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

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Báo cáo NHẬP MƠN NGÀNH ĐIỆN Đề tài: Tìm hiểu mobile robot Sinh viên thực hiện: MSSV : Ngô Việt Anh 20200022 Hà Nội, 12-2023 Mục lục I Giới Thiệu Chung LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN: PHÂN LOẠI MOBLIE ROBOT ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE ROBOT II CÁC THÁCH THỨC GẶP PHẢI CỦA MOBILE ROBOT 11 Tương tác hướng đến người 11 Xây dựng rô bốt dựa sinh học .11 Đa chức 11 Giao tiếp Robot 11 Giá trị đạo đức .11 III XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MOBILE ROBOT 12 I Giới Thiệu Chung LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN: Hình dạng Robot xuất nước Hoa Kỳ, loại tay máy chép hình dung phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỷ trước, bên cạnh loại tay máy chép hình khí, loại tay máy chép hình thủy lực điện tử xuất Tuy nhiên, tay máy thương mại có chung nhược điểm thiếu di động, tay máy hoạt động hạn chế quanh vị trí Ngược lại, Mobile Robot lại Robot di động di chuyển từ khơng gian đến không gian khác cách độc lập hay điều khiển từ xa, tạo khơng gian hoạt động lớn Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong chiến giới lần thứ II, Robot di động xuất Nó kết thành tựu công nghệ lĩnh vực nghiên cứu có liên quan khoa học máy tính điều khiển học, hầu hết chúng bom bay, ví dụ bom nổ dãy mục tiêu định, sử dụng hệ thống hướng dẫn vad rada điều khiển Tên lửa V1 V2 có “ phi cơng tự động” hệ thống phát nổ, chúng tiền thân đầu đạn hạt nhân tự điều khiển đại Từ năm 1948 đến 1948: W.Gray Walter tạo nên Elmer Elsie, hai Robot trông giống đồi mồi Về mặc hành chính, chúng gọi Machina Speculatrix Robot hoạt động môi trường chim đồi mồi Elmer Elsie trang bị cảm biến sáng Nếu chúng nhận nguồn sáng, chúng di chuyển phía nguồn sáng Chúng tránh chuyển chướng ngại đường di chuyển Những Robot chứng cử phức tạp phát sinh từ thiết kế đơn giản Elmer Elsie 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 tự tìm ổ cắm điện cắm vào Năm 1969: Mowbot Robot cắt bãi cỏ cách tự động The Stanford Cart line follower Robot di động di chuyển thơng qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng camera để nhìn Nó bao gồm “kênh truyền thanh” gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo tính toán Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford xây dựng nghiên cứu Shakey Shakey có camera, dãy kính gắm, cảm biến truyền Shakey Robot lý giải chuyển động Điều có nghĩa Shakey đưa nhiều mệnh lệnh chung và Robot tính tốn bước cần thiết để hoàn thiện nhiệm vụ giao Năm 1976: chương trình Vikiry, tổ chức NASA phóng hai tàu vũ trụ khơng người lái lên hỏa Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh sao” phần I, A new Hope mơ tả R2D2, Robot di động hoạt động độc lập C3P0, robot hình người Họ khiến cơng chúng biết đến Robot Năm 1980: Thị hiếu người tiêu dùng Robot tăng, robot bày bán mua để sử dụng nhà Ví dụ RB5X tồn tới ngày loạt mẫu robot HERO Robot The Stanford Cart phát triển mạnh, lái tàu biển vượt qua trở ngại tạo lên đồ nơi qua Năm 1989: Mark Tinden phát minh BEAM robotics Năm 1990: Cha đẻ rôbốt công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với đồng nghiệp phát minh rôbốt tự động ngành y tế bán Helpmate Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệ nhà Cybermotion Năm 1993-1994: Dante-I Dante-II phát triển trường đại học Carnegie Mellon, hai Robot dung để thám hiểm núi lửa hoạt động Năm 1995: Robot di động lập trình Pioneer (người tiên phong) bán sẵn mức giá chấp nhận được, điều dẫn tới gia tăng rộng rãi nghiên cứu Robot trường đại học nghiên cứu Robot suốt thập sau Robot di động trở thành phần khơng thể thiếu chương trình giảng dạy trường đại học Năm 1996-1997: NASA phóng tàu Mars Pathfinder có Robot Rover Sojourner lên Hoả The Rover thám hiểm bề mặt hoả điều khiển từ mặt đất Sojourner trang bị với hệ thống tránh rủi cao Hệ thống làm cho Sojourner tìm thấy đường cách độc lập địa hình Hoả Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, rôbốt có khả lại, quan sát tác động qua lại tới môi trường Robot điều khiển từ xa dùng cho quân PackBot giới thiệu Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống bầy côn trùng khởi động Chúng bao gồm số lượng lớn Robot đơn lẻ, tác động lẫn thực nhiệm vụ phức tạp Năm 2002: Roomaba, robot di động dung gia đình, thực cơng việc lau nhà xuất Tiếp tục phát triển có nhiều loại Robot phục vụ cho người dần xuất ngày thân thiện Năm 2004: Robosapien, rôbốt đồ chơi, thiết kế Mark Tilden bán sẵn Trong dự án “The Centibots Project” 100 Robot làm việc với để tạo lên đồ cho vùng khơng xác định tìm vật thể mơi trường Trong thi DARPA Grand Challenge, Robot tự động tranh tài sa mạc Năm 2006: Sony dừng việc sản xuất Aibo Helpmate PatrolBot trở lên phổ biến Robot di động tiếp tục cạnh tranh để trở thành mặt hàng độc quyền Sở an ninh Mỹ bỏ dự án MDARS-I, lại gây quỹ cho dự án MDARS-E loại Robot an ninh tự động khác TALON-Sword, loạiRobot tự động dùng để bán sẵn với dàn phóng lựu đạn lựa chọn vũ khí hợp thành khác đời Asimo Honda biết cách chạy leo cầu thang với hai chân người Năm 2007: Hệ thống KiVa, Robot thông minh tăng nhanh số lượng quy trình phân phối, Robot thông minh phân loại theo mức độ phổ biến nội dung chúng Robot Tug trở thành phương tiện phổ biến bệnh viện dùng để vận chuyển đồ kho từ nơi sang nơi khác ARCSinside Speci-Minder mang máu vật mẫu từ trạm y tá tới phòng xét nghiệm Seekur, Robot dịch vụ dùng ngồi trời với mục đích phi quân kéo xe qua bãi đậu xe, lái cách độc lập (tự động) vào nhà bắt đầu học cách lái Trong đó, PatrolBot học cách theo sau người cửa mà mở đóng lại Hình iRobot’s PackBot Military-Robot Hình 2Máy hút bụi Rooma Friendly PHÂN LOẠI MOBLIE ROBOT  Phân loại theo mơi trường mà chúng di chuyển o Robot ngồi trời robot nhà: o Robot không o Robot nước  Phân loại theo phương pháp di chuyển o Robot có chân chân giống người động vật o Robot có bánh xe o Robot di chuyển bánh xích ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT Trong nhà kho trung tâm phân phối ứng dụng phổ biến của robot di động Ta dễ dàng nhìn thấy robot nhiệm vụ bốc xếp, dỡ hàng, vận chuyển, phân loại xếp hàng hóa với nhiều kích thước tải trọng khác các kho thông minh, kho tự động Robot thực nhiệm vụ phức tạp nhà kho tự động Robot di động kho hàng tăng thêm tính linh hoạt việc thực cơng việc này, tính ưu việt chúng trở nên rõ ràng xử lý kiện hàng vật phẩm riêng lẻ thay đơn vị số lượng lớn Chọn lọc mặt hàng cụ thể thực đơn đặt hàng khách hàng hoạt động kho bãi tốn Ngoài phức tạp phạm vi sai sót, cịn tốn thời gian. Mobile Robot làm cho quy trình mượt mà hơn, nhanh xác đồng nghĩa với việc tiết kiệm nhiều chi phí vận hành Nhu cầu vệ sinh cảm nhận mạnh mẽ hết toàn xã hội hậu đại dịch Covid-19 Doanh nghiệp ngày mong muốn đảm bảo sở vệ sinh Cùng với việc sử dụng chất khử trùng chống lại sinh vật gây bệnh, Robot làm khử trùng đảm bảo sở sản xuất, nhà xưởng trông tạo ấn tượng tốt Robot làm khử trùng tự động Robot cung cấp cách hiệu chi phí cách triển khai thiết bị tự động nơi cần thiết Xem xét hình dạng phức tạp bề mặt đồ đạc địa hình khả vượt qua chướng ngại vật tiềm ẩn xuất hiện, khả điều hướng tự động AMR quan trọng ứng dụng Ngồi ra, cơng nghệ đảm bảo điểm nhỏ khu vực mục tiêu xử lý Robot khử trùng mang theo phát tia UV, định để tạo cường độ phù hợp, tiêu diệt vi rút, vi khuẩn nấm cách hiệu phạm vi vài mét tính từ AMR - kể theo chiều dọc Trong điều kiện môi trường nguy hiểm, nơi mà người tới được, mobile robot nghiên cứu sử dụng để thay người Ví dụ robot Sojourner sử dụng nhiệm vụ tìm kiếm sống hỏa năm 1997; robot Pioneer thiết kế để dò tìm kiểm tra nồng độ phóng xạ thảm họa Chernobyl; CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE ROBOT  Cấu tạo một Mobile robot có thể đơn giản phức tạp Cơ bản, một robot di động đơn giản bao gồm phận chuyển động bánh xe cánh tay, nguồn lớp vỏ  Nguyên lý hoạt động - Phương pháp dead-reckoning Dead-reckoning phương pháp dẫn đường sử dụng rộng rãi đối với rô bốt di động Phương pháp cho độ xác thời gian ngắn, giá thành thấp tốc độ lấy mẫu cao Tuy nhiên nguyên tắc phương pháp dead-reckoning tích luỹ thơng tin gia tốc chuyển động theo thời gian dẫn tới tích luỹ sai số Sự tích luỹ sai số theo hướng dẫn đến sai số vị trí lớn tăng tỉ lệ với khoảng cách chuyển động rô bốt Tuy nhiên hầu hết nhà nghiên cứu đồng ý deadreakoning phần quan trọng hệ thống dẫn đường rô bốt, lệnh dẫn đường đơn giản hố độ xác phương pháp deadreckoning cải thiện Phương pháp dead-reakoning dựa phương trình đơn giản thực cách dễ dàng, sử dụng liệu từ mã hố số vịng quay bánh xe Dead-reckoning dựa nguyên tắc chuyển đổi số vòng quay bánh xe thành độ dịch tuyến tính tương ứng rơ bốt Ngun tắc với giá trị giới hạn Có vài lý dẫn đến khơng xác việc chuyển từ số gia vòng quay bánh xe sang chuyển động tuyến tính Tất nguồn sai số chia thành nhóm: sai số hệ thống sai số không hệ thống Để giảm sai số deadreckoning cần phải tăng độ xác động học kích thước tới hạn - Định vị sử dụng đồ Rô bốt sử dụng cảm biến trang bị để tạo đồ cục môi trường xung quanh Bản đồ sau so sánh với đồ toàn cục lưu trữ sẵn nhớ Nếu tương ứng, rơ bốt tính tốn vị trí góc hướng thực tế mơi trường II CÁC THÁCH THỨC GẶP PHẢI CỦA MOBILE ROBOT Tương tác hướng đến người Một rào cản lớn mà robot cá nhân công nghiệp phải đối mặt tích hợp tương tác thân thiện với người tất cả Robot Ngay sau tiến nhanh chóng lĩnh vực này, tương tác người máy móc cảm thấy lạnh nhạt Trong môi trường công nghiệp, robot hoạt động với tương tác người tốt Điều trở thành thách thức lớn tương lai Nếu tất doanh nghiệp hướng tới tự động hóa năm tới, ngày nhiều lãnh đạo doanh nghiệp nên khuyến khích nhân viên họ tương tác với máy móc thân họ nên đưa sáng kiến để triển khai nhiều robot thân thiện với người Xây dựng rô bốt dựa sinh học Robot giống người trở nên phổ biến công ty sản xuất robot Ý tưởng đằng sau việc tạo cỗ máy hoạt động hiệu người Nhưng nghiên cứu tiết lộ sau đổi công nghệ gần đây, tốc độ tiến chậm Đáng lẽ phải có nhiều tiến vật liệu tự phục hồi, thiết bị truyền động giống bắp, nhận thức giống người, tính tốn nghiên cứu Đa chức Cơng nghiệp đại Robot nói chung tốt việc thực nhiệm vụ cụ thể Nhưng robot đa ngày hiệu việc thực nhiều việc Các chuyên gia tin cách mạng thực lĩnh vực khơng thể xảy robot có khả thực nhiều nhiệm vụ đồng thời Robot cần phải hiểu mơi trường người phải có khả nhận người đồ vật tương tác vật lý với môi trường Giao tiếp Robot Việc nhận biết robot bầy đàn khó khăn chúng khơng phát mơi trường mà cịn cảm nhận robot khác bầy cụ thể chúng Nhưng những Robot cũng cần giao tiếp với robot khác hoạt động độc lập Khả giao tiếp chúng u cầu phải tích hợp vào vịng phản hồi để làm việc dựa vịng nhận thức-hành động-giao tiếp chúng Hiện tại, khơng có phương pháp tiếp cận có hệ thống để tiến hành việc nhóm lớn Giá trị đạo đức Đạo đức tảng quan trọng cần quan tâm AI nhiều Robot Robot phải tiếp tục thực nhiệm vụ nhạy cảm giám sát người, nhiệm vụ giao hồn tồn cho robot với diện hệ thống tiên tiến Tuy nhiên, đổi có số thách thức khơng thể nhìn thấy, chẳng hạn lực lượng lao động thiếu kỹ năng, nhân viên không chịu trách nhiệm sai lầm họ người khác, hoạt động hiệu ứng gợn sóng III XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MOBILE ROBOT Robot có tiến đáng kể nửa kỷ qua Robot ứng dụng công nghiệp vào năm 60 để thay người làm công việc nặng nhọc, nguy hiểm môi trường độc hại Do nhu cầu cần sử dụng ngày nhiều trình sản xuất phức tạp nên robot cơng nghiệp cần có khả thích ứng linh hoạt thơng minh Ngày nay, ứng dụng sơ khai ban đầu robot chế tạo máy ứng dụng khác y tế, chăm sóc sức khỏe, nơng nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phịng gia đình có nhu cầu gia tăng động lực cho robot địa hình robot dịch vụ phát triển Mỹ nước tập trung đầu tư hàng trăm tỷ USD cho phát triển hệ thống tác chiến tương lai robot quân hoạt động địa hình cạn, nước khơng chiếm phần không nhỏ Với phát triển xã hội q trình đại hóa nước G7 (Pháp, Đức, Italy, Nhật Bản, Mỹ, Anh Canada) nhiều dịch vụ hình thành làm thay đổi quan điểm robot, từ robot phục vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho nhu cầu xã hội nhu cầu cá nhân người Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot có bước tiến đáng kể 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị toàn quốc thực nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng robot Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa – ĐHQG HN & TPHCM, Viện Điện tử – Tin học – Tự động hố thuộc Bộ Cơng nghiệp, Viện Khoa học Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN,… Trong vịng 20 năm nữa, người có nhu cầu sử dụng robot cá nhân cần máy tính Robot tâm điểm cách mạng công nghệ lớn sau Internet Với xu này, với ứng dụng truyền thống khác robot công nghiệp, y tế, giáo dục, giải trí đặc biệt an ninh quốc phịng thị trường robot dịch vụ kéo theo vô lớn