Thiết kế robot dưới nước: Phần 1

Chia sẻ: Túcc Vânn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Thiết kế robot dưới nước" trình bày các nội dung: Bước phát triển hiện đại của khoa học công nghệ robot, tổng quát về robot dưới nước, các bộ phận chức năng cơ bản của robot dưới nước, cảm biến và hệ thống truyền dẫn thông tin. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế robot dưới nước: Phần 1

CK 0000071736 G S.T SK H . NGND. NGUYỄN THIỆN PHÚC ROBOT DƯỚI NƯỚC (Underwater Robots) NGUYÉN ocuet Sách tặng NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI
GS. TSKH. NGND. NGUYỄN THIỆN PHÚC ROBOT DƯỚI NƯỚC (Underwater Robots) NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI
M ã số: 3454 - 2 0 1 5/C X B IP H /06 - 80/B K H N xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam N guyễn Thiện Phúc Robot dưới nước / N guyễn Thiện Phúc. - H. : Bách khoa Hà Nội, 2015. - 216tr. : báng, hình vẽ ; 24cm Thư mục: tr. 207-2 ụ ị ISBN: 978-604-938-732-6 1. Công nghệ robot 2. Robot dưới nước 629.892 - dc23 BKM 0009p-CIP
LỜI NÓI ĐẦU N gày nay “robot” đã trở nên quen biết với rất nhiều người, đặc biệt là với các bạn trẻ, những người ham muốn tìm hiếu, yêu thích cái mới và hăng hái trong sáng tạo. Ngành khoa học công nghệ, tạo ra các sán phâm “robot”, được gọi tên là ‘robotics”. Trong “robotics” có hầu hết các vấn đề của “cơ điện tử” (mechatronics). Sự liên kết tích họp cộng năng của các ngành cơ khí, điêu khiên điện tư và công nghệ thông tin là những nội dung cốt lõi cùa cơ điện từ. Sự phát triền cua cơ điện tử đều phản ánh trong khoa học công nghệ robot. Vào đầu thập kỷ 60 cúa thế kỷ X X , hình ánh robot trong khoa học viễn tướng mới có mặt đầu tiên ớ một công ty của M ỹ với tên gọi là “robot công nghiệp” (industrial robots). Bước sang thế ký XXI này, tỷ lệ đầu tư cho robot công nghiệp trên thế giới giảm đi trên 30%, nhưng lại tăng rất cao cho “robot dịch vụ” (service robots). Cùng với những tiến bộ vượt bậc cùa cơ điện tư robot dịch vụ phát triển rất nhanh chóng, rất đa dạng trong nhiều mặt hoạt động đời thường, cũng như trong an ninh, quốc phòng, v ấ n đề chu chốt cho sự phát triển các loại robot dịch vụ đa dạng đó là các thành tựu về “robot thông minh” (intelligent robots). Ripn và đai dưnme chiếm trên 70% diên tích bề măt trái đất. N ó có vai về nguồn dinh dưỡng và nguồn tài nguyên nói trên cùng với nguyện vọng khoa học muốn tìm hiếu, khám phá về biên là những lý do thúc đây việc khai phá sâu hơn nữa xuống lòng đại dương. Nhằm vượt qua những hạn chế và tránh những rủi ro cho thợ lặn, từ những năm 70 đã xuất hiện “Robot dưới nước” (underwater robots), một loại robot dịch vụ, phục vụ chu yếu cho việc nghiên cứu và khai thác biên. Hiện nay, robot dưới nước còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác Trong ngành dầu khí, robot dưới nước được sứ dụng đê làm những công việc như kiểm tra các công trình giàn khoan và đường ống dẫn khí, dẫn dầu ờ ngoài khơi. Trong ngành viễn thông, robot dưới nước được sử dụng đê kháo sát đáy biên, trước khi đặt cáp trong lòng biên và đê theo dõi 3
hiện trạng các cáp truyền. Trong lĩnh vực m ôi trường, robot dưới nước được trang bị các sensor để thu thập dữ liệu về độ phóng xạ, độ rò ri cùa các nguồn khí dưới đáy biển. Trong lĩnh vực quân sự, robot dưới nước ngày càng được sử dụng trong nhiều việc, như cài đặt hoặc tìm kiếm và tháo gỡ thủy lôi, min. N ó có thể thực hiện các thao tác gây rối đối phương hoặc trực tiếp tác chiến dưới nước. N goài ra, nó còn sử dụng rất hiệu quả trong công tác cứu hộ. Trong các lĩnh vực khác như trong ngành thủy sản, robot dưới nước được sử dụng để theo dõi các đàn cá, trong ngành năng lượng nguyên tử các robot dưới nước được dùng để kiểm tra các thiết bị ngập nước... Đ ối với nước ta, là nước có bờ biển dài và những năm gần đây đang bẳt đầu kế hoạch khai thác tiềm năng từ biền và rất chú trọng vấn đề chù quyền biển đảo, thì việc quan tâm nghiên cứu ứng dụng và phát triển robot dưới nước là một việc làm cần sớm được triển khai. Trong tương lai, việc nghiên cứu và ứng dụng robot dưới nước sẽ phát huy hiệu quả cao và có thể giúp chúng ta khám phá, chinh phục và làm chủ đại dương. N ội dung cuốn sách “Robot dưới nước” gồm có 3 phần: Phần 1 trinh bày các vấn đề chung về robot dưới nước, từ các bước phát triến hiện đại của robotics đến những vấn đề tổng quát về robot dưới nước. Ke tiếp là các bộ phận chức năng cơ bản, các cấu hình tiêu biểu của robot dưới nước, các hệ thống cảm biến và truyền dẫn thông tin. Phàn ? mộ tả các loại hình của robot dưới nước, từ sư đa dane của các một sô sáng chê mới liên quan đên robot dưới nước. Phần 3 nói về một loại robot bắt chước cá, loại sinh vật điển hỉnh cùa sông nước, gọi tên là “robot cá”. Trong đó trinh bày các cấu hỉnh tiêu biều cùa chúng và ứng dụng các loại hình đa dạng cùa robot cá. “Robot dưới nước” là cuốn sách thứ tu, sau ba cuốn sách: “Robot - thê giới công nghệ cao cùa bạn", “Robot giống người” và “Robot - bay”, trong tù sách “Robot với tuôi trẻ” của Hội khoa học Công nghệ Robot Việt Nam. Hội chù trương xây dụng tủ sách này đề đáp ứng yêu cầu tìm hiểu và sáng tạo robot của đông đào các bạn trẻ và những người yêu thích robot. Tham gia sưu tầm tài liệu biên soạn cuốn sách này còn có các cộng sự của V iện K hoa học C ông nghệ Phương N am , các sinh viên Đ ại học 4
Bách khoa Hà Nội: N g u y ễ n T hái M inh T uấn, Phạm T hanh T ùng (lớ p C ơ đ iệ n từ, k h óa 5 1 ), N g u y ễ n Thanh Đ ô n g , N g u y ễ n H uy H oàng, Phạm Thái Hoàn (lóp Đ iều khiển tự động - Kỹ sư tài năng, khóa 50). Chúng tôi rất m ong và chân thành cảm ơn những ý kiên đóng góp cua bạn đọc xa gần. Các ý kiến xin gửi về N X B Bách Khoa Hà N ội. Chủ tịch H ội KHCN Robot V iệt Nam Phó V iện trưởng - V iện Khoa học Công nghệ Phương Nam GS. TSKH . NGND. Nguyễn Thiện Phúc 5
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÂU.............................................................................................................. 3 BẢNG CÁC CHỮ VIÉT T Ắ T ................................................................................... 9 PHẰN 1 CÁC VẤN ĐÈ CHUNG VÈ ROBOT DƯỚI NƯỚC CHƯƠNG 1. BƯỚC PHÁT TR1ÉN HIỆN ĐẠI CỦA KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT.................................................................... 11 1.1. Bước ngoặt trong sự phát triển R O B O T IC S................................................ 11 1.2. Cơ điện từ tạo ra bước ngoặt lớn trong sự phát triển RO BO TICS.....13 1.3. Vai trò mới cùa R O B O T IC S............................................................................. 14 1.4. Đồi mới sáng tạo là chìa khóa cho cạnh tranh thành c ô n g ...................... 15 1.5. Đầu tư khoa học là cơ sờ cho đối mới sáng tạo........................................... 16 1.6. ROBOTICS và cơ điện tứ cung cấp kiến thức tích h ợ p ...........................18 1.7. Đổi mới nội dung và phương pháp giảng dạy ROBO TICS........................ 19 1.8. về phương hướng nghiên cứu phát triển robot dịch v ụ ...........................21 ROBOT DƯỚI NƯỚC. 23 2.1. Nhu cầu sử dụng robot dưới nư ớc................................................................... 23 2.2. Vài nét về lịch sừ phát triên robot dưới nư ớc.............................................. 24 2.3. Các tên gọi robot dưới nư ớc..............................................................................26 2.4. Các đặc điêm của robot dưới nư ớc..................................................................27 2.5. Giới thiệu hình ánh một số loại robot dưới n ư ớ c ...................................... 28 2.6. Các sơ đồ cấu tạo.................................................................................................. 30 CHƯƠNG 3. CÁC B ộ PHẬN CHỨC NĂNG c ơ BẢN CỦA ROBOT DƯỚI NƯỚC.................................................................... 39 3.1. Hệ thống tạo lực đ ẩ y ...........................................................................................39 3.2. Chuyển động tiến lùi, lên x u ố n g .....................................................................40 6
3.3. C ơ câu tay m áy thao tác với môi trường...................................................... 41 CHƯƠNG 4. CÁC CẢM BIÉN VÀ HỆ THÓNG TRUYỀN DÃN THÔNG TĨN....................................................................................55 4 .1. Đặt vấn đ ề ................................................................................................................55 4.2. Camera ghi hình dưới nước và thị giác m á y ...............................................55 4.3. Truyền dẫn cáp q u a n g ........................................................................................ 62 4.4. ứ n g dụng tia la se r ............................................................................................... 64 4.5. Ưng dụng hệ thống định vị toàn c ầ u ............................................................. 68 4.6. U ng dụng con quay hồi chuyển M EMS g y ro sco p e ................................. 74 4.7. Hệ thống thủy âm S O N A R ............................................................................... 76 PHẢN 2 CÁC LOẠI HÌNH ĐA DẠNG ROBOT DƯỚI NƯỚC CHƯƠNG 5. CÁC LOẠI HÌNH ROBOT DƯỚI NƯỚC...................................86 5.1. Robot dưới nước đặt trong khung h ở ............................................................86 5.2. Robot dưới nước dạng tàu lượn.......................................................................87 5.3. Robot dưới nước dạng tàu lặ n ......................................................................... 89 CHƯƠNG 6 ĐA DẠNG' CÁC LOẠI HÌNH ROBOT DƯỚI NƯỚC....... 104 6.2. Robot dưới nước 'SA Ư V ’ phục vụ nghiên cứu khoa học......................... 105 6.3. Robot dưới nước ‘O S U ’ giám sát bờ biển..................................................108 6.4. Robot dưới nước phục vụ công nghiệp dầu k h í.......................................109 6.5. Giới thiệu một số loại robot dưới n ư ớ c ...................................................... 110 6.6. Robot dưới nước chinh phục đại dương..................................................... 115 6 7 Robot dưới nước tham gia cứu h ộ ................................................................ 118 CHƯƠNG 7. GIỚI THIỆU MỘT VÀI SÁNG CHÉ LIÊN QUAN ĐÉN ROBOT DƯỚI NƯỚC..................................................................146 7.1. Robot và thợ lặ n ................................................................................................. 146 7 2. Robot dưới nước T C X .......................................................................................151 7
7.3. Robot lướt v á n ....................................................................................................... 156 7.4. N hóm robot dưới nước làm việc tập thể........................................................163 PHẦN 3 RO BO TCÁ CHƯƠNG 8. CẤU HÌNH ROBOT C Á ................................................................ 170 8.1. Sự đa dạng các cấu hình robot c á ................................................................... 170 8.2. Cấu tạo robot cá .....................................................................................................172 8.3. Các phương pháp chìm nổi trong robot c á .................................................. 173 8.4. Cấu hình robot cá đơn giản hóa....................................................................... 175 8.5. Robot dưới nước dùng vây mái c h è o ............................................................176 CHƯƠNG 9. CÁC LOẠI HÌNH VÀ ỨNG DỤNG ROBOT CÁ...................... 190 9.1. Robot cá trở thành đối tượng nghiên cứu sáng tạo ...................................190 9.2. V iện “M IT” liên tục cải tiến robot c á ............................................................ 191 9.3. Robot cá giám sát m ôi trường n ư ớ c .............................................................. 192 9.4. Robot cá có những tính năng m ớ i.................................................................. 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 207 8
BẢNG CÁC C H Ữ VIÉT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ tiếng Anh/tiếng Việt ABE Autonom ous Benthic Explorer AUV A utonom ous Underwater V ehicle AUG A utonom os Underwater Glider CG Center o f Gravity cv Computer V ision CTD Recorder conductivity temperature and depth recorder CURV Cable Controlled Underwater Recovery V ehicle DHS U S Department o f Homeland Security DP Dynam ic Positioning EFSS Expeditionary Fire Support System ENDURANCE Environmentally N on-D isturbing U n der-ice Robotic ANtarctiC Explorer GPS Global Positioning System ISE International Submarine Engineering LASER Light A m plification by Stimulated Em ission o f Radiation M ATE Marine Advanced Technology Education MEMS M icro Electro M echanical System s no Electro M echanical System s U 1NK w ifice o f N aval Research osu O regon State University PTR camera (Pan - Tilt - Roll camera) PT camera ( Pan -T ilt camera ) PTZ camera (Pan -T ilt - Z oom camera ) PTX Camera (Phương - Tầm - X oay Camera) MTU M ichigan T echnological University MIT M assachusetts Institute T echnology NNRNE National Naval Responsibility for Naval Engineering RCFC Roll Controlled Fixed Canard 9
RCGM R oll Controlled Guided Mortar RD N Robot dưới nước RNT Robot nhóm trường RNV Robot nhóm viên RO V R em otely Operated V ehicle RPY (R oll - Pitch - Y aw ) SA UV Scien ce A U V SO N A R Sound N avigation And Ranging SN A M E Society o f N aval Architects and Marine Engineers U BC U niversity o f British Columbia UR Underwater Robot uuv Unm aned Underwater V ehicle uv Underwater V ehicle , Undersea V ehicle UTHM U niversity o f Tun H ussein Onn M alaysia YA G Yttrium Alum inium Garnet 10
PHÂN 1 CÁC VẤN ĐÈ CHUNG VÈ ROBOT DƯỚI NƯỚC Chương 1 BƯỚC PHÁT TRIÉN HIỆN ĐẠI CỦA KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT 1.1. Bước ngoặt trong sự phát triển ROBOTICS N gày nay thuật ngữ “robot” đã trờ nên quen biết với rất nhiều người. Ngành khoa học công nghệ, tạo ra các sàn phấm “robot”, được gọi tên là “robotics”. Từ ngày ra đời cho đến nay, lịch sử phát triển khoa học công nghệ robot đã có nhiều bước tiến nhảy vọt. Từ khoa học viễn tường, robot đã đi vào cuộc sống thực tế ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, với những tay máy chép hình điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu aiem ma cm ec ìobot công nghiệp đầu tiên được đưa vào úng dụng ờ một nhà máy ô tô của General M otors, Hoa Kỳ. Cũng từ đấy xuất hiện thuật ngữ “Industrial Robot”, viết tắt là IR, tức là “robot công nghiệp”. Từ đó robot công nghiệp đã được ứng dụng rất rộng rãi và rất hiệu qua trong nhiều ngành kinh tế quốc dân. Robot công nghiệp ngày càng thay thế được nhiều lao động, từ những công việc đơn gián đến những việc làm phức tạp. Nhằm thay thế lao động nhiều loại hình công việc, robot công nghiệp ngày càng được tăng cường kha năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trường làm việc. Các thành tựu khoa học và tiến bộ kỹ thuật laser, kỹ thuật tia hồng ngoại, kỹ thuật xử lý ánh... đã thúc đây xu thế phát triển robot công nghiệp hướng vào việc thích nghi được với môi trường làm việc. Robot công nghiệp đã góp phần quan trọng để hiện thực ý tương tồ chức hệ thống 11
sản xuất tự động linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FM S) và hệ thống sản xuất tích hợp dùng máy tính (Computer Intergrated M anufacturing - CIM). N hư vậy, robot công nghiệp đã làm thay đổi sâu sắc hệ thông thiêt bị công nghiệp nói riêng và đã góp phần quan trọng vào sự nghiệp hiện đại hóa ngành công nghiệp, nói chung. Đ ồn g thời nhu cầu ngày càng tăng vê ứng dụng robot công nghiệp đã tạo ra nhiều cơ sở sản xuất robot công nghiệp, hỉnh thành thêm một chuyên ngành sán xuất mới: “công nghiệp robot”. Thậm chí đã có những nhà máy sản xuất robot bằng các robot. Từ những năm đầu của thế kỷ 21 tỳ lệ đầu tư cho Robot công nghiệp (Industrial R obots-IR ) trên thế giới giảm đi 30%, nhưng lại tăng rất cao cho Robot dịch vụ (Service R ob ots-S R ) và gần đây lại còn xuất hiện loại hình mới - robot cá nhân (Personal R obots-P R ). Robot dịch vụ phát triển rất nhanh chóng, rất đa dạng trong các mặt hoạt động đời thường cùng như trong an ninh, quốc phòng. Tài liệu “W orld R obotics Service Robots” thường niên cung cấp những thông tin mới nhất về tinh hình ứng dụng và phát triển robot dịch vụ (SR ) trên thế giới. Trong số các nước nhạy bén nhất với sự phát triên robot dịch vụ có Hàn Quốc. Hàn Q uốc đã vạch ra kế hoạch phát triển ngành công nghiệp robot dịch vụ, mà cốt lõi là robot thông minh, với tổng giá trị 100 nghìn tỷ w on, tương đương 96,8 tỷ U S D , vào năm 2020. Trong kế hoạch, các công ty đăt Olivet tâm bắt tay ngay vào v iệc tạo cơ sở công nghệ với sự hỗ trợ của nghiệp robot hiện đại gần Seoul. Theo kế hoạch đó Hàn Q uốc sẽ đưa tồng số mặt hàng xuất khẩu này có khả năng vượt 20 tỷ U S D và sẽ tạo công ăn việc làm cho khoảng 100 nghìn lao động. Theo Bộ Khoa học Hàn Q uốc, nước này có thề trờ thành một trong 3 quốc gia chế tạo robot thông minh lớn nhất thế giới. Các nguyên nhân chu yếu tạo ra bước ngoặt lớn này là: + Sự phát triển mạnh mẽ của ban thân robot công nghiệp ngày càng tinh xảo và thông minh, đem lại nhiều hiệu quả lớn, đáp ứng nhiều nhiệm vụ đa dạng và phức tạp trong san xuất công nghiệp đã kích thích việc m ơ rộng các ứng dụng ở nhiều lĩnh vực ngoài công nghiệp. Các lĩnh vực phi công nghiệp này lại phong phú, đa dạng và phức tạp nhưng hấp dẫn hơn gấp bội. 12
+ v ấ n đề cốt lõi dẫn đến sự phát triển các loại robot dịch vụ là do tác động từ các thành tựu khoa học của các lĩnh vực liên quan, nhất là cùa cơ điện tử hiện đại, tạo ra các robot thông minh. + Mặt khác do xu thế đổi mới của các m áy công cụ, nói riêng, cũng như hệ thống thiết bị công nghiệp, nói chung, đều theo chiều hướng số hóa, linh hoạt hóa và m ô đun hóa, nên cấu tạo bên trong hệ thống thiết bị này hầu như đã trang bị các cơ cấu chuyên dụng, phục vụ các công việc mà robot công nghiệp thường đảm nhiệm, như là cấp thoát phôi, thay thế dụng cụ cắt, giao tiếp với các băng chuyền và các hệ thống thiết bị phụ khác. D o vậy tỷ suât đẩu tu riêng cho robot công nghiệp bi giảm xuống, nhưng công nghiệp robot lạị tăng lên với sản phẩm chù yếu là robot dịch vụ. N hư vậy, ngày nay robot vẫn được ứng dụng trong cả 2 lĩnh vực: công nghiệp và dịch vụ, mặc dầu trong những năm gần đây robot dịch vụ phát triển với tốc độ rất nhanh, nhiều chủng loại, nhiều chức năng m ới. “Đ ã đến thời điểm của các robot dịch vụ để lại dấu ấn của chúng”, đó là lời nhận xét của Engelberger - người đã thiết kế ra loại robot đầu tiên ở công ty Unimation, Hoa K ỳ và ông cũng đã chuyển sang m ột công ty chuyên sản xuất loại robot dịch vụ với tên gọi là “H elpm ate” (người phụ việc trợ giúp). Tuy robot công nghiệp (IR) không còn giữ vai trò như trước, nhưng công nghiệp robot lại có bước phát triển m ới, sản phẩm công nghiệp lúc này không chi IR mà nhiều hơn là robot dịch vụ (SR ). Chỉ có sản xuất công nghiệp hiện đại mới tạo ra cùa cải chất lượng cho xã hội và từ đấy có trích ' cho nghiên cứu phát triển. 1.2. Cơ điện tử tạo ra bước ngoặt lớn trong sự phát triển ROBOTICS Cơ điện từ là công nghệ tích hợp liên ngành giữa cơ khí, điều khiển điện từ và công nghệ thông tin, tạo ra sự chuyển biến về chất với tư duy mới trong tổ chức công nghiệp sản xuất và trong bản thân sản phẩm tạo ra. Vì vậy cơ điện từ không chì tác động vào bản thân sản phẩm mà tác động vào cả quá trình sàn xuất sao cho quá trình đó được tự động hóa với năng suất cao hơn và linh hoạt hơn, m ềm dẻo hơn. Trong robotics có hầu hết các vấn đề cùa cơ điện tử. Có thể nói robot là hình ảnh thu nhỏ của các thiết bị công nghiệp hiện đại. Ờ đó, cũng gặp 13
khá đầy đù các vấn đề về quan hệ giao tiếp giữa các bộ phận chấp hành cơ khí với hệ thống điều khiển, về sự tương tác với môi trường làm việc... Đ iều đó đã cắt nghĩa tại sao ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến các môn học về robotics là bắt buộc có trong chương trình đào tạo cơ điện từ ờ các trường đại học, cao đang kỹ thuật. Trong các khóa học cập nhật kiến thức tại các khu công nghiệp chương trình cũng đều có 2 phần: Phần riêng đề cập đến các hệ thống cơ điện tử ứng dụng trong các nhóm ngành công nghiệp có nhiều người tham gia khóa học và phần chung đề cập đến các nội dung chủ yếu của khoa học công nghệ robot. Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin, cơ điện từ đã hình thành như một lĩnh vực khoa học công nghệ mũi nhọn và đã tạo bước ngoặt cho robotics trong quá trình phát triển. Mặt khác, robotics với sự phát triển đầy hấp dẫn của nó lại trờ thành hạt nhân kích hoạt cho sự phát triển cơ điện từ và sản xuất công nghiệp hiện đại. 1.3. Vai trò mới của ROBOTICS Trước đây ứng dụng robot công nghiệp (IR ) chù yếu để phục vụ các m áy công tác riêng rẽ, thay thế các thao tác của người thợ, sau đó liên kết chúng lại để tạo ra những dây chuyền sản xuất tự đ ộn g linh hoạt. Từ những năm đầu của thế kỷ 21 robot dịch vụ (SR ) phát triển rất nhanh chóng, rất đa dạng, ứng dụng từ trong vui chơi giải trí đến các c ô n g việc phát triên của cơ điện tư hiện đại đã tạo ra bước ngoặt lớn trong phát triển K HCN robot và robotics đã trở thành hạt nhân kích hoạt cho sự phát triển sản xuất công nghiệp hiện đại. Trên nhiều diễn đàn quốc tế vai trò cùa robotics đã được nhấn mạnh: “Trước đây người ta coi robot là phương tiện để tiết kiệm chi phí lao động, thế nhưng robotics ngày nay đã đóng vai trò quan trọng hơn nhiều trong sán xuất, chúng là một phần của kế hoạch cạnh tranh toàn cầu”. Còn theo lời của R.Shneider, chu tịch tập đoàn Am erica Fanuc R obotics:” Hãy nghĩ về robot như một công cụ kinh doanh chiến lược, một công cụ giúp gây dựna tính cạnh tranh trong nền kinh tế toàn cầu” . 14
C ó diễn đàn quốc tế còn cho rằng robotics có vị trí “cứu tinh trong quá trình toàn cầu hóa tăng tốc” . “Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu tồn tại trong cạnh tranh là một động lực quyết định đầu tu cho ngành robotics. Một sô chuyên gia cho rằng đầu tư cho robotics là sự lựa chọn tốt hơn cả”. Tại triển lãm “Robot 2008, W hat’s N ext” ờ Boston đã nhận xét: “C ông ty nào nhạy bén, sớm ứng dụng những thành tựu mới của Robotics thì có nhiều khá năng trờ thành công ty đầu ngành”. Hàn Q uốc đã nhận định rằng: “Robot thông minh có khả năng tiềm tàng đe trở thành động cơ phát triển chù lực của đất nước “và dự kiến là đến năm 2 0 2 0 các ngành này có thể đem lại gần 100 tỷ đô la. Đúng như nhận xét của Công ty Ford Motor “sự phát triển các khà năng của robot đang m ở đường cho chiến lược sản xuất nhiều cơ hội m ới” và “khả năng nhìn đư ợc cúa robot có thế đơn giản hoá việc đầu tư đê biến đổi thành hệ thống sàn xuất tự động linh hoạt” . Đầu tư cho việc nghiên cứu “robot có thị giác” (V ision - guided robotics) là đề tiếp cận một vấn đề có tác động đổi m ới, hiện đại hóa hệ thống thiết bị công nghiệp với nhiều tính năng mới. M ột lĩnh vực khoa học mới m ẻ là “thị giác m áy” (computer vision) được nghiên cứu ứng dụng và phát triển mạnh trong robotics đã phát huy hiệu quà ứng dụng m ở rộng trong nhiều hệ thống máy m óc và thiết bị công nghiệp thông minh. Những dẫn chứng trên đây càng khẳng định quan điểm , cần nhanh chóng đầu tư cho vấn đề “robot thông m inh” để làm hạt nhân cho sự sáng nong CO I cnu sụ p u a t triển của ngành công nghiệp hiện đại. 1.4. Đổi mới sáng tạo là chìa khóa cho cạnh tranh thành công M ục tiêu của Đ ản g và N hà nước ta đã vạch ra: “Áp dụng khoa học côn g nghệ là động lực cho sự phát trien kinh tế của V iệt N am ” sao cho đất nước sẽ trở thành “m ột xã hội hiện đại hóa và công nghiệp hóa vào năm 2 0 2 0 ” . Với mục tiêu to lớn đó chúng ta phái đặc biệt quan tâm đến xu thế mới về công nghiệp hóa, hiện đại hóa, toàn cầu hóa. V iệt Nam đã trờ thành thành viên tích cực trong cộng đồng kinh tế và thương mại toàn cầu. Đã tới những thời điềm mà tất cà hàng rào thuế quan liên quan đến thương mại sẽ giảm đi 15
ờ m ức rất thấp. Lúc đó hàng hóa nói chung và sản phẩm công nghiệp nói riêng phải đối mặt với sự cạnh tranh rất gay gắt. Khi đã ra nhập vào cuộc cạnh tranh toàn cầu, trước hết phái đồi m ới tư duy. Không nên giữ mãi ý nghĩ chúng ta là nước đi sau, nếu làm ra hàng hóa theo mẫu của nước ngoài m à được như họ là tốt lắm rồi. Sự thực là không dễ gì m à làm được như họ, chứ chưa nghĩ đến việc c ó thể vượt họ. Nhưng nếu không được thế thì cũng phải phấn đấu sáng tạo ra các sản phẩm nếu không ngang bằng thi cũng phải rẻ hơn, hoặc phải làm khác đi, để còn có cái mà trao đổi. Đầu tư khoa học công nghệ có thể tạo cơ sở để tìm ra các giải pháp kỹ thuật để thực hiện điều đó. Như vậy, các đề tài triển khai ờ các cấp không nên đơn thuần chi là giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật hàng ngày mà phái đầu tư đi sâu nghiên cứu với hàm lượng khoa học tương ứng. Giải quyết được các vấn đề kỹ thuật là rất cần thiết đế hoàn thành các nhiệm vụ trước mắt với sự cố gắng đạt được một chuẩn mực nào đó, nhưng thường là theo mẫu có sẵn. Nhưng như thế là chưa đủ vì chưa thê có sàn phẩm đáp ứng các yêu cầu cạnh tranh được, chưa thể đem đến m ột sự biến đổi lớn nào về trình độ sản xuất được và vì thế khoa học và công nghệ chưa thể làm “động lực cho sự phát triền kinh tế của đất nước”, như yêu cầu đã nêu trong các nghị quyết của Đảng và Nhà nước. Đ e phát triển khoa học và công nghệ phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trong điều kiện kinh tế thị trường và hội nhập quốc tế, cần giản, nhưng làm khoa học không nên chì dập khuôn, phải biết xừ lý thông minh sáng tạo, tìm cánh cải tiến, thay đổi linh hoạt và cố gắng vươn lên. Đầu tư khoa học và công nghệ là tạo cơ sở cho sáng tạo đối mới. 1.5. Đầu tư khoa học là cơ sờ cho đổi mới sáng tạo Có các thành tựu của cách mạng khoa học công nghệ đứng đằng sau khiến cho các thế lực toàn cầu ngày càng trờ thành hiện thực. N ó đang làm thay đổi một cách cơ bản và nhanh chóng m ọi mặt hoạt động kinh doanh và sàn xuất. M ột phong cách công nghiệp hoàn toàn mới cũng đang trong quá trình định hình. Cuộc cách mạng trong công nghiệp được phác họa bời hình ảnh nhà máy trong tương lai với những cụm máy công tác đa năng 16
được vận hành bằng m áy tính và phục vụ bằng robot. Thực tế hiện nay đã dân có những “nhà máy không có người, văn phòng không có giấy” và còn tiên tới những “cuộc chiến không có lính”. C ó thể nói trong những thập kỷ tới, sự tăng trương của công nghiệp nước nhà phụ thuộc rất nhiều vào khá năng tiếp thu những tiến bộ và sự biến đôi nhanh chóng cùa công nghệ hiện đại. Đ iều đó có tính quyết định trong v iệc hòa nhập vào sự cạnh tranh trên thị trường thế giới với xu thế toàn cầu hóa. M ột đặc điểm quan trọng của sự hòa nhập đó là tính thích nghi, linh hoạt và nhạy bén với đồi mới. Trên cơ sờ nhạy bén áp dụng các thành tựu mới cùa khoa học công nghệ tự động hóa, cơ điện từ và rob otics... với mức độ khác nhau phải chọn một lộ trình đổi mới công nghệ cho phù hợp với từng cơ sờ. Mục tiêu cùa công việc hiện đại hóa này đặt ra theo yêu cầu, đối chiếu với sàn phâm của đối tác cạnh tranh trên thị trường quốc tế. Cách làm thiết thực và hiệu quả nhất hiện nay là các ngành kinh tế nên chủ động khai thác lực lượng khoa học cùa cả nước. Theo tồng kết của U N ID O , có nhiều nước chi đạt mức độ khoảng gần 80% về khai thác các hệ thống thiết bị nhập ngoại từ các nước công nghiệp phát triển, nhưng ở Trung Q uốc đạt tới mức độ trên 100%, bời vì bên cạnh họ luôn luôn có những nhóm cán bộ khoa học, được mời từ các Viện, các Trường cùng hợp tác nghiên cứu và cùng hưởng lợi từ các kết qua làm ra. yêu cầu đối tác phải đưa trước bán thiết kế và sẵn sàng cấp thêm cho diện tích khu đất để xây dựng phòng thí nghiệm cùng nghiên cứu. Đ ó là bài học tốt về sự chú trọng đến nghiên cứu đổi mới, sáng tạo đề cạnh tranh. Bài học chưa thành công trong việc đầu tư cho công nghiệp ô tô ớ ta là do chỉ tập trang vào lắp ráp một cách máy m óc theo khuôn mẫu có sẵn, không chú ý nhiều đến công nghiệp phụ trợ kèm theo. Không biết phát huy nội lực, nên hoàn toàn lệ thuộc. Theo báo cáo của tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới và tổ chức IN SEA D , năm 2012 Thụy Sĩ dẫn đầu bảng xếp hạng chỉ số sáng tạo toàn cầu, còn 17
V iệt N am xếp thứ 76/142, tụt 25 bậc so với năm 2011. Các quốc gia thuộc nhóm các nước G 7 có chỉ số cạnh tranh cao nhất. 1.6. ROBOTICS và cơ điện tử cung cấp kiến thức tích hợp N hư đã đề cập ờ trên, các robot hiện đại là hình ảnh thu nhó của các thiết bị thông minh trong hệ thống công nghiệp tiên tiến và trong robotics có hầu hết các vấn đề của cơ điện tử. Cũng như cơ điện tử, robotics là lĩnh vực đòi hỏi những kiến thức tổng hợp, những kiến thức mà sản phẩm hàng hóa thường đòi hởi đến. Cơ điện từ (m echatronics) là lĩnh vực khoa học công nghệ được hình thành từ sự cộng năng cùa 3 ngành khoa học công nghệ là cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin, nhằm hoàn thiện, linh hoạt hóa, thông minh hóa các thiết bị máy m óc phục vụ con người. Sự liên kết tích hợp cộng năng đã được nhấn mạnh như vấn đề cốt lõi của cơ điện từ, chính yếu tố mới đó là chìa khóa mở ra “cơ hội vàng” cho sự sáng tạo đổi mới. N ếu chỉ là sự liên kết thông thường tác động vào một loại sản phẩm, vốn cũng đã làm các sàn phẩm đó tốt lên nhiều, nhưng ít có khả năng tạo ra bước đột phá. V í dụ, với việc ứng dụng phương pháp hệ thống của cơ điện từ, các xe ô tô hiện đại được thiết kế tốt hơn hăn. M ột thành tựu mới của công nghiệp ò tô, đạt được do tác động của cơ điện từ là ô tô hybrid (lai). Ổ tô hybrid có 2 chế độ chạy xe, lúc thì chạy bằng xăng, lúc thì chạy bằng đông cơ điên. Đ ôn a cơ xăng ác-quy cung cap năng lượng. Đ ê nhận biểt trạng thái hoạt động cùa xe mà quyết định chuyển từ chế độ này sang chế độ kia, với tiêu chí tiết kiệm nguyên liệu nhiều nhất, thì phải dùng đến phương pháp tư duy và cách giải quyết của cơ điện tứ. Như vậy, các môn học trong chương trĩnh đào tạo robotics và c ơ điện tử phải cung cấp cho người học các kiến thức và kỹ năng tích hợp đó. Trong robot nói riêng, và trong các thiết bị cơ điện tư nói chung, phần cơ khí đóng vai trò nòng cốt, tạo ra các thao tác thực hiện các chức năng chù yếu của sàn phẩm. Các sàn phâm này đều được điều khiển số và muốn chúng hoạt động đạt yêu cầu, như thao tác linh hoạt, đáp ứng được thời gian thực và xư lý thông minh, thì phần cơ khí chấp hành cũng phải đổi mới, thóa mãn các yêu cầu cao về độ nhanh nhạy, chính xác và đáp ứng kịp thời. 18