành một trong những chủ đề

phát triển nhanh nhất trong cộng đồng robot cùng với sự gia tăng trong giới học thuật
cho thấy tiềm năng cách mạng hóa vai trị của robot trong xã hội và ngành cơng
nghiệp. Mặc dù với tương lai phi thường này, lĩnh vực nghiên cứu còn khá non trẻ.
Theo một cuộc khảo sát tài liệu, thuật ngữ "robot mềm" lần đầu tiên được sử dụng
cho một tay khí nén cứng, có một mức độ tuân thủ đối tượng nhất định do khả năng
hạn chế của mơ hình. Sau đó, robot mềm dần được sử dụng trong nhiều bài báo, bằng
sáng chế, báo cáo và các tài liệu khoa học khác, nhưng vẫn đại diện cho robot hoặc
máy móc tương tự được cấu tạo từ vật liệu cứng. Năm 2008, thuật ngữ “robot mềm”
đã được thông qua để mô tả các nghiên cứu về robot cứng với các khớp uyển chuyển,
cũng như robot làm từ vật liệu mềm có tính linh hoạt, khả năng biến dạng và khả năng
thích ứng quy mơ lớn [1].

Hình 1.1 - Quá trình phát triển của robot cứng dựa trên các cơ chế rời rạc thành robot liên tục
được lấy cảm hứng từ sinh học dựa trên các cấu trúc có khả năng uốn liên tục [2].

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


3

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài


Nhưng những nỗ lực phát minh ra những robot mới hoàn toàn khác với những
người máy cứng nhắc thông thường của chúng đã thực sự bắt đầu từ rất xa trước khi
thuật ngữ chuyên môn xuất hiện. Trong những năm 1950, McKibben đã phát triển
thiết bị truyền động khí nén bện cho một thiết bị chỉnh hình cho bệnh nhân bại liệt.
Cơ nhân tạo McKibben đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong các loại thiết
kế robot khác nhau [3]. Năm 1990, Shimachi và Matumoto đã báo cáo cơng việc của
họ trên các ngón tay mềm. Một năm sau, Suzumori và cộng sự đã công bố thiết bị
phản ứng siêu nhỏ linh hoạt của họ làm bằng cao su silicone và đã thử một số ứng
dụng [4]. Trong mười năm sau đó, các cấu trúc tương tự đã được phát triển và đặt tên
như là: thiết bị truyền động ống thổi khí nén, thiết bị truyền động cơ nhân tạo polyme
điện động, bộ phận cao su, bộ cơ lỏng, bộ truyền động mềm quay khí nén, bộ truyền
động chất lỏng linh hoạt, bộ truyền động khí nén linh hoạt, bộ thao tác xúc tu, bộ điều
khiển vịi voi, bộ điều khiển khí, OctArm, robot sâu bướm, Clobot, bộ điều khiển liên
tục, và nhiều tên gọi khác [5]. Bất chấp các cơ chế, cấu trúc và hiệu suất chuyển động
khác nhau, những thiết bị và cơ cấu truyền động này rõ ràng là những bước phát triển
quan trọng trong lĩnh vực chế tạo robot mềm.
Mặc dù robot mềm đã có lịch sử gần nửa thế kỷ, nhưng nó mới chỉ trở thành
một chủ đề nóng trong cộng đồng khoa học và công chúng trong một thập kỷ gần đây
nhất. Khi những công nghệ này dần được cơng nhận bởi cộng đồng robot, ngày càng
có nhiều nhà khoa học và kỹ sư muốn đóng góp vào lĩnh vực này. Điều này được
phản ánh bởi số lượng ngày càng tăng của các phịng thí nghiệm, hợp tác quốc tế, các
ấn phẩm mới nổi, các tổ chức và xã hội liên quan đến robot mềm, các phiên họp đặc
biệt trong tất cả các loại hội nghị quốc tế, sự kiện chuyên môn và hoạt động.
Nguồn gốc của robot mềm thường bắt nguồn từ việc tạo ra robot ngoằn ngoèo
vào cuối những thập niên 1960 [6] [7]. Những robot này sử dụng một số khớp nối
gần nhau để mô phỏng chuyển động của xương sống của một con rắn. Những điểm
yếu của thiết kế liên tục vào thời điểm đó bao gồm tải trọng thấp, độ chính xác kém,
động học và động lực học kém đã khiến cho những dự án nghiên cứu đầy hứa hẹn bắt
đầu vào cuối những năm 1960 bị từ bỏ vào những năm 1970. Sự phát triển liên tục
của robot mềm tái xuất hiện vào cuối những năm 1970 và tiếp tục trong suốt những


HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


4

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

năm 1980 và hơn thế nữa với cơng trình tiên phong của Hirose và nhóm của ông,
những người đã phát triển nhiều thiết kế mới và sáng tạo, đặc biệt chú ý đến nguồn
cảm hứng thu thập được từ các hệ thống sinh học [8]. Các máy với cơ cấu chấp hành
liên tục trong công nghiệp từ đó được phát triển trong khoảng thời gian này bao gồm
robot Spine, robot phun sơn có độ khéo léo cao, trong khi các nỗ lực học thuật khác
bao gồm việc tạo ra một máy thao tác giống như vòi voi [9]. Những tiến bộ đáng kể
trong việc mơ hình hóa robot mềm đã được thực hiện trong những năm 1990, bao
gồm việc giới thiệu phương pháp tiếp cận theo phương thức thiết lập nền tảng lý
thuyết cho robot mềm dựa trên việc ước lượng gần đúng hình dạng của chúng [10]
[11]. Những đóng góp đáng kể khác bao gồm mơ hình hóa cơ học liên tục cơ bản của
robot [12]. Ngoài ra, robot mềm tiếp tục được áp dụng trong nhiều ứng dụng mới và
sáng tạo trong cả diễn đàn thương mại và nghiên cứu học thuật.

1.2

Tình hình nghiên cứu
Thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21 đã chứng kiến rất nhiều tiến bộ trong thiết kế,

mơ hình hóa và ứng dụng của người máy liên tục. Nhiều ứng dụng thực tế cho robot
mềm đã được đề xuất và/hoặc chứng minh (như trong Bảng 1), bao gồm thao tác dưới
biển, sơn xe hơi, khử nhiễm hạt nhân, sửa chữa lò phản ứng hạt nhân, xử lý bể chứa
chất thải, vận chuyển chất lỏng, chà nhám, kiểm tra môi trường phi cấu trúc hoặc

đường ống, và tìm kiếm cứu nạn.
Các phân loại trước đây của robot mềm dựa trên phân loại của chúng dựa trên
vị trí của tác động cơ học, về kiến trúc xương sống, khả năng mở rộng, hoặc trình bày
một loạt các nguyên mẫu robot mềm [8] [13]. Đánh giá về robot mềm với robot cứng,
robot siêu bậc, đồng thời cung cấp tổng quan rộng hơn về robot lấy cảm hứng từ sinh
học bao gồm robot cá, sao biển, vịi voi, giun và các hình thức hiện thực hóa sáng tạo
khác của robot mềm. Tất cả những điều trên là những cách hữu ích để phân loại robot
mềm và robot siêu bậc, và sau đó được biên soạn thành Bảng 1.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


5

Cơ cấu chấp hành
mỗi đoạn

Vùng hoạt động
cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành

Cách kết nối các
đoạn

-

4

4


2

900

Mềm

Đồng trục

KLT

-

5

3

2

1200

Mềm

Phân phối
đều

KLT

-


4

4

2

900

Mềm/lò xo

Đồng trục

LT

-

3

2

2

900

Mềm/lò xo

Đồng trục

EMMA [18]


KLT

-

3

3

2

1200

Mềm/lò xo

Đồng trục

Backbone [19]

LT

-

1

1

1

1800


Mềm/trục

N/A

Ứng dụng chung

LT

-

2

4

2

900

Mềm/trục

Đồng trục

Ứng dụng chung

KLT

-

1


1

2

1200

Mềm/trục

N/A

Nội soi khớp

Catheter [22]

LT

X

2

2

3

1200

Mềm/trục

Phân phối
đều


Phẫu thuật
tim mạch

Colobot [23]

LT

X

1

3

3

1200

Khí nén

N/A

Nội soi đại tràng

OctArm [24]

LT

X


3

3

3

1200

Khí nén

Đơn

Ứng dụng chung

LT

X

6

3

3

1200

Khí nén

Đơn


Cứu nạn, cứu hộ

LT

X

2

3

3

1200

KSI [27]

LT

X

2

3

2

1200

Mềm/
khí nén

Mềm/
khí nén

Phân phối
đều
Phân phối
đều

Active catheter
[28]

LT

X

3

3

2

1200

Thủy lực

Đơn

DDU [13]

LT


X

3

3

2

1200

Thủy lực

Đơn

LT

X

2n

1

2

-

LT

X


∞

0

3

-

Tentacle robot
[20]
Arthroscope
[21]

Slim Slime 1
[25]
Air-OCTOR
[26]

Active cannula
[29]
Beveled needle
[30]

Đa ống
cong
Đầu kim/
mô

Ứng dụng


Số đoạn robot

KLT

Tensor arm
[14]
OC Robotics
[15]
Elephant trunk
[16]
Elephant trunk
[17]

Bậc tự do mỗi
đoạn

Mở rộng

Các tiêu chí phân loại

Liên tục/
Không liên tục

Đề tài

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Cơ cấu ứng dụng
dưới nước

Sửa chữa lò phản
ứng hạt nhân
Cơ cấu điều khiển
dựa trên sinh vật
Vận chuyển
chất lỏng
Mài, ứng dụng
trong hạt nhân

Ứng dụng chung
Khử độc
phóng xạ
Phẫu thuật
tim mạch
Phẫu thuật
thanh quản

N/A

Vi phẫu

Đơn

Vi phẫu

Bảng 1 - Một số ví dụ về các thiết kế robot giống rắn đã được hoặc có thể được mơ tả bằng cách sử
dụng động học độ cong không đổi.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265



6

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Gần đây, các tác giả khác nhau đã đề xuất các phương pháp mới để điều khiển
hành vi động học của học robot mềm. Qua đó cho thấy rằng có rất nhiều cách tiếp
cận: phương pháp vịng hở hoặc vịng kín, thuật tốn học hoặc bộ điều khiển dựa trên
mơ hình, v.v. Những phương pháp khác nhau này ln bổ khuyết cho nhau.
Các phương pháp vịng hở sở hữu nhiều lợi thế, chẳng hạn như để nghiên cứu
khả năng điều khiển của nó hoặc để tối ưu hóa vị trí của các cảm biến. Mơ phỏng
vịng hở cũng được sử dụng để ước tính khơng gian làm việc vị trí cuối của robot điều
khiển bằng dây cáp [31] hoặc để tìm hiểu về tồn bộ khơng gian làm việc của robot
hình người [32]. Bộ điều khiển vịng hở khơng phụ thuộc vào trạng thái và đầu ra của
hệ thống, chúng cũng nhạy cảm với các thông số bất định của mơ hình hoặc nhiễu
loạn bên ngồi. Để đảm bảo rằng các trạng thái và/hoặc đầu ra của hệ thống đạt đến
điểm đặt hoặc quỹ đạo mong muốn, bộ điều khiển vịng kín lúc này được sử dụng.
Bộ điều khiển động học dựa trên mơ hình độ cong khơng đổi được trình bày bởi
Falkenhahn [33], trong đó mơ hình được điều khiển bằng bộ điều khiển PID. Cũng
dựa trên mơ hình độ cong khơng đổi theo từng đoạn (Piece-wise Constant Curvature
– PCC), các tác giả Della Santina và cộng sự trình bày một bộ điều khiển phép bám
quỹ đạo cho robot mềm liên tục trong khi xử lý các tương tác với mơi trường [34].

Hình 1.2 - Robot mềm được điều khiển dựa trên mơ hình PCC có xử lý tiếp xúc [34].

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


7


1.3

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Phân loại trong lĩnh vực y tế
Robot mềm cũng đã tạo ra một tác động đáng kể trong y học. Một số lượng

lớn các thiết bị y tế thường được sử dụng như ống thông tiểu và ống soi ruột kết có
thể được coi là thiết bị liên tục. Mặc dù thường được áp dụng như các dụng cụ vận
hành bằng tay, những nỗ lực đáng chú ý đã được thực hiện để tự động hóa các thiết
bị này và các thiết bị liên tục khác cho phẫu thuật bao gồm kẹp, kim mềm, dụng cụ
nội soi, nội soi khớp, ống soi ruột kết, máy điều khiển laser, và ống thơng. Ví dụ về
robot mềm được phát triển đặc biệt cho các ứng dụng phẫu thuật không trực tiếp bắt
chước các thiết bị phẫu thuật hiện có bao gồm hệ thống phẫu thuật đa xương sống
của Simaan và cộng sự [35]. Thuật ngữ "Sự khéo léo trong phẫu thuật" đề cập đến
khả năng uốn cong hoặc lái những thiết bị truyền thống thẳng như kim hoặc trục nội
soi cứng, cho phép chúng xoay các góc bên trong cơ thể con người.
Sự kết hợp giữa robot và kỹ thuật phẫu thuật là một bước đột phá lớn trong
phẫu thuật, không chỉ thúc đẩy những tiến bộ về cơng nghệ mà cịn là những cải tiến
trong kỹ thuật lâm sàng để nâng cao hơn nữa chất lượng và hiệu quả của các phương
pháp điều trị phẫu thuật. Công cụ robot đang cung cấp mức độ khéo léo, tầm nhìn và
khả năng tiếp cận cao hơn so với các cơng cụ trước đây. Hiện nay, có bốn loại hệ
thống robot phẫu thuật chính dựa trên chức năng và kích thước (xem Hình 1.2). Các
hệ thống nội soi thường là các hệ thống lớn và cứng như da Vinci © của Intuitive
Surgical hoặc Raven I và II do Đại học Washington và Đại học Nam Carolina phát
triển [36]. Các hệ thống này rất thích hợp cho phẫu thuật nội soi vì khả năng điều
chỉnh cân bằng của các dụng cụ trong không gian làm việc mở của một khoang cơ
thể đầy khí.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265



8

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Hình 1.3 - Biểu đồ này cho thấy mối quan hệ của các chức năng dựa trên kích thước. Những chức
năng trên cùng ứng với thang m trong khi chức năng dưới cùng bên phải ứng với thang nm [36].

Chúng đã được thiết kế tốt với nhiều nghiên cứu đáng kể về các yêu cầu kỹ
thuật cho loại hoạt động này. Tuy nhiên, những hệ thống này khơng phải là khơng có
thách thức của chúng. Nó thường u cầu một khơng gian lớn trong phịng phẫu thuật,
nhiều người điều hành để duy trì và điều động các công cụ. Họ cũng sử dụng các
công cụ dài, cứng phù hợp cho các thủ thuật như phẫu thuật bụng nhưng phải đối mặt
với những thử thách ở các khu vực hạn chế hơn liên quan đến phương pháp NOTES
[37]. Hạn chế quan trọng nhất đối với các hệ thống này là hiện tại chúng thiếu phản
hồi cảm giác về lực tác dụng lên mô. Phương pháp này yêu cầu một dụng cụ dài mềm
dẻo với nhiều bậc tự do (DOF) ở đầu ống soi có gắn camera. Loại robot phẫu thuật
nói trên là trọng tâm của các nghiên cứu này.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


9

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Hình 1.4 - Sự tiến bộ của một số nhóm nghiên cứu trong việc sử dụng robot mềm trong các thủ
thuật phẫu thuật nội soi [38].


Các thủ thuật nội soi tiếp tục yêu cầu phương pháp tiếp cận mở và xâm lấn do
thiếu các công cụ robot được thiết kế thích hợp. Do đó, đối với những nhu cầu phẫu
thuật này, một loại robot thao tác khác được dùng để bảo đảm cho các quy trình nội
soi. Không gian làm việc nhỏ hơn nhiều và thường bao gồm một lịng ống hình trụ
dài hoặc u cầu điều hướng cho một đường dẫn phức tạp để đến được vị trí phẫu
thuật. Các cơng cụ phải được đưa qua đầu của một ống nội soi cứng hoặc mềm. Các
cơng cụ hiện có cho các quy trình nội soi khơng được khéo léo và phải được kích hoạt
thơng qua các mô-men xoắn không trực quan của công cụ và màn hình theo dõi. Hiện
tại khơng có hệ thống robot thương mại nào tối ưu cho loại quy trình này. Tuy nhiên,
một số nhóm nghiên cứu đang nghiên cứu về vấn đề này. Cơng trình của Simaan và
các cộng sự [39] đã cung cấp một hệ thống robot điều khiển từ xa để hoạt động trong
cổ họng. Một hệ thống khác của Choset cung cấp bộ điều khiển DOF cho phẫu thuật
lồng ngực [40]. Một lĩnh vực nghiên cứu khác bao gồm các hệ thống kim có thể điều
hướng được cũng được phát triển [41]. Các hệ thống này được sử dụng cho các thủ

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


10

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

thuật nội mạch và sinh thiết sâu. Hình 1.3 tóm tắt các ứng dụng của các hệ thống
robot mềm trong phẫu thuật.

1.4

Ứng dụng
Sự đa dạng của robot mềm đã mở ra một thế giới mới về độ chính xác và khéo


léo cho các nhiệm vụ, từ cực kỳ khó khăn và nguy hiểm đến cơ bản là không thể, mà
con người không thể thực hiện được. Đã có những đổi mới gần đây trong thế giới
robot công nghiệp và y tế đã thay đổi cơ bản cách con người hoàn thành các nhiệm
vụ này. Những ứng dụng này đã tạo ra một cộng đồng các nhà nghiên cứu tìm cách
vượt qua ranh giới của lý thuyết robot và áp dụng kiến thức của họ để giải quyết các
vấn đề phức tạp đang hoành hành trên thế giới. Cơng việc này là một đóng góp vào
q trình lặp đi lặp lại nhằm thúc đẩy nỗ lực tập thể về phía trước nhằm theo đuổi và
tạo nên các robot an toàn và ổn định hơn.
Các hệ thống robot linh hoạt ngày càng nhận được sự quan tâm trong ngành
công nghiệp và nghiên cứu do tiềm năng đạt được sự an tồn vốn có khi tương tác
với các cấu trúc mỏng manh bên trong không gian làm việc của chúng. Những cấu
trúc mỏng manh này có thể là con người trong môi trường công nghiệp hoặc mô
người trong môi trường phẫu thuật. Trong trường hợp thứ hai, robot đã cho phép các
bác sĩ phẫu thuật thực hiện các thủ thuật yêu cầu xâm lấn ngày càng tối thiểu, ít gây
tổn thương đến các mô lành xung quanh. Các kỹ thuật xâm lấn tối thiểu dẫn đến việc
hoàn thành nhiệm vụ phẫu thuật với các vết mổ nhỏ hơn. Điều này có lợi ngay lập
tức cho bệnh nhân là giảm thời gian chữa trị cần thiết để phục hồi, dẫn đến thời gian
nằm viện ngắn hơn và giảm chi phí y tế. Các lợi ích bổ sung của phẫu thuật xâm lấn
tối thiểu cho bệnh nhân bao gồm: giảm nguy cơ tác dụng phụ, mất máu và đau liên
quan đến sự xâm lấn của dụng cụ. Ngược lại, một thách thức với các thủ thuật xâm
lấn tối thiểu là độ khó tăng lên đối với các bác sĩ phẫu thuật. Những khó khăn này
nảy sinh từ những thách thức liên quan đến khoảng cách mà robot đặt giữa bác sĩ
phẫu thuật và các cấu trúc dễ bị tổn thương. Ngược lại, khơng có sự hỗ trợ của robot,
các bác sĩ phải phẫu thuật trên các cấu trúc mỏng manh bằng các công cụ cứng với
phạm vi tiếp cận hạn chế, địi hỏi khơng gian làm việc lớn hơn.

HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


11


GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

Các công nghệ mới về robot và sự trợ giúp của máy tính đã nâng cao phương
pháp phẫu thuật xâm lấn tối thiểu và giúp giảm bớt một số thách thức này. Với những
công cụ này, các bác sĩ phẫu thuật giờ đây có thể thực hiện từ một vị trí thao tác thuận
tiện, hình ảnh 3D phóng đại, tăng độ chính xác, cải thiện độ khéo léo của dụng cụ,
giảm thiểu dao động của con người và tăng khả năng tiếp cận các vị trí phẫu thuật
khó. Giờ đây, bác sĩ phẫu thuật có thể điều khiển chuyển động của một dụng cụ do
robot cầm nắm một cách trực tiếp hơn. Giờ đây, khả năng đóng góp của những robot
này đã được nâng cao để tuân thủ chính xác chỉ dẫn của bác sĩ phẫu thuật trong khi
điều chỉnh chuyển động, loại bỏ chấn động và tuân theo mọi hướng dẫn trước khi
phẫu thuật.
Những lợi ích này đã được hoan nghênh bởi một loạt các chuyên gia y tế.
Trong năm 2014, đã có hơn 500.000 thủ thuật phẫu thuật được thực hiện bằng robot
[42]. Hầu hết các thủ tục này là tiết niệu hoặc phụ khoa. Hệ thống robot cũng được
sử dụng trong tim mạch, phẫu thuật nhi khoa và phẫu thuật tổng quát.
Mặc dù hiện nay trên thị trường có rất nhiều hệ thống để bác sĩ sử dụng trong
quá trình phẫu thuật, vẫn cịn một số hạn chế về con người và cơng nghệ đối với khả
năng và ứng dụng của chúng. Đầu tiên, việc sử dụng thiết bị phẫu thuật bằng robot
đòi hỏi phải được đào tạo nâng cao và có chuyên mơn để đạt được hiệu quả sử dụng
tối ưu. Ngồi ra, các hệ thống này thường khá lớn, đòi hỏi không gian rộng rãi. Hơn
nữa, việc bác sĩ phẫu thuật không tiếp xúc trực tiếp với mô cũng làm mất phản hồi
xúc giác. Thêm vào đó, việc thiết lập và hiệu chuẩn hầu hết các hệ thống robot cũng
là một trở ngại đối với các chuyên gia y tế. Các ứng dụng này cùng với robot cần thiết
cho sự thành cơng của nó là trọng tâm của nghiên cứu này, đặc biệt mơ hình hóa các
cơng thức để điều khiển robot chính xác, các phương pháp phân tích để giúp đưa ra
các lựa chọn thiết kế và các phương pháp điều khiển là mục tiêu nhằm nâng cao chất
lượng phản hồi và tăng độ an toàn trong sử dụng.


HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265


12

GVHD: TS. Nguyễn Trọng Tài

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

Lý thuyết động học của cung cong không đổi theo từng đoạn
Độ cong không đổi thường được coi là một đặc tính mong muốn trong robot

mềm liên tục do sự đơn giản mà nó cho phép trong mơ hình hóa động học. Các cấu
trúc đàn hồi có độ cong thay đổi được mơ tả bằng các chức năng được tích hợp [43],
trong đó robot có độ cong khơng đổi có thể được coi là bao gồm một số lượng hữu
hạn các liên kết cong.
Giả thiết độ cong không đổi từng đoạn có lợi thế là cho phép phân tách động
học thành hai ánh xạ [26], như được mơ tả trong Hình 2.1. Thứ nhất là từ không gian
khớp hoặc cơ cấu chấp hành, với tham số q, đến các tham số khơng gian cấu hình mơ
tả độ cong khơng đổi của các cung trịn. Ánh xạ cịn lại là từ khơng gian cấu hình này
đến khơng gian tác vụ, bao gồm một cung trong khơng gian mơ tả vị trí và hướng dọc
theo đường trục xương sống. Ví dụ về các thông số của cơ cấu chấp hành bao gồm
chiều dài của cáp, thanh mềm hoặc buồng khí nén. Các tham số độ cong, xác định
khơng gian cấu hình của robot, bao gồm bộ ba: độ cong (κ(q)), góc của mặt phẳng
chứa cung (ϕ(q)) và độ dài cung (l(q)), như trong Hình 2.2b. Ngồi ra, mối quan hệ θ
= κs cho phép tham số hóa dựa trên góc mà cung uốn cong (e.g. [39]).

Hình 2.1 - Ba khơng gian làm việc và ánh xạ giữa chúng xác định động học robot liên tục [44].


HVTH: Nguyễn Đình Thy - 2070265