Mục dích nghiên cứu
Nghiên cứu và tìm hiểu về một số loại robot giúp chúng ta chọn ra một loại robot phù hợp để viết tài liệu tham khảo cho học sinh Tài liệu này sẽ được thiết kế dành cho lứa tuổi từ 8 đến 15, giúp các em tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng và thú vị Việc lựa chọn robot không chỉ dựa trên tính năng mà còn phải phù hợp với khả năng hiểu biết của học sinh trong độ tuổi này.
Dựa trên nghiên cứu, có thể phát triển các bài giảng về robot cho học sinh mới bắt đầu bằng cách sử dụng tài liệu tham khảo Những bài giảng này sẽ giúp học sinh tiếp cận và hiểu biết về robot một cách hiệu quả.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu một số loại robot giáo dục, để lựa chọn ra 1 loại phù hợp với đề tài và tiến hành triển khai nghiên cứu
Xây dựng một chuỗi hoạt động liên quan đến robot đã được lựa chọn, thống kê và sắp xếp các hoạt động này theo thứ tự từ cơ bản đến nâng cao.
- Viết tài liệu mô tả chi tiết cho từng hoạt động cho từng hoạt động
CƠ SỞ LÝ LUẬN
Tìm hiểu xu thế phát triển của robot hiện nay
Robot đại diện cho sự giao thoa giữa khoa học và công nghệ với độ phức tạp cao Để xây dựng một mô hình robot hoàn chỉnh, cần sự phối hợp hoàn hảo giữa nhiều lĩnh vực tri thức như toán học, vật lý, lý thuyết điều khiển, điện tử, khoa học tính toán, và kỹ thuật lắp ráp, cùng nhiều lĩnh vực khác.
Trong vòng 15 năm tới, robot sẽ trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, tương tự như smartphone hiện nay Sự gia tăng nhu cầu sử dụng robot sẽ thúc đẩy cuộc cách mạng công nghệ tiếp theo sau Internet Bên cạnh các ứng dụng truyền thống trong công nghiệp, y tế, giáo dục, giải trí, an ninh và gia đình, robot cá nhân sẽ trở thành công cụ cần thiết cho mỗi người Chúng sẽ đảm nhận các nhiệm vụ như chăm sóc trẻ em, người cao tuổi, vệ sinh nhà cửa và hỗ trợ nấu ăn.
Trong hơn nửa thế kỷ qua, robot đã có những tiến bộ đáng kể, bắt đầu từ những năm 60 khi chúng được sử dụng để thay thế con người trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm trong ngành công nghiệp Hiện nay, với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng cao, robot đã được cải tiến để trở nên linh hoạt và thông minh hơn, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của con người.
Hiện nay, robot không chỉ được ứng dụng trong sản xuất máy móc mà còn ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, xây dựng, an ninh quốc phòng và chăm sóc sức khỏe Sự gia tăng nhu cầu trong những lĩnh vực này đang thúc đẩy sự phát triển của các mô hình robot dịch vụ và robot địa hình.
Một số loại robot đang là tâm điểm trong thời gian vừa qua có thể kể đến như:
- Cánh tay robot: Ứng dụng trong công nghiệp, y tế và hỗ trợ người tàn tật
- Robot di động: Xe tự vận hành trên mặt đất, robot tự vận hành dưới nước, robot tự vận hành trên không, robot vũ trụ
- Robot mô phỏng sinh học: Robot đi bộ, robot dáng người
Mỹ đang đầu tư hàng trăm tỷ USD vào phát triển hệ thống tác chiến tương lai, trong đó robot quân sự hoạt động trên cạn, dưới nước và trên không đóng vai trò quan trọng Sự phát triển và hiện đại hóa ở các nước G7, bao gồm Pháp, Đức, Italy, Nhật Bản, Mỹ, Anh và Canada, đã dẫn đến việc hình thành nhiều dịch vụ mới, thay đổi quan điểm về robot từ phục vụ công nghiệp sang đáp ứng nhu cầu xã hội và cá nhân của con người.
Trong 25 năm qua, nghiên cứu và phát triển robot tại Việt Nam đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể Nhiều tổ chức trên toàn quốc, như Trung tâm Tự động hoá thuộc Đại học Bách Khoa – ĐHQG HN, đang thực hiện các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về robot.
TPHCM, Viện Điện tử – Tin học – Tự động hoá thuộc Bộ Công nghiệp, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học và Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN là những cơ sở nghiên cứu hàng đầu, đóng góp quan trọng vào sự phát triển của ngành công nghiệp và công nghệ tại Việt Nam.
Ngành công nghiệp robot đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu về nhân lực trong quy trình sản xuất robot ngày càng tăng Để xây dựng một robot hiệu quả, cần có kiến thức cơ bản về lập trình, cảm biến, động cơ cùng với kỹ năng thiết kế và vận hành hệ thống Thế hệ học sinh hiện nay có cơ hội tiếp cận và học hỏi về robot từ sớm, giúp xác định hướng nghề nghiệp và củng cố kiến thức Mô hình giáo dục STEM đã được phát triển để thiết kế các bài học cho học sinh, trong đó robot giáo dục STEM giúp học sinh hiểu sâu về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Thông qua việc thực hành với robot giáo dục STEM, học sinh có thể nâng cao kỹ năng lập trình, cơ khí, điện tử và thực nghiệm khoa học Tuy nhiên, do đây là mô hình giảng dạy mới, tài liệu tham khảo và chương trình bài giảng còn hạn chế, vì vậy robot giáo dục sẽ là đề tài nghiên cứu chính trong khóa luận của tôi.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay, có đa dạng loại robot giáo dục với sự khác biệt rõ rệt Sự khác nhau này xuất phát từ việc công nghệ chế tạo robot đã được công bố rộng rãi, cùng với ưu thế về vật liệu và lập trình vi mạch của từng sản phẩm.
9 công ty này vô cùng phong phú chủng loại đáp ứng đa dạng mọi lứa tuổi và nhu cầu tìm hiểu về robot
Nếu xét theo tiêu chí lập trình được thì chúng ta có thể chia các robot giáo dục thành một 4 loại cấp bậc như sau:
Robot giáo dục không lập trình được như Lego và Milo là các loại robot lắp ghép từ những mảnh rời Chúng cho phép trẻ em tự do lắp ráp, tạo ra nhiều hình dạng robot khác nhau Cấu trúc hoạt động của những robot này dựa trên các khối động cơ, và sau khi lắp ghép, người dùng có thể kích hoạt chúng bằng nút bấm để robot di chuyển Tuy nhiên, loại robot này không cho phép lập trình để thay đổi hành vi của chúng.
Robot giáo dục, như mTiny, được lập trình bằng ngôn ngữ phỏng theo Scratch Junior, với cấu trúc đơn giản và khả năng lắp ghép Người dùng có thể điều khiển hành vi của robot thông qua việc sắp xếp các thẻ bài gắn vi mạch Tuy nhiên, do sử dụng ngôn ngữ đơn giản, việc tùy chỉnh robot gặp khó khăn và số lượng hành vi mà robot có thể thực hiện cũng hạn chế.
Robot giáo dục có thể lập trình bằng ngôn ngữ Scratch hoặc Block, với cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp, dễ dàng lắp ghép hoặc compact Scratch, ngôn ngữ lập trình được đưa vào chương trình Tin học phổ thông 2018, phổ biến cho trẻ từ 8 đến 15 tuổi và có nhiều cuộc thi lập trình dành cho ngôn ngữ này Với khả năng lập trình từ đơn giản đến phức tạp, Scratch là trọng điểm nghiên cứu trong đề tài này Ngoài ra, một số loại robot còn hỗ trợ lập trình song ngữ với Python, ngôn ngữ lập trình cũng đang trở thành phổ biến và sẽ được đưa vào chương trình Tin học phổ thông.
Robot được lập trình bằng ngôn ngữ C/C++ là loại robot tự lắp ghép từ các vi điều khiển và cảm biến rời rạc, không thuộc thương hiệu cụ thể Loại robot này rất được yêu thích bởi giới trẻ từ 15 đến 20 tuổi nhờ khả năng tùy biến cao Sự kết hợp giữa ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và khả năng lắp ghép linh kiện vô hạn tạo ra nhiều thách thức mới cho người học.
Hình 1: Robot giáo dục mBot V1.1 của loại này là người học cần thành thạo ngôn ngữ lập trình C/C++ là loại rất kén người học.
Một số loại robot giáo dục
2.1 Robot giáo dục mBot V1.1 bluetooth- Makeblock
Phần mềm và lập trình mBlock (đồ họa) Mac, Windows, iPad mBlocky, Arduino
IDE bao gồm các đầu vào như cảm biến ánh sáng, nút nhấn, hồng ngoại nhận, siêu âm và cảm biến dòng follower Đầu ra của hệ thống này bao gồm buzzer, LED RGB, hồng ngoại phát ra, hai động cơ và cổng giao tiếp.
Vi mạch điều khiển Dựa trên Arduino Uno
Nguồn 3.7V DC pin lithium hoặc 1.5 V pin AAA
Kết nối Bluetooth, USB type-B
Kích thước 17 x 13 x 9 cm đã lắp ráp
Trọng lượng 1034g đã lắp ráp
1 x Chassis 2 x Lithium battery Shell 2 x mCore Shell_mCor
1 x Me Ultrasonic Sensor 2 x Motor Shaft
1 x Mini Wheel 2 x Tire 4 x M2.2 × 9mm Self- drilling Screw
2 x Wheel 2 x RJ25 Cable 1 x IR remote control
Mô tả cơ bản: Ứng dụng trong giảng dạy và học tập STEM robotic, học về lập trình, điện tử và robot
Dễ dàng để lắp ráp, có thể lắp thêm các bộ mở rộng
Ngôn ngữ lập trình: mBlock, Scratch và Arduino IDE
Giá thành trên thị trường giao động: 2.380.000đ
2.2 Robot giáo dục KCBOT INO
Phần mềm Kidscode và lập trình trên Windows cùng Arduino IDE cho phép người dùng tương tác với nhiều loại cảm biến như cảm biến ánh sáng, nút bấm, hồng ngoại nhận, siêu âm và dòng follower Hệ thống đầu ra bao gồm buzzer, RGB LED, hồng ngoại phát ra, hai động cơ và các cổng output, mang đến trải nghiệm lập trình phong phú và đa dạng.
Vi mạch điều khiển Dựa trên Arduino Uno
Nguồn 3.7V DC pin lithium hoặc 1.5 V pin AAA
Hình 2: Robot giáo dục KCBOT INO
Kích thước 17 x 13 x 9 cm đã lắp ráp
Trọng lượng 1034g đã lắp ráp
1 x Mạch STEM board 1 x dây header 4 2 x động cơ giảm tốc
1 x Board test mini 1 x dây header 6 2 x động cơ giảm tốc
10 x led đơn Động cơ Servo
1 x Pin 3,7V 2 x Led RGB 1 x DC motor
1 x Nguồn 5V-1A 2 x Module đèn giao thông 10 x trở 1K
1 x Dây nạp code 2 x còi chip 2 x biến trở
20 x dây kết nối 2 x Led 7 thanh đơn 1 x quang trở
1 x cảm biến nghiêng 1 x mắt thu hồng ngoại 1 x cảm biến siêu âm
1 x Module cảm biến dò line
Robot giáo dục KCBOT INO (INNOVATION) hay còn gọi là INO Bot là phiên bản Robot giáo dục được thiết kế:
+ Chuyên dụng cho giáo dục STEM/STEAM
+ Dễ dàng triển khai các chủ đề dạy học STEM/STEAM trong môn Tin học và môn Công nghệ
+ Ứng dụng trong đào tạo về lập trình, điện tử và robot
+ KCBOT INO có thể thực hiện những chức năng cơ bản như: di chuyển, tự động dò vạch, tự đông tránh vật cản, điều khiển qua bluetooth
- Được thiết kế tối ưu giúp người học có thể:
+ Sáng tạo mô hình: >10 mô hình, nhờ sử dụng các mảnh ráp cơ bản
+ Tự thiết kế mạch điện tử: với bo test đa năng
+ Thỏa sức lập trình: không giới hạn khả năng thay đổi tính năng sản phẩm
+ Vi xử lý: Tương thích với Arduino
+ Ngôn ngữ lập trình: Scratch Based, C/C++, Python
Giá thành trên thị trường giao động: 2.350.000đ
2.3 Robot giáo dục mBot 2 Neo Makeblock
Hình 3 Robot giáo dục mBot 2 Neo
The mBlock software and programming environment, compatible with Mac, Windows, and iPad, supports graphical coding and Python It utilizes various input sensors, including the V2 ultrasonic sensor, LED lights, Quad Color line sensors, and light sensors The output options feature buzzers, RGB LED indicators, infrared emitters, servos, and ports, allowing for versatile project development.
Vi mạch điều khiển Dựa trên CyberPi (ROM: 448kb; SRAM: 520KB; SPI
Flash 8MB; lõi bộ xử lí: Xtensa lõ kép 32-bit LX6)
Kết nối Bluetooth, USB type-C, Wifi
Trọng lượng 1000g đã lắp ráp
1 x CyberPi 1 x cảm biến Quad color 2 x đông cơ Encoder
1 x Khung nhôm 4 x Ốc M2.5*12mm 2 x Cáp cho động cơ
2 x bánh xe 1 x bản đồ dò line 2 x Lốp cao su
1 x Tuốc nơ vít 6 x Ốc M4*14mm 2 x cáp nBuild(10cm)
6 x ốc 4x25mm 1 x cáp mBuild (20cm) 6 x Ốc M4*8mm
1 x bánh nhỏ 1 x cáp USB (type-C) 1 x Cảm biến siêu âm V2
Hình 4 Robot giáo dục Codey Rocky Được điều khiển bởi CyberPi
Tích hợp các cảm biến thệ hệ mới Điều khiển chuyển động một cách chính xác
Nền tảng lập trình robot giáo dục mblock cực mạnh
Dễ dàng tiếp cận với Khoa học máy tính và Công nghệ
Dễ dàng mở rộng cùng với các Module mBuild và các thành phần cấu trúc của Makeblock
Giá thành ngoài thị trường giao động: 4.499.000đ
2.4 Robot giáo dục Codey Rocky- Makeblock
Chip điều khiển chính ESP32
Khả năng kết nối Wi-Fi / Bluetooth / USB
Module lập trình Hiển thị LED, loa, RGB LED Indicator, Buttons, Gear
Knob, Voice Sensor, cảm biến ánh sáng, 6 trục Gyroscope và gia tốc kế, IR Transmitter, IR Receiver, màu cảm biến hồng ngoại, DC Geared Motor
Nền tảng điều khiển MacOS / Windows / Linux / Chrome OS / iOS
Khả năng tương thích Tương thích với Makeblock Neuron và các khối lắp ghép Lego
Rockey Cảm biến màu IR, động cơ hướng DC
Lập trình đồ họa Scratch 3.0
Lập trình văn bản Python
Bộ thu phát hồng ngoại Cảm biến âm thanh 1 cáp usb
Gear Knob (Biến trở) Cảm biến ánh sáng 1 bảng tên
Màn hình LED hiển thị tất cả các nút trong sách hướng dẫn sử dụng, trong khi con quay hồi chuyển 6 trục và cảm biến hồng ngoại màu vòng đeo mang đến trải nghiệm tương tác thú vị Ngoài ra, đèn LED RGB cho phép người dùng chọn từ 8 thẻ màu sắc khác nhau, tạo nên sự đa dạng và phong phú trong việc tùy chỉnh.
Sử dụng cho học sinh các trường tiểu học và trung học
Thích hợp cho việc tổ chức lớp học lớn từ 7 - 8 bộ cho 40 học sinh
Hỗ trợ lập trình: Scratch, Python, AI, IOT
Học về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các cảm biến tích hợp trên robot
Robot giáo dục là một khởi đầu hợp lý cho việc tìm hiểu cơ chế và hoạt động của robot, giúp học sinh kết nối với khoa học và bước vào thế giới công nghệ một cách tự tin Qua việc lắp ráp mô hình, học sinh không chỉ tăng cường sự tập trung và kiên nhẫn mà còn phát triển khả năng tư duy logic, sáng tạo và tò mò Tuy nhiên, giá thành cao của nhiều loại robot hiện nay khiến chúng khó tiếp cận với đa số học sinh Vì vậy, tôi đã tìm hiểu và chọn lọc một loại robot giáo dục với giá thành hợp lý hơn.
Micro: Maqueen là robot giúp người dùng tiếp cận công nghệ robot một cách dễ dàng Cấu tạo mặt trước của Micro: Maqueen được thiết kế để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết cho công việc, hỗ trợ người học trong việc khám phá và phát triển kỹ năng công nghệ.
MICRO-MAQUEEN Robot
Maqueen là robot lập trình micro:bit thân thiện với giáo dục STEAM, mang đến trải nghiệm lập trình đồ họa dễ dàng và thú vị cho học sinh Với thiết kế nhỏ gọn, nó giúp phát triển sở thích về khoa học và tư duy logic, đồng thời khuyến khích học sinh khám phá công nghệ một cách sáng tạo.
Hỗ trợ Makecode, sau này sẽ hỗ trợ Scratch và python
Kích thước nhỏ, di chuyển linh hoạt
Động cơ bánh răng thu nhỏ hoàn toàn bằng kim loại, chất lượng tốt, động lực mạnh mẽ
Bảng mạch này được trang bị đầy đủ tính năng như dò line, cảm biến ánh sáng xung quanh, đèn LED, giao diện siêu âm, giao diện servo, còi, giao diện I2C và lỗ vít mở rộng cơ khí, mang lại khả năng mở rộng cao cho các ứng dụng khác nhau.
Bánh xe chịu lực POM tùy chỉnh độc quyền, linh hoạt và đáng tin cậy, khả năng vượt chướng ngại vật mạnh mẽ
Dễ cài đặt, dễ sử dụng
Hình 5 Micro:maqueen robot
- Điện áp cung cấp: 3,5V-5V DC (Ba pin AAA hoặc pin lithium 3,6V ~ 3,7V)
- Cảm biến thang độ xám hồng ngoại (Mức cao-thấp) x 2
- Bộ thu hồng ngoại (bộ giải mã NEC) x 1
- Đèn LED (Điều khiển mức cao-thấp) x 2
- Ánh sáng xung quanh RGB (16 triệu màu) x 4
- Giao diện siêu âm SR04, SR04P (5V) x 1
- Giao diện mở rộng trọng lực (P1, P2) x 2
- Động cơ giảm tốc hoàn toàn bằng kim loại N20 x 2
- Tỷ lệ giảm động cơ: 1:150
- Tốc độ quay tối đa: 133 vòng / phút
- Chế độ ổ đĩa động cơ: Ổ đĩa động cơ PWM
- Giá đỡ và nắp bảo vệ mở rộng Lỗ vít M3 x 6
- Phương pháp lập trình: Lập trình đồ họa Makecode, Lập trình đồ họa Mind (dựa trên Scratch 3.0)
- Kích thước: 81mm x 85 mm x 44mm/3,19 x 3,35 x 1,73in
Hình 7 Cấu tạo mặt sau Micro:maqueen
- Thân xe x 1 - SR04 Siêu âm x 1
- Bánh xe x 2 - Hướng dẫn khởi động nhanh x 1
- Ba pin AAA Hộp x 1 - Micro:bit x 1
Robot Maqueen có thiết kế đơn giản và dễ lắp đặt, phù hợp cho cả người lớn lẫn trẻ nhỏ.
Có thể tham khảo quy trình lắp đặt thông qua các bước sau:
Hình 8 Linh kiện Micro:maqueen robot
Hình 9 Các thao tác lắp rap Micro:maqueen robot
Micro:Maqueen robot sử dụng 3 viên Pin chuẩn AAA để cấp điện
Pin AAA là loại pin khô kích cỡ tiêu chuẩn, thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ như đồ chơi, đèn pin và điều khiển từ xa Với kích thước nhỏ hơn pin AA và lớn hơn pin 4A, pin AAA có thiết kế với đầu cực dương (+) và đầu cực âm (-), giúp người dùng dễ dàng lắp đặt Tuy nhiên, loại pin này có năng lượng hạn chế và sẽ hết sau một thời gian sử dụng.
Pin AAA có kích thước 10.5 mm đường kính và 44.5 mm chiều dài, với đầu cực dương (+) nhô lên tối thiểu 0.8 mm Đầu cực dương có đường kính tối đa 3.8 mm, trong khi đầu cực âm (-) phẳng có đường kính tối thiểu 4.3 mm.
Robot Micro:Maqueen sử dụng mạch Micro:bit làm bộ điều khiển độc lập Tất cả các chương trình sẽ được nạp vào board Micro:bit, sau đó gắn vào thân xe để khởi động chương trình.
3.8.1 Chi tiết về Micro:bit
Micro:bit là một bo mạch vi điều khiển nhỏ gọn, được phát triển thông qua sự hợp tác giữa BBC, Microsoft, ARM, Samsung và nhiều đối tác khác Mục tiêu của dự án này là giáo dục trẻ em về cách thức hoạt động của máy tính, nguyên lý lập trình cơ bản và các hoạt động của thiết bị điện tử Với Micro:bit, trẻ em có thể khám phá và thực hành những kiến thức này một cách thú vị và sáng tạo.
BBC micro:bit là một công cụ sáng tạo mạnh mẽ, cho phép người dùng xây dựng các ứng dụng đa dạng từ robot đến nhạc cụ và nhiều ứng dụng thực tế khác Với thiết kế nhỏ gọn, nó hoạt động như một máy tính bỏ túi, giúp chúng ta dễ dàng chế tạo kỹ thuật số, viết mã và điều khiển thiết bị từ xa chỉ bằng cách kết nối bo mạch với máy tính qua cổng microB – USB để tải mã.
Bo mạch micro:bit có kích thước nhỏ gọn, chỉ bằng một nửa thẻ ngân hàng, nhưng lại được trang bị nhiều linh kiện và thiết bị hữu ích Nó có 25 đèn LED lập trình được để hiển thị thông báo và chữ, cùng với 2 nút nhấn có thể lập trình để chơi game hoặc điều khiển nhạc Bo mạch này còn có khả năng phát hiện chuyển động và xác định phương hướng Đặc biệt, micro:bit hỗ trợ Bluetooth Low Energy (BLE) để kết nối với các thiết bị khác và Internet, mở ra nhiều cơ hội sáng tạo cho người dùng.
3.8.2 Tính năng & Thông số kỹ thuật:
- Vi xử lý 32-bit ARM Cortex-M0
- Vi điều khiển: Nordic Semiconductor nRF51822
- Kết nối USB: Freescale KL26Z với 16KB RAM
- Đèn LED ma trận 5×5 màu đỏ
- Hai nút nhấn có thể lập trình
- Được trang bị cảm biến gia tốc, la bàn, ánh sáng và nhiệt độ
- Kết nối không dây với Bluetooth 4.1, BLE và 2.4GHz Radio
- Kết nối GPIO, PWM, I2C, SPI, nguồn
- 5 kết nối hình tròn có thể dễ dàng dùng với kẹp cá sấu
- Shared I2C bus cho các thiết bị ngoại vi
- Có nút Reset và đèn báo LED
- Cấp nguồn bằng Pin qua kết nối JST-PH
- Dòng điện có thể cấp cho các thiết bị ngoại vi: 90mA
- Lập trình với C++, Makecode, Python, Scratch
Hiện tại, giá của Micro:bit giao động vào khoảng 500.000đ
Microsoft MakeCode Editor là ứng dụng lập trình kéo thả dành cho Micro:bit, cho phép người dùng lập trình dễ dàng bằng các khối lệnh hoặc ngôn ngữ Python, JavaScript Các khối lệnh này được kết nối để tạo ra chương trình hoàn chỉnh và được nhóm lại theo chức năng hoạt động.
Ta có thể download trực tiếp App Microsoft MakeCode trên trang chủ microbit.org để sử dụng offline hoặc sử dụng online qua liên kết: https://makecode.microbit.org/
- Giao diện Microsoft MakeCode Editor gồm:
Hình 12 Giao diện Makecode
Thanh điều hướng cho phép người dùng chuyển đổi linh hoạt giữa các ngôn ngữ lập trình như Block, JavaScript và Python Mạch mô phỏng sẽ tái hiện hoạt động của micro:bit dựa trên chương trình vừa được lập trình Các nhóm lệnh của Micro:bit được phân loại rõ ràng dựa trên tính năng của chúng.
+ Khu vực chuyên dùng để lập trình
+ Khu vực đặt tên và xuất chương trình để download về máy tính
3.8.4 Nạp chương trình vào Micro:bit
Bước 1: Kết nối với MicroBit
Kết nối MicroBit với máy tính rất dễ dàng; chỉ cần sử dụng một dây micro USB Hệ điều hành sẽ tự động nhận diện mạch MicroBit như một thiết bị USB thông thường.
Để viết chương trình cho Micro:bit, có nhiều công cụ hỗ trợ, nhưng trong nghiên cứu này, tôi đã chọn sử dụng Microsoft MakeCode Editor, một môi trường lập trình trực tuyến Công cụ này cho phép mô phỏng chương trình của Micro:bit trước khi nạp trực tiếp vào mạch, mang lại sự tiện lợi trong quá trình phát triển.
Sau khi hoàn thành việc viết chương trình, bạn có thể tải chương trình về máy tính bằng cách nhấn nút tải xuống trên giao diện chính của Microsoft MakeCode Editor và chọn thư mục để lưu trữ chương trình.
Chương trình được download về có định dạng file là hex
Sau khi lập trình và tải xuống chương trình, hãy tìm thư mục chứa file chương trình Tiếp theo, sao chép hoặc di chuyển file trực tiếp vào ổ đĩa có tên MICROBIT.
Mục tiêu áp dụng
Xây dựng được một lượng hoạt động điều khiển robot từ cơ bản cho đến nâng cao hơn
Tổng quan về quy trình lập trình robot bao gồm các bước thiết kế, chế tạo, vận hành và ứng dụng Trong quá trình này, việc sử dụng cảm biến để phản hồi và kết hợp với máy tính để lập trình là rất quan trọng.
Hình 13 Kết nối Micro:bit với máy tính bằng dây USB
XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG LÀM CHỦ
Lời mở
Trong bối cảnh cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển mạnh mẽ, công nghệ sản xuất và lập trình robot đang ngày càng trở nên quan trọng, dẫn đến nhu cầu nhân lực trong lĩnh vực này tăng cao và mở ra nhiều cơ hội việc làm Điều này thúc đẩy nhu cầu học hỏi về sản xuất và lập trình robot ngày càng gia tăng Để giúp học sinh tiếp cận sớm với công nghệ robot và định hướng nghề nghiệp đúng đắn, mô hình robot giáo dục STEM/STEAM đã ra đời và ngày càng đa dạng Sau khi nghiên cứu một số loại robot giáo dục, tôi đã quyết định sử dụng robot Micro:maqueen cho quá trình nghiên cứu và xây dựng các hoạt động trong bài nghiên cứu này.
Xây dựng hoạt động cho Micro:maqueen
- Tiếp cận với lập trình kéo thả và phần mềm Microsoft Makecode editor
- Chạy được một chương trình cơ bản về robot Micro:maqueen để bắt đầu làm quen với robot
- Nắm được cách thức di chuyển của xe Micro:maqueen thuộc dòng xe 3 bánh
1.2 Chuẩn bị cho hoạt động
Lắp ráp các bộ phận của xe, kiểm tra các khớp nối
1.2.2 Phần mềm: Để thực hiện được các hoạt động trước tiên, ta phải chuẩn bị được môi trường lập trình phù hợp cho con robot của mình Đối với Micro:maqueen robot, ta có thể sử dụng phần mềm Microsoft MakeCode Editor để lập trình cho nó
Khi khởi động Microsoft MakeCode Editor, thư viện lập trình cho
Robot Micro:Maqueen không có sẵn trong nhóm lệnh gốc của ứng dụng Do đó, để lập trình cho robot này, người dùng cần tự thêm thư viện Maqueen vào ứng dụng.
Cách thêm thư viện Maqueen:
Hình 14 Thêm thư viện Maqueen
B1: Trên thanh hiển thị các nhóm lệnh, ta click vào khối Extensions
B2: Trong giao diện Extensions, ta tìm kiếm từ khóa “maqueen” và click vào biểu tượng Search
B3: Sau khi tìm kiếm, thư viện “maqueen” sẽ hiện ra, ta chọn vào thư viện
“maqueen” hệ thống sẽ tự động thêm thư viện “maqueen” vào thanh hiển thị các khối lệnh
Hình 15 Thư viện “Maqueen” đã được thêm
1.2.3 Kiểm tra các thành phần cấu tạo a Micro:bit:
Ta kiểm tra hoạt động của micro:bit bằng chương trình “show leds”
- Chương trình chạy: Show lần lượt các icon trên ma trận 25 bóng led
- Mục đích: Kiểm tra tình trạng của Micro:bit, màn hình hiển thị có ổn định không, có thể nạp được code hay không b Thân xe, bánh xe
Ta kiểm tra hoạt động của thân xe và động cơ bằng cách cho chạy lần lượt từng bánh xe
Hình 17 Khối lệnh điều khiển bánh xe, tốc độ của xe
Hình 16 Khối lệnh “show leds” dùng để bật tắt các đèn trên board mạch micro:bit
Hình 18 Khối lệnh cho bánh xe dừng lại
Chương trình test: Quay lần lượt riêng từng bánh xe trong 2s, sau mỗi lần quay nghỉ
Mục đích: Kiểm tra tình trạng hoạt động của thân xe và bánh xe, có nhận micro:bit hay không, các động cơ hoạt động có ổn định không
*Lưu ý: Lưu lại các chương trình test để dễ dàng test các bộ phận của xe vào những lần sau
1.3 Hoạt động di chuyển xe
Cho xe tiến hành di chuyển lần lượt theo thứ tự như sau: tiến 2 giây, lùi 2 giây, quay đầu xe sang bên trái, quay đầu xe sang bên phải
+ Khối lệnh đầu tiên, cho xe tiến hành di chuyển về phía trước với tốc độ 255 trong 2s + Tiến hành lùi xe với tốc độ 255 trong 2s
+ Để quay trái, ta tiến hành cho dừng bánh xe bên trái, bánh xe bên phải di chuyển lên phía trước
+ Để quay phải, ta cho dừng bánh xe bên trái trái, bánh xe bên phải lùi lại về phía sau
2 Mắt thu hồng ngoại trên Micro:maqueen robot
- Hiểu được tổng quan cách sử dụng bộ thu hồng ngoại
- Tư duy được cách ứng dung bộ thu hồng ngoại vào mô hình thực tiễn
2.2 Giới thiệu mắt thu hồng ngoại trên Micro:maqueen
Mắt thu hồng ngoại trên robot micro:maqueen được lắp đặt ở phía trên đầu xe, có nhiệm vụ phát hiện và phân tích các tín hiệu hồng ngoại xung quanh.
2.3 Chuẩn bị cho hoạt động
- Thân xe có tích hợp mắt thu hồng ngoại x1
Lắp ráp các bộ phận của xe, kiểm tra các khớp nối
- Chuẩn bị phần mềm Microsoft MakeCode Editor đã cài sẵn thư viện Maqueen
- Các chương trình test thân, bánh xe và micro:bit (đã lập trình từ bài trước)
2.3.3 Kiểm tra các thành phần cấu tạo a Màn hình 25 bóng LED: chạy chương trình “show leds” đã lưu từ bài trước b Thân xe, bánh xe: chạy chương trình quay bánh xe c Mắt thu hồng ngoại: Thực hiện viết chương trình “ đọc giá trị tín hiệu hồng ngoại”
* Chương trình đọc giá trị tín hiệu hồng ngoại:
Hình 19 Đọc tín hiệu từ mắt thu hồng ngoại
Chương trình test: Đọc tín hiệu hồng ngoại từ điều khiển, hiển thị giá trị lên ma trận led
Mục đích của việc kiểm tra bộ thu hồng ngoại trên xe Micro:Maqueen là để xác định tình trạng hoạt động của nó, đồng thời ghi lại và phân tích các tín hiệu từ điều khiển, phục vụ cho các hoạt động tiếp theo.
2.4 Hoạt động: Điều khiển xe bằng remote
- Mô tả chi tiết hoạt động:
Sử dụng bộ thu hồng ngoại tích hợp trên xe, bạn có thể đọc tín hiệu từ điều khiển để điều khiển xe di chuyển thẳng, lùi, rẽ trái, rẽ phải hoặc dừng lại theo các tín hiệu đã nhận.
Mô hình này có thể được ứng dụng để điều khiển xe di chuyển từ xa, cho phép người dùng không chỉ điều khiển chuyển động của xe mà còn thực hiện các lệnh khác như phát nhạc và bật quạt.
Hơn nữa, ta có thể ứng dụng mô hình trong các món đồ chơi của trẻ em để tăng thêm tính hấp dẫn
+ Đọc giá trị từ bộ
Dựa vào giá trị thu được từ điều khiển trước đó, chúng ta có thể xác định giá trị hồng ngoại tương ứng của các nút trên điều khiển bằng cách đọc giá trị từ cảm biến hồng ngoại Mỗi nút bấm sẽ cho ra những giá trị khác nhau tùy thuộc vào thiết lập.
+ Thực hiện gán các hoạt động cho từng nút bấm
Khi giá trị đọc được từ nút di chuyển lên của điều khiển là 0, xe sẽ tiến thẳng về phía trước với tốc độ 100.
Khi giá trị đọc được là 2, tương ứng với nút sang phải trên điều khiển, xe sẽ quay đầu sang phải bằng cách dừng bánh bên phải, trong khi bánh trái di chuyển nhanh hơn với tốc độ đã được xác định.
Khi giá trị đọc được là 3, tương ứng với nút sang trái trên điều khiển, chúng ta cần quay đầu xe sang bên trái Để thực hiện điều này, hãy dừng bánh xe trái và di chuyển bánh xe phải với tốc độ 55.
+ Khi đọc được giá trị là 1, tức nút di chuyển xuống của điều khiển, ta cho 2 bánh xe tiến hành di chuyển lùi với tốc độ 100
+ Khi đọc được giá trị là 68, tức nút OK trên điều khiển, ta tiến hành cho xe dừng lại, không di chuyển
- Nắm được khái quát cách hoạt động của cảm biến ánh sáng trên Micro:maqueen
- Vận dụng, xây dựng các hoạt động ứng dụng cảm biến ánh sáng
3.2 Giới thiệu cảm biến ánh sáng trên Micro:maqueen
- Cảm biến ánh sáng trên Micro:bit sử dụng hệ thống 25 đèn LED của Micro:bit để đo cường độ ánh sáng xung quanh
Cảm biến ánh sáng hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của photodiode theo cường độ ánh sáng, giúp đo lường mức độ ánh sáng trong môi trường xung quanh một cách chính xác.
3.3Chuẩn bị cho hoạt động
- Micro:bit có tích hợp cảm biến ánh sáng x1 - Bánh xe x2
Lắp ráp các bộ phận của xe, kiểm tra các khớp nối
- Chuẩn bị phần mềm Microsoft MakeCode Editor đã cài sẵn thư viện Maqueen
- Các chương trình test thân, bánh xe và micro:bit (đã lập trình từ bài trước)
3.3.3 Kiểm tra các thành phần cấu tạo a Micro:bit, màn hình 25 bóng LED: chạy chương trình “show leds” đã lưu từ bài trước b Thân xe, bánh xe: chạy chương trình quay bánh xe c Cảm biến ánh sáng: chạy chương trình đọc giá trị cảm biến ánh sáng
* Chương trình đọc giá trị cảm biến ánh sáng:
Hình 20 Khối lệnh đọc cảm biến ánh sáng
+ Xác định độ sáng tại môi trường xung quanh Micro:bit
+ Mức độ sánh sáng giao động từ 0 (tối) – 255 (rất sáng)
- Chương trình test : đọc độ sáng xung quanh Micro:bit
Mục đích của việc kiểm tra hoạt động và chất lượng của cảm biến ánh sáng là để đo độ sáng xung quanh, từ đó thu thập các giá trị ánh sáng tương ứng nhằm phục vụ cho các hoạt động liên quan.
3.4 Các hoạt động ứng dụng cảm biến ánh sáng
3.4.1 Di chuyển dựa theo cường độ ánh sáng xung quanh
- Mô tả chi tiết hoạt động:
Cảm biến ánh sáng trên 25 bóng LED giúp đo cường độ ánh sáng trong môi trường xung quanh, từ đó điều khiển sự di chuyển của xe Khi độ sáng đạt mức cho phép, xe sẽ bắt đầu di chuyển, với tốc độ di chuyển được điều chỉnh dựa trên cường độ ánh sáng xung quanh.
Kết luận
Robot là thiết bị tự động hoạt động nhờ vào các chương trình điều khiển và cảm biến, cho phép chúng thực hiện những tác vụ cụ thể.
Robot có thể được thiết kế cho nhiều tác vụ khác nhau, từ sản xuất đến y tế và giáo dục Chúng có thể hoạt động tự động hoặc điều khiển từ xa Việc tiếp cận với robot là cần thiết và không bao giờ là quá sớm hay quá muộn Bài viết này cung cấp tài liệu tham khảo cho những ai mới tìm hiểu về robot, giúp họ có cái nhìn tổng quát về quy trình và cách vận hành của robot Tôi mong muốn sử dụng tài liệu này để xây dựng bộ giáo án giảng dạy robot cho trẻ em từ 8 đến 15 tuổi, đặc biệt khi mô hình giảng dạy robot đang phát triển nhưng tài liệu giáo dục về robot vẫn còn khan hiếm.