Đồ án Nghiên cứu thiết kể và chế tạo robot trinh sát hai bánh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu thiết kể và chế tạo robot trinh sát hai bánh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KỂ VÀ CHẾ TẠO ROBOT TRINH SÁT HAI BÁNH GVHD: TH.S NGUYỄN MINH TRIẾT SVTH: NGUYỄN VIẾT DUY KHÁNH MSSV: 10111150 SKL003021 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOTTRINH SÁT HAI BÁNH SVTH : NGUYỄN VIẾT DUY KHÁNH MSSV : 10111150 Khóa : 2010-2014 Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : Th.S NGUYỄN MINH TRIẾT Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOTTRINH SÁT HAI BÁNH SVTH : NGUYỄN VIẾT DUY KHÁNH MSSV : 10111150 Khóa : 2010-2014 Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : Th.S NGUYỄN MINH TRIẾT Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014 Trang i
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh,ngày 17 tháng 7 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Viết Duy Khánh MSSV:10111150 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp:10111CLC GVHD: Th.S Nguyễn Minh Triết Ngày nhận đề tài:1/4/2014 Ngày nộp đề tài:17/7/2014 1.Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot trinh sát hai bánh 2.Các số liệu,tài liệu ban đầu: 3.Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo robot trinh sát hai bánh với các tiêu chí sau: - Khả năng di chuyển tới, lui, rẽ trái, rẽ phải. - Điều khiển tốc độ của robot tối đa là 0,3m/s. - Kích thƣớc robot dùng trong không gian nhỏ hẹp và khối lƣợng tối đa là 10kg. - Thao tác điều khiển từ xa tối đa 50m. - Khả năng thu hình và truyền về trạm điều khiển trung tâm khoảng cách tối đa 30m. TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Trang ii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh,ngày 17 tháng 7 năm 2014 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VIẾT DUY KHÁNH MSSV:10111150 Ngành:Cơ điện tử Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot trinh sát hai bánh. Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Triết NHẬN XÉT 1.Về nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện: 2.Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: .(Bằng chữ: .) Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 Giáo viên hƣớng dẫn Trang iii
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh,ngày 17 tháng 7 năm 2014 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN VIẾT DUY KHÁNH MSSV:10111150 Ngành:Cơ điện tử Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot trinh sát hai bánh. Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1.Về nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện: 2.Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: .(Bằng chữ: .) Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biện Trang iv
7. LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện muốn nói lời cảm ơn đến tất cả những ngƣời đã giúp đỡ để hoàn thành đồ án này. Trƣớc hết, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Triết - là giáo viên hƣớng dẫn đã dành nhiều thời gian quý báu của mình hƣớng dẫn tận tình, đƣa ra nhiều ý kiến hết sức tinh tế trong suốt thời gian thực hiện đề tài và thƣờng xuyên động viên để nhóm hoàn thành công việc một cách tốt đẹp nhất. Nhóm chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã hết lòng dạy dỗ để chúng em có đủ kiến thức để hoàn thành công việc. Chúng tôi xin ghi nhớ những lời nhắc nhở của thầy Nguyễn Minh Triết đã giúp chúng em quyết tâm hoàn thành tốt đề tài, và cũng là hành trang quý báu trên đƣờng đời sau này. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô, mọi ngƣời đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến, những lời khuyên chân thành để nhóm có thể hoản thành tốt đề tài. Kính gởi tới quý thầy cô và các bạn lời chúc sức khỏe, chúc cho tất cả chúng ta đều đạt đƣợc hạnh phúc, thành công trong cuộc sống! Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 Nhóm sinh viên thực hiện Trang v
8. TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài này thiết kế và chế tạo robot di động dùng trong việc trinh sát. Robot có 2 bánh xe, mỗi bánh xe có đƣờng kính 145mm. Hai bánh xe của robot đƣợc điều khiển bằng 2 động cơ điện một chiều. Trên thân robot có gắn camera có chức năng thu hình ảnh và truyền hình ảnh về trạm điều khiển trung tâm thông qua sóng Wi-Fi. Robot đƣợc điều khiển từ xa thông qua module RF cho robot chạy tới, chạy lui, quẹo trái, quẹo phải và điều khiển đƣợc tốc độ của robot. Qua thử nghiệm cho robot chạy tới, chạy lui, rẽ trái, rẽ phải nhóm đƣợc kết quả đúng với dung sai trong khoảng ±150mm. Hình ảnh đƣợc truyền xuống trung tâm rõ nét thông qua camera gắn trên thân robot. Hƣớng phát triển của đề tài là hoàn thiện phần kết cấu cơ khí sao cho linh hoạt, có thể di chuyển trên những địa hình phức tạp. Thay thế camera IP wireless bằng camera 3G để khoảng cách truyền hình ảnh đƣợc xa hơn. Trang vi
9. ABSTRACT This topic talk about designing and manufacturing mobile robot for observation. The robot has 2 wheels, each wheel has 145mm diameter. 2 wheels are controlled by 2 DC motor. On the robot‟s body has a camera that collect pictures and send them to the center control through Wi-Fi wave. The robot is controlled so far through RF wave. The robot can go forward, go back, turn left and turn right. We can control the robot‟s speed. After testing for go forward, go back, turn left and turn right, we have a result with tolerance about ±150mm. All pictures are sended to center control very clear through camera on robot‟s body. Development direction of our topic is completely mechanically structure so that is flexibal and can move on complex terrain. Replace camera IP wireless by camera 3G so that distance of transfer picture is longer. Trang vii
10. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT ĐỀ TÀI vi ABSTRACT vii MỤC LỤC viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU x CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tình hình nghiên cứu 1 1.3. Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4. Giới hạn đề tài 2 1.5. Mục đích nghiên cứu 2 1.6. Ý nghĩa thực tiễn 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TRINH SÁT 4 2.1. Định nghĩa robot 4 2.1.1.Sơ lƣợc quá trình phát triển 4 2.1.2.Một số định nghĩa 6 2.2. Định nghĩa robot trinh sát 8 2.3. Nhiệm vụ, yêu cầu của robot trinh sát 10 CHƢƠNG 3: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 36 3.1. Tính toán thông số của robot dùng cho trinh sát trong không gian nhỏ hẹp . 36 3.1.1. Tính toán kích thƣớc bánh xe của robot 36 3.1.2. Tính toán công suất động cơ dùng trong robot 36 3.2. Thiết kế cơ khí 41 3.2.1. Sơ đồ động của robot 41 3.2.2. Bản vẽ cơ khí của robot 41 3.2.3. Nguyên lý tới, lui, quẹo trái, quẹo phải của robot. 43 3.3. Lập trình điều khiển robot từ xa 44 Trang viii
11. 3.3.1.Giới thiệu vi điều khiển ATmega8 và modun điều khiển động cơ L298 45 3.3.2. Giới thiệu về các phƣơng pháp truyền nhận dữ liệu và modun RF dùng cặp ICPT2262 và PT2272 48 3.3.3. Giới thiệu về các loại camera và thông số kỹ thuật của camera Ai- Ball 53 3.3.4. Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C và phần mềm CodeVisionAVR . 57 3.4. Phần năng lƣợng 59 3.4.1.Giải pháp nâng cao năng lƣợng 60 3.5. Giao diện điều khiển 61 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 62 4.1 Thực nghiệm yêu cầu 62 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 37 5.1. Kết quả đạt đƣợc 37 5.1.1. Về phần cơ khí 37 5.1.2. Về phần điều khiển 37 5.2. Một số hạn chế 37 5.3. Hƣớng phát triển của đề tài 37 CHƢƠNG 6: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 6.1. Code vi điều khiển master Atmega8 nhận tín hiệu từ máy tính 39 6.2. Code vi điều khiển slaver Atmega8 điều khiển động cơ 44 6.3. Code giao diện viết trên phần mềm C# 47 6.4. Tài liệu tham khảo 51 Trang ix
12. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 2.1: Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric. 4 Hình 2.2: Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1. 5 Hình 2.3: Robot Shakey-robot đầu tiên nhận dạng đối tƣợng bằng camera. 5 Hình 2.4: Robot trên tàu thám hiểm Viking 1. 6 Hình 2.5: Robot Dragon Runne 8 Hình 2.6: Robot PackBot 510 8 Hình 2.7: Robot The MULE 9 Hình 2.7: Robot BEAR 10 Hình 3.1: Sơ đồ động của robot. 41 Hình 3.2: Hình chiếu cạnh của robot. 41 Hình 3.3: Hình chiếu bằng của robot. 42 Hình 3.4: Hình chiếu đứng của robot. 42 Hình 3.5: Hình 3D của robot. 42 Hình 3.6: Nguyên lý đi tới, lui của robot. 43 Hình 3.7: Nguyên lý quẹo trái. 43 Hình 3.8: Nguyên lý quẹo phải. 43 Hình 3.9: Lƣu đồ giải thuật điều khiển từ xa. 44 Hình 3.10: Lƣu đồ điều khiển. 44 Hình 3.11: Modun vi xử lý chính ATmega8. 46 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch L298. 47 Hình 3.13: Modun L298. 48 Hình 3.14: Modun RF PT2262/PT2272. 52 Hình 3.15: Camera quan sát Analog Sony VT 729. 53 Hình 3.16: Camera quan sát CCTV-IR-Dome FI S300C. 55 Hình 3.17: Camera quan sát PTZ. 56 Hình 3.18: Camera Ai-Ball. 57 Hình 3.19: Giao diện chính của CodeVision. 58 Hình 3.20: Pin Li-po Wild Scorpion 2200mA. 60 Hình 3.21: Giao diện điều khiển trên máy tính. 61 Bảng 3.1: Bảng hệ số mà sát trƣợt (gần đúng) của một số vật liệu. [6] 37 Bảng 3.2: Bảng hệ số ma sát lăn. [6] 38 Bảng 3.3: Bảng hệ số cản không khí của một số vật thể đơn giản. [6] 39 Trang x
13. Chƣơng 1: Dẫn nhập CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, công nghệ kỹ thuật chế tạo robot đang đƣợc các quốc gia đầu tƣ và phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực an ninh quốc phỏng. Theo dự đoán trong tƣơng lai robot sẽ là tâm điểm của cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật sau internet. Robot đƣợc ứng trong công nghiệp, y tế, giáo dục, gia đình, Đặc biệt ngày nay, robot đƣợc ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu hộ cứu nạn nơi mà trƣớc đây phải bắt buộc sự tham gia trực tiếp của con ngƣời. Trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu nạn robot đã và đang thể hiện vai trò quan trọng của mình. Một vấn đề đƣợc đặt ra là robot sẽ hoạt động ra sao trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu nạn? Nhiệm vụ của robot ở đây là gì? Điều gì làm nó trở lên quan trọng? Câu trả lời sẽ là robot hoạt động dƣới sự điều khiển của con ngƣời, nhiệm vụ của robot là thu thập thông tin từ khu vực làm việc và thực hiện những nhiệm vụ đƣợc giao nhƣ vận chuyển lƣơng thực, nƣớc uống, vũ khí, đạn, thuốc, cuối cùng điều làm robot ứng dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu nạn trở lên quan trọng đó là tại những khu vực này sự nguy hiểm trực tiếp tới con ngƣời là luôn thƣờng trực và có những nơi mà con ngƣời không thể tới gần. Để robot ứng dụng tốt trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu nạn thì yêu cầu robot phải có khả năng tự hành, thu thập và trao đổi thông tin với trung tâm điều khiển từ xa, đƣợc điều khiển từ xa, Từ những yêu cầu đó mà nhóm nghiên cứu đã lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT TRINH SÁT HAI BÁNH” để hƣớng tới nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển từ xa cho robot từ xa qua sóng RF, bộ điều khiển cho robot sẽ ứng dụng vi điều khiển AVR của ATMEL. 1.2. Tình hình nghiên cứu Hiện nay, trên thế giới robot đã và đang đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng rất nhiều. Điển hình nhƣ quân đội nƣớc Mỹ, họ đã ứng dụng tại các chiến trƣờng nhƣ: Iraq, Pakistan với nhiều loại robot và di chuyển trên các địa hình khác nhau nhƣ: dƣới nƣớc, mặt đất và cả bay trên không. Lợi ích họ thu lại khi ứng dụng robot là vô cùng lớn. Tuy nhiên, tại Việt Nam robot đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực này đã có những còn chƣa nhiều. Gần đây, mới thấy xuất hiện thử nghiệm máy bay không ngƣời lái (là Trang 1
14. Chƣơng 1: Dẫn nhập dạng của robot trinh sát) VT Patrol do trung tâm khí cụ bay của Viettel chế tạo. Đầu tƣ về chi phí, nhân lực cho việc chế tạo robot trinh sát tại nƣớc ta còn yếu. Từ thực tiễn đó nhóm đã lựa chọn nghiên cứu đề tài này. Bên cạnh việc kế thừa nhóm nghiên cứu cũng phát triển lên nhằm đạt đƣợc hiệu quả cao hơn. 1.3. Đối tƣợng nghiên cứu Đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT TRINH SÁT HAI BÁNH” chú trọng tới cách xây dựng một robot trinh sát cụ thể nhƣ sau: Về phần cơ khí của robot: - Tìm hiểu cách thiết kế 1 khung robot. - Phần mềm solidwork. Về vi điều khiển: - Tìm hiểu và lập trình với dòng vi điều khiển AVR của ATMEL. Về phƣơng pháp truyền nhận dữ liệu không dây: - Tìm hiểu truyền dữ liệu qua sóng RF. - Tìm hiểu module RF. Về thiết kế mạch: - Tìm hiểu đặc tính của các linh kiện sử dụng - Tìm hiểu các module nhƣ: giao tiếp module RF, điều khiển động cơ, Về lập trình chƣơng trình điều khiển: - Tìm hiểu và lập trình bằng ngôn ngữ C. - Tìm hiểu lập trình CodeVision. - Lập trình chƣơng trình điều khiển trên CodeVision. 1.4. Giới hạn đề tài Về cơ khí: kết cấu còn đơn giản, do làm thủ công nên chi tiết không thực sự chính xác. Di chuyển khó khăn trên địa hình phức tạp. Về truyền dữ liệu: giao tiếp giữa robot với trung tâm điều khiển thông qua sóng RF có độ trễ, mất khoảng 1s-2s để truyền tin. Về camera: do camera là loại camera wireless nên khoảng cách truyền bị giới hạn nhiều. Khoảng cách truyền, nhận dƣới 50m. 1.5. Mục đích nghiên cứu Mục đích của đồ án là thiết kế và thi công robot trinh sát dựa trên công nghệ đang có trên thực tiễn. Trang 2
15. Chƣơng 1: Dẫn nhập Hoàn thiện robot trinh sát với các yêu cầu nhƣ: khả năng di chuyển, khả năng thu thập và trao đổi thông tin với trung tâm điều khiển, khả năng giao tiếp không dây quasóng RF. Sau khi thực hiện đề tài nhóm nghiên cứu sẽ nắm vững những kiến thức chuyên môn về vi điều khiển, điện tử công suất, lập trình C. Nhóm sẽ tích lũy thêm nhiều kinh nghiệm quý báu khi làm việc về sau. 1.6. Ý nghĩa thực tiễn Nội dung đề tài cung cấp toàn bộ các bƣớc tiến hành, xậy dựng, cài đặt và ứng dụng mô hình vào thực tế. Từ đó giúp ngƣời đọc đƣa ra đƣợc những phƣơng pháp, kỹ thuật cải tiến, khắc phục những hạn chế còn tồn đọng cũng nhƣ khuyết điểm mà đề tài chƣa đạt đƣợc. Mạch điều khiển đƣợc lắp ráp trực tiếp trên mô hình của một robot để kiểm tra và thử nghiệm độ chính xác của mạch điều khiển từ xa. Khi kết cấu của robot đƣợc hoàn thiện giúp quá trình di chuyển trên địa hình có bề mặt gồ ghề thì khả năng ứng dụng trong thực tế rất cao. Robot có thể đƣợc ứng dụng trong khu vực giao tranh chiến sự hay nhứng nơi con ngƣời khó có khả năng tiếp cận do ảnh hƣởng của môi trƣờng nhƣ phóng xạ, chất độc, Sau khi thực hiện đề tài nhóm cũng tích lũy đƣợc những kinh nghiệm quý báu trong quá trình nghiên cứu và thực hiện một dự án. Giúp cho việc nghiên cứu sau này đƣợc dễ dàng hơn. Trang 3
16. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TRINH SÁT 2.1. Định nghĩa robot 2.1.1. Sơ lƣợc quá trình phát triển Thuật ngữ robot đƣợc sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xƣởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum‟s Universal Robot” của nhà soạn kịch ngƣời Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ robota - theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch. Những robot thực sự có ích đƣợc nghiên cứu để đƣa vào những ứng dụng trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tƣơng tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơservo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Năm 1968 R.S. Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất gắn 100 mã lực. Hình 2.1: Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric. Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt đƣợc vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 đƣợc điều khiển từ trái đất. Trang 4
17. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát Hình 2.2: Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1. Viện nghiên cứu thuộc Trƣờng Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tƣợng. Robot này đƣợc lập trình trƣớc để nhận dạng đối tƣợng bằng camera, xác định đƣờng đi đến đối tƣợng và thực hiện một số tác động trên đối tƣợng. Hình 2.3: Robot Shakey-robot đầu tiên nhận dạng đối tƣợng bằng camera. Năm 1952 máy điều khiển chƣơng trình số đầu tiên ra đời tại Học Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với điều khiển chƣơng trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh đƣợc gọi là thiết bị chuyển khớp đƣợc lập trình. JosephEngelberger, ngƣời mà ngày nay thƣờng đƣợc gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chƣơng trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên đƣợc đƣa vào sử dụng tại hãng General Motors, và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã đƣợc sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả. Trang 5
18. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát Hình 2.4: Robot trên tàu thám hiểm Viking 1. Ngày nay lĩnh robot đƣợc đầu tƣ, phát triển rất mạnh và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ an ninh quốc phòng, công nghiệp, nghiên cứu khoa học, gia đình, 2.1.2. Một số định nghĩa Viện nghiên cứu robot Hoa Kỳ đƣa ra một định nghĩa về robot nhƣ sau: “Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi đƣợc chƣơng trình hoạt động, đƣợc dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã đƣợc lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel, 1985). Định nghĩa robot còn đƣợc Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực robot, mở rộng hơn nhƣ sau: “Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chƣơng trình có những đặc điểm nhất định tƣơng tự nhƣ ở con ngƣời”. Định nghĩa của M.P.Groover về robot không dừng lại ở tay máy mà mở rộng ra cho nhiều đối tƣợng khác có những đặc tính tƣơng tự nhƣ con ngƣời nhƣ là suy nghĩ, có khả năng đƣa ra quy định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận đƣợc đặc điểm của vật hay đối tƣợng mà nó phải thao tác hoặc xử lý. Theo Artobolevski I.I., Vorobiov M.V. và các nhà nghiên cứu thuộc trƣờng phái khối SEV trƣớc đây thì phát biểu rằng: “Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động đƣợc điều khiển theo chƣơng trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tƣợng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”. Sự thống nhất trong tất cả các định nghĩa nêu trên ở đặc điểm “điều khiển theo chƣơng trình”. Đặc điểm này của robot đƣợc thực hiện nhờ sự ra đời của Trang 6
19. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát những bộ vi xử lý (microprocessors) và các vi mạch tích hợp chuyên dùng đƣợc là “chip” trong những năm 70. Không lâu sau khi xuất hiện robot đƣợc điều khiển theo chƣơng trình, ngƣời ta đã thực hiện đƣợc những robot tự hành. Hơn nữa, với những bƣớc phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và tin học, hiện nay ngƣời ta đã sáng tạo nhiều robot cảm xúc và có khả năng xử lý thông tin. Do đó định nghĩa robot cũng có những thay đổi bổ sung. Nhật Bản hiện nay là nƣớc có số lƣợng robot dùng trong sản xuất công nghiệp nhiều nhất thế giới, khoảng hơn 70% trong tổng số chừng 300.000 robot công nghiệp trên toàn thế giới. Ngƣời Nhật có quan niệm dễ dãi hơn về robot: theo họ „robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế cho lao động của con ngƣời‟. Trong công nghiệp Nhật Bản, những robot hay tay máy đƣợc điều khiển bằng cam cũng đƣợc liệt vào hàng ngũ robot. Theo đó, Hiệp Hội robot Công nghiệp Nhật Bản (JIRA - Japan Industrial Robot Association) đã phân loại robot thành sáu hạng, từ những tay máy do con ngƣời trực tiếp điều khiển từng động tác đến những robot thông minh đƣợc trang bị trí tuệ nhân tạo (theo Schlussel, 1985). Những robot hay tay máy dùng các cơ cấu cam trong hệ thống điều khiển có đƣợc thừa nhận hay không là không quan trọng, điều quan trọng là chúng đã đóng vai trò đáng kể trong việc tự động hoá sản xuất ở các nhà máy. Những robot, tay máy nói trên còn đƣợc gọi một cách hình tƣợng là “tự động hoá cứng”, ngƣợc lại với “tự động hoá linh hoạt”, mà đại diện của chúng là những robot công nghiệp đƣợc điều khiển bằng chƣơng trình, thay đổi đƣợc nhiệm vụ thao tác đặt ra một cách nhanh chóng. Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực robot của Nhật Bản đƣa ra những định nghĩa về robot dƣới dạng những yêu cầu nhƣ sau: - Theo Giáo sƣ Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một robot công nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau: + Có khả năng thay đổi chuyển động + Có khả năng cảm nhận đƣợc đối tƣợng thao tác + Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao + Có khả năng thích nghi với môi trƣờng hoạt động + Có khả năng hoạt động tƣơng hỗ với đối tƣợng bên ngoài - Theo Giáo sƣ Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp phải có các đặc điểm sau: Trang 7
20. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát + Có khả năng thay đổi chuyển động + Có khả năng xử lý thông tin + Có tính vạn năng + Có những đặc điểm của ngƣời và máy ` Từ những khác biệt trong định nghĩa về robot, căn cứ vào tính linh hoạt của những hệ thống sản xuất có áp dụng robot P.J.McKerrow, một nhà nghiên cứu về robot của Úc đã đƣa ra một định nghĩa ở một góc độ khác. Theo ông, robot là một loại máy có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng tƣơng tự nhƣ một máy tính, là một mạch điện tử có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng. 2.2. Định nghĩa robot trinh sát Robot trinh sát là một dạng của robot đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, cứu nạn. Nó là thiết bị có thể lập trình đƣợc. Robot trinh sát có khả năng di chuyển ngay cả những khu vực có địa hình nguy hiểm, trinh sát địch, cứu hộ cứu nạn, tìm kiếm và phá hủy bom mìn, thăm dò chất độc, trong khi ngƣời điều khiển có thể đứng ở Hình 2.5: Robot Dragon Runne khoảng cách an toàn để điều khiển. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều loại robot đƣợc nghiên cứu chế tạo thành công và cũng có những sản phẩm đã đƣa vào ứng thực tế mang lại kết quả cao nhƣ sau: - Robot Dragon Runne Dragon Runner là một robot do thám kích thƣớc nhỏ, trọng lƣợng nhẹ và rất cơ động. Với kích thƣớc dài khoảng 38cm, rộng hơn 27cm, cao 13cm, nó là một trinh sát cừ khôi với phạm vi hoạt động và quan sát ở tầm thấp. Robot này đã đƣợc Hải quân Mỹ triển khai trong chiến trƣờng Iraq. Đƣợc thiết kế với độ bền rất cao, Dragon Runner có thể chịu đựng đƣợc hầu hết những tác động vật lý khắc nghiệt nhất nếu bị phát hiện (nhƣ bị ném vào tƣờng, rơi từ trên cao xuống ). Robot này đƣợc trang bị một camera nhỏ, một máy thu âm, một đèn hồng ngoại (để hoạt động ban đêm) và những bộ cảm biến Hình 2.6: Robot PackBot 510 Trang 8
21. Chƣơng 2: Tổng quan về robot trinh sát hồng ngoại (để tránh chƣớng ngại vật). Trong thời đại công nghệ càng ngày càng đƣợc thu nhỏ hiện nay thì Dragon Runner càng chứng tỏ ƣu điểm và khả năng cừ khôi của mình. - RobotPackBot 510 Việc điều khiển con PackBot này khá quen thuộc với những ai là tín đồ của trò chơi điện tử, bởi bộ điều khiển của nó đƣợc thiết kế giống nhƣ cần điều khiển của các trò chơi điện tử. Đây cũng là loại robot do thám đƣợc “sủng ái” trong quân đội vì tính linh hoạt cao của nó. Nó thƣờng đƣợc dùng để dò tìm các loại bom mìn tự chế. Với 1 cánh tay robot dài hơn 2m, PackBot có thể quan sát ở hầu hết mọi ngõ ngách. Khi phát hiện nghi vấn, chúng có thể đặt một thiết bị dò mìn ngay cạnh một vật thể khả nghi. Thiết kế linh hoạt còn cho phép nó di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau, nhƣ leo cầu thang, lăn trên địa hình lồi lõm hay gồ ghề. Nhờ vào các “chân chèo” có thể liên tục quay 360 độ mà PackBot có thể dễ dàng ngang dọc trên đá sỏi, bùn, tuyết và các địa hình phức tạp khác với tốc độ khoảng 10km/h. Trong những năm phục vụ tại chiến trƣờng Iraq, PackBot đã hoàn thành xuất sắc hàng ngàn nhiệm vụ dò phá bom, nhờ đó đã bảo toàn sinh mạng cho vô số ngƣời. - Robot The MULE (xe hậu cần đa chức năng) The MULE là thiết bị vận tải không ngƣời lái đa chức năng đƣợc sử dụng để vận chuyển trang thiết bị quân sự và hàng tiếp tế. Các bánh xe của MULE đƣợc gắn vào một cánh tay robot với tầm xoay 360 độ. Mỗi bánh xe có thể hoạt động phụ thuộc vào 5 bánh còn lại hoặc có thể hoạt động hoàn toàn độc lập. Trên các chiến trƣờng ngày nay, công nghệ tàng hình đƣợc xem là yếu tố sống còn, vì vậy MULE đƣợc thiết kế để di chuyển nhẹ nhàng và ít gây tiếng động nhất. Đây là phƣơng tiện vận chuyển đạn dƣợc tiếp tế hiệu quả (khả năng tải đến 900kg). Ngoài ra, nó còn có khả năng vận chuyển ngƣời bị thƣơng về nơi an toàn. Một cánh tay robot sẽ làm nhiệm vụ bốc dỡ những hàng hóa nặng. Nó cũng có khả năng chịu đựng các tác động vật lý ở mức trung bình. Hơn thế nữa, MULE còn có vai trò nhƣ một trạm lọc nƣớc và trạm sạc pin cho các thiết bị cá nhân khác trên chiến trƣờng. Thêm vào đó, nó đƣợc trang bị các hệ thống thu hình ảnh sử dụng tia hồng ngoại và cảm biến nhiệt cùng với các bộ cảm biến hóa – sinh học. Nó có thể Hình 2.7: Robot The MULE Trang 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4