Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát Khái niệm chung về robot theo nghĩa chung thường được hiểu đồng nghĩa với khái niệm tự động hóa công nghiệp, điều này chỉ đúng một phần bởi robot chỉ là một thành phần trong quá trình tự động hóa, hơn nữa việc trình bày , miêu tả robot trong sinh hoạt xã hội ít nhiều phóng đại. Thuật ngữ robot xuất hiện lần đầu tiên ở NewYork vào ngày 9/10/1922 trong vở kịch “ Rossum’s Univerersal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Khắc là Karen Chapek, còn từ robot là cách gọi khác của từ Robota theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch. Khi đó, Karen Chapek cho rằng robot là những người máy có thể làm việc nhưng không có khả năng suy nghĩ. Một loại máy có thể làm thay công việc của con người tạo ra hiệu quả lao động rất cao và giảm rất nhiều chi phí không cần thiết.[1] Trong công nghiệp ngày nay, tay máy (manipulator) là ngành công nghiệp mang lại hàng tỷ USD, tay máy có thể làm việc với tốc độ và độ chính xác cao trong những công việc đòi hỏi độ chính xác cao và thao tác nhanh như điện tử, chế tạo và lắp ráp các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính.
Tuy nhiên, tay máy có một nhươc điểm là không thể di chuyển trong không gian mà được gắn cố định, để khắc phục nhược điểm lớn này mà không làm mất công dụng, hướng nghiên cứu về loại robot có khả năng di chuyển được gọi là mobile robot (robot di động). Mobile robot là một loại máy tự động mà có khả năng di chuyển trong một môi trường nhất định. Robot di động có khả năng di chuyển xung quanh môi trường của chúng và không cố định với một môi trường vật lý nào. Robot di động tập trung với số lượng lớn các nghiên cứu hiện nay và hầu hết các trường đại học lớn đều có một hoặc nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu các robot này.
4 Robot tự hành cũng được ứng dụng trong công nghiệp như các xe AVG, quân sự và an ninh quốc phòng. Chúng cũng xuất hiện như những sản phẩm dành cho ngành giải trí hoặc thực hiện những nhiệm vụ nhất định trong cuộc sống hàng ngày như hút bụi hay cắt cỏ. Đa số các Robot ngay nay được sử dụng trong các nhà máy để chế tạo những sản phẩm như xe hơi và điện tử, máy móc công nghiệp. Những loại khác được dùng trong các công việc nghiên cứu, thám hiểm mặt đất, đại dương và trên các hành tinh khác.1 Sơ lược lịch sử phát triển của Robot Sự ra đời của Robot gắn liền với sự phát triển của công nghiệp, khi nền công nghiệp phát triển, đòi hỏi một đội ngũ lao động dồi dào để đảm bảo cho việc sản xuất hàng hoá.
Tuy nhiên, nền công nghiệp phát triển rất mạnh trong khi đó lực lượng lao động không thể tăng lên mãi, nên không thể đáp ứng đủ cho nhu cầu sản xuất. Trước thực trạng này, người ta đã nghiên cứu và chế taọ ra các máy móc để thay thế cho lực lượng lao động con người, tuy vậy cũng cần có lực lượng lao động con người để điều khiển máy móc. Có những công việc lặp đi lặp lại rất nhàm chán, nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao. Để khắc phục tình trạng này, máy móc đã được cải tiến dần dần để có thể tự động thực hiện tốt hơn một số công việc, quá trình cải tiến máy móc theo hướng tự động hoá đã dẫn đến sự ra đời của robot công nghiệp.
Các thành tựu khoa học công nghệ đã dần dần làm cho chi phí lao động khi dùng robot được hạ thấp dần, trong khi đó chi phí lao động cho con người không ngừng tăng lên, điều này đã dẫn đến việc Robot được áp dụng rộng rãi trong sản xuất và các ứng dụng khác. 5 Hình dạng robot đầu tiên xuất hiện ở Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dùng trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 thế kỷ trước, bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thuỷ lực điện từ đã xuất hiện. Tuy nhiên, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động.
Các tay máy cố định chỉ hoạt động trong một không gian bị giới hạn quanh vị trí của nó. Ngược lại, mobile robot là loại robot di động có thể di chuyển từ không gian này tới không gian khác một cách độc lập hay có điều khiển từ xa, do đó tạo nên không gian hoạt động rất lớn. - Từ năm 1939 đến 1945 trong cuộc chiến tranh thế giới lần thứ II, những robot di động đầu tiên được xuất hiện. Nó là kết quả của những thành tựu công nghệ trong những lĩnh vực nghiên cứu mới có liên quan như khoa học máy tính và điều khiển học, hầu hết chúng là những quả bom bay, ví dụ như những quả bom chỉ nổ trong những dãy mục tiêu nhất định.
sử dụng hệ thống hướng dẫn và rađa điều khiển. Tên lửa V1 và V2 có “phi công tự động” và hệ thống phát nổ, chúng là tiền thân của đầu đạn hạt nhân tự điều khiển hiện đại.Gray Walter tạo nên Elmer và Elsie, hai robot tự động trông giống con đồi mồi. về mặt hành chính, chúng được gọi là Machina Speculatrix bởi vì những robot này hoạt động trong môi trường như những chú chim đồi mồi. Elmer và Elsie được trang bị một bộ cảm biến sang.
Nếu chúng nhận ra một nguồn sáng, chúng sẽ di chuyển về phía đó. Chúng có thể tránh hoặc chuyển những chướng ngại trên đường di chuyển của chúng. Những robot này chứng minh rằng những cử chỉ phức tạp có thể phát sinh từ một thiết kế đơn giản. Elmer và Elsie chỉ được thiết kế tương đương hai tế bào thần kinh.
- Từ năm 1961 đến 1963 trường Đại học Johns Hopkins phát triển ‘Beast’. Beast sử dụng hệ thống định vị để chuyển động xung quanh. Khi pin yếu , nó sẽ tự tìm ổ cắm điện và cắm vào. 6 - Từ 1969 đến năm 1970 Mowbot là robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động.
The Stanford Cart line follower là robot di động có thể di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn. Nó bao gồm một cảm biến gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo ra những tính toán.Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford đang xây dựng và nghiên cứu ra Shakey. Shakey có một camera, một dãy kính gắm, một bộ cảm biến và một bộ phận truyền thanh. Shakey là robot đầu tiên có thể lý giải về những chuyển động của nó.
Điều này có nghĩa là Shakey có thể đưa cho nhiều lệnh chung và robot này sẽ tính toán những bước cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ được giao.1 Robot The Stanford Cart line follower [9] 7 Hình 1. Họ đã khiến công chúng biết đến những robot. - Năm 1980 thị hiếu của người tiêu dùng về robot tăng, robot được bày bán để sử dụng trong nhà. Ví dụ , RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt mẫu robot HERO.
Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó có thể lái tàu biển vượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua.3 Robot RB5X[10] 8 - Năm 1990 cha đẻ của nền robot công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với các đồng nghiệp và đã phát minh ra những robot tự động trong ngành y tế và được bán bởi Helpmate. Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệ trong nhà Cybermotion. - Năm 1993-1994 Dante-I và Dante-II được phát triển bởi trường đại học Carnegie Mellon, cả hai là robot dùng để thám hiểm núi lửa đang hoạt động.4 Robot Dante II[10] - Năm 1995: Robot di động có thể lập trình Pioneer (người tiên phong) được bán sẵn ở một mức giá chấp nhận được,điều đó dẫn tới sự gia tăng rộng rãi về nghiên cứu robot và các trường đại học nghiên cứu về robot trong suốt các thập sau. Robot di động trở thành một phần không thể thiếu trong chương trình giảng dạy của các trường đại học.5 Robot Pioneer[9] 9 - Năm 1996-1997: NASA phóng con tàu Mars Pathfinder có 2 robot Rover và Sojourner lên sao Hoả.6 Robot Sojourner[9] - Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một robot có khả năng đi lại, quan sát.
Robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBot cũng được giới thiệu.7 Robot Abio[10] Hình 1.8 Robot PackBot[10] - Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng được khởi động. Chúng bao gồm một số lượng lớn các robot đơn lẻ, có thể tác động lẫn nhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp. - Năm 2002: Roomba, một robot di động dùng trong gia đình, thực hiện việc lau nhà được xuất hiện.9 Robot Roomba[11] - Năm 2004: Robosapien, một robot đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden được bán sẵn. Trong dự án “The Centibots Project” 100 robot cùng làm việc với nhau để tạo lên một bản đồ cho một vùng không xác định và tìm những vật thể trong môi trường đó.
Trong cuộc thi đầu tiên DARPA Grand Challenge, các robot tự động đã cùng nhau tranh tài cùng nhau trên sa mạc. - Năm 2007: Hệ thống KiVa, robot thông minh tăng nhanh về số lượng trong quy trình phân phối, những robot thông minh này được phân loại theo mức độ phổ biến những nội dung của chúng. Robot Tug trở thành phương tiện phổ biến trong các bệnh viện dùng để vận chuyển đồ trong kho từ nơi này sang nơi khác. ARCSinside Speci-Minder mang máu và các vật mẫu từ trạm y tá tới phòng xét nghiệm.
Seekur, robot dịch vụ dùng ngoài trời với mục đích phi quân sự có thể kéo một xe qua một bãi đậu xe, lái một cách độc lập (tự động) vào trong nhà và bắt đầu học cách lái ra ngoài. Trong khi đó, PatrolBot học cách theo sau con người và nếu cửa mà mở thì đóng lại.2 Phân loại mobile robot Tùy từng trường hợp cụ thể ta có thể phân loại mobile robot như sau: 11 1.1 Căn cứ theo dạng di chuyển - Chuyển động bằng chân: ( Legged mobile robot ) Hình 1.10 Robot 2 chân, 4 chân , 6 chân[11] Mobile robot chuyển động bằng chân là loại robot có những chuyển động hết sức phức tạp bằng cách rời rạc hóa việc tiếp xúc với mặt đất theo các điểm, việc chuyển động như vậy làm cho loại robot này có ưu thế trên địa hình phức tạp, gồ ghề và không kiên tục. Đồng thời, bằng cách thay đổi chiều dài các chân cho phù hợp với môi trường loại robot này di chuyển rất “êm”. Tùy thuộc vào số chân mà người ta phân chia thành các loại robot một chân, hai chân (biped), 12 bốn chân (quadruped), sáu chân (hexpod).