ROBOCON 2003:
Tiếp thêm sức trước thềm chung kết...
TS LÊ HOÀI QUỐC

Nuôi hồn Robot là chuyên mục mới xuất hiện trên ấn bản e-CHÍP Peter Pan đầu tiên này, thực chất đây chính là “Vườn ươm Robot” theo sáng kiến của của TS Lê Hoài Quốc, Chủ nhiệm Bộ môn kỹ thuật Điều khiển Tự động, Khoa Cơ khí thuộc trường Đại học Bách khoa TPHCM. “Nuôi” gì, “ươm” gì trên đất này của e-CHÍP? Đó chính là... phần mềm điều khiển robot, với ước vọng của chúng tôi: Tạo thêm một “sân chơi” mới cho sinh viên, học sinh để giúp các bạn làm quen và học-hành, sáng tạo các phần mềm điều khiển robot gia dụng từ dễ đến khó dần lên. Đỉnh cao thường niên của “sân chơi” này sẽ là cuộc thi hàng năm của e-CHÍP về phần mềm cho robot, nhằm nuôi dưỡng một phong trào mới: Nuôi Robot với các phần mềm Việt Nam! Nếu có thêm các sáng kiến, hay cả những đề nghị, thắc mắc về Nuôi Robot, xin các bạn gởi ngay thư hay e-mail về cho e-CHÍP (echip@vasc.com.vn) với tiêu đề: Gui Nuoi hon Robot!

Theo kế hoạch, đêm 30/4 trận chung kết cuộc thi Robocon năm nay sẽ diễn ra tại Dĩ An, Bình Dương. Vài nhận xét sau đây của tác giả sẽ giúp bạn đọc e-CHÍP (và chắc chắn là với cả các đội vào chung kết) có thêm thông tin để việc theo dõi thêm phần hứng thú, cũng như việc chuẩn bị thêm chu đáo...

Robot tự động của đội BKCT10.

Tại cuộc thi Robocon lần thứ nhất, năm 2002 với chủ đề “Chinh phục đỉnh Phú Sĩ” tại Nhật Bản, đội Telematic của chúng ta đã đoạt chức vô địch một cách ngoạn mục trong một loạt các trận đấu giàu kịch tính. Cuộc thi năm nay, với chủ đề “Cầu mây chinh phục không gian” (Takraw Space Conqueror) sẽ được tổ chức tại Thái Lan, tuy nội dung có khác nhưng thể lệ tương tự như năm trước; nghĩa là khá “lỏng”. Sở dĩ như vậy là vì Ban Tổ chức muốn mở rộng khả năng thúc đẩy ý tưởng sáng tạo của các đội thi đấu là chính, còn mục tiêu cọ sát về trình độ công nghệ chỉ là yếu tố phụ.

Tuy vậy, qua các vòng đấu khu vực ở phía Bắc và phía Nam, có thể thấy nhiều đội đã gặp không ít khó khăn về mặt kỹ thuật trong quá trình điều khiển robot tranh đua. Chẳng hạn:

Về phần cơ: Yêu cầu robot phải di chuyển nhanh đến mục tiêu, tiếp cận mục tiêu nhẹ nhàng (êm) và chính xác. Điều này có nghĩa: Phải triệt tiêu được quán tính chuyển động khi đến mục tiêu và robot phải có khả năng định hướng chính xác.

Một số đội chọn chiến thuật giành các rổ trung tâm để tránh bị thua knock-out, đồng thời giành điểm rổ cao nhất (15 điểm). Do các robot di động có khối lượng nhất định và phải di chuyển với tốc độ cao để giành vị trí trung tâm nên quán tính chuyển động lớn. Để tiếp cận mục tiêu êm và chính xác, thông thường phải xử lý hãm dần để triệt tiêu quán tính chuyển động khi tiếp cận mục tiêu (theo cơ chế điều khiển servo chẳng hạn). Nhiều đội không chú ý đầy đủ yếu tố này cho nên không đến đúng vị trí mục tiêu, làm ảnh hưởng, sai lệch đến những hoạt động (đã được lập trình) tiếp theo.

Một số đội do thiếu kinh nghiệm và kiến thức về cơ học nên cũng gặp những trở ngại tương tự, chẳng hạn trên robot có trang bị một số bộ phận có khối lượng đáng kể và triển khai hoạt động với tốc độ lớn nên quán tính chuyển động làm cho cả robot bị xô lệch khỏi vị trí đã định vị ban đầu (hoặc có trường hợp robot bị ngã, đổ).

Phần điện: Nguồn cấp DC không vượt quá 24V cho cả phần động lực và phần điều khiển. Khó khăn chính ở đây là: Để tạo ra một tốc độ di chuyển thích hợp, phải chọn các động cơ trên cơ sở tính toán sao cho phù hợp với nguồn cấp và các thông số, chủ yếu là tốc độ quay và momen phải tương ứng thích hợp với đường kính bánh xe. Khi robot di chuyển đến quãng giữa hành trình, phải tạo tác động hãm nhằm bảo đảm robot tiếp cận mục tiêu với quán tính chuyển động bé nhất.

Phần điều khiển: Với robot tự động - là robot được phép di chuyển khắp mặt sân, phải điều khiển sao cho chúng tiếp cận được đến từng mục tiêu (ống) để sau đó triển khai thao tác bỏ bóng. Các đội tham gia thường chọn một trong hai cách sau đây:

* Định vị chính xác một lần vào một mục tiêu nào đó (thường là cụm rổ trung tâm - vị trí dừng), sau đó bỏ cầu vào cụm rổ này va đồng thời triển khai các hoạt động của các cơ cấu đã được lắp sẵn trên robot để bỏ cầu vào các cụm rổ còn lại. Do các cụm rổ đã nằm ở những vị trí có kích thước tương quan hoàn toàn xác định so với vị trí dừng nên có thể thiết kế các cơ cấu bỏ cầu có kích thước phù hợp. Giải pháp này đơn giản và hiệu quả vì chỉ cần định vị một lần và có thể chỉ cần nhắm hướng thật chuẩn để robot lao vào mục tiêu; nếu nhắm trúng mục tiêu và tiếp cận mục tiêu nhẹ nhàng và chính xác thì các hoạt động còn lại sẽ do các bộ phận cơ khí quyết định. Rất nhiều đội đã chọn giải pháp này vì khá đơn giản trong lập trình, chi phí đầu tư thấp. Tuy nhiên, ở giải pháp này, chỉ cần một sai lệch nhỏ trong việc định vị ban đầu sẽ làm cho mọi vị trí bỏ cầu sau đó đều bị sai lệch.

* Định vị tuần tự ngẫu nhiên: Robot sẽ được trang bị một cơ cấu bỏ cầu thích hợp cho những cụm rổ có chiều cao khác nhau. Nhờ chương trình phần mềm đã được cài đặt trước, robot sẽ dò đường theo các vạch dẫn hướng trên sân (guide-lines) với giả thiết rằng các cụm rổ nằm trên các giao điểm giữa các vạch dẫn hướng và được nhận dạng bằng một đĩa tròn trên mặt sân ở ngay phía dưới của các cụm rổ. Do đó, khi robot đi theo các vạch dẫn và cảm biến chạm được bố trí trên đế của robot thay đổi trạng thái, điều đó có nghĩa là robot đã đến vị trí mục tiêu với cự ly đúng để có thể triển khai cơ cấu đưa cầu vào rổ. Sau đó, robot sẽ tiếp tục di chuyển và bám theo các vạch dẫn để tìm mục tiêu kế tiếp. Quá trình được lặp lại một cách ngẫu nhiên và mỗi lần gặp mục tiêu thì lặp lại trình tự điều khiển các thao tác bỏ cầu (“tuần tự ngẫu nhiên”).

Phương pháp này đòi hỏi khả năng lập trình cao hơn; đồng thời các cảm biến nhận dạng đường dẫn, vạch dẫn phải được chọn và điều chỉnh thích hợp với ánh sáng nhiễu có cường độ thay đổi do các đèn rọi sáng để thu hình tạo ra.

Mặt khác, thời gian để bỏ cầu phải mất nhiều hơn do robot phải di chuyển lần lượt qua tất cả các cụm rổ mục tiêu. Khó khăn này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng nhiều cảm biến quang được điều chỉnh thích hợp với các cường độ ánh sáng nhiễu khác nhau, đồng thời thiết kế nhiều robot để giải quyết các mục tiêu khác nhau. Do trên robot chỉ cần trang bị một cơ cấu bỏ cầu nên trọng lượng robot sẽ nhẹ hơn trường hợp đầu, vì vậy có thể thực hiện chiến thuật điều khiển này mà trọng lượng của các robot vẫn nằm trong khuôn khổ cho phép.

Với các vấn đề được nêu ở trên, thể hiện ở các mặt kỹ thuật và chiến thuật, rõ ràng những khó khăn đặt ra cho các đội tham dự đòi hỏi phải giải quyết trong một thời gian ngắn. Trong khi đó, thực tế đã cho thấy các đội tuyển vừa phải lo việc học ở trường, vừa phải lao vào “chế tác” robot theo chiến thuật riêng, với nguồn kinh phí có hạn. Vì vậy, chúng ta có thể thông cảm vì sao một số đội đã không triển khai được các robot thiết kế trong quá trình tham gia Robocon lần này.

Nếu có điều kiện chuẩn bị tốt hơn để giải quyết triệt để những khó khăn, trở ngại ngay từ bước chuẩn bị, chắc chắn chất lượng các cuộc thi Robocon những năm tới sẽ cao hơn.

Thử điều khiển Robot - đội BK 24.

Vòng chung kết sẽ bắt đầu vào ngày 24/4/03 tại Nhà thi đấu Quân Đoàn 4 - Dĩ An - Bình Dương. Trận chung kết sẽ diễn ra vào đêm 30/4/03 có truyền hình trực tiếp.

Đến nay, qua vòng đấu khu vực tại hai bảng A (tại Học viện Kỹ thuật quân sự - Hà Nội) và B (Đại học Bách khoa - ĐHQG TPHCM) đã chọn được 32 đội vào vòng chung kết:

Bảng A: 13 đội (ĐHBK Hà Nội: 5 đội, ĐHKT - Đà Nẵng: 5 đội, Học viện KTQS: 3 đội).

Bảng B: 19 đội (ĐHBK - ĐHQG TPHCM: 6 đội, ĐH dân lập Kỹ thuật Công nghệ: 3 đội, ĐH SPKT: 2 đội, ĐH Bưu chính Viễn thông – cơ sở II: 2 đội, ĐH Cần Thơ: 2 đội, Cao Đẳng Kỹ nghệ Sài Gòn: 2 đội, Cao đẳng Công nghiệp IV: 1 đội, Cao đẳng kỹ thuật Vinhem Pich: 1 đội).