Giải chuyên đề học tập Tin học 10 KNTT định hướng khoa học máy tính bài 1: Cấu tạo chung của robot giáo dục

Câu hỏi: Em đã từng nghe từ "robot" bao giờ chưa? Hãy kể tên và chức năng của một số robot mà em biết.

Hướng dẫn trả lời:

Em đã từng nghe về robot trên tivi, trên internet… Một số robot mà em biết đó là:

• Robot công nghiệp: là robot được sử dụng trong các ngành công nghiệp, để làm nhiều công việc như lắp ráp, sơn, đóng gói, dán nhãn, kiểm tra sản phẩm…
• Robot giáo dục: là robot được thiết kế phục vụ mục đích giáo dục, giúp người học hiểu và thực hành các kỹ năng về cơ khí, điện tử và điều khiển tự động. Điển hình là các cuộc thi Robocon ở Việt Nam, với sự đầu tư cao của các trường Đại học trong cả nước.
• Robot y tá dùng để chăm sóc bệnh nhân, có thể theo dõi các thiết bị y tế trong phòng và chuyển tiếp cho nhân viên bệnh viện.

1. Robot và robot giáo dục

2. Cấu tạo và hoạt động của robot giáo dục

Hoạt động 1. Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của robot giáo dục

Quan sát Hình 1.1, tìm hiểu cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của robot giáo dục.

Cấu tạo chung của robot gồm 3 phần chính:

• Bảng mạch điều khiển (bản mạch chính).
• Các cảm biến và cơ cấu nhận tín hiệu.
• Các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển (còi, loa, màn hình, số…).

Nguyên lý hoạt động của robot:

• Nhận các tín hiệu vào (thông tin vào) như ánh sáng, nhiệt độ, … từ các cảm biến hoặc các cơ cấu tiếp nhận tín hiệu.
• Chuyển đổi tín hiệu đầu vào sang tín hiệu số (dữ liệu vào) và đưa vào chíp vi điều khiển thông qua các cổng giao tiếp.
• Nhờ chương trình điều khiển được cài đặt trong bộ nhớ, chip vi điều khiển thực hiện việc tiếp nhận, xử lý dữ liệu vào và đưa dữ liệu ra (các quyết định điều khiển). Dữ liệu ra sẽ được bộ chuyển đổi tín hiệu chuyển từ dữ liệu số sang lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển.
• Quá trình trên được lặp đi lặp lại trong suốt thời gian hoạt động của robot nhờ chương trình điều khiển được cài đặt bên trong.
• Quá trình hoạt động của robot tương tự như các thiết bị xử lý thông tin gồm các bước tiếp nhận thông tin/tín hiệu vào, xử lý và ra quyết định điều khiển.

3. Nguồn điện dùng cho robot

Hoạt động 2. Tìm hiểu nguồn điện dùng cho robot

Để robot có thể hoạt động cần cung cấp năng lượng cho các bộ phận chính của robot. Nguồn năng lượng dùng cho robot là nguồn điện một chiều có hiệu điện thế thấp từ 3-12 vôn an toàn cho người sử dụng. Em hãy tìm hiểu để lựa chọn các loại nguồn điện phù hợp cho robot nhé!

Có 2 cách chủ yếu cấp nguồn điện một chiều cho robot:

• Sử dụng một bộ chuyển đổi điện một chiều hoặc lấy nguồn trực tiếp từ máy tính qua cổng USB: Dùng cho trường hợp robot hoạt động tại chỗ cố định hoặc khi kết nối với máy tính để nạp chương trình vào bộ nhớ của robot.
• Sử dụng các pin thông dụng: Dùng cho các robot cần di chuyển linh hoạt hoặc cần hoạt động độc lập.

Câu hỏi: Em hãy cho biết ưu, nhược điểm của việc dùng pin cấp nguồn điện cho hoạt động của robot?

LUYỆN TẬP

Bài tập 1. Em hãy mô tả cấu tạo chung của robot.

Cấu tạo chung của robot gồm 3 phần chính là: bảng mạch điều khiển, các cảm biến và cơ cấu nhận tín hiệu, các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển.

Bài tập 2. Tại sao nói hoạt động của robot cũng tương tự với các thiết bị xử lý thông tin khác?

Nói hoạt động của robot cũng tương tự với các thiết bị xử lý thông tin khác vì hoạt động của robot là quá trình lặp đi lặp lại các bước:

• Nhận các tín hiệu vào.
• Chuyển đổi tín hiệu đầu vào sang tín hiệu số.
• Chip vi điều khiển thực hiện việc tiếp nhận, xử lý dữ liệu vào và đưa dữ liệu ra. Các bước trên được thực hiện nhờ chương trình điều khiển được cài đặt bên trong robot.

VẬN DỤNG

Bài tập 1. Em hiểu thế nào là tính mở cửa của kiến trúc các robot hiện nay?

Tính mở của kiến trúc robot giáo dục hiện nay được thể hiện ở những đặc điểm sau:

• Cấu trúc bảng mạch mở cho phép thiết kế và kết nối với các cơ cấu cảm biến và chấp hành khác nhau.
• Phần mềm điều khiển có mã mạch mở cho phép thiết kế và kết nối với các cơ cấu cảm biến và chấp hành khác nhau.
• Phần mềm điều khiển mã nguồn mở và miễn phí.
• Không giữ bản quyền các sơ đồ mạch vi xử lý các nguyên lý hoạt động khác.

Bài tập 2. Em hãy tìm hiểu thêm thông tin về một số robot hiện nay ở Việt Nam trên Internet.

Nhu cầu về robot ở Việt Nam đang tăng trưởng như một xu hướng quan trọng nhằm đón đầu xu hướng Robotics và công nghệ cao để giảm nhân công và chi phí vận hành, tạo và duy trì lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp. Robot được sử dụng ngày càng phổ biến trong nhà máy sản xuất thiết bị di động, đồ uống, thực phẩm, hàng tiêu dùng, chế biến, chế tạo. Robot lắp đặt ở Việt Nam chủ yếu sử dụng trong ngành Điện tử, nơi Việt Nam hiện nay đang là lựa chọn hàng đầu của các tập đoàn Điện tử hàng đầu thế giới như Samsung, LG, Apple. Tiếp theo là ngành Sản xuất ô tô, xe máy với sự đầu tư mạnh mẽ của tập đoàn Vinfast và một số số ngành nghề khác.