CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Tính đến thời điểm hiện tại, tình hình Mobile Robot ở Việt Nam đang có sự phát triển nhất định, nhưng vẫn còn nhiều tiềm năng và thách thức cần được khai thác và vượt qua. Mobile Robot đang được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tại Việt Nam, như vận chuyển hàng hóa trong nhà kho và trung tâm phân phối, dọn dẹp và lau chùi trong môi trường làm việc, và hỗ trợ quản lý và giám sát. Một số doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu tại Việt Nam đã bắt đầu quan tâm và đầu tư vào phát triển và triển khai Autonomous Mobile Robot (AMR). Các dự án nghiên cứu và ứng dụng thực tế đã và đang được triển khai để tối ưu hóa quy trình làm việc và tăng cường hiệu suất, dưới đây là một số sản phẩm điển hình của các tập đoàn lớn trong nước: • FPT Software đã giới thiệu Robot giao hàng tự động mang tên "NextAMR" - đây là Robot tự hành được sử dụng trong môi trường sản xuất công nghiệp và là sản phẩm đầu tiên được người Việt chế tạo.
Trong môi trường nhà máy, NextAMR có khả năng tự định vị, tìm đường di chuyển một cách linh hoạt mà không cần sử dụng đường ray chuyên dụng, tự động tránh va chạm với người và vật cản, và có khả năng cập nhật bản đồ để thích ứng với những thay đổi trong môi trường. 5: Robot “NextAMR” của tập đoàn FPT.3 Tình hình nghiên cứu tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, các xu hướng về đề tài liên quan đến Mobile Robot và xe tự hành đang ngày càng trở nên phổ biến và được quan tâm. Các nghiên cứu và dự án trong lĩnh vực này đang thu hút sự quan tâm của cả sinh viên và giảng viên, đóng góp vào sự phát triển và ứng dụng của Robot trong các lĩnh vực khác nhau.
Cụ thể, việc nghiên cứu và phát triển Mobile Robot và xe tự hành tại trường không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ Robot mà còn mở ra nhiều cơ hội cho việc áp dụng kiến thức vào thực tế. Các đề tài này thường được xây dựng dựa trên nền tảng của trí tuệ nhân tạo, học máy và điều khiển tự động, từ đó tạo ra các giải pháp thông minh và linh hoạt cho các ứng dụng thực tế. Ngoài ra, việc nghiên cứu và phát triển các dự án về Mobile Robot và xe tự hành cũng góp phần vào việc nâng cao vị thế và uy tín của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong cộng đồng khoa học và công nghệ. Đồng thời, cũng tạo ra một môi trường học thuật sôi động và đa dạng cho sinh viên quan tâm và muốn theo đuổi lĩnh vực Robot và tự động hóa.
Dưới đây là một số đề tài liên quan đến Mobile Robot, xe tự hành, xe phục vụ nhà hàng,… của các khóa trước. 1: Danh sách đề tài liên quan đến Mobile Robot của các khóa trước. STT Tên Đề Tài Nhóm Tác Giả GVHD Khóa Thiết kế và thi công Nguyễn Nam Du Robot di động bám PGS. Vũ Văn 1 Nguyễn Lương Tâm K19 người vận chuyển Phong Phạm Thái Dương hàng.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Robot Nguyễn Nhĩ Thái 2 AMR ứng dụng Huỳnh Đoàn Trung ThS. Lê Tấn Cường K19 trong nhà máy sản Tín xuất. Thiết kế và điều Huỳnh Trung Hiếu 3 khiển mô hình Robot Hồ Khải Minh TS. Đặng Xuân Ba K19 phục vụ thư viện.
Lê Anh Huy Tối ưu đường đi cho Nguyễn Từ Gia Thịnh Robot và di chuyển PGS. Vũ Văn 4 Lê Văn Tùng K19 đa Robot theo đội Phong Nguyễn Xuân Sáng hình. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài • Đưa phần cứng thiết kế bằng SolidWorks qua môi trường Gazebo để thực hiện mô phỏng Robot. • Nắm rõ động học của Robot di động hai bánh vi sai.
• Chế tạo Robot nhằm mục đích vận chuyển tài liệu trong tòa nhà. • Thiết kế cơ khí, điều khiển, hệ thống điện, phần mềm và các hệ điều hành cho Robot, có thể tải hàng lên đến 50kg. • Xây dựng bộ điều khiển dành cho Robot. • Xây dựng thuật toán ACO giải bài toán TSP dành cho Robot.
• Xây dựng thuật toán tránh vật cản trong phạm vi của Robot. • Khả năng di chuyển tự động trên một môi trường cụ thể. • Tăng cường hiệu suất làm việc, tiết kiệm thời gian cho các tổ chức, doanh nghiệp.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu • Robot vận chuyển tài liệu giữa các phòng ban, dựa trên AMR (Autonomous Mobile Robot). • Môi trường làm việc của Robot.
• Hệ thống cơ khí của xe. • Hệ thống điều khiển của xe. • Quy trình thực hiện.2 Phạm vi nghiên cứu • Sử dụng trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. • Chế tạo Robot sử dụng trong phạm vi bên trong nhà, vận chuyển tài liệu.
• Đối tượng sử dụng là các thành viên của các phòng ban. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.5 Phương pháp nghiên cứu • Xác định rõ mục tiêu nghiên cứu của đề tài như là phát triển và đánh giá các thuật toán điều khiển, dẫn đường và tránh vật cản cho Robot. • Dựa vào các bài báo, tạp chí khoa học, đề tài nghiên cứu về Mobile Robot, dựa vào đó nắm rõ các công thức, động học của Robot di động hai bánh vi sai. • Xây dựng môi trường phát triển (cài đặt ROS Noetic, mô phỏng trên Gazebo, Rviz).
• Phát triển và tích hợp các thành phần phần mềm (chương trình điều khiển, các gói sử dụng cho Robot, các thuật toán liên quan). • Thực nghiệm và đánh giá. • Viết báo cáo và công bố kết quả.6 Nội dung nghiên cứu Cấu trúc nội dung của báo cáo như sau: • Chương 1: Giới thiệu • Chương 2: Cơ sở lý thuyết • Chương 3: Thiết kế phần cứng (cơ khí và hệ thống điện) • Chương 4: Xây dựng phần mềm • Chương 5: Kết quả mô phỏng, thực nghiệm • Chương 6: Kết luận và hướng phát triển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mô hình động học Robot di chuyển hai bánh vi sai 2.1 Động học thuận của hệ Robot di chuyển hai bánh vi sai Bảng 2. 1: Bảng ký hiệu các thông số động học dùng để tính toán.
Đại lượng Kí hiệu Vận tốc thẳng của Robot (m/s) v Vận tốc góc của Robot (rad/s) ω Vận tốc góc của bánh phải (rad/s) ωR Vận tốc góc của bánh trái (rad/s) ωL Tốc độ của động cơ phải (RPM) nRM Tốc độ của động cơ trái (RPM) nLM Vận tốc thẳng của bánh phải (m/s) vR Vận tốc thẳng của bánh trái (m/s) vL Góc xoay của Robot (rad) 𝜑 Hướng của Robot so với hệ trục tọa độ toàn cục θ Bán kính của bánh xe (m) R = 0.0725 Khoảng cách giữa hai tâm của hai bánh xe (m) L = 0.468 Bán kính cung tròn khi Robot xoay quanh điểm RT O một góc θ (m) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ❖ Xét Robot đang chuyển động thẳng: Hình 2. 1: Mô tả Robot di chuyển theo đường thẳng. Robot có hai bánh chuyển động và bốn bánh dẫn động. Cấu trúc cơ bản của Robot được minh họa trên hình 2.
Theo cơ học lý thuyết, ta có thể tính vận tốc tuyến tính của hai bánh xe bằng công thức: nRM 2 vR = RR = R (2.2) 60 Vận tốc chuyển động của Robot được tính bằng trung bình của vận tốc tuyến tính bánh xe bên trái và bên phải. Vì vậy, ta có: vR + vL v= (2.3) 2 Để Robot chuyển động theo đường thẳng thì vận tốc tuyến tính của bánh xe bên trái và vận tốc tuyến tính của bánh xe bên phải phải bằng nhau: v = vR = vL (2.4), ta có thể thiết lập mối liên hệ giữa vận tốc tuyến tính của Robot và tốc độ quay của hai động cơ khi Robot chuyển động thẳng: nRM 2 n 2 v=R = R LM (2.5) 60 60 ❖ Xét Robot đang chuyển động theo cung tròn: Quãng đường di chuyển theo cung tròn của Robot là LT được tính bằng trung bình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cộng của quãng đường di chuyển theo cung tròn của bánh trái LL và bánh phải LR : LR + LL LT = (2. 2: Mô tả Robot di chuyển theo cung tròn. Góc xoay của Robot được xác đinh bằng phép tính: LT = (2.9) L RT − 2 LL và LR đều có thể được tính dựa vào bán kính chuyển động RT , khoảng cách giữa hai tâm bánh xe L và góc xoay của Robot: L LL = RT − (2.10) 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT L LR = RT + (2.12) Từ đó có thể tính được góc xoay của Robot dựa vào độ dài LL và LR , cũng như khoảng cách giữa hai tâm bánh xe L : LR − LL = (2.13) L Để vận tốc góc của Robot khác không, thì vận tốc tuyến tính của bánh xe bên phải v L và bánh xe bên trái v R phải khác nhau: LR − LL = (2.15) L Vận tốc góc của Robot được xác định rằng: R ( R − L ) = (2.16) L Để biểu diễn đơn giản về động học thuận của hệ Robot hai bánh vi sai, dựa vào bài báo [6] ta có thể đưa ra phương trình như sau: x v cos cos 0 v q = y = v sin = sin 0 (2.17) 0 1 Với q = [ x y ]T , ( x, y ) là vị trí của Robot, là góc quay của Robot quanh trục z.
Ta có, v là vận tốc được tính dựa trên công thức (2.3) và được tính dựa trên công thức (2. Tại thời điểm t + t vị trí và hướng của Robot: x(t + t ) x(t ) x y (t + t ) = y (t ) + y t (2.19) 0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT t y (t ) = v(t )sin ( t ) dt (2.2 Động học nghịch của hệ Robot di chuyển hai bánh vi sai Dựa vào công thức (2.