báo cáo bài tập lớn đề tài tìm hiểu về các robot thông minh trong hỗ trợ con người

Toàn bộ quá trình thay đổinày cho thấy ba điều sau: trướctiên, các công nghệ công nghiệp truyền thốngnhư bộ điều khiển, động cơ servo và bộ giảm tốc đã chuyển đổi thành công nghệtrí thôn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: NHẬP MÔN KỸ THUẬT NGÀNH ĐIỆN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC ROBOT THÔNG MINHTRONG HỖ TRỢ CON NGƯỜI

Sinh viên thực hiện:

Hoàng Khoa An 20222762Lương Minh An 20222763Đặng Tú Anh 20222765

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hường

Khoa: Tự động hóa

Trường: Điện – Điện tử

HÀ NỘI, 1/2024

Mục lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 3

1 Robot là gì 3

2 Tiêu chuẩn của Robot 5

3 Đặc trưng của Robot 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1 Robot là gì.

Năm 2015 chính thức đánh dấu sự ra đời của robot thông minh cùng với sự nổilên của trí tuệ nhân tạo Như vậy, công nghệ robot, công nghệ thông tin, côngnghệ truyền thông và trí thông minh nhân tạo chắc chắn sẽ được tích hợp sâu sắchơn Robot đang chào đón một kỷ nguyên thông minh mới sau một thời gian dàidừng chân tại thời kỳ của kỹ thuật điện và kỹ thuật số Toàn bộ quá trình thay đổinày cho thấy ba điều sau: trướctiên, các công nghệ công nghiệp truyền thốngnhư bộ điều khiển, động cơ servo và bộ giảm tốc đã chuyển đổi thành công nghệtrí thông minh nhân tạo như thị giác máy tính, xử lý ngôn ngữ tự nhiên và họcsâu; thứhai, robot đang thu hút sự quan tâm từ cả những người sử dụng trongcông nghiệp và thương mại, trong hộ gia đình và mỗi cá nhân, chứng tỏ robotngày càng hòa nhập sâu rộng vào xã hội loài người; thứba, mối quan hệ qua lạiđộc lập giữa người và robot được thay thế bởi sự tương tác chặt chẽ.

Robot thông minh là một hệ thống máy được cải thiện về khả năng nhận thức, raquyết định và thực thi nhiệm vụ theo cách toàn diện hơn so với robot truyềnthống Chúng có thể mô phỏng ứng xử, cảm xúc và suy nghĩ giống người Vớimột “bộ não” thông minh, robot có thể thực hiện theo chỉ dẫn của người vậnhành, sau đó hoàn thành nhiều nhiệm vụ đã được lập trình trước, tự học và nângcấp ứng xử của chúng trong lúc tương tác với con người Thực tiễn cho thấy, vaitrò của robot thông minh trong cuộc sống xã hội và sản xuất sẽ ngày càng trở nênquan trọng Xuất phát từ môi trường ứng dụng, có thể phân chia robot thôngminh thành các loại robot sau:

- Robotcôngnghiệp: thường là tay máy nhiều khớp (nhiều bậc tự do) ứng dụngtrực tiếp cho công nghiệp và là robot chiếm hơn 60% giá trị thị trường robot toàncầu Đây là thiết bị máy luôn ứng dụng đầu tiên những kết quả nghiên cứu pháttriển công nghệ mới nhất để có thể tự điều khiển và hoàn thành rất nhiều côngviệc khác nhau Mỗi một khớp của robot là một khối chức năng đơn lẻ được dẫnđộng bằng động cơ servo hoặc động cơ bước, có thể vận hành theo quỹ đạo đượcđiều khiển để đạt tới điểm và hướng nào đó trong không gian SCARA robot làloại robot trụ được sử dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp, có thể làm việctrên mặt phẳng và lắp ráp thẳng đứng Tay máy song song nhiều bậc tự do có ứngxử bền vững với sai lệch động lực học, không có sai lệch tích lũy và có thể đạttới độ chính xác cao với cấu trúc gọn nhẹ, độ cứng cao và khả năng tải lớn Xe tựdẫn hướng (AGV) được trang bị thiết bị dẫn hướng tự động là cảm biến điện từhoặc quang, có thể di chuyển dọc theo đường dẫn biết trước đảm bảo an toàn, vàcó thể hoàn thành nhiều công việc vận chuyển.

- Robotdịchvụtrongnhà: ví dụ như robot quét và lau cửa sổ, có thể làm việcgiống trợ lý giúp việc trong hộ gia đình Chúng cũng có khả năng tìm kiếm thămdò, tự động lập kế hoạch đường đi và tránh vật cản Nhiều loại robot dịch vụkhác, như robot xã hội hóa gia đình, robot bầu bạn, robot trợ lý di động, robothuấn luyện thú cưng, đều có khả năng tương tác với người, cũng như hoàn thànhcác nhiệm vụ được giao, chăm nom người già và trẻ nhỏ, nhắc nhở sự kiện vàtuần tra nhà Bên cạnh đó, còn có robot giao tiếp cảm xúc, robot giáo dục trẻ nhỏ,robot nền học thông minh, UAV cá nhân, robot di động cá nhân được hỗ trợthêm công nghệ tương tác giọng nói cho phép tương tác giao tiếp và cảm nhậncảm xúc của con người Nhiều robot dịch vụ thương mại, bao gồm cả robot nhậnthức, robot hướng dẫn mua hàng, robot nấu ăn, robot văn phòng, robot an ninh có thể tùy biến dịch vụ cá nhân theo tình huống ứng dụng cụ thể và hoàn thànhnhiều nhiệm vụ như quảng cáo, cung cấp chỉ dẫn, tư vấn hỗ trợ, trợ lý công việcvăn phòng, thực hiện tuần tra an ninh…

Robotchuyêndụng(haycòngọilàrobotđặcbiệt): là những robot ứng dụng chomôi trường đặc biệt Chúng có thể hỗ trợ để hoàn thành nhiều nhiệm vụ trongmôi trường nguy hiểm và hỗn loạn hoặc công việc yêu cầu độ chính xác cao Vídụ: robot y học cung cấp giải pháp tiên tiến để điều trị phẫu thuật và phục hồichức năng, chúng giảm thiểu những khó khăn của điều trị và khám bệnh, đồng

thời rút ngắn thời gian hồi phục, như robot phẫu thuật, robot chỉnh hình, robotnội soi, robot phục hồi chức năng, bộ phận giả thông minh, robot phục vụ ngườicao tuổi và robot điều dưỡng Robot quân sự (trinh sát do thám, phá mìn, UAV )đã có một lịch sử phát triển dài và đã được đưa vào chiến trường để vận chuyểnnguyên vật liệu, tìm kiếm và khảo sát, tấn công mục tiêu, cứu hộ, chống khủngbố Liên quan tới mục đích khám phá còn có robot không gian, robot dưới nước,robot đường ống là những loại robot có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khó khănthay cho con người Ngoài ra, còn một số dạng robot cho nghiên cứu khoa học vàứng dụng mũi nhọn như robot nano, robot sinh học, robot bầy đàn…

Công nghệ robot là một công nghệ phức tạp và tiên tiến liên quan đến đa lĩnh vựcvà liên ngành, bao gồm cơ khí - điện tử, điều khiển tự động, công nghệ cảm biến,công nghệ máy tính, vật liệu mới, công nghệ sinh học và trí thông minh nhân tạo(sẽ còn tiếp tục được tích hợp mở rộng) Nó được công nhận là một lĩnh vựccông nghệ cao có ảnh hưởng quan trọng tới sự phát triển của những công nghệđang nổi trong tương lai Như là một một nền tảng công nghệ quan trọng, nókhông chỉ hỗ trợ chủ đạo cho phát triển sản xuất tiên tiến, mà còn giúp mang tớicho cuộc sống nhiều biến đổi đột phá.

2 Tiêu chuẩn của Robot

Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nàothì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một rôbốt?” Một cách gần chính xác, rôbốt phảicó một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:

● Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra ● Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh ● Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường

● Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trườngvà được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trìnhtrước

● Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theoyêu cầu của người sử dụng

● Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều ● Có sự khéo léo trong vận động.

3 Đặc trưng của Robot

a Đặc trưng về hình dáng cơ thể

Tuy nhiên, theo nhiều người, nếu một cái máy có thể tự động hóa được, đặc biệtnếu nó là một bộ phận giống tay, chân hoặc là một cỗ máy có tay chân (cánh tayrô-bốt) hoặc có khả năng xoay tròn thì được gọi là rô-bốt

Trong trường hợp rô-bốt mang hình dáng bên ngoài như con người còn được gọilà người máy

Những ví dụ được gọi là rô-bốt:

● Dương cầm điện tử cũng có thể được gọi là rô-bốt ● Máy phay CNC nhiều lúc cũng được gọi là rô-bốt ● Cánh tay tự động ở nhà máy là rô-bốt

● Đồ chơi cơ khí giống người (Roboraptor) là rô-bốt

● Dạng rô-bốt giống người hoặc mang hình dáng bên ngoài giống người(người máy như Asimo) hoàn toàn được gọi là rô-bốt.

b Đặc trưng về bộ não

Theo những kỹ sư robot, hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọngbằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào? Một đặc điểm tiêubiểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa chọn Càng có khả

năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng đượcđánh giá cao

● Một chiếc xe hơi với máy tính gắn bên trong có khả năng tự động lái(Bigtrak) theo những trình tự đã được lập trình sẵn có thể được gọi làrobot

● Xe điều khiển tự động có thể cảm nhận môi trường xung quanh, đưa racác quyết định cho xe chuyển động dựa trên cơ sở những thông tin mà nócảm nhận được thì hoàn toàn được gọi là robot

● Xe có giác quan (KTTT) trong truyện giả tưởng có khả năng đưa ra quyếtđịnh, đánh dấu đường đi và có thể giao tiếp với con người thật sự là mộtrôbốt.

CHƯƠNG II: MỘT SỐ LOẠI ROBOT VÀ NGUYÊN LÍHOẠT ĐỘNG CỦA CHÚNG

1 TỔNG QUAN

Công nghiệp robot thông minh là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độtân tiến về công nghệ và cấp độ sản xuất cao nhất của một quốc gia Để nắm bắtcơ hội phát triển và chiếm vị thế cạnh tranh mũi nhọn trong lĩnh vực này, nhữngnền kinh tế chủ lực trên thế giới đã liên tục đề ra các chiến lược phát triển côngnghiệp robot Một số quốc gia đầu tư sớm đã thu được nhiều thành quả xứngđáng như: Hoa Kỳ, một số quốc gia châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc…

- Hoa Kỳ: là quốc gia đầu tiên phát triển và xúc tiến đẩy mạnh ứng dụng robot,

nước này hiện đang giữ vai trò dẫn đầu trong công nghệ robot thông minh Năm2011, Hoa Kỳ đã bắt đầu thực hiện kế hoạch Chung tay cùng sản xuất tiên tiến(Advanced Manufacturing Partnership - AMP), trong đó tuyên bố tiếp sức chocông nghiệp sản xuất bằng robot, phát triển một thế hệ robot thông minh mới dựatrên việc khai thác thế mạnh của công nghệ thông tin, đồng thời đầu tư 70 triệuUSD cho nghiên cứu những robot thế hệ tiếp theo Cùng năm đó, Trường Đại họcCarnegie Mellon đã khởi công kế hoạch robot quốc gia (National Robot Plan),nhắm mục tiêu giúp Hoa Kỳ giữ vững vai trò dẫn đầu trong giai đoạn kế tiếp củacông nghệ robot và ứng dụng Năm 2013, nước này phát hành cuốn “The RobotRoadmap: From Internet to robot”, đặt robot vào vị trí quan trọng ngang bằng vớiinternet thế kỷ XX, và nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ robot trong sảnxuất và sức khỏe y tế Phiên bản mới nhất của “The Robot roadmap” đã đượcphát hành năm 2016, đưa ra hướng dẫn về chính sách và kỹ thuật cho việc ứngdụng robot trong thiết bị lặn không người lái, cộng tác người - robot và giáo dụcchăm sóc sức khỏe Trong cùng năm, Kế hoạch robot quốc gia 2.0 đã được thựchiện, nhằm tạo ra hàng loạt robot cộng tác giúp thiết lập một mối quan hệ cộngsinh giữa robot và con người.

- Châu Âu: tại đây, đổi mới công nghệ robot đã và đang là một lĩnh vực chủ đạo

được ưu tiên, được đưa vào các chương trình nghị sự cũng như kế hoạch nghiêncứu phát triển của khu vực Năm 2013 “Kế hoạch công nghiệp 4.0” của Đứccũng dự định duy trì vai trò tiên phong của họ trong công nghiệp chế tạo, đồngthời coi công nghệ sản xuất thông minh và công nghệ robot như là sự khởi đầucủa cách mạng công nghiệp mới Trong năm đó, Pháp đã đầu tư 129,6 triệu USDvào công nghiệp robot với mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển bềnvững của công nghiệp robot Năm 2014, Hội đồng chung châu Âu và Hiệp hộirobot châu Âu đã tài trợ để hiện thực hóa Kế hoạch nghiên cứu phát triển robotchâu Âu, đây là kế hoạch cải tiến đổi mới robot tự phục vụ phi chính phủ lớnnhất trên thế giới với 2,8 tỷ EUR tiền đầu tư đến năm 2020 Kế hoạch này đượckỳ vọng tạo ra 240.000 công việc và tập hợp được sức mạnh của hơn 200 công tycùng 12.000 nhà nghiên cứu phát triển để kích thích ứng dụng robot trong sảnxuất, nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, vận chuyển, an toàn và gia đình.

-Nhật Bản: là một cường quốc robot, Nhật Bản đã đề ra chiến lược phát triển dài

hạn cho ngành công nghệ này Chính phủ Nhật Bản dự tính đổ nhiều tiền chophát triển công nghiệp robot, đưa lĩnh vực này trở thành một trụ cột quan trọnghỗ trợ tăng trưởng kinh tế quốc gia Tháng 6/2014, Chiến lược phục hồi NhậtBản đã được đề xuất với mục tiêu phát động một cuộc cách mạng công nghiệpmới được vận hành bởi robot Tiếp đó, Ủy ban cải cách robot được thành lập,phát triển robot công nghiệp được đưa vào danh sách 3 nhiệm vụ chủ đạo trongthế kỷ mới Năm 2015, Chiến lược mới về robot đã được ban hành, nhằm tíchhợp sâu robot với công nghệ máy tính, dữ liệu lớn, mạng và trí thông minh nhântạo, với chủ đích tạo ra một nền công nghiệp robot đẳng cấp thế giới, xây dựngmột xã hội ứng dụng robot và trở thành nước dẫn đầu về robot thông minh trongthời đại mới.

- Hàn Quốc: quốc gia này hiện đang xem robot thông minh là 1 trong 10 phương

tiện để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế quốc gia trong thế kỷ XXI Kế hoạch pháttriển robot thông minh được xây dựng vào năm 2009 Chính phủ hy vọng sẽ nângcao được tính cạnh tranh của công nghiệp robot nội địa, từng bước hoàn thànhchuyển đổi từ robot sản xuất truyền thống sang robot dịch vụ thông minh, thôngqua một chuỗi chính sách tích cực trong nghiên cứu và phát triển công nghệ.Trong cùng năm này, Chiến lược phát triển công nghiệp robot dịch vụ đã đượcxây dựng, với hy vọng đưa công nghiệp robot của Hàn Quốc xếp hạng cao trênthế giới Năm 2012, Chính phủ khởi công Chiến lược Robot tương lai 2022, vớikinh phí đầu tư 350 tỷ won để mở rộng gấp 10 lần quy mô công nghiệp robothiện tại (tăng giá trị từ 2 nghìn tỷ won thành 25 nghìn tỷ won vào năm 2022).Chiến lược này tập trung vào phát triển robot cứu hộ, robot y tế, robot côngnghiệp thông minh và robot sử dụng trong nhà, nhằm phát triển robot như là mộtcông nghiệp trụ cột, cuối cùng nắm lấy thời đại robot Dựa vào chiến lược này,Bộ Kinh tế tri thức đã đề ra Kế hoạch hành động lần thứ hai về robot thông minh(2014-2018), trong đó yêu cầu nâng cao GDP robot quốc nội lên tới 20 nghìn tỷ

won và xuất khẩu robot lên tới 7 tỷ USD, chiếm vị trí thứ 3 trên thế giới về robotcông nghiệp.

Ngoài ra, một số quốc gia đã và đang âm thầm xây dựng chiến lược phát triểnphù hợp với mục đích của họ, ví dụ như Trung Quốc - quốc gia hiện đang sửdụng robot công nghiệp nhiều nhất trên thế giới.

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã và đang được triển khai ở hầu hếtcác trường đại học, viện nghiên cứu trong cả nước Trong đó, nổi bật ở Hà Nội làTrường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghệ thông tin, Viện Cơ học(Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Học viện Kỹ thuật Quân sự,Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá; ở TP Hồ Chí Minh là TrườngĐại học Bách khoa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Viện Cơ học và Tin họcỨng dụng, Phân viện Nghiên cứu điện tử, Tin học và Tự động hóa, Trung tâmNghiên cứu và Phát triển (Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh) Đội ngũ nhàkhoa học đã quan tâm và tập trung giải quyết một số vấn đề liên quan tới hệthống robot như thiết kế tối ưu, động học, động lực học, điều khiển, thiết kế phầncứng, lập trình phần mềm song những nghiên cứu này phần lớn liên quan tớivấn đề học thuật, tạo cơ sở khoa học làm nền tảng ban đầu cho giai đoạn pháttriển robot tiếp theo Nhìn chung, nghiên cứu và ứng dụng robot ở Việt Nam vẫncòn nhiều hạn chế, nổi bật là những vấn đề sau:

- Đào tạo nguồn nhân lực và nghiên cứu chuyên sâu về robot còn yếu và thiếu,như thiếu mô hình robot vật lý, thiết bị cho thí nghiệm, thử nghiệm Kết quả thiRobocon của sinh viên Việt Nam so với sinh viên nước bạn là đáng ghi nhận,nhưng điều này chỉ phản ánh được phần nào về mặt ý tưởng.

- Robot được chế tạo tại Việt Nam còn rất ít và hầu hết sử dụng công nghệ cũ củathế giới, chưa có đủ khả năng làm chủ công nghệ cũng như phát triển công nghệphù hợp.

- Robot công nghiệp đã được quan tâm nghiên cứu nhưng mới chỉ dừng ở việcđưa ra mô hình và đi tìm thuật toán giải bài toán động lực học cho robot phục vụ

điều khiển chuyển động, chưa chủ động được quá trình thiết kế và chế tạo robotđáp ứng yêu cầu cụ thể Nhiều vấn đề mới đang được quan tâm trên thế giớinhằm nâng cao kỹ năng động lực học và khả năng ứng xử thông minh giống conngười cho robot chưa có điều kiện để nghiên cứu sâu ở Việt Nam như: vấn đềtránh vật cản, tránh điểm kỳ dị… và đặc biệt là vấn đề tương tác lực của robotvới môi trường trong quá trình thực hiện nhiệm vụ chuyển động.

- Robot nói chung và robot công nghiệp thông minh nói riêng đang được sử dụngtại Việt Nam phần lớn được nhập khẩu Có rất ít công ty sản xuất và phân phốisản phẩm trong nước Nếu có thì hầu hết sản phẩm thuộc phân loại robot côngnghiệp truyền thống, hạn chế về tính thông minh, bậc tự do, kỹ năng động lựchọc nâng cao

Xu hướng chuyển dịch sản xuất từ các nước phát triển sang các nước đang pháttriển trong thập kỷ vừa qua, tất yếu làm gia tăng nhu cầu sử dụng robot côngnghiệp ở thị trường các nước đang phát triển Tuy nhiên, việc hấp thụ công nghệvà sử dụng hệ thống robot công nghiệp hiện đại, đa năng tại doanh nghiệp vừa vànhỏ ở Việt Nam còn gặp khó khăn về mặt chi phí (giá quá cao) và không hiệuquả về mặt ứng dụng (không sử dụng hết chức năng sẵn có của robot).