Tiến sĩ làm robot hai bánh tự cân bằng khi thay đổi độ cao

TS Thiện (35 tuổi) đang làm việc tại Phòng thí nghiệm Robot và điều khiển thông minh (khoa Điện – Điện tử). Từ cuối năm 2021, anh hướng dẫn nhóm sinh viên làm robot hai bánh tự cân bằng phiên bản đầu tiên.

Anh cho biết, robot hai chân có sự linh hoạt hơn bốn chân. Nó có khả năng di chuyển trên nhiều địa hình theo nhiều hướng khác nhau, trong điều kiện không gian chật hẹp. Xu thế hiện nay nhiều doanh nghiệp dùng robot này vận chuyển hàng hóa, thực hiện nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm thay con người… nên tiềm năng ứng dụng cao.

Nhóm đã xây dựng mô hình toán học, đưa ra các giải thuật và kiểm chứng hoạt động của robot trên phần mềm mô phỏng. Sau đó triển khai mô hình cơ khí thực tế.

Sản phẩm đầu tay là robot tự cân bằng trên hai bánh, nhưng cố định độ cao. Sau phiên bản đầu tiên, TS Thiện tiếp tục nghiên cứu cho robot có thể tự nâng hạ độ cao khớp chân nhưng vẫn giữ thăng bằng, giúp di chuyển linh hoạt hơn.

 

 

Tiến sĩ Việt làm robot 2 bánh tự cân bằng khi thay đổi độ cao

Tác giả cho biết, để đáp ứng yêu cầu nâng hạ khớp, cần phải đưa ra giải thuật dựa vào sự thay đổi chiều cao robot để điều chỉnh thông số bộ điều khiển trên máy tính giúp nó có thể giữ thăng bằng, hoạt động ổn định. Việc này được nhóm áp dụng kỹ thuật thông minh, dựa vào sự thay đổi chiều cao của robot để máy tính suy luận đưa ra thông số phù hợp trên bộ điều khiển, giúp nó di chuyển thăng bằng, không bị đổ khi nâng hạ khớp chân. Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm hoàn thiện phiên bản robot hoạt động với vận tốc di chuyển tối đa 0,5 m mỗi giây.

Robot được thiết kế cơ khí chủ yếu bằng nhựa PLA trên máy in 3D. Nhờ ba động cơ điện một chiều, trong đó hai động cơ giúp hai chân của robot di chuyển tới, lui, xoay tại chỗ và một động cơ thay đổi chiều cao của khớp chân. Lưng được trang bị cảm biến góc nghiêng để giữ thăng bằng, bộ pin để cung cấp năng lượng cho động cơ.

Theo Nguyễn Minh Hoàng, thành viên nhóm, trong quá trình làm robot, động cơ nâng hạ chiều cao thường xuyên bị cháy do phải chịu tải lớn. Để khắc phục, nhóm thiết kế hệ thống lò xo ở chân robot để giảm tải cho động cơ, hạn chế sự cố.

Để tăng khả năng hoạt động và tính linh hoạt của robot, TS Thiện cho biết, nhóm tiếp tục phát triển sản phẩm có hai chân di chuyển độc lập nhau. Điều này đòi hỏi phải tăng số lượng lên sáu động cơ, gồm hai động cơ điều khiển chiều cao từng chân, hai động cơ điều khiển chân và hai động cơ điều khiển góc nghiêng mỗi chân.

Nhóm đặt mục tiêu robot phải mô phỏng gần giống khớp chân con người nhất. “Làm robot tự cân bằng như việc nuôi một đứa trẻ. Lúc đầu nó rất hay đổ ngã, nhưng khi đứng vững, thăng bằng rồi cần tiếp tục phát triển giai đoạn mới là di chuyển linh hoạt với các yêu cầu khó hơn”, TS Thiện nói.

Để sản phẩm ứng dụng thực tế, ông cho rằng, ngoài cơ cấu chuyển động, robot cần được phát triển hệ thống thị giác máy tính, giúp nó tránh được chướng ngại vật trong quá trình di chuyển, quan sát được điều kiện địa hình xung quanh…

Ông Lê Trung Hiếu, kỹ sư điện – điện tử, Giám đốc công ty công nghệ Ewater đánh giá cao, sản phẩm là hướng nghiên cứu mang tính nền tảng phục vụ cho việc phát triển các sản phẩm robot hai bánh tự cân bằng ứng dụng sau này trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, dịch vụ, quân sự… Tuy nhiên, để đưa vào ứng dụng còn phụ thuộc vào việc “xây dựng thuật toán lập trình, thiết kế cơ khí… đảm bảo khả năng giữ thăng bằng tốt nhất trong nhiều hoàn cảnh thực tế khác nhau”, ông Hiếu nói.

Hà An