Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Robot di động dạng chân (Legged Robots) là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực Cơ - Điện tử và Tự động hóa, sở hữu khả năng vận hành linh hoạt trên nhiều địa hình phức tạp mà các loại robot bánh lăn (Wheeled Robots) truyền thống khó tiếp cận. Nhờ ưu thế vượt chướng ngại vật và khả năng thích nghi cao, robot dạng chân được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các nhiệm vụ thăm dò môi trường nguy hiểm, cứu hộ cứu nạn, trinh sát quân sự, nông nghiệp, xây dựng và nghiên cứu khoa học. Trong các cấu hình robot dạng chân (2 chân, 4 chân, 6 chân, 10 chân), robot 6 chân (Hexapod Robot) nổi bật với khả năng duy trì độ ổn định tĩnh và động cao trong suốt quá trình di chuyển nhờ số lượng điểm tựa phân bố đều xung quanh thân.

Đề tài tốt nghiệp "Thiết kế, thi công và lập trình điều khiển Robot nhện 6 chân" được thực hiện bởi sinh viên Đoàn Thanh Sơn và Huỳnh Đào Thanh Tâm, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Thái tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (năm 2018). Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu toán học động học, thiết kế cơ khí 3D, lựa chọn cấu hình thiết bị điện tử, và lập trình điều khiển cho mô hình robot 6 chân hoạt động thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản gồm 4 nhiệm vụ chính:

  1. Nghiên cứu phương pháp tính toán động học thuận và động học nghịch cho cánh tay robot 3 bậc tự do ứng dụng vào từng chân robot.
  2. Nghiên cứu và thiết kế quỹ đạo chuyển động của các khâu trên chân robot.
  3. Nghiên cứu các dáng đi (gait patterns) của robot, xác định vị trí đặt chân và phương pháp chuyển hướng thân robot trong không gian.
  4. Nghiên cứu vi điều khiển và lập trình điều khiển đồng bộ hệ thống chấp hành gồm 18 động cơ servo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc cơ khí, hệ thống điều khiển nhúng và thuật toán động học cho robot nhện 6 chân đối xứng, mỗi chân có 3 bậc tự do (tổng cộng 18 bậc tự do).
  • Phạm vi và giới hạn kỹ thuật: Hệ thống sử dụng động cơ RC Servo góc quay giới hạn trong khoảng $180^\circ$; robot được thử nghiệm thực tế với quỹ đạo di chuyển thẳng và chuyển hướng trái/phải trên mặt phẳng nằm ngang; chưa tích hợp cảm biến đo lường địa hình phức tạp hay xây dựng phương trình động lực học đầy đủ (vận tốc, gia tốc, phân bố lực tác động).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên lý thuyết động học robot nhiều khâu nối tiếp:

  • Phương pháp Denavit - Hartenberg (D-H): Sử dụng ma trận biến đổi thuần nhất $4 \times 4$ để thiết lập mối quan hệ vị trí và hướng giữa các hệ tọa độ gắn trên từng khâu liền kề. Bốn thông số đặc trưng bao gồm: chiều dài khâu ($a_i$), góc xoắn khâu ($\alpha_i$), khoảng cách dịch chuyển dọc trục khớp ($d_i$) và góc quay của khớp ($\theta_i$).
  • Bài toán động học thuận (Forward Kinematics - FK): Xác định vị trí điểm cuối chân robot $(P_x, P_y, P_z)$ trong không gian tọa độ gốc gắn tại thân khi biết các góc khớp $(\theta_1, \theta_2, \theta_3)$ và chiều dài các khâu $(a_1, a_2, a_3)$. Phương trình tổng quát: $$\begin{cases} P_x = \cos(\theta_1) [a_1 + a_2\cos(\theta_2) + a_3\cos(\theta_2 + \theta_3)] \ P_y = \sin(\theta_1) [a_1 + a_2\cos(\theta_2) + a_3\cos(\theta_2 + \theta_3)] \ P_z = - a_2\sin(\theta_2) - a_3\sin(\theta_2 + \theta_3) \end{cases}$$
  • Bài toán động học nghịch (Inverse Kinematics - IK): Xác định ngược lại giá trị các góc khớp $(\theta_1, \theta_2, \theta_3)$ từ tọa độ mong muốn $(P_x, P_y, P_z)$ của đầu chân robot thông qua các phép biến đổi lượng giác giải tích ($\text{atan2}$).
  • Phương pháp biến đổi không gian thân giữa: Sử dụng các ma trận quay Euler (Roll quanh trục X, Pitch quanh trục Y, Yaw quanh trục Z) kết hợp ma trận tịnh tiến để điều chỉnh tư thế và định hướng chuyển động của toàn bộ thân robot so với hệ tọa độ mặt đất.

Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực hiện

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thiết lập bảng thông số D-H cho từng chân robot (xem mỗi chân như một cánh tay máy 3 bậc tự do), thiết lập ma trận biến đổi tọa độ $T$.
  • Phương pháp mô hình hóa và thiết kế CAD: Sử dụng phần mềm SolidWorks 2015 để mô hình hóa 3D toàn bộ chi tiết khung thân trên, khung thân dưới, các khâu (Link 1, Link 2, Link 3), đế đỡ động cơ servo, tính toán phân bố không gian lắp ghép.
  • Phương pháp chế tạo và tích hợp phần cứng: Cắt gọt vật liệu mica đen 3mm, lắp ráp hệ thống bằng bu lông - ốc vít, kết nối 18 động cơ servo với vi điều khiển qua mạch mở rộng Sensor Shield và mạch nguồn hạ áp.
  • Phương pháp lập trình thực nghiệm: Lập trình nhúng trên nền tảng Arduino IDE (vi điều khiển ATmega2560), sử dụng thư viện điều khiển xung PWM phát tín hiệu 50Hz điều khiển 18 servo đồng thời theo chu trình bước chân đã định hình.

Bảng thông số D-H cho từng chân robot

Khâu (Link $i$) Chiều dài khâu ($a_i$) Góc xoắn ($\alpha_i$) Độ lệch ($d_i$) Góc khớp ($\theta_i$)
1 $a_1$ $-90^\circ$ 0 $\theta_1^*$
2 $a_2$ $0^\circ$ 0 $\theta_2^*$
3 $a_3$ $0^\circ$ 0 $\theta_3^*$

Thiết kế và triển khai hệ thống

Thiết kế phần cứng và cơ khí

Kết cấu cơ khí của robot nhện 6 chân được thiết kế trên SolidWorks 2015 với cấu trúc đối xứng phân bố đều xung quanh thân trung tâm:

  • Thân robot: Bao gồm 2 tấm mica đen dày 3mm (tấm thân trên và tấm thân dưới), có nhiệm vụ kẹp giữ các cụm servo gắn chân, chứa bo mạch điều khiển Arduino Mega 2560, shield mở rộng, mạch giảm áp DC và khối pin nguồn.
  • Cấu trúc chân: Mỗi chân gồm 3 khâu động lực học:
    • Link 1 (Co-xa): Nối trực tiếp với thân, chịu trách nhiệm quay góc $\theta_1$ theo phương ngang (quanh trục thẳng đứng). Kích thước thiết kế $L_1 = 25\text{ mm}$.
    • Link 2 (Femur): Khâu đùi, nâng hạ chân với góc quay $\theta_2$ theo phương thẳng đứng. Kích thước thiết kế $L_2 = 70\text{ mm}$.
    • Link 3 (Tibia): Khâu cẳng chân, tiếp xúc với mặt đất với góc quay $\theta_3$. Kích thước thiết kế $L_3 = 65\text{ mm}$.
    • Chiều dài thân cơ bản: $\text{body_length} = 100\text{ mm}$.

Lựa chọn linh kiện và cấu hình hệ thống điện tử

Hệ thống sử dụng các linh kiện chuẩn công nghiệp và mô hình bán lẻ với các thông số kỹ thuật rõ ràng:

  1. Bộ vi điều khiển trung tâm (Arduino Mega 2560):
    • Vi điều khiển ATmega2560, tần số xung nhịp 16 MHz.
    • Bộ nhớ: Flash 256 KB (trong đó 8 KB dùng cho bootloader), SRAM 8 KB, EEPROM 4 KB.
    • Giao tiếp I/O: 54 chân Digital I/O (trong đó có 15 chân hỗ trợ băm xung PWM), 16 chân Analog Input, 4 cổng UART phần cứng. Dòng điện tối đa trên mỗi chân I/O là 40 mA.
  2. Bo mạch mở rộng Mega Sensor Shield V2: Cung cấp các hàng chân kết nối 3 dây (Signal - VCC - GND) tiêu chuẩn cho servo, hỗ trợ các cổng giao tiếp I2C, UART (COM) và cổng thẻ nhớ SD cùng đường cấp nguồn servo tách biệt.
  3. Động cơ chấp hành (RC Servo Digital RC FR1501):
    • Đồ án lựa chọn servo kỹ thuật số (Digital) thay vì động cơ bước (Step motor) hay DC Servo tích hợp encoder vì: RC Servo tích hợp sẵn biến trở phản hồi góc, mạch điều khiển xung tích hợp bên trong, giữ vị trí "Home" ổn định khi cấp nguồn mà không cần thêm công tắc hành trình, và có tính năng duy trì trạng thái xung gần nhất giúp khung robot không bị đổ sụp bất ngờ khi dừng xung đột ngột.
    • Trọng lượng: 60g; kích thước: $40 \times 20 \times 40.2\text{ mm}$.
    • Lực kéo: $17\text{ kg}\cdot\text{cm}$ tại điện áp 4.2V DC; dòng tiêu thụ hoạt động: $> 600\text{ mA}$. Bánh răng truyền động bằng kim loại.
    • Tín hiệu điều khiển: Xung điều khiển độ rộng biến thiên từ 1ms đến 2ms, tần số quét 50 lần/giây (50 Hz).
  4. Mạch chuyển đổi nguồn và pin:
    • Mạch giảm áp DC-DC: Điện áp đầu vào 4.5 – 30V DC, điện áp đầu ra điều chỉnh từ 1.25 – 30V DC qua biến trở tinh chỉnh, công suất 100W (lên đến 200W nếu tản nhiệt tốt), tần số chuyển mạch 300 kHz, hiệu suất chuyển đổi 95%.
    • Pin Lithium Polymer (LiPo 3S): Điện áp danh định 11.1V, dung lượng 2200 mAh, hệ số xả 30C, cung cấp dòng tức thời lớn cho 18 động cơ hoạt động đồng thời.
Thông số thiết bị Arduino Mega 2560 RC Servo Digital FR1501 Mạch giảm áp DC-DC Pin LiPo 3S
Điện áp hoạt động 5V (nguồn khuyên dùng 7-12V) 4.2V DC Vào 4.5-30V, Ra 1.25-30V 11.1V (3 cell)
Công suất / Dòng 40 mA/chân I/O Dòng tiêu thụ >600 mA 100W – 200W (Dòng ra đến 12A) 2200 mAh (Xả 30C)
Đặc tính kỹ thuật ATmega2560, 54 Digital, 16 Analog Lực kéo $17\text{ kg}\cdot\text{cm}$, bánh răng kim loại Tần số 300 kHz, hiệu suất 95% Dòng xả lớn, trọng lượng nhẹ

Phân bố chân điều khiển và thuật toán dáng đi

  • Sơ đồ chân điều khiển 18 Servo trên Arduino Mega 2560:
    • Chân 1: Chân số {42, 43, 44}
    • Chân 2: Chân số {34, 35, 36}
    • Chân 3: Chân số {26, 27, 28}
    • Chân 4: Chân số {8, 9, 10}
    • Chân 5: Chân số {14, 15, 16}
    • Chân 6: Chân số {18, 19, 20}
  • Thuật toán dáng đi (Gait Implementation):
    • Dáng di chuyển liên tục (Tripod Gait): 6 chân được chia thành 2 nhóm xen kẽ. Nhóm 1 gồm chân {0, 2, 4}, nhóm 2 gồm chân {1, 3, 5}. Trong một chu kỳ, nhóm 1 nhấc lên di chuyển về phía trước trong khi nhóm 2 tiếp đất xoay góc $\theta_1$ đẩy thân tiến lên; tiếp đó nhóm 1 hạ xuống tiếp đất, nhóm 2 nhấc lên và thực hiện tương tự. Dáng đi này cho tốc độ cao nhưng đòi hỏi cân bằng trọng tâm thân giữa.
    • Dáng di chuyển không liên tục (Wave Gait): Từng chân di chuyển tuần tự trong khi các chân còn lại giữ tiếp xúc mặt đất, sau đó thân mới tiến lên. Trình tự bước chân: Chân 0 $\rightarrow$ Chân 1 $\rightarrow$ Chân 3 $\rightarrow$ Chân 5 $\rightarrow$ Chân 4 $\rightarrow$ Chân 2 $\rightarrow$ Thân di chuyển. Dáng đi này mang lại độ ổn định tĩnh tối đa (luôn có 4–5 điểm tiếp xúc đất).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu khái quát về sự phát triển của hệ thống Cơ – Điện tử và robot di động. Tác giả phân loại robot di động thành hai nhóm chính: robot có gốc vị trí cố định (tay máy công nghiệp) và robot di động (robot dạng chân và robot bánh xe). Đặt vấn đề nghiên cứu chỉ ra rằng robot 6 chân có tính ứng dụng cao trong các môi trường nguy hiểm, cứu nạn và quân sự. Từ đó, chương xác định mục tiêu thiết kế, tính toán động học thuận/nghịch, thiết kế dáng đi, lựa chọn vi điều khiển và nêu rõ giới hạn kỹ thuật của mô hình thực nghiệm (chỉ di chuyển trên mặt phẳng, di chuyển theo đường thẳng và chuyển hướng trái/phải).

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương 2 tập trung xây dựng toàn bộ cơ sở toán học cho robot 6 chân. Tác giả trình bày phương pháp gắn hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải và mô hình Denavit – Hartenberg (D-H), thiết lập ma trận biến đổi thuần nhất $A_n$ giữa các khâu. Từ đó, tác giả giải bài toán động học thuận để xác định vị trí đầu chân $(P_x, P_y, P_z)$ và giải bài toán động học nghịch bằng phương pháp giải tích để tìm góc quay $(\theta_1, \theta_2, \theta_3)$ từ tọa độ đặt chân. Bên cạnh đó, chương phân tích các phép biến đổi không gian thân giữa gồm chuyển động xoay 3 trục (Roll, Pitch, Yaw) và tịnh tiến ($X_0, Y_0$), đồng thời phân tích ưu nhược điểm của 2 kiểu dáng đi: dáng đi liên tục (nhanh nhưng dễ mất ổn định trọng tâm) và dáng đi không liên tục (ổn định tĩnh cao, thích hợp địa hình phức tạp).

Chương 3: Thiết kế và lựa chọn thiết bị

Chương 3 trình bày chi tiết quá trình thiết kế cơ khí 3D và tính toán lựa chọn phần cứng. Tác giả thiết kế các chi tiết cơ khí (thân trên, thân dưới, Link 1, Link 2, Link 3, đế servo) trên phần mềm SolidWorks 2015, sử dụng vật liệu mica đen 3mm cắt laser và liên kết bằng bu lông. Phần lựa chọn thiết bị phân tích kỹ lý do chọn động cơ RC Servo Digital RC FR1501 (lực kéo 17 kg.cm, bánh răng kim loại, giữ vị trí xung tốt, không sụp nguồn) thay vì DC Servo hay Step Motor; chọn vi điều khiển Arduino Mega 2560 (đáp ứng đủ số chân PWM và bộ nhớ); mạch mở rộng Sensor Shield V2; mạch giảm áp DC-DC (100W–200W, tần số 300kHz) và khối pin LiPo 3S 11.1V 2200mAh 30C.

Chương 4: Thi công và kết quả

Chương 4 mô tả quá trình lắp ráp hoàn thiện mô hình cơ khí thực tế và kết nối mạch điện tử. Tác giả cung cấp sơ đồ kết nối chi tiết giữa 18 chân điều khiển xung của Arduino Mega 2560 với 18 động cơ servo trên 6 chân robot, cùng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể: Bắt đầu $\rightarrow$ Xác định quỹ đạo $\rightarrow$ Xác định dáng đi $\rightarrow$ Xác định số bước $\rightarrow$ Tính toán động học nghịch $\rightarrow$ Di chuyển chân/thân $\rightarrow$ Cập nhật vị trí mới $\rightarrow$ Kiểm tra trạng thái hoàn thành. Kết quả ghi nhận mô hình robot thực tế hoạt động ăn khớp với thiết kế CAD, các khớp vận hành đúng góc tính toán.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết các kết quả đạt được: hoàn thành nghiên cứu lý thuyết động học thuận - nghịch, xây dựng mô hình hình học cho các dáng đi tránh hiện tượng nhảy bước, thi công cơ khí hoàn chỉnh và lập trình điều khiển robot di chuyển thành công. Đồng thời, tác giả thẳng thắn chỉ ra các điểm còn hạn chế về mặt động lực học, độ ổn định cơ khí và phạm vi thử nghiệm, từ đó đề xuất các định hướng nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật cụ thể đạt được

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng: Hoàn thiện mô hình robot 6 chân thực tế bằng vật liệu mica đen 3mm, tích hợp 18 động cơ RC Servo Digital RC FR1501, 1 vi điều khiển Arduino Mega 2560, bo mạch mở rộng Mega Sensor Shield V2, 1 mạch giảm áp DC-DC công suất lớn và pin LiPo 3S 11.1V 2200mAh.
  • Hoàn thiện mô hình động học: Thiết lập chính xác ma trận D-H và giải thuật toán động học thuận/nghịch giải tích cho cấu trúc chân 3 bậc tự do với các kích thước khâu thực tế ($L_1 = 25\text{ mm}, L_2 = 70\text{ mm}, L_3 = 65\text{ mm}$, khoảng cách thân $100\text{ mm}$).
  • Điều khiển dáng đi thực nghiệm: Lập trình thực thi thành công 2 kiểu dáng đi (liên tục tripod và không liên tục wave), cho phép robot đứng vững, tiến thẳng và chuyển hướng xoay trái, xoay phải trên mặt phẳng nằm ngang.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Đề xuất giải pháp sử dụng dòng servo kỹ thuật số (Digital Servo FR1501) có mạch nhớ xung trạng thái cuối cùng, giải quyết triệt để hiện tượng sụp đổ khung robot bất ngờ khi mất tín hiệu điều khiển hoặc tạm ngắt xung PWM.
  • Đề xuất mô hình kết hợp bài toán động học nghịch trực tiếp vào vòng lặp điều khiển vi điều khiển, tính toán góc quay khớp theo thời gian thực thay vì sử dụng các bảng tra góc cố định, giúp bước chân chuyển động mượt mà và tránh rung lắc cơ khí.

Đóng góp của đề tài

  • Xây dựng một quy trình khép kín từ mô phỏng toán học, thiết kế CAD 3D đến chế tạo thực nghiệm và lập trình nhúng cho robot 6 chân với chi phí chế tạo hợp lý.
  • Cung cấp mã nguồn điều khiển mở trên Arduino Mega 2560 kèm theo phương pháp băm xung 18 kênh PWM đồng thời, làm tài liệu nền tảng cho việc phát triển robot nhiều chân.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế kỹ thuật được nêu trong báo cáo

  • Hạn chế về mặt động lực học: Đề tài chưa xây dựng và áp dụng được bài toán động lực học hoàn chỉnh có tính đến khối lượng các khâu, mô-men quán tính, vận tốc, gia tốc và phản lực tiếp xúc từ mặt đất.
  • Hạn chế về mặt quỹ đạo: Bài toán động học mới dừng ở mức độ kiểm nghiệm điểm đặt chân thuận - nghịch, chưa vẽ và tối ưu hóa được đường cong quỹ đạo bước chân liên tục trong không gian 3D.
  • Hạn chế về môi trường hoạt động: Robot thực nghiệm chỉ mới di chuyển ổn định trên bề mặt phẳng, chưa có khả năng vượt chướng ngại vật hay thích nghi với địa hình gồ ghề do thiếu các cảm biến phản hồi lực/khoảng cách.
  • Hạn chế về cơ khí và cơ cấu chấp hành: Góc quay của động cơ servo bị giới hạn trong $180^\circ$, độ cứng vững và độ ổn định cơ khí của khung mica khi mang tải toàn bộ pin và mạch điện tử còn chưa thật sự cao.

Hướng phát triển đề tài

  • Nâng cấp độ tin cậy và độ bền cơ khí của khung robot (sử dụng vật liệu chịu lực tốt hơn như nhôm định hình hoặc sợi carbon).
  • Nghiên cứu và xây dựng bài toán động lực học hoàn chỉnh cho toàn bộ hệ thống robot 6 chân.
  • Phát triển thêm các thuật toán dáng đi thích nghi để robot có thể tự động nhận biết, leo dốc và vượt qua các địa hình mấp mô, có vật cản.
  • Tích hợp thêm các hệ thống cảm biến môi trường (cảm biến siêu âm, IMU, camera) để nâng cao mức độ tự hành.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có cấu trúc hoàn chỉnh, hữu ích đối với:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Robotics: Phục vụ trực tiếp cho các học phần Kỹ thuật Robot, Vi điều khiển nâng cao, Thiết kế hệ thống Cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp chuyên ngành.
  • Người nghiên cứu và phát triển robot nhiều chân (Multi-legged Robots): Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về cách lập bảng thông số D-H, công thức giải tích động học nghịch cho chân 3 bậc tự do và cách xử lý ma trận chuyển đổi tư thế thân giữa (Roll - Pitch - Yaw).
  • Các kỹ sư thiết kế phần cứng nhúng: Cung cấp giải pháp thực tế về phân chia nguồn công suất cao (sử dụng mạch giảm áp DC-DC kết hợp Pin LiPo dòng xả 30C) và phương pháp điều khiển 18 servo đồng thời bằng Arduino Mega 2560.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn động cơ RC Servo Digital RC FR1501 thay vì động cơ bước (Step Motor) hay DC Servo tích hợp encoder?
Trả lời: Theo phân tích tại Chương 3, động cơ bước có kích thước cồng kềnh, mô-men yếu ở tốc độ cao, dễ bị mất bước và không có phản hồi góc quay nên tạo ra sai số tích lũy; DC Servo có encoder đòi hỏi vi điều khiển phải xử lý 18 kênh đọc encoder cùng lúc, dễ dẫn đến quá tải bộ xử lý và treo vi điều khiển. Trong khi đó, RC Servo Digital FR1501 tích hợp sẵn biến trở xác định vị trí Home cố định, điều khiển gọn gàng qua 1 chân xung PWM, sử dụng bánh răng kim loại với lực kéo khỏe ($17\text{ kg}\cdot\text{cm}$ tại 4.2V), và có khả năng lưu giữ trạng thái xung gần nhất giúp khung robot không bị đổ sụp bất ngờ khi dừng cấp xung.

2. Kích thước hình học thực tế của các khâu trên chân robot nhện là bao nhiêu?
Trả lời: Dựa trên thông số khai báo trong mã nguồn và thiết kế cơ khí (Chương 3 và Phụ lục), chân robot có kích thước 3 khâu lần lượt là: Khâu 1 ($L_1$) dài $25\text{ mm}$, Khâu 2 ($L_2$) dài $70\text{ mm}$, Khâu 3 ($L_3$) dài $65\text{ mm}$, và chiều dài cơ sở của thân robot là $100\text{ mm}$.

3. Sự khác nhau giữa dáng di chuyển liên tục và dáng di chuyển không liên tục trong đồ án là gì?
Trả lời: Dáng di chuyển liên tục (Tripod Gait) chia 6 chân thành 2 nhóm ({0, 2, 4} và {1, 3, 5}), cho phép chân và thân chuyển động đồng thời, giúp rút ngắn chu kỳ bước và di chuyển nhanh hơn nhưng kém ổn định trọng tâm. Dáng di chuyển không liên tục (Wave Gait) nhấc từng chân tuần tự theo chu kỳ (Chân 0 $\rightarrow$ 1 $\rightarrow$ 3 $\rightarrow$ 5 $\rightarrow$ 4 $\rightarrow$ 2) trong khi các chân còn lại giữ tiếp xúc mặt đất, sau đó thân mới tịnh tiến; kiểu này có tốc độ chậm hơn nhưng đạt độ ổn định tĩnh cao vì luôn có ít nhất 4–5 chân tiếp đất.

4. Cấu hình nguồn cấp cho 18 động cơ servo được thiết kế như thế nào để đảm bảo hệ thống không bị sụt áp?
Trả lời: Hệ thống sử dụng nguồn điện từ pin Lithium Polymer (LiPo 3S) 11.1V dung lượng 2200 mAh với hệ số xả cao 30C, kết nối qua một mạch giảm áp DC-DC công suất danh định 100W (có thể đạt 200W nếu tản nhiệt tốt, tần số chuyển mạch 300 kHz, hiệu suất 95%) để hạ áp xuống mức 4.2V DC cấp riêng biệt cho 18 động cơ servo thông qua các chân nguồn của Shield Mega Sensor V2, tách biệt với nguồn nuôi logic của vi điều khiển.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, thi công và lập trình điều khiển Robot nhện 6 chân" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đặt ra về mặt mô hình hóa toán học, thiết kế cơ khí 3D và triển khai hệ thống điều khiển thực tế. Bằng việc áp dụng phương pháp Denavit – Hartenberg, nhóm tác giả đã giải quyết thành công bài toán động học thuận/nghịch cho cánh tay máy 3 bậc tự do và áp dụng đồng bộ cho 18 khớp của robot nhện trên nền tảng vi điều khiển Arduino Mega 2560. Mặc dù còn một số hạn chế về mặt động lực học và độ cứng vững cơ khí, công trình đã xây dựng thành công một mô hình robot 6 chân hoàn chỉnh có khả năng di chuyển linh hoạt trên mặt phẳng, đóng góp một tài liệu kỹ thuật thực nghiệm giá trị cho sinh viên và người nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển tự động và robotics.