Người máy và tương lai của người máy – Phần 1

Robot dáng người của TOSY có khả năng chơi bóng bàn
Robot dáng người của TOSY có khả năng chơi bóng bàn

Robot dáng người của TOSY có khả năng chơi bóng bàn

Robotics –  Khoa học nghiên cứu Người Máy

Khoa học nghiên cứu việc sử dụng Người Máy liên quan đến các lĩnh vực như thiết kế, xây dựng, vận hành, cấu trúc cơ cấu, chế tạo và các ứng dụng Người máy. Khoa học nghiên cứu việc sử dụng Người Máy gắn liền với điện tử, kỹ thuật, cơ điện tử và phần mềm.

Các thành phần của robot

Nguồn năng lượng

Hiện tại, phần lớn Pin chì axit được dùng, nhưng các nguồn năng lượng tiềm năng có thể là: Khí nén, thủy lực, thiết bị dự trữ năng lượng tạo ra từ bánh đà, rác thải hữu cơ, chất thải (người, động vật), những nguồn năng lượng chưa được chấp thuận rộng rãi (ví dụ: năng lượng nguyên tử, năng lượng phóng xạ, như được khẳng định trong bộ phim “Red Planet”).

Bộ phận truyền động

Bộ truyền động tương tự như “cơ bắp” của robot, bộ phận chuyển năng lượng dự trữ sang chuyển động. Cho đến nay bộ phận truyền động phổ biến là các mô tơ điện xoay các bánh răng và các bộ truyền động theo đường thẳng. Tuy nhiên, hiện nay cũng có các công nghệ hiện đại hơn trong các kiểu cơ cấu truyền động bởi điện, hóa học và khí nén.

Mô tơ điện: Hầu hết các robot dùng các mô tơ điện, thông thường là loại môtơ có hay không có chổi than trong các robot di động hay môtơ xoay chiều AC được dùng trong robot công nghiệp và máy CNC.

Các cơ cấu truyền động thẳng: Rất nhiều cơ cấu truyền động thẳng, di chuyển ra hay vào thay vì xoay tròn, đặc biệt khi mà cần đẩy 1 lực rất lớn như ngành robot công nghiệp. Chúng thường được truyền năng lượng từ khí nén hay dầu thủy lực.

Các cơ cấu đàn hồi: 1 cái lò xo có thể được thiết kế như là 1 phần của cơ cấu truyền động môtơ, cho phép tăng cường điều khiển lực. Chúng được dùng trong rất nhiều robot, đặc biệt trong các robot có hình dáng người.

Cơ cấu bằng khí: Các cơ cấu nhân tạo khí nén, cũng được biết  đến như cơ bắp khí, là 1 ống đặc biệt có thể co dãn, thông thường lên đến  40% khi khi nén được đẩy vào trong. Chúng được dùng trong một vài ứng dụng của robot.

Cơ cấu bằng dây: Cơ cấu dây, cũng được biết như là Shape Memory Alloy, Nitinol và  Flexinol Wire, là 1 loại vật liệu có độ đàn hồi nhỏ (thông thường dưới 5%) khi điện chạy qua chúng. Chúng được dùng cho 1 số ứng dụng robot nhỏ.

Chất dẻo từ tính: EAPs hay EPAM là các chất dẻo mới có độ con dãn lên đến 400% khi có dòng  điện đi qua, và đã đươc dùng trong các cơ mặt và tay của các con robot có hình dáng người, và có thể cho phép thế hệ robot mới nổi trên mặt nước, bay, bơi lội hay bước đi.

Piezo motors: Sự hiện diện gần đây của các mô tơ 1 chiều DC như môtơ piezo hay môtơ siêu âm. Chúng hoạt động trên nền tảng khác biệt, bởi những phần tử rất nhỏ, chúng rung động nhiều ngàn lần 1 giây, làm nên chuyển động thẳng hay xoay tròn. Có rất nhiều cơ cấu cơ khí khác nhau để hoạt động. Một kiểu dùng rung động của các thành phần piezo để đi bộ trong 1 vòng tròn hay 1 đường thẳng. Một kiểu khác dùng các thành phần piezo để tháo 1 con bulông. Ưu điểm của những môtơ này là kích thước siêu nhỏ nano, tốc độ, và đủ lực theo kích cở của chúng. Những môtơ này đã được thương mại hóa, và đã được dùng trong nhiều robot.

Những ống nanô co giãn: Những ống nano co giãn là công nghệ cơ cấu nhân tạo đầy hứa hẹn trong  các phát triển thí nghiệm gần đây. Do không có độ hụt của carbon, ống nano cho phép những sợi quang nhỏ này biến dạng đàn hồi theo tỷ lê lớn, với năng lượng được tích trử khoảng 10J/cm3 đối với ống nano kim loại. Cơ tay con người có thể được thay thế với một dây có đường kính 8mm từ vật liệu này. Những cơ bắp nhỏ gọn này có thể cho phép robot trong tương lai có thể chạy nhanh và nhảy cao hơn con người.

Cơ cấu xúc giác của robot

Những robot và cánh tay nhân tạo hiện nay nhận được ít thông tin xúc giác hơn cánh tay con người. Những nghiên cứu gần đây đã phát triển những cảm biết xúc giác bắt chước đặc tính cơ khí và chức năng cảm thụ xúc giác của các ngón tay con người. Dãy cảm biến này được xây dựng như là lõi cứng bao quanh bởi chất lỏng dẫn điện, nhiệt được chứa trong làn da đàn hồi. Các cực điện được gắn bên trên bề mặt của các lỏi cứng này và được nối với một thiết bị đo trở kháng bên trong lỏi. Khi một làn da nhân tạo chạm 1 vật, dòng chất lỏng xung quanh điện cực bị biến dạng, tạo ra sự thay đổi trở kháng tương ứng với lực nhận được từ vật thể. Nghiên cứu mong đợi chức năng quan trọng như những ngón tay nhân tạo sẽ nâng cao khả năng năm gửi vật thể của robot. Các nhà khoa học từ các nước Châu âu và Israel đã phát triển 1 cánh tay nhân tạo năm 2009, gọi là cánh tay thông minh, có những chức năng như thật, cho phép bệnh nhân viết, đánh máy trên một bàn phím, chơi piano và thực hiện được 9 chuyển động khác. Cánh tay này có các cảm biết cho phép bệnh nhân cảm nhận được như những ngón tay thật sự.

Cơ cấu thị giác của robot

Thị giác máy tính là khoa học và kỹ thuật để máy móc có thể nhìn thấy được . Như là một bộ phận của khoa học, thị giác máy tính liên quan đến các thiết bị trong các hệ thống nhân tao lấy thông tin từ các hình ảnh. Dữ liệu hình ảnh có thể dưới nhiều dạng, như dãy hình ảnh và góc nhìn từ các camera.Trong phần lớn các ứng dụng thị giác máy tính, máy tính phải được lập trình lại để giải quyết 1 nhiệm vụ đặc biệt mới, nhưng những phương pháp nghiên cứu mới đang được tiến hành để giải quyết vấn đề này. Các hệ thống thi giác máy tính dựa vào các cảm biết cảm nhận bức xạ điện từ vốn thông thường có trong ánh sáng nhìn thấy được hay hồng ngoại. Cảm biến được thiết kế dạng vật lý khối đặc. Quá trình mà ánh sáng truyền và phản chiếu từ bề mặt trong quang học. Những cảm biết hình ảnh tinh vi sử dụng cơ cấu lượng tử có thể cảm nhận và xử lý quá trình hình thành các hình ảnh. Có một mãng phụ trong thị giác máy tính nơi mà các hệ thống nhân tạo được thiết kế để bắt chước quá trình xử lý và hành động của các hệ thống sinh vật học, với nhiều mức độ phức tạp khác nhau. Cũng như, một vài phương pháp nghiên cứu được phát triển về thị giác máy tính dựa trên sinh vật học.

Các cơ cấu thao tác

Robot phải làm việc trong thế giới thực đòi hỏi phải thao tác với vật thể ở dạng nào đó, nhặt, di chuyển, phá hủy, hay những hành động khác. Như bàn tay của  robot thường xem như cơ cấu tác động cuối, “cánh tay” được xem như cơ cấu thao tác. Phần lớn các robot có các bàn tay có thể thay thế được, mổi bàn tay sẽ thực hiện các loại tác vụ nhỏ khác nhau. Một vài bàn tay có sẳn cánh tay lắp sẳn vốn không thể thay thế được, trong khi 1 số khác có rất nhiều tính năng, ví dụ như 1 cánh tay của robot có hình dáng người.

Các cơ cấu kẹp cơ khí: Một trong các cơ cấu tác động cơ bản nhất là cơ cấu kẹp. Một cách nôm na nhất nó bao gồm chỉ hai ngón tay vốn có thể mở hay đóng để nhặt và mang đi rất nhiều loại vật thể. Những ngón tay có thể ví dụ như được làm từ 1 chuổi xích với 1 sợi dây kim loại xuyên qua nó.

Các cơ cấu hút chân không: Các cơ cấu kẹp chân không là những thiết bị rất đơn giản, nhưng có thể nắm giử được một vật thể rất nặng từ việc tạo ra 1 bề mặt đủ phẳng để đảm bảo sự mút, hút. Robot nhặt và đặt cho các thiết bị điện tử và cho các vật thể lớn như kính chắn gió xe hơi, thường sử dụng các Các cơ cấu hút chân không đơn giản.

Rô bốt hình bàn tay điều khiển bằng joystick

Rô bốt hình bàn tay điều khiển bằng joystick

Còn tiếp phần 2

iPumpkin @ MES Lab.

Authors

Related posts

One Comment;

  1. Pingback: Người máy và tương lai của người máy – Phần 2 - MES Channel

*

Top