luận văn điều khiển agv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TUẤN

ĐIỀU KHIỂN AGV

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 0 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TUẤN

ĐIỀU KHIỂN AGV

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và tên: Nguyễn Anh Tuấn

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 11 – 11 - 1990

Nơi sinh: Kon Tum

Quê quán: Khánh Cư – Yên Khánh – Ninh Bình

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 270 Sư Vạn Hạnh – Kon Tum – Kon Tum
Điện thoại di động: 0937287246Điện thoại nhà riêng: 0603867741
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 9/ 2008

Nơi học (trường, thành phố): THPT Kon Tum
Ngành học:

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 9/ 2012

Nơi học (trường, thành phố):Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Lập Trình PLC S7-300 Cho Hệ Thống Tự Động Hóa MPS 500
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 7 năm 2012
Người hướng dẫn: Ths. Hà Chí Kiên.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác

Thời gian
Tháng 12/2012

Công việc đảm nhiệm

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp. Hồ
Chí Minh

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

i

Giáo viên

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015

Nguyễn Anh Tuấn

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

ii

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thanh Phương, nhờ có sự chỉ
bảo và giúp đỡ của thầy mà đề tài của tôiđã được hoàn thành, đáp ứng các yêu cầu
đặt ra.
Tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn đến TS. Nguyễn Bách Phúc, TS. Lê Mỹ Hà người

đã tận tình nhận xét và giúp tôi hoàn thiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô giáo là giảng viên Khoa
Điện – Điện Tử trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã luôn chỉ
bảo, hướng dẫn, để tôi có đủ kiến thức cũng như kĩ năng thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

iii

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

TÓM TẮT
Robot tự hành (Mobile Robot) là một thành phần có vai trò quan trọng trong
ngành robot học. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ - Điện tử,
robot tự hành ngày một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong công
nghiệp và sinh hoạt. Một vấn đề rất được quan tâm khi nghiên cứu về robot tự hành
là làm thế nào để robot có thể di chuyển tới một vị trí xác định trong không gian.
Bài viết trình bày các quy tắc điều khiển thích nghi ở mức độ mô hình động
học với các thông số vào chưa biết . Điều khiển thích nghi được suy ra từ kỹ thuật
điều khiển backsteping với robot di động, để theo dõi quỹ đạo của nó với một quỹ
đạo tham chiếu cho trước. Đối với các vấn đề này điều khiển đảm bảo sai số của
quỹ đạo và quỹ đạo tham chiếu là nhỏ nhất. Để ổn định các vấn đề được chuyển đổi
thành các tín hiệu lỗi và phản hồi về bộ điều khiển để xử lý.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

iv

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

ABSTRACT
Autonomous robot (Mobile Robot) is a component has an important role in
Robot learning. Also with the strong development of the system - Electronics,
autonomous robot is a perfect day and more show its benefits in industrial and
hoat.Mot matter of great concern to the study of autonomous robot is how robots
can move to a specific location in space. This thesis was undertaken to solve the
above.
This paper presents adaptive control rules, at the dynamics level, for the
nonholonomic mobile robots with unknown dynamic parameters. Adaptive controls
are derived for mobile robots, using backstepping technique, for tracking of a
reference trajectory and stabilization to a fixed posture. For the tracking problem,
the controller guarantees the asymptotic convergence of the tracking error to
zero.For stabilization, the problem is converted to an equivalent tracking problem,
using a time varying error feedback, before the tracking control is applied.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

v

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iii
TÓM TẮT ............................................................................................................... iv
MỤC LỤC ............................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... x
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu chung .................................................................................................. 1
1.1.1 Giới thiệu chung về robot................................................................................. 1
1.1.2 Gới thiệu về AGV ............................................................................................ 2
1.1.3 Các thành phần chính của AGV ....................................................................... 4
1.1.4 Các thiết bị tự động định hướng....................................................................... 5
1.2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới................................................................... 5
1.2.1 Robot dò mìn .................................................................................................... 5
1.2.2 Robot lau sàn nhà ............................................................................................. 6
1.2.3 Robot Cujo ....................................................................................................... 7
1.2.4 Robot vận chuyển thông minh ......................................................................... 8
1.2.5 Robot Kiva ....................................................................................................... 9
1.2.6 Robot-Avata ................................................................................................... 10
1.3 Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 11
1.4 Giới hạn nghiên cứu .......................................................................................... 11

1.5 Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 11
1.6 Kế hoạch thực hiện đề tài .................................................................................. 11
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 12
2.1 Phân loại robot tự hành ..................................................................................... 12
2.1.1 Robot tự hành di chuyển bằng chân (Legged Robot) .................................... 12
2.1.2 Robot tự hành di chuyển bằng bánh (Wheel Robot tự hành)......................... 13
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

vi

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

2.2 Một số dạng điều khiển robot tự hành .............................................................. 17
2.2.1 Điều khiển từ xa bằng tay .............................................................................. 17
2.2.2 Điều khiển từ xa tự bảo vệ ............................................................................. 17
2.2.3 Theo lộ trình ................................................................................................... 18
2.2.4 Robot ngẫu nhiên hoạt động độc lập .............................................................. 18
2.3 Các vấn đề nghiên cứu trên robot di động ........................................................ 18
2.3.1 Phương pháp điều hướng cho robot tự hành .................................................. 19
2.3.2 Phương pháp điều hướng có tính toán ........................................................... 19
2.3.3 Phương pháp điều hướng robot theo phản ứng .............................................. 21
2.3.4 Phương pháp điều khiển lai ghép ................................................................... 22
2.4 Một số phương pháp định vị cho robot di động ................................................ 23
2.4.1 Phương pháp dead-reckoning......................................................................... 23
2.4.2 Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động ......................................................... 23

2.4.3 Phép đo 3 cạnh tam giác dựa vào thu nhận tín hiệu siêu âm ......................... 25
2.4.4 Hệ thống dẫn đường GPS............................................................................... 25
2.4.5 Dẫn đường bằng vật mốc ............................................................................... 26
2.4.6 Định vị dựa trên bản đồ .................................................................................. 28
2.4.7 Xây dựng bản đồ và tổng hợp các cảm biến .................................................. 29
Chƣơng 3: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT TỰ HÀNH ....................... 31
3.1 Động học của Robot .......................................................................................... 31
3.2 Định nghĩa bài toán đường di chuyển ............................................................... 32
3.3 Thiết kế bộ điều khiển chuyển động ................................................................. 33
3.4 Lưu đồ giải thuật ............................................................................................... 34
Chƣơng 4: GIỚI THIỆU VỀ CHÍP LẬP TRÌNH STM32F4 ........................... 35
4.1 Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 .............................................................. 35
4.2 Một vài đặc điểm nổi bật của STM32 ............................................................... 35
4.3 Sự tinh vi ........................................................................................................... 36
4.4 Sự an toàn .......................................................................................................... 37
4.5 Tính bảo mật ..................................................................................................... 37

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

vii

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

4.6 Phát triển phần mềm.......................................................................................... 37
4.7 Dòng Performance và Access của STM32 ....................................................... 38

4.7.1 Giới thiệu bộ xử lý ARM Cortex-M3 ............................................................ 38
4.7.2 Hiệu suất cao .................................................................................................. 39
4.7.3 Dễ sử dụng, phát triển ứng dụng nhanh chóng, hiệu quả............................... 39
4.7.4 Giảm chi phí phát triển và năng lượng tiêu thụ ............................................. 40
4.7.5 Tích hợp khả năng dò lỗi và theo vết trong lập trình ..................................... 40
4.7.6 Chuyển từ dòng xử lý ARM7 sang Cortex-M3 ............................................. 41
Chƣơng 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.................................................................... 42
5.1 Quỹ đạo là hình tròn .......................................................................................... 42
5.2 Quỹ đạo là đường thẳng và hàm step ................................................................ 45
Chƣơng 6: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ............................................................ 46
6.1 Thiết kế .............................................................................................................. 46
6.2 Lập trình cho robot ............................................................................................ 47
Chƣơng 7: KẾT LUẬN ......................................................................................... 50
7.1 Kết quả đạt được ............................................................................................... 50
7.2 Ưu điểm ............................................................................................................. 50
7.3 Điểm mới........................................................................................................... 50
7.4 Một số hình ảnh ................................................................................................. 51
7.5 Hạn chế .............................................................................................................. 52
7.6 Hướng phát triển ............................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 53
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 54

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

viii

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Sơ đồ bánh xe của robot tự hành. .......................................................... 10
Bảng 2.2: Kí hiệu các loại bánh Xe. ....................................................................... 12
Bảng 4.1: So sánh ARM7TDMI-S và Cortex-M3 (100MHz - TSMC 0.18G). ...... 38

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

ix

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Robot dò mìn thế hệ mới........................................................................... 3
Hình 1.2: Robot lau sàn nhà. ..................................................................................... 4
Hình 1.3: Robot Cujo. ............................................................................................... 5
Hình 1.4: Robot tự động vận chuyển hàng vào kho.................................................. 6
Hình 1.5: Robot Kiva. ............................................................................................... 7
Hình 1.6: Robot Avata. ............................................................................................. 7
Hình 2.1: Một số loại robot di chuyển bằng chân. .................................................... 9
Hình 2.2: Các loại bánh xe cơ bản dùng cho robot tự hành. .................................. 10
Hình 2.3: Robot Sojourner. ..................................................................................... 13
Hình 2.4: Robot Airduct. ......................................................................................... 13

Hình 2.5: Robot Khepera. ....................................................................................... 13
Hình 2.6: Robot xe tăng được điều khiển từ xa. ..................................................... 14
Hình 2.7: Robot hút bụi Roomba. .......................................................................... 15
Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc của phương pháp điều khiển có tính toán. ...................... 16
Hình 2.9: Phép đo 3 góc tam giác. .......................................................................... 21
Hình 2.10: Các thành phần của hệ thống GPS ........................................................ 23
Hình 2.11: Phương pháp xác định vị trí dựa vào vật mốc. ..................................... 23
Hình 2.12: Sơ đồ khối chức năng xử lý điều khiển phương tiện giao thông. ......... 25
Hình 2.13: Phương pháp xác định vị trí dựa vào bản đồ. ....................................... 26
Hình 2.14: Mô hình robot của Schiele và Crowley vị trí đặt tại hành lang. ........... 27
Hình 3.1: Cấu tạo của Mobile robot. ....................................................................... 28
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật của robto tự hành. ....................................................... 30
Hình 4.1: Cấu tạo của họ STM32. .......................................................................... 32
Hình 4.2: So sánh hiệu suất giữa ARM7TDMI-S (ARM) và Cortex-M3. ............. 38
Hình 4.3: So sánh kích thước mã lệnh giữa ARM7TDMI-S và Cortex-M3........... 38
Hình 5.1: Quỹ đạo ứng với số lần lặp. .................................................................... 39
Hình 5.2: Quỹ đạo cuối cùng và lúc đầu của Robot. .............................................. 40
Hình 5.3: Sai số với lần lặp thứ i............................................................................. 40
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

x

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Hình 5.4: Quỹ đạo ứng với số lần lặp. .................................................................... 41

Hình 5.5: Quỹ đạo cuối cùng và lúc đầu của Robot. .............................................. 41
Hình 5.6: Quỹ đạo là đường thẳng. ......................................................................... 42
Hình 5.7: Quỹ đạo là hàm step. ............................................................................... 42
Hình 6.1: Cấu tạo tổng thể của thiết bị. .................................................................. 43
Hình 6.2: Sơ đồ lập trình tổng thể của robot. ......................................................... 44
Hình 6.3: Sơ đồ lập trình chi tiết của robot. ............................................................ 45
Hình 6.4: Sơ đồ lập trình chi tiết của robot. ............................................................ 45
Hình 7.1: Không gian hoạt động của robot ............................................................. 47
Hình 7.2: Vị trí của robot trên sân........................................................................... 48
Hình 7.3: Vị trí của robot sau khi di chuyển ......................................................... 48

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

xi

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Chƣơng 1:
TỔNG QUAN
Giới thiệu tổng quan về Robot tự hành và khái niệm cơ bản về AGV. Các thành
phần cấu tạo cơ vản của AGV cũng như các ứng dụng chính của AGV trong sản xuất
và đời sống. Giới thiệu về các kết quả nghiên cứu trên thế giới về các loại AGV.
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Giới thiệu chung về robot
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất

công nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và
liên tục làm năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc trong các môi
trường độc hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các linh kiện
điện tử tạo ra điện thoại, máy tính…một công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác cao. Tuy
nhiên những robot này có một hạn chế chung đó là hạn chế về không gian làm việc.
Không gian làm việc của chúng bị giới hạn bởi số bậc tự do tay máy và vị trí gắn
chúng. Ngược lại, các robot tự hành lại có khả năng hoạt động một cách linh hoạt
trong các môi trường khác nhau.
Robot tự hành là loại mobile robot có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ
mà không cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả năng
nhận biết về môi trường xung quanh. Robot tự hành ngày càng có nhiều ý nghĩa trong
các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống
của con người. Với sự phát triển của ngành robot học, robot tự hành ngày càng có khả
năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng
có nhiều loại khác nhau như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại
dương, robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế,
robot tự hành tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.
Vấn đề của robot tự hành là làm thế nào để robot tự hành có thể hoạt động, nhận
biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu tiên là di chuyển, robot tự
hành nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều
hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế tạo robot tự hành. Trong hiệp hội
nghiên cứu về robot tự hành có 2 hướng nghiên cứu khác nhau:
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

1 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

- Hướng thứ nhất: Nghiên cứu về robot tự hành có khả năng điều hướng ở tốc độ
cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại robot có khả năng hoạt động ở môi
trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại robot này yêu cầu khả năng
tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều
khiển robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp.
- Hướng thứ 2 : Nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành chỉ dùng
để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại robot tự hành này có kết cấu đơn
giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.
Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành được chia làm 2 loại: bài toán toàn
cục(global) và bài toán cục bộ(local). Ở bài toàn cục, môi trường làm việc của robot
hoàn toàn xác định,đường đi và vật cản là hoàn toàn biết trước. Ở bài toán cục bộ, môi
trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết một phần. Các cảm biến và
thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản, vị trí của nó trong môi trường
giúp nó đi tới được mục tiêu.
Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho robot tự hành thường không giống như
các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho robot tự hành, quyết định theo thời gian
thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thông qua các cảm biến, hoặc ở
môi trường trong phòng hoặc ngoài trời, đây là điểm khác biệt lớn nhất so với kỹ thuật
lập kế hoạch ngoại tuyến.Robot tự hành phải có khả năng tự quyết định về phương
thức điều hướng, định hướng chuyển động để có thể tới đích thực hiện nhiệm vụ nhất
định.
Điều hướng cho robot tự hành là công việc đòi hỏi phải thực hiện được một số
khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví dụ như hoạt
động đi tới vị trí cho trước; khả năng phản ứng các sự kiện theo thời gian thực, ví dụ
như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng, sử dụng và duy trì
bản đồ môi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot trong bản đồ đó; khả
năng thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình huống không mong muốn và
khả năng thích nghi với các thay đổi của môi trường hoạt động.
1.1.2 Gới thiệu về AGV

AGV ( AUTOMATED GUIDED VEHICLR): Một phương tiện tự động định
hướng hoặc robot tự hành là một robot di động được định hướng bằng các chỉ dẫn
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

2 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

hoặc các vạch ở dưới sàn nhà hoặc sử dụng camera để quan sát. Chúng được sử dụng
trong các ứng dụng trong công nghiệp, trong các nhà xưởng để vận chuyển các vật
liệu, các sản phẩm trong một không gian hoặc trong nhà xưởng. Ứng dụng robot tự
hành ngày càng được phát triển mạnh trong thời gian gần đây.
Phương tiện tự động định hướng sẽ làm tăng hiệu suất và giảm chi phí bởi vì
nó giúp cho các quá trình tự động hóa tại các cơ sở sản xuất, các kho bãi trở nên linh
hoạt và chính xác hơn. Nó được phát minh đầu tiên vào năm 1953 bởi Barrett
Electronics. Phía sau AGV có thể có các thùng xe đã được gắn cố định vào nó. Các
thùng xe này có thể dùng để di chuyển các nguyên vật liệu hoặc các sản phẩm đã hoàn
thành. AGV có thể chứa các đối tượng, các sản phẩm trong một bệ chứa của nó.Các
sản phẩm này được đặt trên một con lăn và khi muốn lấy chúng ra ta chỉ cần khởi
động hệ thống trên AGV. AGV đã và đang có mặt trong hầu hết các ngành công
nghiệp bao gồm bột giấy, giấy, kim loại, báo chí và các ngành sản xuất khác nhau.
Các công việc như vận chuyển thực phẩm lạnh, các loại thuốc trong bệnh viện cũng
được AGV thực hiện một cách tốt nhất và linh hoạt.
Một AGV cũng có thể được gọi là một phương tiện định hướng laze (LGV). Ở
Đức công nghệ này cũng được gọi là Fahrerlose Transportsysteme (FTS). Những
phiên bản thấp hơn của AGV được gọi là các xe tải tự động định hướng (AGCS) và nó
dùng các dải băng từ ở dưới sàn nhà để xác định vị trí. AGCS được sản xuất với nhiều

mẫu mã và chức năng khác nhau nên được sử dụng để di chuyển các sản phẩm trong
một dây chuyền lắp ráp, vận chuyển hang hóa trong các nhà máy, kho hàng và phân
phối hàng hóa. AGV được đưa ra thị trường vào năm 1950, tại thời điểm đó nó chỉ
đơn giản là một chiếc xe kéo theo các thùng phía sau thay đế cho một đường ray tròn
nhà máy. Trong những năm qua công nghệ ngày càng phát triển và các AGV ngày
càng được sản xuất tinh vi hơn, ví dụ như LGV dùng laze để xác định vị trí. Trong các
quá trình tự động các AGV sẽ được lập trình để có thể giao tiếp với các thiết bị AGV
khác trong hệ thống để đảm bảo sản phẩm được vận chuyên một cách linh hoạt, trơn
tru qua các kho chứa. Ngày nay AGV đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế
các nhà kho, các cơ sở sản xuất và nó đóng một vai trò quan trọng trong việc vận
chuyển hàng hóa một cách an toàn và chính xác.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

3 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

1.1.3 Các thành phần chính của AGV
- Cảm biến: Các cảm biến được đặt phía dưới robot , và có hướng quay xuống
dưới đất. Các cảm biến này dùng để xác định các tuyến đường đi cho robot thông qua
các vạch kẻ ở trong kho bãi hay xí nghiệp.
- Vạch định hướng: AGVs (còn được gọi là xe tự động định hướng hoặc AGCS)
sử dụng các vạch định hướng để xác định các tuyến đường. Có hai loại vạch đó là
vạch từ hoặc vạch màu. AGCS được tích hợp sẵn cảm biến để có thể đi theo vạch dẫn
đường trong nhà kho, ưu điểm của các vạch này là có thể dễ dàng thay đổi hoặc tháo
lắp một cách linh hoạt. Nếu dùng các vạch dò bằng màu thì chi phí ban đầu ít tốn kém

nhưng lưu lượng các thiết bị AGV di chuyển qua lại nhiều dễ dẫn đến hư hỏng. Một từ
trường có thể thay đổi được sẽ được đặt dưới sàn giúp cho việc tìm kiếm dò đường
của robot sẽ dễ dàng hơn và ít bị sai lệch.
-Laze định hướng: Việc dịnh hướng được thực hiện bằng cách gắn các băng từ
trên các nền, hoặc trên cực từ của thiết bị. AGV sẽ mang theo một thiết bị thu và phát
laser trên một trục quay của nó. Tín hiệu laser sẽ được phát đi và nhận lại sau đó các
tọa độ về góc và vị trí của AGV sẽ được tự động tính toán và lưu vào bộ nhớ của nó.
AGV có một bản đồ đã được lưu dữ trong bộ nhớ của nó và nó có thể tự động cập
nhật dựa vào các lỗi trong quá trình hoạt động của nó. Sau đó dựa vào các dữ liệu thu
thập được nó sẽ so sánh với các dữ liệu trong bộ nhớ để xác định đường đi một cách
liên tục và chính xác nhất.
- Con quay điều hướng: Một hình thức khác để xác định tọa độ của AGV đó là
điều hướng quán tính. Với hình thức này hệ thống máy tính sẽ điều khiển và phân
công nhiệm vụ cho các xe. Bộ thu của hình thức này sẽ được gắn ở phía dưới sàn của
nơi làm việc của các thiết bị . AGV sử dụng bộ thu để xác định rằng nó đang hoạt
động ở trong hành trình đó. Một con quay hồi chuyển sẽ xác định các thay đổi nhỏ của
xe và sẽ điều chỉnh lại để cho nó có thể phù hợp với lộ trình của nó. Sai số của thiết bị
này là 1 inch. Con quay hồi tiếp này có thể hoạt động trong nhiều môi trường chật hẹp
hoặc các môi trường liên quan đến nhiệt của hệ thống.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

4 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

1.1.4 Các thiết bị tự động định hƣớng

Có một số loại của AGV chúng bao gồm các loại sau:
- AGV Xe tự động: Là loại AGV với các chức năng đơn giản nhất, dễ thực hiện
và với chi phí nhỏ nhất.
- AGV mang tải: Phương tiện vận chuyển cá nhân ( thường là các pallet, thùng
xe hoặc được đặt phía trên của AGV.
- Tiger AGV: phần đầu là một AGV kéo theo phía sau là các xe kéo mang tải.
- AGV xe nâng tự động: Một xe nâng thông thường đã được chuyển đổi, cải tiến
để trở thành một xe nâng không người lái.
Thông thường AGV sử dụng pin để làm nguồn cung cấp cho hệ thống, Hệ thống
AGV bao gồm nhiều phương tiện di chuyển dọc theo một đường đã được định hướng.
Xe di chuyển được bằng việc sử dụng các công nghệ bao gồm: Sàn bề mặt được gắn
các dải băng hoặc các thanh từ, laser, cảm biến quang học, nan châm và con quay hồi
chuyển. Những công nghệ này cho phép hệ thống AGV dễ dàng thay đổi các tuyến
đường một cách linh hoạt, để đáp ứng với nhũng thay đổi và đưa ra các giải pháp xử
lý tối ưu nhất.
Để kiểm soát thời gian thực, và hệ thống các AGV , máy tính sử dụng phần mềm
và mạng không giây để thu thập dữ liệu của các thiết bị, sau đó hệ thống máy tính sẽ
tính toán các điểm đến và các tuyến đường sao cho logic và hợp lý nhất. Phần mềm
định hướng giao tiếp với các thiết bị thông qua sóng RF. Giao tiếp này bao gồm các
điểm dừng, bắt đầu, thay đổi tốc độ, nâng, hạ, quay, đảo ngược, phân các tuyến đường
đi, giao tiếp với các thiết bị xử lý khác và các hệ thống tự động.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới
1.2.1 Robot dò mìn
Viện nghiên cứu vũ khí công binh thuộc tổng cục trang bị quân đội Trung Quốc
chính thức ra mắt robot dò mìn thế hệ mới do cơ quan này chế tạo sau 8 năm nghiên
cứu. Hiện tại nhóm tác giả đã đăng ký 3 bằng phát minh độc quyền, đồng thời được
nhận giải thưởng của hội phát minh Trung Quốc. Robot này có thể phát hiện ra bom
mìn trong bán kính 400 m và lập tức tiến hành xử lý, trong quá trình cơ động nó hoàn
toàn có thể leo cầu thang, vượt chướng ngại vật để tiếp cận mục tiêu và xử lý
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

5 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

chúng.Kết cấu của robot giúp nó có thể di chuyển trên nhiều loại địa hình khác nhau
phục vụ cho việc rà phá bom mìn.
Với kết cấu bánh xích và các cơ cấu rà phá bom mìn hiện đại nhưng rất gọn gàng
giúp cho robot có các thao tác linh hoạt trong khi thực hiện nhiệm vụ của mình.

Hình 1.1: Robot dò mìn thế hệ mới
1.2.2 Robot lau sàn nhà
Được thiết kế đặc biệt giống như một khối lập phương, robot lau sàn nhà giúp
làm sạch sàn nhà một cách nhanh chóng và thuận tiện nhất. Chúng ta không cần mất
công sức hay thời gian cho việc lau nhà mà chỉ cần nhấn nút và robot này sẽ tự động
làm sạch ngôi nhà trong thời gian nhanh nhất. Robot hút bụi này tự động định vị các
tuyến đường để lau nhà, không lặp lại tuyến đường cũ và biết chọn đường khác khi
gặp phải chướng ngại vật. Với phần cố định giẻ lau phía bên dưới, ta có thể sử dụng
các loại khăn bông, khăn mặt mềm để lau nhà gạch, đá và đặc biệt là lau sàn nhà mặt
gỗ. Với robot này, sàn gỗ sẽ được lau sạch một cách cẩn thận, không để lại vết xước
trên gỗ, không đọng nước khiến gỗ bị ẩm hay mốc. Robot này được định vị bằng GPS,
chính vì thế, sau khi lau xong sàn nhà, robot sẽ tự động dừng lại để bảo quản bin sạc.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

6 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Đây là một sản phẩm hiện đại và văn minh, giúp cho các bà nội trợ bớt vất vả trong
công việc gia đình. Ta có thể làm việc, xem phim, chăm sóc bé yêu trong thời gian
robot lau sàn nhà.

Hình 1.2: Robot lau sàn nhà
1.2.3 Robot Cujo
Cujo là một loại robot có 4 chân với kích thước lớn, có khả năng mang vác vật
nặng, khối lượng mà robot này có thể mang lên tới 182 kg. Đặc biệt là robot có khả
năng cơ động trên nhiều loại địa hình khác nhau mà các loại xe vận chuyển không thể
đi chuyển được. Robot có thể đứng thẳng và có khả năng di chuyển tới 32km mà
không cần ngừng nghỉ. Robot được phát triển bởi hãng Boston Dynamics với chi phí
lên tới 5 triệu đô và thời gian thực hiện là 5 năm. Robot này được ứng dụng trong lĩnh
vực quân sự và nó được xem như là một người lính hậu cần, giúp quân đội chuyên chở
và vận chuyển các loại khí tài trong những địa hình khó khăn.
Robot đã và đang được phát triển để có thể di chuyển xa hơn và có thể mang vác
với khối lượng lớn hơn. Tuy nhiên chi phí để sản xuất và chế tạo là khá lớn, đặc điểm
nổi bật nữa của robot này là di chuyển theo chuyển động của người điều khiển bằng
cách quan sát các hoạt động của người điều khiển và bắt chước lại.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

7 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Hình 1.3: Robot Cujo
1.2.4 Robot vận chuyển thông minh
Robot vận chuyển thông minh đã và đang được ứng dụng trong các nhà máy sản
xuất với quy mô ngày càng nhiều và đa dạng. Nó có khả năng lấy, vận chuyển và đưa
hàng vào kho theo những yêu cầu đã được cài đặt trước. Hiện nay tại Việt Nam robot
này đã được đưa vào hoạt động tại công ty sữa Vinamilk tại Bình Dương. Nó giúp cho
việc vận chuyển hàng hóa trở nên đơn giản, giảm thiểu sức lao động của công nhân và
đặc biệt là robot có khả năng tự sạc bin khi mức bin xuống dưới mức quy định.
Hiện nay các robot này đã và đang được phát triển, ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực trong sản xuất. Tuy nhiên các sản phẩm này chủ yếu là được nhập khẩu từ các
nước khác vì vậy việc nắm bắt công nghệ cũng đang gặp nhiều khó khăn. Giá thành
cao cũng là một vấn đề lớn đối với các doanh nghiệp khi có nhu cầu muốn sử dụng
sản phẩm này.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

8 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Tuy nhiên hiệu quả sử dụng là rất cao và mau chóng thu hồi lại vốn vì có thể
thay thế sức lao động của con người một cách có hiệu quả và làm việc mọi lúc mọi
nơi.

Hình 1.4: Robot tự động vận chuyển hàng vào kho

1.2.5 Robot Kiva
Công ty thương mại điện tử Amazon đã sử dụng robot Kiva để chạy dưới sàn
nhà kho và vận chuyển các kệ hàng nặng 340 kg một cách trình tự và chính xác.
Trước đây, các công nhân của Amazon phải đi bộ hàng cây số trong mỗi ca làm việc,
để lấy từng mặt hàng mà khách đã đặt và chuẩn bị cho việc vận chuyển. Nhưng đến
nay, gã khổng lồ thương mại điện tử đã triển khai hơn 15.000 robot ở khắp các tầng
của nhà kho rộng lớn ở nhiều trung tâm phân phối hàng hóa của Amazon và chúng có
nhiệm vụ di chuyển các kệ hàng đến chỗ nhân viên. Điều này đã giúp cho việc tìm
hàng nhanh chóng gấp nhiều lần trước đây và đôi chân của người lao động được nghỉ
ngơi. Những robot Kiva màu cam di chuyển bằng cách quét mã được dán trên sàn nhà.
Chúng có thể trượt xuống gầm và dịch chuyển các kệ hàng. Hệ thống sử dụng mã
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

9 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

vạch để nhận biết hàng hóa trên mỗi kệ nhằm giúp robot lấy đúng kệ mang tới cho
nhân viên.
Như vậy khi sử dụng robot sẽ tiết kiệm được thời gian, chi phí cũng như là
giảm thiểu sức lao động của con người trong quá trình vận chuyển hàng hóa, sản
phẩm.

Hình 1.5: Robot Kiva
1.2.6 Robot-Avata
Robot chiến đấu này được đặt tên là Robot-Avata, có hình dáng giống người,
biết tự điều khiển xe moto và bắn súng. Robot-Avata đã trình diễn bắn năm phát súng

đều trúng mục tiêu và lái xe qua đoạn đường cong.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

10 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

Hình 1.6: Robot Avata
1.3 Mục đích nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu vào việc lập trình và vận hành robot chạy theo một
quỹ đạo tham chiếu cho trước. Hiện nay có rất nhiều các nghiên cứu về vấn đề liên
quan nhưng chủ yếu là bài toán về tránh vật cản cho robot. Trong công nghiệp nhất là
trong các nhà máy sản xuất quy mô lớn thì vấn đề di chuyển các khối hàng từ vị trí
này đến vị trí khác là rất cần thiết. Vì vậy đề tài nghiên cứu nhằm mục đích đưa ra
cách thực hiện và cụ thể hóa bài toán tìm đường đi cho robot theo một quỹ đạo tham
chiếu cho trước.
Hơn nữa nhằm sử dụng một cách tối ưu công cụ mô phỏng trong matlap để lập
trình cho robot, đây cũng là một tính mới của đề tài khi tiến hành thực hiện.
1.4 Giới hạn nghiên cứu
 Sử dụng các thuật toán điều khiển cổ điển PID để lập trình cho robot.
 Robot chỉ hoạt động trong một vùng không gian cho trước giới hạn về độ chính
xác vì không sử dụng hệ thống định vị GPS.
 Robot chỉ hoạt động trong nhà hoặc trong vùng không gian nhỏ.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
 Phương pháp đọc hiểu.
 Phương pháp so sánh và kiểm chứng các kết quả trong và ngoài nước.

HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

11 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển AGV

 Phương pháp phân tích vấn đề.
 Phương pháp tuyến tính hồi tiếp để xử lý tín hiệu
1.6Kế hoạch thực hiện đề tài
 Từ tháng 10 năm 2014 đến tháng 4 năm 2015.

Chƣơng 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trình bày về việc phân loại các robot tự hành đang được sử dụng hiện nay,
những ưu và nhược điểm của mỗi loại. Tìm hiểu về các bài toán trên robot tự hành và
các phương pháp địn vị và điều hướng cho robot tự hành.
2.1 Phân loại robot tự hành
Robot tự hành được chia làm 2 loại chính đó là loại robot tự hành chuyển động
bằng chân và robot tự hành chuyển động bằng bánh.Ngoài ra một số loại robot hoạt
động trong các môi trường đặc biệt như dưới nước hay trên không thì chúng được
trang bị cơ cấu di chuyển đặc trưng.
2.1.1 Robot tự hành di chuyển bằng chân(Legged Robot)
Ưu điểm lớn nhất của loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển trên các
địa hình gồ ghề. Hơn nữa chúng còn có thể đi qua những vật cản như hố, vết nứt sâu.
Nhược điểm chính của robot loại này chính là chế tạo quá phức tạp. Chân robot là kết
cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng lượng của robot đồng thời

giảm tốc độ di chuyển. Các kĩ năng như cầm, nắm hay nâng tải cũng là nguyên nhân
làm giảm độ cứng vững của robot. Robot loại này càng linh hoạt thì chi phí chế tạo
càng cao.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn

12 GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương