nghiên cứu, đánh giá thực trạng ứng dụng robot trong các ngành sản xuất công nghiệp và đề xuất các giải pháp phát triển robot ở việt nam trong giai đoạn đến năm 2020

ISO 9001 : 2008
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
X W Y  Z X W







BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2012

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG ROBOT
TRONG CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP VÀ ĐỀ XUẤT
CÁC GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHIỆP ROBOT
Ở VIỆT NAM TRONG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020”






Cơ quan chủ trì: Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Chủ nhiệm đề tài: Ths. Trần Thanh Thủy

9665

HÀ NỘI – 02/2013
CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

DNV&N Doanh nghiệp nhỏ và vừa
CNHT Công nghiệp hỗ trợ
CNTT Công nghệ thông tin
KH&CN Khoa học và công nghệ
KNXK Kim ngạch xuất khẩu
NC&PT Nghiên cứu và Phát triển
NCKH&PTCN Nghiên cứu khoa học và Phát triển công nghệ
NHNN Ngân hàng Nhà nước
NHTM Ngân hàng Thương mại
SXKD Sản xuất kinh doanh
QCKT Quy chuẩn kỹ thuật
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
UBND Ủy ban nhân dân
AFNOR
Association Française de Normalisation
Hiệp hội tiêu chuẩn Pháp
AFTA ASEAN Free Trade Area
Khu vực Mậu dịch Tự do ASEAN
AGV Automatic Guided Vehicle
Xe tự hành trên mặt đất
AUV
Autonomous Underwater Vehicle
Robot tự hành dưới nước

BMI Ltd. Business Monitor Internetional Ltd.
Công ty Giám sát kinh doanh Quốc tế
CEPT Common Effective Preferential Tariff
Chương trình ưu đãi thuế quan có hiệu lực chung
CES Consumer Electronics Show
Triển lãm điện tử tiêu dùng
CIM Computer Integrated Manufacturing
Hệ thống sản xuất tích hợp máy tính
DEC
Digital Equipment Comparny
Công ty thiết bị kỹ thuật số
FDI Foreign Direct Investment
Đầu tư trực tiếp nước ngoài
FMS Flexible Manufacturing Systems
Hệ thống sản xuất linh hoạt
IAC International Auto Component
Công ty quốc tế cung cấp linh kiện, phụ tùng cho ngành công
nghiệp ô tô
ICARCV International Conference on Control, Automation, Robotics
and Vision
Hội nghị Quốc tế về Điều khiển, Tự động hóa, Robot và Tầm
nhìn
ICMT International Conference on Mechatronics Technology
Hội nghị Quốc tế về công nghệ cơ điện tử
IDG
International Data Group
Tập đoàn Dữ liệu Quốc tế
IFR International Federation of Robotics
Hiệp hội robot Quốc tế
GDP Gross Domestic Product

Tổng sản phẩm quốc nội
ΓOCT Государственный Стандарт
Tiêu chuẩn Nhà nước Nga
JIRA Japan Industrial Robot Association
Hiệp Hội robot Công nghiệp Nhật Bản
MIG
Metal inert gas
Kim loại trong môi trường khí trơ
MIT
Massachusetts Institute of Technology
Học viện Công nghệ Massachusetts
PC
Personal Computer
Máy tính cá nhân
PDP
Programmed Data Processor
Bộ xử lý dữ liệu đã lập trình
PID
Proportional Integral Derivative
Vi tích phân tỉ lệ
R&D Research and Development
Nghiên cứu và phát triển
RESCCE Research and Education in System Computation and Control
Engineering
Nghiên cứu, Đào tạo về Hệ thống, Công nghệ Máy tính và
Điều khiển
RIA Robot Institute of America
Viện Robot Hoa kỳ
SCADA
Supervisory Control And Data Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
SCARA Selective Compliant Articulated Robot Arm
Tay máy mềm dẻo tùy ý
SMEs Small Manufacturing Enterprises
Các doanh nghiệp sản xuất nhỏ
SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats
Điểm mạnh, Điểm yếu, Cơ hội, Thách thức
VAT
Value Added Tax
Thuế giá trị gia tăng.
UAV
Unmanned Aerial Vehicle
Máy bay không người lái
WTO World Trade Organization
Tổ chức Thương mại Thế giới
7

MỞ ĐẦU

Hơn nửa thể kỷ qua, robot đã có những bước phát triển và tiến hóa mạnh mẽ.
Các hướng nghiên cứu robot đang chuyển từ robot công nghiệp sang phát triển các
robot dịch vụ và đưa robot hòa nhập vào các hoạt động của xã hội loài người.

Theo dự báo thì trong vòng 20 năm tới mỗi người sẽ có nhu cầu sử dụng một
robot cá nhân như cần một máy tính cá nhân (PC) hiện nay và robot sẽ là tâm điểm
c
ủa một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet. Với xu thế này, cùng với các
ứng dụng truyền thống khác của robot trong sản xuất công nghiệp, y tế, giáo dục
đào tạo, giải trí và đặc biệt trong an ninh quốc phòng thì thị trường robot và các
dịch vụ ăn theo robot sẽ vô cùng sôi động và rộng lớn.

1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước
1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Ngành công nghiệp robot là một trong những ngành công nghiệp có sớ
m trên
thế giới và được các nước công nghiệp phát triển quan tâm phát triển mạnh mẽ vào
nửa sau của thế kỷ XX. Ví dụ:

Ở Nhật Bản, ngành công nghiệp robot ra đời từ cuối những năm 60, bắt đầu với
việc nhập khẩu kỹ thuật robot tiên tiến của Mỹ vào năm 1967. Trong bối cảnh kinh
tế phát triển nhanh chóng nhưng lại thiếu lao động lành nghề trầm trọng, sự xuất
hiện của robot có ảnh hưởng rất lớn ở Nhật Bản. Năm 1968, đồng thời với công ty
công nghiệp nặng Kawasaki bắt đầu sử dụng kỹ thuật của Mỹ để sản xuất robot, thì
công ty công nghiệp nặng Ishikawajima - Harima và công ty điện tử Yasukawa
cũng bắt đầu bán các hệ thống robot dựa trên kỹ thuật của Nhật Bản ra thị trường.
Chỉ 03 năm sau đó, một H
ội nghị robot đầu tiên ở Nhật Bản đã được tổ chức với sự
có mặt của 35 công ty. Thành công của Hội nghị cũng như trào lưu phát triển robot
đã giúp Nhật Bản từ năm 1978, mỗi năm đã sản xuất được 10.000 hệ thống robot
cung cấp cho thị trường. Theo thống kê của Hiệp hội robot Nhật Bản, năm 1981,
tại Nhật Bản, ước tính đã có 67.435 robot
được sử dụng trong sản xuất công
nghiệp, chiếm 70% tổng số robot trên toàn thế giới và đến cuối năm 1995 là
387.000 robot được sử dụng. Con số này gấp hơn 5 lần số robot ở Mỹ và chiếm
hơn 60% tổng số robot trên toàn thế giới và theo Cục Thống kê - Hiệp hội robot
Quốc tế (IFR Statistical Department), trong năm 2010, trong số 1.035.016 robot
công nghiệp được đưa vào vận hành trên toàn thế giới, thì tại Nhật Bản số l
ượng
robot công nghiệp được đưa vào vận hành là 285.800, chiếm 27,61%[52].

Ở Hàn Quốc, theo Bộ Thông tin Kinh tế công bố tháng 12/2011 vừa qua, tổng
số lượng robot vận hành trong các doanh nghiệp sản xuất ở Hàn Quốc trong năm
2010 đã đạt 87.400 đơn vị. Dự kiến lượng robot này sẽ tiếp tục tăng lên tới
109.800 đơn vị vào năm 2013. Kết quả khảo sát năm 2009 do Bộ Thông tin Kinh
tế Hàn Quốc phối hợp với Hiệ
p hội ngành công nghiệp robot của Hàn Quốc tại 260
8

đơn vị nghiên cứu, lắp ráp, chế tạo robot trên toàn quốc cho thấy, giá trị sản xuất
robot của Hàn Quốc đã đạt 1,2 nghìn tỉ won, tăng 23% so với năm 2008. Tổng số
robot sử dụng trong các ngành sản xuất cũng đã tăng 19%, có giá trị 823,3 tỉ
won[22].

Hiện tại đang có nhiều nghiên cứu tại Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và
nhiều quốc gia khác trên thế giới để tạo ra các loại robot có ngoạ
i hình, cử động và
cả suy nghĩ như người thật. Mặc dù nhiều dự án còn ở giai đoạn thiết kế và thử
nghiệm, nhưng những nỗ lực nêu trên chứng tỏ, con người bằng trình độ và trí
thông minh của mình, đang luôn luôn tìm tòi và cố gắng chế ngự những kỹ thuật
tinh xảo nhất.

Có thể nêu ra rất nhiều ví dụ khác để minh chứng cho sự phát triển vượt bậc
của ngành công nghiệp robot trên thế giới nói chung và một số quốc gia nói riêng
trong những năm gần đây. Tuy nhiên, trong phạm vi hạn hẹp của Phần mở đầu, chỉ
một vài ví dụ nêu trên cũng đủ để cho ta thấy ngành công nghiệp robot của các
quốc gia trên thế giới đang phát triển rất mạnh mẽ và liên tục. Đạt được những
thành quả đáng ghi nhận như vậy là do các quốc gia này có chính sách đầu tư chiều
sâu, lãnh đạo tập trung, đồng bộ và xây dựng được lộ trình và kế hoạch phát triển
ngành công nghiệp robot hợp lý. Đặc biệt là chính phủ các quốc gia này rất chú

trọng đầu tư phát triển nguồn nhân lực trình độ cao, cơ sở hạ tầng kỹ thuật hiện đại
để nâng cao tiềm lực KH&CN, đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu - phát triển (R&D)
kể cả phát triển công nghệ chế tạo phụ tùng, linh kiện nhằm đảm bảo kỹ thuật cho
việc sản xuất các sản phẩm robot; khuyến khích phổ biến sử dụng, nghiên cứu và
phát triển robot, nhất là từ những năm 80 bằng các chính sách và giải pháp khác
nhau như lập cơ cấu cho vay dài hạn với lãi suất thấp để khuyến khích đầu tư vào
các thiết bị tiết kiệm nhân lực; lập cơ cấu thuế để khuyến khích đầu tư vào thiết bị
hiện đại trong các DNV&N; trợ cấp đặc biệt cho những DNV&N sử dụng robot
trong sản xuất công nghiệp để đảm bảo an toàn lao động; thực hiện chương trình
ưu đãi nghiên cứu công nghệ cao, v,v. Ngoài ra các quốc gia này còn rất chú trọng
phát triển các tập đoàn công nghiệp và sản xuất trong nước và thông qua các tập
đoàn này kêu gọi đầu tư nước ngoài, nên đã làm chủ được công nghệ, có nền sản
xuất robot vững mạnh và có năng lực cạnh tranh cao.

1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước:

Nghiên cứu phát triển robot ở Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể trong
25 năm qua. Vào các giai đoạn 1985 - 1990, 1991 - 1995, 1996 - 2000, 2001 -
2005 và gần đây là 2006 - 2010, trong khuôn khổ chương trình NCKH&PTCN
quốc gia về tự động hóa, nhiều đề tài nghiên cứu và chế tạo robot đã được Trung
tâm Tự động hóa - Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện NC Điện tử, Tin h
ọc, Tự động
hóa - Bộ Công Thương, Viện TĐH Kỹ thuật Quân sự - Bộ Quốc phòng, Đại học
Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Quốc gia Hà Nội triển khai thực hiện thành
công. Nhiều sản phẩm robot là sản phẩm của các đề tài nêu trên như robot hàn vỏ
9

tàu thủy, robot phun hạt nix cọ rửa tàu, máy gia công 3D sử dụng robot song song
Hexapode có độ chính xác cao, robot quay phim và hệ thống tự động sắp xếp và
cấp vật tư kho gồm 3 robot di động chạy trên ray, các hệ điều khiển robot di động

qua truyền thông không dây và Internet…đã được chế tạo và cung cấp cho thị
trường.

Cùng với chương trình NCKH&PTCN quốc gia về tự động hóa, từ năm 2005
Tp. Hồ Chí Minh cũng đã khởi động chương trình chế
tạo robot cho doanh nghiệp.
Ngay trong năm 2005, Tp. Hồ Chí Minh đã đầu tư 50 tỷ đồng cho các nhà khoa
học nghiên cứu chế tạo robot theo các đơn đặt hàng của các doanh nghiệp. Mục
tiêu là nhằm nâng cao chất lượng robot do trong nước chế tạo, đạt yêu cầu tương
đương so với các loại robot nhập khẩu từ nước ngoài, đồng thời giảm dần từ 20%
đến 30% rồi 50% kim ngạch nhập khẩu robot và đến cuối năm 2005 phải bàn giao
đượ
c 10 bộ robot cho các doanh nghiệp. Về mặt chính sách, ưu tiên hỗ trợ cho
những doanh nghiệp đặt hàng với số lượng nhiều và các hợp đồng ký trước. Về dài
hạn, Tp.Hồ Chí Minh phấn đấu khoảng 5 - 10 năm, Việt Nam có một ngành công
nghiệp sản xuất robot phục vụ trong nước và xuất khẩu. Hiện tại chương trình
robot của Tp. Hồ Chí Minh đã đi qua một chặng đường 5 năm và đang tiếp tục
được triển khai thực hiện tiếp trong giai đoạn 2011 - 2015.

Đối với khối các doanh nghiệp thiết kế và chế tạo robot ở Việt Nam, nhiều sản
phẩm robot cũng đã gây được ấn tượng trên thị trường trong nước và quốc tế, ví dụ
robot có chức năng gắp các sản phẩm từ máy ép nhựa, hệ thống hoạt động linh
hoạt với nhiều chế độ của Công ty Suno (công ty của nhóm BKPro, vô
địch
Robocon Châu Á - Thái Bình Dương năm 2005) thuộc chương trình robot của Tp.
Hồ Chí Minh đã được nhiều doanh nghiệp biết tới; robot hàn di động, robot làm vệ
sinh đường ống thông khí, robot vạn năng, hệ thống cấp vít tự động, tay máy cấp
phôi của Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ Khoa học kỹ thuật Tp. Hồ
Chí Minh. Đặc biệt phải kể đến các sản phẩm robot của Công ty Cổ phần Robot
TOSY. Công ty Cổ phần TOSY đ

ã gây thương hiệu bằng robot dáng người đánh
bóng bàn TOPIO Ping Pong được trình diễn tại Hội chợ quốc tế Robot IREX 2009
ở Nhật Bản, robot dịch vụ 23 bậc tự do TOPIO Dio và 2 sản phẩm robot công
nghiệp với giá thành chỉ bằng 1/5 các robot tương đương trên thế giới tại Hội chợ
quốc tế về Tự động hoá năm 2010 ở CHLB Đức và gần đây nhất là mRobo - robot
có khả năng biến hình và nhảy múa tại Tri
ển lãm Điện tử tiêu dùng 2012 (CES
2012) vào ngày 11/01/2012 ở Mỹ. Ngoài ra, sản phẩm robot đồ chơi như TOSY
UFO cũng đã được xuất khẩu ra nhiều thị trường trên thế giới.

Mặc dù có nhiều loại robot đã được Nhà nước hỗ trợ cho nghiên cứu chế tạo
qua các đề tài nghiên cứu các cấp trong suốt 25 năm qua nhưng hầu như các robot
đó ít được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Nguyên nhân là do n
ền sản xuất của
Việt Nam đang ở giai đoạn công nghiệp hóa sử dụng lao động thủ công với giá
nhân công rẻ trong khi ứng dụng của robot trong sản xuất chỉ có hiệu quả khi dây
chuyền sản xuất có nhu cầu tự động hóa cao và ngành công nghiệp robot cũng chỉ
10

mới được định hình, chưa thực sự được hình thành theo đúng nghĩa của nó và
trong thực tế, Nhà nước chưa ban hành những giải pháp, chính sách cụ thể thúc đẩy
phát triển ngành công nghiệp trí tuệ này. Hiện tại chỉ có một số rất ít các doanh
nghiệp ở Tp. Hồ Chí Minh mạnh dạn sử dụng sản phẩm robot do trong nước chế
tạo phục vụ sản xuất như Công ty TNHH cơ khí - thương mại - d
ịch vụ Trung Tín,
Công ty sản xuất ô tô SAMCO thuộc Tổng Công ty Cơ khí Giao thông Vận tải Sài
Gòn, Công ty TNHH Nhựa Chợ Lớn, Công ty đóng tàu VINASHIN, còn đa phần
các doanh nghiệp có nhu cầu sử dụng nhiều robot vẫn đang nhập ngoại.

Xu hướng phát triển của robot trên thế giới đang chuyển sang các loại robot

dịch vụ từ đơn giản đến phức tạp, mở ra rất nhiều cơ hội cho lĩnh vực robot Việ
t
Nam có thể đi tắt đón đầu tạo ra những sản phẩm đột phá trên thị trường trong
nước và trên thế giới. Chúng ta đã chứng kiến sự phát triển như vũ bão của công
nghệ thông tin từ khi máy tính cá nhân PC ra đời (1980) đến nay. Chỉ trong vòng
30 năm, bộ mặt của thế giới đã thay đổi đáng kể do PC thâm nhập vào mọi ngóc
ngách của cuộc sống. Hiện nay, PC đã không còn là trung tâm của của cuộ
c cách
mạng công nghệ thế giới. Thời đại hậu PC đã bắt đầu với những sản phẩm đột phá
mới đáp ứng nhu cầu của con người. Một trong những sản phẩm đầy tiềm năng này
là robot dịch vụ, đặc biệt là robot gia đình và robot cá nhân. Khi robot thâm nhập
vào từng gia đình và là yêu cầu không thể thiếu của từng cá nhân thì nó tạo nên
một thị trường khổng lồ làm thay đổ
i xã hội loài người như tác động của PC đã làm
thay đổi xã hội thời gian qua.

2. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thực tiễn đã cho thấy, việc sử dụng robot ở các nước công nghiệp trong vài
chục năm qua đã mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế và xã hội, góp phần tăng năng
suất lao động, cải tiến chất lượng sản phẩ
m, tiết kiệm nguyên vật liệu, sớm hoàn
vốn đầu tư, cũng như chuyển đổi cơ cấu sản xuất trong sản xuất công nghiệp từ cơ
cấu “con người và máy móc” sang cơ cấu “con người - robot - máy móc”, giúp cho
con người thoát khỏi những công việc nguy hiểm, nặng nhọc, ngăn ngừa được tai
nạn lao động.

Như đã nêu ở trên, dự báo trong vòng 20 năm nữa, robot sẽ là trung tâm của
cuộc cách mạng công nghệ lớn kế tiếp sau PC - Internet của thế giới. Việt Nam
không được phép bỏ lỡ cơ hội này như cơ hội đã đến với máy vi tính PC từ hơn 30

năm trước mà ngay từ bây giờ phải triển khai nghiên cứu chuẩn bị các phương
pháp tiếp cận, những định hướng, các giải pháp, chính sách và kế
hoạch cụ thể
nhằm thúc đẩy ứng dụng và phát triển robot ở Việt Nam. Có như vậy Việt Nam
mới có thể thoát khỏi nguy cơ tụt hậu vẫn đang thường trực và nền kinh tế nói
chung, các ngành sản xuất công nghiệp của Việt Nam nói riêng mới có khả năng
tạo ra những đột phá lớn, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an
ninh quốc phòng.

11

GS.TSKH. Nguyễn Thiện Phúc, Chủ tịch Hội Khoa học Công nghệ Robot Việt
Nam, cho biết “hiện Việt Nam chưa có ngành công nghiệp sản xuất robot nhưng
nếu được đầu tư thì sẽ tiếp cận rất nhanh. Hội Robot châu Á đã mời Việt Nam
tham gia như một trong những đơn vị đồng sáng lập. Hiện một số trường đại học,
viện nghiên cứu tại Việt Nam vẫn nghiên cứu robot trong phòng thí nghiệm và l
ắp
đặt phục vụ ứng dụng tại chỗ. Hội đã nhiều lần đề xuất đầu tư phát triển ngành này
nhưng chưa được ủng hộ”[29].

Phân tích, đánh giá thực trạng và đề xuất các giải pháp, chính sách phát triển
ngành công nghiệp robot ở Việt Nam giai đoạn đến năm 2020 là việc làm cấp thiết
và cũng là mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ là tiền
đề để xây dựng các luận cứ khoa học, chuẩn bị cho việc xây dựng Chiến lược phát
triển ngành công nghiệp robot ở Việt Nam phù hợp với Chương trình Quốc gia
phát triển công nghệ cao và Kế hoạch phát triển một số ngành công nghiệp công
nghệ cao đến năm 2020 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số
2457/QĐ - TTg ngày 31/12/2010 và Quyết định số 842/QĐ - TTg ngày 01/6/2011.

Với các mục tiêu nêu trên, trong kế hoạch KH&CN năm 2012, Viện Nghiên
cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá đã đăng ký và đã được Bộ Công Thương giao
chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ứng dụng robot trong các
ngành sản xuất công nghiệp và đề xuất các giải pháp phát triển robot ở Việt Nam
trong giai đoạn đến năm 2020”.

3. Nội dung nghiên cứu

Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu đã xây dựng, nhóm nghiên cứu đề tài sẽ tiến
hành thực hiện các nội dung sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan về robot;
- Phân tích, đánh giá thực trạng nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất robot ở Việt
Nam;
- Nghiên cứu tình hình phát triển ngành công nghiệp robot tại một số nước trên
thế giới và trong khu vực;
- Dự báo nhu cầu thị trường robot và phân tích những điểm m
ạnh, yếu, thời cơ
và thách thức đối với phát triển ngành công nghiệp robot ở Việt Nam trong giai
đoạn đến năm 2020;
- Đề xuất các giải pháp, chính sách và lộ trình phát triển ngành công nghiệp
robot ở Việt Nam trong giai đoạn đến năm 2020.

Các nội dung này sẽ được bố cục trong Báo cáo tổng kết kết quả nghiên cứu
của đề tài theo các chương, mục tương ứng.



12

4. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn trong việc xem xét việc ứng dụng
và phát triển robot ở Việt Nam trong hơn một thập niên trở lại đây và kết quả khảo
sát thực trạng của một số doanh nghiệp công nghiệp có ứng dụng và chế tạo robot.

Trong quá trình nghiên cứu, để đảm bảo độ tin cậy, tính khoa học và giá trị ứng
dụng, phù hợp với các Chiến lược, Quy hoạch, Kế hoạch phát triển trong các lĩnh
vực liên quan đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, nhóm thực hiện đề tài áp
dụng một hoặc phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp kế thừa (tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu thực hiện
trước đây, kế thừa những kết quả điều tra, đánh giá, nghiên cứ
u đã có cả trong
và ngoài nước).
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế thông qua trao đổi, phỏng vấn trực tiếp.
- Phương pháp phân tích, đánh giá, tổng hợp tài liệu, bao gồm cả phương pháp
phân tích ma trận SWOT (Strength, Weakness, Opportunity, Threat).
- Phương pháp chuyên gia.
- Tham khảo bài học kinh nghiệm nước ngoài (thông qua tham khảo tài liệu, trao
đổi và hợp tác với các tổ chức, cá nhân chuyên ngành…)

Sau khi xây dựng xong bản thảo Báo cáo tổng kết khoa học, nhóm nghiên cứ
u
sẽ tiến hành gửi xin ý kiến chuyên gia hoặc tổ chức hội thảo khoa học để trao đổi,
thảo luận về các kết quả nghiên cứu của đề tài.

Trên cơ sở ý kiến đóng góp của các chuyên gia, nhóm thực hiện đề tài sẽ tiến
hành sửa đổi, điều chỉnh và hoàn thiện nhằm tăng tính khả thi của các kết quả
nghiên cứu, tạo cơ sở cho các nhà nghiên cứu, các nhà ho

ạch định chính sách tham
khảo khi tiến hành xây dựng chiến lược phát triển ngành công nghiệp robot Việt
Nam trong giai đoạn đến năm 2020 và những năm tiếp theo phù hợp với các mục
tiêu đề ra.

13
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1.1. Khoa học robot và những mốc lịch sử quan trọng
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản về robot và công nghiệp robot
1.1.1.1. Một số khái niệm cơ bản về robot

Khái niệm “robot” lần đầu tiên xuất hiện tại NewYork vào ngày 09/10/1922
trong vở kịch “Những chú robot toàn cầu của Rossum” do kịch gia người Czech,
Karel Capek sáng tác năm 1921. Cho đến thời điểm này, nhiều định nghĩ
a về
robot đã ra đời. Sau đây là một số định nghĩa[30]:

Theo Viện Robot Hoa Kỳ (RIA):

“Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để
di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các
chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác
nhau”.

Theo Hiệp hội tiêu chuẩn Pháp (AFNOR):

“Robot công nghiệp là một cơ

cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại
các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả
năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá lắp
. . . theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm
vụ công nghệ khác nhau”.

Theo tiêu chuẩn Nhà nước Nga (ΓOCT 25686 - 85):

“Robot công nghiệp là mộ
t máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên
kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập
trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản
xuất”.

Định nghĩa robot còn được Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu
trong lĩnh vực robot, mở rộng hơn như sau: “Robot công nghiệp là những máy,
thiết b
ị tổng hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương
tự như ở con người”[40].

Định nghĩa của M.P.Groover về robot không dừng lại ở tay máy mà mở rộng
ra cho nhiều đối tượng khác có những đặc tính tương tự như con người, có khả
năng suy nghĩ đưa ra quyết định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được đặc
đ
iểm của vật hay đối tượng mà nó phải thao tác hoặc xử lý. Theo Artobolevski

14
I.I., Vorobiov M.V. và các nhà nghiên cứu thuộc tổ chức hợp tác kinh tế của
các quốc gia trong hệ thống xã hội chủ nghĩa giai đoạn 1949 - 1991 trước đây, thì
“Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo

chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác
nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”.

Tất cả các định nghĩa nêu trên đều thống nhất ở đặc đ
iểm “điều khiển theo
chương trình”. Đặc điểm này của robot được thực hiện nhờ sự ra đời của những
bộ vi xử lý (microprocessors) và các vi mạch tích hợp chuyên dùng được gọi là
“chip” trong thập kỷ những năm 70.

Không lâu sau khi xuất hiện robot được điều khiển theo chương trình, người
ta đã thực hiện được những robot tự hành. Và, với những bước phát triển nhanh
chóng của kỹ thu
ật điện tử và tin học, hiện nay người ta đã sáng tạo nhiều robot
cảm xúc và có khả năng xử lý thông tin. Do đó định nghĩa robot cũng có những
thay đổi bổ sung.

Nhật Bản hiện nay là quốc gia có số lượng robot dùng trong sản xuất công
nghiệp nhiều nhất thế giới. Người Nhật có quan niệm dễ dãi hơn về robot, theo họ
“robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế cho lao độ
ng của con người”, ngay cả
những robot hay tay máy được điều khiển bằng “cam” cũng được liệt vào hàng
ngũ robot. Vì vậy, Hiệp Hội robot Công nghiệp Nhật Bản (JIRA) đã phân loại
robot thành sáu hạng, từ những tay máy do con người trực tiếp điều khiển từng
động tác đến những robot thông minh được trang bị trí tuệ nhân tạo.

Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực robot của Nhật Bản đ
ã đưa ra
những định nghĩa về robot dưới dạng những yêu cầu như sau[40]:

 Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một robot công

nghiệp phải thoả mãn các yếu tố sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động;
- Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác;
- Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao;
- Có khả năng thích nghi với môi trường ho
ạt động;
- Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài.
 Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp
phải có các đặc điểm sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động;
- Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ);
- Có tính vạn năng;
- Có những đặc điểm của người và máy.

15
Từ những khác biệt trong định nghĩa về robot, căn cứ vào tính linh hoạt của
những hệ thống sản xuất có áp dụng robot, P.J.McKerrow, một nhà nghiên cứu về
robot của Úc đã đưa ra định nghĩa về robot ở một góc độ khác. Theo ông, “robot
là một loại máy có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng tương tự
như một máy tính hay là một mạch điện tử có th
ể lập trình để thực hiện những
công việc đa dạng”[40].

Tóm lại, có thể nói robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế
từng phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người
trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau.

Hiện nay, theo quá trình phát triển, các nhà khoa học chia robot thành 5 thế hệ
với các mức độ sau đây[40]:

Robot thế hệ thứ nhất:

Bao gồm các robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi
(playback robots), theo chương trình định trước. Chương trình định trước này có
thể là chương trình “cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống
cam và có thể là chương trình có thể thay đổi được theo yêu cầu công nghệ của
môi trường sử dụng nhờ các panel điều khiển hoặc máy tính. Đặc điểm của robot
thế hệ thứ
nhất là:

- Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tắc giới hạn hành trình;
- Điều khiển vòng hở;
- Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ điều
khiển, tuy nhiên loại này không thay đổi chương trình được;
- Sử dụng phổ biến trong công việc gắp - đặt (pick and place).

Robot thế hệ thứ
hai:

Là các loại robot được trang bị các bộ cảm biến (sensors) cho phép cung cấp
tín hiệu phản hồi về trạng thái, vị trí không gian của robot cũng như những thông
tin về môi trường bên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các
máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệt độ của môi trường, v.v giúp cho bộ
điều khiển có thể lựa chọn những thuật toán thích hợp để điều khiển robot thự
c
hiện những thao tác xử lý phù hợp. Loại robot này còn được gọi là robot được
điều khiển thích nghi cấp thấp. Đặc điểm của robot thế hệ thứ hai là:

- Điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy;
- Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản

hồi từ cảm biến nhờ các chương trình đã được cài đặt t
ừ trước;
- Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn phím,
panel điều khiển.

16
Robot thế hệ thứ ba

Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh
trong điều khiển (Vision - controlled robots) cho phép nhìn thấy và nhận dạng
các đối tượng thao tác. Đây là dạng phát triển cao nhất của robot tự cảm nhận.
Các robot này được trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi
theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng, nhờ đó robot tự biết
phải làm gì để hoàn thành được công vi
ệc đã đặt ra cho chúng. Hiện nay cũng đã
có nhiều công bố về những thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển loại
robot này trong các phòng thí nghiệm và một số đã được đưa ra thị trường dưới
dạng những robot giải trí có hình dạng của các động vật máy. Đặc điểm của robot
thế hệ thứ ba là:

- Có các đặc điểm như robot thế hệ thứ hai và đi
ều khiển hoạt động trên cơ sở
xử lý thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems -
Camera);
- Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình
dạng và kích thước khá khác biệt nhau.

Robot thế hệ thứ tư

Bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi

(adaptively controlled robot) được trang bị bước đầ
u khả năng lựa chọn các đáp
ứng tuân theo một mô hình tính toán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử
phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác. Đặc điểm của robot thế hệ thứ tư
là:

- Có những đặc điểm tương tự như robot thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng
tự động lựa chọn chương trình hoạ
t động và lập trình lại cho các hoạt động
dựa trên các tín hiệu thu nhận được từ cảm biến;
- Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải các bài toán tối ưu với
điều kiện biên không được xác định trước. Kết quả của bài toán sẽ là một tập
hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của robot.

Robot th
ế hệ thứ năm

Là tập hợp những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent
robot). Đặc điểm của robot thế hệ thứ năm là:

- Robot được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói,
hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, v.v để ra
quyết định và giải quyết các vấn đề hoặc nhiệ
m vụ đặt ra cho nó;
- Robot được trang bị mạng Neuron có khả năng tự học;

17
- Robot được trang bị các thuật toán dạng Neuron Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy
nghĩ và ra quyết định cho các ứng xử tương thích với những tín hiệu nhận
được từ môi trường theo các thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng

thời.

Hiện nay trong lĩnh vực giải trí, nhiều dạng robot thế hệ này đang được phát
triển như robot Aibo - chú chó robot của hãng Sony hay robot đi trên hai chân và
khiêu vũ được của hãng Honda, v.v….

1.1.1.2. Khái niệ
m về công nghiệp robot

Công nghiệp robot là ngành kinh tế - kỹ thuật sản xuất và cung cấp các sản
phẩm robot (bao gồm robot công nghiệp, robot dịch vụ, robot dáng người, robot
trò chơi,…), kỹ năng và dịch vụ liên quan đến robot cho người tiêu dùng. Khác
với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp robot được đặc trưng bởi những
đặc điểm chủ yếu sau đây:

- Trong ngành công nghiệp robot có sự tích hợp hoặc giao thoa các thành tựu
KH&CN tiên tiến thuộc nhiều lĩ
nh vực công nghệ khác nhau là cơ khí chế tạo
máy, điện, điện tử, điều khiển tự động và CNTT, do vậy đòi hỏi phải có tư duy
thiết kế và chế tạo liên ngành;
- Trong công nghiệp robot, thiết kế các sản phẩm là loại “thiết kế hướng tới thị
trường”, khác với các loại thiết kế sản phẩm truyền thống là “thiết kế cho đạt
các chỉ tiêu kỹ thuật” hoặc thiết kế để “có giá thành rẻ nhất”. Thiết kế các sản
phẩm robot cho phép tạo ra các hệ thống có thể thực hiện được những chức
năng mà khó có thể thực hiện được nếu không có điện tử số;
- Trong công nghiệp robot, các sản phẩm luôn luôn được đổi mới, do đó các
hoạt động NC&PT cũng phải là những hoạt động liên tục và
đòi hỏi chi phí
cao hơn so với các ngành công nghiệp khác;
- Cấu trúc sản phẩm robot khá phức tạp và đòi hỏi sự hỗ trợ của nhiều ngành

công nghiệp nhằm đáp ứng tính đa dạng của công nghệ và các yếu tố đầu vào.
Các ngành CNHT không chỉ bao hàm việc sản xuất hàng hóa, mà còn cả
những dịch vụ khác nhau như thiết kế, kỹ thuật, tư vấn, sản xuất thử, thử
nghiệm, kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm, chuyển giao công nghệ;
- Công nghiệp robot có tiềm năng lớn về thị trường và do đó cạnh tranh toàn cầu
để xuất khẩu các sản phẩm robot trở thành nhiệm vụ rất quan trọng đối với mỗi
quốc gia.

Với các đặc điểm nêu trên có thể thấy ngành công nghiệp robot là ngành công
nghiệp tập trung nhiều tri thức và công nghệ, tiêu hao tài nguyên và năng lượ
ng
thấp, ít ô nhiễm môi trường, giá trị gia tăng cao, ứng dụng rộng rãi, nhưng đòi hỏi
đầu tư nghiên cứu cao, phụ thuộc nhiều hơn vào tri thức và sức sáng tạo của con
người. Hơn thế, ngành công nghiệp robot còn được coi là ngành công nghiệp dựa

18
trên khoa học, với tư cách là một lực lượng sản xuất trực tiếp, tạo ra sản phẩm có
hàm lượng khoa học cao và năng suất lao động cũng rất cao.

1.1.2. Những mốc lịch sử quan trọng[39]
1.1.2.2. Thời kỳ của những tưởng tượng về robot

Đồng hồ nước của người Babilon - Clepsydra - 1400 trước Công nguyên:

Hình 1.1. Đồng hồ nước của người Babilon.

Người Babilon phát minh một chiếc đồng hồ đo thời gian sử dụng dòng chảy
của nước. Đây được coi là cỗ máy “robot” đầu tiên trong lịch sử. Sự nhỏ giọt của
đồng hồ nước chính là tiền thân của nhịp tích tắc của đồng hồ hiện đại. Nó hoạt
động dựa trên sự tăng, giảm ổn định của mực nước trong một bình chứa để chỉ

một chu kỳ thời gian được xác định trước đã trôi qua. Không giống như đồng hồ
mặt trời, đồng hồ nước vẫn hoạt động trong khi trời nhiều mây hoặc khi trời tối.
Tuy nhiên cũng như nhiều đồng hồ mặt trời, một giờ của đồng hồ nước thay đổi
theo mùa.

Robot của Leona Da Vinci - 1495

Hình 1.2. Leona Da Vinci và hiệp sĩ robot.

19
Leona tạo ra một con robot có hình dạng giống như người nhằm chứng tỏ cơ
thể con người hoàn toàn có thể mô phỏng lại được. Ông đã vận dụng những hiểu
biết về giải phẫu học và nhiều khoa học khác để xây dựng nên robot này. Robot
đội mũ sắt, mặc trang phục của một hiệp sĩ, có thể đi lại, đứng, ngồi, mở đóng
miệng, vẫy tay và cử động đầu từ bên này sang bên kia nhờ có một cái cổ linh
hoạt. Đáng chú ý là robot này có một cơ cấu hàm rất giống với con người về mặt
giải phẫu học. Sáng tạo này của Leona Da Vinci đã mở rộng giả thiết là cơ thể
con người, về mặt cấu trúc, là một cỗ máy hoàn chỉnh, và những cử động phức tạp
của cơ thể có thể được mô phỏng bằng cách sử dụng những cơ cấu như đòn bẩy
và ròng rọc. Mô hình thiết kế robot của Leona Da Vinci là cơ cở, là nguồn cảm
hứng sau này cho cơ quan hàng không vũ trụ quốc tế NASA phát triển một loại
robot - Anthrobot thay con người trên các trạm vũ trụ quốc tế và trợ giúp con
người chinh phục sao hỏa.

Chú vịt của Vaucanson - 1737


Hình 1.3. Chú vịt của Vaucanson
Thế kỷ 18 là thời kỳ vàng son của những đồ vật mang tính triết học và thiên
tài có ảnh hưởng nhất thời kỳ này chính là Jacques de Vaucanson. Những sáng tạo

tuyệt vời của ông được ngưỡng mộ và chào đón trên toàn châu Âu, được các vị
vua và các nhà khoa học ngợi khen và kính nể. Nhà bác học Voltaire đã gọi ông là
“Prometheus mới”. Giống như vị thần Hy Lạp đó, Jacques de Vaucanson có sức
mạnh tạo ra cuộc sống. Năm 1973, Voltaire đã giới thiệu hai cỗ máy trong một
cuộc triển lãm. Một là hình nhân đánh trống, thổi sáo, có thể thổi sáo nhanh hơn
bất kỳ người thật nào. Hai là một chú vịt máy có thể ăn thức ăn trong tay của
khách tham quan, có thể nuốt, tiêu hóa và thải chất thải ra ngoài. Chú vịt này
chính là chú vịt của Vaucanson. Voltaire đã phải thốt lên: “Nếu không có chú vịt
biết tiêu hóa này, thì sẽ chẳng có gì để nhớ đến thời kỳ huy hoàng của nước
Pháp”. Chú vịt được làm bằng đồng mạ vàng, có kích thước bằng một chú vịt thật,
có thể uống nước, quậy nước bằng mỏ, kêu, đứng và ngồi bằng chân. Điều đặc
biệt gây kinh ngạc là chú ta có thể nuốt thức ăn bằng một động tác nhanh và chính
xác như thật nhờ một cái cổ rất linh hoạt.

20
Khung cửi của Jacquard

Hình 1.4. Khung cửi của Jacquard

Khung cửi của nhà phát minh người Pháp Joseph Marie - Jacquard là chiếc
khung cửi có thể tự động dệt những mẫu hoa văn và hình vẽ cực kỳ phức tạp với
tốc độ giống như dệt những mảnh vải trơn không có họa tiết. Ý tưởng hay nhất
của Jacquard là điều khiển quá trình dệt bằng cách sử dụng một hệ thống thẻ đục
lỗ và móc. Những thẻ này rất dày và có những lỗ hình vuông trên đó. Những lỗ
trên khay thẻ này sẽ dẫn hướng cho móc và kim dệt. Khi những chiếc móc tiếp
xúc với thẻ, chúng sẽ bị giữ lại nếu chúng không gặp các lỗ trên thẻ. Như vậy,
những cái móc này có thể đi xuyên qua các lỗ bằng đầu kim và móc thêm một sợi
chỉ khác vào, hình thành các hoa văn mong muốn. Các hoa văn phức tạp được dệt
bằng cách thay từng thẻ sau mỗi lần sử dụng hoặc dùng lại nhiều lần. Ý tưởng về
những chiếc thẻ đục lỗ có tính cách mạng lớn lao vì đã phát hiện ra là một chiếc

máy có khả năng tuân theo một thuật toán, những chiếc thẻ có khả năng dự trữ
thông tin trên đó. Chính phát hiện này đã mở màn cho một cuộc cách mạng máy
tính trên thế giới.

1.1.2.3. Thời kỳ của robot công nghiệp (1950 - 1979)

Robot công nghiệp đầu tiên - Unimate

Năm 1956, Engelberger xây dựng một công ty sản xuất robot đầu tiên có tên
là Unimation (Universal Automation) nhằm sản xuất những robot công nghiệp
đầu tiên dựa trên sáng chế của George Devol. Năm 1961, họ cho ra đời robot đầu
tiên có tên là Unimate. Với thành công này, Engelberger được gọi là cha đẻ của
robot học. Trên thực tế hầu hết các robot Unimate bán ra là để làm công việc lấy
khuôn ra khỏi các máy dập khuôn và để hàn điểm trên ô tô. Đây là hai loại công
việc mà công nhân không bao giờ muốn làm. Tuân theo các lệnh tuần tự được lưu
trữ trong một trống từ, một cánh tay nặng 4000 pound đủ linh hoạt để có thể làm
được rất nhiều loại tác vụ. Cả hai ứng dụng này đã thành công rất lớn về thương
mại do làm việc tin cậy và tiết kiệm được tiền thuê nhân công.

21
Robot công nghiệp Unimate là một trong những robot được sử dụng phổ biến
nhất trên thế giới. Unimate robot cho phép lập trình chuyển động hoàn toàn trên 6
trục và được thiết kế để có thể nâng trọng lượng 500 pound với tốc độ nhanh. Sau
hơn 20 năm cải tiến, robot này đã đạt độ tin cậy cao và rất dễ sử dụng.

Stanford arm 1969

Hình 1.5. Stanford arm

Năm 1969, Victor Scheinman - một sinh viên chế tạo máy làm việc tại phòng

thí nghiệm trí tuệ nhân tạo Stanford đã chế tạo ra cánh tay Stanford. Thiết kế này
đã trở thành chuẩn mực và vẫn đang ảnh hưởng nhiều đến những thiết kế của
những cánh tay robot ngày nay. Đây là cánh tay robot đầu tiên chạy bằng điện và
được điều khiển bằng máy tính thành công. Robot này có 6 khớp, cho phép giải
động học ngược cho robot, có thể đi theo một lộ trình tùy ý và mở rộng khả năng
cho các ứng dựng phức tạp hơn như robot lắp ráp và hàn hồ quang. Cũng chính
robot này đã được các nhà khoa học sử dụng để phát triển những kỹ thuật lắp ráp
công nghiệp cho các cánh tay robot thương mại sau này. Victor Scheinman sau đó
đã bán thiết kế cho Unimation, hãng này với sự giúp đỡ của General Motors đã
phát triển robot này thành dòng robot công nghiệp PUMA (Programmable
Universal Machine for Assembly) được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền lắp
ráp tự động và rất nhiều tác vụ công nghiệp khác.

Shakey


Hình 1.6. Shakey

22
Shakey là robot di động đầu tiên có thể suy luận hoạt động của nó do trung
tâm trí tuệ nhân tạo của Viện nghiên cứu Stanford (SRI) phát triển từ năm 1966
cho đến năm 1972. Shakey là nền tảng và có ảnh hưởng to lớn đến trí tuệ nhân tạo
và khoa học robot ngày nay. Shakey có một camera vô tuyến, một máy đo khoảng
cách bằng phương pháp ba điểm, một cảm biến chấn động. Shakey được kết nối
với hai máy tính DEC PDP - 10 và PDP - 15 thông qua sóng radio và sóng vô
tuyến, sử dụng các chương trình để nhận biết, lập mô hình thế giới xung quanh và
các hoạt động. Các lệnh con bậc 1 điều khiển các hoạt động di chuyển, quay và
xác định đường đi; các lệnh bậc 2 phối hợp với các lệnh 1 để thực hiện các lệnh
phức tạp hơn một cách nhanh hơn. Các lệnh bậc 3 có thể xây dựng và điều hành
kế hoạch để đạt được những mục tiêu mà người sử dụng đưa ra. Hệ thống cũng

khái quát và lưu giữ lại các lệnh này để có thể sử dụng lại trong tương lai.

Stanford Cart (1965 - 1979)

Hình 1.7. Stanford Cart
Từ năm 1979, phòng thí nghiệp Stanford tiếp tục đưa ra một thiết kế mới, xe
tự định vị Standford, được xây dựng với mục đích ban đầu là tạo ra một thiết bị
điều khiển từ xa lưu động (rover) trên mặt trăng. Từ năm 1967 cho đến 1970, nó
được thiết kế lại để có thể tự động đi theo một vạch kẻ màu trắng trên đường. Một
máy tính từ xa điều khiển hoạt động của xe này nhờ thông tin truyền về từ một
camera vô tuyến gắn trên xe. Năm 1977 Hans Moravec tiếp tục thiết kế lại, trang
bị cho nó một camera vô tuyến gắn trên đỉnh để chụp ảnh từ các góc độ khác nhau
và chuyển về cho máy tính. Máy tính sẽ tính toán khoảng cách xe và chướng ngại
vật sau đó điều khiển xe đi vòng qua những chướng ngại vật này. Năm 1979,
Stanford Cart chỉ mất gần 5 giờ len lỏi qua một căn phòng đầy bàn ghế - không hề
có sự trợ giúp của con người. Đây quả là cột mốc đánh dấu thành quả mới cho
những cỗ xe tự định vị.
1.1.2.4. Thời kỳ cất cánh của khoa học robot (từ 1980 đến nay)

Kể từ thập niên 80 ngành công nghiệp robot bắt đầu phát triển mạnh mẽ với
những robot và những công ty mới xuất hiện liên tục. Trong thập niên này, robot

23
được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp điện tử và sản xuất ôtô. Thành
công của việc chế tạo và ứng dụng robot thập niên 80 đã đặt ra bài toán tiếp theo,
đó là phải nghiên cứu để tạo ra những robot dịch vụ thiết thực, có thể giúp đỡ con
người làm việc nhà và thậm chí là trở thành một người bạn và cao hơn nữa là
những robot dáng người. Chính vì thế mà bắt đầu từ năm 1990, robot đã được chế
tạo và sử dụng với nhiều chức năng đa dạng như làm bê tông, quét vôi hoặc quét
sơn các tòa nhà cao tầng, làm thay những công việc mà con người thường không

muốn làm như hàn, lắp ráp hoặc kiểm tra sản phẩm. Tiêu biểu cho những sáng
chế mới ứng dụng trong các lĩnh vực dịch vụ, giải trí, khám phá những vùng nguy
hiểm và robot dáng người có thể kể đến là:

Robot 8 chân Dante - 1992

Robot 8 chân Dante đã được sử dụng để thực hiện việc thám hiểm núi lửa
Erebus ở Antarctica. Robot 8 chân Dante được điều khiển từ Mỹ và đã thu thập
được một số dữ liệu nhất định. Tuy thử nghiệm này không thành công và phải
ngừng lại do những khó khăn về mặt cơ khí, nhưng những kết quả mà thử nghiệm
đem lại đã đặt những cột mốc, khuyến khích các nhà khoa học mạnh dạn nghiên
cứu, phát triển để tạo ra những robot thám hiểm thay thế cho con người tại những
khu vực nguy hiểm.



Hình 1.8. Robot 8 chân Dante

ASIMO - 2000

ASIMO là viết tắt của Advanced Step in Innovative Mobility, có nghĩa là
"Bước đột phá về khả năng di chuyển sáng tạo". Năm 2000, sau 14 năm dài
nghiên cứu và thử nghiệm, công ty Honda đã cho ra đời Asimo - người máy thông
minh và giống người thật nhất thế giới. Asimo cao 1,2m, nặng 52 kg, có thể di
chuyển với tốc độ 1,6km/giờ, có thể biểu lộ cử chỉ giống con người như khóc,
giận, khoái chí, vui mừng, ngạc nhiên, Asimo thực sự là niềm tự hào không chỉ
của riêng Honda mà của toàn nước Nhật. Cùng với Honda, Asimo đã đi khắp nơi
trên thế giới để truyền bá thông điệp cho những người trẻ tuổi: “Dũng cảm theo

24

đuổi những ước mơ và không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới của trí tuệ con
người”.


Hình 1.9. ASIMO
Roomba - 2002

Roomba là robot hút bụi của tập đoàn iRobot, được xem là robot dịch vụ
thành công nhất về thương mại. Roomba lần đầu tiên xuất hiện vào năm 2002 và
kể từ đó hàng năm hãng này đều cho ra đời những phiên bản mới của Roomba.
Tính đến tháng 01 năm 2008, iRobot đã bán được 2,5 triệu con Roomba.

Roomba có hình tròn, đường kính khoảng 34cm và chỉ cao khoảng 9cm. Nó
có thể hút được một số lượng lớn bụi, lông thú, rác trong khi tự động đi lại trong
nhà. Roomba cũng tự động điều chỉnh sao cho phù hợp với từng “địa hình” là
thảm hay sàn gỗ cứng và hình dạng tròn dẹt nhỏ nhắn của nó rất thích hợp với
những chỗ khó lau dọn như gầm bàn ghế, gầm giường, khi gặp bậc thang hay
chướng ngại vật, nó tự động thay đổi hướng. Đặc biệt, ở những chỗ có nhiều bụi
và vết bẩn, Roomba biết tăng cường độ hút bụi để quét sạch hết khu vực đó. Khi
làm xong nhiệm vụ hay pin yếu, Roomba tự quay về “nhà” của mình để nạp pin.
Bạn có thể đặt giờ cho Roomba bắt đầu làm việc và làm việc trong bao lâu tùy ý
trong khi bạn đi vắng, khi trở về nhà cửa đã sạch sẽ tinh tươm, cứ như thể bạn có
một “ cô bé lọ lem” trong nhà vậy.

Hình 1.10. Roomba


25
Robot HRP - 4C - 2010

Robot HRP - 4C là cô gái robot đã trình diễn cùng hai bạn nhảy “người thật”
tại triển lãm sản phẩm số DCE ở Tokyo vào ngày 17/10/2010 do Học viện quốc
gia Công nghệ và Khoa học công nghiệp tiên tiến của Nhật Bản phát triển. Cô
robot được cài đặt phần mềm giải trí có tên gọi là Choreonoid, ghép giữa hai từ
“choreograph (ba lê)” và “humanoid (giống người)”.



Hình 1.11. Robot HRP - 4C trình diễn cùng hai bạn nhảy “người thật”
tại triển lãm sản phẩm số DCE ở Tokyo vào ngày 17/10/2010

Robot Curiosity

Robot Curiosity là robot thăm dò sao Hỏa mới nhất của NASA. Vào lúc 1h30
sáng ngày 6/8/2012 theo giờ miền đông nước Mỹ, tức 12h30 theo giờ Hà Nội,
Curiosity đã đáp xuống hố Gale trên sao Hỏa. Tốc độ của Curiosity trong bầu khí
quyển sao Hỏa là 20.000 km/h. Thiết bị lao trong bầu khí quyển 13 phút trước khi
phát tín hiệu về trái đất để xác nhận nó đã hạ cánh an toàn với tốc độ là 0,6 m/giây
khi chạm đất.

Hình 1.12. Robot Curiosity đổ bộ lên sao Hỏa

Như vậy, robot đã có một quá trình phát triển và tiến bộ đáng kể trong hơn 50
năm qua. Từ những robot đơn giản đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào
những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm,
ngày nay, các loại robot có các khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn

26
đã được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, sản xuất công nghiệp,
xây dựng, an ninh quốc phòng và cả trong sinh hoạt gia đình.

1.2. Cấu trúc của robot công nghiệp và nguyên lý hoạt động

Robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí có thể hoạt động phối hợp với
nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển của bộ điều khiển
PC - based. Do có những đặc điểm về cấu tạo và hoạt động phối hợp nên robot
thường được sử dụng trong các hệ thống sản xuấ
t linh hoạt (FMS) và các hệ thống
sản xuất tích hợp máy tính (CIM). Càng ngày càng xuất hiện nhiều hơn các dây
chuyền sản xuất tự động có sử dụng robot thay thế các dây chuyền sản xuất tự
động với chương trình hoạt động “cứng” trước đây.

Về mặt kết cấu, robot được chế tạo rất khác biệt nhau, nhưng chúng được xây
dựng từ các thành phần cơ bản như nhau, đ
ó là:

- Tay máy (manipulator);
- Bộ điều khiển;

- Nguồn cung cấp;
- Hệ thống cảm biến tín hiệu là thành phần thực hiện việc nhận biết và biến đổi
thông tin về hoạt động của bản thân robot và của môi trường - đối tượng robot
phục vụ.

Trên hình 1.13 trình bày sơ đồ cấu trúc cơ bản của một robot công nghiệp[40].















Hình 1.13. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của một robot công nghiệp

Thuật ngữ “tay máy” và robot trong quan niệm của nhiều nhà chuyên môn
trong lĩnh vực này không có sự khác biệt. Thực tế có thể hiểu tay máy là một dạng
robot có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm cấu tạo cơ bản của cánh tay
Giao tiếp ngõ
vào: con người
Bộ điều khiển
Nguồn cung cấp

(nguồn dẫn động)
Tay máy
Cảm biến
Giao tiếp ngõ ra: Quá trình
tự động được thực hiện

27
người và cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí được
thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau, được gọi là
các khâu động, trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi là các khớp
động hay còn gọi là các trục. Tay máy cũng bao gồm cả các cơ cấu tác động là các
phần tử thực hiện các chuyển động để vậ
n hành tay máy như động cơ điện, xy
lanh thủy lực, xy lanh khí nén, Phần quan trọng khác trên các tay máy là bộ
phận hay khâu tác động cuối (End - Effector) để thao tác trên đối tượng làm việc
(thường là các tay gắp hoặc các đầu công cụ chuyên dùng).

Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn động riêng, năng lượng và chuyển
động truyền đến cho chúng được điều khiển trên cơ sở tín hiệu nhận được từ bộ
phận phản hồi là các c
ảm biến nhằm thông báo trạng thái hoạt động của các khâu
chấp hành, trong đó vấn đề được đặc biệt quan tâm là vị trí và vận tốc dịch
chuyển của khâu cuối - khâu thể hiện kết quả tổng hợp các chuyển động của các
khâu thành phần.

Thông thường các tay máy có trên một bậc tự do. Số bậc tự do (hay còn gọi là
bậc chuyển động) của tay máy là số khả năng chuyển độ
ng độc lập của nó trong
không gian hoạt động. Trong lĩnh vực robot học (robotic) người ta hay gọi mỗi
khả năng chuyển động (có thể là chuyển động thẳng; dọc theo hoặc song song với

một trục, hoặc chuyển động quay quanh trục) là một trục, tương ứng theo đó là
một toạ độ suy rộng dùng để xác định vị trí của trục trong không gian hoạt động.
Mỗi trục của tay máy đề
u có cơ cấu tác động và cảm biến vị trí được điều khiển
bởi một bộ xử lý riêng.

Thông qua các khảo sát thực tế, người ta nhận thấy, để nâng cao độ linh hoạt
của tay máy sử dụng trong công nghiệp, các tay máy phải có số bậc chuyển động
cao. Tuy nhiên, số bậc chuyển động này không nên quá 6. Lý do chính là với 6
bậc chuyển động, nếu bố trí hợp lý, sẽ đủ để tạ
o ra khả năng chuyển động linh
hoạt của khâu tác động cuối nhằm có thể tiếp cận đối tượng thao tác (nằm trong
vùng không gian hoạt động của nó) theo mọi hướng. Ngoài ra, số bậc tự do nhiều
hơn 6 sẽ không kinh tế và khó điều khiển hơn.

Bộ điều khiển là thành phần đảm bảo cho robot hoạt động đúng theo chương
trình cài đặt trước hoặc nhận biết được trong lúc làm việc. Bộ điều khiển robot
thường cấu thành từ các bộ phận cơ bản tương tự như máy tính (bộ điều khiển PC
based) bao gồm bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và bộ xuất/nhập kết hợp với màn hình
để hiể
n thị các lệnh khi lập trình và đồng thời theo dõi sự thay đổi toạ độ trong
dịch chuyển của các khâu. Toàn bộ các phần nói trên được bố trí bên trong tủ điều
khiển chính và được sắp xếp theo từng mô đun gồm các bo mạch điện tử. Bên
cạnh đó, để lập trình một cách thuận tiện cho robot, các nhà chế tạo thường bố trí
một pa nen kết nối song song (còn gọi là bộ teach pendant), với phím bấm
để thực
hiện các thao tác điều khiển trực tiếp chuyển động của các trục trên robot trong

28
chế độ lập trình huấn luyện (teaching mode) và bên trong là một bo mạch kết nối

trực tiếp với bộ xuất/nhập. Đôi khi trong cấu hình của bộ điều khiển còn được
trang bị thêm một bộ điều khiển mô phỏng (simulator) có kết nối với mạch
xuất/nhập tương tự như pa nen để hỗ trợ thêm cho công việc lập trình.

Ngoài chức năng xử lý và đ
iều khiển robot, bộ điều khiển còn phải đưa ra các
tín hiệu để phối hợp với các thiết bị công nghệ mà robot phục vụ cũng như cho
các robot và những thiết bị công nghệ khác như các máy công cụ CNC, các băng
tải cùng phối hợp hoạt động với robot đang điều khiển.

Bộ điều khiển robot có thể theo kỹ thuật điều khiển vòng hở (open - loop) hay
còn gọi là điều khiển không có phản hồi (nonservo system) và cũng có thể theo kỹ
thuật điều khiển vòng kín (closed - loop) hay còn gọi là điều khiển có phản hồi
theo cơ chế servo (servo system).

Robot sử dụng bộ điều khiển theo kỹ thuật điều khiển vòng hở thường gặp
nh
ất là các loại robot gắp - vá - đặt hay còn gọi là robot hoạt động từng đoạn. Mặc
dù tính thích nghi hạn chế, song trong công nghiệp, robot loại này vẫn được sử
dụng nhiều do hiệu quả sử dụng chấp nhận được, chi phí thực hiện thấp và rất phù
hợp với các hệ thống sản xuất cần các công việc xếp dỡ vật liệu.

Robot sử dụng bộ điều khi
ển theo kỹ thuật điều khiển vòng kín có khả năng
thực hiện nhiều chuyển động có yêu cầu phức tạp, đồng thời có khả năng thực thi
nhiều chương trình để đáp ứng các yêu cầu sản xuất có trình tự thay đổi khác
nhau, giúp cho hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao.

Nguồn cung cấp hay còn gọi là nguồn dẫn động là thành phần chủ yếu tạo nên
sự dị

ch chuyển của các khớp động và thường được lắp bên cạnh tủ điều khiển.
Trên các robot công nghiệp có thể sử dụng đồng thời nhiều nguồn dẫn động như
điện, thủy lực, khí nén. Tuỳ theo dạng nguồn dẫn động được sử dụng trên robot
mà cấu tạo của phần nguồn cung cấp có thể thay đổi rất đa dạng. Nguồn dẫn động
cũng là một đặc điểm quan trọng khác của robot, trong một chừng mực nào đó
nguồn dẫn động làm ảnh hưởng đến không gian làm việc của robot. Ngoài ra việc
thay đổi nguồn dẫn động (mà hiện nay được chế tạo theo từng cụm đặc trưng) sẽ
giúp nhanh chóng thay đổi kiểu, dạng của robot để phục vụ cho những yêu cầu
công việc khác nhau.

Hệ thống cảm biến tín hiệ
u là thành phần thực hiện việc nhận biết và biến đổi
thông tin về hoạt động của bản thân robot và của môi trường - đối tượng robot
phục vụ hoặc các dò tìm khác.