Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu thế phát triển của tự động hóa và công nghiệp hiện đại, robot di động (Mobile Robot) ngày càng khẳng định vai trò thiết yếu trong việc nâng cao năng suất, cắt giảm chi phí vận hành và giảm thiểu rủi ro cho con người. Tuy nhiên, phần lớn các dòng robot di động truyền thống chủ yếu hoạt động trên bề mặt phẳng như sàn nhà xưởng, kho bãi. Việc di chuyển trên các địa hình không bằng phẳng, mấp mô, có độ dốc hoặc chứa nhiều chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo đặt ra yêu cầu cấp thiết về khả năng thích nghi địa hình, độ bền cơ học và tính linh hoạt của hệ thống điều khiển. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong các lĩnh vực như khảo sát địa hình, hỗ trợ sản xuất nông nghiệp, tuần tra an ninh đô thị, kiểm tra trạm biến áp và cứu hộ cứu nạn, đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Mobile Robot" đã được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện.
Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình Mobile Robot bánh đai có khả năng vượt chướng ngại vật, hoạt động ổn định trên địa hình mấp mô, có thể điều khiển linh hoạt qua tay cầm điều khiển từ xa hoặc tự hành định vị và điều hướng. Để hoàn thành mục tiêu trên, đề tài xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Khảo sát các mẫu robot di động hiện có trên thị trường để tìm hiểu cấu trúc, thành phần và cơ chế hoạt động.
- Hoàn thiện và nâng cấp phần thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh hệ thống cơ khí và hệ dẫn động của robot.
- Hoàn thiện và chế tạo hoàn chỉnh hệ thống điện, điều khiển, bao gồm thử nghiệm điều khiển động cơ qua Driver.
- Nghiên cứu, xây dựng thuật toán xử lý tín hiệu và điều khiển trên vi xử lý cùng máy tính nhúng.
- Xây dựng bản đồ số và hoạch định quỹ đạo di chuyển tự hành cho robot trên nền tảng hệ điều hành ROS.
- Chạy thử nghiệm toàn diện hệ thống để đánh giá các thông số vận hành thực tế so với yêu cầu kỹ thuật ban đầu.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm cấu trúc cơ khí, hệ thống truyền động và dẫn động bánh đai, phần cứng hệ thống điện, vi điều khiển, thuật toán điều khiển PID, hệ điều hành ROS, các thuật toán định vị, lập bản đồ (SLAM) và điều hướng tự hành (Navigation). Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc thiết kế, chế tạo một mô hình robot di động bánh đai chịu tải trọng bản thân và các thiết bị tích hợp (khối lượng khoảng 30 kg), hoạt động thực nghiệm trong môi trường thử nghiệm và khuôn viên trường học trong học kỳ II năm học 2023 - 2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án ứng dụng tổng hợp các cơ sở lý thuyết chuyên ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển Tự động để giải quyết bài toán thiết kế và vận hành robot:
- Mô hình động học Mobile Robot: Tác giả phân tích mô hình động học vi sai (Differential Drive Kinematics) áp dụng cho hệ thống dẫn động bánh đai. Mối quan hệ giữa vận tốc dài $v$ và vận tốc góc $\omega$ của robot được xác định thông qua vận tốc dài của bánh puly trái ($v_L$) và bánh puly phải ($v_R$) cùng khoảng cách giữa hai tâm puly chủ động ($L = 0.45\text{ m}$) và bán kính puly ($R = 0.0435\text{ m}$):
$$\begin{cases} v = \dfrac{v_L + v_R}{2} \ \omega = \dfrac{R(\omega_R - \omega_L)}{L} \ \dot{x} = v \cos\theta \ \dot{y} = v \sin\theta \end{cases}$$
- Thuật toán điều khiển PID: Sử dụng cấu trúc bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân (Proportional - Integral - Derivative) để điều khiển vòng kín tốc độ quay của động cơ một chiều không chổi than (BLDC). Tín hiệu sai số $e(t)$ giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế từ bộ mã hóa (encoder) được xử lý qua 3 khâu $K_p$, $K_i$, $K_d$ nhằm điều chỉnh độ rộng xung PWM, đảm bảo hai dải đai chuyển động đồng tốc khi đi thẳng và phản hồi chính xác khi chuyển hướng.
- Lý thuyết vi điều khiển và giao thức truyền thông: Nghiên cứu vi điều khiển 8-bit ATmega2560 kiến trúc Harvard AVR (16 MHz, 256 KB Flash, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM, 86 chân I/O, 16 kênh ADC 10-bit, 15 kênh PWM) làm bộ điều khiển cấp thấp. Sử dụng giao thức truyền thông nối tiếp bất đồng bộ UART để ghép nối phần cứng, giao thức RFB qua mạng VNC (cổng TCP 5900+) để điều khiển giao diện máy tính từ xa, và giao thức Rosserial để thiết lập giao tiếp hai chiều giữa ROS Node trên máy tính nhúng với vi điều khiển Arduino Mega 2560.
- Nền tảng ROS và các thuật toán tự hành: Sử dụng Robot Operating System (ROS) làm nền tảng quản lý luồng dữ liệu phân tán, công cụ trực quan hóa RViz, thuật toán SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) để lập bản đồ 2D từ dữ liệu cảm biến LiDAR, thuật toán thích nghi AMCL (Adaptive Monte Carlo Localization) để định vị robot trên bản đồ đã tạo, và thuật toán DWA (Dynamic Window Approach) trong ROS Navigation Stack để hoạch định quỹ đạo và né tránh chướng ngại vật theo thời gian thực.
Về phương pháp nghiên cứu, đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết (tổng hợp tài liệu về cơ cấu cơ khí, lý thuyết điều khiển, thuật toán định vị), phương pháp mô phỏng số (kiểm nghiệm ứng suất khung xe trên Solidworks Simulation), và phương pháp thực nghiệm chế tạo (gia công cơ khí, đấu nối mạch điện, lập trình nhúng và chạy thử nghiệm thực địa).
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Nhóm tác giả đã tiến hành phân tích, so sánh các giải pháp thiết kế hệ dẫn động và hệ thống dẫn đường trước khi đi đến phương án thi công thực tế.
| Tiêu chí |
Phương án 1: Bánh xe |
Phương án 2: Dây đai răng / Dây xích |
Phương án 3: Chân robot |
| Khả năng vượt địa hình |
Kém, dễ mắc kẹt trên nền mềm, mấp mô |
Cao, diện tích tiếp xúc lớn, vượt dốc và bùn đất tốt |
Rất cao, linh hoạt vượt chướng ngại vật lớn |
| Độ phức tạp cơ khí |
Thấp, cấu tạo đơn giản |
Trung bình, đòi hỏi tăng chỉnh xích/đai |
Rất cao, nhiều bậc tự do và khớp truyền động |
| Hiệu suất năng lượng |
Tiêu thụ ít năng lượng |
Tiêu thụ năng lượng trung bình do ma sát |
Tiêu thụ năng lượng cao để duy trì thăng bằng |
| Chi phí chế tạo |
Thấp |
Hợp lý, phù hợp phạm vi đồ án |
Rất cao |
| Kết luận lựa chọn |
Không chọn |
Được chọn (Hệ đai răng kết hợp xích) |
Không chọn |
Đối với hệ thống dẫn đường, nhóm tác giả chọn hệ thống dẫn đường tự do (sử dụng cảm biến LiDAR và ROS) thay vì dẫn đường cố định (theo line hoặc băng từ) nhằm đảm bảo tính linh hoạt khi làm việc ngoài trời và trong các môi trường phức tạp.
Hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh của robot được cấu thành từ các phân hệ chính:
- Kết cấu cơ khí: Khung robot được chế tạo từ thép tấm C45 độ dày 3 mm kết hợp các thanh nhôm định hình $20\times 20\text{ mm}$ gia cố sàn xe, liên kết bằng bu lông M8 và M10. Hệ thống dẫn động gồm 2 dải dây đai răng mã hiệu 600DH-30 ăn khớp với các bánh puly chủ động ($R = 43.5\text{ mm}$) và puly bị động, nhận truyền động từ trục động cơ thông qua bộ truyền xích con lăn số 25 kèm cơ cấu tăng chỉnh xích và tăng chỉnh đai độc lập.
- Phân hệ truyền động và cấp nguồn: Sử dụng 02 động cơ DC không chổi than Z5BLD100-24GU-30S tích hợp hộp giảm tốc bánh răng hành tinh 5GU-10KB (tỉ số truyền 1:10, tốc độ sau giảm tốc đạt 300 vòng/phút). Nguồn điện chính là khối pin 24VDC, được phân phối qua bộ chuyển đổi nguồn DC/DC Orion-Tr 24/24-5 cách ly ổn định và cấp tới mạch động lực driver ZBLD cùng máy tính trung tâm.
- Phân hệ điều khiển và cảm biến:
- Bộ xử lý cấp cao: Máy tính mini Intel NUC5i5RYH cài đặt hệ điều hành Linux và ROS, chịu trách nhiệm nhận dữ liệu đám mây điểm từ cảm biến quét 2D RPLIDAR A2M8, xử lý thuật toán SLAM, định vị AMCL và gửi vận tốc dài/góc xuống tầng điều khiển dưới.
- Bộ xử lý cấp thấp: Board Arduino Mega 2560 (vi điều khiển ATmega2560) giao tiếp với máy tính qua Rosserial, đọc tín hiệu từ tay cầm không dây PS2 hoặc lệnh ROS để thực thi thuật toán PID, phát xung PWM điều khiển 2 driver ZBLD.
| Thiết bị / Thành phần |
Mã hiệu / Quy cách |
Thông số kỹ thuật chính |
| Động cơ truyền động |
Zhongda Z5BLD100-24GU-30S |
Công suất 100W, điện áp 24VDC, dòng cực đại 6A, tốc độ tối đa 3000 RPM, mô-men cực đại 11.x Nm |
| Hộp giảm tốc |
5GU-10KB |
Hộp số hành tinh, tỉ số truyền $i = 1:10$, tốc độ đầu ra tối đa 300 RPM |
| Vi điều khiển cấp thấp |
Arduino Mega 2560 |
ATmega2560, 16 MHz, Flash 256 KB, 86 chân I/O, 16 ADC, 15 PWM |
| Máy tính xử lý trung tâm |
Intel NUC5i5RYH |
CPU Intel Core i5 thế hệ 5, hỗ trợ RAM DDR3L SO-DIMM, cổng USB/HDMI, chạy ROS |
| Cảm biến quét môi trường |
RPLIDAR A2M8 |
Cảm biến LiDAR 2D quét laser $360^\circ$, kết nối qua cổng USB |
| Bộ chuyển đổi nguồn DC/DC |
Orion-Tr 24/24-5 |
Ngõ vào 24V, ngõ ra 24V ổn định, dòng định mức 5A |
| Bộ truyền dẫn động |
Đai răng 600DH-30 & Xích 25 |
Dây đai cao su răng cưa bản rộng 30 mm, xích con lăn bước 25 |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương mở đầu trình bày tính cấp thiết của việc phát triển robot di động hoạt động trên địa hình không bằng phẳng phục vụ khảo sát, nông nghiệp, an ninh và cứu hộ. Tác giả phân tích ý nghĩa khoa học (bổ sung phương pháp thiết kế, tích hợp công nghệ điều khiển và cảm biến) cùng ý nghĩa thực tiễn (nâng cao an toàn, tự động hóa giám sát nhà máy, trạm điện, đồng ruộng). Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo robot bánh đai tự hành, liệt kê 6 nhiệm vụ nghiên cứu, xác định đối tượng, phạm vi và phương pháp thực hiện cùng kết cấu 7 chương của đồ án.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 2 phân tích đặc điểm cấu tạo 4 khối của robot di động (khung xe, hệ truyền động xích, hệ dẫn động đai puly, hệ thống điện). Tác giả tổng quan các công trình nghiên cứu trong nước, nổi bật là các dòng robot AMR của công ty UNIFEE (như dòng EMMA400L có kích thước $84\times 540\times 286\text{ mm}$, tải nâng 400 kg, định vị LiDAR, vận tốc 1.2 m/s), cùng định hướng nghiên cứu của FPT và TMA Solutions. Đồng thời, chương đánh giá các nghiên cứu ngoài nước từ Hoa Kỳ, Đức, Hàn Quốc và Nhật Bản (điển hình là robot phun thuốc trừ sâu của công ty Legmin và robot vận chuyển OTTO 600 của Hoa Kỳ).
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương này thiết lập cơ sở toán học và kỹ thuật cho đồ án:
- Xây dựng hệ phương trình động học vi sai của robot bánh đai, tính toán vận tốc tuyến tính $v$, vận tốc góc $\omega$ và quỹ đạo chuyển động $(x, y, \theta)$.
- Trình bày thuật toán PID kinh điển, nguyên lý tác động của khâu tỉ lệ $P$, tích phân $I$ và đạo hàm $D$ trong việc triệt tiêu sai lệch vận tốc và chống dao động quá mức do quán tính động cơ.
- Giới thiệu cấu trúc phần cứng vi điều khiển ATmega2560 và các chuẩn giao tiếp UART, VNC/RFB, Rosserial.
- Phân tích ưu điểm của nền tảng ROS về tính mô-đun, khả năng tái sử dụng mã nguồn và khả năng tích hợp công cụ mô phỏng RViz.
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết kế
Chương 4 phân tích yêu cầu kỹ thuật của đề tài (khả năng vượt dốc, di chuyển địa hình mấp mô, tự hành hoặc điều khiển từ xa). Tác giả so sánh chi tiết ưu nhược điểm của 3 hệ dẫn động (bánh xe, dây đai/xích, chân robot) và 2 hệ dẫn đường (cố định và tự do). Từ đó, lựa chọn phương án dẫn động bằng dây đai răng kết hợp xích con lăn và dẫn đường tự do trên ROS. Cuối chương, quy trình thực hiện được lập thành kế hoạch 5 giai đoạn rõ ràng từ nghiên cứu sơ bộ, tính chọn cơ khí - điện, đến lập trình và thử nghiệm.
Chương 5: Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống điện và điều khiển
Đây là chương nội dung trọng tâm của đồ án:
- Tính toán cơ khí và kiểm bền: Thiết kế khung xe từ thép C45 dày 3 mm và nhôm định hình $20\times 20\text{ mm}$. Tiến hành mô phỏng tĩnh học trên Solidworks dưới tải trọng tác dụng $300\text{ N}$ (tương đương 30 kg), cho kết quả độ chuyển vị cực đại chỉ $0.041\text{ mm}$, đảm bảo khả năng chịu lực.
- Tính chọn động cơ: Xét trường hợp khắc nghiệt nhất khi robot leo dốc nghiêng $\alpha = 5^\circ$ với vận tốc lớn nhất $V_{max} = 0.6\text{ m/s}$, khối lượng $m = 30\text{ kg}$, hệ số ma sát giữa đai cao su và mặt bê tông khô $\mu = 1.0$. Lực cản trọng lượng $F_w = mg\sin\alpha = 25.68\text{ N}$, áp lực nền $F_N = mg\cos\alpha = 293.08\text{ N}$, lực ma sát $F_{ms} = \mu F_N = 293.08\text{ N}$. Lực kéo yêu cầu $F_k > F_w + F_{ms} = 318.76\text{ N}$ (tính toán đạt $318.4\text{ N}$). Từ đó, lựa chọn 02 động cơ DC không chổi than Z5BLD100-24GU-30S (100W, 24VDC, 3000 RPM) kèm hộp giảm tốc hành tinh 5GU-10KB (tỉ số truyền 1:10, tốc độ ra 300 RPM).
- Thiết kế hệ thống điện và điều khiển: Xây dựng sơ đồ khối kết nối phần cứng gồm pin 24V, bộ chuyển đổi Orion-Tr 24/24-5, máy tính Intel NUC, Arduino Mega 2560, driver ZBLD và cảm biến RPLIDAR A2M8. Cấu hình các thuật toán SLAM, AMCL và Navigation DWA trên ROS.
Chương 6: Kết quả thi công, thực nghiệm
Trình bày các sản phẩm thực tế đã chế tạo:
- Hoàn thiện cụm cơ khí: khung thân xe, gá lắp động cơ, nắp bảo vệ cảm biến LiDAR, nắp che thân xe, cơ cấu căng xích và căng đai.
- Lắp ráp và bố trí hoàn chỉnh tủ điện điều khiển bên trong thân robot.
- Thực nghiệm điều khiển bằng tay cầm PS2 và điều khiển tự hành: Robot thực hiện quét không gian phòng thí nghiệm bằng LiDAR A2M8, tạo lập bản đồ 2D chính xác trên RViz và thực hiện di chuyển bám quỹ đạo điểm đặt (Goal Point) an toàn, tự động né tránh các vật cản phát sinh.
Chương 7: Kết luận và đề nghị
Đánh giá mức độ hoàn thành toàn bộ mục tiêu đề tài, tóm lược các kết quả đạt được về mặt cơ khí, điện tử và giải thuật tự hành. Đưa ra các đề xuất cải tiến về cơ cấu tiếp xúc mặt đường và tối ưu thuật toán bám quỹ đạo cho các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể và có thể kiểm chứng qua số liệu trong văn bản:
- Kết quả tính toán và chế tạo cơ khí: Thiết kế và gia công thành công khung xe bằng thép C45 (dày 3 mm) và nhôm định hình $20\times 20\text{ mm}$, đạt độ võng chuyển vị tối đa chỉ $0.041\text{ mm}$ khi chịu tải $300\text{ N}$ trên mô phỏng Solidworks. Lắp ráp hoàn chỉnh hệ dẫn động đai răng 600DH-30 kết hợp xích 25 và cơ cấu căng chỉnh độc lập.
- Kết quả phân hệ động lực và điện: Tính toán chính xác lực kéo yêu cầu $F_k = 318.4\text{ N}$ cho robot $30\text{ kg}$ leo dốc $5^\circ$ ở vận tốc $0.6\text{ m/s}$. Tích hợp đồng bộ 02 động cơ BLDC 100W (Zhongda Z5BLD100-24GU-30S) qua hộp số 1:10 và driver ZBLD, cấp nguồn an toàn qua bộ chuyển đổi DC/DC Orion-Tr 24/24-5.
- Kết quả điều khiển và tự hành: Thiết lập hoàn chỉnh mạng truyền thông hai chiều giữa máy tính Intel NUC và Arduino Mega 2560 qua Rosserial. Vận hành ổn định thuật toán SLAM tạo bản đồ môi trường 2D từ cảm biến RPLIDAR A2M8 và điều hướng robot tự hành né chướng ngại vật bằng thuật toán Navigation DWA.
- Đóng góp của đề tài: Tác giả đã hệ thống hóa quy trình thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh một mô hình Mobile Robot bánh đai từ khâu tính toán động học vi sai, mô phỏng cơ học, thiết kế mạch điện đến tích hợp các thuật toán điều khiển tự hành trên nền tảng mã nguồn mở ROS.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên nội dung được trình bày trong đồ án, hệ thống còn một số điểm hạn chế và định hướng phát triển:
- Hạn chế: Hệ dẫn động dây đai cao su có độ ma sát và mức tiêu hao năng lượng lớn hơn so với bánh xe thông thường. Robot được thiết kế và kiểm nghiệm chịu tải trọng của chính bản thân và hệ thống thiết bị tích hợp (khoảng 30 kg), chưa tối ưu hóa cho nhiệm vụ chuyên chở hàng hóa tải trọng lớn. Quá trình quét bản đồ SLAM và thử nghiệm tự hành mới dừng lại ở phạm vi khu vực thực nghiệm và không gian phòng.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục nâng cấp và bổ sung các cảm biến mới (như Camera 3D, cảm biến quán tính IMU) để nâng cao độ chính xác khi định vị trên địa hình gồ ghề ngoài trời; nghiên cứu cải tiến cơ cấu căng đai và lựa chọn vật liệu tối ưu nhằm giảm trọng lượng tổng thể; tích hợp thêm các module chấp hành chuyên dụng phục vụ tuần tra an ninh hoặc giám sát nông nghiệp tự động.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Robot và Khoa học Máy tính. Các phần có giá trị tham khảo cao bao gồm:
- Quy trình tính toán động lực học, phân tích lực kéo leo dốc và kiểm nghiệm độ bền khung xe trên phần mềm CAD/CAE (Chương 5).
- Sơ đồ tích hợp phần cứng giữa máy tính nhúng mini, vi điều khiển nhúng 8-bit, cảm biến LiDAR và mạch điều khiển động cơ BLDC công suất 100W (Chương 5).
- Phương pháp cấu hình Rosserial kết nối Arduino với hệ điều hành ROS và triển khai các gói SLAM, AMCL, Navigation Stack trong thực tế (Chương 3 và Chương 5).
Câu hỏi thường gặp
1. Khung robot sử dụng vật liệu gì và độ bền chịu lực được kiểm chứng như thế nào?
Khung robot được chế tạo từ các tấm thép C45 độ dày 3 mm kết hợp các thanh nhôm định hình $20\times 20\text{ mm}$ đỡ sàn, liên kết bằng bu lông M8 và M10. Độ bền được kiểm chứng bằng mô phỏng trên Solidworks với lực tác dụng $300\text{ N}$ (tương đương tải trọng 30 kg), kết quả độ chuyển vị cực đại đạt $0.041\text{ mm}$, nằm trong giới hạn an toàn cho phép.
2. Động cơ và hộp giảm tốc được lựa chọn dựa trên các thông số tính toán nào?
Động cơ được tính chọn cho trường hợp khắc nghiệt nhất khi robot nặng 30 kg leo dốc $\alpha = 5^\circ$ ở vận tốc $V_{max} = 0.6\text{ m/s}$ với hệ số ma sát $\mu = 1.0$, xác định lực kéo cần thiết là $F_k = 318.4\text{ N}$. Từ đó, đồ án chọn 02 động cơ DC không chổi than Zhongda Z5BLD100-24GU-30S (công suất 100W, điện áp 24VDC, dòng tối đa 6A, 3000 RPM) kết hợp hộp giảm tốc hành tinh 5GU-10KB tỉ số truyền 1:10 để cho ra tốc độ 300 vòng/phút và mô-men xoắn lớn.
3. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn hệ dẫn động dây đai răng thay vì bánh xe hay chân robot?
Hệ dẫn động dây đai răng (kết hợp puly và đai 600DH-30) mang lại diện tích tiếp xúc lớn, độ bám cao và khả năng di chuyển ổn định trên các bề mặt mấp mô, bùn đất hoặc cát sỏi, vượt trội hơn so với bánh xe truyền thống, đồng thời có cấu cấu cơ khí và chi phí chế tạo hợp lý hơn nhiều so với cơ cấu chân robot đi bộ phức tạp.
4. Phân hệ điều khiển của robot được phân tầng và xử lý như thế nào?
Hệ thống điều khiển gồm hai tầng: tầng điều khiển cấp cao sử dụng máy tính Intel NUC5i5RYH chạy ROS để xử lý thuật toán quét bản đồ SLAM, định vị AMCL và lập quỹ đạo DWA từ cảm biến RPLIDAR A2M8; tầng điều khiển cấp thấp sử dụng Arduino Mega 2560 kết nối qua Rosserial để nhận lệnh vận tốc, xử lý thuật toán PID và xuất xung PWM tới driver ZBLD điều khiển động cơ.
5. Giao thức truyền thông nào được sử dụng để điều khiển và chia sẻ màn hình từ xa?
Đồ án sử dụng giao thức UART để truyền nhận dữ liệu nối tiếp, giao thức Rosserial để giao tiếp giữa Arduino và ROS, và công nghệ VNC dựa trên giao thức Remote Framebuffer (RFB) hoạt động qua TCP từ cổng 5900 trở lên để người vận hành truy cập và điều khiển giao diện máy tính nhúng từ xa.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Mobile Robot" đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế cơ khí, chế tạo phần cứng và lập trình điều khiển tự hành cho mô hình robot bánh đai. Hệ thống robot được chế tạo thực tế chứng minh khả năng chịu lực tốt (độ chuyển vị $0.041\text{ mm}$ dưới tải 300 N), lực kéo mạnh mẽ với động cơ BLDC 100W leo dốc $5^\circ$, cùng khả năng quét bản đồ LiDAR và điều hướng tránh chướng ngại vật hiệu quả trên nền tảng ROS. Kết quả của đồ án cung cấp một tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển các dòng robot tuần tra, giám sát chuyên dụng trong tương lai.
