THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT LEO CẦU THANG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC GIÁM SÁT, CỨU HỘ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT LEO CẦU THANG - ỨNG
DỤNG TRONG CÔNG TÁC GIÁM SÁT, CỨU HỘ

Họ Và Tên Sinh Viên: NGUYỄN ĐĂNG KHOA
NGUYỄN TRÚC GIANG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2013-2017

Tháng 06/2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ- CÔNG NGHỆ

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Ngày 06 tháng 02 năm 2017

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHOA: CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN: Cơ Điện Tử
Họ và tên sinh viên: 1) Nguyễn Đăng Khoa

MSSV: 13153128

2) Nguyễn Trúc Giang

MSSV: 13153084

1. Tên đề tài:
Thiết kế,chế tạo mô hình robot leo cầu thang-ứng dụng trong giám sát cứu hộ
2. Nhiệm vụ giao (ghi rõ nội dung phải thực hiện):
 Khảo sát các mô hình robot vượt địa hình trong công tác giám sát cứu hộ
đã có.
 Thiết kế chế tạo mô hình mobie robot
 Viết giao diện và điều khiển robot để robot leo lên được cầu thang
3. Ngày giao: 06/02/2017.
4. Ngày hoàn thành: 15/05/2017.
5. Họ và tên người hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Tấn Phúc
Nội dung và yêu cầu LA đã được thông qua Bộ môn
Ngày ….tháng ….năm 2017
Trưởng Bộ Môn

PHẦN DÀNH CHO KHOA:
-

Người duyệt:

Nội dung hướng dẫn
Toàn bộ
Người hướng dẫn
( Ký tên, ghi rõ họ và tên)

-

Ngày bảo vệ:


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT LEO CẦU THANG - ỨNG DỤNG
TRONG CÔNG TÁC GIÁM SÁT, CỨU HỘ

Tác giả

NGUYỄN ĐĂNG KHOA
NGUYỄN TRÚC GIANG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn
Th.s NGUYỄN TẤN PHÚC

Tháng 06 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án, nhóm thực hiện đã nhận được sự giúp đỡ rất tận
tình từ quý thầy cô trong và ngoài khoa Cơ Khí – Công Nghệ, cũng như các bạn cùng
làm đồ án tại phòng thực hành CK6. Nhờ sự giúp đỡ đó, nhóm đã hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp của mình.

Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn Th.s
Nguyễn Tấn Phúc, thầy đã trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ giúp nhóm thực hiện đồ án
một cách thuận lợi và hoàn thành tốt đồ án.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến ban chủ nhiệm và các thầy cô trong khoa Cơ
Khí-Công nghệ đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu cũng như bố trí cho nhóm được
làm việc trực tiếp tại phòng thực hành CK6, giúp công việc của nhóm được thuận lợi
hơn.
Đồng thời, nhóm xin gửi lời cám ơn đến các bạn cùng thực hiện đồ án tại phòng
thực hành CK6 đã chia sẽ trao đổi kiến thức cũng như kinh nghiệm trong thời gian
thực hiện đề tài.
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!
Nhóm sinh viên thực hiện
NGUYỄN ĐĂNG KHOA
NGUYỄN TRÚC GIANG


TÓM TẮT
Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá như hiện nay, cùng với sự phát
triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật đã làm thúc đẩy việc nghiên cứu, sáng tạo ra
nhiều cái mới mẻ ứng dụng để phục vụ đời sống con người.
Cùng với sự phát triển chống mặt về khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo kéo theo
sự tăng tiến vượt bậc của ngành chế tạo robot.
Theo ước tính với tốc độ phát triển đó, năm 2030, robot có thể thay thế 80% con
người để làm những việc như là việc nhà, thi hành công trình, có thể giao tiếp với con
người nhiều hơn. Đặc biệt, robot được phát triển theo hướng y tế, quốc phòng công
nghiệp,trinh thám,phát hiện sự vật và gửi về máy chủ…
Nhận thấy niềm đam mê cùng với nhiệm vụ hoàn thành khoá luận tốt nghiệp
nhóm đã chọn làm đề tài “ROBOT LEO CẦU THANG - ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG TÁC GIÁM SÁT CỨU HỘ”.
Thiết kế, chế tạo thành công robot vượt địa hình, giao diện giám sát điều khiển

qua điện thoại, điều khiển robot bằng bluetooth
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, bạn bè
nhóm thực hiện đã hoàn thành tốt đề tài của mình. Nhóm thực hiện chân thành cảm ơn
và mong nhận được những đóng góp chân thành từ thầy cô và bạn bè.
Nhóm sinh viên thực hiện
NGUYỄN ĐĂNG KHOA
NGUYỄN TRÚC GIANG


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................ii
TÓM TẮT...................................................................................................................iii
MỤC LỤC................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................vi
DÁCH SÁCH CÁC BẢNG......................................................................................viii
Chương 1...................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1.1.

Lí do chọn đề tài.............................................................................................1

1.2.

Mục tiêu đề tài................................................................................................3

1.3.

Nội dung đề tài................................................................................................3

1.4.

Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................4

1.6.

Lịch sử nghiên cứu.........................................................................................4

1.7.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.....................................................................12

1.8. Kết quả dự kiến đạt được..............................................................................12
Chương 2 TỔNG QUAN..........................................................................................13
2.1.

Mạch điều khiển Arduino Uno R3...............................................................13

2.2.

Sơ lược lịch sử ra đời của Arduino..............................................................13

2.2.1.

Vi điều khiển..............................................................................................15

2.2.2.

Bộ nhớ........................................................................................................16

2.2.3.

Các cổng vào/ra của arduino....................................................................16

2.2.4.

Mạch Điều Khiển Động Cơ Vnh2sp30m.................................................20

2.2.5.

Sơ Đồ Nối Chân Motor Shield Vnh2sp30 Với Arduino..........................24

2.2.6.

Tín hiệu nhận- thu điều khiển động cơ....................................................25

2.3.

CƠ CẤU ROBOT.........................................................................................30

2.3.1.

Động cơ Điện Một Chiều -DC..................................................................30

2.3.1.1.

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều..............31

2.3.1.2.

Các trị số định mức................................................................................32


2.3.1.3.

Động cơ DC giảm tốc.............................................................................32

2.3.1.4.

Ứng dụng của hộp giảm tốc...................................................................33

2.3.2.

Động cơ có hộp giảm tốc trục vít bánh vít...............................................34

2.3.3.

Chọn động cơ.............................................................................................35

2.3.3.2.
2.4.

Chọn loại đai..........................................................................................37

Tính toán bộ truyền xích..............................................................................43

2.5. Tìm hiểu môi trường lập trình ứng dụng inventor app và thiết kế giao
diện điều khiển........................................................................................................47
2.6.

Khảo sát các mô hình cầu thang..................................................................47

Chương 3.................................................................................................................... 50
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................50
3.1.Vật liệu nghiên cứu...........................................................................................50
3.2.

Phương pháp nghiên cứu.............................................................................51

3.3

Thiết kế dây đai............................................................................................53

3.4

Động cơ..........................................................................................................54

3.5

Bản vẽ xích và bánh xích trên creo..............................................................54

3.6

Tính toán thiết kế khung xe........................................................................56

3.7

Thiết bị truyền hình ảnh..............................................................................61

3.8

Tính toán, thiết kế khối điều khiển.............................................................63

Chương 4.................................................................................................................... 64
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................64
4.1

Kết quả..........................................................................................................64

4.1.1 Giao diện điều khiển bằng app sử dụng smartphone..................................64
4.1.2 Khung mô hình..............................................................................................65
4.2 THẢO LUẬN....................................................................................................66
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................67
5.1

Kết luận.........................................................................................................67

5.2

Hướng phát triển..........................................................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................69
PHỤ LỤC................................................................................................................... 70

DANH MỤC CÁC HÌNH


Trang
Hình 1.1: Robot chiến đấu của hàn quốc chế tạo...........................................................2

Hình 1.2: Robot thăm dò Sao Hoả của NASA...............................................................2
Hình 1.3: Robot vượt địa hình.......................................................................................3
Hình 1.4: Hình ảnh chụp robot beagle-2 rover trên sao hoả...........................................5
Hình 1.5: Ứng dụng robot trong y học...........................................................................6
Hình 1.6: Robot côn trùng.............................................................................................7
Hình 1.7: Robot đầu tiên được đưa lên sao hỏa mang tên sojourner..............................8
Hình 1.8: Robot ASIMO - loại robot thành công nhất mà con người chế tạo ra............9
Hình 1.9: Robot rà phá bơm mìn của nhóm sinh viên Đà Nẵng...................................10
Hình 1.10: Robot leo cầu thang của Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự...............................11
Hình 1.11: Robot vượt địa hình tham gia Robocon techshow 2011.............................11
Hình 2.1: Board Arduino UNO R3..............................................................................14
Hình 2.2: Vi điều khiển trên board mạch Arduino Uno R3..........................................15
Hình 2.3: Dãy chân analog và digital...........................................................................16
Hình 2.4: Ứng Dụng Arduino Trong Cuộc Sống..........................................................19
Hình 2.5: Giao Diện Arduino IDE...............................................................................20
Hình 2.6: Sơ Đồ Nguyên Lí DriveR VNH2SP30.........................................................20
Hình 2.7: Arduino Motor Shield Vnh2sp30.................................................................21
Hình 2.8: Sơ đồ kết nối module với arduino................................................................24
Hình 2.9: Module HC-05.............................................................................................25
Hình 2.10: Sơ đồ kết nối Arduino với HC05................................................................30
Hình 2.11: Một số động cơ điện một chiều hay gặp.....................................................31
Hình 2.12: Một số động cơ giảm tốc trên thị trường....................................................33
Hình 2.13: Bộ truyền trục vít –bánh vít.......................................................................34
Hình 2.14: Cấu tạo của động lep..................................................................................36
Hình 2.15: Động cơ dc giảm tốc trục vít- bánh vít.......................................................36
Hình 2.16: Đai dẹt........................................................................................................38
Hình 2.17: Đai hình thang............................................................................................39
Hình 2.18: Bảng số hiệu các loại đai............................................................................40
Hình 2.19: Đai răng một mặt.......................................................................................40

Hình 2.20: Cơ cấu bộ truyền xích................................................................................43
Hình 2.21: Palang xích kéo tay....................................................................................43
Hình 2.22: Xích tải công nghiệp..................................................................................44
Hình 2.23: Bộ truyền xích động...................................................................................44
Hình 2.24: Một số bánh xích hay dùng........................................................................45
Hình 2.25: Giao diện app inventor...............................................................................47
Hình 2.26: Mô hình cầu thang tượng trưng của Giảng đường T..................................48
Hình 2.27: Cầu thang giảng đường Rạng Đông...........................................................49
Hình 3.1: Đai lớn.........................................................................................................53
Hình 3.2: Đai nhỏ........................................................................................................53
Hình 3.3: Khoảng cách giữa cái lỗ của động cơ...........................................................54
Hình 3.4: Hình vẽ 3d dây xích trên creo......................................................................55
Hình 3.5: Bánh bị dẫn động.........................................................................................55
Hình 3.6: Bánh dẫn động.............................................................................................55
Hình 3.7: Bánh đai chủ động.......................................................................................56
Hình 3.8: Bánh đai bị động..........................................................................................56
Hình 3.9: Bánh đai ở càng trước..................................................................................57
Hình 3.10: Bánh căng đai............................................................................................57
Hình 3.11: Gối đỡ........................................................................................................58
Hình 3.12: Thân robot..................................................................................................58
Hình 3.13: Thân càng trước.........................................................................................59
Hình 3.14: Trục nhỏ.....................................................................................................59
Hình 3.15: Trục lớn......................................................................................................59
Hình 3.16: Khung xe chưa lắp càng trước...................................................................60
Hình 3.17: Khung xe mô hình cơ bản..........................................................................61
Hình 3.18: 360 CAMERA IP 720P NIGHT EDITION................................................62
Hình 4.1: Giao diện điều khiển bằng app inventor.......................................................64
Hình 4.2: Mô hình xe hoàn thiện.................................................................................65
Hình 4.3: Hình được cắt từ video demo leo cầu thang.................................................65

Hình 5.1: Mô hình hoàn chỉnh có gắn camera.............................................................67

DÁCH SÁCH CÁC BẢNG


Tran

Bảng 2.1: Một vài thông số của Arduino Uno R3........................................................14
Bảng 2.2: Vnh2sp30 Gồm Các Chân...........................................................................22
Bảng 2.3: Bảng thông số các chân của HC05..............................................................26
Bảng 3.1: Bảng thống kê vật liệu được sử dụng trong đồ án........................................50
Bảng 4.1: Bảng khảo nghiệm số lần leo cầu thang.......................................................66


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Lí do chọn đề tài
Từ xa xưa khát vọng chinh phục tự nhiên luôn thôi thúc con người tìm tòi,

nghiên cứu khoa học. Đến nay con người đã đạt được các thành tựu khoa học to lớn
trong nhiều lĩnh vực, kể cả chinh phục các khoảng không gian mà trong giới hạn của
con người không cho phép, bằng việc chế tạo ra các robot thông minh có thể hoạt động
một cách độc lập và linh hoạt trong các môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm nhất.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ - Điện tử, robot vượt địa
hình ngày một được hoàn thiện và được đầu tư phát triển mạnh mẽ nên đã cho thấy
được lợi ích của nó trong quân sự, trong nghiên cứu. Nó được sử dụng trong các mục
đích dò tìm bom mìn, thám hiểm hầm mỏ, kiểm tra các đường ống ngầm, hoạt động
trong các môi trường có nhiều hóa chất độc hại, có nồng độ phóng xạ cao,… những

khu vực mà con người không đến được và nguy hiểm đối với con người.
Cộng với nhu cầu con người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot địa
hình quân sự càng rộng lớn. Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot như:
 Kiểm tra trong các môi trường nguy hiểm, khắc nhiệt những nơi nhiễm khí độc,
môi trường nước, các đường ống ngầm...
 Dùng trong lĩnh vực quân sự, robot do thám...
 Một ưu điểm khác của robot địa hình quân sự phải kể đến là tính linh hoạt và
thích nghi khi làm việc ở những vị trí và địa hình khác nhau, điều này mở ra
cho robot vượt địa hình quân sự có thêm nhiều ứng dụng mới.

1


Hình

1.1:

Robot

chiến

đấu

của
hàn quốc chế tạo

2


Hình 1.2: Robot thăm dò Sao Hoả của NASA

Do đó, việc nghiên cứu Robot vượt địa hình được điều khiển từ xa là vấn đề cần
thiết cho thực tế. Chính vì vậy, nhóm chúng em chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo Robot
leo cầu thang - ứng dụng trong giám sát cứu hộ ” để làm đề tài .

1.2. Mục tiêu đề tài



Mục tiêu trước hết hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Áp dụng lý thuyết đã học vào thực tế phát huy những khả năng của vi điều
khiển và các thiết bị công nghệ cao nhằm tạo ra những sản phẩm có tính



ứng dụng cao trong cuộc sống hằng ngày.
Nâng cao về khả năng lập trình các chương trình trên nền tảng board



Arduino và khả năng vẽ, thiết kế trên các phần mềm thiết kế.
Thiết kế, chế tạo và hoàn thiện mô hình Robot leo cầu thang - ứng dụng



trong giám sát cứu hộ.
Ngoài ra, nhóm còn muốn lấy đề tài làm nền tảng cho các khóa sau nghiên
cứu, phát triển và hoàn thiện hệ thống một cách đầy đủ hơn để ứng dụng



không chỉ trong học tập mà còn ngoài thực tế .
Viết giao diện và điều khiển robot để robot leo lên được cầu thang .

Hình 1.3: Robot vượt địa hình
3


1.3. Nội dung đề tài
 Khảo sát các mô hình robot vượt địa hình trong công tác giám sát cứu hộ
đã có.
 Thiết kế chế tạo mô hình mobile robot.
 Viết giao diện và điều khiển robot leo lên được cầu thang.
1.4. Đối tượng nghiên cứu







1.5.

Tìm hiểu về board mạch vi xử lý Arduino Uno
Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Arduino trên nền phần mềm IDE.
Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Inventor App bằng ứng dụng điện thoại .
Tìm hiểu driver VNH2SP30 điền khiển động cơ DC.
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách điều khiển động cơ DC.
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động module Bluetooth .
Tìm hiểu về các loại dây đai.
Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu :






Board vi xử lý Arduino Uno R3.
Module Bluetooth HC-05.
Module điều khiển động cơ VNH2SP30.
Cơ cấu robot: động cơ hộp số giảm tốc trục vít-bánh vít, dây đai răng 1 mặt, bạc

đạn, bánh xe bằng nhôm, bulong, đai ốc, bánh răng xích.
 Vật liệu làm khung : nhôm thanh dẹp dày 5mm, trục 10mm.
Phương pháp nghiên cứu :
 Từ những tài liệu , sách báo, internet có liên quan tới đề tài.
 Tìm kiếm và học hỏi những kiến thức, kinh nghiệm những người đã làm trước.
 Tìm hiểu và phát triển dựa trên nền tảng các robot vượt địa hình, leo cầu thang.
1.6.

Lịch sử nghiên cứu

1.6.1. Lịch sử phát triển robot trên thế giới
Năm 1921: Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có
nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek.
Năm 1948: tại Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Argonne, nhà nghiên cứu Goertz
đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master-slave manipulator) điều khiển từ xa
4

đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ
cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”
(Industrial Robot). Đó là những loại thiết bị có dáng dấp và có một vài chức năng như
tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất.
Những năm 80, robot công nghiệp phát triển mạnh mẽ trong thám hiểm không
gian và công nghiệp ôtô; và sau đó chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp vào đầu những năm 90.
Một bước di chuyển ngắn của robot đồng nghĩa với một bước phát triển lớn về
tri thức của nhân loại. Sáng tạo ra robot là niềm vinh hạnh của con người. Chủng loại
robot hiện nay khá phong phú, chúng thực hiện được rất nhiều chức năng: từ thăm dò
chinh phục vũ trụ, hỗ trợ thầy thuốc chẩn đoán bệnh, giúp đỡ người khuyết tật, cho
đến vận chuyển đồ vật và tham vui chơi cùng với trẻ em. Các nhà nghiên cứu châu Âu
và Mỹ đã phóng nhiều robot lên sao Hoả, nhằm khám phá, thăm dò và chinh phục
Hành tinh này. Theo kế hoạch đã định, tàu vũ trụ Mars Express của châu Âu, sau khi
vượt qua chặng đường 485 triệu km đã thực hiện động tác cho Robot Beagle-2 tiếp
"đất" sao Hoả vào đêm Noel năm 2003. Về phần mình, NASA đã cho 2 robot cơ động
(Rovers) hạ cánh xuống bề mặt Hành tinh Đỏ vào tháng Giêng năm 2004. Mục tiêu
của các robot này không nhỏ: tìm kiếm dấu vết của nước và có thể là dấu vết của sự
sống, đã từng tồn tại trên hành tinh láng giềng của Trái đất.

Hình 1.4: Hình ảnh chụp robot beagle-2 rover trên sao hoả
5


Lĩnh vực thứ hai mà robot phát huy tác dụng tích cực là hỗ trợ thầy thuốc khám,
chẩn đoán và phát hiện bệnh. Robot còn hỗ trợ người khuyết tật thực hiện các thao tác
hàng ngày, mà họ không làm được. Nhóm robot khác có hệ thống máy móc tạo khả
năng tự hành cao hơn, giống "người" hơn: ví dụ như ô-tô tự điều khiển (không cần sự

hỗ trợ của người); robot thích ứng thăm dò biển thế hệ thứ ba - loại robot này đi được
gần giống người. Nhóm robot này hoạt động ở những địa điểm nguy hiểm nhất mà con
người không thâm nhập được, như trong nhà máy điện hạt nhân hay trong núi lửa.
Hiện nay, việc nghiên cứu kỹ thuật robot còn đang ở giai đoạn đầu, nhưng đã có những
ứng dụng ban đầu rất thành công. Có thể khẳng định, đây là lĩnh vực công nghệ rất có
triển vọng. Ví dụ điển hình là dụng cụ robot tách bóc da trong phẫu thuật ghép da bị
bỏng. Trên thực tế, thao tác này đòi hỏi phải thực hiện rất chính xác, ít phẫu thuật viên
thực hiện được hoàn hảo, trong khi dụng cụ robot do LIRMM cung cấp thực hiện rất
tốt.

Hình 1.5: Ứng dụng robot trong y học
Đối với phẫu thuật tim, dụng cụ robot cũng hỗ trợ được rất nhiều: mở lồng ngực
chính xác cho bệnh nhân, tự động thực hiện một số nhiệm vụ lặp đi lặp lại (như thao
tác khâu vết mổ chẳng hạn). quả mỹ mãn. Mục tiêu và nhiệm vụ chính yếu của Dự án
này là thiết kế "Hệ thống chỉ dẫn bằng ảnh toàn ký", phục vụ phẫu thuật tim.

6


Để thiết kế được loại robot này, các nhà nghiên cứu phải có nguồn cảm hứng
tuyệt vời: đó là sự sống. Một số động vật có khả năng giao cảm và thích ứng với sự
thay đổi của môi trường. Do đó, người ta đã nảy sinh ý tưởng thiết kế robot mô phỏng
theo một số loài vật. Trung tâm Nghiên cứu về sự nhận biết của động vật (CRCA) ở
Toulouse đã nghiên cứu "trí tuệ" của loài kiến thông qua Kiến Robot. Kiến Robot được
đưa vào trong tổ kiến và kết giao với các loài côn trùng khác. Kiến Robot sẽ hội nhập
xã hội côn trùng và có khả năng gây ảnh hưởng đến các quyết định của cộng đồng côn
trùng.

Hình 1.6: Robot côn trùng
Đó có phải là khoa học viễn tưởng? Từ lâu, con người đã đặt niềm tin và nhánh

tin học được mệnh danh là "Máy tính biết cảm xúc". Nhờ có bộ môn này, đến một
ngày nào đó, máy tính sẽ nhận biết được cảm xúc của người và thể hiện cảm xúc của
nó với người.Phòng thí nghiệm Heudiasyc, có trụ sở tại thành phố Compiègne (Pháp)
đã tự đặt nhiệm vụ cho mình: nghiên cứu các phương pháp phân tích nét mặt và nhận
dạng nét mặt người.Cảm xúc của người, tập trung lại thể hiện ở 6 loại: vui vẻ, giận dữ,
sợ hãi, chán nản, ngạc nhiên và buồn rầu. Để nhận dạng cảm xúc của người, giai đoạn
7


đầu tiên đối với máy tính là tìm khuôn mặt của người, sau đó lập mô hình tĩnh trên cơ
sở 40 thông số. Việc lập mô hình sẽ cho phép xác định được loại xúc động, thể hiện
trên nét mặt.Những kết quả đầu tiên của công trình nghiên cứu này rất đáng khích lệ,
vì tỷ lệ nhận dạng được vào khoảng 85% trên ảnh cố định của nét mặt. Tuy nhiên,
nhiệm vụ còn rất phức tạp, vì sự xuất hiện nét mặt người rất khác nhau, do đó rất khó
thông số hoá được (râu, nếp nhăn và kính làm nhiễu loạn sự nhận dạng). Trong thế
giới robot, cách đây không lâu vừa xuất hiện loại robot đặc biệt, thay thế con người
hoạt động ở những vị trí đặc biệt nguy hiểm, ví dụ trong trường hợp xảy ra sự cố ở nhà
máy điện hạt nhân, loại robot này phát huy tác dụng rất tích cực. Trong số các robot
loại này phải kể đến Quimporte robot do CEA phát triển. Quimporte có khả năng thực
hiện một số thao tác, như: mở van hoặc mang một vật nặng tới 5kg. Hệ thống điện tử
của robot này chịu được bức xạ 10.000 lớn hơn khả năng của con người. Trong lĩnh
vực thám hiểm, robot Hylos, do LRP thiết kế, được trang bị cơ cấu chuyển động lai
ghép (bánh xe được nối với tay máy), do đó có thể vượt qua được vật cản cao 20 cm.
Hylos có hệ thị giác 3 chiều (3D), có thể vẽ được bản đồ số tại chỗ và nhận dạng được
cấu trúc của đất. Người ta còn có thể sử dụng robot này để gỡ mìn, thăm dò hành tinh
khác, nghiên cứu cơ chế hoạt động của núi lửa v.v.
Robot đầu tiên được đưa lên sao Hỏa mang tên Sojourner, chế tạo năm 1997.
Sojourner được điều khiển từ Trái đất. Tháng Giêng năm 2004, 2 robot Rovers của Mỹ
đã tiếp cận sao Hoả, mỗi ngày tự di chuyển được cỡ chục mét.

Hình 1.7: Robot đầu tiên được đưa lên sao hỏa mang tên sojourner
8


Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại robot phục vụ cho các nhu cầu khác
nhau của con người, robot vượt địa hình cũng là robot được rất nhiều nước quan tâm
nghiên cứu và sản xuất nhờ vào những ứng dụng rộng rãi của nó đối với đời sống hàng
ngày
Song với sự phát triển của nền kinh tế, sức khỏe và tính mạng con người ngày
càng được coi trọng. Chính vì thế, trong những điều kiện làm việc độc hại hoặc nguy
hiểm, robot điều khiển từ xa vượt địa hình sẽ được sử dụng đến để thay cho con người.
Cùng với Nhật Bản, Hoa Kỳ là nước tiên phong trong việc ứng dụng robot vào
đời sống hằng ngày. Công ty I-robot là một công ty sản xuất robot lớn ở Hoa Kỳ,
chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot vượt địa hình phục vụ cho các nhu cầu
khác nhau của con người như là:
 Robot chuyên làm nhiệm vụ xâm nhập, do thám những vùng nguy hiểm.
 Robot được sử dụng trong quân đội có thể vượt những loại địa hình gồ ghề.

Hình 1.8: Robot ASIMO - loại robot thành công nhất mà con người chế tạo ra
1.6.2. Lịch sử phát triển robot vượt địa hình tại việt nam
Dù đã đi vào dĩ vãng, nhưng hậu quả của cuộc chiến tranh vẫn hiện hình qua
hàng trăm vụ nổ bom mìn còn tồn tại trong lòng đất, chính vì lí do nhân đạo, cuộc thi
sáng chế robot rà phá bom mìn do Hội Cơ Khí Thành phố Hồ Chí Minh và Trung Tâm
Công Nghệ xử lí bom mìn (Bộ Tư lệnh Công Binh) phát động.
9


PGS-TS Đặng Văn Nghìn, Trưởng ban tổ chức cuộc thi, chủ tịch Hội Cơ Khí TP
Hồ Chí Minh, cho biết hiện nay nước ta có khoảng 6,6 triệu ha đất, mặt nước (chiếm
20% diện tích cả nước) chứa bom mìn. Dù đã rất cố gắng, nhưng với tốc độ làm sạch

bom mìn chỉ được khoảng 20.000 ha/năm như hiện nay thì cần 300 năm nữa nước ta
mới làm sạch được khối chất nổ cùng những ám ảnh của chiến tranh. Chính vì thế,
nhằm huy động sức lực và trí tuệ của mọi người dân tìm giải pháp, thiết bị rà phá bom
mìn, Hội Cơ Khí TP Hồ Chí Minh và Trung Tâm Công Nghệ xử lí bom mìn đã phối
hợp phát động cuộc thi sáng tạo robot phá bom mìn trong cả nước. Theo đó, để rà phá
được bom mìn robot cần đi vào những địa hình gồ ghề, và để đảm bảo tính mạng con
người nên việc thiết kế chế tạo robot vượt được địa hình là cần thiết.

Hình 1.9: Robot rà phá bơm mìn của nhóm sinh viên Đà Nẵng
Khi chọn đề tài này, chúng em muốn những ý tưởng về các robot vượt địa hình
không chỉ dừng lại ở một cuộc thi mà phải phát triển thành một phong trào thực sự.
Ứng dụng của robot vượt địa hình phải thật rộng rãi, phải có khả năng vượt các địa
hình phức tạp như leo cầu thang để thay thế con người đi vào những khu vực nguy
hiểm. Địa hình cầu thang là là loại địa hình phức tạp nhất, chính vì thế, vượt cầu thang
thì ứng dụng của robot này sẽ thực sự rộng rãi.

10


Hình 1.10: Robot leo cầu thang của Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự

Hình 1.11: Robot vượt địa hình tham gia Robocon techshow 2011

11


1.7.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:

 Là cơ sở, tiền đề cho các khóa sau phát triển thêm ý tưởng, hoàn thiện mô hình
hơn.
 Làm cơ sở thực tiễn và lý luận để làm mô hình hoàn chỉnh có thể thương mại
hóa.
 Tạo ra cái mới trong việc kết hợp giữa vi điều khiển, cơ khí, và công nghệ tự
động.
Ý nghĩa thực tiễn :





Ứng dụng trong việc trinh thám, giám sát , cứu hộ mục tiêu.
Đi vào những nơi nguy hiểm con người không thể đi được, những nơi chật hẹp
Di chuyển được mọi địa hình gồ ghề phức tạp.
Ngoài ra có thể áp dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng trong việc rà phá
bom min ….

1.8. Kết quả dự kiến đạt được
 Thiết kế, chế tạo một robot vượt địa hình.
 Robot leo được các cầu thang ở các giảng đường tại trường Đại Học Nông
Lâm( giả sử như là địa hình phức tạp).
 Robot chạy được trên các địa hinh gồ ghề, khó di chuyển.
 Giao diện giám sát, điều khiển robot qua sóng blutooth.

Chương 2
TỔNG QUAN

12

2.1.

Mạch điều khiển Arduino Uno R3
Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn

hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được. Bạn
muốn làm xe điều khiển từ xa ? Arduino cung cấp các module điều khiển động cơ có
sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng không dây có sẵn,…sẽ không cần
phải động não thiết kế mạch điện cho chiếc xe bởi đơn giản là mọi thứ đều có sẵn.
Arduino là bo mạch vi điều khiển mạch đơn được sử dụng để tương tác với các
thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn và các thiết bị khác. Phần cứng bao
gồm một bảng mạch điện tử, phần cứng dạng nguồn mở được thiết kế từ bộ vi xử lý 8
bit Atmel AVR, hoặc 32 bit Atmel ARM. Phần mềm cho phần cứng này bao gồm một
trình biên dịch ngôn ngữ lập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiện
các lệnh trên bộ vi điều khiển.
Các board Arduino hiện nay sử dụng phổ biến bao gồm: Arduino Nano, Arduino
Uno, Arduino Mega, Arduino Pro Mini, Arduino Enthernet…. Phần này nhóm xin
trình bày cấu trúc, thông số kỹ thuật, phần mềm và ứng dụng của board Arduino UNO
R3 được sử dụng trong đề tài.
2.2.

Sơ lược lịch sử ra đời của Arduino
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế

kỷ thứ 9 là King Arduin.
Nó chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ cho sinh
viên học tập của giáo sư Massimo Banzi, một trong những người phát triển Arduino tại
trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Dù hầu như không có một sự tiếp thị

hay quảng cáo nào nhưng tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ
vô vàn lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên.

13


Hình 2.1: Board Arduino UNO R3
Bảng 2.1: Một vài thông số của Arduino Uno R3
Vi điều khiển

ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)
14