CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Sự bùng nổ của trào lưu đặt hàng trên mạng và mua sắm trên các sàn thương mại điện tử ngày một tăng cao đã khiến cho việc việc vận chuyển lượng hàng hóa khổng lồ trở thành thách thức không nhỏ đối với các sàn thương mại điện tử nói chung và các doanh nghiệp vận tải nói riêng. Cùng với đó là làm thế nào để rút ngắn thời gian và tiền bạc trong khâu giao hàng chặng cuối – Last mile delivery cũng là một vấn đề không nhỏ, vì vào các thời điểm khác nhau trong năm sẽ có lượng đơn hàng ít nhiều khác nhau, thậm chí lượng đơn hàng tăng đột biến từ 300% đến 600% trong những sự kiện giảm giá so với những ngày bình thường. Tuy nhiên, số lượng nhân viên giao hàng của các doanh nghiệp có giới hạn và các doanh nghiệp cũng sẽ không duy trì quá nhiều nhân viên giao hàng chỉ để đáp ứng những ngày có lượng hàng hóa tăng đột biến đã khiến cho quá tải cho các nhân viên giao hàng hiện nay. Chính vì thế mà robot giao hàng ra đời để giải quyết các vấn đề này.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học • Tăng hiệu quả và tốc độ giao hàng: Robot giao hàng có thể hoạt động liên tục 24/7 mà không mệt mỏi như con người.
Kết hợp với công nghệ định vị và bản đồ số giúp robot có thể tối ứu hóa các tuyến đường giao hàng để giảm thiểu thời gian di chuyển, giảm thời gian giao hàng so với phương thức truyền thống. • Thân thiện và bảo vệ môi trường: Bằng cách sử dụng pin Lithium có thể sạc lại nhiều lần thay thế cho việc sử dụng động cơ xăng vừa giảm lượng khí thải vừa giảm ô nhiễm tiếng ồn trong khuôn viên trường học. • Trải nghiệm người dùng tốt hơn: Người dùng có thể theo dõi đơn hàng của mình trong thời gian thực, để họ có thể sắp xếp thời gian công việc tốt hơn. • Khuyến khích học tập và nghiên cứu: Sinh viên và giảng viên có cơ hội tiếp cận và nghiên cứu về các công nghệ tiên tiến, thúc đẩy sáng tạo và phát triển các giải pháp mới vì khuôn viên trường học là môi trường lý tưởng để thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ robot giao hàng.
1 Ý nghĩa thực tiễn • Tăng tính linh hoạt: Robot có thể giao hàng đến nhiều địa điểm khác nhau trong khuôn viên bao gồm những nơi khó hoặc hạn chế tiếp cận bằng các phương tiện truyền thống. • Giảm thiểu chi phí giao hàng: Robot giao hàng giúp giảm sự phụ thuộc vào nhân viên giao hàng cùng với sự tiêu tốn ít năng lượng so với các phương tiên giao hàng truyền thống từ đó có thể giảm chi phí vận hanh cho doanh nghiệp và tiết kiệm chi phí giao hàng cho khách hàng. • Tăng cường an toàn và bảo mật: Robot được thiết kế với các tính năng bảo mật như khoa điện từ giúp đảm bảo an toàn cho hàng hóa trong suốt quá trình giao hàng. • Giao hàng không tiếp xúc: Trong bối cảnh đại dịch COVID-19, robot giao hàng giúp giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp, bảo vệ sức khỏe của sinh viên và nhân viên.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài • Chế tạo mẫu robot giao hàng với mục đích vận chuyển các hàng hóa như đồ mua sắm trên mạng, đồ ăn thức uống, văn phòng phẩm,… Trong khuôn viên trường học.
• Nghiên cứu và phát triển các hệ thống cơ khí, hệ thống điện và phần mềm điều khiển • Nghiên cứu khả năng có thể di chuyển tự động trong khuôn viên trường học. • Nghiên cứu và phòng ngừa các lỗi xuất hiện trong các robot giao hàng khác.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu • Các loại robot giao hàng hiện này. • Công nghệ ROS (Robot Operating System), RViz, … • Xây dựng thuật toán điều khiển ứng dụng công nghệ các cảm biến như cảm biến la bàn số GY-271, cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến định vị GPS NEO-M8N, Lidar,. • Lập trình điều khiển trên máy tính nhúng Raspberry Pi giao tiếp với vi điều khiển Arduino trong việc điều khiển động cơ thông qua hệ điều hành ROS.2 Phạm vi nghiên cứu Sau một thời gian tìm hiểu các nguồn tài liệu cũng như phân tích các yếu tố ảnh hưởng, yêu cầu thực tiễn, nhóm đã thảo luận, bàn bạc và đưa ra những nhiệm vụ cần làm và giới hạn nghiên cứu như sau: • Trong “Khóa luận tốt nghiệp” này thì nhóm sẽ thiết kế mô phỏng robot vận chuyển hàng hóa với tổng khối lượng robot khoảng 30kg để chứa hàng như đồ dùng mua sắm 2 trên mạng, hàng hóa thực phẩm như đồ ăn, thức uống, và ngay cả các vật dụng văn phòng phẩm,… • Dùng ROS liên kết với các cảm biến LiDAR, IMU để lập trình các thuật toán theo dõi, cho phép robot di chuyển một cách dễ dàng và tránh được các vật thể cản.
• Tiến hành thực hiện thiết kế, vẽ mô hình hóa cho robot bởi phần mềm hỗ trợ. • Gia công chi tiết robot và tiến hành lắp ghép. • Đánh giá từ thực tế hoạt động của robot từ đó đưa ra đề xuất về hướng phát triển cho đề tài.5 Phương pháp nghiên cứu • Tìm hiểu về các sản phẩm hiện có trên thị trường • Tìm hiểu về lý thuyết, các báo cáo nghiên cứu , các thành tựu đạt được trong và ngoài nước liên quan đến robot giao hàng • Thiết kế chế tạo robot và thử nghiệm • Ghi nhận và thu thập các dữ liệu trong quá trinh nghiên cứu • Phân tích các số liệu, phân tích và cải thiện • Kết luận và đưa ra phương hướng phát triển 1.6 Kết cấu của ĐATN Đồ án tốt nghiệp gồm những chương sau đây: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan về nghiên cứu đề tài Chương 3: Cơ sở lý thuyết và phương pháp đề xuất Chương 4: Tính toán, thiết kế cơ khí và hệ thống điện – điều khiển Chương 6: Mô phỏng, thực nghiệm và đánh giá Chương 7: Kết luận và đề nghị 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Sơ lược về quá trình lịch sử hình thành của Robot Tất cả những tác phẩm lớn lao của loài người đều xuất phát từ những ý tưởng mơ mộng, thậm chí là viễn tưởng. Trong số đó, giấc mơ về robot - một thực thể mô phỏng tính cách và hành vi của con người và có khả năng hỗ trợ con người trong công việc - đã trở thành hiện thực.
Từ giấc mơ này, robot đã được phát minh và cải tiến liên tục từ vài thế kỷ trước. Vào năm 1738, một con vịt có khả năng di chuyển, bơi lội, tiêu hóa đã được tạo ra. Năm 1774, một robot có thể viết bằng lông ngỗng đã được phát minh. Tuy nhiên, thuật ngữ “robot” chỉ được sử dụng lần đầu vào năm 1921 bởi nhà viết kịch người Czechoslovakia - Karel Capek để mô tả một máy móc hình người trong vở kịch của ông.
Thời đại của robot thực sự bắt đầu vào năm 1945 với sự ra đời của chiếc tay máy đầu tiên có bộ nhớ chương trình, được chế tạo bởi George Devol. Thiết bị này có thể di chuyển lặp đi lặp lại từ điểm này đến điểm khác. Ngày nay, robot đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ đơn giản đến phức tạp. Kỹ thuật robot là một ngành khoa học đa ngành, dựa trên sự phát triển và ứng dụng tiên tiến của nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ, tạo ra một mối quan hệ “cộng sinh”.2 Giới thiệu về Robot giao hàng Robot giao hàng được thiết kế để thực hiện nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa từ một điểm đến điểm chỉ định khác một cách tự động.
Chúng thường được sử dụng để giao các mặt hàng nhỏ như thực phẩm, đồ uống, thuốc và các sản phẩm tiêu dùng khác. Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật và công nghệ tiên tiến tích hợp trong robot giao hàng: ❖ Hệ thống Điều hướng và Định vị: • GPS (Hệ thống Định vị Toàn cầu): Cung cấp vị trí chính xác cho robot, giúp nó tìm đường một cách hiệu quả và nhanh chóng. • LiDAR (Light Detection and Ranging): Sử dụng ánh sáng laser để tạo bản đồ 2D của môi trường xung quanh, giúp robot nhận diện và tránh chướng ngại vật. • Camera và Thị giác Máy tính (Computer Vision): Giúp robot "nhìn thấy" môi trường và phân tích hình ảnh để nhận diện đối tượng, đường đi và biển báo giao thông.
• Cảm biến Siêu âm và Hồng ngoại: Đo khoảng cách đến các vật thể xung quanh, đảm bảo robot có thể tránh va chạm. ❖ Trí tuệ Nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) 4 • Nhận diện mẫu và Học sâu (Deep Learning): Giúp robot cải thiện khả năng nhận diện và dự đoán hành vi của người đi đường và phương tiện khác. • Tự động lập kế hoạch lộ trình: AI tối ưu hóa đường đi, giảm thiểu thời gian và năng lượng tiêu thụ, và điều chỉnh lộ trình theo thời gian thực khi gặp trở ngại. • Phân tích dữ liệu thời gian thực: Giúp robot điều chỉnh hành vi và đưa ra quyết định nhanh chóng dựa trên dữ liệu từ cảm biến và phản hồi từ môi trường.
❖ Kết nối IoT (Internet of Things): • Giao tiếp không dây: Robot giao hàng kết nối với trung tâm điều khiển và người dùng qua Wi-Fi, 4G/5G, hoặc Bluetooth để nhận lệnh, cập nhật trạng thái và vị trí. • Cho phép người vận hành giám sát và điều khiển robot từ xa và khắc phục sự cố.3 Tình hình nghiên cứu Robot giao hàng trong và ngoài nước ❖ Trên thế giới Hình 2.1 Robot giao hàng trên thế giới Robot Starship Technologies Robot giao hàng Starship đã nhanh chóng trở thành lựa chọn hàng đầu của nhiều công ty giao hàng và thực phẩm. Những chiếc xe điện sáu bánh này được một số trường đại học Hoa Kỳ sử dụng để giao đồ ăn cho sinh viên trong khuôn viên trường và đã được thử nghiệm bởi các cửa hàng tạp hóa và doanh nghiệp mang đi ở Hoa Kỳ, Vương quốc Anh và Châu Âu. Trong thời gian phong tỏa do vi-rút corona, một đội gồm 70 robot Starship đã được sử dụng để giao hàng tạp hóa đến nhà của các nhân viên y tế ở Milton Keynes, Vương quốc Anh.
Chúng đủ lớn để mỗi túi có thể chứa nhiều túi mua sắm, cùng với chai nước uống và được thiết kế để di chuyển trên vỉa hè với tốc độ không quá 4 dặm/giờ. 5 Robot Serve Robot được thiết kế trông giống như một chiếc xe đẩy mua hàng của tương lai (hoàn chỉnh với đèn LED hình tròn làm mắt), Serve là một phương tiện giao hàng bằng điện bốn bánh được chế tạo để sử dụng trên vỉa hè.