Đồ án robot tự hành vận chuyển hành lí

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.22 MB, 130 trang )

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: XE TỰ HÀNH VẬN CHUYỂN HÀNH LÍ ĐA TẦNG

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Trương Cơng Tuấn

Sinh viên thực hiện

Trần Trí Phong
Nguyễn Đức Thắng
Lê Tăng Trường
Đào Duy Tùng

Lớp:
Khóa:

CK.CĐT.02
K62

MSSV: 20170855
MSSV: 20170905
MSSV: 20170961
MSSV: 20170985

Chữ ký GVHD:

Hà Nội, 03/2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Sinh viên thực hiện

Trần Trí Phong
Nguyễn Đức Thắng
Lê Tăng Trường
Đào Duy Tùng

MSSV: 20170855
MSSV: 20170905
MSSV: 20170961
MSSV: 20170985

Lớp:
CK.CĐT.02
Khóa:
K62
I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ
“XE TỰ HÀNH VẬN CHUYỂN HÀNH LÍ ĐA TẦNG”

II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
- Không gian hoạt động: Khách sạn
- Vận tốc di chuyển: ~ 0.5m/s
- Khối lượng hành lí: 10 kg
- Có thể tự tạo bản đồ và lập kế hoạch đường đi
- Có thể thao tác qua giao diện và giọng nói.
III/ NỘI DUNG THUYẾT MÌNH VÀ TÍNH TỐN
- Gồm 5 chương (130 trang):
+ Chương 1: Tổng quan đề tài
+ Chương 2: Thiết kế mơ hình xe
+ Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển
+ Chương 4: Kiểm nghiệm thực tế
+ Chương 5: Kết luận
IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ THUẬT TỐN
- Bản vẽ cơ khí xe, bản vẽ mạch điện, bản vẽ thuật toán.
- Thuật toán được sử dung: Lập bản đồ, điều hướng, phát hiện và bám đối tượng.
V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trương Công Tuấn
VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 25/09/2021
VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 03/03/2022.
VIII/ ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: Phịng thí nghiệm 809, thư viện Tạ Quang Bửu.
Hà Nội, Ngày Tháng
Năm 2022
Giảng viên hướng dẫn

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ
Họ và tên
Trần Trí Phong
Nguyễn Đức Thắng
Lê Tăng Trường

Đào Duy Tùng

Hà Nội, Ngày tháng năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
Điểm

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...

1.3.2. Thao khảo mẫu AGV nổi bật .......................................................................... 21
1.3.3. Kết luận ........................................................................................................... 22
1.4. Đề xuất thiết kế mơ hình ........................................................................................ 22
1.4.1 Nhiệm vụ của robot .......................................................................................... 22
1.4.2. Đề xuất thiết kế ................................................................................................ 23
1.5. Nguyên lí hoạt động robot ...................................................................................... 24
1.6. Tổng kết .................................................................................................................. 25
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE ...................................................................... 26
2.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 26
2.2. Yêu cầu kỹ thuật với xe. ......................................................................................... 26
2.2.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 26
2.2.2. Yêu cầu kĩ thuật ............................................................................................... 26
2.3. Phân tích thiết kế hệ thống dẫn hướng ................................................................... 27
2.3.1. Phân tích lựa chọn phương thức dẫn hướng .................................................... 27
2.3.2. Phân tích lựa chọn hệ thống dẫn động............................................................. 27
2.3.3. Kết luận ........................................................................................................... 29
2.4. Tính tốn thiết kế và lựa chọn hệ thống cơ khí ...................................................... 29
2.4.1. Tính toán lựa chọn động cơ ............................................................................. 29
2.4.2. Thiết kế cơ khí ................................................................................................. 33
2.5. Tính tốn thiết kế lựa chọn các mo đun cho hệ thống ............................................ 41
2.5.1. Sơ đồ khối hệ thống xe tự hành ....................................................................... 41
2.5.2. Phân tích lựa chọn các thành phần của hệ thống ............................................. 42

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

5

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
2.6. Tổng kết .................................................................................................................. 62

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ................................................ 63
3.1. Thiết kệ bộ điều khiển cho động cơ ....................................................................... 63
3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển PID .............................................................................. 63
3.1.2. Robot Operation System (ROS) ...................................................................... 68
3.1.3. Giao tiếp giữa Jetson Nano và STM32............................................................ 75
3.2. Các thuật toán áp dung ........................................................................................... 78
3.2.1. Thuật toán quét và tạo dựng bản đồ (SLAM) ................................................. 78
3.2.2. Định vị robot trong bản đồ .............................................................................. 88
3.2.3. Tìm đường đi đến đích .................................................................................... 94
3.2.4. Thuật tốn bám đối tượng ............................................................................. 106
3.2.5. Thuật tốn nhận dạng giọng nói .................................................................... 111
CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM THỰC TẾ ................................................................. 115
4.1. Tổng quan về hệ thống ......................................................................................... 115
4.2. Tạo bản đồ trong ROS .......................................................................................... 117
4.3. Định vị robot trong bản đồ ................................................................................... 118
4.4. Điều hướng xe ...................................................................................................... 119
4.5. Bám đối tượng đi quét bản đồ .............................................................................. 121
4.6. Quét mã QR code ................................................................................................. 122
4.7. Giao diện điều khiển hệ thống .............................................................................. 123
4.8. Vận chuyển hành lí đa tầng .................................................................................. 124
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................. 129

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

6

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Robot Pepper ..................................................................................................... 15

Hình 1.2: Robot lau nhà Xiaomi........................................................................................ 16
Hình 1.3: Robot y tế Vibot ................................................................................................ 16
Hình 1.4: Robot cứu hộ của NASA ................................................................................... 17
Hình 1.5: Robot AGV sử dụng trong nhà máy .................................................................. 18
Hình 1.6: Nhu cầu sử dụng AGV trên toàn thế giới từ 2019 đến 2026............................. 19
Hình 1.7: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn Shelton Los Angeles ..................... 20
Hình 1.8: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Nhật Bản .................................. 20
Hình 1.9: Segway Delivery Robotic S2 ............................................................................ 21
Hình 1.10: Robot vận chuyển hành lí từ kho..................................................................... 23
Hình 1.11: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Trung Quốc ............................ 23
Hình 1.12: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Úc ........................................... 24
Hình 1.13: Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển robot ........................................................... 24

Hình 2.1: Di chuyển theo kiểu Uni-directional AGC ........................................................ 27
Hình 2.2: Di chuyển theo kiểu Bidirectional AGC ........................................................... 28
Hình 2.3: Di chuyển theo kiểu Bidirectional – Rotational AGC....................................... 28
Hình 2.4: Di chuyển theo kiểu Omnidirectional AGC ...................................................... 29
Hình 2.5: Động Cơ DC Servo JGB37-545 12VDC .......................................................... 31
Hình 2.6: Kích thước bên ngồi của động cơ .................................................................... 32
Hình 2.7: Các chân đầu nối của encoder ........................................................................... 32
Hình 2.8: Mơ hình xe trên Solidworks .............................................................................. 34
Hình 2.9: Khung xe ........................................................................................................... 35
Hình 2.10: Phần vỏ bao quanh xe ..................................................................................... 36
Hình 2.11: Vật liệu Mica ................................................................................................... 37
Hình 2.12: Bánh xe chủ động ............................................................................................ 37
Hình 2.13: Bánh xe bị động ............................................................................................... 38
Hình 2.14: Mơ hình thực tế của xe .................................................................................... 39
Hình 2.15: Hình chiếu đứng .............................................................................................. 40
Hình 2.16: Hình chiếu bằng............................................................................................... 40
Hình 2.17: Hình chiếu cạnh ............................................................................................... 41

Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................... 41
Hình 2.19: Raspberry PI và Jetson Nano........................................................................... 42
Hình 2.20: Jetson Nano Developer Kit.............................................................................. 43
Hình 2.21: Kit STM32F407VET6 ..................................................................................... 45
Hình 2.22: RP Lidar A2..................................................................................................... 46
Hình 2.23: Realsense Depth Camera ................................................................................. 47
GVHD: TS. Trương Công Tuấn

7

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
Hình 2.24: HR- SR04 ........................................................................................................ 50
Hình 2.25: Encoder từ trường ............................................................................................ 51
Hình 2.26: USB soundcard Waveshare ............................................................................. 52
Hình 2.27: Cấu tạo USB Soundcard Waveshare ............................................................... 53
Hình 2.28: Cơng Tắc Hành Trình TIAIHUA 1A 125VAC ............................................... 54
Hình 2.29: MPU 6050 ....................................................................................................... 55
Hình 2.30: Mạch L298 ...................................................................................................... 56
Hình 2.31: Module 4 Relay Kích H/L 5VDC ................................................................... 57
Hình 2.32: Khóa từ LY-03 ................................................................................................ 59
Hình 2.33: Kích thước khóa từ LY-03 .............................................................................. 60
Hình 2.34: Loa 8 Ohm 5W ................................................................................................ 61
Hình 2.35: Ắc quy khơ Yamato 6-DZF-30 ....................................................................... 61
Hình 3.1: Động cơ JGB37-545 .......................................................................................... 63
Hình 3.2: Quan hệ giữa đầu ra và đầu vào ........................................................................ 64
Hình 3.3: Hàm truyền nhận dạng và chất lượng hàm truyền ............................................ 65
Hình 3.4: Bộ điều khiển PID ............................................................................................. 66
Hình 3.5: Giải thuật PID trong chương trình..................................................................... 67
Hình 3.6: Hệ thống ROS –[2] ............................................................................................ 68

Hình 3.7: Sự tương tác các node trong ROS –[2] ............................................................. 69
Hình 3.8: Các giá trị vận tốc của robot .............................................................................. 70
Hình 3.9: Cập nhật vị trí mới robot ................................................................................... 72
Hình 3.10: Vector vị trí của robot ..................................................................................... 73
Hình 3.11: Bản đồ mơi trường được quản lí bằng Map Server ......................................... 73
Hình 3.12: Các hệ tọa độ trực quan hóa trong RVIZ ........................................................ 74
Hình 3.13: Chuẩn giao tiếp UART .................................................................................... 75
Hình 3.14: Bộ UART trên kit STM32F407VE ................................................................. 76
Hình 3.15: Thiết lập trên CubeMX.................................................................................... 76
Hình 3.16: Các chân cắm trên Jetson Nano ....................................................................... 77
Hình 3.17: Xe AGV sử dụng cơng nghệ SLAM ............................................................... 78
Hình 3.18: Thuật tốn vẽ bản đồ Hector SLAM ............................................................... 81
Hình 3.19: 360 điểm tương ứng với 360 độ khi quét ........................................................ 82
Hình 3.20: Quá trình tiền xử lí sẽ đưa ra bản đồ lưới........................................................ 82
Hình 3.21: Quá trình Scan Matching ................................................................................. 83
Hình 3.22: Bản đồ hồn chỉnh được xây dựng .................................................................. 83
Hình 3.23: Một điểm bất kì trên lưới 2D ........................................................................... 84
Hình 3.24: Bản đồ lướii chiếm dụng và các dẫn xuất không gian .................................... 85
Hình 3.25: Các bản đồ bị chồng lên nhau do q trình xoay Lidar................................... 85

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

8

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
Hình 3.26: Dữ liệu Laser khơng khớp với bản đồ ............................................................. 86
Hình 3.27: Dữ liệu Laser khớp với bản đồ ........................................................................ 86
Hình 3.28: Tóm tắt q trình lập bản đồ Hector SLAM ................................................... 88
Hình 3.29: Trạng thái của robot theo mơ hình xác suất .................................................... 89

Hình 3.30: Robot tự định vị với thuật tốn AMCL ........................................................... 92
Hình 3.31: Thuật tốn Dijkstra trong hệ thống tìm đường ................................................ 94
Hình 3.32: Tóm tắt giải thuật Dijkstra............................................................................... 95
Hình 3.33: Graph mẫu ....................................................................................................... 96
Hình 3.34: Node A là node source .................................................................................... 96
Hình 3.35: Xét node C là source node ............................................................................... 96
Hình 3.36: Xét node D là source node .............................................................................. 97
Hình 3.37: Node B là source node..................................................................................... 97
Hình 3.38: Node F là source node ..................................................................................... 98
Hình 3.39: Node E là source node ..................................................................................... 98
Hình 3.40: Quá trình tìm đường trên bản đồ lưới (grid map).......................................... 100
Hình 3.41: Tìm đường đi trên thực tế .............................................................................. 101
Hình 3.42: Vận tốc cho phép Va trong DWA– [9] .......................................................... 103
Hình 3.43: Vận tốc cho phép Vd trong DWA – [9] ......................................................... 103
Hình 3.44: Ví dụ về góc 𝜃 tại một vị trí dự đốn của robot [9] ...................................... 104
Hình 3.45: Lưu đồ thuật tốn DWA ................................................................................ 105
Hình 3.46: Cách phối màu trong mơ hình RGB .............................................................. 107
Hình 3.47: Mơ hình màu HSV ........................................................................................ 109
Hình 3.48: Thuật tốn bám đối tượng. ............................................................................ 111
Hình 3.49: HMM 5 trạng thái – [10] ............................................................................... 112
Hình 3.50: Biến đổi tín hiệu âm thanh sang tín hiệu số - [10] ........................................ 113
Hình 3.51: a) Tín hiệu tương tự b) Tín hiệu số -[10] ................................................. 113
Hình 3.52: Rút trích đặc trưng của tiếng nói –[10] ......................................................... 113
Hình 3.53: Mơ hình nhận dạng giọng nói HMM – [10] .................................................. 114
Hình 4.1: Sơ đồ tổng quan các node trong ROS ............................................................. 116
Hình 4.2: Khơng gian thực .............................................................................................. 117
Hình 4.3: Khi mới khởi chạy Lidar quét ......................................................................... 117
Hình 4.4: Bản đồ sau khi đã được quét xong .................................................................. 118
Hình 4.5: Sử dụng bộ lọc AMCL định vị robot .............................................................. 119
Hình 4.6: Cấu hình gói Navigation – [11] ....................................................................... 119

Hình 4.7: Costmap 2D được tích hợp trong bản đồ ........................................................ 120
Hình 4.8: Robot đang di chuyển ...................................................................................... 120
Hình 4.9: Robot khi đã tới đích ....................................................................................... 121

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

9

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
Hình 4.10: Xe nhận diện màu xanh vàng là màu bám theo............................................. 121
Hình 4.11: Thơng tin giao diện gửi về hệ thống.............................................................. 122
Hình 4.12: Qt mã chính xác ......................................................................................... 123
Hình 4.13: Giao diện điều khiển hệ thống ....................................................................... 123
Hình 4.14: Tịa nhà mơ phỏng ......................................................................................... 124
Hình 4.15: Thang máy mở cửa khi xe hàng đến ............................................................. 125
Hình 4.16: Xe di chuyển vào thang máy trong Rviz ....................................................... 125
Hình 4.17: Thang máy vận chuyển xe lên tầng kế tiếp ................................................... 126
Hình 4.18: Thang máy mở cửa để xe di chuyên ra ngoài ................................................ 126
Hình 4.19: Xe di chuyển đến phịng đặt tọa độ sẵn ......................................................... 127
Hình 4.20: Mơ phỏng qua Rviz tương ứng ..................................................................... 127
Hình 4.21: Lưu đồ của xe tự hành ................................................................................... 128

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

10

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng thông số của robot ................................................................................... 30
Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật của động cơ .......................................................................... 33
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật Jetson Nano Developer Kit .................................................. 44
Bảng 2.4: Thông sỗ kĩ thuật STM32F407VET6 ............................................................... 45
Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật RP Lidar A2 ......................................................................... 46
Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật RealSense Depth Camera .................................................... 48
Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật HR-SR04 .............................................................................. 50
Bảng 3.1: So sánh hai thuật toán Gmapping và Hector SLAM trong vẽ bản đồ .............. 80
Bảng 3.2: Kết quả thuật toán Dijkstra ............................................................................... 99
Bảng 3.3: So sánh hai thuật toán DWA và TEB ............................................................. 102
Bảng 3.4: So sánh kế hoạch lập đường đi tồn cục và cục bộ ........................................ 106

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

11

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

DANH MỤC VIẾT TẮT
AMCL

Adaptive Monte Carlo Localization

Định vị Monte-Carlo Thích Nghi

DC

Direct Current

Điện Một Chiều

IMU

Inertial Measurement Unit

Đơn Vị Đo Lường Quán Tính

LIDAR Light Detection And Ranging

Xác Định Ánh Sáng Và Phạm Vi

MCU

Micro Controller Unit

Bộ Vi Điều Khiển

OGM

Occupancy Gird Maps

Bản Đồ Lưới Chiếm Dụng

PF

Particle Filter

Bộ Lọc Hạt

PID

Proportional Integral Derivative
Controller

Bộ Điều Khiển Vi Tích Phân Tỉ Lệ

ROS

Simultaneous Localization And
Mapping

Định Vị Và Vẽ Bản Đồ Đồng Thời

UART

Universal Asynchronous
Receivers/Transmitter

Giao Thức Gói Tin Người Dùng

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

12

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã ln hỗ trợ,

chia sẻ trong suốt q trình làm đồ án. Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy
Trương Công Tuấn đã luôn đồng hành, giúp đỡ, tạo điều kiện và đưa ra cho nhóm những
chỉ dẫn vơ cùng q báu để nhóm chúng em hồn thành được đồ án này.
TÓM TẮT NỘI DUNG
Nội dung đồ án bao gồm có 5 chương bao gồm: Tổng quan đề tài, Tính tốn và thiết kế
mơ hình xe, Điều khiển động cơ, Thuật toán lập bản đồ - thuật toán điều hướng – thuật
toán phát hiện đối tượng –bám vật, ứng dụng thuật toán trong hệ điều hành robot.
Đồ án Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng giúp giải quyết vấn đề nhân lực, từ đó
tiết kiệm được chi phí, mang tới cho khách hàng cảm nhận thú vị hơn, ngồi ra, trước tình
hình dịch phức tạp, xe phục vụ chở hành lí khách sạn cũng sẽ giúp nâng cao việc phòng
chống dịch khi đảm bảo được khoảng cách của người phục vụ và khách hàng. Nhiệm vụ
của xe là mang hành lí từ sảnh lễ tân hoặc kho tới các phịng có khách hàng u cầu, cụ thể
trong đồ án này, xe được định nghĩa sẽ di chuyển giữa 2 vị trí là kho và một phịng được
u cầu bất kỳ.
Xe có khả năng giao tiếp với người quản lí thơng qua thơng qua giao diện và với khách
hàng thơng qua QR code để mở đóng cửa xe hàng chính xác. Sử dụng phương pháp lập
bản đồ, kết hợp với một số cảm biến để có thể lập kế hoạch đường đi, tối ưu hóa đường đi
và di chuyển tránh vật cản. Bộ điều khiển PID cũng được áp dụng để xe đi theo quỹ đạo
và vận tốc chính xác.

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

13

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trong giai đoạn cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, khoa học kỹ thuật ngày
càng phát triển mạnh mẽ. Kết quả của sự tiến bộ đó là các sản phẩm thực tế, mang tính ứng
dụng cao, áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: giáo dục, y tế, nông nghiệp, …
Đặc biệt là kỹ thuật robot đã và đang ứng dụng sâu rộng đem lại hiệu quả kinh tế cao. Với
mong muốn áp dụng những kiến thức đã học trong suốt những năm học đại học, nhóm em
đã tìm hiểu và quyết định làm một sản phẩm ứng dụng vào thực tế. Sản phẩm đó là
Automated Guided Vehicle (AGV) phục vụ trong khách sạn, nhà nghỉ. AGV là một loại
robot chuyên chở hàng tự động. Đó là sản phẩm cần thiết để giữ khoảng cách và hạn chế
tiếp xúc là biện pháp phòng ngừa hiệu quả trong lúc đại dịch Covid đang diễn biến hết sức
phức tạp.
Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn được thiết kế để có thể vận chuyển hành lí từ
kho hoặc quầy lễ tân tới một phòng được yêu cầu trong khách sạn, sau đó người dùng sẽ
được gửi QR để tương tác với robot, cụ thể là mở cửa để lấy hành lí. Đảm bảo robot có thể
mang được hành lí đến phịng chỉ định, tự động tránh được các vật cản thông thường trong
các khách sạn, tự xây dựng đường đi bằng cách sử dụng các lidar, cảm biến, camera 3D và
các module khác được gắn trên robot. Với việc sử dụng công nghệ mới là camera 3D và
ứng dụng trí tuệ nhân tạo, sản phẩm có thể mang lại được chất lượng, hiệu quả với giá cả
cạnh tranh. Robot phục vụ trong khách sạn là xu hướng trong thời đại công nghệ 4.0.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Trương Cơng Tuấn đã
trực tiếp giúp chúng em hồn thành được đồ án này. Sự chỉ bảo, hướng dẫn của thầy giúp
chúng em tiếp cận, làm rõ được vấn đề và tìm ra hướng giải quyết, trình bày một vấn đề
khoa học, rõ ràng. Đó là những kiến thức, kinh nghiệm q giá cho cơng việc sau này của
chúng em.
Do cịn nhiều thiếu sót về mặt kiến thức nên trong quá trình tính tốn và xây dựng mơ
hình chúng em có thể cịn có nhiều sai sót, chúng em rất mong có được sự đóng góp ý kiến
từ các thầy cơ để có thể hồn thiện được sản phẩm một cách tốt hơn. Em xin chân thành
cảm ơn!

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

14

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu
Chương này giới thiệu tổng quan về robot, đưa ra các nhiệm vụ robot thực hiện và yêu
cầu kỹ thuật đồng thời trình bày nguyên lý hoạt động của robot.
1.2. Tổng quan về Robot
1.2.1. Tổng quan về Robot
Robot là một loại máy có thể thực hiện các công việc một cách tự động bằng sự điều khiển
của máy tính, hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Hình 1.1 bên dưới mơ tả Robot dạng
người Pepper tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Hình 1.1: Robot Pepper

Ngày nay, trong cuộc sống đã có nhiều loại robot được tạo ra với mục đích đáp ứng nhiều
nhu cầu của con người như: dọn dẹp (hình 1.2), y tế (hình 1.3), cứu hộ (hình 1.4),..

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

15

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

Hình 1.2: Robot lau nhà Xiaomi

Hình 1.3: Robot y tế Vibot

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

16

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

Hình 1.4: Robot cứu hộ của NASA

1.2.2. Automated Guided Vehicle (AGV)
Automation Guided Vehicle (AGV) – xe tự hành sử dụng các công nghệ dẫn đường để
vận chuyển đến các địa điểm được đánh dấu sẵn mà không cần đến sự can thiệp của con
người. Xe tự hành AGV hay còn được gọi là robot kéo hàng, vận chuyển hàng tự động.
Bên dưới là hình 1.5 thể hiện AGV sử dụng trong dây chuyền sản xuất.

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

17

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

Hình 1.5: Robot AGV sử dụng trong nhà máy

Xe tự hành AGV là một phần của quá trình phát triển nhà máy thơng minh (Smart Factory)
cũng như Tự động hóa trong cơng nghiệp khi các. Hiện nay xe tự hành AGV được sử dụng
trong hoạt động vận chuyển nguyên vật liệu của nhiều ngành nghề như: Công nghiệp ô tô,
điện điện tử, Logistic, dược phẩm, y tế, hàng tiêu dùng...

Xe tự hành AGV, robot AGV được sử dụng trong các nhà máy sản xuất, nhà kho thơng
minh mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp so với các phương pháp vận chuyển hàng
truyền thống, một số ưu điểm của AGV như sau:
• Giảm chi phí nhân cơng: AGV hồn tồn có thể hoạt động độc lập mà không cần
đến sự can thiệp của cơng nhân, hơn thế nữa, AGV hồn tồn đáp ứng khổi lượng hàng
hóa với tải trọng lớn.
• Tuyệt đối an toàn: Xe tự hành AGV hoạt động dựa trên hệ thống được lập trình với
độ chính xác và an toàn cao, với hệ thống máy ảnh, các loại cảm biến giúp AGV phát hiện
ra vật cản trong quá trình vận chuyển nguyên vật liệu. Hơn thế nữa, xe tự hành AGV hoạt
động tốt trong các môi trường mà con người khơng thể tiếp cận được như: Mơi trường hóa
chất, mơi trường q nóng hoặc q lạnh
• Nâng cao năng suất lao động: Hầu hết các AGV đều được thiết kế với độ chính xác
cao, đảm bảo q trình vận chuyển khơng xảy ra lỗi hay sai sót. AGV có thể hoạt động liên
tục 24/7 giúp tối ưu năng suất lao động.
• Dễ dàng thay đổi và mở rộng module: Hầu hết các xe AGV có thể thay đổi về
module để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng như: nâng cấp, giảm tải trọng, thay đổi
quãng đường...

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

18

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
Hình dưới biểu diễn nhu cầu sử dụng xe AGV trên toàn thế giới từ năm 2019 và dự đốn
đến năm 2026:

Hình 1.6: Nhu cầu sử dụng AGV trên toàn thế giới từ 2019 đến 2026

Quy mơ thị trường xe có hướng dẫn tự động toàn cầu dự kiến sẽ đạt 2,80 tỷ đô la Mỹ

vào năm 2026, với tốc độ tăng trưởng khoảng 7,25% trong.
Có thể thấy tác động của đại dịch COVID-19 dẫn tới việc sản xuất bị đình trệ thì đây cũng
là một cơ hội cho các doanh nghiệp sản xuất thay đổi dây chuyển chuyển sang hiện đại
hơn, điển hình của việc đó là hướng dần sự chú ý cho việc sử dụng robot cho các công việc
chuyên mơn như lắp ráp và vận chuyển. Do đó thị trường xe AGV được kì vọng sẽ tăng
trưởng trong những năm tới vì sự đi đến tương lai của nó.
1.3. Đặt vấn đề
1.3.1. Đặt vấn đề
Trước tình hình diễn biến phức tạp của đại dịch Covid, việc hạn chế tiếp xúc, giữ khoảng
cách giữa chúng ta cũng là biện pháp phòng dịch hữu hiệu và cần thiết, đặc biệt là ở những
nơi đông người qua lại như là khách sạn, nhà nghỉ thì việc phịng ngừa lại càng phải chú
trọng hơn. Để giải quyết vấn đề đó, nhóm chúng em xin đề xuất phương án Robot tự hành
vận chuyển hành lí trong khách sạn nhằm thay thế những người phục vụ tiếp xúc với khách
hàng. Với việc đưa Robot tự hành vào phục vụ trong khách sạn thì có những ưu điểm như:
• Hạn chế được sự tiếp xúc giữa các nhân viên khách sạn với khách hàng, qua đó hạn
chế được sự lây lan virus.
• Giảm thiểu được nguồn nhân lực, tiết kiệm được chi phí th nhân viên.
• Tăng năng suất cơng việc khi robot cùng lúc có thể mang rất nhiều đồ, có thể tương
đương với từ 2 đến 3 nhân viên phục vụ.
GVHD: TS. Trương Công Tuấn

19

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
• Bảo mật, an toàn, tránh xảy ra hiện tượng thất lạc đồ trong q trình vận chuyển.
• Hiện nay trong Smart Home cần rất nhiều robot có tính năng tự động như AGV để
phục vụ nhu cầu của con người
Trên thực tế, cũng đã có rất nhiều khách sạn đã đưa robot vào trong quá trình phục vụ vận
chuyển để tiết kiệm chi phí cũng như tăng năng suất, ngồi ra còn đem lại trải nghiệm mới

lạ và thú vị cho khách hàng khi ghé thăm. Hình 1.7 mơ tả robot vận chuyển hành lí trong
khách sạn Shelton Los Angeles. Hình 1.8 mô tả robot với chức năng tương tự tại Nhật Bản.

Hình 1.7: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn Shelton Los Angeles

Hình 1.8: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Nhật Bản

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

20

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
1.3.2. Thao khảo mẫu AGV nổi bật
Cùng tham khảo một mẫu robot mang tên Segway Delivery Robotic S2 (hình 1.9) xuất
xứ từ Trung Quốc với chức năng vận chuyển hàng trong một không gian rộng. S2 là rô bốt
giao hàng được phát triển để đáp ứng nhu cầu giao hàng chuyên sâu trong các tình huống
khác nhau. Bằng cách áp dụng một số công nghệ cốt lõi hàng đầu quốc tế do Ninebot phát
triển độc lập, S2 cung cấp phân phối an tồn hơn và thơng minh hơn, hiệu quả và đáng tin
cậy cho người tiêu dùng.

Hình 1.9: Segway Delivery Robotic S2

S2 sử dụng Laser + Visual SLAM: Thuật toán bản địa hóa và điều hướng SLAM tự phát
triển giúp thực hiện bản đồ hóa và bản đồ hóa tự trị ba chiều. Đồng thời, các cảm biến phát
hiện mặt đất 3D và thuật toán phân đoạn trực quan mới nhất được thêm vào để tăng cường
đáng kể độ an toàn khi vận hành. Dựa trên việc cập nhật bản đồ liên tục và mối tương quan
thơng tin trong q trình hoạt động, nó thích ứng với những thay đổi của mơi trường làm
việc, Với việc lập bản đồ một lần, nó có thể duy trì bản địa hóa hồn tồn tự trị trong một
thời gian dài. Ngồi ra S2 cịn áp dụng thành tựu nghiên cứu mới nhất về học tăng cường,

S2 có thể dễ dàng phát hiện chướng ngại vật như chân người và bước đi trong môi trường
đông đúc như trung tâm mua sắm và cao ốc văn phòng. Các thông số kĩ thuật nổi bật của
S2 như sau:






Tải trọng tối đa: 30 kg
Tốc độ di chuyển tối đa: 1.2 m/s
Độ dốc tối đa: 10 độ
Thời lượng pin: 8 h
Không gian chứa đồ: 345 * 180 * 230mm

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

21

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
 Độ cao chương ngoại vật tối đa: 2cm
 Thời lượng sạc: 4 h
1.3.3. Kết luận
Ngày nay, ở nước ta đã xuất hiện rất nhiều những robot trong hộ gia đình như robot lau
nhà, ngược lại trong các khách sạn phục vụ thì robot lại xuất hiện khá ít và cịn khá mới
mẻ. Tương lai robot phục vụ trong khách sạn sẽ phát triển rộng lớn trên thị trường để đáp
ứng nhu cầu về nhân lực. Đó là cơ hội cũng như thách thức với các nhà sản xuất robot, sao
cho phải đáp ứng nhu cầu cũng như giá thành phải hợp lý.
Với các tính năng, ưu điểm như trên, robot hồn tồn có thể đảm bảo được u cầu phục

vụ, thay thế cho nhân viên. Do vậy, tính khả thi của đề tài này là rất cao, nhóm em muốn
sản phẩm này được hoàn thiện hơn và sớm được đưa vào thực tế để giúp tiết kiệm nguồn
nhân vật lực cho đất nước, đó sẽ là xu hướng của tương lai.
1.4. Đề xuất thiết kế mơ hình
1.4.1 Nhiệm vụ của robot
Robot được thiết kế để có thể thực hiện 2 nhiệm vụ, chuyển đổi chế độ nhiệm vụ bằng
giọng nói:
- Nhiệm vụ 1: Xây dựng bản đồ phịng hành lang
• Nhân viên điều khiển robot đi xung quanh hoặc cho robot bám theo người mình đi
các tẩng để lập bản đồ sảnh cho robot.
• Robot lưu trữ bản đồ sảnh vào thư mục để sử dụng cho các lần sau.
• Đánh số phòng trên bản đồ đã vẽ.
- Nhiệm vụ 2: Vận chuyển hành lí từ khu vực kho, lễ tân ra đến các phịng theo u cầu
của khách hàng.
• Vị trí thường trực của robot là ở gần các kho để hành lí. Robot đã lưu trữ bản đồ của
các tầng được xây dựng trước trong thư mục.
• Chu trình làm việc của robot bắt đầu khi có khách hàng u cầu lấy hành lí hoặc
người quản lí ra lệnh.
• Robot sẽ di chuyển đến kho lấy hành lí.
• Nhân viên sẽ đặt hành lí lên robot, đóng cửa robot và chọn điểm đến (Phòng số #)
trong GUI trên màn hình, sau đó ấn nút xác nhận.

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

22

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
• Robot di chuyển đến phịng, trên GUI có hiện trạng thái: “Giao hành lí đến phịng
#”.

• Khi robot đến phịng #, khách hàng quét QR xác nhận cho robot để mở cửa lấy hành
lí, đóng cửa, robot di chuyển về vị trí ban đầu.
• Hỗ trợ việc robot có thể vẫn chuyển được đa tầng.
1.4.2. Đề xuất thiết kế
Từ hình 1.10 đến 1.12 là các mẫu robot được sử dụng vận chuyển hành lí. Thơng qua việc
khảo sát, mơ hình thiết kế của robot được đề xuất sao cho phù hợp với mục đích và u
cầu hoạt động của robot.

Hình 1.10: Robot vận chuyển hành lí từ kho

Hình 1.11: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Trung Quốc

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

23

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng

Hình 1.12: Robot vận chuyển hành lí trong khách sạn tại Úc

1.5. Ngun lí hoạt động robot
Hình 1.13 dưới đây trình bày ngun lí mạch điều khiển robot:

Hình 1.13: Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển robot

Robot hoạt động dựa trên các cảm biến chính là lidar, cảm biến IMU, camera 3D, cảm
biến siêu âm và encoder để định hướng cho robot, xác định hướng đi chính xác và thơng
minh nhất, xây dựng map, phát hiện vật cản và những nơi chênh lệch độ cao. Tất cả các
cảm biến này sẽ gửi tín hiệu về vi máy tính Jetson Nano để xử lý và đưa ra các phương

pháp điều hướng thích hợp. Các tín hiệu xung điều khiển được gửi đến khối chấp hành là
hai động cơ DC giảm tốc. Trong quá trình hoạt động vi điều khiển STM32 giao tiếp với
Jetson Nano thơng qua giao tiếp UART và có vai trị trung gian trong giao tiếp giữa vi máy
tính với các cảm biến và động cơ.

GVHD: TS. Trương Công Tuấn

24

TTTN:Xe tự hành vận chuyển hành lí đa tầng
1.6. Tổng kết
Chương 1 đã trình bày tổng quan về robot tự hành vận chuyển hành lí trong khách sạn và
một số mẫu robot với chức năng tương tự nổi bật thế giới đồng thời đưa ra được nhu cầu
thị trường về robot AGV đang tăng trưởng rất lớn trong nhiều năm tới. Chương 2 tiếp theo
sẽ trình bày về thiết kế mơ hình robot.

GVHD: TS. Trương Cơng Tuấn

25

Đồ án robot tự hành vận chuyển hành lí

Trích đoạn

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về