Đặt vấn đề Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử tự động hóa được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội. Nhờ vậy, nước ta đã có nhiều bước phát triển mạnh mẽ và cuộc sống nhân dân ngày càng được nâng cao về mọi mặt. Chúng ta dễ dàng nhận ra rằng, nhiều thành tựu to lớn đã đạt được đó là nhờ vào đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước về đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này thì đòi hỏi sự tham gia đóng góp của toàn dân, nhưng bộ phận nòng cốt phải là giới trí thức, những người nghiên cứu khoa học.
Hay nói một cách khác, xã hội đã giao một trọng trách khá lớn cho giới trí thức trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Để thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, chắc chắn cần phải nghiên cứu phát triển các thiết bị tự động để phục vụ cho các nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nông nghiệp… Trong đó Robot là một lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng cao năng suất lao động. Việc nghiên cứu và chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế của các dây chuyền sản xuất là hết sức cần thiết, vì Robot sử dụng được trong các môi trường có điều kiện khắc nghiệt như: áp suất, nhiệt độ cao; từ trường mạnh … giúp tăng năng suất và tiết kiệm sức lao động của con người. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.1 Tổng quan về robot Những Robot xuất hiện lần đầu tiên ở NewYork vào ngày 9/10/1922 trong vở kịch “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Khắc là Karen Chapek, còn từ Robot là một 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 khả năng làm việc nhưng không có khả năng suy nghĩ. Gần một thế kỷ tiếp theo, khái niệm robot đã liên tục được phát triển, đóng góp thêm bởi nhiều nhà nghiên cứu, nhiều công ty chuyên về lĩnh vực robot. Trước những năm 1970, người ta chỉ tập trung vào việc phát triển những robot tay máy hoạt động trong các nhà máy công nghiệp. Ngày nay, ngành công nghiệp Robot đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn.
Những tay máy được đặt trên một đế cố định, có thể di chuyển với tốc độ nhanh và chính xác để thực hiện các công việc có tính chất lặp đi lặp lại như hàn hoặc sơn .1 Giới thiệu robot hàn IRB 1410 ArcPack do Công ty ABB Việt Nam lắp đặt nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất quá trình hàn các kiện lắp ráp xe gắn máy tại Nhà máy sản xuất cơ khí Hải Hà. Một trong các tính năng nổi trội đó là khả năng tự khôi phục lỗi, theo đó robot có thể tự động tìm lại vị trí hàn bị lỗi để tiếp tục hàn. Điều này giúp tránh bị bỏ sót mối hàn khi hệ thống bị lỗi - điều mà chỉ có robot ABB có thể làm được. Một điểm khác đáng chú ý là tính năng AutoSave - robot tự động lưu lại các chương trình đang lập trình nếu xảy ra mất điện, do vậy giúp khách hàng tiết kiệm thời gian lập trình robot trong trường hợp bị mất điện.vn/Robot-Robotics/ABB-lap-dat-robot-han-tai-nha-may- san-xuat-co-khi-Hai-Ha.1 Robot hàn IRB 1410 ArcPack Hình 1.2 giới thiệu Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 là loại Robot sáu trục ABB điều khiển công suất hoạt động súng phun sơn, quy trình tráng men tự động của Công ty Electrolux tại Dudley Park, Nam Úc đã đảm bảo được tính nhất quán và độ bóng lớp mạ cao cấp cho hơn 2.000 sản phẩm/ngày.
Robot sơn tĩnh điện ABB chính là giải pháp mang lại thành công cho Electrolux vì khi Robot sơn tĩnh điện ABB được trang bị vào dây chuyền sản xuất đã mang lại cho quy trình sản xuất của công ty nhiều lợi ích, tính linh hoạt, hiệu quả và chất lượng.vn/Robot-Robotics/Electrolux-nang-cao-hieu-qua-san- xuat-bang-robot-son-tinh-dien-ABB.2 Robot sơn tĩnh điện ABB IRB 2.400 3 Trong ngành công nghiệp điện tử, các cánh tay Robot có thể được sử dụng để lắp ráp linh kiện cho điện thoại di động và máy tính xách tay với độ chính xác của một siêu nhân. Tuy nhiên, dù đạt được nhiều thành công nhưng những Robot công nghiệp trên vẫn còn một nhược điểm cơ bản đó là thiếu tính lưu động. Những cánh tay Robot chỉ có thể chuyển động trong một khoảng không gian cố định phụ thuộc vào nơi nó được đặt. Ngược lại, những robot tự hành hay robot di động (Mobile Robot) có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người, nó có thể di chuyển khắp nơi, khả năng ứng dụng linh hoạt làm cho nó có thể được sử dụng ở bất cứ nơi đâu.
Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi trường xung quanh. Robot tự hành ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống của con người. Với sự phát triển của ngành Robot học, Robot tự hành ngày càng có khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau như Robot sơn, Robot hàn, Robot cắt cỏ, Robot thám hiểm đại dương, Robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế, Robot tự hành tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.
Vì vậy các nghiên cứu bắt đầu tập trung hơn vào robot di động. Các robot di động có người điều khiển đã được dùng nhiều cho các mục đích dân sự, quân sự, các nhiệm vụ nguy hiểm như phá mìn, thăm dò đáy đại dương, hầm mỏ, kiểm tra các đường ống ngầm, hay thăm dò sao Hoả… Hình 1.3: Giới thiệu iRobot Roomba - một sáng chế của hãng Irobot (Mỹ) giúp làm sạch gầm giường, gầm tủ - nơi bụi bẩn lưu cữu lâu ngày. Irobot Roomba sẽ giúp bạn có một căn phòng sạch đến bất ngờ mà đồ đạc chẳng cần xê dịch gì. Chăm chỉ, cần mẫn và thông minh, chỉ cần bạn nhấn nút một “Clean” để ra lệnh, chú robot có hình tròn thân thiện này sẽ tự động tiến hành mọi thao tác, len lỏi vào mọi ngóc ngách, kể cả 4 gầm giường, gầm tủ, cho căn phòng của bạn luôn sạch bụi bẩn.com/Ha- Noi/Dien-may/p500745/Robot-hut-bui-iRobot-Roomba-415.3: Giới thiệu iRobot Roomba Hình 1.4 Dragon là loại robot có kích thước nhỏ được phát triển nhằm phục vụ cho hải quân Mỹ với nhiệm vụ kiểm tra các vật đáng ngờ dưới gầm xe hoặc trinh sát trong các khu nhà khả nghi.
Tại Fukushima, Dragon sẽ len lỏi và nhà máy điện để xác định tình trạng thiệt hại cụ thể trong điều kiện nồng độ phóng xạ đang ở mức rất cao.vn/Home/My-phai-robot-quan-doi-tham-gia-tro-giup-Nhat- Ban/20114/83752.4 Robot Dragon hoạt động trong mọi điều kiện môi trường.5 Robot tự hành Sojourner được sử dụng để khám phá sao Hỏa mùa hè năm 1997. Nó được điều khiển hoàn toàn từ trái đất. Tuy nhiên, các bộ cảm biến cho phép nó phát hiện ra các vật cản.gov/teleRobotics_page/teleRobotics.5 Robot tự hành Sojourner Hình 1.6 Plustech là robot làm việc đi bằng chân đầu tiên được phát triển. Nó được thiết kế để mang gỗ ra khỏi rừng.
Sự phối hợp giữa các chân được thực hiện tự động, nhưng việc tìm đường đi thì vẫn được quyết định bởi người điều khiển trên Robot.net/Tags/plustech/Interesting) Hình 1.6 Robot Plustech 6 Hình 1.7 Robot quân sự MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System) là loại robot chiến đấu do công ty Foster-Miller (Mỹ) sản xuất trên cơ sở nguyên mẫu của robot chiến đấu SWORDS.com/vn/carreview/i=3297/robot-trong-chien-tranh/) Hình 1.7 Robot MAARS được sử dụng trong quân đội Hình 1.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle–AGV) mới nhất của SWISSLOG được sử dụng để vận chuyển khối motor từ nơi này đến nơi khác. Nó được dẫn đường bởi các dây điện đặt dưới sàn nhà. Đã có hàng nghìn Robot AGV được sản xuất để phục vụ trong công nghiệp, làm việc nhà và thậm chí là trong bệnh viện.com/index/hcs-index/hcs-systems/hcs-agv/hcs-agv- transcar.8 Xe tự hành (autonomous guided vehicle – AGV) 7 Vấn đề của Robot tự hành là làm thế nào để Robot tự hành có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất.
Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế tạo Robot tự hành.Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành có 2 hướng nghiên cứu khác nhau: Hướng thứ nhất là nghiên cứu về Robot tự hành có khả năng điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại Robot có khả năng hoạt động ở môi trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại Robot này yêu cầu khả năng tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển Robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp. Hướng thứ hai là nhằm giải quyết các vấn đề về các loại Robot tự hành chỉ dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại Robot tự hành này có kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.
Cùng với sự phát triển của ngành cơ điện tử robot tự hành ngày càng được hoàn thiện hơn, được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, khoa học, …và mang lại nhiều lợi ích cho đời sống xã hội, thay thế dần sức lao động của con người trong những điều kiện môi trường độc hại nguy hiểm, tăng nhanh năng suất lao động…đặc biệt là nó góp phần tích cực vào quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Tóm tắt lịch sử phát triển của Robot Bảng 1.1 trình bày tóm tắt quá trình lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ chế tạo Robot, và những tác động của khoa hoc cũng như xã hội đối với từng thời kỳ.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của Robot Mốc Nghiên cứu và Ứng dụng trong Các yếu tố thời Kỹ thuật hỗ trợ phát triển công nghiệp ảnh hưởng gian Khái niệm Robot 1920 xuất hiện trong tiểu thuyết Phát minh ra cánh 1940 tay máy Phát sinh khái niệm Giới thiệu 1950 Robot thông minh về bộ nhớ vòng Giới thiệu Robot điều khiển bằng Phát triển Robot Máy tính dùng máy tính. trong công nghiệp. 1960 Hoạt động nghiên Ứng dụng Robot ở Giới thiệu vi xử cứu được tăng NASA và NAVY.