Nghiên cứu, thiết kế robot lau bảng điều khiển bằng sóng RF

LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 13
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT LAU BẢNG ĐIỀU KHIỂN 
BẰNG SÓNG RF
RESEARCHING AND DESIGNING ROBOTIC BOARD 
CLEANER CONTROLLED BY RF SIGNAL
Nguyễn Thị Quyên, Vũ Bảo Tạo, Lê Văn Sơn
E-mail: quyennt96@yahoo.com 
Trường Đại học Sao Đỏ 
Ngày nhận bài: 5/12/2017 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 23/3/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/3/2018
Tóm tắt
Bài báo này trình bày về thiết kế và chế tạo robot lau bảng điều khiển từ xa bằng sóng RF. Robot di 
chuyển trên bảng từ treo trên tường vuông góc mặt sàn, lau sạch các chữ viết phấn trên bảng thay con 
người và gom bụi phấn lại. Kết quả thử nghiệm là robot bám chắc vào bảng và di chuyển trên bảng từ 
không bị rơi, lau sạch được các chữ viết phấn trên bảng, lau theo vùng. Các hoạt động của robot được 
điều khiển bởi tay điều khiển từ xa thông qua sóng RF, khoảng cách điều khiển từ xa đạt được 20 m.
Từ khóa: Vi điều khiển; AVR; RF; robot.
Abstract 
This article describes the design and manufacture of remote control robotics using RF signal. The robot 
move on the board hang on the wall. It replace human cleans the word write by chalk on the board 
and collect chalk dust. The experiment results indicated that the robot cling on the table and moves on 
the board but don’t fall to the floor, cleans the word write by chalk on the board, clean the area. The 
operation of the robot is controlled by remote control via RF signal, remote control distance is 20 m.
Keywords: Microcontroller; AVR; RF; robotic.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, đã có nhiều thiết bị, phương tiện hỗ 
trợ dạy - học trong nhà trường nhưng việc sử 
dụng phấn viết chữ lên bảng từ trong quá trình 
dạy - học vẫn là chủ yếu, chưa thể thay thế. Lượng 
lớn bụi phấn do hoạt động xóa chữ viết bảng tạo 
ra có thể gây ra các triệu chứng dị ứng, hen suyễn, 
các vấn đề về đường hô hấp cho những người hít 
phải những hạt bụi phấn. Hiện nay, ở Việt Nam đã 
xuất hiện sản phẩm hỗ trợ lau bảng, tránh cho con 
người tiếp xúc trực tiếp với bụi phấn. Có thể phân 
sản phẩm hỗ trợ lau bảng làm hai loại: lau toàn 
bảng và lau bảng theo vùng. 
- Những robot lau toàn bảng dùng thanh lau bảng 
hình trụ, hoạt động theo phương thức gạt từ trái 
sang phải hoặc từ phải sang trái, mỗi lần lau bảng 
sẽ lau nhiều dòng cùng lúc, việc giáo viên muốn 
lưu lại đề mục hoặc phần nội dung trọng tâm trên 
bảng trong tiết học có thể không thực hiện được. 
- Những robot lau bảng theo vùng có thể khắc 
phục được nhược điểm của việc lau toàn bảng 
nhưng các sản phẩm này mới chỉ dừng lại ở việc 
lau bảng, chưa thu được bụi phấn. Bụi phấn được 
hút từ bảng và thổi ra ngoài không khí, điều này 
làm cho bụi phấn phát tán rộng trong không khí. 
Hơn nữa, dùng lực hút chân không để bám bảng 
gây tiếng ồn và tiêu tốn đến 80% năng lượng của 
pin, lực bám bảng của robot không ổn định và luôn 
phải kiểm soát pin [1].
Bài viết này dựa trên ý tưởng của robot di động, 
lau nhà và hút bụi để nghiên cứu [2, 3], chế tạo 
robot lau bảng điều khiển bằng sóng RF với khả 
năng lau sạch bảng, lau theo vùng như ý, có khả 
năng thu bụi phấn không để bụi phấn tỏa ra ngoài 
không khí. Đây là thiết bị có nhiều ưu việt mà hiện 
nay chưa có báo cáo, tài liệu liên quan viết về vấn 
đề này. Hơn nữa, các linh kiện vật liệu được dùng 
để chế tạo robot rất phổ biến trên thị trường hoặc 
có thể được tận dụng lại các bộ phận còn tốt từ 
các thiết bị không dùng nữa như quạt chip của 
máy tính, nam châm từ của loa thùng,... nên giá 
thành chế tạo một robot lau bảng tương đối thấp, 
khoảng 450 ngàn đồng. 
14
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018
Mạch điều khiển robot trong bài báo sử dụng dòng 
vi điều khiển AVR. AVR là vi điều khiển 8 bit, tiêu 
thụ điện năng thấp, tích hợp sẵn các mạch xử lý 
số và tương tự bên trong vi điều khiển, cho phép 
thực thi các lệnh chỉ trong một chu kỳ xung nhịp. 
Vì thế, tốc độ xử lý dữ liệu của AVR có thể đạt đến 
1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 MHz và cho phép 
người thiết kế có thể tối ưu hóa việc tiêu thụ năng 
lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý [4].
Mặt khác, thiết bị được modul hóa tối đa nhằm 
giúp quá trình thiết kế, chế tạo, kể cả việc khai 
thác và sửa chữa sau này trở nên đơn giản, 
tăng tính linh hoạt và mềm dẻo của thiết bị. Các 
modul thu phát sóng RF tần số 315 MHz sử dụng 
IC-PR2262/PT2272-M4 có nhiệm vụ truyền nhận 
sóng RF từ tay điều khiển đến vi điều khiển. 
2. PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ
Thiết bị được nghiên cứu và thiết kế trong bài báo 
này là một robot có khả năng bám dính và di chuyển 
được trên bảng từ viết phấn treo trên tường vuông 
góc với mặt đất. Robot di chuyển đến khu vực bảng 
cần lau và thực hiện các thao tác lau bảng. Trình tự 
lau bảng của robot gồm hai bước:
- Bước 1: đánh bật bụi phấn ra khỏi bảng từ và 
thu bụi phấn lại để bụi phấn không phân tán ra 
môi trường hoặc bị bám vào cơ cấu lau sạch sang 
phần bảng khác. Khi bụi phấn bám vào cơ cấu 
lau sạch đang bị sũng nước, bụi phấn bị hòa vào 
nước quét lên mặt bảng và khi khô sẽ để lại vệt 
trắng trên bảng.
- Bước 2: Sau khi đánh bật bụi phấn, cơ cấu lau 
sạch lau sạch hết bụi phấn còn lại bám trên bảng. 
Các thao tác của robot được điều khiển từ xa 
bằng sóng RF nhờ thiết bị điều khiển cầm tay. Sơ 
đồ khối chức năng cơ bản của thiết bị được trình bày 
trên hình 1.
Hình 1. Sơ đồ khối của robot
2.1. Khối đánh bụi
Gồm có một chổi lau hình trụ, được gắn vào động 
cơ 12 V, khi robot hoạt động thì động cơ sẽ tạo 
chuyển động quay cho chổi lau, làm bật bụi phấn 
trên bảng. Bụi phấn rơi ra được hút lại để bụi 
không bay ra môi trường xung quanh.
Hình 2. Chổi đánh bật bụi phấn
2.2. Khối hút bụi phấn
Cơ cấu hút bụi phấn sử dụng quạt chip của máy 
tính bàn để hút bụi phấn. Bụi phấn sau khi được 
hút sẽ được chuyển vào ngăn chứa bụi.
Hình 3. Quạt chip hút bụi phấn
2.3. Cơ cấu lau sạch bảng
Sau khi bụi phấn đã được đánh bật ra khỏi bảng 
và hút lại vào ngăn chứa, cơ cấu lau sạch sẽ lau 
sạch hoàn toàn phấn trên bảng. Cơ cấu này gồm 
tấm mút xốp mềm quấn quanh ống lõi nhựa, tấm 
mút có thể được làm ẩm bằng nước để tăng khả 
năng lau sạch bảng và cũng không làm tăng đáng 
kể trọng lượng thiết bị. Cơ cấu lau sạch có thể 
được tháo ra và lắp vào được, giúp người sử 
dụng vệ sinh thiết bị dễ dàng 
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 15
Hình 4. Mút xốp mềm để lau sạch bảng
2.4. Khối thu sóng RF
Khối này thu tín hiệu từ tay điều khiển đưa tới vi 
điều khiển. Người điều khiển robot bằng cách tác 
động lên các phím nhấn trên tay điều khiển. Tín 
hiệu từ phím nhấn sẽ được truyền đến bộ thu qua 
sóng RF. Bộ thu sẽ giải mã ra dạng tín hiệu số để 
đưa đến ATMEGA8.
Bộ phát/thu sóng RF sử dụng cặp vi mạch PT2262/
PT2272, loại 8 đường địa chỉ mã hóa và 4 đường 
địa chỉ dữ liệu. Bốn chân dữ liệu có thể truyền 
song song, nối tiếp rất độc lập. Vi mạch PT2262 
có nhiệm vụ mã hóa dữ liệu từ 4 phím nhấn nối 
với 4 dường dữ liệu và chuyển tới anten phát đi 
tín hiệu RF. Vi mạch PT2272 có nhiệm vụ giải mã 
tín hiệu RF thu được ra dạng tín hiệu số để đưa 
đến khối xử lý [5]. 
Hình 5. Sơ đồ mạch điện của tay điều khiển
Hình 6. Tay điều khiển
Hình 7. Khối thu sóng RF
2.5. Khối điều khiển
Khối này điều khiển toàn bộ hoạt động của robot. 
Nhận tín hiệu điều khiển qua khối thu sóng RF và 
điều khiển các cơ cấu chấp hành. Bộ điều khiển 
sử dụng vi điều khiển ATMEGA16 với tần số làm 
việc của chip lên đến 16 MHz, tích hợp sẵn nhiều 
khối xử lý tương tự - số và các khối truyền thông 
nối tiếp và song song [4].
 Hình 8. Mạch điều khiển
16
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018
Mặt khác ATMEGA16 được hỗ trợ nhiều trình biên 
dịch đặc biệt là trình dịch C là trình dịch tác giả sử 
dụng viết chương trình điều khiển.
2.6. Cơ cấu chuyển động
Cơ cấu chuyển động giúp robot di chuyển trên 
bảng. Cơ cấu này sử dụng 2 động cơ bánh xích. 
Động cơ được lựa chọn là loại 12 V, có kích thước 
và trọng lượng nhỏ để giảm khối lượng của robot 
ở mức nhẹ nhất.
Nam châm được gắn lên các mắt xích của bánh 
xe, nên robot có thể bám chắc lên bảng từ mà 
không bị rơi.
Cơ cấu bánh xích cũng giúp robot di chuyển linh 
hoạt, không bị hạn chế góc xoay khi di chuyển.
 Hình 9. Động cơ và bánh xích
2.7. Cơ cấu bám dính bảng
Cơ cấu này giúp cho robot bám chắc trên mặt 
bảng mà không bị rơi. Sử dụng nam châm vĩnh 
cửu bằng đất hiếm. Số lượng nam châm được bố 
trí tại các vị trí hợp lý để cân bằng với lực chuyển 
động của bánh robot, giúp robot có thể chuyển 
động và vẫn bám chắc trên bảng. Việc sử dụng 
nam châm để robot bám bảng sẽ không tạo ra 
tiếng ồn và lực bám bảng luôn ổn định hơn việc 
dùng phương pháp hút chân không.
Hình 10. Nam châm đất hiếm dùng trên robot
2.8. Khối nguồn
Nguồn cấp cung cấp năng lượng cho các khối 
chức năng của robot hoạt động gồm 1 pin lipo 
12 V-2,2 A, mạch chuyển đổi 12 VDC sang 5 VDC 
cấp cho khối vi điều khiển. 
Mạch chuyển đổi 12VDC sang 5VDC sử dụng IC 
LM2576. Nguồn 12VDC sau khi đi qua D1 được 
C1 lọc và đưa vào chân số 1 của IC LM2576, điện 
áp ra 5VDC tại chân số 2 được lọc bởi cuộn L1, tụ 
C2 và tụ C3. Nguồn 5VDC này được sử dụng cho 
các vi điều khiển, khối mạch điều khiển động cơ. 
Sơ đồ mạch nguyên lý như hình 4.
Hình 11. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
2.9. Mạch công suất
Mạch công suất chuyển tín hiệu điều khiển 5 V 
sang các điện áp phù hợp với các cơ cấu chấp 
hành. Động cơ sử dụng 12 V, quạt chip 12 V... 
Đồng thời đảm bảo công suất cho cơ cấu chấp 
hành hoạt động. Mạch công suất trên robot sử 
dụng IC cầu H sử dụng IC L298. Cho dòng tải lên 
tới 2 A.
Hình 12. Mạch cầu H dùng IC L298
Hình 13. Modul công suất
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 17
2.10. Cơ cấu an toàn chống rơi robot
Cơ cấu này tránh robot không bị rơi trong trường 
hợp cơ cấu bám dính bảng không tốt. Cơ cấu 
được lắp ở cạnh bảng, là một đối trọng và trên 
đối trọng có lắp hệ thống phanh thắng, khối lượng 
cơ cấu này sấp xỉ khối lượng của robot. Hệ thống 
phanh thắng được nối với robot bằng dây dù tròn 
đường kính 2,5-3 mm, có màu giống màu của 
bảng từ. Sợi dây dù được gá trên một ròng rọc 
gắn trên tường sát giữa mép trên của bảng.
Khi robot di chuyển ở tốc độ lau bảng thì bộ thắng 
không làm việc, khi robot rơi tự do thì bộ thắng sẽ 
nhận biết thông qua đĩa cuộn sợi dây trên thắng 
và hãm lại. Tốc độ để bộ thắng hoạt động khi robot 
rơi có thể điều chỉnh trên bộ thắng.
3. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
Các thiết kế trên đây đã được thử nghiệm hoàn 
chỉnh trên phần mềm mô phỏng, các sơ đồ nguyên 
lý và thiết kế mạch phần cứng đã được hoàn thiện. 
Robot được thiết kế với các thông số như bảng 1 
và hình ảnh như hình 14. Thiết bị được chạy thử 
nghiệm trên bảng từ kích thước 1,23x3,3 m, treo 
trên tường vuông góc với mặt sàn và kết quả cho 
thấy robot hoạt động ổn định và đáp ứng được 
các tiêu chí sau:
- Robot lau bảng có thể thay thế cho giáo viên 
trong việc lau bảng. 
- Lau sạch phấn viết trên bảng tại vị trí robot di 
chuyển trong một lần duy nhất 
- Hút sạch bụi phấn bay ra ngoài môi trường có 
thể lên đến 90% so với cách lau bằng giẻ lau 
truyền thống. Số liệu này dựa trên quan sát bằng 
mắt trong các lần thử nghiệm: không có bụi phấn 
lưu trên bảng và khu vực quanh bảng.
- Robot bám dính tốt trên bảng, không bị rơi trong 
các lần thử nghiệm.
- Robot nhận tín hiệu tốt từ tay điều khiển với 
khoảng cách điều khiển xa 20 m.
Bảng 1. Bảng kích thước thiết kế khung robot
STT Chiều đo Kích thước
1 Chiều dài 25 cm
2 Chiều rộng 15 cm
3 Chiều cao 8 cm
4 Khối lượng robot 2,5 kg
 Hình 14. Hình ảnh robot
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày về một thiết kế robot lau bảng 
điều khiển bằng sóng RF. Robot được thiết kế và 
chế tạo thành công, hoạt động ổn định đúng theo 
các thông số như thiết kế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. 
sinh-lop-12-che-tao-robot-lau-bang
[2].  mot-so-ky-
thuat-dinh-vi-cho-robot-di-dong.html, Khánh Linh, 
số 154 (11/2013). Tạp chí Tự động hóa ngày nay. 
[3]. https://timemart.com.vn/tim-hieu-cach-robot-lau-
nha-nha-hoat-dong-nhu-the-nao/a672.html
[4]. Lê Trung Thắng (2007). Vi điều khiển ATMEGA16. 
Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP. Hồ 
Chí Minh.
[5]. 
phat-vo-tuyen-su-dung-ic.html