Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mạch cảm biến cho robot di động

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu thiết kế và chế tạo mạch ứng dụng cho hệ thống cảm biến robot di động, nâng cao hiệu suất và tính năng.

• Tác giả: Lê Chí Công
• Người hướng dẫn: Pgs.Ts Phạm Mạnh Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Học Kỹ Thuật
• Đề tài: Nghiên cứu, Thiết kế và Chế tạo Mạch Ứng dụng cho Hệ Thống Cảm Biến Của Robot Di Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ CẢM BIẾN ỨNG DỤNG CHO ROBOT DI ĐỘNG
• 2. CHƯƠNG II: XÂY DỰNG, PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC HỆ CẢM BIẾN TRONG ROBOT DI ĐỘNG
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ CẢM BIẾN TRÊN ROBOT DI ĐỘNG
• 4. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TÍCH HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ CẢM BIẾN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết kế mạch cảm biến cho robot di động

Nghiên cứu thiết kế mạch cảm biến cho robot di động là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Robot di động có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau, từ công nghiệp đến quân sự. Hệ thống cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc giúp robot nhận biết và tương tác với môi trường xung quanh. Các cảm biến như cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm và cảm biến nhiệt độ được sử dụng để thu thập thông tin cần thiết cho việc điều khiển robot.

1.1. Khái niệm về robot di động và cảm biến

Robot di động là loại robot có khả năng tự di chuyển và thực hiện các nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người. Hệ cảm biến là tập hợp các thiết bị giúp robot nhận biết môi trường xung quanh. Các cảm biến này có thể phân loại thành cảm biến nội và cảm biến ngoại, mỗi loại có chức năng và ứng dụng riêng.

1.2. Tầm quan trọng của hệ cảm biến trong robot di động

Hệ cảm biến giúp robot di động có khả năng nhận diện và phản ứng với các thay đổi trong môi trường. Điều này không chỉ giúp robot thực hiện nhiệm vụ hiệu quả hơn mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động. Các cảm biến như cảm biến siêu âm và cảm biến hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện vật cản và định vị.

II. Những thách thức trong thiết kế mạch cảm biến cho robot di động

Thiết kế mạch cảm biến cho robot di động gặp nhiều thách thức, bao gồm việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống. Các yếu tố như môi trường hoạt động, chi phí và khả năng tích hợp cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Lựa chọn cảm biến phù hợp cho robot di động

Việc lựa chọn cảm biến phù hợp là rất quan trọng. Cảm biến hồng ngoại có thể được sử dụng để phát hiện vật cản, trong khi cảm biến siêu âm có thể đo khoảng cách. Cần phải xem xét các yếu tố như độ chính xác, chi phí và khả năng tương thích với hệ thống điều khiển.

2.2. Đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống

Độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống cảm biến là yếu tố quyết định đến hiệu quả hoạt động của robot. Cần phải thực hiện các thử nghiệm và điều chỉnh để đảm bảo rằng các cảm biến hoạt động đúng trong các điều kiện khác nhau.

III. Phương pháp thiết kế mạch cảm biến cho robot di động

Có nhiều phương pháp thiết kế mạch cảm biến cho robot di động, bao gồm việc sử dụng các phần mềm mô phỏng và thiết kế mạch điện tử. Việc áp dụng công nghệ mới như vi điều khiển và cảm biến thông minh cũng giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống.

3.1. Sử dụng phần mềm mô phỏng trong thiết kế

Phần mềm mô phỏng giúp các kỹ sư có thể thử nghiệm và tối ưu hóa thiết kế mạch cảm biến trước khi chế tạo thực tế. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

3.2. Tích hợp công nghệ vi điều khiển vào mạch cảm biến

Việc tích hợp công nghệ vi điều khiển vào mạch cảm biến giúp nâng cao khả năng xử lý tín hiệu và điều khiển. Các vi điều khiển như PIC18F4520 có thể được sử dụng để điều khiển các cảm biến và xử lý dữ liệu thu thập được.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ cảm biến trong robot di động

Hệ cảm biến trong robot di động có nhiều ứng dụng thực tiễn, từ công nghiệp đến quân sự. Các robot có thể được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, giám sát an ninh, hoặc thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp

Robot di động được sử dụng trong các nhà máy để vận chuyển hàng hóa và thực hiện các nhiệm vụ tự động hóa. Hệ cảm biến giúp robot nhận diện và tránh vật cản, đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

4.2. Ứng dụng trong quân sự

Trong quân sự, robot di động có thể được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ giám sát và thu thập thông tin. Hệ cảm biến giúp robot hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt và nguy hiểm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu thiết kế mạch cảm biến cho robot di động

Nghiên cứu thiết kế mạch cảm biến cho robot di động đang mở ra nhiều cơ hội mới. Với sự phát triển của công nghệ, các cảm biến ngày càng trở nên thông minh và hiệu quả hơn. Tương lai của robot di động hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới và cải tiến trong nhiều lĩnh vực.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ cảm biến

Công nghệ cảm biến đang phát triển nhanh chóng, với nhiều cải tiến về độ chính xác và khả năng tương tác. Các cảm biến thông minh sẽ giúp robot di động hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường phức tạp.

5.2. Tương lai của robot di động trong xã hội

Robot di động sẽ ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, từ việc hỗ trợ con người trong công việc đến việc thực hiện các nhiệm vụ phức tạp. Sự phát triển của hệ cảm biến sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng của robot.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2014, ngành công nghiệp chế tạo robot dịch vụ trên thế giới ghi nhận tốc độ tăng trưởng vượt bậc với mức gia tăng số lượng ứng dụng đạt khoảng 35% mỗi năm. Robot di động thông minh ngày càng khẳng định vị thế thiết yếu khi đảm nhận nhiều nhiệm vụ phức tạp trong các môi trường độc hại, nhiệt độ cao, phóng xạ hoặc các hoạt động dân dụng thường nhật. Tại Việt Nam, xu hướng nghiên cứu và chế tạo xe tự hành đang từng bước phát triển mạnh mẽ nhằm thay thế sức lao động của con người trong các công việc nặng nhọc.

Vấn đề cốt lõi trong công nghệ robot tự hành là khả năng định vị, định hướng và nhận biết môi trường xung quanh để chuyển động trên quỹ đạo ổn định. Yếu tố quyết định sự linh hoạt này nằm ở hệ thống cảm biến đa kênh, đóng vai trò như các giác quan thu thập dữ liệu ngoại cảnh và truyền tín hiệu về bộ xử lý trung tâm. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Cơ học kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch ứng dụng cho hệ thống cảm biến của robot di động" do học viên Lê Chí Công thực hiện dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Tiến sĩ Phạm Mạnh Thắng tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2014, tập trung giải quyết bài toán cấp thiết này.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là thiết kế, gia công cơ khí và tích hợp thành công mạch điều khiển phần cứng cho một mô hình mẫu robot 3 bánh dạng unicycle-like. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được triển khai trong không gian phòng thí nghiệm với địa hình bề mặt phẳng. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi tối ưu hóa khoảng cách phát hiện vật cản từ 2 cm đến 510 cm, rút ngắn thời gian đáp ứng của hệ thống xuống dưới 100 ms và giảm mức tiêu thụ năng lượng thông qua công nghệ điều khiển tiên tiến.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết động học của robot di động 3 bánh dạng unicycle-like, bao gồm 2 bánh chủ động gắn động cơ độc lập và 1 bánh dẫn hướng bị động nhằm duy trì trạng thái cân bằng động học. Mô hình chuyển động này cho phép robot đạt được 2 bậc tự do linh hoạt và có khả năng quay quanh tâm với bán kính vòng quay tối thiểu.

Về nguyên lý đo lường, tác giả ứng dụng lý thuyết truyền sóng phản xạ theo nguyên lý thời gian bay Time of Flight (TOF) với công thức quãng đường d = (v * t) / 2, trong đó vận tốc sóng siêu âm truyền trong không khí đạt mức xấp xỉ 343 m/s. Đối với cảm biến quang học, lý thuyết tam giác đạc lượng giác và biến thiên cường độ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng 880 nm được sử dụng để xác định chính xác cự ly gần. Cấu trúc hệ cảm biến tích hợp tuân theo mô hình xử lý đa tầng: tín hiệu vật lý được chuyển đổi qua khâu chuẩn hóa dòng điện 4-20 mA hoặc điện áp 0-5 V, tiếp tục đi qua bộ dồn kênh MUX, chuyển đổi tương tự sang số ADC 10-bit và xử lý tại vi điều khiển trung tâm.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được hệ thống hóa chặt chẽ bao gồm: cảm biến nội (internal sensor), cảm biến ngoại (external sensor), cảm biến tiệm cận analog, hiệu ứng Hall và giao thức truyền thông liên mạch I2C, UART.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng tính toán thiết kế và kiểm nghiệm thực nghiệm trên mô hình vật lý chế tạo thực tế:

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu thực nghiệm: Thu thập dữ liệu từ 50 chu kỳ đo khoảng cách và nhận diện vật cản thực tế với các vật thể có bề mặt phản xạ khác nhau (gỗ, nhựa, kim loại) bố trí tại các cung cự ly từ 4 cm đến 500 cm.
• Phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu có chủ đích bao phủ 4 góc phần tư di chuyển (hướng 0 độ, 90 độ, 180 độ và 270 độ) cùng các điều kiện ánh sáng môi trường thay đổi. Lý do lựa chọn là để đánh giá triệt để hiện tượng tán xạ ánh sáng và giao thoa sóng âm trong không gian phòng kín.
• Phương pháp phân tích và công cụ thực hiện: Thiết kế mô hình cơ khí 3D trên phần mềm SolidWorks 2008 nhằm tối ưu hóa trọng tâm và phân chia góc đặt cảm biến 30 độ trên khung tròn mika dày 10 mm. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch in và bố trí linh kiện 3D thực hiện trên phần mềm Altium Designer 10. Thuật toán điều khiển phân cấp tránh vật cản cục bộ được lập trình nạp vào vi điều khiển PIC18F4520.
• Trục thời gian nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu, thiết kế phần cứng, gia công cơ khí và chạy thử nghiệm tích hợp được hoàn thành trong chu kỳ 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chạy thử nghiệm mô hình thực tế đã mang lại nhiều phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, cụm cảm biến siêu âm SRF06 hoạt động tại tần số 40 kHz thể hiện độ tin cậy vượt trội trong dải đo từ 2 cm đến 510 cm. Với chu kỳ thực hiện 70 - 100 ms và góc quét búp sóng dưới 30 độ, cảm biến phát hiện chướng ngại vật ở cự ly xa với độ chính xác đạt trên 98.5%, dòng tiêu thụ duy trì ở mức tối ưu từ 4 mA đến 20 mA.

Thứ hai, cảm biến hồng ngoại 0A41SK với chu kỳ quét nhanh 16.5 ms cho tín hiệu điện áp analog biến thiên từ 0.55 V (ở cự ly 30 cm) đến 1.55 V (ở cự ly 4 cm). Khi kết hợp cụm hồng ngoại cự ly 4 - 30 cm song song với siêu âm, hệ thống đã triệt tiêu hoàn toàn vùng mù cục bộ, giảm thiểu 42% nguy cơ va chạm khi robot tiến sát các bề mặt phản xạ góc hẹp.

Thứ ba, vi điều khiển PIC18F4520 vận hành ở xung nhịp 40 MHz với thời gian thực thi lệnh 125 ns đã xử lý trơn tru khối lượng dữ liệu đa kênh từ 13 cổng ADC 10-bit, đồng thời giao tiếp mượt mà qua bus I2C với la bàn số CMPS03 (độ phân giải góc 0.1 độ) và mảng cảm biến nhiệt độ TPA81 (dải đo nhiệt 4 - 100 độ C ở bước sóng 2 - 20 µm).

Thứ tư, khối nguồn biến đổi dải điện áp từ 24 VDC của pin/ắc quy xuống nguồn ổn áp 5 VDC cấp dòng liên tục cho toàn bộ mạch cảm biến, giúp hệ thống duy trì hoạt động ổn định và giảm mức tổn hao điện năng khoảng 28% nhờ công nghệ nanoWatt XLP.

Thảo luận kết quả

Sự kết hợp đa cảm biến giữa sóng siêu âm và tia hồng ngoại đã giải quyết triệt để nhược điểm cố hữu của từng loại sensor riêng lẻ. Cảm biến siêu âm không phụ thuộc vào màu sắc vật thể nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đọc chéo (crosstalk). Trong khi đó, cảm biến hồng ngoại phản ứng tức thời nhưng nhạy cảm với ánh sáng môi trường. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy tỷ lệ tránh vật cản thành công tăng từ 72% ở cấu hình đơn lẻ lên 95.8% trong cấu hình cảm biến tích hợp.

Dữ liệu điện áp ra tương ứng với khoảng cách của cảm biến hồng ngoại có thể được trình bày rõ ràng qua đồ thị phi tuyến dạng hyperbol, phản ánh mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa cự ly và điện áp ADC. Đồng thời, sai số góc hướng của la bàn số CMPS03 được tổng hợp qua bảng ma trận đối chuẩn 8-bit và 12-bit để minh chứng cho độ ổn định điều hướng khi robot di chuyển qua các bề mặt có từ trường biến thiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu và chế tạo thành công mạch ứng dụng, tác giả đưa ra 4 khuyến nghị then chốt nhằm nâng cấp hệ thống robot di động trong các giai đoạn tiếp theo:

Thứ nhất, nâng cấp thuật toán xử lý tín hiệu số bằng việc tích hợp bộ lọc Kalman mở rộng hoặc bộ lọc trung vị động trên vi điều khiển trong vòng 3 tháng tới. Mục tiêu là triệt tiêu hiện tượng dội sóng âm và nhiễu quang học, cắt giảm sai số đo khoảng cách xuống dưới mức 1.5%. Nhóm kỹ sư phần mềm nhúng chịu trách nhiệm triển khai giải pháp này.

Thứ hai, tái cấu trúc cơ khí khung gá lắp cảm biến bằng cách bổ sung khớp xoay servo đa góc trên đế mika 10 mm trong vòng 6 tháng. Giải pháp này giúp mở rộng góc quét của cảm biến siêu âm từ 30 độ lên vùng bao phủ toàn diện 360 độ mà không cần tăng thêm số lượng đầu phát. Đội ngũ kỹ thuật cơ điện tử đảm nhiệm công tác thiết kế CAD và gia công CNC.

Thứ ba, tích hợp module truyền thông không dây băng thông cao như chuẩn RF/Bluetooth tốc độ baudrate 115200 bps kết nối về máy tính chủ trong lộ trình 9 tháng. Việc này nhằm xây dựng giao diện hiển thị dữ liệu đo lường trực quan theo thời gian thực và giám sát vị trí từ xa. Trách nhiệm thuộc về nhóm nghiên cứu phần cứng và viễn thông.

Thứ tư, xây dựng bộ tiêu chuẩn kiểm định độ bền nhiệt và khả năng chống rung động công nghiệp với hơn 100 kịch bản va chạm phức tạp tại dải nhiệt độ môi trường từ 0 độ C đến 50 độ C trong thời hạn 12 tháng. Phòng thí nghiệm tự động hóa và các chuyên gia kiểm định chịu trách nhiệm đánh giá.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn phong phú cho 4 nhóm đối tượng:

Nhóm 1: Học viên cao học và sinh viên các ngành Cơ học kỹ thuật, Cơ điện tử, Tự động hóa và Kỹ thuật máy tính. Luận văn cung cấp tài liệu chi tiết từ lý thuyết động học, quy trình thiết kế cơ khí 3D trên SolidWorks đến phương pháp đi dây mạch in nhiều lớp trên Altium Designer.

Nhóm 2: Kỹ sư thiết kế và phát triển robot công nghiệp, xe tự hành AGV trong các nhà máy sản xuất. Tài liệu này cung cấp sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 24V-5V, mạch bảo vệ và kỹ thuật xử lý tín hiệu dồn kênh MUX sang ADC 10-bit đạt chuẩn công nghiệp.

Nhóm 3: Các nhà nghiên cứu và phát triển hệ thống nhúng, vi điều khiển. Luận văn là bản hướng dẫn hữu ích về phương pháp lập trình giao tiếp đồng thời nhiều ngoại vi qua giao thức I2C, SPI và UART trên dòng vi điều khiển hiệu năng cao PIC18F4520.

Nhóm 4: Các doanh nghiệp sản xuất robot dịch vụ dân dụng (robot hút bụi, robot phục vụ, thiết bị an ninh tuần tra). Doanh nghiệp có thể ứng dụng ngay cấu trúc robot 3 bánh giá thành thấp cùng thuật toán tránh vật cản cục bộ để thương mại hóa sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

Cơ sở nào để lựa chọn vi điều khiển PIC18F4520 làm bộ xử lý trung tâm cho hệ cảm biến? Vi điều khiển PIC18F4520 sở hữu xung nhịp cao lên tới 40 MHz (tốc độ thực thi lệnh 125 ns), tích hợp sẵn 13 kênh ADC 10-bit, bộ nhớ Flash 32 KB và công nghệ tiết kiệm điện nanoWatt XLP. Cấu hình này đáp ứng hoàn hảo yêu cầu xử lý tín hiệu đa cảm biến thời gian thực mà vẫn tối ưu chi phí phần cứng.

Tại sao luận văn lại kết hợp đồng thời cảm biến siêu âm SRF06 và cảm biến hồng ngoại 0A41SK? Cảm biến siêu âm SRF06 có cự ly đo xa 2 - 510 cm nhưng búp sóng quét rộng dưới 30 độ dễ tạo ra vùng mù ở sát thân robot. Cảm biến hồng ngoại 0A41SK có tốc độ phản hồi cực nhanh 16.5 ms ở cự ly gần 4 - 30 cm, giúp bù trừ hoàn hảo và đảm bảo an toàn tuyệt đối khi robot tiếp cận vật cản.

Vật liệu mika dày 10 mm có ưu điểm gì trong thiết kế cơ khí robot di động? Tấm mika dày 10 mm có trọng lượng nhẹ, độ bền uốn cơ học cao, dễ dàng gia công khoan cắt và có tính thẩm mỹ vượt trội. Bề mặt trong suốt cho phép quan sát trực quan sự vận hành của các mạch vi điều khiển bên trong, rất thích hợp cho nghiên cứu và đào tạo.

Nguyên lý hoạt động của la bàn số CMPS03 và cảm biến nhiệt độ TPA81 trên robot là gì? La bàn số CMPS03 sử dụng đầu dò từ trường Philips KMZ51 xuất dữ liệu góc 0-359.9 độ qua bus I2C để robot tự định hướng. Cảm biến nhiệt TPA81 sử dụng mảng nhiệt điện dò bức xạ bước sóng 2 - 20 µm ở cự ly tới 200 cm, phục vụ các ứng dụng tìm kiếm nguồn nhiệt hoặc cứu hộ.

Thuật toán dẫn đường cục bộ xử lý tình huống có vật cản ở nhiều hướng như thế nào? Hệ thống thiết lập ma trận ưu tiên: khi phát hiện vật cản phía trước, robot quét hai bên để quyết định rẽ trái hoặc rẽ phải. Nếu cả hai phía đều bị chặn trong bán kính 30 cm, vi điều khiển sẽ kích hoạt chế độ lùi an toàn và đổi hướng 180 độ trước khi tiếp tục hành trình.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thành xuất sắc việc nghiên cứu tổng quan, thiết kế cơ khí 3D và chế tạo thành công bo mạch ứng dụng cho hệ thống cảm biến robot di động 3 bánh.
• Tích hợp đồng bộ 5 khối cảm biến chuyên dụng bao gồm siêu âm SRF06, hồng ngoại 0A41SK, la bàn số CMPS03, nhiệt độ TPA81 và công tắc va chạm trên nền tảng vi điều khiển PIC18F4520 tốc độ 40 MHz.
• Tối ưu hóa thuật toán tránh vật cản cục bộ thời gian thực, đạt độ chính xác đo khoảng cách trên 98.5% và thời gian phản hồi dưới 100 ms.
• Xây dựng hoàn chỉnh tài liệu thiết kế cơ khí trên SolidWorks 2008 và sơ đồ mạch in công nghiệp trên phần mềm Altium Designer 10.
• Đóng góp giải pháp phần cứng tin cậy, tiết kiệm năng lượng, tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các dòng xe tự hành thông minh tại Việt Nam.

Trong giai đoạn 6 - 12 tháng tới, hướng nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng sang việc tích hợp trí tuệ nhân tạo nhận diện hình ảnh và thuật toán lập bản đồ tự động SLAM. Hãy liên hệ ngay với các đơn vị nghiên cứu học thuật hoặc tham khảo toàn văn công trình để ứng dụng những giải pháp cơ điện tử tiên tiến này vào dự án robot của bạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I Nghiên cứu tổng quan về hệ cảm biến ứng dụng cho robot di động 1.Giới thiệu về robot di động dạng 3 bánh dạng unicycle - like. Tình hình phát triến của robot di động trên thế giới. Khả năng di động được phát triển cùng với khả năng tránh vật cản và tự định hướng tìm đường trong không gian làm việc rất rộng (về nguyên lý là không có giới hạn) trên mọi địa hình và nhiều khả năng thông minh khác khiến cho Robot di động có tiềm năng ứng dụng rất lớn cùng với sự phát triển của nhân loại vượt xa các Robot truyền thống về cả số lượng và chủng loại ứng dụng.1 thể hiện sự phát triển “dân số” của Robot dịch vụ (có khả năng di động) theo thời gian 2009 và 2014. Biểu đồ sự phát triển robot trong các năm từ 2009 - 2014.

Với lợi thế về khả năng di động trên mọi địa hình, Robot di động có tiềm năng được ứng dụng rộng rãi và phổ biến hơn trong nhiều lĩnh vực như: Trong địa hình xác định (ứng dụng trong nhà):  phục vụ cho công nghiệp và vận chuyển,  thiết bị hỗ trợ khách tham quan trong bảo tàng, cửa hàng,  thực hiện hút bụi, vệ sinh, thiết bị thông minh giám sát trong các tòa nhà,  ứng dụng trong giải trí, đồ chơi, Trong địa hình không xác định (ứng dụng ngoài trời):  ứng dụng trong không gian vũ trụ,  ứng dụng trong khai thác mỏ, trong khai thác và bảo vệ rừng,  ứng dụng trong khảo sát hệ thống cống,  ứng dụng trong nông nghiệp, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9  ứng dụng trong xây dựng,  ứng dụng là thiết bị bay trên không,  ứng dụng là tàu lặn dưới nước,  ứng dụng trong phòng cháy chữa cháy,  ứng dụng trong quân sự, Tại Việt Nam việc ứng dụng và phát triển Robot di động thông minh đã và đang được quan tâm tuy nhiên còn rất hạn chế. Hoạt động nghiên cứu, chế tạo Robot chỉ tập trung ở một số viện nghiên cứu và trường đại học, ví dụ như: robot kiểm tra lòng cống ngầm, xe tự hành trong y tế, robot phục vụ giám sát an ninh quốc phòng,. Bên cạnh đó, xu thế trên thế giới về ứng dụng Robot di động thông minh trong sinh hoạt của con người như lau nhà, hút bụi, cắt cỏ, giám sát khu nhà, ngày càng trở nên thiết thực giúp thay thế con người thực hiện những công việc nhàm chán, đơn điệu, mệt nhọc tạo điều kiện cho con người tập trung vào các công việc có giá trị cao hơn. Robot dạng unicycle - like.

Mobile robot được định nghĩa là một loại xe robot có khả năng tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điền khiển tự động để thực hiện thành công những công việc được giao. Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot di động có thể là đất, nước, không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm.2 là dạng robot dạng unicycle - like là dạng robot chuyển động bằng bánh xe được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ robot tự hành. Vấn đề cân bằng thường không phải là vấn đề được chú ý nhiều trong robot di chuyển bằng bánh.

Ba bánh là kết cấu có khả năng duy trì cân bằng, tuy nhiên kết cấu 2 bánh cũng có thể cân bằng được. Khi robot có số bánh nhiều hơn 3 thì thông thường người ta phải thiết kế hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc của tất cả các bánh xe với mặt đất.