I. Thiết kế robot tự hành
Phần này tập trung vào thiết kế robot tự hành, bao gồm các yếu tố cơ bản như khung cơ khí, hệ thống truyền động và cảm biến. Robot tự hành được thiết kế để di chuyển độc lập trong môi trường công nghiệp, sử dụng các cảm biến như LiDAR và depth camera để nhận diện vật cản. Hệ thống truyền động bao gồm động cơ và driver, được điều khiển thông qua ROS (Robot Operating System). Thiết kế này đảm bảo tính linh hoạt và độ chính xác cao trong các tác vụ di chuyển.
1.1. Khung cơ khí và hệ thống truyền động
Khung cơ khí của robot tự hành được thiết kế để chịu tải và đảm bảo độ ổn định. Hệ thống truyền động sử dụng động cơ ORIENTAL MOTOR và driver AZD-KD, cho phép robot di chuyển mượt mà và chính xác. Các bánh xe được thiết kế để phù hợp với địa hình công nghiệp, đảm bảo khả năng vượt chướng ngại vật.
1.2. Cảm biến và nhận diện môi trường
Hệ thống cảm biến bao gồm LiDAR SICK TIM551 và depth camera Microsoft Azure Kinect. Các cảm biến này giúp robot nhận diện môi trường xung quanh, xây dựng bản đồ và tránh vật cản. Depth camera cung cấp dữ liệu về độ sâu, hỗ trợ xử lý hình ảnh và nhận diện vật thể.
II. Lập trình robot tự hành
Phần này đề cập đến lập trình robot tự hành sử dụng ROS (Robot Operating System). ROS được chọn làm framework chính để điều khiển robot, bao gồm các module như navigation, SLAM và AMCL. Thuật toán điều khiển robot được phát triển để tối ưu hóa chuyển động và đảm bảo an toàn. Các thư viện như OpenCV và Open3D được sử dụng để xử lý hình ảnh và ước tính tư thế.
2.1. Navigation và SLAM
Hệ thống navigation của robot được xây dựng dựa trên thuật toán SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Robot có khả năng tự động xây dựng bản đồ và định vị trong môi trường không xác định. ROS cung cấp các công cụ như Rviz để hiển thị bản đồ và điều khiển robot.
2.2. Xử lý hình ảnh và ước tính tư thế
Depth camera được sử dụng để thu thập dữ liệu hình ảnh và độ sâu. Các thuật toán xử lý hình ảnh như ArUco Marker được áp dụng để ước tính tư thế (pose estimation). Điều này giúp robot xác định vị trí và hướng của các vật thể trong không gian.
III. Cánh tay robot 6 bậc tự do
Phần này tập trung vào cánh tay robot 6 bậc tự do, bao gồm thiết kế cơ khí, mạch điều khiển và lập trình. Cánh tay robot được tích hợp với robot tự hành để thực hiện các tác vụ phức tạp như gắp và di chuyển vật thể. Hệ thống điều khiển sử dụng ESP32 và các driver servo, đảm bảo độ chính xác và linh hoạt.
3.1. Thiết kế cơ khí và mạch điều khiển
Cánh tay robot được thiết kế với 6 khớp, cho phép linh hoạt trong các chuyển động. Mạch điều khiển sử dụng ESP32 để giao tiếp với các driver servo. Các chuẩn giao tiếp như RS-485 và UART được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thành phần.
3.2. Lập trình và điều khiển
Lập trình cánh tay robot bao gồm tính toán động học thuận và nghịch. Các thuật toán điều khiển được phát triển để đảm bảo chuyển động mượt mà và chính xác. Giao diện HMI (Human-Machine Interface) được thiết kế để người dùng dễ dàng điều khiển robot.
IV. Tích hợp hệ thống
Phần này mô tả quá trình tích hợp cánh tay robot với robot tự hành. Hệ thống được thiết kế để phối hợp hoạt động giữa hai thành phần, sử dụng depth camera để điều chỉnh tư thế và thực hiện tác vụ gắp hàng. ROS đóng vai trò trung tâm trong việc điều phối các hoạt động.
4.1. Thiết kế phần cứng tích hợp
Phần cứng tích hợp bao gồm khung liên kết giữa robot tự hành và cánh tay robot. Hệ thống điện và truyền thông được thiết kế để đảm bảo sự đồng bộ giữa các thành phần.
4.2. Lập trình phối hợp hoạt động
Lập trình phối hợp hoạt động bao gồm các tác vụ như điều chỉnh tư thế, gắp hàng và di chuyển. Depth camera được sử dụng để cung cấp dữ liệu về vị trí và hướng của vật thể, đảm bảo độ chính xác trong các tác vụ.
V. Đánh giá và ứng dụng
Phần này đánh giá hiệu quả của hệ thống và các ứng dụng thực tế. Robot tự hành kết hợp cánh tay robot 6 bậc tự do có thể được sử dụng trong các nhà máy, kho bãi và môi trường công nghiệp khác. Hệ thống mang lại hiệu quả cao trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất và vận chuyển.
5.1. Hiệu quả và độ chính xác
Hệ thống đạt được độ chính xác cao trong các tác vụ di chuyển và gắp hàng. Depth camera và các thuật toán xử lý hình ảnh giúp robot hoạt động ổn định trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
5.2. Ứng dụng thực tế
Hệ thống có thể được ứng dụng trong các nhà máy để tự động hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lao động thủ công và tăng năng suất. Robot tự hành cũng có thể được sử dụng trong các kho bãi để vận chuyển hàng hóa một cách hiệu quả.
