LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
oOo



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG
VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA


GVHD : KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC
SVTH : VŨ MINH HOÀNG
LỚP : DD08KSTD
MSSV : 40800732






TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Thành phố Hồ Chí Minh o0o
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Chú ý:
Sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh
HỌ VÀ TÊN: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732
NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP: DD08KSTD

1-Đầu đề luận án
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA

2-Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)





3-Ngày giao nhiệm vụ luận án:
4-Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
5-Họ và tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn
1.
2.
3.

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn.

Ngày……tháng…….năm 200…
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)






PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (Chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ của luận án:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ***
Ngày___tháng____năm_______
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn)
1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732
Chuyên ngành: Điều khiển tự động
2. Đề tài:
Xây dựng mô hình mạng không dây

điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa

3. Họ và tên người hướng dẫn: KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang: Số chương:
Số bảng số liệu: Số hình vẽ:
Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:
Sản phẩm:
5. Tổng quát các bản vẽ:
Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác:
Số bản vẽ tay: Số bản vẽ máy tính:
6. Những ưu điểm chính của luận án tốt nghiệp:




7. Những khuyết điểm chính của luận án tốt nghiệp




8. Đề nghị: Được bảo vệ
º
Bổ sung thêm để bảo vệ
º
Không được bảo vệ
º

9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng:
a)

b)

c)

10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình)……………….Điểm: ……./10
Kí tên (ghi rõ họ tên)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ***
Ngày___tháng____năm_______
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người phản biện)
1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732
Chuyên ngành: Điều khiển tự động
2. Đề tài:
Xây dựng mô hình mạng không dây

điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa

3. Họ và tên người hướng dẫn: KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang: Số chương:
Số bảng số liệu: Số hình vẽ:
Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:
Sản phẩm:
5. Tổng quát các bản vẽ:
Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác:

Số bản vẽ tay: Số bản vẽ máy tính:
6. Những ưu điểm chính của luận án tốt nghiệp:




7. Những khuyết điểm chính của luận án tốt nghiệp




8. Đề nghị: Được bảo vệ
º
Bổ sung thêm để bảo vệ
º
Không được bảo vệ
º

9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng:
a)

b)

c)

10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình)……………….Điểm: ……./10
Kí tên (ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

ii


Lời cảm ơn
Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thầy tận tuỵ

trên giảng đường. Những tấm gương đã dạy cho em nhiều điều hơn
kiến thức, đó là nhân cách và tấm lòng.
Xin được cảm ơn những tháng ngày học tập và hoạt động dưới mái
trường Bách Khoa thân yêu. Hành trang vào đời không chỉ có những
điều thầy đã dạy, mà còn mang theo cả bản lĩnh và nhiệt huyết của
tuổi trẻ ta có được sau hơn 4 năm rèn luyện tại trường.
Xin cảm ơn những người bạn chân thành tôi đã có, những người
cùng tôi vượt qua nhiều thử thách, cùng chia sẻ thành công, thất bại,
niềm vui, nỗi buồn những ngày qua.
Cảm ơn gia đình. Điểm tựa vững chắc nhất cho tất cả những thành
công trong cuộc sống.
Xin được chân thành cảm ơn thầy Phan Nguyễn Phục Quốc đã tận tình
chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn
tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn câu lạc bộ nghiên cứu khoa học khoa Điện – Điện tử và
những người bạn ở phòng TT-Lab đã giúp đỡ, ủng hộ tôi về mặt ý tưởng
luận văn cũng như về mặt tinh thần để tôi có đủ bản lĩnh và ý chí hoàn
thành quãng đường học tập tại đại học Bách Khoa.
Vũ Minh Hoàng
Hồ Chí Minh, Ngày 17 tháng 12 năm 2012

iii

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn này nhằm mục tiêu thiết kế và xây dựng một hệ thống robot tự động vận chuyển
hàng hóa có một trạm điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ phân phối đường chạy, cập nhật vị
trí các robot slave và xử lý các trường hợp xung đột làn đường. Việc lựa chọn đề tài này
nhằm các mục đích sau:
Mục đích thứ nhất là ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
Mục đích thứ hai là đáp ứng nhu cầu từ thực tế cần một hệ thống robot vận chuyển hàng

hóa tự động trong các kho hàng nhằm giải phóng sức lao động của con người.
Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp đại học, ở đây ta chỉ xây dựng một mô hình hệ
thống thử nghiệm, nghĩa là giải thuật chương trình trên mô hình có thể áp dụng trực tiếp vào
hệ thống vận hành thật sự với một số các ràng buộc về phần điện.
Mô hình trong luận văn được thiết kế gồm hai robot slave di chuyển trên sàn làm việc theo
phương pháp dò line được điều khiển bởi vi điều khiển ARM Cortex M3 LM3S5R31 và một
master làm trạm điều hành trung tâm sử dụng vi điều khiển ARM Cortex M4 LM4F232 của
hãng Texas Instrument. Master và các robot slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua sóng RF sử
dụng module eZ430-RF2500 theo giao thức được quy định.
Luận văn đã thực hiện được mô hình hệ thống khá ổn định. Trong đó các robot slave đã
vận chuyển các gói hàng đúng theo mong muốn của người vận hành và có khả năng tránh va
chạm ở các giao lộ. Chương trình trên máy tính thể hiện chính xác vị trí robot ở lần cập nhật
vị trí cuối cùng trên sàn làm việc. Giao thức mạng được thiết lập cho phép master có thể kiểm
soát sự tồn tại của các slave trong mạng, từ đó sẽ có các quyết định phân phối làn đường hợp
lý. Giao thức mạng tạo ra các địa chỉ ứng với từng đối tượng trong mạng cho phép master và
slave giao tiếp với nhau nhanh chóng và chính xác.
Tuy còn một số hạn chế nhưng đề tài đã tạo được một mô hình hệ thống vận chuyển hàng
hóa tự động khá ổn định và có nhiều khả năng ứng dụng nếu được tiếp tục phát triển.


iv

MỤC LỤC

Trang bìa i
Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt Luận văn iii
Mục lục iv
Danh sách hình ảnh vii

Danh sách bảng biểu x

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Sơ lược về robot: 1

1.2 Robot tự hành: 2

1.2.1 Robot tự hành theo đường lập trình sẵn: 3

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới: 3

1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam: 4

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 5

2.1 Các vấn đề cần giải quyết 5

2.2 Hướng giải quyết đề nghị 5

2.3 Phạm vi của luận văn 6

2.4 Sơ đồ tổng quát mô tả các module sử dụng trong luận văn 6

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

3.1 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 8

3.1.1 Giới thiệu về Module RF Transceiver CC2500: 8

3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500: 9

3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 9

3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274: 10

3.2 Giới thiệu PIF 5R31 Development Kit: 11

3.2.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM3S5R31: 12

3.2.2 Module System Timer: 13

3.2.3 Module General Timer: 14

3.2.4 Module Pulse Width Modulator (PWM): 15


v

3.2.5 Module Quadrature Encoder Interface (QEI): 16

3.2.6 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): 17

3.2.7 Module Analog-to-Digital Converter (ADC): 18

3.3 Giới thiệu TI EKS-LM4F232 Evaluation Kit: 19

3.3.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM4F232: 21

3.3.2 Module General Timer (GPTM): 23

3.3.3 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): 24

3.4 Giới thiệu Module RFID: 25

3.4.1 Khái niệm RFID: 25

3.4.2 Các phương thức truyền thông của công nghệ RFID: 25

3.4.3 Các thành phần của một hệ thống RFID: 26

3.4.4 Giới thiệu các thành phần RFID sử dụng trong luận văn: 26

3.5 Động cơ DC Servo: 27

3.5.1 Giới thiệu: 27

3.5.2 Điều khiển động cơ DC servo: 28

3.5.3 Thuật toán PID: 28

3.5.4 Mạch cầu H: 32

3.6 Điều khiển robot bám theo line: 35

3.6.1 Nguyên tắc phân biệt line đen và trắng: 35

3.6.2 Nguyên tắc điều khiển robot bám theo line: 37

3.6.3 Áp dụng thuật toán PID vào dò line: 39

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 40

4.1 Mạch điện tử: 40

4.1.1 Mạch dò line: 40

4.1.2 Mạch cầu H: 42

4.1.3 Mạch Stamp slave: 44

4.2 Thiết kế và thi công cơ khí: 46

4.2.1 Thiết kế và thi công sàn làm việc của robot: 46

4.2.2 Thi công mô hình robot: 50

4.3 Xây dựng giải thuật giao tiếp trong mạng không dây: 51

4.3.1 Các quy tắc giao tiếp trong mạng: 51

vi

4.3.2 Cấu trúc frame truyền trong mạng: 51

4.4 Giải thuật chương trình vi điều khiển: 53

4.4.1 Giải thuật chương trình MCU trên module eZ430-RF2500: 53

4.4.2 Giải thuật chương trình trên vi điều khiển của Master: 57

4.4.3 Giải thuật chương trình trên vi điều khiển của Slave: 62

4.5 Chương trình trên máy tính: 76

4.5.1 Chương trình viết bằng ngôn ngữ C#: 77

4.5.2 Chương trình viết bằng ngôn ngữ Python 2.7.3: 78

CHƯƠNG 5

VẬN HÀNH VÀ KẾT QUẢ 79

5.1 Vận hành: 79

5.2 Kết quả: 82

CHƯƠNG 6

KẾT LUẬN 83

6.1 Những kết quả đạt được: 83

6.2 Khả năng ứng dụng: 83

6.3 Những hạn chế còn tồn tại và hướng giải quyết: 83

6.4 Hướng phát triển của đề tài: 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 86

PHỤ LỤC 87




vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hình ảnh một số robot 1

Hình 1.2 Hình ảnh một số robot tự hành 2

Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva 4

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 6

Hình 3.1 Module CC2500 8

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong module CC2500 9

Hình 3.3 Module eZ430-RF2500 10

Hình 3.4 Sơ đồ khối bên trong MSP430F2274 11

Hình 3.5 Kit phát triển PIF 5R31 11

Hình 3.6 Sơ đồ khối vi điều khiển LM3S5R31 13

Hình 3.7 Sơ đồ khối Module General Timer 14

Hình 3.8 Sơ đồ khối module PWM 16

Hình 3.9 Sơ đồ khối bộ phát xung 16

Hình 3.10 Sơ đồ khối bộ QEI 17

Hình 3.11 Sơ đồ khối bộ UART 18

Hình 3.12 Sơ đồ khối bộ ADC 19

Hình 3.13 EKS-LM4F232 Evaluation Kit 20

Hình 3.14 Sơ đồ khối EKS-LM4F232 Evaluation Kit 20

Hình 3.15 Sơ đồ khối vi điều khiển LM4F232 22

Hình 3.16 Sơ đồ khối module General Timer LM4F232 23

Hình 3.17 Sơ đồ khối bộ UART LM4F232 24

Hình 3.18 Module Reader RFID ACE630 26

Hình 3.19 Frame dữ liệu của module Reader RFID ACE630 26

Hình 3.20 Thẻ (Tag) 125 kHz 27


viii

Hình 3.21 Mô hình một hệ thống servo 27

Hình 3.22 Động cơ DC servo sử dụng trong luận văn 28

Hình 3.23 Bộ điều khiển PID 32

Hình 3.24 Thiết kế cơ bản của mạch cầu H 32

Hình 3.25 Mạch cầu H chế độ thuận 33

Hình 3.26 Mạch cầu H chế độ nghịch 33

Hình 3.27 Sơ đồ cấu tạo của IR2184 34

Hình 3.28 Quang trở 35

Hình 3.29 Mạch ứng dụng quang trở 36

Hình 3.30 Cách sắp xếp quang trở và Led trên mạch dò line 37

Hình 3.31 Mạch dò line sử dụng 4 cảm biến 37

Hình 3.32 Trường hợp robot chạy giữa line 38

Hình 3.33 Trường hợp robot chạy lệch phải 38

Hình 3.34 Trường hợp robot chạy lệch trái 39

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch dò line 41

Hình 4.2 Hình thực tế mạch dò line 41

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 43

Hình 4.4 Hình thực tế mạch cầu H 43

Hình 4.5 Sơ đồ khối mạch Stamp slave 45

Hình 4.6 Hình thực tế mạch stamp và kết nối với board MCU slave 46

Hình 4.7 Bản thiết kế một block 47

Hình 4.8 Số thứ tự các point trong 1 block 48

Hình 4.9 Kích thước chi tiết sàn làm việc của robot 49

Hình 4.10 Vị trí các point trên sàn làm việc của robot 49

Hình 4.11 Mô hình cơ khí robot slave 50

ix

Hình 4.12 Mô hình robot slave hoàn chỉnh 50

Hình 4.13 Cấu trúc frame hoàn chỉnh 51

Hình 4.14 Frame slave truyền để đăng ký sự hiện diện 52

Hình 4.15 Frame slave truyền vị trí hiện tại của nó 52

Hình 4.16 Frame slave truyền mã số gói hàng 52

Hình 4.18 Frame slave trả lời xác nhận việc đã nhận frame thành công 52

Hình 4.19 Frame master truyền kiểm tra sự tồn tại của slave 52

Hình 4.20 Frame master truyền yêu cầu slave dừng/chạy 53

Hình 4.21 Frame master truyền địa chỉ kho của gói hàng 53

Hình 4.22 Frame master truyền xác nhận việc nhận 1 frame thành công 53

Hình 4.23 Frame truyền từ module eZ430-RF2500 đến master/slave 54

Hình 4.24 Frame truyền từ master/slave đến module eZ430-RF2500 54

Hình 4.25 Mô hình giao tiếp giữa master với các module 57

Hình 4.26 Các module sử dụng trên vi điều khiển của master 57

Hình 4.27 Các module sử dụng trên vi điều khiển của robot slave 63

Hình 4.28 Quy định về biến định vị hướng của robot 71

Hình 4.29 Giao diện chương trình viết trên C# 77

Hình 4.30 Cửa sổ thiết lập kết nối UART 77

Hình 4.31 Cửa sổ thay đổi vị trí kho hàng 78

Hình 4.32 Cửa sổ chương trình trên Python 78




x

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng đặc điểm các tần số của sóng radio 25




1

TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về robot:
Robot được định nghĩa là một máy cơ khí được thiết kế để làm các công việc thay cho con
người. Các bộ phận trên robot ứng dụng cơ điện tử và được điều khiển bởi một chương trình

máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot có thể được phân loại ra các dạng tự
động hoàn toàn, bán tự động và điều khiển từ xa.
Trên thế giới ngày nay, robot được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, và phụ thuộc vào
từng lĩnh vực sẽ yêu cầu robot có các thiết kế, cấu trúc và chức năng khác nhau. Từ đó robot
có thể được phân loại thành các dạng chính như: robot tự hành (robot di động, mobile robot),
robot công nghiệp, robot cộng tác (collaborative robot), robot quân sự.

Hình 1.1 Hình ảnh một số robot



2

TỔNG QUAN
1.2 Robot tự hành:
Trong các loại robot trên thì robot tự hành được ứng dụng rộng rãi nhất trong mọi lĩnh vực,
mọi môi trường. Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước,
không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di chuyển
trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm. Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có
thể chia robot tự hành làm 2 lớp: chuyển động bằng chân (legged) và bằng bánh (wheeled).
Trong lớp đầu tiên, chuyển động có được nhờ các chân cơ khí bắt chước chuyển động của con
người và động vật. Robot loại này có thể di chuyển rất tốt trên các định hình lồi lõm, phức
tạp. Tuy nhiên, cách phối hợp các chân cũng như vấn đề giữ vững tư thế là công việc cực kỳ
khó khăn. Lớp còn lại (di chuyển bằng bánh) tỏ ra thực tế hơn, chúng có thể làm việc tốt trên
hầu hết các địa hình do con người tạo ra. Điều khiển robot di chuyển bằng bánh cũng đơn
giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo tính ổn định cho robot. Lớp này có thể chia làm 3 loại
robot: Loại chuyển động bằng bánh xe (phổ biến), loại chuyển động bằng vòng xích (khi cần
mô men phát động lớn hay khi cần di chuyển trên vùng đầm lầy, cát và băng tuyết), và loại
hỗn hợp bánh xe và xích (ít gặp).

Hình 1.2 Hình ảnh một số robot tự hành



3

TỔNG QUAN
Tiềm năng ứng dụng của robot tự hành hết sức rộng lớn. Có thể kể đến robot vận chuyển
vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay và thư viện; robot phục vụ
quét dọn đường phố, khoan chân không; robot kiểm tra trong môi trường nguy hiểm; robot
canh gác, do thám; robot khám phá không gian, di chuyển trên hành tinh; robot hàn, sơn trong
nhà máy; robot xe lăn phục vụ người khuyết tật; robot phục vụ sinh hoạt gia đình v.v
1.2.1 Robot tự hành theo đường lập trình sẵn:
Một ứng dụng được nghiên cứu từ rất sớm của robot tự hành đó là robot tự hành theo
đường lập trình sẵn (automatic guided vehicle (AGV)). AGV là robot tự hành di chuyển theo
những đường line hoặc những điểm mốc trên sàn nhà hoặc sử dụng laser hoặc xử lý ảnh. Loại
robot này được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp để vận chuyển các vật liệu xung
quanh những máy sản xuất hoặc trong nhà kho. Trong ứng dụng robot vận chuyển vật liệu
này, điều khó khăn nhất đó là việc dẫn đường cho robot. Thông thường nếu nhà máy chỉ có
một robot tự hành thì việc robot di chuyển theo tuyến đường cố định khá đơn giản. Tuy nhiên
khi nhà máy có nhiều robot tự hành di chuyển trùng tuyến đường với nhau thì việc dẫn đường
cho từng robot di chuyển lại khó khăn hơn rất nhiều.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới:
Việc phát triển hệ thống robot tự hành tự định vị và dẫn đường đã được rất nhiều công ty,
trường đại học trên thế giới nghiên cứu nhưng đến nay chỉ có hệ thống robot Kiva do công ty
Kiva Systems phát triển và sản xuất là gây được tiếng vang trên thế giới. Hiện hệ thống này
đã được sử dụng trong kho hàng của một số công ty lớn trên thế giới như hệ thống cửa hàng
Amazon.

4

TỔNG QUAN

Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam:
Ở Việt Nam hiện nay hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa trong sản xuất cũng đã
được áp dụng trong một số nhà máy lớn như nhà máy gạch Đồng Tâm ở dạng đơn giản.
Hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa có khả năng ứng dụng vào bất cứ ngành nào
có nhu cầu vận chuyển số lượng lớn hàng hóa đến nhiều điểm khác nhau như trong ngành
hàng không chuyển các valy hành lý của hành khách về máy bay, trong các nhà máy cần vận
chuyển nguyên liệu đến các máy khác nhau hoặc vận chuyển thành phẩm đến chứa ở nhiều
kho riêng biệt.
Nói tóm lại ngày nay nhu cầu ứng dụng hệ thống vận chuyển hàng hóa tự động là rất lớn.
Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng thành công hệ thống vận chuyển này ở Việt Nam có ý
nghĩa rất lớn trong việc áp dụng khoa học kỹ thuật giải phóng sức lao động của con người và
nâng cao năng suất lao động.




5

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Luận văn nhằm xây dựng một hệ thống các robot tự động vận chuyển hàng hóa từ một tổng
kho đến các kho phụ tùy thuộc vào gói hàng và có khả năng chọn được tuyến đường ít xung
đột nhất.
Hệ thống cơ bản gồm một trung tâm điều khiển (master) và các slave.

2.1 Các vấn đề cần giải quyết
 Làm sao để các robot slave di chuyển giữa các kho hàng.
 Làm sao để các robot slave không va chạm nhau tại các giao lộ.
 Làm sao để các robot slave nhận ra gói hàng.
 Làm sao để người sử dụng có thể điều khiển phân phối vị trí kho hàng cho các gói
hàng dễ dàng.
2.2 Hướng giải quyết đề nghị
 Để di chuyển giữa các kho hàng thì tôi lựa chọn phương pháp dò line. Phương pháp
này được lựa chọn vì tính dễ sử dụng, tính chính xác và có lợi về mặt kinh tế.
 Để các robot slave có khả năng phát hiện ra nhau để tránh va chạm thì ta sử dụng
một master quản lý vị trí các robot slave. Khi master phát hiện ra có hai robot đang đến cùng
một giao lộ thì master sẽ ra lệnh cho robot đến giao lộ sau (thông báo lên master muộn hơn)
phải dừng lại chờ robot đến trước qua khỏi giao lộ thì robot đến sau sẽ được tiếp tục chạy.
Một vấn đề phát sinh là làm sao các robot slave có thể truyền vị trí của nó lên master xử lý
xung đột? Đây là một bài toán về định vị và dẫn đường (localization, navigation). Trong luận
văn này tôi lựa chọn các lưu bản đồ sàn làm việc trên robot slave và việc dẫn đường cũng
được thực hiện trên slave, master chỉ chỉ ra một số mốc trong việc dẫn đường, còn lại sẽ được
xử lý hoàn toàn trên slave.
Từ đây lại nảy sinh ra một vấn đề nữa là làm sao để các slave có thể giao tiếp với master?
Một đòi hỏi bắt buộc là giao tiếp phải là không dây và tốc độ phải đủ nhanh cho phép master
cập nhật các yêu cầu từ slave và ra lệnh cho slave nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu thời gian
thực. Ở luận văn này tôi chọn phương án sử dụng mạng RF dùng module eZ430-RF2500 của
TI để thực hiện.



6

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
 Để nhận diện các gói hàng thì ở luận văn này tôi sử dụng công nghệ RFID với mỗi

gói hàng tương ứng với một thẻ Tag RFID.
 Để người sử dụng giao tiếp với master một cách trực quan thì sẽ có chương trình
trên máy tính cho phép người sử dụng có thể cấu hình vị trí kho hàng cho các gói hàng dễ
dàng.
2.3 Phạm vi của luận văn
 Xây dựng mô hình robot slave có khả năng di chuyển theo line một cách hoàn
chỉnh.
 Xây dựng mô hình trạm điều khiển master.
 Xây dựng cấu trúc mạng không dây dùng giao tiếp giữa các slave với master mà sẽ
ứng dụng cấu trúc đó vào mạng RF trong luận văn này.
 Lập trình phần mềm cho phép tương tác giữa người dùng và master một các trực
quan nhất.
2.4 Sơ đồ tổng quát mô tả các module sử dụng trong luận văn

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống
Board Slave sẽ điều khiển hai động cơ của robot thông qua mạch công suất cầu H sao cho
robot bám theo line được thiết lập sẵn. Board slave sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến dò line sử
dụng ADC. Board Slave giao tiếp với module reader ACE630 và module eZ420-RF2500 qua
chuẩn UART.



7

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Board master sẽ nhận bản tin từ slave nhờ giao tiếp với board eZ430-RF2500 sử dụng
chuẩn UART và giao tiếp với máy tính cũng sử dụng chuẩn UART.
Master và slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua môi trường RF sử dụng module eZ430-
RF2500 của hãng Texas Instrument.

8

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2 đã trình bày các vấn đề sẽ được nghiên cứu trong luận văn cũng như đề xuất các
giải pháp thực hiện. Chương này sẽ giới thiệu các lý thuyết liên quan, trình bày các phương
pháp nghiên cứu và thực hành cụ thể, đồng thời phân tích, đánh giá, làm rõ và lý giải cho sự
các lựa chọn đó.
3.1 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500:
Với yêu cầu phải lựa chọn một hệ thống truyền nhận không dây để ứng dụng vào luận văn
này, em lựa chọn mạng RF sử dụng module eZ430-RF2500 của hãng Texas Instrument do
tính dễ sử dụng và ổn định của sản phẩm này.
Khi cần mở rộng hệ thống có thể chọn mạng WiFi giao thức TCP/IP để có khoảng cách và
tốc độ truyền nhận cao hơn. Trong khuôn khổ luận văn này, do hệ thống nhỏ và thời gian phát
triển ngắn nên chỉ dừng lại ở hệ thống sử dụng mạng RF.
3.1.1 Giới thiệu về Module RF Transceiver CC2500:
CC2500 là một bộ thu phát 2.4 GHz được thiết kế cho những ứng dụng không dây tiết
kiệm năng lượng. Bộ thu phát này được tích hợp bộ điều biến dải nền có thể tùy chỉnh được
cho phép thay đổi tốc độ truyền lên đến 500 kBaud.
Những thông số hoạt động và bộ nhớ truyền nhận (FIFO) của CC2500 có thể được điều
khiển thông qua giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface). Thông thường, CC2500 được sử
dụng cùng với 1 vi điều khiển và một vài linh kiện thụ động trong hệ thống.

Hình 3.1 Module CC2500



9

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong module CC2500
3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500:
− Độ nhạy cao (-104 dBm ở tốc độ 2.4 kBaud, tỷ lệ lỗi gói 1%).
− Tiêu thụ ít năng lượng (dòng tiêu thụ 13.3 mA ở tốc độ 250 kBaud).
− Khả năng chọn lọc dữ liệu thu được.
− Có thể thay đổi tốc độ từ 1.2 đến 500 kBaud.
− Dải tần hoạt động: 2400 – 2483.5 MHz.
3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500:
eZ430-RF2500 là một module giao tiếp USB và truyền nhận dữ liệu không dây do hãng
Texas Instrument sản xuất. eZ430-RF2500 được phát triển dựa trên MSP430F2274 kết
hợp với chip CC2500 truyền nhận tín hiệu ở vùng tần số 2.4 GHz, tích hợp sẵn cảm biến
nhiệt độ. Do đặc điểm dòng MSP430 có những ưu thế về năng lượng nên đáp ứng được
những nhu cầu trong thiết bị di động.
Bộ eZ430-RF2500T là một sản phẩm có thể làm việc với đầu cắm USB như một hệ
thống độc lập với cảm biến bên ngoài. Hoặc sử dụng thiết kế mở rộng với những module
ngoại vi. Với giao diện gỡ lỗi USB cho phép sản phẩm có thể truyền và nhận dữ liệu từ xa
từ máy tính cá nhân sử dụng truyền nhận nối tiếp UART.



10

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3.3 Module eZ430-RF2500
3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274:
MSP430F2274 là vi điều khiển 16bit tiết kiệm năng lượng thuộc dòng MSP430 của hãng

Texas Instrument với một số thông số nổi bật sau:
− Nguồn điện thế sử dụng trong khoảng từ 1.8V đến 3.6V.
− Nguồn tiêu thụ cực thấp.
o Chế độ hoạt động: 270 µA tại 1MHz và 2.2V.
o Chế độ ngủ: 0.7 µA.
o Chế độ không hoạt động: 0.1 µA.
− Thời gian thức dậy từ chế độ ngủ là ít hơn 1µs.
− Cấu trúc RISC 16 bit, mỗi chu kỳ lệnh hoạt động mất 62.5ns.
− Có hai thanh ghi cho Timer_A, Timer_B 16 bit.
− Hỗ trợ các giao diện giao tiếp nối tiếp như: UART, SPI, I2C, IrDA.
− Bộ chuyển đổi ADC 10-bit với tốc độ chuyển đổi lên tới 200ksps.
− Bộ nhớ bao gồm 32KB + 256B Flash Memory, 1KB RAM.