CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XE ĐỊA HÌNH THÁM HIỂM SAO HỎA Chương này sẽ nêu những điểm khái quát chung về lịch sử phát triển, sự phân loại mobile robot trên thế giới. Giới thiệu Thuật ngữ robot lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Trong tác phẩm, nhân vật Rossum và con trai đã tạo ra những chiếc máy giống con người để phục vụ cho con người.
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 để tập trung nghiên cứu robot này. Robot di động cũng có trong công nghiệp, quân sự và bảo mật.
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… 1. Lịch sử phát triển của mobile robot 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 con 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 1 Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 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 Từ năm 1948 đến 1949: W.Gray Walter tạo nên Elmer và Elsie, hai con robot tự động trông giống con đồi mồi. Về mặt hành chính, chúng được gọi là Machina Speculatrix bởi vì những con robot này 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 đó.
Chúng có thể tránh hoặc chuyển những chướng ngại trên đường di chuyển của chúng. 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 [1]. 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. Năm 1969: Mowbot là con robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động. The Stanford Cart line follower là 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 để tạo ra những tính toán [2]. 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 gắm, một bộ cảm biến và một bộ phận truyền thanh. Shakey là con 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 con 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 Hoả [3]. 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 và mua về để sử dụng trong nhà. Ví dụ, RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt 2 Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 mẫu 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 [5].
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 gấy 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. 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 kỉ 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 [6]. Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con robot có khả năng đi lại, quan sát và tác động qua lại với 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 con 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: Roomba, một con robot di động dùng trong gia đình, thực hiện việc lau nhà được xuất hiện [4]. Năm 2004: Robosapien, một con robot đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden được bán sẵn. Trong dự án “The Centibos Project” 100 con robot cùng làm việc với nhau để tạo nên một bản đồ cho một vùng không xác định và tìm những vật thể trong môi 3 Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 trường 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 dừng việc sản xuất Aibo và Helpmate. PatrolBal trở nên phổ biến khi các robot di động vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau để trở thành mạt 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 sẵn 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 ý tá tới phòng xét nghiệm. Seekur, robot dịch vụ dùng ngoài trời với mục đích phi quân sự có thể kéo xe qua một bãi đậu xe, Lái một cách đọc lập (Tự động) vào trong nhà và bắt đầu học cách lái ra ngoài. Trong khi đó, PartrolBot học cách theo sau con người và nếu cửa mở thì đóng lại. Phân loại mobie robot Robot di động có thể phân loại bằng các cách: 1.
Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển: Robot ngoài trời và robot trong nhà. Thông thường, chúng được lắp bánh xe, nhưng cũng có loại robot có chân (hai hoặc nhiều chân) như robot hình người, hình dạng động vật hoặc côn trùng. Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không, phương tiện không người lái. Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúng hoạt động đọc lập.
4 Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 (a) (b) (c) Hình 1.1 hình a robot ngoài trời, hình b robot trên không, hình c robot dưới nước 1. Phân loại theo phương pháp di chuyển Robot có chân, Chân giống người hay chân giống động vật. Robot có bánh xe. Robot di chuyển bằng xích.
Một số dạng điều khiển mobie robot. Có nhiều dạng điều khiển robot di động, sau đây là một số dạng điều khiển thông dụng. Điều khiển từ xa bằng tay: Robot điều khiển từ xa bằng tay với các bộ phận có cần điều khiển hoặc những thiết bị điều khiển khác. Thiết bị điều khiển có thể được gắn trực tiếp vào robot, ví dụ: một cần gạt không dây hoặc một phụ kiện của một máy tính không dây.
Robot điều khiển từ xa giúp con người tránh khỏi nnungwx nguy hiểm. một số robot điều khiển từ xa bằng tay: Foster-Miller’s Talon và iRobot’s PackBot. Robot điều khiển từ xa tự bảo vệ: Robot điều khiển từ xa tự bảo vệ có khả năng phát hiện và tránh những chướng ngại vật nhưng điều khiển cũng giống như robot điều khiển từ xa bằng tay. Có rất ít robot chỉ dùng đơn lẻ bộ điều khiển từ xa tự bảo vệ.
Robot theo lộ trình: Một vài robot tự động đầu tiên là những robot theo lộ trình. Chúng có thể theo những đường sơn khắc trên sàn, trần nhà hay trên một dây điện trên sàn. Đa số robot này hoạt động theo một thuật toán đơn giản là giữ lộ trình trong bộ cảm biến trung tâm, chúng không thể đi vòng qua các chướng ngại vật, chúng chỉ dừng lại khi có vật nào đó cản đường chúng.