Trang 5
Học xong bài này em sẽ:
- Biết cấu tạo chung của các loại robot giáo dục.
- Biết một số robot giáo dục có trên thực tế.
Mục tiêu
Em đã từng nghe từ "robot" bao giờ chưa? Hãy kể tên và chức năng của một số robot mà em biết.
1. Robot và robot giáo dục
a) Vài nét về sự phát triển của robot
Kiến thức mới
Loài người từ xa xưa đã sáng tạo ra những đồ vật, thiết bị để giúp con người trong một số công việc mang tính tự động hoặc làm thay con người những việc nặng nhọc. Tên gọi "Automata" (máy tự động) đã có từ thời văn minh Hy Lạp. Tuy nhiên, thuật ngữ “robot" chỉ mới xuất hiện vào giữa thế kỉ XX cùng với sự ra đời của ngành công nghiệp robot.
Ngày nay, ta có thể thấy có nhiều loại robot hỗ trợ con người trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ những việc đơn giản như hút bụi, lau nhà đến những công việc phức tạp hơn trong các dây chuyền tự động hoá sản xuất, chế tạo trang thiết bị, máy móc,...
Với sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo, kết nối vạn vật, dữ liệu lớn, các loại robot hiện nay có thêm nhiều tính năng “thông minh" hơn, thực hiện nhiều công việc thay thế con người trong nhiều lĩnh vực.
Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng robot vào các lĩnh vực khác nhau là nhiệm vụ của ngành công nghiệp robot – một lĩnh vực khoa học và kĩ thuật liên ngành cơ khí, điện tử, khoa học máy tính,...
Trang 6
b) Robot và robot giáo dục
Robot hiện đại có thể được coi là một cỗ máy đặc biệt có khả năng tự động thực hiện chuỗi những hành động phức tạp nhờ các chương trình điều khiển được cài đặt bên trong. Tuy nhiên, trong chương trình này, chúng ta sẽ chỉ làm quen với một mô hình đơn giản của robot là robot giáo dục.
Robot giáo dục là robot được thiết kế phục vụ mục đích giáo dục, giúp học sinh hiểu và thực hành những kiến thức, kĩ năng về cơ khí, điện tử và điều khiển tự động. Nói cách khác, có thể hiểu robot giáo dục là mô hình mô phỏng một số chức năng đơn giản của robot để đưa vào giảng dạy trong nhà trường, nhằm đáp ứng yêu cầu của một chương trình dạy học có tính liên môn cao.
| • Robot có khả năng tự động thực hiện các hành động phức tạp và được điều khiển nhờ các chương trình máy tính. • Robot giáo dục là loại robot được thiết kế phục vụ mục đích giáo dục, giúp người học hiểu và thực hành những kiến thức kĩ năng về cơ khí, điện tử và điều khiển tự động. |
2. Cấu tạo và hoạt động của robot giáo dục
| Hoạt động 1 Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của robot giáo dục Quan sát Hình 1.1, tìm hiểu cấu tạo chung và nguyên lí hoạt động của robot giáo dục. |
Kiến thức mới
(Trong các phần tiếp theo, để ngắn gọn ta sẽ gọi tắt robot giáo dục là robot.)
Cấu tạo của robot thường gồm ba phần chính (Hình 1.1):
1. Bảng mạch điều khiển (còn gọi là bảng mạch chính);
2. Các cảm biến và cơ cấu nhận tín tin hiểu nhận điều khiển;
3. Các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển (còi, loa, màn hình số,...). Hoạt động của robot bao gồm các bước sau:
- Nhận các tín hiệu vào (thông tin vào) như ánh sáng, nhiệt độ,... từ các cảm biến hoặc các cơ cấu tiếp nhận tín hiệu.
- Chuyển đổi tín hiệu đầu vào sang tín hiệu số (dữ liệu vào) và đưa vào chip vi điều khiển thông qua các cổng giao tiếp.
- Nhờ chương trình điều khiển được cải đặt trong bộ nhớ, chip vi điều khiển thực hiện việc tiếp nhận, xử lí dữ liệu vào và đưa dữ liệu ra (các quyết định điều khiển). Dữ liệu ra sẽ được bộ chuyển đổi tín hiệu chuyển từ dữ liệu số sang lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển.
Quá trình trên được lặp đi lặp lại trong suốt thời gian hoạt động của robot nhờ chương trình điều khiển được cài đặt bên trong.
Như vậy, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của robot cũng tương tự với các thiết bị xử lí thông tin, ví dụ máy tính. Có thể coi robot như một máy tính được gắn thêm các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển để thực hiện các lệnh điều khiển.
Trang 7
Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của robot
Chương trình điều khiển
Các cảm biến và cơ cấu nhận tín hiệu
Bộ chuyển đổi tín hiệu vào
Chip vi điều khiển
Bộ chuyển đổi tín hiệu ra
Các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển
Bảng mạch điều khiển
| • Ba phần chính trong cấu tạo của robot gồm: Bảng mạch điều khiển; các cảm biến và cơ cấu nhận tín hiệu; các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển. • Quá trình hoạt động của robot tương tự như các thiết bị xử lí thông tin gồm các bước tiếp nhận thông tin/tín hiệu vào, xử lí và ra quyết định điều khiển. |
3. Nguồn điện dùng cho robot
| Hoạt động 2 Tìm hiểu nguồn điện dùng cho robot Để robot có thể hoạt động cần cung cấp năng lượng cho các bộ phận chính của robot. Nguồn năng lượng dùng cho robot là nguồn điện 1 chiều có hiệu điện thế thấp từ 3 – 12 vôn an toàn cho người sử dụng. Em hãy tìm hiểu để lựa chọn các loại nguồn điện phù hợp cho robot nhé! |
Kiến thức mới
Có hai cách chủ yếu cấp nguồn điện 1 chiều cho robot (Hình 1.2):
- Sử dụng bộ chuyển đổi điện 1 chiều hoặc lấy nguồn trực tiếp từ máy tính qua cổng USB: Dùng cho những trường hợp robot hoạt động tại chỗ cố định hoặc khi kết nối với máy tính để nạp chương trình điều khiển vào bộ nhớ của robot. Ưu điểm của loại nguồn điện này là dễ dàng đảm bảo điện thế và công suất đúng yêu cầu, giúp cho robot có thể hoạt động ổn định và chuẩn xác.
- Sử dụng các loại pin thông dụng: Dùng cho các robot cần di chuyển linh hoạt hoặc cần hoạt động độc lập. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, nguồn điện này sẽ bị tiêu hao, dễ dẫn tới việc không đủ điện thể và công suất làm cho robot hoạt động không ổn định và không chuẩn xác như mong muốn.
Hình 1.2. Nguồn điện dùng cho robot
a) Bộ chuyển đổi điện
b) Cấp nguồn cho bảng mạch điều khiển qua cổng USB
c) Một số loại pin dùng cho robot
Trang 8
Trên các bảng mạch điều khiển của robot đều có các vị trí xác định để cắm điện tử nguồn 1 chiều hoặc để lắp pin. Khi lắp pin cho robot, em cần quan sát kĩ pin có đúng chủng loại như yêu cầu không và lắp đúng chiều các cực âm/dương của pin theo quy định (Hình 1.3). Việc cấp sai nguồn, ví dụ, điện thế quá cao có thể gây cháy/hỏng các linh kiện điện tử hay điện thế quả thấp sẽ làm cho hoạt động của robot bị sai lệch.
Hình 1.3. Lắp pin cho robot
Vị trí kết nối đến nguồn điện một chiều
Câu hỏi
Em hãy cho biết ưu, nhược điểm của việc dùng pin cấp nguồn điện cho hoạt động của robot.
4. Một số robot ở Việt Nam
Hiện nay có nhiều công ty sản xuất robot phục vụ đối tượng là học sinh phổ thông từ cấp Tiểu học trở lên. Một trong những công ty đầu tiên trong lĩnh vực lắp ghép trò chơi và robot là công ty LEGO.
Thời gian gần đây đã xuất hiện rất nhiều nền tảng phần cứng và phần mềm mới, đều được thiết kế mở. Trên các nền tảng này có thể thiết kế nhiều dạng robot khác nhau. Hình 1.4, 1.5 và 1.6 là hình ảnh một số loại robot tại Việt Nam những năm gần đây.
Hình 1.4. Robot mBot
Hình 1.5. Robot G-Robot
Hình 1.6. Robot KcBot
LUYỆN TẬP
1. Em hãy mô tả cấu tạo chung của robot.
2. Tại sao nói hoạt động của robot cũng tương tự với các thiết bị xử lí thông tin khác?
VẬN DỤNG
1. Em hiểu thế nào là tính mở của kiến trúc các robot hiện nay?
2. Em hãy tìm hiểu thêm thông tin về một số robot hiện nay ở Việt Nam trên Internet.
