Mobile Robots là gì?
1. Mobile robot là gì?
Hình 1. Minh họa Mobile robot
Robot là một loại thiết bị có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot có một trong các đặc điểm sau đây: do con người sáng tạo ra, có khả năng nhận biết môi trường xung quanh và tương tác với những vật thể trong môi trường, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước, có thể điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng, có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều và khéo léo trong vận động.
Mobile robot là robot có khả năng tự di chuyển.
Mobile robot di chuyển trong môi trường của chúng, không cố định vào một vị trí thực. Robot di động có thể là "tự trị" (robot di động tự động) có nghĩa là chúng có khả năng điều hướng một môi trường không kiểm soát được mà không cần các thiết bị hướng dẫn vật lý hoặc cơ điện. Ngoài ra, robot di động có thể dựa vào các thiết bị hướng dẫn cho phép nó di chuyển tuyến đường định hướng được xác định trước trong không gian tương đối được kiểm soát (robot tự điều khiển). Nó khác với robot công nghiệp thường đặt gần cố định và hoạt động bằng các cánh tay.2. Ưu nhược điểm và ứng dụng của Mobile robot
2.1 Ưu điểm của Mobile robot
Mobile robot là loại robot có thể thực hiện các tác vụ ở các địa điểm khác nhau, không ở cố định một vị trí nào. Linh động là đặc tính của robot di động, có thể có được từ các bộ phận chuyển động như bánh xe, chân, tay, cánh quạt… Robot di động “phải biết” định vị và “thu nhận” được thông tin đầy đủ về môi trường xung quanh, sau đó mới có quyết định thực hiện hành động nào cho phù hợp.
Do đó, Mobile robot thường được tích hợp các cảm biến nhằm giúp cho chúng có thể nhận biết. Ngoài ra, robot di động còn có thể gắn kết với một hệ thống máy tính điều khiển và hệ thống cung cấp điện năng cho các chuyển động cũng như các cảm biến. Tùy vào tính chất công việc, các robot di động có thể phải mang theo nguồn điện, camera, micro, bộ cảm biến và các bộ xử lý. Tuy nhiên, do các robot di động đều có một tải trọng nhất định, nên khi thiết kế, cần tính toán trọng lượng các vật mang theo này ở mức vừa phải. Một đặc điểm quan trọng khác nữa là các robot di động cần phải có tính tự động một cách tương đối, nghĩa là phải có khả năng tự làm một hành động nào đó mà không cần có sự can thiệp của con người.2.2 Nhược điểm của Mobile robot
Khác với robot cố định, robot di động có những yêu cầu cao hơn, đòi hỏi đầu tư nhiều hơn. Trong khi robot cố định vận hành khá đơn giản, chỉ cần không gian cố định để thực các công việc lặp đi lặp lại, còn hệ thống robot di động hoạt động trong không gian mở, thay đổi liên tục và đôi khi rất phức tạp.
2.3 Ứng dụng của Mobile robot
Hình 2: Minh hoa Robot lau nhà
- Mobile robot ứng dụng cho rất nhiều loại công việc khác nhau từ xây dựng đến nông nghiệp, từ đào mìn đến thăm dò dầu khí, xử lý môi trường, y tế, giải trí, vận chuyển,…
- Ngành lắp ráp tự động
- Lắp ráp lốp: di chuyển lốp xe màu xanh lá cây từ lưu trữ trung gian để chữa các trạm báo chí
- Thiết bị điện tử ô tô: PCBs di chuyển và các thành phần nhỏ cho dòng phụ bổ sung
- Phụ kiện tự động: vận chuyển totes đến và đi từ các trạm ép phun
- Kỹ thuật số
- Semiconductor wafer fab: vận tải WIP intrabay giữa stockers để xử lý các công cụ, lưới carô vận tải cho quá trình in ảnh litô
- Đóng gói bán dẫn và kiểm tra: di chuyển khay chip IC qua xe đẩy
- Mobile Device Sản xuất: di chuyển tote của PCBs trong lắp ráp thiết bị cầm tay
- Trung tâm dữ liệu: giám sát môi trường và xử lý sự cố trong máy chủ trang trại lớn
- Đồ ăn - uống
- Nhà máy Snack: di chuyển các hộp các tông để đóng gói đường
- Cơ sở phục vụ: di chuyển totes thực phẩm nướng để phòng chứng khoán
- Logictics
- Kho hàng: thương mại điện tử thực hiện đơn hàng, trung tâm phân phối hàng
- Chung ánh sáng Sản xuất Sản phẩm / tiêu dùng
- Sản xuất đồ trang sức
- Di chuyển khuôn mẫu trang sức hoàn thành trạm đúc
- Sản xuất kính mát: băng tải ảo để di chuyển hộp kính mát từ ASRS đài sắp xếp lại và sau đó mang lại cho phần hoàn thiện đến tải
- Khách san: Dịch vụ phòng giao hàng
- Bệnh viện: Dụng cụ phẫu thuật sinh tại bệnh viện
3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại mobile robot
3.1 Cấu tạo của mobile robot
Cấu tạo của một Mobile robot có thể đơn giản hoặc rất phức tạp. Cơ bản, một robot di động đơn giản bao gồm một bộ phận chuyển động như bánh xe hoặc cánh tay, một bộ nguồn và lớp vỏ ngoài.
Hình 3: Cấu tạo bên ngoài của robot đơn giản gồm bánh xe và bộ khung
Hình 4: Cấu tạo bên trong của Robot đơn giản gồm: bánh xe, motor và dây nguồn điện
Hình 5: Các bộ phận riêng rẽ của Mobile robot đơn giản gồm: vỏ hộp, bánh răng, ốc vít
3.2 Một số phương pháp dẫn đường cho robot di động
Một rô bốt di động thông minh phải được điều khiển dẫn đường theo một chiến lược có hiệu quả. Có nhiều nghiên cứu trên thế giới với các thuật giải và phương pháp khác nhau cho dẫn đường rô bốt trong các môi trường trong nhà và ngoài trời. Ta sẽ điểm qua một vài phương pháp như sau:
- Phương pháp dead-reckoning
Dead-reckoning là phương pháp dẫn đường được sử dụng rộng rãi nhất đối với rô bốt di động. Phương pháp này cho độ chính xác trong thời gian ngắn, giá thành thấp và tốc độ lấy mẫu rất cao. Tuy nhiên do nguyên tắc cơ bản của phương pháp dead-reckoning là tích luỹ thông tin về gia tốc chuyển động theo thời gian do đó dẫn tới sự tích luỹ sai số. Sự tích luỹ sai số theo hướng sẽ dẫn đến sai số vị trí lớn tăng tỉ lệ với khoảng cách chuyển động của rô bốt. Tuy nhiên hầu hết các nhà nghiên cứu đều đồng ý rằng dead-reakoning là một phần quan trọng trong hệ thống dẫn đường rô bốt, các lệnh dẫn đường sẽ được đơn giản hoá nếu độ chính xác của phương pháp dead-reckoning được cải thiện. Phương pháp dead-reakoning dựa trên phương trình đơn giản và thực hiện được một cách dễ dàng, sử dụng dữ liệu từ bộ mã hoá số vòng quay bánh xe. Dead-reckoning dựa trên nguyên tắc là chuyển đổi số vòng quay bánh xe thành độ dịch tuyến tính tương ứng của rô bốt. Nguyên tắc này chỉ đúng với giá trị giới hạn. Có một vài lý do dẫn đến sự không chính xác trong việc chuyển từ số gia vòng quay bánh xe sang chuyển động tuyến tính. Tất cả các nguồn sai số này được chia thành 2 nhóm: sai số hệ thống và sai số không hệ thống. Để giảm sai số dead-reckoning cần phải tăng độ chính xác động học cũng như kích thước tới hạn.
Hình 6: Định vị cho Mobile robot sử dụng bộ lập mã quang,cảm biến gia tốc, vận tốc góc và cảm biến từ
- Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động
Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động là hệ thống dẫn đường được sử dụng phổ biến nhất trên tàu biển và máy bay. Hệ thống này cung cấp thông tin vị trí rất chính xác với quá trình xử lý tối thiểu. Hệ thống cho phép tốc độ lấy mẫu và độ tin cậy cao nhưng đi kèm với nó là giá thành cao trong việc thiết lập và duy trì. Cột mốc được đặt tại các vị trí chính xác sẽ cho phép xác định toạ độ chính xác của vật thể. Có 2 phương pháp đo dùng trong hệ thống cột mốc chủ động, đó là phép đo 3 cạnh tam giác và phép đo 3 góc tam giác. Phép đo 3 cạnh tam giác. Phép đo 3 cạnh tam giác xác định vị trí vật thể dựa trên khoảng cách đo được tới cột mốc biết trước. Trong hệ thống dẫn đường sử dụng phép đo này thông thường có ít nhất là 3 trạm phát đặt tại các vị trí biết trước ngoài môi trường và 1 trạm nhận đặt trên rô bốt. Hoặc ngược lại có 1 trạm phát đặt trên rô bốt và các trạm nhận đặt ngoài môi trường. Sử dụng thông tin về thời gian truyền của chùm tia hệ thống sẽ tính toán khoảng cách giữa các trạm phát cố định và trạm nhận đặt trên robot. GPS (Global Positionings Systems) - hệ thống định vị toàn cầu hoặc hệ thống cột mốc sử dụng cảm biến siêu âm là các ví dụ khi sử dụng phép đo 3 cạnh tam giác, phép đo 3 góc tam giác.
Hình 7: Định vị sử dụng vật mốc
- Hệ thống dẫn đường cột mốc
Tương tự như Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động nhưng đây là vật mốc nhân tạo và tự nhiên.
- Định vị sử dụng bản đồ
Rô bốt sử dụng các cảm biến được trang bị để tạo ra một bản đồ cục bộ môi trường xung quanh. Bản đồ này sau đó so sánh với bản đồ toàn cục lưu trữ sẵn trong bộ nhớ. Nếu tương ứng, rô bốt sẽ tính toán vị trí và góc hướng thực tế của nó trong môi trường.
Hình 8: Định vị dẫn đường cho Robot sử dụng bản đồ
Để nâng cao độ chính xác của việc định vị thì một giải pháp hiện nay là kết hợp hai hoặc nhiều phương pháp định vị nêu trên
3.3 Phân loại mobile robot
Có thể phân loại robot di động dựa vào môi trường làm việc của chúng, bao gồm trên không, dưới nước và trên đất liền. Ở mỗi nơi, robot cần một hệ thống truyền động khác nhau.
Đối với robot di động trên không, các bộ phận chuyển động là cánh quạt hay cánh bay và động cơ; với robot di động dưới nước, tùy thuộc vào nơi làm việc trên hay trong mặt nước mà sẽ có cấu trúc truyền động khác nhau: làm việc trên mặt nước, bộ phận chuyển động là phao hoặc động cơ với bộ phận điều khiển, hoạt động sâu dưới nước, bộ phận chuyển động có thể là chân hoặc có thể là cả động cơ phản lực; robot di động trên cạn có bộ phận chuyển động khá đa dạng, phụ thuộc vào địa hình hoạt động mà bộ phận chuyển động có thể là chân, bánh xe, bánh xích hay là loại kết hợp. Phổ biến nhất là robot di chuyển bằng bánh xe.
4. Môi trường làm việc của mobile robot
Có một số sự khác biệt quan trọng giữa các yêu cầu của việc lắp đặt rô bốt cố định truyền thống với các yêu cầu của các hệ thống rô bốt di động. Một trong những mối quan tâm hàng đầu là sự không biết trước môi trường vận hành của rô bốt di động. Đối với các hệ thống rô bốt cố định, người ta thường xây dựng (thiết kế) một không gian làm việc nhỏ để thực hiện công việc và rô bốt cố định thường thực hiện các công việc lặp đi lặp lại trong môi trường xác định trước. Đối với các hệ thống rô bốt di động, việc nhận biết được môi trường làm việc là một yếu tố quyết định tới các “hành động” của rô bốt, chỉ khi nhận biết được đầy đủ các thông tin về môi trường xung quanh thì rô bốt di động mới có thể thích ứng được trong các môi trường làm việc khác nhau. Theo khái niệm, rô bốt di động phải có một số bộ phận chuyển động. Chuyển động có thể dưới dạng bánh xe, chân, cánh hoặc một số cơ cấu khác. Việc lựa chọn cơ cấu chuyển động là dựa vào chức năng của rô bốt và các công việc của rô bốt cần phải thực hiện. Trong nhiều môi trường làm việc công nghiệp, bánh xe là dạng chuyển động thích hợp nhất. Đối với các hệ thống nghiên cứu ứng dụng khác, chân hoặc cánh có thể giúp cho robot di động chuyển động được trên địa hình mà rô bốt không có khả năng đi qua. Một nhân tố quan trọng trong thiết kế của các hệ thống rô bốt di động là khả năng mang theo các thiết bị. Thiết bị bao gồm nguồn điện cũng như tất cả các phần cứng là các bộ cảm biến và các bộ xử lý mà rô bốt đòi hỏi. Các thiết bị lắp đặt của rô bốt cố định có thể được kết nối trực tiếp với các nguồn điện và bộ xử lý, không gian làm việc thường được xác định trước và có thể được kiểm soát. Hầu hết các rô bốt di động đều có một tải trọng (payload) nhất định, điều này có thể dẫn tới những sự giới hạn trong thiết kế của hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng hay bị giới hạn về kích cỡ và cân nặng.
Thông tin về trạng thái của hệ thống được cung cấp bởi các cảm biến nội và cảm biến ngoại. Thông tin này được một khối dẫn đường (có thể là các môđun phần cứng hoặc phần mềm, nhưng thường là một chương trình phần mềm có khả năng tính toán) sử dụng để ước lượng trạng thái của hệ thống. Tín hiệu này sau đó được môđun lập kế hoạch và điều khiển sử dụng để phát ra các lệnh gửi tới các bộ phận thao tác5. Các hãng sản xuất mobile robot
Hình 9: Top 10 công ty có nhiều SC nhất về Mobile robot
Hãy đến với Bảo An, chúng tôi luôn sẵn sàng mang đến cho Khách hàng:
- Trải nghiệm và cảm nhận về dịch vụ hoàn hảo
- Chắc chắn sẽ không làm bạn thất vọng
- Liên hệ để được hỗ trợ chi tiết: 0936.985.256
15.306
20/07/2019
Web số dành cho sinh viên
Nhóm chủ đề
