Bài tập lớn cơ điện tử: Chế tạo và cải tiến mobile robot

BÀI TẬP LỚN CƠ ĐIỆN TỬ 2
Phần I: Xây dựng ý tưởng, lập kế hoạch phát triển sản phẩm
1. Cơ hội kinh doanh
- Cơ hội kinh doanh là khả năng đáp ứng của doanh nghiệp trước một nhu cầu cụ thể
của thị trường.
- Qua quá trình khảo sát thị trường tìm hiểu nhu cầu khách hàng và công tác nghiên
cứu đánh giá số liệu của nhóm sinh viên.
- Nghiên cứu và chế tạo robot là một trong những vực khoa học công nghệ được đặc
biệt quan tâm nghiên cứu trong nhiều thập kỉ qua. Nhu cầu của khách hàng với việc
cải tiến và phát triển robot ngày càng tăng cao. Không chỉ trong lĩnh vực sản xuất công
nghiệp mà còn mở rộng sang các lĩnh vực quân sự, giải trí, dịch vụ… nhất là những
nơi con người không thể trực tiếp làm việc ( như những môi trường độc hại, bụi bẩn ,
hoặc những nơi con người không thể đặt chân tới…) .
- Nắm bắt được nhu cầu ấy việc chế tạo và cải tiến mobile robot là rất cần thiết. với
kích thước nhỏ gọn, có thể thay thế con người làm việc trong nhiều địa hình khác
nhau. Giá thành phù hợp với mức thu nhập trung bình khá. Có thể được sử dụng rộng
rãi trong các hộ gia đình, công ty hay trong quân sự…
2. Phát triển ý tưởng sản phẩm
2.1 Tạo ý tưởng
2.1.1 Khoanh vùng ý tưởng
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại robot với nhiều công dụng, chức năng
và mẫu mã khác nhau. Nhưng trong đề tài của nhóm chú ý tới loại mobile robot với
kích thước nhỏ gọn, dễ điều khiển và thích ứng nhiều chức năng. Sản phẩm có thể làm
mới hoàn toàn hoặc cải tiến. Không những làm các nhiệm vụ trong quân sự mà có thể
được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các hộ gia đình. Với chi phí vừa phải giúp
con người làm việc trong môi trường nguy hiểm hoặc độc hại.


2.1.2 Mẫu phát triển ý tưởng
- Sau khi nhóm đã thảo luận nhanh bằng phương pháp Brainstorming, nhóm đã phát
triển ý tưởng và tạo ra được các mẫu phát triển ý tưởng được trình bày bên dưới.

- Quá trình thảo luận Brainstorming được nhóm thực hiện thông qua việc thảo luận
nhóm và tạo ý tưởng được trình bày ở đường link phía dưới.
/>Hình vẽ minh họa
Tên sản

Mô tả sơ bộ về sản phẩm

phẩm
- Có thể leo bám trên thành
tường. vừa có thể lau tường tự

( hoặc thông tin bổ xung
ý tưởng )
- Bổ xung thêm có thể gắn camera để
theo dõi và giám sát từ trên cao.

động, hút bụi, và quét mạng
Robot
leo tường

nhện.
- Có khả năng phun sơn và
mang theo vật nặng lên cao.
- Vượt qua tất cả các dạng địa - Ngoài ra hêm khả năng dò mìn và
hình ( bằng phẳng, sỏi đá, cảnh báo.
đầm lầy…) dùng để hõ trợ

Robot vượt trong quân sự như tìm kiếm
địa hình
cứu hộ-cứu nạn, thăm dò và

Rhex

Robot
dọn rác

khảo sát địa hình .
- Dọn rác trong các cống rãnh
để giảm thiểu tắc cống. bảo vệ
môi trường và gắn thêm
camera để thăm dò địa hình
và giám sát các công trình.


- Camera quan sát và gửi tín hiệu về
Robot xJus

bộ điều khiển.
- Có khả năng thay đổi xương - Gửi các thông tin về nhiệt độ, độ ẩm
sống để có dáng đi mềm mại trong không khí.
và uyển chuyển. Có thể vượt
địa hình

dùng để thăm dò,

khảo sát địa hình.

2.2 Sàng lọc và hoàn thiện thiết kế
2.2.1 Đánh giá sơ bộ bằng VRIN
VRIN

Ý tưởng 1 Ý tưởng 2 Ý tưởng 3 Ý tưởng 4

Valuable (Có giá trị)







Rare (Hiếm)









Inmitable (Không bắt chước được )

















Nonsubstituable (Không thể thay
thế)
2.2.2 Sàng lọc bằng ma trận lựa chọn
Tiêu chí kèm trọng số(%)

Ý tưởng 1

Ý tưởng 2

Ý tưởng 3

Ý tưởng 4

Công nghệ
Phù hợp năng lực
Sáng tạo
Lợi nhuận
Thời gian phù

10%
30%
25%

10%

50
60
40
40

60
60
40
50

50
40
40
70

80
90
70
40

hợp

25%

60

60

40

80

(12 tháng)
Tổng

100%

50%

54%

48%

72%

2.2.3 Đánh giá ý tưởng được chọn theo phương pháp Real Win Worth it


a. Tính thực tế của sản phẩm (Real)
Tên sản
Tiêu

Robot leo tường Robot vượt địa

phẩm

Robot dọn rác

Robot xjus

hình rhex

chí
1. Nhu cầu

Chưa có nhu

Sản phẩm

Chưa có nhu

Đã có nhu cầu

thực sự

cầu thực sự cho

được sử dụng

cầu thực sự

trong quân sự

sản phẩm

nhiều trong

cho sản phẩm

dùng để thăm

quân sự, cứu

dò, khảo sát

hộ cứu nạn với

địa hình.

nhu cầu lớn.
2.

Khách

hàng

3. Pháp luật

4. Công nghệ

Chưa có khác

Đã có khách

Chưa có khách

Đã có khách

hàng mua

hàng mua

hàng mua

hàng mua

Sản phẩm phù

Sản phẩm phù

Sản phẩm phù

Sản phẩm phù

hợp với pháp

hợ với pháp

hợ với pháp

hợ với pháp

luật, đạo đức và

luật, đạo đức

luật, đạo đức

luật, đạo đức

tiêu chuẩn hiện

và tiêu chuẩn

và tiêu chuẩn

và tiêu chuẩn

nay.

hiện nay

hiện nay

hiện nay

Công nghệ đáp
ứng được

5. Chi phí sản Chi phí sản xuất
xuất

cao

Công nghệ đáp Công nghệ đáp Công nghệ đáp
ứng được

ứng được

ứng được

Chi phí sản

Chi phí sản

Chi phí sản

xuất cao

b. Khả năng thắng lợi của sản phẩm (Win)

xuất trung bình xuất trung bình


- Ý tưởng đã chọn robot xjus :
+) Có lợi thế cạnh tranh là rất lớn vì là sản phẩm tron nước đầu tiên có thể thay
đổi cột sống thụ động.
+) Sản phẩm rất phù hợp với nhu cầu của thị trường vì sản phẩm có thể tiết
kiệm năng lượng một cách tối ưu.
+) Phát huy được các điểm mạnh của nhóm trong đề tài.
c. Tính khả thi của sản phẩm (Worth it)
- Sản phẩm có tính lợi nhuận cao và có tiềm năng phát triển trong tương lai.
- Các rủi ro phát sinh có thể chấp nhận được.
- Ý tưởng có tiềm năng phát triển mở rộng trong tương lai.
3. Lập kế hoạch thiết kế và phát triển sản phẩm
3.1 Hồ sơ kế hoạch sản phẩm
Mô tả sản phẩm:
- Sản phẩm được thiết kế phục vụ cho quân đội trong việc do tham, phuc vụ

cho

các nhà thám hiểm có thể vào được nhũng địa hình phức tạp, nhiễm chất hóa
học độc hại, phục vụ cho giáo dục trong việc giảng dạy. Sản phẩm với khả

năng tiết kiệm năng lượng, nhỏ nhẹ, khả năng bảo mật cao.
Mục tiêu kinh doanh cơ bản:
1. Cung cấp cho người dùng những khả năng đặc biệt giúp thuận lợi cho việc
thám hiểm địa hình nguy hiểm.
2. Là một giải pháp cho tiết kiệm năng lượng và an ninh.
Thị trường chính:
- Trong quân đội.
Thị trường phụ:
- Các trường học có nhu cầu cần mô hình cho việc giảng dạy.
- Các nhà thám hiểm.
Các giả thiết và ràng buộc:
-

Giá cả hợp lí (ở mức không quá cao).
Yêu cầu tính ổn định cao, hệ thống bảo mật tốt.
Dễ dàng tháo lắp, sửa chữa.


Các bên liên quan:
-

Các doanh trại quân đội.
Các trường trên địa bàn Hà Nội.
Các nhà thám hiểm.
Nhóm sinh viên nghiên cứu trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

3.2 Bảng mô tả sơ bộ về sản phẩm

Tênsảnphẩm

Môtảsơbộ về sảnphẩm

Loại

Dựkiếnthờigian

(dựán)

(dựán)

hình

làm

Cải tiến

01/01/2016

Cải tiến

01/01/2016

Mobile robot dùng để leo tường và
Robot leo tường

các địa hình cao dùng để lau của
kính hoặc do thám.
Một loại mobile robot di chuyển

Robot dọn rác

chủ yếu trong các đường ống dùng
để dọn rác trong cống rãnh.
Mobile robot có thể di chuyển ở

Robot Rhex

nhiều địa hình khác nhau dùng để
dò đường và trinh thám.

Cải tiến

01/01/2016

Mobile robot có thể di chyển ở một
số địa hình khác nhau là loại biến hể
Robot xJüs

của Rhex giúp giảm năng lượng
trong quá trình chuyển động.

Cải tiến

01/01/2016

Bảng 3.2: Thông tin cơ bản về sản phẩm
3.3 Dự trù kinh phí sản phẩm
Danh sác yêu

Dự Dự Dự Dự

Khả năng

Có đáp

đáp ứng

ứng được

Một năm

có

Một năm

có

98

Một năm

có

5

25

14
78

Một năm
Một năm

có
có

20

30

95

Một năm

có

5

5

20

Một năm

có

cầu cho mỗi dự

án

án

án

án

án

1

2

3

4

80

90

70

80

90

70

20

25

23

30

3
20

4
15

25
5

Số giờ thiếtkếcơ
khí
Sốgiờ
thiếtkếmạchđiề
u khiển
Sốgiờ
thiếtkếmạchđiề

u khiển
Sốgiờ máyphay 2

Sốgiờmáycắt
18
Sốgiờ máy
20
khoan
Sốgiờmáytiện
5

Tổng yêu cầu

10

340

0
10

340

0

3.4 Đánh giá ưu tiên dự án
Tiêu chí

Dự án 1

Dự án 2

Dự án 3

Dự án 4

Cạnh tranh









Thị trường









Công nghệ mới

















Khả năng thực
hiện

Bảng 1 : Đánh giá và sàng lọc các dự án


 Sau thời gian đánh giá sằng lọc các dự án trên cùng với sự thống nhất của các thành
viên trong nhóm. Nhóm đã đưa ra quyết định thưc hiện dự án số 4 : Thiết kế robot
xJüs

Phần II: Thiết kế sản phẩm
2.1 Khảo sát nhu cầu khách hàng


Bảng 2.1: Phiếu khảo sát nhu cầu khách hàng

Ghi vào dòng bên dưới theo thứ tự bất kỳ
Câu hỏi 1: Bạn có thấy cần thiết phải sử dụng robot thám hiểm để tham dò những
địa hình nguy hiểm không?
Câu hỏi 2: Bạn đã từng sử dụng robot để làm công việc tham dò hay thám hiểm

chưa? Nếu có, bạn có thể cho tôi biết là bạn sử dụng loại gì và tên của nó được
không?
Câu hỏi 3: Theo bạn, một robot trinh thám cần có những kĩ năng gì? Cần phải đi
được trong những loại địa hình nào?
Câu hỏi 4: Nếu bạn đã từng sử dụng loại robot trinh thám thì robot của bạn sử dụng
loại địa hình có dây hay không dây? Nếu không dây thì cho tôi hỏi khoảng cách điều
khiển của nó là bao xa?
Câu hỏi 5: Robot bạn đang dùng có thực sự ổn định không? Nếu không, bạn có thể
cho tôi biết là phần nào thường không ổn định nhất?
Câu hỏi 6: Theo bạn, bạn có đánh giá cao chú robot thám hiểm chịu va đập tốt hay
không?
Câu hỏi 7: Theo bạn, độ bảo mật của robot tham dò, thám hiểm có quan trọng
không? ( Bạn có thể đánh giá theo thang điểm 10 )
Câu hỏi 8: Theo bạn, kích thước phù hợp để một chú robot trinh thám có thể thực
hiện tốt nhiệm vụ của mình là bao nhiêu?
+) Chiều dài: cm
+) Chiều rộng: cm
+) Chiều cao: cm
Câu hỏi 9: Thời gian sử dùng robot thám hiểm liên tục theo yêu cầu của bạn là bao
nhiêu giờ?
Câu hỏi 10: Theo bạn, một robot thám hiểm cần phải thu thập được nhưng thông tin
nào? Nếu có thể, mong bạn liệt kê xuống bên dưới:
+)
+)
Câu hỏi 11: Theo bạn, tốc độ tối thiểu mà bạn yêu cầu để robot có thể hoàn thành tốt
nhiệm vụ của mình là bao nhiêu? ( Km/h)
Câu hỏi 12: Bạn sẵn sàng bỏ ra bao nhiêu tiền để có 1 chú robot có thể vượt mọi địa
hình, tính ổn định cao, bảo mật tốt?

- Kết quả khảo sát thu được
Ghi vào dòng bên dưới theo thứ tự bất kì
Câu hỏi 1: 40/50 là có còn lại là không
Câu hỏi 2: 48/50 là chưa sử dụng ,2 người sử dụng robot dò đường
Câu hỏi 3: 40/50 cần phải vượt được các địa hình gồ ghề ,còn lại là vượt địa hình
nước
Câu hỏi 4: 48/50 không dây , còn lại là có dây . Khoảng các đk là tầm 1km
Câu hỏi 5: 35/50 là không ổn định còn là ổn định . Không ổn định do điều khiển
Câu hỏi 6: 50/50 là có cần
Câu hỏi 7: 45/50 là có với thang điểm >7/10 còn lại là trung bình với 5/10 điểm
Câu hỏi 8: 40/50 là cao <30mm, dài <50mm, rộng <30mm, còn lại là cao
>30mm,dài >50mm,rộng >30mm
Câu hỏi 9: 30/50 cho rằng phải >10 giờ, còn lại cho rằng <10 giờ
Câu hỏi 10: 35/50 Cần thu thập địa hình đường đi, bản đồ . Còn lại cần thêm xác
định kẻ thù ,bom, mìn…
Câu hỏi 11: 38/50 là có còn lại là không
Câu hỏi 12: 40/50 dưới 25 triệu còn lại là trên 25 triệu
- Kết quả nhu cầu khách hàng:
STT
1
2
3
4
5
6

Nhu cầu khách hàng
Nhu cầu về sự tiện lợi
Nhu cầu về công năng sử dụng
Nhu cầu về giá thành thấp

Nhu cầu về tích hợp công nghệ
Nhu cầu về tiết kiệm năng lượng
Mức độ bảo mật

Quan trọng
4
1
6
5
2
3

2.2 Xác định thông số kĩ thuật sản phẩm
- Từ những kết quả khảo sát khách hàng ở phần trên, ta có các bảng mô tả cơ bản về
robot
Bảng danh sách đại lượng cần đáp ứng:
STT
1
2
3
4
5
6

Đại lượng
Dung lượng Pin
Thời gian sạc Pin
Thời gian sử dụng Pin
Kích thước
Khối lượng

Tốc độ di chuyển

Nhu cầu
1300
10
1
500x200x100
10
5

Đơn vị
mAh
Phút
Giờ
mm
Kg
Km/h


7
8

Khoảng cách điều khiển
Giá thành

1000
15.000.000

m
VND

Bảng thông số của các mẫu robot trước đó:
Thuộc tính

ResearchRHex

X-RHex

XRL

xJu¨s

Chiều dài thân[cm]

54

57

51

56

Chiều rộng tổng thể [cm]

39

39

40.5

36

Đường kính chân [cm]

17.5

17.5

17.5

16.5

Khoảng sáng gầm [cm]

11.5

12.5

11.0

14.0

Khối lượng[kg]
Tỉ trọng công suất Cont.Robot[W/kg]

8.2-8.9

8.6-9.5

6.7

6.1

20.4-22.2

52.8-58.8

75.2

47.0

Tỉ trọng Năng lượng Robot [Wh/kg]

8.1-13.5

16.7-30.3

12.4

8.0

Bảng thông số về động cơ và pin của các mẫu robot trước đó:
Đặc
tính
Loại Motor
Công suất động cơ[W]

ResearchRHex
Brushed

X-RHex
Brushless

XRL

xJu¨s

Brushless Brushed

20

50

Hộp giảm tốc

33:1

Khối lượng của motor[g]

292

Loại Encoder

Optical

Chính xác bộ mã hóa [count]

500

1024

1024

512

Hall

AbsoluteEncoder

None

None

6.86

5.95

7.24-

5.02

8.1

15.4

9.26
9.9-12.6

7.64

Thiết bị cảm biến thước đo
chân
Tốc độ không tải [Hz]
Mômen Công suất có thể thực
hiện[]

28:1

50
18:1-

29.1:1

288

23.1
288

246

Magnetic

22

Magnetic Optical


Công suất ra mức tối đa [W]
Cont.PowerOutput[W]
Mật độ công suất Động cơ

mức tối đa[W/kg]
Mật độ công suất robot mức
tối đa [W/kg]
Cont. Mật độ công suất động
cơ [W/kg]
Cont. Mật độ công suất robot
[W/kg]

111

342

342

96

30

84

84

48

380

1190

1190

390

216-240

306

94

292

292

52.8-58.8

75.2

7884
103
20.4-22.2

19
5
47

- Sau khi khảo sát khách hàng và so sánh các thông số của đối thủ cạnh tranh, nhóm
nghiên cứu đã đưa ra bản thông số sơ bộ của sản phẩm như sau:
STT
1
2
3

4
5
6
7
8

Đại lượng
Dung lượng Pin
Kích thước robot
Khối lượng
Thời gian sạc Pin
Tốc độ di chuyển của robot
Độ xa khi điều khiển không dây
Thời gian hoạt động liên tục
Giá thành

Giá trị biên
>2000mAh
<600x400x200 mm
<10 kg
<1 giờ
>4km/h
>500 m
>30 phút
<30.000.000 Vnđ

Giá trị lí tưởng
2650mAh
500x300x100 mm
7 kg

15 phút
6 km/h
1000 m
1.5 giờ
20.000.000 Vnđ

Phần III: Xây dựng concept
3.1 Làm rõ vấn đề
- Mục tiêu dự án:
Thiết kế ,chế tạo và phân tích robot 6 chân vượt địa hình có mở rộng trên các
biến thể của Edu robot trước bằng cách kết hợp thêm cột sống thụ động với khả năng
tiết kiệm năng lượng tối đa và khả năng di chuyển linh hoạt trong nhiều loại địa hình
khác nhau.
- Phạm vi dự án:
xJus robot là một loại robot di động linh hoạt rất hữu ích trong việc dò đường
hay trong sản xuất vì thế chúng có thể được sử dụng phổ biến trong quân sự hoặc trong


công nghiệp. Ngoài ra chúng còn có thể dùng trong trường học hay giúp con người các
công việc hàng ngày. Vì thế phạm vi của dự án là rất rộng đặc biệt là trong nước có có
thể tiến xa hơn ra nước ngoài.
- Khách hàng:
Với các tính năng cũng như khả năng làm việc linh hoạt thì khách hàng mà các
thành viên hướng tới là các dự án trong quân đội sau đó đến các nhà máy công nghiệp
xí nghiệp sản xuất , gia đình… Ngoài ra trong tương lai nhóm sẽ cố gắng cải thiện và
nâng cấp các tính năng cũng như hình dáng sao cho nhỏ gọn để hướng đến các khách
hàng như các nhà thám hiểm hay cho các lính cứu hỏa trong môi trường nguy hiểm.
- Công nghệ:
Tích hợp công nghệ mô phỏng 3D bằng phần mềm Soliwork, mô phỏng sự biến
đổi vật lí của robot khi gặp chướng ngại vật bằng phần mềm Blender, tính toán khảo

sát dao dộng bằng phần mềm Matlab, khảo sát tính ổn định của robot bằng gia tốc
nghiêng và vẽ đô thị hiển thị dao động của robot bằng phần mềm Matlab.
Ngoài ra, dự án còn sử dụng bộ điều khiển bằng board mạch aduno mega cho
độ điều khiển chính xác và bộ điều khiển từ xa bằng sóng RF cho khoảng cách điều
khiển lên đến 1.5 km.
3.2 Tìm bên ngoài
- Nhiều robot 6 chân đã được thiết kế với cảm hứng sinh học từ loài côn trùng 6
chân đặc biệt là loài gián trong những năm gần đây, nhưng robot 6 chân thành công nhất
phải kể đến là RHex , được nghiên cứu vào năm 1998 do DARPA tài trợ. Nguyên mẫu
đầu tiên được xây dựng vào năm 1999 tại Đại học Michigan, nhưng RHex vận động đã
được nghiên cứu rộng rãi tại một số trường đại học trong thập kỷ qua, trong đó có nhiều
trường đại học nổi tiếng trên thế giới như Đại học McGill, Đại học Carnegie Mellon, và
Đại học Pennsylvania , và một biến thể của Rhex được thương mại hóa bởi Boston
Dynamics là một robot vượt địa hình ghồ ghề .
3.2.1 RHex platform


- RHex platform được phát triển từ 1999 2004 trong một sự hợp tác giữa các trường
đại học liên McGill và một số trường đại
học Mỹ, với sự tài trợ từ DARPA. RHex đã
liên tục được cải thiện trong nhiều năm qua.
- RHex là một robot nhỏ gọn và nhanh
nhẹn. Robot này có thể đi bộ và chạy lên
đến

2,7 m / s trên địa hình phẳng ,đi trên môi trường ngoài trời rất đa dạng, leo

dốc trên 40 độ, và các tuyến đường sắt đi qua mặt gồ ghề và bụi gai. Phát triển RHex
cũng chứng minh rằng một robot đặc biệt nhanh nhẹn có thể là kết quả từ sự kết hợp
của sự di chuyển các chân theo thứ tự.

3.2.2 Shelley-Rhex
- Trong năm 2001, Robot RHex đã được
chạy và trình diễn lần đầu tiên với khả
năng lội nước.Nó đi trên một bãi biển đầy
cát trắng vào một cái hồ, bơi bằng các
chân đó từ trên bề mặt, và bước trở ra
trên đất qua những tảng đá trơn.Để bảo vệ các thiết bị điện tử từ tác động bên ngoài,
bụi bẩn và độ ẩm, một dự án đã được thực hiện để thay thế vỏ.
- Shelley-Rhex được phát triển dựa trên nền tảng robot Rhex Platform nhằm cải thiện
khả năng vượt địa hình và có thể bơi được trên mặt nước.
3.2.3 Rugged-Rhex
- Robot Rugged-RHex được thiết kế trên
một nỗ lực để khám phá ứng dụng của
robot phục vụ trong lĩnh vực thương mại,
"backpackable" robot không người lái đó
là sản phẩm của quân đội Hoa Kỳ. Điều
này tạo phản ứng từ các nhà tài trợ bày tỏ


quan tâm của họ sau khi các quan sát về khả năng hoạt động của các phiên bản trước
của robot Rhex.
- Rugged-Rhex được thiết kế với khả năng mang thêm được vật năng có tải trọng 2kg
với khoảng cách đi lại là 2 km, thời gian hoạt động lên đến 6h và có khả năng chống
nước / hoạt động trong mưa.
3.2.4 AQUA
- Dựa trên nền tảng Rugged-RHex, mục
tiêu của dự án là AQUA để phát triển một
nền tảng và hệ thống máy tính tầm nhìn có
khả năng tạo ra các bản đồ ba chiều của
các rạn san hô (www.aquarobot.net) .Các

nền tảng đã được yêu cầu phải có khả năng đi bộ trên cả đất và nước, và bơi lội ở độ
sâu 10m. Phát triển của nền tảng AQUA có được là nhờ sự hỗ trợ của Inst Canada
cho Robotics và hệ thống thông minh (IRIS).

3.2.5 X-Rhex
- XRhex là phiên bản nâng cấp của Rhex
với các cải tiến đáng kể về mặt kết cấu
khi có thêm hệ thống tải trọng trên chóp
robot cùng khả năng di chuyển linh hoạt.
- XRhex được trang bị nhiều kĩ năng như
leo cầu thang, bật nhảy, lộn, leo đốc và
khả năng tạo được mô hình 3D của môi
trường xung quanh.
- Trọng lượng của robot được giảm đáng kể, công suất động cơ được cải thiện khi
XRhex được trang bị động cơ DC không chổi than với độ bền cao và tiết kiệm năng
lượng.


3.2.6 XRL
- X-RHex Lite (XRL) là một nghiên cứu
thiết kế trong phương pháp của việc sử
dụng phòng thí nghiệm tương tự trên chân
các thành phần như X-RHex, trong một
cấu hình hơi khác nhau để đơn giản hóa
chế tạo, trong khi giảm thiểu trọng
lượng. XRL được thiết kế với kích thước
không gian giống nhau gần như Rhex
Platform, nhưng được xây dựng thông qua một thiết kế lồng vào nhau của miếng nhôm
phẳng gia công sử dụng một máy cắt bằng tia nước, chứ không phải là phay
CNC. Xung quanh khung của robot là một lớp vỏ hoàn toàn bằng sợi carbon (tương tự

như "Shelly-RHex" biến thể), phục vụ cả hai như là một vỏ bảo vệ cũng như một cấu
trúc, đặc biệt là cho làm cứng tải khi gắn kết chân.
3.2.7 Edu robot
- Một biến thể khác của robot Rhex là
Edu robot được nghiên cứu bởi

IEEE

International Conference on Robotics and
Automation năm 2011.
- Edu robot có thể thay đổi độ cứng của thân bằng cách thay đổi kích thước của
chân, dẫn đến sự linh hoạt trong di chuyển trên địa hình gồ ghề.
3.2.8 SprawHex Platform
- Một biến thể được phát triển từ Rhex
nữa là SprawlHex Platform được nghiên cứu
bởi University of California, Berkeley, CA,
USA năm 2008.

3.2.9

robot


- Ngoài ra, một biến thể đặc biệt được kế
hợp giữa robot Rhex và Edu robot là

robot

được nghiên cứu bởi nhóm sinh viên trường
Đại học Princeton năm 2013.

- xJu¨s robot là robot 6 chân đầu tiên với
một điều chỉnh độ cứng cột sống thụ độngcompliant, được thiết kế để lưu trữ năng lượng cơ thể và giảm lãng phí bằng cách giảm
thiểu các lực lượng nội bộ mâu thuẫn. Kết quả cho thấy việc giảm yêu cầu mô men
động cơ khi tuân thủ sống được giới thiệu trên địa hình bằng phẳng, cũng như cải thiện
khả năng để vượt qua những trở ngại lớn. Các thành phần cơ khí điện tử phần mềm
thiết kế trong việc xây dựng một máy chi phí mô-đun và thấp, cũng như các phương
pháp thử nghiệm và kết quả ban đầu.
- Dự án này kết hợp thêm cảm hứng sinh học vào các hình thái RHex bằng cách
thêm một xương sống thụ động tuân thủ giúp robot có tiết kiệm năng lượng tối đa và
linh hoạt trong quá trình di chuyển.
3.3 Tìm bên trong
- Mô hình sơ bộ của robot Xjus
Hệ thống

Hệ thống

Địa hình

điều khiển

cơ khí

bên ngoài

Tín hiệu
phản hồi

- Các modul của hệ thống điều khiển:
+) Bộ thu – phát RF
+) Tay cầm điều khiển PS2

+) Vi điều khiển xử lý


- Các modul của hệ thống cơ khí:
+) Modul vỏ robot
+) Modul động cơ robot
+) Modul chân robot
+) Modul thân robot
+) Modul pin robot
3.4 Khảo sát hệ thống
3.4.1 Tìm kiếm giải pháp về năng lượng và vật liệu cho robot xJus:
Giải pháp về năng lượng
- Pin

Giải pháp về vật liệu
- Nhôm

- Năng lượng mặt trời

- Thép cacbon

- Động cơ hơi nước

- Inox

- Động cơ đốt trong

- Nhựa

- Năng lượng hạt nhân

- Đồng

- Phong năng

- Vàng

- Nhiệt năng

- Gỗ

3.4.2 Phương pháp so sánh ưu – nhược điểm khảo sát hệ thống
- So sánh ưu nhược điểm của Pin và động cơ đốt trong:
Pin

Động cơ đốt trong

- Gọn, nhẹ, dễ dùng, an toàn, đầu tư

- Khỏe.

rẻ

- Dễ tiếp nhiên liệu.

- Giá thành tương đối cao.

- Nhiên liệu dễ tìm.

- Tích năng lượng ít.

- Khó thiết kế và điều khiển.

- Khó sạc.

- Tỏa nhiệt lớn, tiếng ồn, ô nhiễm.
- Nặng, khó di chuyển

- So sánh ưu – nhược điểm của pin và năng lượng mặt trời
Pin

Năng lượng mặt trời


- Gọn, nhẹ, dễ dùng, an toàn, đầu tư

- Thân thiện môi trường.

rẻ.

- An toàn

- Tốn năng lượng.

- Tự sạc khi có ánh sáng.

- Ô nhiễm trong tái chế.

- Đầu tư ban đầu đắt.

- Không tự sạc được.

- Chỉ hoạt động khi có nắng.
- Cồng kềnh.

Kết luận: Giải pháp năng lượng là pin là hợp lí nhất cho robot xJus.

3.5 Xây dựng các concept
 Concept A

Thành
phần

Kích
thước(cm)
(a x b x h)

Hình dáng
Vật liệu

Thân

360x540x5

Nhôm

Bánh

5x20x150

Thép
đàn hồi

Cột
sống
thụ
động

50x200x5

Thép lò
xo


Pin

100x200x100

Than
chì

Khung

150x200x10

Thép

Trục

R5x123

Thép
thường

Hình tổng thể của robot

 Concept B


Thành
phần

Kích
thước(cm)
(a x b x h)

Vật
liệu

Thân

200x550x150

Nhôm

Bánh

25x140x5

Thép

đàn hồi

Pin

150x200x50

Khung

250x550x50

Than
chì

Thép
gió

Hình dáng


Trục

R5x50

Thép
thường

Bản vẽ tổng thể

 Concept C
Thành

phần

Kích
thước(cm)
(a x b x h)

Vật
liệu

Thân

360x540x5

Nhôm

Hình dáng


Bánh
170x20x170

Thép
thường

Cột
sống
thụ
động

50x200x5

Thép lò
xo

Pin

R30x100

Than
chì

Khung

200x400x50

Thép

Trục

R10x100

Thép
thường


Hình vẽ tổng thể

3.6 Lựa chọn concept
3.6.1 Bảng so sáng các concept:
Mức đánh giá

1 – Không đạt
2 – Đạt kém

Concept A

3 – Đạt vừa

Concept B

Concept C

4 – Rất đạt
5 – Trên cả mong đợi
Tiêu chí đánh

Trọng số

Đánh

giá

(%)

giá

Độ ổn định

25

3

12

4

16

20

80

Giá thành

5

4

80

2

40

2

40

15

3

20

4

26.7

10

66.67

20

4

20

3

15

8

40

35

3

8.5

3

8.5

15

42.85

Tiết kiệm năng
lượng
Tính bảo mật
Khả năng vượt
địa hình

Điểm

Đánh
giá

Điểm

Đánh
giá

Điểm


Điểm

100

3.25

140.5

3.35

106.2

12.65

269.52

Kết luận: Nhóm phát triển sản phẩm mẫu dựa trên concept A.
3.6.2 Mô tả chi tiết concept được chọn
Thuộc tính

xJu¨s

Chiều dài thân[cm]

50.0

Chiều rộng tổng thể [cm]

30.0

Đường kính chân [cm]

15.0

Khoảng sáng gầm [cm]

14.0

Khối lượng[kg]

Loại Motor
mức tối đa[W/kg]
Mật độ công suất robot mức
Công suất động cơ
Hộp giảm tốc

7.5
Không chổi than
78-

20W
29:1

Loại encoder

Tương đối

Momen xoắn

6 kg.f.cm

Khối lượng động cơ

220 gam

Tốc độ không tải

900ppr