Bài tập: Chương 2: Robot cơ bản

Bài tập: Chương 2 – Robot cơ bản (Hướng dẫn giải chi tiết)

Giới thiệu

Chương 2 đã giúp chúng ta tìm hiểu về robot cơ bản, từ khái niệm, cấu tạo đến nguyên lý hoạt động của một số loại robot thông dụng. Để củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng vận dụng, bài tập này sẽ giúp các em ôn tập thông qua những dạng bài tập có hướng dẫn giải cụ thể. Các em hãy cố gắng tự giải trước, sau đó đối chiếu với hướng dẫn để kiểm tra kết quả nhé!

Lý thuyết cần nhớ

• Robot cơ bản là hệ thống cơ khí – điện tử có khả năng thực hiện tự động các thao tác giống như con người, thường bao gồm: cảm biến, bộ điều khiển (vi điều khiển, mạch logic), cơ cấu chấp hành (động cơ, xi lanh), nguồn năng lượng.
• Phân loại robot cơ bản: Robot di động (xe tự hành, robot dọn dẹp), robot công nghiệp (tay máy), robot phục vụ (robot giao hàng, robot giảng dạy).
• Nguyên lý hoạt động chung: Cảm biến thu thập thông tin → Bộ điều khiển xử lý dữ liệu, đưa ra quyết định → Cơ cấu chấp hành thực hiện hành động (di chuyển, nâng, gắp…).
• Ứng dụng: Sản xuất công nghiệp, y tế, nông nghiệp thông minh, giáo dục STEM.

Ví dụ minh họa (có hướng dẫn giải)

Ví dụ 1: Một robot di động sử dụng hai động cơ DC để di chuyển bánh xe trái – phải. Để robot rẽ trái, em cần điều khiển các động cơ như thế nào? Giải thích nguyên lý.

Hướng dẫn giải:

• Đáp án: Động cơ bánh trái giảm tốc (hoặc dừng lại), động cơ bánh phải hoạt động bình thường.
• Giải thích: Bánh trái di chuyển chậm hơn so với bánh phải, tạo ra mô-men xoay khiến robot quay sang trái. Nếu bánh trái dừng hẳn, robot sẽ quay trái tại chỗ (quay vòng).

Ví dụ 2: Cho robot tay máy có 2 khớp: khớp quay vai (quay theo trục đứng) và khớp quay khuỷu (quay theo phương ngang). Nếu robot cần gắp một vật nằm ở bên phải và ở độ cao thấp hơn vị trí hiện tại, các khớp cần chuyển động ra sao?

Hướng dẫn giải:

• Đáp án: Khớp vai quay theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống) để hướng cánh tay sang phải; khớp khuỷu quay ngược chiều kim đồng hồ (hoặc hướng xuống dưới) để hạ thấp tay gắp.
• Giải thích: Mỗi khớp thực hiện một bậc tự do, việc phối hợp chuyển động giúp đưa điểm cuối (bàn kẹp) đến đúng vị trí mong muốn.

Ví dụ 3: Khi lập trình cho robot dò line (vạch đen trên nền trắng), cảm biến hồng ngoại cho tín hiệu "0" khi gặp vạch đen (phản xạ kém) và tín hiệu "1" khi gặp nền trắng (phản xạ tốt). Nếu robot lệch phải, thì cảm biến trái sẽ thấy nền trắng (1), cảm biến phải thấy vạch đen (0). Hãy nêu hành động điều khiển động cơ để robot đi đúng vạch.

Hướng dẫn giải:

• Đáp án: Động cơ bánh trái tăng tốc (hoặc giữ tốc), động cơ bánh phải giảm tốc (hoặc dừng lại).
• Giải thích: Khi robot lệch phải, cần cho bánh trái chạy nhanh hơn bánh phải để robot quay sang trái, từ đó đưa cả hai cảm biến về vị trí cân bằng trên vạch đen.

Ghi nhớ

• Robot hoạt động dựa trên nguyên lý: cảm nhận – suy luận – hành động.
• Để điều khiển robot, ta thay đổi tốc độ và hướng quay của các động cơ (hoặc góc quay của khớp).
• Bài toán điều khiển thường gặp: dò line, tránh vật cản, di chuyển đến tọa độ.
• Quy tắc "tay lái": muốn rẽ hướng nào, bánh xe bên đó phải chạy chậm hơn hoặc dừng lại (đối với robot di động hai bánh độc lập).

Bài tập gợi ý

Bài tập 1: Một robot tự hành có gắn cảm biến siêu âm đo khoảng cách phía trước. Khi phát hiện vật cản ở khoảng cách dưới 20 cm, robot cần dừng lại, lùi 30 cm, rồi rẽ phải. Em hãy vẽ sơ đồ khối thuật toán điều khiển robot thực hiện nhiệm vụ này.

Bài tập 2: Cho robot có hai động cơ DC, mỗi động cơ được điều khiển bởi một mạch cầu H. Em hãy mô tả cách điều khiển (tín hiệu điều khiển) để robot di chuyển:

1. Thẳng tiến.
2. Lùi lại.
3. Quay trái tại chỗ.
4. Quay phải tại chỗ.

Bài tập 3: Một robot phục vụ trong nhà hàng cần di chuyển từ bàn số 1 đến bàn số 5, dọc theo hành lang thẳng, rẽ phải, rẽ trái. Hãy đề xuất các thông số cần đo bằng cảm biến (cảm biến khoảng cách, cảm biến vạch, cảm biến góc quay) và cách lập trình cơ bản để robot thực hiện hành trình trên.

Gợi ý thảo luận: Các em có thể trao đổi theo nhóm để tìm ra phương án tối ưu, sau đó thử nghiệm trên mô hình nếu có điều kiện.

Chúc các em ôn tập tốt và áp dụng thành công kiến thức về robot cơ bản vào thực tế!