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.[5] 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. Nếu vượt qua được thách thức này, thì robot quả thật đã thực hiện được một cuộc thám hiểm vũ trụ kỳ diệu.[4]
PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Lịch sử phát triển của Robot
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.[5] 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.
Nếu vượt qua được thách thức này, thì robot quả thật đã thực hiện được một cuộc thám hiểm vũ trụ kỳ diệu.[4]
Tổng quan về Robot leo cầu thang
Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại robot phục vụ cho các nhu cầu khác nhau của con người, robot leo cầu thang cũng là loại hình robot được rất nhiều nước quan tâm nghiên cứu và sản xuất nhờ vào các ứng dụng rộng rãi của nó đối với đời sống hàng ngày.[3]
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, sức khỏe và tính mạng của mỗi một 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 leo cầu thang sẽ được sử dụng đến để thay cho con người.
Cùng với Nhật Bản, Hoa Kỳ là nước đi tiên phong trong việc ứng dụng robot vào đời sống hàng ngày Công ty I-robot là công ty sản xuất robot lớn của Hoa Kỳ, chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot leo cầu thang phục vụ các nhu cầu khác nhau của con người.
Dưới đây là một số mẫu robot của công ty:
Robot này chuyên làm nhiêm vụ xâm nhập, do thám vào những vùng nguy hiểm Chẳng hạn như vào trong một tòa nhà đang cháy để tìm người bị nạn thay cho lực lượng chữa cháy hoặc được dung trong những vụ giải cứu con tin của cảnh sát, với camera truyền hình ảnh trực tiếp về người điều khiển, ta có thể biết được vị trí của tội phạm cũng như con tin.
Các thành phần chính của Robot leo cầu thang
Robot leo cầu thang gồm 2 phần chính
Thành phần cơ khí: Bao gồm bánh đai, khung để giữ kết cấu của Robot, Và bộ quan trọng nhất để Robot có thể leo được cầu thang là phần cơ cấu càng để khi gặp cầu thang thì ở những bậc đầu tiên càng sẽ nâng một phần giúp robot có thể leo cầu thang dễ dàng.
Thành phần điều khiển: Có vai trò điều khiển robot di chuyển theo ý muốn của con người Thành phần điều khiển bao gồm cơ cấu truyền động dung để truyền động giữa các trục, bộ vi điều khiển giúp robot có thể giao tiếp không dây với người điều khiển, thiếp bị camera giám sát quá trình di chuyển, thiết bị định vị GPS giám sát vị trí của robot, cảm biến giám sát tốc độ di chuyển của Robot, cảm biến nhiệt độ giám sát môi trường xung quanh của Robot.
Lên ý tưởng thiết kế
Động cơ và khả năng di chuyển: Sử dụng hệ thống bánh xe và chân bánh xe để cung cấp sự ổn định và khả năng vượt qua địa hình đa dạng Bánh xe có thể được thiết kế có thể xoay linh hoạt để thích nghi với các bậc cầu thang và địa hình khác nhau.
Khả năng chống sốc và chống nước: Tích hợp các lớp vật liệu chống sốc như cao su hoặc bọt khí vào khung gầm để giảm thiểu tác động của va đập và rung động Sử dụng vật liệu chống nước và kín nước cho các phần quan trọng như bộ điều khiển và pin.
- Cảm biến và hệ thống điều khiển: Lắp đặt các cảm biến khoảng cách và cảm biến áp suất để phát hiện và tránh vật cản Hệ thống điều khiển sẽ phân tích dữ liệu từ các cảm biến và điều chỉnh di chuyển để tránh va chạm và duy trì sự ổn định.
- Thiết kế cơ học: Sử dụng hợp kim nhôm hoặc các vật liệu composite để xây dựng khung gầm nhẹ nhàng nhưng vẫn cứng cáp Các cơ cấu chuyển động và cơ cấu nâng hạ sẽ được thiết kế để đảm bảo sự linh hoạt và ổn định trong quá trình leo cầu thang.
- Pin và nguồn năng lượng: Sử dụng pin lithium-ion hoặc pin năng lượng mặt trời để cung cấp nguồn năng lượng cho robot Hệ thống quản lý pin sẽ được tích hợp để đảm bảo tiêu thụ năng lượng hiệu quả và thời gian hoạt động lâu dài.
- Giao diện robot: Phát triển một giao diện người dùng thân thiện để điều khiển robot Giao diện này có thể bao gồm một màn hình cảm ứng và các nút điều khiển để người điều khiển có thể dễ dàng tương tác và theo dõi hoạt động của robot.
- Tích hợp công nghệ thông tin: Sử dụng hệ thống định vị GPS để xác định vị trí và lập kế hoạch di chuyển Các cảm biến hình ảnh và video sẽ được sử dụng để thu thập thông tin về môi trường xung quanh và truyền về cho người điều khiển.
- Bảo trì và sửa chữa dễ dàng: Thiết kế robot với các bộ phận có thể thay thế dễ dàng và có sẵn trên thị trường Hướng dẫn sửa chữa chi tiết sẽ được cung cấp để người dùng có thể tự thực hiện bảo trì và sửa chữa cơ bản.
- An toàn và bảo mật: Tích hợp cơ chế cảnh báo va chạm và dừng tự động để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động Đồng thời, mã hóa dữ liệu và cung cấp cơ chế xác thực để bảo vệ thông tin người dùng.
- Chi phí và hiệu quả kinh tế: Tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu chi phí sản xuất và vận hành, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng và hiệu suất cao Tính toán cẩn thận về giá trị gia tăng và lợi nhuận để đảm bảo sự cạnh tranh và thị trường chấp nhận.
Thiết lập danh sách yêu cầu
Nhóm 2 Danh sách yêu cầu cho Robot leo cầu thang
Chiều cao: 100 – 150 mm Chiều rộng: 300 – 250 mm
Chiều dài: 300 - 500 mm Trọng lượng robot: 36 tháng
Bảng 4.1.1-1: Danh sách yêu cầu
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1 : Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết:
- Trọng lượng robot 100 mm.
- Robot có lưu trữ điện.
- Nhiệt độ hoạt động -10 0 C đến 60 0 C.
- Độ cứng vỏ robot > 40 HRC.
- Robot điều khiển từ xa.
- Phạm vi điều khiển < 1km.
- Chụp ảnh không gian xung quang 360 0 - Giám sát nhiệt độ, độ ẩm.
- Truyền thông tin thu thập về máy chủ có độ trễ
