CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về robot 1. Giới thiệu Ngày nay, ngành công nghệ robot đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và liên tục làm năng suất lao động tăng nhiều lần.
Chúng có thể làm việc trong các môi trường độc hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các linh kiện điện tử tạo ra điện thoại, máy tính… một công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác cao. Tuy nhiên những robot này có một hạn chế chung đó là về không gian làm việc. Không gian làm việc của chúng bị giới hạn bởi số bậc tự do tay máy và vị trí gắn chúng. Ngược lại, các robot tự hành lại có khả năng hoạt động một cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
Robot tự hành là loại robot có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người. 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 công nghệ robot, 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.
Lịch sử phát triển Hình dạng robot xuất hiện đầu tiên ở nước Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 của thế kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực điện tử đã xuất hiện. Tuy nhiên các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động, các tay máy này hoạt động hạn chế quanh vị trí của nó. Ngược lại, robot tự hành là loại robot di động có thể di chuyển từ không gian này đến không gian khác một cách độc lập hay điều khiển từ xa, do đó tạo không gian hoạt động lớn.
Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong cuộc chiến đấu tranh lần thứ II, những con robot di động đầu tiên 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, 6 ví dụ như những quả bom chỉ nổ trong những dãy mục tiêu nhất định, sử dụng trong hệ thống hướng dẫn vad rada 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 con robot trông giống con đồi mồi. Về mặt hành chính, chúng được gọi là Machina Speculatrix bởi vì những con robot hoạt động trong môi trường như những chú chim đồi mồi.
Elmer và Elsie được trang bị một bộ cảm biến sáng. Nếu chúng nhận ra một nguồn sáng, chúng sẽ di chuyển về phía nguồn sáng. Chúng có thể tránh hoặc chuyển những chướng ngại trên đường di chuyển. Những con 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 năm 1963: Trường đại học Johns Hopkins phát triển “Beast”. Beast sử dụng hệ thống định vị di chuyển xung quanh. Khi pin yếu nó sẽ tự tìm ổ cắm sạc và cắm vào.
Năm 1969: Mowbot là con Robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động. The Stanford Cart line follower là một con robot di động có thể di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn. Nó bao gồm một “kênh truyền thanh” gắn với hệ thống máy tính lớn tạo ra những tính toán. Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford đang xây dựng và nghiên cứu ra Shakey.
Shakey có một camera, một dãy kính ngắm, một bộ cảm biến và một bộ truyền thanh. Shakey là một con robot đầu tiên lý giải về những chuyển động của nó. Điều này có nghĩa là shakey có thể đưa nhiều mệnh lệnh chúng và robot này sẽ tính toán những bước cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ được giao. Năm 1976: Trong chương trình Vikiry, tổ chức NASA đã phóng hai tàu vũ trụ không người lái lên sao hỏa.
Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh giữa các vì sao” phần I, A new Hope mô tả R2D2, một con robot di động hoạt động độc lập và C3P0, một con robot hình người. Họ đã khiến công chúng biết đến những con robot. Năm 1980: Thị hiếu của người tiêu dùng về robot tăng, robot được bày bán và mua về để sử dụng trong nhà. Ví dụ RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loại mẫu 7 robot HERO.
Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó đã có thể lái tàu biển vượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua. Năm 1989: Mark Tinden phát minh ra BEAM robotics. Năm 1990: Cha đẻ của nền robot công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với các đồng nghiệp và đã phát minh ra những con 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 con robot dùng để thám hiểm núi lửa đang hoạt động. 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. Năm 1996-1997: NASA phóng con tàu Mars Pathfinder có 2 Robot Rover và Sojourner lên sao Hỏa.
The Rover thám hiểm bề mặt sao Hỏa được điều khiển từ mặt đất. Sojourner được trang bị với một hệ thống tránh rủi ro cao. Hệ thống này làm cho Sojourner có thể tìm thấy đường đi của nó một cách độc lập trên địa hình của sao Hỏa. Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con robot có khả năng đi lại, quan sát và tác động qua lại tới môi trường, robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBot cũng được giới thiệu.
Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng được khởi động. Chúng bao gồm một số lượng lớn các con robot đơn lẻ, có thể tác động lẫn nhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp. Năm 2002: Romaba, một con robot di động dùng trong gia đình, thực hiện công việc lau nhà xuất hiện. Tiếp tục phát triển hiện nay có rất nhiều loại robot phục vụ cho con người dần xuất hiện ngày càng thân thiện hơn.
Năm 2004: Robosapien, một con robot đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden được bán sẵn. Trong dự án “The Centibots Project” 100 con 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 8 đó. Trong cuộc thi đầu tiên DARPA Grand Challenge, các con robot tự động đã cùng nhau tranh tài trên sa mạc. Năm 2006: Sony dùng việc sản xuất Aibo và Helpmate.
PatrolBot trở nên phổ biến khi các robot di động vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau để trở thành mặt hàng độc quyền. sở an ninh Mỹ đã bỏ dự án MDARS-I, nhưng lại gây quỹ cho dự án MDARS-E một loại robot an ninh tự động khác. TALON-Sword, một loại robot tự động dùng để bán sẳn với dàn phóng lựu đạn và những sự lựa chọn về vũ khí hợp thành khác đã ra đời. Asimo của Honda biết cách chạy và leo cầu thang chỉ với hai chân như con người.
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. Seehur, 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. Phân loại robot tự hành Có thể phân loại robot tự hành theo 2 loại chính: Robot tự hành di chuyển bằng chân. Robot tự hành di chuyển bằng bánh xe. Robot tự hành di chuyển bằng chân (legged robot) ƯU ĐIỂM: Ưu điểm lớn nhất của loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển trên các địa hình gồ ghề.
Hơn nữa chúng còn có thể đi qua những vật cản như hố, vết nứt sâu. 9 NHƯỢC ĐIỂM: Robot loại này chế tạo quá phức tạp. Chân robot là kết cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng lượng của robot đồng thời giảm tốc độ di chuyển. Các kĩ năng như cầm, nắm hay nâng tải cũng là nguyên nhân làm giảm độ cứng vững của robot.
Robot loại này càng linh hoạt thì chi phí chế tạo càng cao. Robot tự hành di chuyển bằng chân được mô phỏng theo các loài động vật vì thế mà chúng có loại 1 chân, loại 2, 4, 6 chân và có thể nhiều hơn.1: Robot SDR-4X, chế tạo năm 2003 của hãng Sony.2: Robot ASIMO của hãng Honda. Robot tự hành di chuyển bằng bánh (Wheel Robot tự hành) Bánh xe là cơ cấu chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ robot tự hành. Vấn đề cân bằng thường không phải là vấn đề được chú ý nhiều trong robot di chuyển bằng bánh.
Ba bánh là kết cấu có khả năng duy trì cân bằng nhất, tuy nhiên kết cấu 2 bánh cũng có thể cân bằng được. Khi robot có số bánh nhiều hơn ba thì thông 11 thường người ta phải thiết kế hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc của tất cả các bánh xe với mặt đất. Vấn đề của robot loại này là về lực kéo, độ ổn định và khả năng điều khiển chuyển động. Tùy vào từng mẫu xe tự hành, bánh xe cũng sẽ được thiết kế tương ứng để đảm bảo hiệu quả hoạt động tốt nhất.
Điển hình có thể kể đến một vài cách thiết kế như sau: 1 bánh trước, 1 bánh sau.