Thiết kế chế tạo mô hình robot tự hành giám sát cây trồng trong nhà lưới (đồ án tốt nghiệp cơ điện)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN
------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT TỰ HÀNH
GIÁM SÁT CÂY TRỒNG TRONG NHÀ LƯỚI

Giảng viên hướng dẫn

: TS. NGƠ TRÍ DƯƠNG

Sinh viên thưc hiện

: NGUYỄN TUẤN ANH

Msv

: 597682

Lớp

: K59 – TDHB

Chuyên ngành

: TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2021

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình của bản thân. Các nội dung nghiên
cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực, chưa được công bố trong bất cứ
cơng trình nào. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin chịu trách nhiệm trước
hội đồng cũng như kết quả đồ án của mình.
Các thơng tin tham khảo trong tiểu luận đều được tác giả trích dẫn một
cách đầy đủ và cẩn thận.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Tác giả đồ án
Nguyễn Tuấn Anh

 

i 


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Khoa cơ điện - Học viện Nông nghiệp
Việt Nam, các thầy cô, các giảng viên đã tham gia giảng dạy khoá học 20142021, đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập nghiên cứu, làm cơ sở của
việc nghiên cứu đề tài.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Ngô Trí Dương đã
dành nhiều thời gian, cơng sức để chỉ dẫn, hướng dẫn em hết sức tận tình và
chu đáo về mặt chun mơn để em có thể thực hiện và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp này.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy cơ phản biện, các thầy
cô trong hội đồng chấm đồ án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu
để em có thể hồn chỉnh đồ án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót nhất
định. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp,
và các đọc quan tâm đến đề tài của đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tuấn Anh

 

ii 


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i 
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii 
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi 
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ x 
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 
1.  Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 
2.  Mục đích nghiêm cứu .................................................................................. 2 
3.  Nội dung và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 2 
3.1.  Nội dung .................................................................................................... 2 
3.2.  Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 3 
4.  Ý nghĩa khoa học ......................................................................................... 3 
5.  Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................... 3 
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 4 
1.1.  Tổng quan về robot tự vận hành AGV ...................................................... 4 

1.1.1.  Khái niệm xe AGV ................................................................................. 4 
1.1.2.  Lịch sử phát triển của AGV .................................................................... 4 
1.1.3.  Phân loại AGV ........................................................................................ 5 
1.1.4.  Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ............................................. 7 
1.2. Ứng dụng của xe tự hành AGV trong đời sống ......................................... 8 
1.2.1.  Lĩnh vực giao thông vận tải .................................................................... 8 
1.2.2.  Lĩnh vực y tế ........................................................................................... 9 
1.3. Ứng dụng tự động hóa của xe tự hành AGV ............................................. 9 
1.3.1.  Ứng dụng trong công nghiệp .................................................................. 9 
1.3.2.  Ứng dụng trong nông nghiệp ................................................................ 11 
1.4. Yêu cầu thiết kế mô hình ......................................................................... 14 

 

iii 


CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 16 
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 16 
2.1.1.  Cây dưa chuột, các yếu tố ảnh hưởng sinh trưởng và phát triển của cây
dưa chuột ......................................................................................................... 16 
2.1.2.  Thiết bị chung ....................................................................................... 28 
2.1.3.  Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry PI ................................................. 34 
2.1.4.  Cài đặt phần mềm lập trình Arduino IDE............................................. 36 
2.1.5.  Phương pháp thiết kế mơ hình xe tự hành AGV .................................. 38 
2.1.6.  Ngơn ngữ lập trình C ............................................................................ 41 
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 45 
2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 46 
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 47 
3.1. Sơ đồ tổng quát ........................................................................................ 47 

3.1.1.  Sơ đồ khối ............................................................................................. 47 
3.1.2.  Sơ đồ thiết kế không gian ..................................................................... 48 
3.2. Thiết kế phần cứng ................................................................................... 48 
3.2.1.  Khung .................................................................................................... 48 
3.2.2.  Lựa chọn thiết bị ................................................................................... 51 
3.2.3.  Các cơ cấu chấp hành ........................................................................... 58 
3.2.4.  Thiết kế phần cứng bằng phần mềm Autocad 2007 ............................. 62 
3.2.5.  Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực ............................................ 65 
3.3. Thiết kế phần mềm ................................................................................... 66 
3.3.1.  Bảng phân cơng tín hiệu vào ra ............................................................ 66 
3.3.2.  Lưu đồ thuật toán .................................................................................. 67 
3.3.3.  Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 69 
3.3.4.  Chương trình điều khiển ....................................................................... 70 
3.3.5.  Xây dựng chương trình điều khiển ....................................................... 72 
3.4. Lắp ráp và thử nghiệm xe tự hành AGV .................................................. 73 

 

iv 


3.4.1.  Lắp ráp .................................................................................................. 73 
3.4.2.  Hình ảnh chạy thử mơ hình thực tế....................................................... 76 
3.5. Kết quả và thảo luận ................................................................................. 79 
3.5.1.  Kết quả .................................................................................................. 79 
3.5.2.  Thảo luận .............................................................................................. 80 
3.6. Hạch toán.................................................................................................. 81 
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 82 
1.  Kết luận ...................................................................................................... 82 
2.  Kiến nghị .................................................................................................... 82 

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 84 
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 85 

 

v 


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Robot AGV kéo xe hàng ................................................................... 5 
Hình 1.2. Robot AGV xe chở............................................................................ 6 
Hình 1.3 : Mơ hình AGV xe nâng ..................................................................... 6 
Hình 1. 9. Ứng dụng của xe tự hành vào hệ thống ô tô tự lái ........................... 8 
Hình 1.10 : Hình ảnh xe tự hành AGV kéo trong lĩnh vữ y tế.......................... 9 
Hình 1.11 : Hình ảnh mơ hình xe AGV tự hành trong nhà máy ..................... 10 
Hình 1.12 : Hình ảnh xe tự hành hỗ trợ báo cháy và tự động chữa cháy ....... 10 
Hình 1.13 : Hình ảnh xe tự hành khám phá hành tinh .................................... 11 
Hình 1.14 : Máy cày tự hành dùng trong sản xuất Nơng nghiệp .................... 12 
Hình 1.15 Hình ảnh máy gieo hạt tự động trong nông nghiệp ....................... 13 
Hình 1.16 : Robot làm cỏ và chăm sóc cây trồng ........................................... 14 
Hình 2.1 Cây dưa chuột, rễ cây dưa chuột ...................................................... 16 
Hình 2.2 Thân cây dưa chuột, tua cuốn mọc trên thân chính ......................... 17 
Hình 2.3 Lá mầm cây dưa chuột ..................................................................... 17 
Hình 2.4. Lá thật cây dưa chuột ...................................................................... 18 
Hình 2.5 Hoa cây dưa chuột ............................................................................ 18 
Hình 2.6 Giai phẫu hoa cây dưa chuột ............................................................ 18 
Hình 2.7 Giai phẫu trái dưa leo ...................................................................... 19 
Hình 2.8 Dưa leo thuộc nhóm dây leo ưa nhiệt .............................................. 20 
Hình 2.9 Món Salad dưa leo cà chua hấp dẫn ................................................. 21 
Hình 2.10 Hệ thống tưới nước trong nơng nghiệp .......................................... 22 

Hình 2.11 Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời .............................................. 23 
Hình 2.12 Bệnh xoắn lá trên cây dưa chuột .................................................... 25 
Hình 2.13 Bệnh héo lá ở cây dưa chuột .......................................................... 26 
Hình 2.14 Bệnh đốm lá ở cây dưa chuột ......................................................... 27 
Hình 2.15 Bệnh thối trái non ở cây dưa chuột ................................................ 28 

 

vi 


Hình 2.16 Mạch Raspberry PI 3B và Zero ..................................................... 29 
Hình 2.17 Các khối chức năng CPU S7-1200 ................................................ 32 
Hình 2.18 Các phương thức kết nối của PLC S7-1200 .................................. 32 
Hình 2.19 Arduino UNO R3 và Microchip ATmega328 ............................... 33 
Hình 2.20 Các kết nối và ngõ ra, ngõ vào của Arduino UNO R3 .................. 34 
Hình 2.21. Sơ đồ cắm các đầu kết nối để cài hệ điều hành ............................ 35 
Hình 2.22. Hướng dẫn cài đặt hệ điều hành trung tâm ................................... 36 
Hình 2.23. Giao diện hệ điều hành trung tâm Raspberry pi ........................... 36 
Hình 2.24 Hình ảnh phiên bản Ardino IDE .................................................... 36 
Hình 2.25 Hình ảnh liên kết tải Arduino IDE ................................................. 37 
Hình 2.26 Hình ảnh cài đặt ............................................................................. 37 
Hình 2.27 Hình ảnh cài đặt thành cơng ........................................................... 37 
Hình 2.28 Giao diện của phần mềm Arduino IDE.......................................... 38 
Hình 2.29. Hình ảnh giải thuật dị line ............................................................ 38 
Hình 2.30. Hình ảnh mã hóa dị line ............................................................... 38 
Hình 2.31. Hình ảnh sơ đồ khối giải thuật PID............................................... 39 
Hình 2.32. Hình ảnh khâu tỉ lệ giải thuật PID ................................................ 39 
Hình 2.33. Hình ảnh khâu tích phân giải thuật PID ........................................ 40 
Hình 2.34. Hình ảnh vi phân giải thuật PID ................................................... 40 

Hình 2.35 Hình ảnh mơ tả các giai đoạn thực thi chương trình C .................. 45 
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 47 
Hình 3.2. Hình ảnh sơ đồ thiết kế khơng gian ................................................ 48 
Hình 3.3. Hình ảnh line dành cho cảm biến Thanh 5 Cảm Biến Dị Line
TCRT5000 ....................................................................................................... 48 
Hình 3.4. Hình ảnh khung nhơm định hình thiết kế khung xe ........................ 49 
Hình 3.5. Hình ảnh cơ cấu vít-me ................................................................... 50 
Hình 3.6. Hình ảnh thực tế của raspberry PI 3 ................................................ 51 
Hình 3.7. Hình ảnh Arduino Nano .................................................................. 52 

 

 
vii


Hình 3.8. Các kết nối và ngõ ra, ngõ vào của Arduino Nano ......................... 53 
Hình 3.9. Hình ảnh modul L298N .................................................................. 54 
Hình 3.10. Hình ảnh Modul Webcam Dahua Z2+ Plus .................................. 54 
Hình 3.11. Hình ảnh Màn hình LCD 5″ cho Raspberry ................................. 55 
Hình 3.12. Hình ảnh modul Thanh 5 cảm biến dị line TCRT5000 ............... 56 
Hình 3.13. Hình ảnh ngun lý hoạt động của cảm biến dị line .................... 57 
Hình 3.14. Hình ảnh Acquy Yamato 12v........................................................ 57 
Hình 3.15.Hình ảnh Động Cơ DC Servo GM25-370 DC Geared Motor ....... 58 
Hình 3.16. Hình ảnh Động cơ RC Servo MG996 ........................................... 61 
Hình 3.17. Hình ảnh bánh xe được dùng trong mơ hình ............................... 62 
Hình 3.18. Hình ảnh thiết kế đế xe trên AutoCad 2007.................................. 62 
Hình 3.19. Hình ảnh phần cứng đế xe............................................................. 62 
Hình 3.20. Hình ảnh thiết kế cơ cấu nâng hạ camera bằng phần mên AutoCad
2007 ............................................................................................................... 63 

Hình 3.21. Hình ảnh cơ cấu nâng hạ camera ................................................. 63 
Hình 3.22. Hình ảnh thiết kế cơ cấu xoay camera bằng AutoCad 2007 ......... 64 
Hình 3.23. Hình ảnh cơ cấu xoay camera ....................................................... 64 
Hình 3.24. Hình ảnh sơ đồ mạch nguyên lý và mạch độg lực ........................ 65 
Hình 3.27. Hình ảnh lưu đồ thuật tốn cơ cấu xoay Camera .......................... 69 
Hình 3.28. Hình ảnh tải và cài đặt JRE ........................................................... 72 
Hình 3.29. Hình ảnh xây dựng chương trình trên Aduino IDE ..................... 72 
Hình 3.230. Hình ảnh lắp ráp bánh xe và dây dẫn điện ................................. 73 
Hình 3.31. Hình ảnh lắp động cơ và cảm biến dị line vào khung ................. 73 
Hình 3.32. Hình ảnh lắp ráp bộ điều khiển xe ............................................... 74 
Hình 3.33. Lắp ráp cơ cấu vít me ren vào khung xe ...................................... 74 
Hình 3.34. Lắp ráp động cơ và Camera vào cơ cấu cố định Camera ............ 74 
Hình 3.35. Hình ảnh lắp ráp cơ cấu Camera vào cơ cấu nâng hạ .................. 75 
Hình 3.36. Hình ảnh lắp ráp mơ hình hồn thiện ........................................... 75 

 

 
viii


Hình 3.37. Hình ảnh xe tự động chạy giữa hai luống .................................... 76 
Hình 3.38. Hình ảnh xe đang di chuyển chụp ảnh lá cây dưa chuột.............. 76 
Hình 3.39. Hình ảnh camera đang thu thập hình ảnh lá cây dưa chuột khơng
bị bênh (chụp từ chính diện) ........................................................................... 77 
Hình 3.40. Hình ảnh camera thu thập hình ảnh lá cây bình thường cây dưa
chuột khơng bệnh (chụp từ đằng sau) ............................................................. 77 
Hình 3.41. Hình ảnh Camera thu thập hình ảnh lá cây dưa chuột bị bệnh phấn
trắng ............................................................................................................... 78 
Hình 3.42. Hình ảnh Camera thu thập hình ảnh lá cây dưa chuột bị bệnh

sương mai ........................................................................................................ 78 

 

ix 


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Bảng phân cơng tín hiệu ................................................................. 66 
Bảng 3.2. Bảng trạng thái động cơ xe ............................................................. 66 
Bảng 3.3. Bảng trạng thái động cơ vít me....................................................... 66 
Bảng 3.4. Các lỗi gặp phải trong quá trình thử nghiệm .................................. 79 
Bảng 3.5. Kết quả thực nghiệm xe tự hành ..................................................... 80 
Bảng 3.6. Bảng hoạch toán ............................................................................. 81 

 

x 


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề
Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào

trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông
nghiệp. Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại
mà năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với công nghệ trồng
rau quả trong nhà lưới có sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những

kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an tồn mà
cịn có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của
vùng miền.
Ở Việt Nam, việc trồng rau quả trong nhà lưới đang phát triển nhanh
chóng đem lại lợi ích cao cho người nơng dân. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư
cao nên việc ứng dụng chỉ hạn chế trong các nông trang lớn có khả năng về
kinh tế, hoặc chỉ điều khiển ở dạng bán tự động nên vẫn cần nhiều nhân công
trong việc điều khiển vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển đều phải nhập từ
nước ngoài nên giá thành cao. Do đó cần phải có hướng nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo những thiết bị này ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với
điều kiện kinh tế của người nông dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam.
Sự phát triển và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật thì trí tuệ
nhân tạo là một trong những đề tài cần được quan tâm và phát triển. Từ những
nghiên cứu ban đầu về xử lý ảnh, phân loại, giám sát,… thì trí tuệ nhân tạo đã
được nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Bên cạnh
đó, sự phổ biến của kit Raspberry Pi với kích thước nhỏ gọn, được xem như
máy tính thu nhỏ nên có nhiều đề tài nghiên cứu và ứng dụng kit Raspberry Pi
trong thực tiễn. Ứng dụng kit Raspberry Pi vào xử lý nhằm đưa ra một số giải
pháp giám sát để áp dụng vào đời sống.
Thực hiện được việc phân thu thập và phân tích dữ liệu tự động nhằm

 

1 


phục vụ cho việc xây dựng bộ dữ liệu ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào việc phát
hiện sâu bệnh và thiếu chất trên cây dưa chuột phải được áp dụng tự động,
khơng có sự tác động của con người. Để thực hiện được đúng mục đích cảu
đồ án thì em đã phát triển và trình bày ý tưởng “Thiết kế và chế tạo mơ hình

robot tự hành giám sát cây trồng trong nhà lưới”.
2.

Mục đích nghiêm cứu

- Thiết kế chế tạo ra một chiếc xe có khả năng dị đường như một robot
tự động.

- Gắn được các linh kiện, bộ điều khiển cơ cấu chấp hành một cách chắc
chắn, khi di chuyển không vị chệch khỏi quỹ đạo đã đặt ra.

- Nâng cao khả năng tự động thu thập dữ liệu tự động một cách triệt để
nhất.

- Áp dụng được những kiến thức đã theo học trên ghế nhà trường vào
thực tiễn thông qua robot tự hành.

- Đề tài gồm nhiều mơn học chun ngành liên quan vì vậy qua đề tài
giúp em hiểu rõ, nắm sâu hơn về những kiến thức đã được học.
3.

Nội dung và phạm vi nghiên cứu

3.1.

Nội dung

- Nghiên cứu và chế tạo ra một cơ cấu cơ khí hợp lý vững chắc cho robot
tự hành.

- Thiết kế bộ driver điều khiển robot linh hoạt.
- Thiết kế các modul cảm biến giúp xe xác định đường đi, vật cản và
nhận định chính xác khi robot được kết nối.

- Cách kết nối các bộ phận, linh kiện lại với nhau để hoàn chỉnh một
robot tự hành.
 

 

2 


3.2.

Phạm vi nghiên cứu

- Dựa trên hình ảnh thơng qua báo đài, quan sát một số hình ảnh thực
tiễn của một số robot tựu hành đã được ra mắt để học tập và tiếp thu hoàn
thành đề tài.

- Giải quyết từng Module nhỏ và sau đó ghép thành mạch hồn chỉnh.
- Dựa theo yêu cầu đáp ứng được việc thu thập, phân tích dữ liệu tự động
mà đề tài đề ra.

- Tính tốn và chạy thử nghiệm rút ra phương án tối ưu nhất.
- Áp dụng những kiến thức đã được thầy cô giảng dạy để đưa vào thực
tiễn chế tạo robot tự hành.

- Thiết lập mơ hình xe, chạy thử nghiệm bên ngồi nhằm tìm ra những

phương án tốt nhất có thể áp dụng.
4.

Ý nghĩa khoa học
Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học cơng

nghệ hiện đại vào trong quy trình sản xuất, là nền tảng cơ sở để xây dựng
những quy trình tự động hóa với những thiết bị máy móc tốt nhất trong tương
lai. Bên cạnh đó nó cịn thể hiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày càng
được nâng cao của sinh viên khi có thể nắm bắt những kiến thức về khoa học
kỹ thuật và vận dụng một cách sáng tạo, có hiệu quả vào thực tiễn cuộc sống.
5.

Ý nghĩa thực tiễn

- Tự động hóa trong sản xuất hàng hóa và nâng cao năng suất lao động,
cải động.

- Về ý nghĩa nhân văn, thay thể con người ở những vị trí nguy hiểm, dễ
gây tai nạn trong q trình làm việc.

 

 

3 


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan về robot tự vận hành AGV

1.1.1. Khái niệm xe AGV
Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) là một khái
niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần
người lái. Trong công nghiệp AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động
được áp dụng trong các lĩnh vực: - Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực
kho và sản xuất. - Chuyển hàng giữa các trạm sản xuất. - Phân phối, cung ứng
sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn. - Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc
biệt như bệnh viên, siêu thị, văn phòng. Qua tất cả các ứng dụng trên, AGV
thể hiện rất rõ hiệu quả của mình như: Giúp giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp
xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v… AGV còn giúp
giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể được chế tạo để
chuyển hàng, kéo hàng, nâng hồng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhất
định.
1.1.2. Lịch sử phát triển của AGV
Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bởi
Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, nay là Savant
Automation of Walker, bang Michigan – USA. Một nhà phát minh với một
giấc mơ sáng chế ra một phương pháp tự động hóa con người trên chiếc xe tải
kéo mà đã được sử dụng trong các nhà máy trong nhiều năm. Lúc đầu chỉ là
một chiếc xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn. Hệ thống hướng dẫn đầu tiên
được tạo ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từ trường. AGV tồn tại ở
mức này cho đến giữa những năm 70. Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ
thống để mở rộng khả năng và tính linh hoạt. Xe khơng chỉ cịn được dùng để
kéo rơ mc trong kho, mà cịn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm
việc, và các hệ thống lắp ráp ô tô.

 

4 


Qua nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các
AGV chủ yếu được định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle).
Trong quá trình tự hành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác
nhằm đảm bảo sản phẩm được chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng
được giữa lại hoặc chuyển đến một vị trí khác.
1.1.3. Phân loại AGV


Phân loại theo chức năng: có 4 loại AGV
Xe kéo (Towing Vehicle): Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn

cịn thịnh hành. Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và
chở được từ 8000 đến 60000 pounds. Ưu điểm của hệ thống xe kéo:

- Khả năng chun chở lớn.
- Có thể dự đốn và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở
cũng như đảm bảo an tồn.

- Tăng tính an tồn.

Hình 1.1. Robot AGV kéo xe hàng
Xe chở (Unit Load Vehicle): Xe chở được trang bị các tầng khay chứa
có thể là các nâng, hạ chuyền động bằng băng tải, đai hoặc xích. Loại này có
ưu điểm :

- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.

- Thời gian đáp ứng nhanh gọn.
- Giảm hư hại tài sản.
- Đường đi linh hoạt.

 

5 


- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả

Hình 1.2. Robot AGV xe chở
Xe đẩy (Cart Vehicle): Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ
tiền. Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và các hệ thống lắp ráp.
Xe nâng (Fork Vehicle): Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn
hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá.

Hình 1.3 : Mơ hình AGV xe nâng
 Phân loại theo dạng đường đi: AGV chia làm các loại như sau
Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation) Có thể di
chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động. Đây là loại xe AGV
có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi
chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để
xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống
định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa độ tức thời,…Việc
thiết kế loại xe này địi hỏi cơng nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại

 

6 


AGV khác.
Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation). Xe AGV thuộc loại
này được thiết kế chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các loại đường dẫn
như sau:
Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire)
chôn ngầm dưới nền sàn. Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà
xe có thể di chuyển theo đường dây dẫn. Loại đường dẫn này khơng nằm bên
trên mặt sàn nên có mỹ quan tốt, không ảnh hưởng đến các công việc vận
hành khác. Tuy nhiên khi sử dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ
tính trong dây, đồng thời đường dẫn là cố định và không thể thay đổi được.
Đường ray dẫn: Xe AGV được chạy trên các ray định trước trên mặt
sàn. Loại này chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng. Nó cho phép
thiết kế xe đơn giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh
hoạt thấp.
Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ
sẵn trên sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh
hoạt cao vì trong q trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một
cách dễ dàng nhờ kẻ lại các vạch dẫn. Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có
thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác xe.
1.1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Qua tìm hiểu trên sách báo, internet và các phương tiện thông tin,
truyền thông, chúng em thấy rằng đề tài chế tạo xe tự hành là một đề tài mới,
rất ít được đề cập đến trong nền công nghiệp nước ta, cụ thể là:
Ở trong nước : Ngành tự động hóa trong nước mới chỉ ở những bước
khởi đầu nên vẫn chỉ có rất ít những nghiên cứu về xe tự hành (AGV). Do đó
việc ứng dụng AGV trong cơng nhgiệp ở nước ta vẫn cịn rất hạn chế.
Ở ngồi nước : Hiện nay với trình độ khoa học kĩ thuật phát triển nhất

là về lĩnh vực tự động hóa, đề tài Automatic Guided Vehicle (AGV) đã có

 

7 


những nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế. AGV góp mặt trong hầu hết các
ngành cơng nghiệp thay thế sức lao động của con người trong các lĩnh vực
khác nhau như y tế, nhà xưởng, kho hàng. AGV xuất hiện với đủ mọi hình
dạng, kích thước từ nhỏ bé đến to lớn.
1.2.

Ứng dụng của xe tự hành AGV trong đời sống
Trong cuộc sống hàng ngày cũng đã xuất hiện nhiều ứng dụng dựa trên

xe tự hành AGV, chúng ta có thể liệt kê được một số ứng dụng như sau đây:
1.2.1. Lĩnh vực giao thông vận tải
Đối với việc phát triển xe khơng người lái thì phần mềm đóng vai trị
quan trọng nhất. Nó được ví như não bộ, đảm bảo sự vận hành cho xe. Nếu
trước đây, ô tô đặc trưng bởi động cơ, hộp số, bộ dẫn động, vơ lăng điều
khiển, xăng dầu… thì ngày nay, nó giống như một chiếc máy tính. Phần mềm
và điện đã thay thế chức năng của các yếu tố cơ học, con người và nhiên liệu.
Một chiếc xe hiện đại được điều khiển bởi 80 tới 100 hệ thống nhúng, 90%
sáng tạo của xe hơi hiện nằm ở phần mềm, 100% xe sẽ kết nối với Cloud.

Hình 1. 9. Ứng dụng của xe tự hành vào hệ thống ô tô tự lái
Phát hiện làn đường :
Vấn đề này đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua. Phần lớn các
hệ thống phát hiện làn đường đã được phát triển và ứng dụng trong nhiều loại

xe sang.
Nhận dạng đối tượng :
Đây là một thành phần quan trọng của hệ thống xe tự hành. Gần đây,
cơng nghệ này đã có những bước tiến bộ lớn như nhận dạng được đối tượng

 

8 


tĩnh như xe đạp, người đi bộ, ô tô, biển báo giao thông… và đang tiến tới việc
nhận dạng đối tượng động như xe/người đang di chuyển trên đường thật…
1.2.2. Lĩnh vực y tế
Lĩnh vực y tế có rất nhiều loại rác thải chứa nhiều thành phần độc hại
đối với cơ thể con người vì vậy xe tự hành AGV đã được úng dụng để tự trở
những loại chất thải này giúp con người có thể tránh việc tiếp xúc trực tiếp
với những loại chất thải này.

Hình 1.10 : Hình ảnh xe tự hành AGV kéo trong lĩnh vữ y tế
1.3.

Ứng dụng tự động hóa của xe tự hành AGV

1.3.1. Ứng dụng trong công nghiệp
Xe tự hành AGV được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực cơng nghiệp,
chúng ta có thể liêt kê được một số ứng dụng trong công nghiệp như sau:
a.

Ứng dụng trong các nhà máy sản xuất cung ứng
Phân phối bán thành phẩm, sản phẩm giữa các khâu của dây chuyền sản

xuất, lắp ráp. Xe tự hành AGV kéo hàng đi khắp nhà xưởng, kết nối giữa các
cơng đoạn một cách nhanh chóng. Robot kéo hàng thay thế hệ thống băng tải,
sàn nâng, bàn nâng truyền thống vốn tốn nhiều diện tích, khơng gian và khó
khăn trong lắp đặt, dịch chuyển khi thay đổi quy mô sản xuất.
Vận chuyển, loại bỏ chất thải để tái chế: Xe robocar vận chuyển các
thùng, sọt, giỏ chất thải rắn, thùng chất thải lỏng từ các khu vực gia công, chế
biến đưa ra khu vực tập kết rác thải theo lộ trình được lập sẵn.

 

9 


Thực hiện công tác lưu kho khi vận chuyển các sản phẩm từ cuối dây chuyền
sản xuất về kho tập kết một cách tự động. Sản phẩm được lưu trữ trong các
kho thơng minh sẽ giúp tăng tính tự động cho nhà máy của bạn.
Phân phối – Lưu trữ và thu hồi sản phẩm (xếp chồng trong kệ, giá để hàng
v.v.) với sự kết hợp của các robot cộng tác.
Vận chuyển pallet hàng hóa, xe đẩy hàng một cách nhanh chóng, chính
xác và an tồn.

Hình 1.11 : Hình ảnh mơ hình xe AGV tự hành trong nhà máy
b.

Ứng dụng trong các mơi trương nguy hiểm độc hại
Trong cơng nghiệp có rất nhiều môi trường độc hại nguy hiểm cho con

người như mơi trường có nhiều khí Gas, mơi trường có nhiệt độ lớn…. Những
môi trường này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Vì vậy

những loại xe tự hành cũng được áp dụng chế tạo để giúp con người có thể
điều khiển hoặc phát hiện sự cố gián tiếp.

Hình 1.12 : Hình ảnh xe tự hành hỗ trợ báo cháy và tự động chữa cháy

 

 
10


c.

Ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu các hành tinh

Hình 1.13 : Hình ảnh xe tự hành khám phá hành tinh
Con người đang rất lỗ lực trong việc khám phá, nghiên cứu sự sống
trên nhiều hành tinh khác ngoài trái đất. Tuy nhiên việc khám phá rất nguy
hiểm với con người vì vậy xe tự hành cũng được ứng dụng trên lĩnh vực này.
1.3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Hiện tại thì hệ thống xe tự hành AGV chưa được úng dụng nhiều trong
lĩnh vực nông nghiệp. Tuy nhiên ta cũng có thể liệt kê được một số ứng dụng
như sau:
 Lao động tự động và Robot: Thay thế lao động của con người bằng các
lực lượng tự động hóa là một xu hướng phát triển trên nhiều ngành công
nghiệp và nông nghiệp cũng không ngoại lệ. Hầu hết các lĩnh của nông
nghiệp đều cần nhiều lao động, với các nhiệm vụ lặp đi lặp lại và tiêu chuẩn
hóa. Đó chính là một môi trường lý tưởng cho robot và tự động hóa.
Chúng tơi đã thấy các robot nơng nghiệp, hoặc AgBots, bắt đầu xuất
hiện trên các trang trại và thực hiện các nhiệm vụ từ trồng và tưới nước, đến

thu hoạch và phân loại. Cuối cùng, làn sóng thiết bị thông minh mới này sẽ
giúp sản xuất thực phẩm chất lượng cao hơn và tiết kiệm nhân lực hơn.
 Máy kéo không người lái: Máy kéo là trái tim của một trang trại, được
sử dụng cho nhiều nhiệm vụ khác nhau tùy thuộc vào loại trang trại. Khi các
công nghệ lái xe tự động tiến bộ, máy kéo dự kiến sẽ trở thành các máy móc
được chuyển đổi sớm nhất.

 

 
11


Trong giai đoạn đầu, vẫn cần có con người để thiết lập bản đồ cánh
đồng và các ranh giới, lập trình các đường dẫn tốt nhất bằng phần mềm lập kế
hoạch đường đi và quyết định các điều kiện hoạt động khác. Con người vẫn sẽ
cần thiết trong các công việc sửa chữa và bảo trì thường xuyên.
Tuy nhiên, máy kéo tự động sẽ trở nên có khả năng tự vận hành hơn
theo thời gian, đặc biệt khi có thêm camera và hệ thống thị giác máy, GPS để
điều hướng, kết nối IoT để cho phép giám sát và vận hành từ xa, cũng như
radar và LiDAR để phát hiện và tránh chướng ngại vật. Tất cả những tiến bộ
công nghệ này sẽ làm giảm đáng kể nhu cầu cần có mặt con người để chủ
động kiểm sốt các máy này.
Theo CNH Industrial, một công ty chuyên về thiết bị nông nghiệp và đã
giới thiệu khái niệm máy kéo tự hành vào năm 2016. Trong tương lai, những
máy kéo này sẽ có thể sử dụng ‘dữ liệu lớn’ như thơng tin vệ tinh thời tiết thời
gian thực để tự động tối ưu các hoạt động sản xuất, không phụ thuộc vào sự
điều khiển từ con người và có thể hoạt động bất kể thời gian nào trong ngày.

Hình 1.14 : Máy cày tự hành dùng trong sản xuất Nông nghiệp

 Gieo hạt và trông trọt : Gieo hạt đã từng là một q trình thủ cơng tốn
nhiều cơng sức. Nơng nghiệp hiện đại đã cải thiện điều đó với máy gieo hạt,
có thể bao phủ mặt đất nhanh hơn nhiều so với con người. Tuy nhiên, những
hệ thống này thường sử dụng một phương pháp phân tán, do đó sẽ khơng
chính xác và lãng phí khi hạt giống nằm ngồi vị trí tối ưu. Việc gieo hạt hiệu
quả địi hỏi phải kiểm soát hai biến số: gieo hạt ở độ sâu chính xác và khoảng
cách thích hợp giữa các cây để cây có thể tăng trưởng tối ưu về sau.

 

 
12


Hình 1.15 Hình ảnh máy gieo hạt tự động trong nơng nghiệp
Thiết bị gieo hạt chính xác được thiết kế để tối đa hóa các biến này sau
mỗi lần thực hiện. Việc kết hợp dữ liệu địa lý và dữ liệu cảm biến chi tiết chất
lượng đất, mật độ, độ ẩm và mức độ dinh dưỡng sẽ đưa ra nhiều phỏng đốn
trong q trình gieo hạt.
Trong tương lai, các nhà gieo hạt chính xác sẽ kết hợp với máy kéo tự
hành và hệ thống hỗ trợ IoT cung cấp thông tin cho người nơng dân. Tồn bộ
cánh đồng sẽ hoạt động theo cách này, chỉ với một người duy nhất theo dõi
quá trình qua các dữ liệu video hoặc bảng điều khiển kỹ thuật số trên máy tính
hoặc máy tính bảng, trong khi các hệ thống máy móc đang làm việc ngồi
cánh đồng.
 Làm cỏ và chăm sóc mùa màng : Làm cỏ và kiểm soát dịch hại là hai
vấn đề quan trọng trong chăm sóc mùa màng, và nó rất tiềm năng để ứng
dụng robot tự động.
Robot Bonirob có kích thước bằng một chiếc ơ tơ và có thể điều hướng
tự động thông qua một cánh đồng hoa màu bằng cách sử dụng video, LiDAR

và GPS vệ tinh. Các nhà phát triển của nó đang sử dụng máy học để dạy
Bonirob để xác định cỏ dại trước khi loại bỏ chúng. Với việc học máy tiên
tiến, hoặc thậm chí trí thơng minh nhân tạo (AI) sẽ được tích hợp trong tương
lai, các máy như thế này hồn tồn có thể thay thế nhu cầu của con người để
tự làm cỏ hoặc theo dõi cây trồng.

 

 
13


Hình 1.16 : Robot làm cỏ và chăm sóc cây trồng
Trong khi những ví dụ này là robot được thiết kế để làm cỏ, được trang
bị cảm biến, máy ảnh và máy phun để xác định sâu bệnh và ứng dụng thuốc
trừ sâu.
Những robot này và những hệ thống khác sẽ không hoạt động riêng rẽ
trong các trang trại của tương lai. Chúng sẽ được kết nối với máy kéo tự hành
và IoT, cho phép toàn bộ hoạt động được tự động hóa cao.
1.4.

u cầu thiết kế mơ hình
Trong q trình tìm hiểu và nghiên cứu em đã chọn thiết kế robot phát

hiện sâu bệnh bằng phương pháp nhận dạng đối tượng trong thị giác máy tính.
Với các yêu cầu:

- Chức năng nhận dạng sâu bệnh trên cây dưa chuột. Có thể di chuyển
linh hoạt

- Chụp được ảnh, lưu chữ, truy xuất dữ liệu đơn giản
- Yêu cầu robot có kích thước dài, rộng, cao lần lượt là 50cm, 35cm,
110cm

- Khung robot phải được thiết kế chắc chắn tránh rủi ro khi va chạm.
- Làm việc ổn định trong các điều kiện ánh sáng khác nhau và sai số nằm
ở ngưỡng cho phép.
Như vậy, qua chương 1 chúng ta đã hiểu rõ được kỹ thuật nhận dạng
đối tượng trong thị giác máy tính, một vài ứng dụng của thị giác máy tính
trong đời sống nói chung,cơng nghiệp, nơng nghiệp nói riêng. Từ những cơ sở

 

 
14