Giải chuyên đề học tập Tin học 10 Cánh diều định hướng khoa học máy tính bài 2: Robot giáo dục

Khởi động

Câu hỏi. Em hãy nêu ứng dụng của robot trong giáo dục và đạo tạo.

Robot được thiết kế nhằm mục đích giáo dục, giúp học sinh hiểu kiến thức và kiến thức kĩ năng về cơ khí, điện tử, điều khiển tự động, tin học.

1. Robot giáo dục

2. Cấu tạo chung của robot

Hoạt động 1. Em hãy quan sát robot Arduino ở Hình 2 và trả lời câu hỏi:

Trong các bộ phận của robot:

1) Bộ phận nào thuộc phần cơ khí? Bộ phận nào thuộc phần điện, điện tử?

2) Bộ phận nào có chức năng tương tự các bộ phận sau đây của con người: mắt, tay, chân, bộ não, thân người?

Hình 2. Các bộ phận của robot Arduino

Trong các bộ phận của robot:

1) Bộ phận nào thuộc phần cơ khí bao gồm: hệt hống khung cơ khí, các bộ phận di chuyển (bánh xe, Bánh đa hướng), các bộ phận chấp hành (tay gắp).

Hình 3. Một số bộ phận điện, điện tử của robot

Bộ phận nào thuộc phần điện, điện tử bao gồm: cảm biến, bảng mạch chính, động cơ điện.

Hình 4. Một số bộ phận cơ khí của robot 

2) Bộ phận sau có chức năng tương tự các bộ phận sau đây của con người: mắt, tay, chân, bộ não, thân người:

- Bảng mạch đóng vai trò như bộ não của robot, thu nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thông tin và phát tín hiệu điều khiển tới các bộ phận khác của robot.

- Cảm biến đóng vai trò như giác quan của robot, thu nhận thông tin từ bên ngoài.

- Phần cơ khí quyết định hình dạng và cách thức vận động của robot.

3. Các bộ phận điện, điện tử của robot

Hoạt động 2. Bạn An muốn chế tạo một robot có khả năng tự di chuyển, tránh vật cản và lau nhà. Em hay rút An lựa chọn các bộ phận điện, điện tử cần thiết cho robot.

- Cảm biến giúp robot thu nhận thông tin từ môi trường bên ngoài. Có thể sử dụng cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm.

- Bảng mạch chính giúp xử lý thông tin, kết nối và điều khiển các bộ phận điện tử.

- Động cơ điện là thiết bị chuyển hóa điện thành cơ năng.

- Mạch điều khiển động cơ: là mạch điện tử điều khiển và cung cấp dòng điện cho động cơ.

- Pin là bộ phận tích trữ điện năng, cung cấp điện năng cho bản mạch chính, các bộ phận điện tử và động cơ điện.

Luyện tập

Câu hỏi. Em hãy phân loại các bộ phận trong robot ở Hình 13 thành hai loại: phần cơ khí và phần điện, điện tử.

- Phần cơ khí: Bánh xe, khung cơ khí, bánh đa hướng.

- Phần điện, điện tử: Pin, động cơ giảm tốc, mô đun bluetooth, bảng mạch chính, còi chíp, cảm biến siêu âm, động cơ servo, cảm biến hồng ngoại.

Vận dụng

Bài 1. Cảm biến siêu âm đo khoảng cách bằng cách ghi nhận khoảng thời gian t (giây) từ lúc phát xung siêu âm đến lúc thu được xung phản xạ (Hình 14). Em hãy nêu công thức tính khoảng cách từ robot đến vật cản theo t. Biết rằng, xung siêu âm, xung phản xạ là sóng âm có tốc độ trong khoảng không khí là 340m/s. Coi khoảng cách từ robot đến vật cản xấp xỉ bằng quãng đường đi của xung phát hoặc xung phản xạ.

Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

Bài 2. Có một động cơ điện 1 chiều hoạt động ở điện áp trong khoảng 3V đến 9V. Cần sử dụng bao nhiều pin AA (1,5V) và kết nối chúng như thế nào để làm nguồn điện cho động cơ?

Có một động cơ điện 1 chiều hoạt động ở điện áp trong khoảng 3V đến 9V. Cần sử dụng từ 2 - 6 pin AA (1,5V) và chúng được ghép nối tiếp với nhau để làm nguồn điện cho động cơ.

Câu hỏi tự kiểm tra

Câu 1. Robot được cấu tạo từ những thành phần chính nào? Em hãy kể tên một số bộ phận của robot.

Robot được cấu tạo gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm: phần điện, điện tử và cơ khí. Phần mềm là chương trình điều khiển được lập trình và nạp vào bảng mạch chính của robot.

Các bộ phận điện, điện tử của robot rất phong phú như: cảm biến, bảng mạch chính, động cơ điện, đèn LED, loa, còi, chip.

Câu 2. Cảm biến giúp thu nhận thông tin từ môi trường. Các bộ phận chấp hành như đèn, còi, chíp, bánh xe, tay gắp được điều khiển để robot tương tác với môi trường. Vậy bộ phận nào của robot giúp xử lý thông tin và ra lệnh điều khiển?

Bảng mạch chính giúp xử lý thông tin, kết nối và điều khiển các bộ phận điện tử. Bảng mạch chính hoạt động ở điện áp thấp. Bảng mạch chính có nhiều loại, sử dụng các vi điều khiển khác nhau, như: vi điều khiển Arduino, Arm, Rasberry Pi…Trên bảng mạch có nhiều chân cắm mở rộng, kết nối với các thiết bị ngoại vi để giao tiếp, đọc tín hiệu, cấp nguồn điện.