Bài 3: Cảm Biến Và Phụ Kiện Dùng Trong Robot | Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng khoa học máy tính) | Chuyên Đề 1: Thực Hành Với Các Bộ Phận Của Robot Giáo Dục - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 15

Học xong bài này em sẽ:

– Biết cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và cách kết nối một số cảm biến thường dùng với bảng mạch điều khiển của robot.

– Nhận biết được một số phụ kiện thường dùng trong robot và cách kết nối với mạch điều khiển.

Khởi động

Dịch vụ thương mại điện tử hàng đầu thế giới của công ty Amazon đã sử dụng robot để sắp xếp, vận chuyển hàng hoá trong kho (Hình 3.1). Em có biết bằng cách nào hàng trăm con robot có thể di chuyển mà không va chạm vào nhau?

Hình 3.1. Các robot trong kho hàng của Amazon

1. Một số cảm biến thường dùng

Kiến thức mới

Trong robot, cảm biến dò đường và cảm biến siêu âm được sử dụng rất phổ biến giúp robot dò đường và phát hiện được vật cản. Ngoài ra, một số cảm biến khác dùng để thu nhận dữ liệu về môi trường xung quanh cũng được sử dụng rộng rãi như cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm.

a) Cảm biến dò đường

Mắt hồng ngoại (còn gọi là mắt tín hiệu hay gọi tắt là mắt) là bộ phận quan trọng nhất trong mỗi cảm biến dò đường. Mỗi mắt hồng ngoại được cấu tạo gồm một cặp đầu phát/thu tín hiệu hồng ngoại đặt cạnh nhau nhìn về cùng một hướng.

- Nếu đầu thu không thu được tín hiệu của đầu phát, do vùng đối diện là vùng tối hấp thụ hầu hết các tia hồng ngoại chiếu vào, ta quy ước giá trị tín hiệu của mắt bằng 0.

- Ngược lại, khi đầu thu thu được tín hiệu của đầu phát, do vùng đối diện là vùng sáng phản xạ hầu hết các tia hồng ngoại chiếu vào, ta quy ước giá trị tín hiệu của mắt bằng 1.

a) Bề mặt hấp thụ ánh sáng

b) Bề mặt phản xạ ánh sáng

Đầu phát hồng ngoại

Đầu thu hồng ngoại

Hình 3.2. Nguyên lí hoạt động của cảm biến dò đường

Ứng dụng cảm biến dò đường để dẫn đường cho robot

Cặp đầu phát/thu hồng ngoại

Hình 3.3. Cảm biến dò đường hải mất và bốn mắt

Các cảm biến dò đường dùng trong robot thường có hai hoặc bốn mắt. Các mắt của cảm biến được bổ tri song song với nhau cùng nhìn về một hướng.

Nguyên tắc dẫn đường của cảm biến dò đường hai mắt đơn giản như sau: Giả sử đường đi được thể hiện là một vạch màu đen (có độ rộng lớn hơn khoảng cách giữa hai mắt) trên nền địa hình màu trắng và robot đang dịch chuyển trên đường. Nếu tin hiệu trả về của cả hai mắt đều bằng 0, em tiếp tục cho robot di chuyển thẳng dọc theo đường đi. Khi tín hiệu trả về của một trong hai mắt bằng 1, nghĩa là robot bắt đầu di chuyển chệch khỏi đường đi, em cần điều khiển để robot rẽ sang phía mắt có tín hiệu bằng 0. Dựa vào nguyên tắc này em có thể lập trình để dẫn robot di chuyển dọc theo một đường đi được vẽ ra từ trước.

Từ nguyên lí làm việc của các mắt hồng ngoại có trong cảm biến dò đường, cần lưu ý mấy điểm sau:

- Vạch đen thể hiện đường đi cần có độ rộng lớn hơn khoảng cách giữa hai mắt có trong cảm biến dò đường.

- Phải đảm bảo sự khác biệt về độ sáng tối giữa đường đi và bề mặt nền địa hình.

- Dưới trời nắng chói, cảm biến dò đường có thể không phân biệt được đường đi và bề mặt địa hình.

Hình 3.4. Đường đi của Robot

Trang 17

b) Cảm biến siêu âm

Tương tự như cảm biến dò đường, cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lí phát sống và phản xạ sóng. Khi được cấp nguồn hoạt động, cảm biến sẽ phát ra một chùm sóng siêu âm liên tục. Khi các chùm sóng này chạm đến bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại cảm biến. Lúc này cảm biến sẽ thu lại các chùm sống và tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản dựa trên thời gian phản xạ và vận tốc của sóng.

Hình 3.5. Nguyên lí hoạt động của cảm biến siêu âm

Hình 3.6. Hình ảnh cảm biến siêu âm

Câu hỏi

1. Vì sao cảm biễn siêu âm phải đặt phía trước robot tự hành?

2. Em hãy tìm một vài ứng dụng của cảm biến siêu âm và cảm biến dò đường trong các mô hình robot khác.

c) Kết nối cảm biến siêu âm và cảm biến do đường với robot

Tuỳ thuộc vào từng loại robot chúng ta có thể kết nổi các cảm biến này vào các cổng loại RJxx.

Cảm biến dò đường

Cảm biến siêu âm

Bảng mạch điều khiển

Hình 3.7. Kết nối cảm biển với bảng mạch điều khiển

2. Một số phụ kiện

a) Còi

Còi là một phụ kiện phát ra âm thanh, sử dụng điện áp để chuyển đổi tín hiệu điện thành âm thanh. Nó được dùng phổ biến trong robot và thường được lắp đặt cố định trên bảng mạch điều khiển (Hinh 3.8). Còi được dùng trong các tình huống như báo động, hẹn giờ,...

Hình 3.8. Còi trên một bảng mạch điều khiển của robot

Trang 18

Bên cạnh còi, loa cũng là phụ kiện phát ra âm thanh nhưng loa có cấu tạo phức tạp hơn và có thể phát ra các loại âm thanh đa dạng.

b) Đèn LED

Đèn LED là cơ cấu chuyển đổi tín hiệu điện thành ánh sáng. Đèn LED có nhiều loại như: đèn LED đơn sắc (chỉ phát một màu), đèn LED đa sắc (có thể phát lần lượt nhiều màu). Đèn LED có thể được gắn sẵn trên bảng mạch điều khiển của robot hoặc kết nối rời thông qua các cổng giao tiếp.

Hình 3.9. Đèn LED

Đèn LED

Hình 3.10. Đèn LED gắn sẵn trên bảng mạch điều khiển của robot

c) Màn hình

Màn hình là phương tiện không thể thiếu trong giao tiếp người – máy nói chung. Trong robot, màn hình được kết nối riêng biệt thông qua cổng giao tiếp và thường được dùng để hiển thị các thông tin như: nhiệt độ, độ ẩm,... hoặc các thông báo ngắn trong quá trình robot hoạt động.

Hình 3.11. Màn hình

d) Vỉ điều khiển từ xa

Vỉ điều khiển từ xa là một loại phụ kiện thường dùng cho robot. Vì điều khiển từ xa thường sử dụng tia hồng ngoại hoặc phát tín hiệu sóng điện từ bluetooth để điều khiển robot từ xa mà không cần tiếp xúc với robot.

Hình 3.12. Vỉ điều khiển từ xa

Câu hỏi

Nếu robot được trang bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí thì dữ liệu đo được bởi các cảm biến này có thể được hiển thị ở đâu?

LUYỆN TẬP

1. Để điều khiển robot di chuyển theo một đường đi đã được vạch sẵn thì cần dùng cảm biến hay cơ cấu chấp hành nào ? Em có thể chọn nhiều hơn một phương án.

A. Cảm biến siêu âm.

B. Cảm biến dò đường.

C. Động cơ DC.

2. Robot sử dụng những phụ kiện tiếp nhận điều khiển nào để chuyển tải các thông tin âm thanh, hình ảnh?

VẬN DỤNG

1. Theo em ngoài cảm biến dò đường và siêu âm để hỗ trợ di chuyển, robot còn có thể sử dụng những cách thức nào khác? Nếu hai cách mà em biết.

2. Em hãy mô tả chức năng của một vài phụ kiện tiếp nhận điều khiển robot mà em biết.