Chương 3: Ba Tháng Trong Xưởng Hàn

Ba tháng — từ tháng Ba đến tháng Sáu — năm đứa trẻ và thầy Tuấn biến xưởng hàn bố Hùng thành phòng lab robotics. Phòng lab mười mét vuông — nóng (Tây Ninh tháng Năm: 37°C ngoài trời, xưởng hàn mái tôn: 42°C bên trong), bụi nhôm (cắt nhôm bằng máy cắt — bụi bay khắp, dính mũi, dính tóc), và ồn (máy mài, máy cắt, máy hàn — tiếng rít liên tục).

Robot — tên: "Tây Ninh-1" (TN-1) — thiết kế đơn giản (vì phải đơn giản — không có CNC, không có 3D printer, không có laser cutter — tất cả gia công bằng tay). Khung: nhôm 6061 thanh chữ L (cắt từ thanh nhôm cửa sổ phế liệu — cắt bằng máy cắt sắt, mài bằng máy mài góc, khoan bằng máy khoan tay). Kích thước: 50cm x 40cm x 35cm (giới hạn kích thước FIRST Global: 50x50x50cm). Bốn bánh — differential drive (hai bánh chủ động phía sau, hai bánh tự lựa phía trước) — động cơ: bốn motor DC 12V 300RPM (mua Lazada — bốn trăm nghìn). Tay gắp: cơ cấu kẹp bốn ngón (four-bar linkage) — thiết kế bởi Mai (vẽ tay), tính toán bởi Hương (moment xoắn, lực kẹp, chiều dài cánh tay), gia công bởi Hùng (hàn nhôm + trục xoay bằng bu-lông M8), điều khiển bởi servo MG996R.

Vấn đề lớn nhất: tay gắp. FIRST Global 2025 "Hydrogen Horizon" — robot phải gắp "fuel cell" (khối hình trụ, đường kính 10cm, cao 15cm, nặng 200g — mô phỏng pin nhiên liệu hydrogen) và đặt vào "reactor" (khu chế biến — bục cao 30cm). Tay gắp TN-1 phải: (a) mở rộng đủ ôm hình trụ 10cm, (b) kẹp đủ chặt không rơi khi robot di chuyển, (c) nâng lên 30cm, và (d) nhả chính xác vào reactor.

Prototype 1 (tuần 2): tay gắp bằng nhôm tấm 2mm — mỏng quá, cong khi kẹp mạnh. Fuel cell rơi. Fail.

Prototype 2 (tuần 4): tay gắp bằng nhôm tấm 4mm — dày, chắc, nhưng nặng (cả cánh tay: 1.2kg) — servo MG996R không đủ moment xoắn (rated torque: 11kg.cm, cần 15kg.cm cho tay 1.2kg). Tay run — fuel cell rơi. Fail.

Prototype 3 (tuần 6): thiết kế lại — Mai vẽ tay gắp mới, kết cấu "half-pipe" (nửa ống — thay vì bốn ngón kẹp, dùng hai nửa ống cong ôm fuel cell, giống bàn tay ôm lon nước). Ít khớp xoay hơn (hai thay vì bốn) — nhẹ hơn (0.6kg) — servo đủ moment. Hùng gia công — uốn nhôm tấm 3mm thành hình cong bằng cách kẹp ê-tô và gõ búa (không có máy uốn — gõ tay, từng nhát, kiên nhẫn, mất hai ngày cho hai nửa ống). Test: gắp fuel cell — giữ — nâng — nhả. Thành công.

Lập trình: Đạt viết code Arduino — 1.500 dòng C++, trên Arduino Mega 2560. Điều khiển: remote control qua Bluetooth HC-05 (không autonomous — đội chưa đủ trình để code AI tự hành, dùng remote control thủ công — FIRST Global cho phép cả hai). Đạt viết: điều khiển motor (PWM — Pulse Width Modulation — điều tốc motor), điều khiển servo (góc mở/đóng tay gắp, góc nâng/hạ cánh tay), và logic điều khiển (nút A: tiến; nút B: lùi; joystick trái: quay trái/phải; joystick phải: tay gắp mở/đóng/nâng/hạ). PID controller cho motor — Đạt tự học từ YouTube (kênh "Brian Douglas" — Proportional-Integral-Derivative control, thuật toán kinh điển cho điều khiển motor: tính error giữa tốc độ mong muốn và tốc độ thực, điều chỉnh PWM để giảm error về 0). Tuning PID: trial and error — Đạt ngồi ba đêm, điều chỉnh Kp, Ki, Kd (ba hệ số PID) từng chút, test, chỉnh, test, chỉnh — đến khi robot đi thẳng (trước PID: robot lệch trái vì motor trái yếu hơn motor phải — sau PID: đi thẳng, sai số ±2cm trên 3 mét).

Test cuối — tuần 12 (trước khi bay Singapore hai tuần): TN-1 chạy trên sân thi đấu giả lập (Tuấn kẻ bằng phấn trên nền xi măng xưởng hàn — đo đúng kích thước sân FIRST Global: 4.5m x 7.5m). Robot gắp fuel cell, di chuyển 3 mét, nâng tay gắp, đặt vào "reactor" (thùng carton cao 30cm). Mười lần thử — tám lần thành công (80% — chấp nhận được, nhưng cần cải thiện). Hai lần fail: một lần fuel cell rơi khi robot quay gấp (moment quán tính — fuel cell trượt khỏi tay gắp), một lần servo bị kẹt (quá nhiệt — Tây Ninh nóng). Giải pháp: (a) giảm tốc độ quay (sacrifice speed for accuracy), (b) gắn quạt mini 5V làm mát servo (quạt tái chế từ laptop cũ — miễn phí).

Tổng chi phí TN-1: ba triệu hai trăm nghìn đồng — khoảng một trăm ba mươi USD. Rẻ nhất FIRST Global 2025 — chắc chắn. Và xấu nhất — cũng chắc chắn. Nhôm phế liệu không đẹp: vết cắt thô, mối hàn lộ, bề mặt xước. Không anodize, không sơn, không decal. TN-1 trông như — đồ tự chế (vì đúng là đồ tự chế). Nhưng — TN-1 chạy. Gắp được. Nâng được. Nhả được. Và — quan trọng nhất — TN-1 là robot đầu tiên mà năm đứa trẻ Tây Ninh từng tạo ra trong đời.