ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT
NHỆN 6 CHÂN

GVHD: Nguyễn Lê Thái11111111111111111
SVTH: Trần Thái Phong

2025170073

Nguyễn An Lộc

2025170058

Nguyễn Văn Duẫn

2025170019

Nguyễn Văn Thịnh

2025170098

Nguyễn Hữu Nhật Hiếu 2025170034
Lớp: 08ĐHCDT2

TP. HỒ CHÍ MINH, 13 THÁNG 01 NĂM 2021


ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT
NHỆN 6 CHÂN
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Dũng
TS. Nguyễn Lê Thái11111111111111111
SVTH: Trần Thái Phong

MSSV: 2025170073

Nguyễn An Lộc

2025170058

Nguyễn Văn Duẫn

2025170019

Nguyễn Văn Thịnh


2025170098

Nguyễn Hữu Nhật Hiếu

2025170034

Lớp: 08ĐHCDT2
TP. HỒ CHÍ MINH, 13 THÁNG 01 NĂM 2021


ĐẠI HỌC CNTP TP.HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc.

-----✩
----Khoa: CN CƠ KHÍ
Bộ Mơn: Cơ Điện Tử

-----✩
-----

NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. HỌ VÀ TÊN: 1. Trần Thái Phong

MSSV: 1. 2025170073

2. Nguyễn An Lộc


2. 2025170058
3. Nguyễn Văn Duẫn
3. 2025170019
4. Nguyễn Văn Thịnh
4. 2025170098
5. Nguyễn Hưu Nhật Hiếu
5. 2025170034
2. NGÀNH:
CƠ ĐIỆN TỬ
LỚP : 08DHCDT2
3. Đề tài: Nghiên Cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình robot nhện 6 chân
4. Nhiệm vụ (u cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
+ Tìm hiểu robot nhện
+ Nghiên cứu, thiết kế động học robot
+ Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu cơ khí
+ Nghiên cứu, thiết kế bộ phận truyền động
+ Thiết kế mạch điều khiển
+ Chế tạo mơ hình
5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/09/2020
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2021
7. Họ và tên người hướng dẫn:
Nguyễn Lê Thái

Phần hướng dẫn
.....................................
.....................................

Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Bộ Môn.
Tp.HCM, ngày…... tháng….. năm 20
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN


PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):.......................
Đơn vị:......................................................
Ngày bảo vệ : ...........................................
Điểm tổng kết: .........................................
Nơi lưu trữ: ...............................

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH


Lời cảm ơn

GVHD: Nguyễn Lê Thái

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

i


Lời cảm ơn

GVHD: Nguyễn Lê Thái

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến các quý Thầy, Cô
của Trường Đại Học Công nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tâm
chỉ dạy và truyển đạt cũng như trang bị thêm cho nhóm chúng em những kiến thức
quý báo trong quá trình theo học tại trường. Chúng em xin trân thành cảm ơn các
Thầy, Cô giáo viên bộ môn Cơ điện tử đã hướng dẫn tận tình trong q trình nhóm
chúng em làm đề tài.
Chúng em xin bày tỏa lòng biết ơn sâu sắc của mình đến thầy Nguyễn Lê Thái
và thầy Nguyễn Ngọc Dũng là người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều

kiện thuận lợi để nhóm chúng em có thể hồn thành được bài luận văn này.
Đặt biệt, chúng em xin được cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội đồng đã dành
thời gian của mình để nhận xét, đánh giá và góp ý cho bài luận văn này của nhóm
chúng em được hồn thiện hơn.
Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên,
ủng hộ và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi trong q trình hồn thành luận văn tốt
nghiệp. Mặc dù đã cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, nhưng do chưa
làm quen được với công tác nghiêm cứu khoa học, tiếp xúc thực tế với những thiết
bị, cũng như còn những mặt hạn chế và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những
sai sót. Nhóm của chúng em mong nhận được những sự góp ý từ phía các thầy, cơ và
các bạn để khóa luận nhóm em có thể đạt được hồn chỉnh hơn nữa.
Chúng em xin được trân thành cảm ơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…… tháng……năm……

.

Sinh viên

ii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

TĨM TẮT KHĨA LUẬN
Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình robot nhện 6 chân ”
được thực hiện 9/2020 đến tháng 1/2021. Mục đích của đề tài này là thiết kế và chế
tạo ra robot di chuyển bằng 6 chân linh hoạt robot được điều khiển bằng vi điều khiển

board mạch Arduino mega và sử dụng 18 động cơ servo để truyền động. Các chân
của robot được điều khiển độc lập, nhưng chúng lại hoạt động phối hợp với nhau tạo
ra sử chuyển động cho robot. Robot nhện được chế tạo tránh được vật cản là nhờ có
cảm biển siêu âm SRF05, ngồi ra ta có thể điều khiển qua tay cầm. Robot nhện 6
chân được hoạt động di chuyển được nhờ vào giải thuật chuyển động thẳng bằng
phương pháp cách đi tam giác thay đổi.
Robot được lập trình di chuyển tiến tới trước, lùi về phía sau, sang trái, sang
phải, dừng lại. Tiềm năng ứng dụng của robot rất lớn trong nhiều lĩnh vực như giải
trí, thám hiểm và dân dụng.
Sơ lược chung bao gồm:
+ Tính tốn, thiết kế phần cơ của con robot.
+ Tính tốn, thiết kế chế tạo phần khung

+ Tính tốn chọn động cơ di chuyển
+ Tính tốn thiết kế bộ phận điều khiển cho robot
+ Tính tốn mạch nguồn cần sử dụng
+ Viết chương trình giao tiếp của vi điều khiển Arduino và các module
khác được sử dụng trong đề tài mạch cần di chuyển cho robot
+ Khảo sát sơ bộ robot để đánh giá khả năng hoạt động của robot.

iii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................................................1
1.1.


Tổng quan: .....................................................................................................1

1.2.

Vai trị và ứng dụng: ......................................................................................2

1.2.1.

Tình hình phát triển trên thế giới: ...........................................................3

1.2.2.

Tình hình phát triển trong nước: .............................................................5

1.3.

Ưu điểm và nhược điểm của robot nhện 6 chân: ...........................................6

1.4.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài: .........................................................................10

CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT..................................................................12
2.1. Giới thiệu tổng quan về thiết bị của robot nhện: ............................................12
2.2. Giới thiệu các linh kiện của Robot nhện 6 chân: ............................................13
2.2.1. Mạch vi điều khiển Arduino mega 2560 ADK: .......................................13
2.2.2. Cảm biến siêu âm SRF-05:.......................................................................22
2.2.3. Module bluetooth HC 05: .........................................................................23
2.2.4. Động cơ MG996r: ....................................................................................26

2.2.5. Board mạch điều khiển 32 RC servo:.......................................................30

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾT VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG .....................34
3.1. Các yêu cầu khi thiết kế phần cứng: ...............................................................34
3.2. Phân tích, lựa chọn các phương án thiết kế: ...................................................34
3.2.1. Khung thân của robot nhện: .....................................................................34
3.2.2. Khớp chân của robot nhện:.......................................................................35
3.2.3. Động cơ: ...................................................................................................37
3.3. Phương án tổng thể: ........................................................................................39
3.3.1. Mơ hình tổng thể: .....................................................................................39

iv


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

3.3.2. Nguyên lý hoạt động: ...............................................................................39
3.4. Tính tốn, thiết kế, chế tạo robot nhện 6 chân:...............................................40
3.4.1. Tính tốn phương trình động lực học của khớp chân robot: ....................40
3.4.2. Tính tốn trọng lượng và lực của các khớp chân robot: ...........................44
3.4.3. Tính tốn độ ma sát của các chân với mặt đất: ........................................45
3.4.4. Tính tốn thiết kế mạch nguồn cho robot nhện: ......................................46

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
...................................................................................................................................50
4.1. Tính tốn thiết kế mạch điều khiển: ...............................................................50
4.1.1. Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp giữa vi điều khiển và cảm biến khoảng
cách HC- SRF05:................................................................................................50

4.1.2. Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp giữa vi điều khiển và module bluetooth
HC – 05: .............................................................................................................51
4.1.3. Sơ đồ mạch giao tiếp giữa vi điều khiển và mạch điều khiển động cơ 32
RC servo : ...........................................................................................................53
4.1.4. Giao tiếp giữa động cơ servo mạch vi điều khiển Arduino: ....................54
4.1.5. Giao tiếp giữa động cơ servo với mạch điều khiển động cơ 32 RC servo:
............................................................................................................................55
4.1.6. Sơ đồ mạch điều khiển của robot nhện ....................................................57
4.2. Lưu đồ giải thuật điều khiển robot nhện:........................................................58
4.2.1. Giải thuật di chuyển tiến hoặc lùi cho robot: ...........................................61
4.4.2 Giải thuật di chuyển sang trái hoặc sang phải cho robot: .........................62
4.4.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển bằng tay qua điện thoại thông minh ............63
4.4.4. Lưu đồ giải thuật điều khiển tự động robot nhện: ....................................66

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN............................................................68
5.1. Kết quả thi công: .............................................................................................68

v


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

5.2. Kết quả Thực nghiệm và phân tích: ................................................................69
5.3. Phần mền sử dụng trong việc viết và thực thi chương trình ...........................70

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................... 72
6.1. Kết quả đạt được: ............................................................................................72
6.2. Kết quả chưa đạt được: ...................................................................................72

6.3. Kết luận: ..........................................................................................................73
6.4. Hướng phát triển: ............................................................................................73

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 74
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 75

vi


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1:
Hình 1. 1: Phẫu thuật robot da Vinci tại Bệnh viện Bình Dân......................... 3
Hình 1. 2: Cánh tay robot khí nén trong xưởng sx oto .................................... 4
Hình 1. 3: Xe tự hành trên mặt đất AGV ......................................................... 4
Hình 1. 4: Hình minh hoạt khả năng vượt chướng ngại vật............................. 6
Hình 1. 5: Hình ảnh minh hoạt khả năng trèo dốc của robot ........................... 7
Hình 1. 6: Hình minh hoạt khả năng di chuyển qua địa hình lỗ ...................... 7
Hình 1. 7: Hình minh hoạt khả năng di chuyển qua địa hình trượt, hẹp.......... 8
Hình 1. 8: Hình minh hoạt lực tác động lên địa hình ....................................... 8
CHƯƠNG 2:
Hình 2. 1: Robot nhện ..............................................................................................12
Hình 2. 2: Arduino mega 2560 ADK ......................................................................13
Hình 2. 3: sơ đồ chân của Arduino mega 2560 ........................................................17
Hình 2. 4: Bộ nguồn Arduino mega .........................................................................18
Hình 2. 5: Cảm biến siêu âm SRF 05 ......................................................................22
Hình 2. 6: Module bluetooth HC 05 .........................................................................24

Hình 2. 7: Động cơ Servo .........................................................................................27
Hình 2. 8: 3 màu dây của động cơ servo MG 996r ..................................................27
Hình 2. 9: Tín hiệu điều khiển động cơ RC servo....................................................28
Hình 2. 10: Servo MG996r .......................................................................................29
Hình 2. 11: Mạch điều khiển 32 RC servo ............................................................31

vii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

CHƯƠNG 3:
Hình 3. 1: Khung thân robot nhện ............................................................................34
Hình 3. 2: Cơ cấu chân 2 bậc tự do. .........................................................................35
Hình 3. 3: Cơ cấu 3 bậc tự do...................................................................................37
Hình 3. 4: Chân robot nhện 6 chân thức tế...............................................................37
Hình 3. 5: Động cơ RC Servo ..................................................................................38
Hình 3. 6: Mơ hình tổng thể trên Soldiword ............................................................39
Hình 3. 7: Pin Lipo 7.4v ...........................................................................................47
Hình 3. 8: Nguồn hạ áp DC –DC 15A .....................................................................48

CHƯƠNG 4:
Hình 4. 1: Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp giữa vi điều khiển và cảm biến khoảng
cách SRF-05 ..............................................................................................................50
Hình 4. 2: Sơ đồ mạch nguyên lý module bluetooth HC-05 ....................................51
Hình 4. 3: Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp giữa module bluetooth HC-05 và vi điều
khiển ..........................................................................................................................52
Hình 4. 4: Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp giữa vi điều khiển và mạch 32 RC servo

...................................................................................................................................54
Hình 4. 5: Sơ đồ mạch nguyên lý giao tiếp của động cơ RC servo với vi điều khiển
...................................................................................................................................54
Hình 4. 6: Giao tiếp giữa động cơ RC servo và mạch điều khiển 32 RC servo......56
Hình 4. 7: Sơ đồ mạch điều khiển của robot nhện ...................................................57
Hình 4. 8: Sơ đồ khối của mạch điều khiển robot nhện ...........................................58
Hình 4. 9: Cách di chuyển tam giác thay đổi ...........................................................60
Hình 4. 10: Thứ tự các chân để điều khiển chuyển động tiến về phía trước ...........61
Hình 4. 11: Thứ tự các chân để diều khiển lùi về phía sau ......................................62

viii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

Hình 4. 12: Giải thuật chuyển động sang phải .........................................................63
Hình 4. 13: Lưu đồ giải thuật điều khiển cưỡng bức bằng tay.................................64
Hình 4. 14: Lưu đồ giải thuật của vi điều khiển.......................................................66
Hình 4. 15: Lưu đồ giải thuật điều khiển tự động ....................................................67
CHƯƠNG 5:
Hình 5. 1: Robot nhện 6 chân thực tế .......................................................................68
Hình 5. 2: Mạch điều khiển của robot nhện .............................................................69
Hình 5. 3: Giao diện của phần mền ServoControlle ................................................70
Hình 5. 4: Giao diện của phần mền Arduino ...........................................................71
Hình 5. 5: Phần mền Mit Inventer ............................................................................71

ix



Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
CHƯƠNG 2:
Bảng 2. 1: Thông số kỹ thuật của Arduino mega 2560 ADK: .................................14
Bảng 2. 2: Thông số kỹ thuật của Arduino mega 2560 ADK: .................................15
Bảng 2. 3: Điện áp bộ nguồn ....................................................................................18
Bảng 2. 4: Các thông số kỹ thuật quan trọng nhất của hai bộ điều chỉnh điện áp ...19
Bảng 2. 5: Mức điện áp tiêu thụ của Arduino ..........................................................21
Bảng 2. 6: Mức tiêu thụ ở chế độ tắt nguồn .............................................................21
Bảng 2. 7: cấu trúc lệnh điều khiển servo trong board mạch 32 RC servo ..............33
CHƯƠNG 3
Bảng 3. 1: Chức năng các chân ra Module Buck DC – DC 15A 200w ...................48
CHƯƠNG 4:
Bảng 4. 1: Sơ đồ giao tiếp giữa SRF05 và vi điều khiển..........................................50
Bảng 4. 2: Chức năng từng chân của HC05 .............................................................51
Bảng 4. 3: Bảng giao tiếp giữa vi điều khiển và 32 RC servo..................................53
Bảng 4. 4: Giao tiếp giữa động cơ RC servo và mạch điều khiển 32 RC servo ......55

CHƯƠNG 5
Bảng 5. 1: Kết quả thu được sao khi chạy thực tế ...................................................69

x


Khóa luận tốt nghiệp


GVHD: Nguyễn Lê Thái

xi


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tổng quan:
Trong xu thế hội nhập và phát triển cùng với đó là sự phát triển mạnh mẽ và
tồn diện của con người trên mọi mặt lĩnh vực. Những phát minh sáng chế khoa học
kỹ thuật được nâng lên tầm cao mới, hệ thống cơ điện tử được đẩy mạnh lên tầm cao
mới, tiềm năng ứng dụng robot vào công việc thay thế con người càng mở rộng. Để
đáp ứng những nhu cầu của con người cũng như xu hướng phát triển của khoa h-ọc,
kỹ thuật của thế giới, các trường đại học đã được nhà nước đầu tư nhiều thiết bị tiên
tiến theo kịp khoa học, công nghệ để dạy và học. Nhiều trường đã tạo điều kiện cho
các bạn sinh viên tiếp cận, trực tiếp tham nghiên cứu khoa học công nghệ trong nhiều
lĩnh vực.
Ngay từ lúc ra đời robot được áp dụng rộng rãi để thay thế sức lực của con
người trong việc bốc xếp, vận chuyển vật liệu, thám hiểm các nơi nguy hiểm… trong
các dây chuyền sản xuất tự động. Robot di chuyển có nhiều rất nhiều ưu điểm và là
một lĩnh vực tiềm năng với nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Chẳng hạn như thám
hiểm những nơi con người không thể đến: các hang động, các khu vực nhiễm phóng
xạ Trong cơng tác kiểm tra các bồn chứa trong công nghiệp, robot di chuyển được
ứng dụng trong đời sống để tiếp cận các con thú dữ để bắn thuốc mới. Trong nghiên
cứu robot có thể đổ bộ trên các vùng núi đá trên các hành tinh xa xôi… Cho đến nay,
rất nhiều thế hệ robot di chuyển được nghiên cứu và phát triển ngày càng hoàn thiện
hơn. Đặc biệt trong những thập kỉ vừa qua, robot đã có những cải tiến vượt bậc và

thơng qua các chương trình cao cấp và phức tạp hơn để tạo cho robot có thể dần dần
giống con người hơn. Thế nên việc nghiêm cứu chế tạo robot là một việc rất cần thiết
và là một trong những lĩnh vực không thể thiếu trong nghiên cứu khoa học để có thể
áp dụng rộng rãi thành tựu khoa học vào đời sống con người. Từ những yếu tố trên
và tình hình thực tế của Việt Nam hiện nay chúng em đã chọn và bắt tay vào đề tài “
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển robot nhện” sáu chân.

1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

1.2. Vai trị và ứng dụng:
Ngày nay robot khơng ngừng chứng tỏ vai trị, vị thế của mình trong cơng cuộc
đổi mới lĩnh vực sản xuất nhằm đem lại những sản phẩm chất lượng có giá thành
thấp, tăng khả năng sản xuất, hứa hẹn đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế.
Robot đã có những bước tiến đáng kể hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu
tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm
các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu cần hội
nhập ngày càng nhiều với quá trình sản xuất phức tạp nên robot cơng nghiệp cần có
những khả năng thích ứng linh hoạt và thơng minh hơn. Ngày nay, ngồi ứng dụng
trong chế tạo máy thì các ứng dụng robot trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nơng nghiệp,
đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phịng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động
lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển.
Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là: Tay
máy robot (Robot Manipulators), Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided
Vehicles), Robot tự hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Máy
bay khơng người lái UAV (Unmanned Arial Vehicles). Bên cạnh đó, các loại robot

phỏng sinh học dưới nước như robot cá, các cấu trúc chuyển động phỏng theo sinh
vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên cứu phát triển. Hiện nay các ứng dụng của
robot đang có xu thế chuyển sang các ứng dụng thường nhật như Robot gia đình
(home robots) và Robot cá nhân (Personal robots). Mặc dù về cấu trúc của các loại
robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu hiện nay đều hướng về các ứng dụng dịch
vụ và hoạt động của robot trong các môi trường tự nhiên.
Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước phát triển
thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot từ robot phục
vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của
con người.

2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

1.2.1. Tình hình phát triển trên thế giới:
Do lĩnh vực robot rất rộng từ khoa học đến công nghệ nên phần này chỉ
điểm qua những xu thế trong nghiên cứu khoa học của robot thời gian qua ở các loại
robot khác nhau từ tay máy công nghiệp tới các lọai robot di động trên các địa hình
và robot dịch vụ. ví dụ như:
+ Robot y tế: các robot phục vụ ở các lab xét nghiệm y tế, robot mổ,
robot dạy mổ, robot điều trị và tư vấn từ xa, robot hỗ trợ người tàn tật và robot dịch
vụ trong bệnh viện. Robot y tế có thể phân loại theo cấu trúc cơ khí, mức độ tự động,
chức năng xử lý và môi trường họat động. Các robot mổ hiện nay đã đạt được độ
chính xác cỡ mm, Các vấn đề về tương tác người-máy, xử lý ảnh động 3D y tế với độ
phân giải cao, điều chỉnh lực và giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên là một số vấn đề robot y
tế rất cần các nghiên cứu sâu. Robot y tế được sử dụng ngày càng nhiều ở các bệnh

viện. Tuy nhiên còn nhiều rào cản xã hội và giải pháp kỹ thụât chưa hoàn hảo cản trở
việc ứng dụng đại trà robot trong lĩnh vực y tế.

Hình 1. 1: Phẫu thuật robot da Vinci tại Bệnh viện Bình Dân
+ Tay máy: Tay máy là loại robot có nhiều khớp nối tiếp, mỗi khớp có
thể chuyển động tịnh tiến hoặc quay thường do một động cơ servo điều khiển. Đầu
tay máy có bàn kẹp hay tay nắm với nhiều bậc tự do phù hợp với ứng dụng như sơn,
hàn, gắp phôi... Do sự phát triển của công nghệ và nhu cầu thực tế, các tay máy ngày
3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

nay có nhiều ứng dụng mới như hỗ trợ mổ, hỗ trợ người tàn tật... có 3 loại tay máy
tiêu biểu là: Tay máy công nghiệp, Robot y tế và Robot hỗ trợ người tàn tật.

Hình 1. 2: Cánh tay robot khí nén trong xưởng sx oto
+ Robot di động: Robot di động là một hệ robot có khả năng thực hiện
các nhiệm vụ ở nhiều vị trí khác nhau với khả năng dịch chuyển bằng bánh xe, xích
hay bằng chân phụ thuộc vào địa hình, đối với các robot hoạt đơng dưới nước hoặc
trên không chúng ta cần thêm cánh quạt hoặc chân vịt. Khả năng di động làm robo có
nhiều ứng dụng và đòi hỏi phải giải quyết nhiều vấn đề mới, một trong những vấn đề
chung cần nghiên cứu ở các loại robot di động là khả năng xác định phương hướng
(navigation) của robot. Ba loại robot di động chính bao gồm: Xe tự hành trên mặt đất
AGV, Robot tự hành dưới nước AUV, v.v

Hình 1. 3: Xe tự hành trên mặt đất AGV


4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

1.2.2. Tình hình phát triển trong nước:
+ Với xu thế tồn cầu hóa, sự phân công lao động trong chuỗi cung sản
phẩm và dịch vụ trên thế giới đã khơng cịn giới hạn địa lý. Cơ hội cho mỗi cá nhân,
tổ chức có thể tham gia vào các công việc trên thế giới là bình đẳng cho mọi người,
mọi dân tộc và mọi quốc gia. Vì vậy, với bối cảnh robot sẽ là trung tâm của cuộc cách
mạng công nghệ kế tiếp sau PC- Internet của thế giới trong vòng 20 năm nữa, Việt
Nam không thể bỏ lỡ cơ hội này như với máy vi tính PC 30 năm trước. Để đạt được
điều này, chúng ta phải có những định hướng ngay từ bây giờ như:
+Về đào tạo: Tập trung phát triển đông đảo nguồn nhân lực có kiến thức
tồn diện từ sử dụng đến nghiên cứu phát triển các robot và các ứng dụng liên quan.
+Về nghiên cứu: Tập trung cho phát triển trí tuệ của rơ bốt từ mức thấp với
khả năng giải quyết một vài việc cụ thể đến mức cao với khả năng nhận thức, suy
diễn và ra quyết định để rơ bốt có thể thích ứng với mơi trường tự nhiên và tham gia
vào xã hội loài người.
+Về sản xuất: Tập trung thiết kế và chế tạo các loại robot dịch vụ Việt Nam
có tính thực dụng cao, giá rẻ, đơn giản và chuyên dụng cho sử trong các cơng việc cụ
thể.
+ Tham gia vào chuỗi cung tồn cầu của các sản phẩm, hệ thống robot từ
các công việc tay chân như lắp ráp, gia công đến các công việc trí óc như thiết kế,
nghiên cứu và đào tạo. Chuẩn bị nguồn lực cho các nhu cầu của một xã hội có sự hiện
hữu phổ biến của robot trong đời sống hàng ngày.
+ Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cần có chiến lược dài hạn cho
phát triển các nghiên cứu về robot, phát huy vai trò đầu tàu về nghiên cứu cơ bản

trong phát triển robot ở Việt Nam, một lĩnh vực trung tâm của cuộc cách mạng cơng
nghệ lớn tiếp theo, có tầm ảnh hưởng đến toàn xã hội loài người trong thời gian 1520 năm tới.
Để có thể hội nhập và phát triển trong xu thế tồn cầu hóa hiện nay Việt
Nam cần có một cộng đồng rộng lớn các chuyên gia tâm huyết, có môi trường học

5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

tập và nghiên cứu lành mạnh và một chính sách vĩ mơ hỗ trợ tri thức phát triển thích
nghi được với q trình “phẳng” hóa thế giới hiện nay.

1.3.

Ưu điểm và nhược điểm của robot nhện 6 chân:
Trong q trình nghiêm cứu nhóm chúng em đã tìm được một số ưu điểm và

nhược điểm của robot 6 chân so với các loại robot di chuyển bằng bánh xe khác:
Ưu điểm:
+ Khả năng di chuyển:
Với các chân thì robot có thể thay đổi hướng di chuyển mà khơng cần thay
đổi hướng của trục chính, khơng giống như xe di chuyển muốn thay đổi hướng thì
phải thay đổi trục chính của thân xe. Robot có chân có thể di chuyển, quay thân của
mình bằng cách thay đổi vị trí của chân, điều mà robot di chuyển bằng bánh xe khơng
làm được
+ Vượt chướng ngại vật:
Robot có chân có thể vượt qua chướng ngại vật thấp hơn gầm của robot

một tý chỉ bằng một bước chân, trong khi đó robot bánh xe chỉ có thể vượt qua vật có
chiều cao nhỏ hơn một nữa đường kính bánh xe. Đối với robot di chuyển bằng bánh
xích thì cao hơn, nhưng thân phải di động một khoảng lớn.

Hình 1. 4: Hình minh hoạt khả năng vượt chướng ngại vật
+ Khả năng trèo dốc:

6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

Khi di chuyển ở các địa hình khơng bằng phẳng, bằng các thay đổi vị trí
các chân thì robot có chân có thể giữ vị trí của thân nằm ngang tuyệt đối, cịn đối với
robot có bánh xe thì thân phải ln song song với mặt địa hình.

Hình 1. 5: Hình ảnh minh hoạt khả năng trèo dốc của robot
+ Địa hình di chuyển:
Robot sử dụng bánh xe muốn di chuyển tốt thì cần có một địa hình tốt,
tương đối bằng phẳng và liên tục. Đối với robot có chân thì khơng cần thiết, nó có
thể di chuyển tốt trên địa hình phức tạp, khơng bằng phẳng, khơng liên tục, có thể di
chuyển trên cát, bùn lầy, địa hình mềm.

Hình 1. 6: Hình minh hoạt khả năng di chuyển qua địa hình lỗ
+ Khả năng chống trượt và kẹt:
Trên các địa hình mềm, robot sử dụng bánh xe rất dễ bị lún, vì thế rất khó
di chuyển. Cịn đối với robot có chân, chân của nó thay đổi theo phương đứng nên nó
sẽ khơng tác động đến nền, khi thân đẩy đi, bàn chân xoay quanh các khớp vì thế

chân sẽ khơng tác động lên nền và đó là lý do nó khơng bị kẹt. Cách di chuyển như
vậy cũng sẽ làm robot không bị trượt khi thân di chuyển tới lui.

7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

Hình 1. 7: Hình minh hoạt khả năng di chuyển qua địa hình trượt, hẹp
+ Tác động lên địa hình:
Robot có chân khi di chuyển chỉ tạo ra các vêt khơng liên tục, cịn đối với
robot bánh xe thì khi di chuyển nó tạo ra các đường liên tục do bánh xe tác động lên
nền địa hình.

Hình 1. 8: Hình minh hoạt lực tác động lên địa hình
+ Tốc độ di chuyển:
Robot sử dụng bánh xe sẽ đạt tốc độ cao với một địa hình tốt. Tuy nhiên
nếu di chuyển trên một địa hình hỗn hợp và phức tạp thì tốc độ trung bình của nó sẽ
khơng cao hơn so với robot có chân.
+ Hiệu suất năng lượng:
Các thí nghiệm và nghiên cứu của Hutchinson (1940) và Bekker (1960)
đã khẳng định Robot di chuyển bằng chân có hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn
so với di chuyển bằng bánh xe và dây xích tải.
Nhược điểm:

8



Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

Robot bằng chân khơng phải là giải pháp chung cho việc di chuyển, cũng
có nhiều vấn đề và khó khăn trong việc sử dụng chúng trong ngành công nghiệp và
dịch vụ. Vấn đề đầu tiên là sự phức tạp, hệ thống nhiều chân có nhiều phức tạp hơn
so với robot bánh xe, không chỉ về kết cấu cơ khí mà cịn về thiết bị điều khiển và
điện tử.
Vấn đề khác là về tốc độ. Để đảm bảo độ ổn định thì tốc độ của nó rất
chậm. Đảm bảo độ ổn định khi di chuyển vẫn đang là bài toán cần tiếp tục được phát
triển. và hiện tại thì tốc độ của robot có chân không thể nhanh bằng robot bánh xe.
+ Kết cấu cơ khí:
Bánh xe là một kết cấu cực kỳ đơn giản bao gồm một bánh xe và khớp
quay. Chân bao gồm một số liên kết và khớp (quay hoặc trượt). Hệ thống này rõ ràng
là phức tạp hơn so với một bánh xe đơn giản. Một bánh xe yêu cầu chỉ có một thiết
bị truyền động để đẩy nó, và một cơ cấu khác để điều hướng. Việc ổn định xe di
chuyển bằng bánh đơn giản nhất là xe ba bánh, bao gồm một bánh xe truyền động và
chuyển hướng, hai bánh xe bị động. Hiện nay vẫn có một hệ thống xe 2 bánh tự cân
bằng, mặc dù phải có hệ thống cân bằng bởi mơ hình con lắc ngược, nhưng nó chỉ có
một vài thiết bị truyền động. Các hệ thống phức tạp nhất có bốn bánh xe với truyền
động bốn bánh độc lập và cơ cấu truyền động cho điều khiển lái bốn bánh. Đối với
robot nhiều chân, một chân cần ít nhất 3-DOF, có nghĩa là cần thiết bị truyền động
để cung cấp lực kéo và chuyển hướng. Có ít nhất 6 chân để cho một robot ổn định,
do đó, số lượng các thiết bị truyền động cho một robot nhiều chân cần phải có ít nhất
là 18. Do đó, hệ thống cơ khí và điện cần thiết cho robot nhiều chân sẽ phức tạp và
tốn kém hơn so với hệ thống di chuyển bằng bánh xe.
+ Hệ thống điện:
Mỗi cơ cấu truyền động đều cần có thiết bị điều khiển đi theo. Do đó, robot
nhiều chân yêu cầu hệ thống điện tử nhiều hơn so với các robot có bánh xe, Các thuật


9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

tốn để kiểm sốt robot nhiều chân có nhiều phức tạp hơn so với thuật toán được sử
dụng để di chuyển các robot bánh xe.
+ Giải thuật điều khiển:
Để điều khiển của robot bánh xe, cơ cấu lái chỉ cần một tín hiệu từ bộ điều
khiển. Thông thường điện áp này là tỷ lệ thuận với tốc độ yêu cầu hoặc góc lái cần
thiết tương ứng. Tuy nhiên một robot sáu chân cần phải đồng thời phối hợp chuyển
động của tất cả các khớp của nó, cùng với tín hiệu từ các cảm biến chân để tạo ra sự
chuyển động ổn định. Các thuật toán điều khiển cho robot nhiều chân sẽ phức tạp hơn
so với các thuật toán cho robot bánh xe.
+ Tốc độ di chuyển:
Robot nhiều chân có thể đạt được tốc độ cao hơn là một robot có bánh xe
trên địa hình đặc biệt. Trên địa hình chuẩn như đường phố, sàn nhà,… tốc độ của
robot bánh xe chắc chắn là lớn hơn.
+ Giá thành:
Tổng chi phí của một hệ thống tỷ lệ với độ phức tạp của nó về các thiết bị
điện tử, cảm biến,…. Như vậy, một robot nhiều chân sẽ tốn kém hơn so với một robot
bánh xe. Bảng dưới trình bày một số số liệu vè sự phức tạp của robot bốn chân và
robot bánh xe.
Tóm lại, robot sáu chân khơng thể thay thế tồn bộ hệ thống di chuyển bánh
xe truyền thống. Robot bánh xe thích hợp để sử dụng ở các điều kiện đặc biệt: địa
hình tự nhiên, độ cao thay đổi, cấu trúc đặc biệt,…


1.4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài:
Mục tiêu chung:
+ Thiết kế, chế tạo và điều khiển chuyển động của robot bằng điện thoại
thông minh thông qua module bluetooth HC05. Giao tiếp giữa vi điều khiển Arrduino

10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: Nguyễn Lê Thái

mega 2560 ADK, module 32 RC servo, với động cơ servo MG 996R có dùng thêm
cảm biến siêu âm SRF05.
Mục tiêu cụ thể:
+ Phần cơ khí: Thiết kế, chế tạo phần cơ khí bao gồm: thân robot nhện, cơ
cấu di chuyển bao gồm 6 chân của robot, mỗi chân có ba bậc tự do. Tiến hành ghép
nối các động cơ và các thiết bị cần thiết bằng mối ghép bu lông, đai ốc, để điều khiển
robot.
+ Phần điều khiển:
- Nghiên cứu giao tiếp giữa vi điều khiển Arduino với mạch điều khiển
động cơ 32 RC servo.
- Nghiên cứu viết chương trình giao tiếp truyền và nhận dữ liệu giữa
Arduino và module bluetooth HC05.
- Nghiên cứu viết chương trình giao tiếp truyền và nhận dữ liệu giữa vi
điều khiển và cảm biến khoảng cách SRF05.
- Nghiên cứu viết chương trình giao tiếp giữa vi điều khiển với động cơ
MG 996r servo để điều khiển hoạt động của robot nhện.
- Điều khiển robot nhện thông qua phần mền Torobot.
- Điều khiển robot nhện thông qua chiến điện thoại thông minh

- Điều khiển cho robot chạy tự động thơng qua kiểm sốt của cảm biến
siêu âm đo khoảng cách SRF05.
Yêu cầu:
+ Vẽ và gia công phần cơ khí, nắm vững về lập trình cho vi điều khiển
+ Hiểu được hoạt động của mạch điều khiển động cơ 32 RC servo.
+ Biết sử dụng phần mềm điều khiển trên điện thoại thông minh

11