Báo cáo nhập môn ngành điện đề tài tìm hiểu về mobile robot

Ngược lại, Mobile Robot là lại Robot di động có thể di chuyển từ khônggian này đến không gian khác một cách độc lập hay được điều khiển từ xa, do đótạo không gian hoạt động lớn.Từ năm 19

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Báo cáo

NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN

Đề tài:

Tìm hiểu về mobile robot

Sinh viên thực hiện: Ngô Việt Anh

MSSV : 20200022

Hà Nội, 12-2023

Mục lục

I Giới Thiệu Chung 3

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN: 3

2 PHÂN LOẠI MOBLIE ROBOT 7

3 ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT 7

4 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE ROBOT 9

II CÁC THÁCH THỨC GẶP PHẢI CỦA MOBILE ROBOT 11

1 Tương tác hướng đến con người 11

2 Xây dựng rô bốt dựa trên sinh học 11

3 Đa chức năng 11

4 Giao tiếp giữa Robot 11

5 Giá trị đạo đức 11

III XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MOBILE ROBOT 12

I Giới Thiệu Chung

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN:

Hình dạng Robot xuất hiện đầu tiên ở nước Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào những năm 50 của thế

kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực điện tử đã xuất hiện Tuy nhiên, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động, các tay máy này hoạt động hạn chế quanh vị trí của nó Ngược lại, Mobile Robot là lại Robot di động có thể di chuyển từ không gian này đến không gian khác một cách độc lập hay được điều khiển từ xa, do đó tạo không gian hoạt động lớn

Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong cuộc chiến thế giới lần thứ II, những con Robot di động đầu tiên xuất hiện Nó là kết quả của những thành tựu công nghệ trong những lĩnh vực nghiên cứu mới có liên quan như khoa học máy tính và điều khiển học, hầu hết chúng là những quả bom bay, ví dụ như những quả bom chỉ nổ trong những dãy mục tiêu nhất định, sử dụng trong hệ thống hướng dẫn vad rada điều khiển Tên lửa V1 và V2 có “ phi công tự động” và hệ thống phát nổ, chúng

là tiền thân của đầu đạn hạt nhân tự điều khiển hiện đại

Từ năm 1948 đến 1948: W.Gray Walter tạo nên Elmer và Elsie, hai con Robot trông giống con đồi mồi Về mặc hành chính, chúng được gọi là Machina Speculatrix bởi vì những con Robot này hoạt động trong môi trường như những chú chim đồi mồi Elmer và Elsie được trang bị một bộ cảm biến sáng Nếu chúng nhận ra một nguồn sáng, chúng sẽ di chuyển về phía nguồn sáng Chúng có thể tránh hoặc chuyển những chướng ngại trên đường di chuyển Những con Robot này chứng mình rằng những cử chỉ phức tạp có thể phát sinh từ một thiết kế đơn giản Elmer và Elsie chỉ được thiết kế tương đương hai tế bào thần kinh

Từ năm 1961 đến 1963: Trường đại học Johns Hopkins phát triển “Beast”

Beast sử dụng hệ thống định vị di chuyển xung quanh Khi pin yếu nó sẽ tự tìm ổ cắm điện và cắm vào

Năm 1969: Mowbot là con Robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động The Stanford Cart line follower là một con Robot di động có thể di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn Nó bao gồm một

“kênh truyền thanh” gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo ra những tính toán Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford đang xây dựng

và nghiên cứu ra Shakey Shakey có một camera, một dãy kính gắm, một bộ cảm biến và một bộ truyền thanh Shakey là con Robot đầu tiên lý giải về những chuyển động của nó Điều này có nghĩa là Shakey có thể đưa nhiều mệnh lệnh chung và và Robot này sẽ tính toán những bước cần thiết để hoàn thiện nhiệm vụ được giao

Năm 1976: trong chương trình Vikiry, tổ chức NASA đã phóng hai tàu vũ trụ không người lái lên sao hỏa

Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh giữa các vì sao” phần I, A new Hope mô tả R2D2, một con Robot di động hoạt động độc lập và C3P0, một con robot hình người Họ đã khiến công chúng biết đến những con Robot

Năm 1980: Thị hiếu của người tiêu dùng về Robot tăng, robot được bày bán

và mua về để sử dụng trong nhà Ví dụ RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt mẫu robot HERO Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó đã có thể lái tàu biển vượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua

Năm 1989: Mark Tinden phát minh ra BEAM robotics

Năm 1990: Cha đẻ của nền rôbốt công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với các đồng nghiệp và đã phát minh ra những con rôbốt tự động trong ngành y tế

và được bán bởi Helpmate Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệ trong nhà Cybermotion

Năm 1993-1994: Dante-I và Dante-II được phát triển bởi trường đại học Carnegie Mellon, cả hai con Robot dung để thám hiểm núi lửa đang hoạt động Năm 1995: Robot di động có thể lập trình Pioneer (người tiên phong) được bán sẵn ở một mức giá chấp nhận được, điều đó dẫn tới sự gia tăng rộng rãi

về nghiên cứu Robot và các trường đại học nghiên cứu về Robot trong suốt các thập sau Robot di động trở thành một phần không thể thiếu trong chương trình giảng dạy của các trường đại học

Năm 1996-1997: NASA phóng con tàu Mars Pathfinder có 2 Robot Rover và Sojourner lên sao Hoả The Rover thám hiểm bề mặt sao hoả được điều khiển từ mặt đất Sojourner được trang bị với một hệ thống tránh rủi do cao Hệ thống này làm cho Sojourner có thể tìm thấy đường đi của nó một cách độc lập trên địa hình của sao Hoả

Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con rôbốt có khả năng đi lại, quan sát

và tác động qua lại tới môi trường Robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBot cũng được giới thiệu

Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng được khởi động Chúng bao gồm một số lượng lớn các con Robot đơn lẻ, có thể tác động lẫn nhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp

Năm 2002: Roomaba, một con robot di động dung trong gia đình, thực hiện công việc lau nhà xuất hiện Tiếp tục phát triển hiện nay có rất nhiều loại Robot phục vụ cho con người dần xuất hiện ngày càng thân thiện hơn

Năm 2004: Robosapien, một con rôbốt đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden được bán sẵn Trong dự án “The Centibots Project” 100 con Robot cùng làm việc với nhau để tạo lên một bản đồ cho một vùng không xác định và tìm những vật thể trong môi trường đó Trong cuộc thi đầu tiên DARPA Grand Challenge, các con Robot tự động đã cùng nhau tranh tài cùng nhau trên sa mạc

Năm 2006: Sony dừng việc sản xuất Aibo và Helpmate PatrolBot trở lên phổ

biến khi các Robot di động vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau để trở thành mặt hàng độc quyền Sở an ninh Mỹ đã bỏ dự án MDARS-I, nhưng lại gây quỹ cho dự án MDARS-E một loại Robot an ninh tự động khác TALON-Sword, một loạiRobot

tự động dùng để bán sẵn với dàn phóng lựu đạn và những sự lựa chọn về vũ khí hợp thành khác đã ra đời Asimo của Honda biết cách chạy và leo cầu thang chỉ với hai chân như con người

Năm 2007: Hệ thống KiVa, Robot thông minh tăng nhanh về số lượng trong quy trình phân phối, những Robot thông minh này được phân loại theo mức độ phổ biến những nội dung của chúng Robot Tug trở thành phương tiện phổ biến trong các bệnh viện dùng để vận chuyển đồ trong kho từ nơi này sang nơi khác ARCSinside Speci-Minder mang máu và các vật mẫu từ trạm y tá tới phòng xét nghiệm Seekur, Robot dịch vụ dùng ngoài trời với mục đích phi quân sự có thể kéo một xe qua một bãi đậu xe, lái một cách độc lập (tự động) vào trong nhà và bắt đầu học cách lái ra ngoài Trong khi đó, PatrolBot học cách theo sau con người

và nếu cửa mà mở thì đóng lại

Hình 1 iRobot’s PackBot và Military-Robot

Hình 2Máy hút bụi Rooma và Friendly

2 PHÂN LOẠI MOBLIE ROBOT

 Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển

o Robot ngoài trời và robot trong nhà:

o Robot trên không

o Robot dưới nước

 Phân loại theo phương pháp di chuyển

o Robot có chân chân giống người hoặc động vật

o Robot có bánh xe

o Robot di chuyển bằng bánh xích

3 ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT

Trong các nhà kho và trung tâm phân phối là một ứng dụng phổ biến nhất của robot di động Ta có thể dễ dàng nhìn thấy các robot trong các nhiệm vụ bốc xếp, dỡ hàng, vận chuyển, phân loại và sắp xếp hàng hóa với nhiều kích thước và tải trọng khác nhau trong các kho thông minh, kho tự động

Robot thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong nhà kho tự động

Robot di động kho hàng tăng thêm tính linh hoạt trong việc thực hiện các công việc này, nhưng tính ưu việt của chúng càng trở nên rõ ràng hơn khi xử lý các kiện hàng hoặc vật phẩm riêng lẻ thay vì các đơn vị số lượng lớn Chọn lọc các mặt hàng cụ thể là thực hiện đơn đặt hàng của khách hàng là hoạt động kho bãi tốn kém nhất Ngoài sự phức tạp và phạm vi sai sót, nó còn cực kỳ tốn thời gian Mobile Robot làm cho quy trình mượt mà hơn, nhanh hơn và chính xác hơn đồng nghĩa với việc tiết kiệm rất nhiều chi phí vận hành

Nhu cầu về sự sạch sẽ và vệ sinh đang được cảm nhận mạnh mẽ hơn bao giờ hết trong toàn xã hội do hậu quả của đại dịch Covid-19 Doanh nghiệp ngày nay mong muốn đảm bảo rằng cơ sở được vệ sinh sạch sẽ Cùng với việc sử dụng chất khử trùng chống lại các sinh vật gây bệnh, Robot làm sạch và khử trùng đảm bảo

cơ sở sản xuất, nhà xưởng trông sạch sẽ và tạo ấn tượng tốt

Robot làm sạch và khử trùng tự động

Robot cung cấp một cách rất hiệu quả về chi phí bằng cách triển khai các thiết bị tự động ở bất cứ nơi nào cần thiết

Xem xét các hình dạng phức tạp của bề mặt và đồ đạc trong bất kỳ địa hình nào và khả năng vượt qua các chướng ngại vật tiềm ẩn có thể xuất hiện, khả năng điều hướng tự động của AMR là cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng này Ngoài ra, công nghệ của nó có thể đảm bảo rằng mỗi một điểm nhỏ của khu vực mục tiêu đều được xử lý

Robot khử trùng mang theo bộ phát tia UV, được chỉ định để tạo ra cường độ phù hợp, có thể tiêu diệt vi rút, vi khuẩn và nấm một cách hiệu quả trong phạm vi vài mét tính từ AMR - kể cả theo chiều dọc

Trong các điều kiện môi trường nguy hiểm, hoặc các nơi mà con người không thể tới được, mobile robot sẽ được nghiên cứu và sử dụng để thay thế con người Ví dụ như robot Sojourner được sử dụng trong nhiệm vụ tìm kiếm sự sống trên sao hỏa năm 1997; robot Pioneer được thiết kế để dò tìm và kiểm tra nồng độ phóng xạ trong thảm họa Chernobyl;

4 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE ROBOT

 Cấu tạo của một Mobile robot có thể đơn giản hoặc rất phức tạp Cơ bản,

một robot di động đơn giản bao gồm một bộ phận chuyển động như bánh xe hoặc cánh tay, một bộ nguồn và lớp vỏ ngoài

 Nguyên lý hoạt động

- Phương pháp dead-reckoning

Dead-reckoning là phương pháp dẫn đường được sử dụng rộng rãi nhất đối

với rô bốt di động Phương pháp này cho độ chính xác trong thời gian ngắn,

giá thành thấp và tốc độ lấy mẫu rất cao Tuy nhiên do nguyên tắc cơ bản của phương pháp dead-reckoning là tích luỹ thông tin về gia tốc chuyển động theo thời gian do đó dẫn tới sự tích luỹ sai số Sự tích luỹ sai số theo hướng sẽ dẫn đến sai số vị trí lớn tăng tỉ lệ với khoảng cách chuyển động của rô bốt Tuy nhiên hầu hết các nhà nghiên cứu đều đồng ý rằng dead-reakoning là một phần quan trọng trong hệ thống dẫn đường rô bốt, các lệnh dẫn đường sẽ được đơn giản hoá nếu độ chính xác của phương pháp dead-reckoning được cải thiện Phương pháp dead-reakoning dựa trên phương trình đơn giản và thực hiện được một cách dễ dàng, sử dụng dữ liệu từ bộ

mã hoá số vòng quay bánh xe Dead-reckoning dựa trên nguyên tắc là chuyển đổi số vòng quay bánh xe thành độ dịch tuyến tính tương ứng của rô bốt Nguyên tắc này chỉ đúng với giá trị giới hạn Có một vài lý do dẫn đến

sự không chính xác trong việc chuyển từ số gia vòng quay bánh xe sang chuyển động tuyến tính Tất cả các nguồn sai số này được chia thành 2 nhóm: sai số hệ thống và sai số không hệ thống Để giảm sai số dead-reckoning cần phải tăng độ chính xác động học cũng như kích thước tới hạn

- Định vị sử dụng bản đồ

Rô bốt sử dụng các cảm biến được trang bị để tạo ra một bản đồ cục bộ môi

trường xung quanh Bản đồ này sau đó so sánh với bản đồ toàn cục lưu trữ sẵn trong bộ nhớ Nếu tương ứng, rô bốt sẽ tính toán vị trí và góc hướng thực tế của nó trong môi trường

II CÁC THÁCH THỨC GẶP PHẢI CỦA MOBILE ROBOT

1 Tương tác hướng đến con người

Một trong những rào cản lớn mà cả robot cá nhân và công nghiệp đang phải đối mặt là tích hợp sự tương tác thân thiện với con người trong tất cả Robot Ngay

cả sau những tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực này, sự tương tác giữa con người

và máy móc vẫn cảm thấy lạnh nhạt Trong môi trường công nghiệp, các robot hoạt động với càng ít sự tương tác của con người càng tốt Điều này có thể trở thành một thách thức lớn hơn nữa trong tương lai Nếu tất cả các doanh nghiệp đều hướng tới tự động hóa trong những năm tới, thì ngày càng nhiều lãnh đạo doanh nghiệp nên khuyến khích nhân viên của họ tương tác với máy móc và bản thân họ nên đưa ra sáng kiến để triển khai nhiều robot thân thiện với con người hơn

2 Xây dựng rô bốt dựa trên sinh học

Robot giống con người đang trở nên phổ biến hơn đối với các công ty sản xuất robot Ý tưởng chính đằng sau việc này là tạo ra những cỗ máy có thể hoạt động hiệu quả như con người Nhưng các nghiên cứu tiết lộ rằng ngay cả sau những đổi mới công nghệ gần đây, tốc độ tiến bộ vẫn quá chậm Đáng lẽ phải có nhiều tiến bộ hơn trong các vật liệu tự phục hồi, thiết bị truyền động giống như cơ bắp, nhận thức giống con người, tính toán và nghiên cứu

3 Đa chức năng

Công nghiệp hiện đại Robot nói chung là tốt trong việc thực hiện một nhiệm

vụ cụ thể Nhưng các robot đa năng ngày càng hiệu quả hơn trong việc thực hiện nhiều việc Các chuyên gia tin rằng cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực này không thể xảy ra cho đến khi robot có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ đồng thời Robot cần phải hiểu môi trường của con người và phải có khả năng nhận ra con người và đồ vật trong khi tương tác vật lý với môi trường

4 Giao tiếp giữa Robot

Việc nhận biết các robot bầy đàn có thể khó khăn vì chúng không chỉ có thể phát hiện môi trường mà còn có thể cảm nhận được các robot khác trong bầy cụ thể của chúng Nhưng những Robot cũng cần giao tiếp với các robot khác trong khi hoạt động độc lập Khả năng giao tiếp của chúng yêu cầu phải được tích hợp vào các vòng phản hồi để có thể làm việc dựa trên các vòng nhận thức-hành động-giao tiếp của chúng Hiện tại, không có phương pháp tiếp cận có hệ thống nào để tiến hành việc này trong các nhóm lớn

5 Giá trị đạo đức

Đạo đức vẫn là một nền tảng quan trọng cần quan tâm trong AI và nhiều Robot Robot phải tiếp tục thực hiện các nhiệm vụ nhạy cảm dưới sự giám sát của con người, nhưng những nhiệm vụ này có thể được giao hoàn toàn cho robot với

sự hiện diện của các hệ thống tiên tiến hơn Tuy nhiên, những đổi mới này có một

số thách thức không thể nhìn thấy, chẳng hạn như lực lượng lao động thiếu kỹ năng, nhân viên không chịu trách nhiệm về sai lầm của họ và những người khác, sẽ hoạt động như một hiệu ứng gợn sóng

III XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MOBILE ROBOT

Robot đã có những tiến bộ đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại Do nhu cầu cần sử dụng ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn

Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng đang là động lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển

Mỹ là nước tập trung đầu tư hàng trăm tỷ USD cho phát triển hệ thống tác chiến tương lai trong đó robot quân sự hoạt động ở các địa hình trên cạn, dưới nước và trên không chiếm phần không nhỏ Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước G7 (Pháp, Đức, Italy, Nhật Bản, Mỹ, Anh và

Canada) thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot,

từ robot phục vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của con người

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kể trong 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về robot như Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa – ĐHQG HN & TPHCM, Viện Điện tử – Tin học – Tự động hoá thuộc Bộ Công nghiệp, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN,…

Trong vòng 20 năm nữa, mỗi người sẽ có nhu cầu sử dụng một robot cá nhân như cần một chiếc máy tính hiện nay Robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet Với xu thế này, cùng với các ứng dụng truyền thống khác của robot trong công nghiệp, y tế, giáo dục, giải trí và đặc biệt trong an ninh quốc phòng thì thị trường robot và các dịch vụ kéo theo cũng sẽ vô cùng lớn