Tự học lập trình Robot: +5 bước nhập môn với Robotics cơ bản

Đối với các bạn nhỏ tự học lập trình robot thì điều đầu tiên và quan trọng nhất đó là hiểu các lý thuyết cơ bản về robotics. Dưới đây là các lý thuyết cơ bản về Robotics mà bất kỳ người học nào cũng phải nắm rõ khi mới bắt đầu:

• Cơ học: Cơ học là một lĩnh vực chuyên về nghiên cứu các chuyển động và lực tác động lên các vật thể. Trong robotics, cơ học giúp hiểu về cấu trúc và động cơ của robot, cách chuyển động của các khớp và tính toán các lực tác động trong quá trình làm việc của robot.
• Điều khiển: Lý thuyết về điều khiển được coi là cốt lõi trong robotics để điều khiển và quản lý hoạt động của robot. Lý thuyết này bao gồm việc xây dựng mô hình toán học để mô phỏng và điều khiển chuyển động của robot. Các thuật toán điều khiển có thể sử dụng để định vị, theo dõi và điều khiển robot trong không gian.
• Trí tuệ nhân tạo: Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI) nghiên cứu về cách tạo ra các hệ thống thông minh như máy tính hoặc robot có năng lực tự học, lập kế hoạch và ra quyết định. Trong robotics, AI có thể được sử dụng để phát triển thuật toán máy để robot có thể học từ dữ liệu, nhận biết và hiểu môi trường xung quanh cũng như tương tác với con người.
• Thị giác máy tính: Thị giác máy tính liên quan đến việc xử lý và phân tích thông tin hình ảnh từ các cảm biến để robot có thể nhận biết và hiểu về đối tượng, môi trường và vị trí của chúng. Các thuật toán thị giác máy tính có thể được sử dụng để nhận dạng đối tượng, phát hiện vị trí, theo dõi chuyển động và thực hiện nhiều tác vụ thị giác khác.
• Lập trình: Lý thuyết lập trình liên quan đến việc tạo ra các chương trình và chỉ thị để điều khiển robot. Nó bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ lập trình và các công cụ phần mềm để phát triển hành vi và chức năng của robot.

Trên đây chỉ là một số lý thuyết cơ bản về robotics, ngoài các lý thuyết kể trên thì còn có một số lý thuyết phức tạp khác. Nhưng đối với các bạn nhỏ tự học lập trình robot thì nắm vững 5 lý thuyết này là nhiệm vụ đầu tiên mà các bạn cần hoàn thành.

Trong quá trình tự học lập trình robot thì trẻ nhất định phải tìm hiểu về các loại robot khác nhau. Các loại robot có thể được phân loại theo lĩnh vực hoặc theo chức năng, dưới đây là một số loại robot phổ biến:

• Robot công nghiệp: Đây là loại robot được sử dụng trong các quy trình sản xuất công nghiệp để thực hiện các nhiệm vụ lặp lại hoặc các công việc nặng nhọc, nguy hiểm mà con người không thể thực hiện. Chúng ta dễ dàng bắt gặp loại robot này trong các dây chuyền sản xuất ô tô, công nghiệp điện tử, sản xuất hàng hóa và quá trình gia công.
• Collaborative Robot: Collaborative Robot là robot hợp tác được thiết kế để làm việc cùng con người trong một môi trường làm việc chung. Robot thường có tính linh hoạt cao, an toàn và có thể làm việc trong khoảng cách gần con người mà không gây nguy hiểm.
• Robot dịch vụ: Loại robot này được thiết kế để cung cấp dịch vụ hỗ trợ cho con người. Loại robot này có thể được sử dụng tại các nhà hàng, khách sạn và các cơ sở chăm sóc sức khỏe, địa điểm du lịch.
• Robot y tế: Robot Y tế được sử dụng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, bao gồm robot phẫu thuật, robot hỗ trợ trong quá trình phục hồi chức năng, robot di chuyển bệnh nhân và robot hỗ trợ chẩn đoán.
• Robot tự hành: Đây là loại robot có khả năng tự điều hướng và thực hiện các nhiệm vụ không cần sự can thiệp của con người. Robot tự hành có thể được sử dụng trong các ứng dụng như xe tự lái, robot khám phá không gian và robot di chuyển tự động trong môi trường ngoại vi.
• Robot quân sự: Loại robot này được sử dụng trong các mục đích quân sự bao gồm robot tiếp tế, robot phá bom, robot giám sát và robot trinh sát.
• Robot giáo dục: Robot giáo dục được sử dụng trong mục đích giảng dạy và học tập. Loại robot này có thể giúp trẻ em và sinh viên hiểu về lĩnh vực khoa học, công nghệ, STEAM và lập trình,...

Trên thực tế, khi học các bé cũng sẽ được hướng dẫn để chỉ nên tập trung vào một số loại robot thông dụng với đời sống thường nhật tư robot công nghiệp, robot hợp tác và robot dịch vụ. Các loại robot còn lại chủ yếu để phục vụ các nhiệm vụ chuyên môn cao nên đòi hỏi người học cần có thêm kiến thức chuyên môn ở mảng đó.

Để học ngôn ngữ lập trình robot, có một số ngôn ngữ quan trọng mà bé có thể tìm hiểu. Dưới đây là một số ngôn ngữ lập trình phổ biến trong lĩnh vực Robotics:

• C/C++: C và C++ là hai ngôn ngữ lập trình phổ biến được sử dụng trong Robotics. Chúng cung cấp hiệu suất cao và kiểm soát cấp thấp, điều này rất hữu ích khi làm việc với phần cứng của robot và các thiết bị ngoại vi.
• Python: Python là ngôn ngữ lập trình phổ biến trong cả Robotics và lĩnh vực trí tuệ nhân tạo. Nó dễ học, có cú pháp rõ ràng và có sẵn nhiều thư viện hỗ trợ cho việc xử lý dữ liệu, tính toán và truyền thông giữa robot và máy tính.
• ROS (Robot Operating System): ROS không phải là một ngôn ngữ lập trình mà là một framework phần mềm mã nguồn mở được sử dụng rộng rãi trong Robotics. Nó cung cấp các thư viện, công cụ và giao thức cho việc phát triển ứng dụng Robotics. ROS hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như C++, Python và MATLAB.
• Java: Java là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và linh hoạt được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm Robotics. Java có thể được sử dụng để phát triển các ứng dụng điều khiển robot và giao diện người máy.

Trong quá trình tự học lập trình robot các bạn không cần tìm hiểu toàn bộ các ngôn ngữ lập trình kể trên. Khi học ngôn ngữ lập trình robot, bạn có thể tìm hiểu cách sử dụng các công cụ và thư viện phổ biến trong lĩnh vực Robotics như Robot Operating System (ROS), Gazebo (môi trường mô phỏng), và các giao tiếp và điều khiển phần cứng của robot.

Thực hành lắp ráp robot là một phần quan trọng trong quá trình tự học lập trình Robot vì nó mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Dưới đây là một số lý do tại sao cần thực hành lắp ráp robot khi học Robotics:

• Áp dụng lý thuyết vào thực tế: Thực hành lắp ráp robot cho phép bé áp dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào việc thực tế. Bé có thể hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các thành phần cơ bản của robot, cách chúng tương tác và hoạt động cùng nhau để thực hiện nhiệm vụ.
• Hiểu về cấu trúc và cách làm việc của robot: Thực hành lắp ráp robot giúp bé hiểu rõ hơn về cấu trúc và cách làm việc của robot. Nắm vững các khớp, cảm biến, động cơ và bộ điều khiển, cũng như cách chúng tương tác để thực hiện các chức năng cụ thể.
• Kỹ năng cơ bản về lắp ráp và sửa chữa: Lắp ráp robot giúp bé phát triển kỹ năng cơ bản về lắp ráp và sửa chữa. Bé sẽ học cách kết nối các thành phần với nhau, tháo lắp và bảo trì robot. Điều này rất hữu ích khi bé muốn tùy chỉnh và nâng cấp robot của mình hoặc khi gặp sự cố và cần sửa chữa.

Ở giai đoạn này, trẻ cần tuân thủ các nguyên tắc chạy thủ và kiểm tra trạng thái hoạt động của robot bao gồm các nguyên tắc tuần tự như sau: Đảm bảo an toàn - Kiểm tra phần cứng - Kiểm tra chương trình điều khiển - Kiểm tra tích hợp hệ thống - Đánh giá hiệu suất - Kiểm tra và ghi nhận lỗi - Điều chỉnh và cải thiện.

Đây chính là một quy trình các nguyên tắc chạy thử và kiểm tra trạng thái hoạt động mà các bạn nhỏ tự học lập trình robot nên tìm hiểu và áp dụng khi thực hành chạy thử, kiểm thử robot. Một số nguyên tắc kể trên có thể không cần thực hiện tuần tự, tuy nhiên, các bước đánh giá hiệu suất, kiểm tra và ghi nhận lỗi, điều chỉnh và cải thiện phải được thực hiện sau cùng.

Bài viết trên đây của MindX đã cùng ba mẹ cũng như bé tìm hiểu về quy trình tự học lập trình robot. Tại MindX hiện đang triển khai các khóa học lập trình robot với lộ trình bài bản, được giảng dạy bởi các chuyên gia dày dạn kinh nghiệm. Liên hệ ngay với MindX để nhận tư vấn và các ưu đãi về khóa học nhé!