XÂY DỰNG QUỸ ĐẠO CỤC BỘ CHO ROBOT TỰ HÀNH TRONG NHÀ LƯỚI NÔNG NGHIỆP TRÊN NỀN TẢNG HỆ ĐIỀU HÀNH ROS

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Quản trị kinh doanh Vietnam J. Agri. Sci. 2023, Vol. 21, No. 10: 1282-1293 Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2023, 21(10): 1282-1293 www.vnua.edu.vn 1282 XÂY DỰNG QUỸ ĐẠO CỤC BỘ CHO ROBOT TỰ HÀNH TRONG NHÀ LƯỚI NÔNG NGHIỆP TRÊN NỀN TẢNG HỆ ĐIỀU HÀNH ROS Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên Khoa Cơ - Điện, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam Tác giả liên hệ: huongphamvnua.edu.vn Ngày nhận bài: 06.01.2023 Ngày chấp nhận đăng: 05.10.2023 TÓM TẮT Bài báo này trình bày về xây dựng quỹ đạo cục bộ nhằm tránh các vật cản tĩnh và động sử dụng thuật toán TEB (Timed Elastic Bands) dựa trên bản đồ, định vị đồng thời SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) cho robot tự hành hoạt động trong các nhà lưới trồng cây nông nghiệp. Trên cơ sở robot Omni 4 bánh với nền tảng hệ điều hành lập trình cho robot ROS (Robot Operating System) và nền tảng máy tính nhúng hiệu suất cao Jetson-TX2 xử lý tác vụ trung tâm, camera 3D và một cảm biến Lidar để thu thập dữ liệu từ môi trường nhà lưới nông nghiệp. Các kết quả chạy mô phỏng robot sử dụng phần mềm Gazebo và thử nghiệm trên phần mềm Rviz cho thấy sự hiệu quả của việc sử dụng hệ điều hành ROS, thuật toán TEB vào việc điều khiển, giám sát robot tự hành di chuyển linh hoạt có thể tránh được vật cản trong nhà lưới và là hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng trong các ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao. Từ khóa: Robot nông nghiệp, ROS, TEB, robot Omni... Constructing Local Orbit for Self-Operating Robot in Agricultural Greenhouse Based on ROS ABSTRACT This paper proposed a local path planner coping with the collision-free navigation problem which considers both static and dynamic obstacles based on Timed Elastic Bands (TEB) aggregated with Simultaneously Localization and Mapping (SLAM) for self-operatingmobile robots working in the greenhouse environment. Moreover, the proposed system is a four-wheel Omni robot constructed using Robot Operating System (ROS) platform and implemented in a high-performance embedded computer Jetson-TX2 connected with a 3D camera and lidar to collect environmental data. The simulation results based on Gazebo and Rviz software show the effectiveness of using the ROS operating system, with the TEB algorithm in controlling and monitoring autonomous moving robots, avoiding obstacles in the greenhouse This is a research direction with great potential in high-tech agricultural applications. Keywords: Agricultural Robot, ROS, Timed Elastic Bands, Omni robot. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nhĂng nëm gæn đåy, biến đổ i khí hêu, gia tëng dån số và thiếu hýt lao độ ng là nhĂng mối đe dọa cçp bách đến tính bền vĂ ng cûa nông nghiệp toàn cæu. Lo ngäi về an ninh lþĄng thăc đã làm tëng să quan tåm đến tă động hóa nông nghiệp, đến chi phí toàn cæ u cho robot nông nghiệp đang tëng lên theo cçp số nhân (Bechar Vigneault, 2016) và să quan tâm cûa các tổ chĀc trên toàn cæu đến việc phát triển tă động hóa nông nghiệp và robot nông nghiệp ngày càng tëng. Canh tác kỹ thuêt số là thăc hiệ n các công nghệ hiện đäi nhþ câm biế n, robot và phân tích dĂ liệu để chuyển tÿ các hoät động cĄ giĆ i sang các quy trình tă động liên tý c (Redmond, 2018; Bechar Vigneault, 2016). Lïnh văc robot nông nghiệp đã gặt hái đþĉc một số thành tău, đặc biệt là về dò tìm, kiểm soát có däi tă động và sâu Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên 1283 bệnh, phun thuốc có mýc tiêu (Gonzalez-de-Soto cs., 2016), cít tîa lá cåy, xác đðnh hình thái cây trồng (Zhang cs., 2016) và thu hoäch. Xác đðnh đối tþĉng, thuêt toán lêp kế hoäch nhiệm vý, số hóa và tối þu hòa câm biến đþĉc nhçn mänh là nhĂng thách thĀc phâi đối mặt trong bối cânh canh tác kỹ thuêt số. VĆi nhĂng tiến bộ trong lý thuyết điều khiển, Āng dýng cûa nhĂng robot này trong canh tác kỹ thuêt số ngày càng tëng mĀc độ tă động hòa, thay đổi các cách thĀc, công nghệ truyền thống sang Āng dýng công nghiệp công nghệ cao đang thu hút các nhà đæu tþ, kỹ sþ, nhà khoa học và doanh nghiệp. Các robot rçt khò khën để có thể tă động hóa hoàn toàn trong môi trþąng nông nghiệp. Một robot hoät động trong môi trþąng nông nghiệp phâi rçt đa däng, phi cçu trúc, vĆi nhiều yếu tố bçt đðnh nhþng läi có các yêu cæu thao tác, câm nhên và điều khiển yếu tố môi trþąng xung quanh một cách chính xác, điều này là thách thĀc lĆn vĆi các nhà nghiên cĀu chế täo (De Baerdemaeker cs., 2001). Điển hình là Āng dýng robot trên cánh đồng khép kín nhþ trong nhà lþĆi để canh tác cây rau và hoa quâ trái vý theo nghiên cĀu cûa Shamshiri cs. (2018). VĆi robot nông nghiệp, việc Āng dý ng các giâi pháp câm biến truyền thống là rçt khó khâ thi và xu hþĆng là robot đþĉc trang bð các loä i câm biến tiên tiến nhþ camera 3D, laser scan để thu thêp dĂ liệu, bân đồ hóa và hoät động tă động hoàn toàn. Durmus cs. (2016) đã thă c hiện dă án robot tă hành và thā nghiệm trong môi trþąng nhà lþĆi bìng cách sā dýng nền tâ ng ROS, robot di động sā dýng một camera 3D để lêp bân đồ môi trþąng nhà lþĆi và điều hþĆng trong nhà lþĆi bìng cách sā dýng bân đồ đã täo. Habibie cs. (2018) đã sā dýng công cý mô phóng ROS để điều hþĆng một UGV trên cánh đồng cåy ën quâ. Các đánh giá đều cho rì ng robot hoät động hiệu quâ vĆi độ chính xác cao trong quá trình canh tác. Bên cänh đò, trong nghiên cĀu cû a Habibie cs. (2018) và trong nghiên cĀu cûa Park Lee (2017) đã sā dýng phþĄng pháp đðnh vð và lêp bân đồ đồng thąi (Simultaneous Localization and Mapping - SLAM - là täo ra bân đồ và phát hiện các chþĆng ngäi vêt xung quanh trong môi trþąng không xác đðnh) là bþĆc tiến trong đðnh vð, phát hiện các chþĆng ngäi vêt để täo ra bân đồ. Bìng cách thu thêp dĂ liệu qua laser scan, IMU hoặc encoder thông qua ROS (Da Silva, 2019), vð trí cûa robot có thể đþĉc þĆc tính và täo ra bân đồ môi trþąng đã tích hĉp trong ROS. Tÿ các thông tin SLAM, cý thể là bân đồ thu đþĉc, thiết lêp các thuêt toán xây dăng quỹ đäo tối þu cho robot, hay là điều hþĆng cho robot, trên nền ROS có thể xây dăng các thuêt toán điều hþĆng cho robot (Chen cs., 2017; Priyandoko cs., 2017; Zhi Xuesong, 2018; Flavio cs., 2018). Trong việc phát triển và điều khiển robot tă hành Āng dýng trong nhà lþĆi nông nghiệp, lêp quỹ đäo chuyển động thông minh cho robot bao gồm xây dăng quỹ đäo toàn cýc và quỹ đäo cýc bộ, mà trong đò việc xác đðnh quỹ đäo cýc bộ cho robot, là cĄ sć để đâm bâo robot có thể di chuyển tĆi vð trí đích đồng thąi để hoàn thiện bài toán điều hþĆng robot. Tÿ nhĂng phân tích tÿ trên, bài báo têp trung trình bày về xây dăng quỹ đäo cýc bộ cho robot tă hành trong nhà lþĆi nông nghiệp trên nền tâng hệ điều hành ROS. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tác giâ đã tiến hành tham khâo các tài liệ u, công trình nghiên cĀu về thuêt toán điều khiển robot đã xuçt bân trong và ngoài nþĆc, đồ ng thąi kế thÿa các kết quâ nghiên cĀu đã cò để tiến hành nghiên cĀu, lăa chọn thuê t toán phù hĉp để nghiên cĀu hệ thống đðnh vð, dén đþą ng, lêp bân đồ, tránh chþĆng ngäi vêt cûa robot tă hành 4 bánh hoàn chînh di chuyển trong nhà lþĆi. Cuối cùng, sā dýng máy tính có hệ điề u hành ROS, phæn mềm mô phóng Rviz (3D Visualization Tool); phæn mềm mô phóng Gazebo để tiến hành mô phóng xây dăng quỹ đäo cýc bộ cho robot tă hành trong nhà lþĆi. Hệ điề u hành Robot ROS (Robot Operating System) là một mã nguồn mć, hệ điề u hành cho robot cung cçp các dðch vý, bao gồm kết nối tĆi phæn cĀng, điều khiển thiết bð cçp thçp và thăc hiện nhĂng chĀc nëng mà robot thþąng sā dýng. Nò cüng cung cçp các công cý và thþ viện để lçy, xây dăng, viết và chäy mã trên nhiều máy tính. ROS tþĄng tă nhþ hệ điều hành. Tuy nhiên, không giống nhþ các hệ điều hành thông Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS 1284 thþąng, nó có thể đþĉc sā dýng nhiều kết hĉ p tác vý cho phæn cĀng. HĄn nĂa, nó là một phæ n mềm Robot nền tâng cung cçp các môi trþą ng phát triển khác nhau chuyên phát triển các chþĄng trình cho Robot Āng dýng. Phæn mềm mô phóng Rviz (3D Visualization Tool) là công cý trăc quan cûa ROS, hiển thð các thông báo thu đþĉc ć chế độ 3D, cho phép ngþąi dùng xác minh trăc quan dĂ liệu. Rviz có thể hình dung khoâng cách tÿ câm biến Laser Distance Sensor (LDS) đến vð trí cûa vêt cân, Point Cloud Data (PCD) cûa câm biến khoâng cách 3D nhþ RealSense, Kinect hoặc Xtion, giá trð hình ânh thu đþĉc tÿ camera hoặc có thể nhiều hĄn mà không cæn sā dýng đến phæn mềm khác. Phæn mềm mô phóng Gazebo là một công cý hỗ trĉ không thể thiếu đþĉ c trong quá trình thiết kế robot. Gazebo là một trình giâ lê p 3D cung cçp robot, câm biến, mô hình môi trþąng để mô phóng 3D cæn thiết cho să phát triển cû a robot và cung cçp mô phóng thăc tế vĆi động cĄ vêt lý cûa nó. Gazebo là một trong nhĂ ng trình giâ lêp phổ biến nhçt có hiệu suçt cao, mã nguồn mć trong nhĂng nëm gæn đåy và đã đþĉ c chọn làm trình giâ lêp chính thĀc cû a DARPA Robotics Challenge7 täi Mỹ. HĄn thế nĂa, Gazebo đþĉc phát triển và phân phối bć i Open Robotics, phý trách bći cộng đồng ROS, vì vêy nò cò tính tþĄng thích cao vĆi ROS. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Mô hình robot tự hành Omni bốn bánh Omni Robot tă hành đa hþĆng có khâ nëng di chuyển theo bçt kĊ hþĆng nào mà không cæ n phâi thay đổi vð trí và tþ thế. VĆi cç u trúc bánh khác biệt và þu điểm về khâ nëng di chuyển vþĉt trội trong các điều kiện môi trþąng di chuyển hẹp, khò thay đổi vð trí, mé u mobile robot này đang đþĉc áp dýng một cách rộ ng rãi không chî trong nghiên cĀu mà còn trong các lïnh văc sân xuçt và đąi sống. Đåy chính là lċ do chính mà bài báo muốn đề cêp đến. Mô hình động học cho Robot Omni bốn bánh đþĉc xây dăng dăa trên mô hình bánh xe Omni đþĉc bố trí đặt cách nhau một góc 90 nhþ trong hình 1.T q x y    là vectĄ tọa độ cû a robot trong hệ tọa độ toàn cýc Oxy, trong đò x và y læn lþĉ t là toä độ cûa robot theo phþĄng Ox và Oy,  là góc quay cûa robot so vĆi chiều dþĄng cûa trý c Ox. T x y v v v    là vectĄ vên tốc cû a robot trong hệ trýc tọa độ động gí n vào tâm robot bao gồm vên tốc tðnh tiến và vên tốc góc cûa robot. Để đĄn giân trong việc thiết kế bộ điề u khiển robot, mối quan hệ giĂa vên tốc trong trý c cûa robot và vên tốc trong trýc cûa môi trþąng đþĉc mô tâ bìng mô hình động học cûa robot: Hình 1. Robot Omni đa hướng 4 bánh Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên 1285cos sin 0 q H.v sin cos 0 v 0 0 1                (1) trong đò:cos sin 0 H sin cos 0 0 0 1               là ma trê n chuyển hệ trýc tọa độ. Tÿ (1) chúng ta sẽ cò đþĉc phþĄng trình để lêp trình cho robot trong ROS:x y x y x v cos v sin y v sin v cos w              (2) Sau khi tín hiệu đþĉc chuyển đổi, vð trí cûa robot đþĉc điều khiển trăc tiếp bći các tín hiệ u này thông qua bốn bánh cûa robot. Mô hình robot đþĉc xây dăng vĆ i 3 thành phæn chính: phæn xā lý trung tâm, phæn câ m biến và phæn điều khiển cĄ cçu chçp hành. Cç u trúc bộ phên di chuy ển là Omni 4 bánh đa hþĆng giúp việc di chuyển linh hoät và dễ dàng hĄn. Máy tính nhúng đòng Jetson TX2 cò vai trò là bộ xā lċ trung tåm đþĉc cài đặt hệ điề u hành ROS cùng vĆi các node tính toán thuê t toán SLAM. Sau khi tính toán xong, Jetson TX2 gāi lệnh điều khiển cho bộ phên điề u khiển cĄ cçu chçp hành là mäch STM32. RPLidar quét laser 360 giúp robot xây dă ng bân đồ và nhên diện vêt cân tæm cao vĆ i khoâng cách xa. Camera 3D sā dýng Deep Camera giúp nhên diện vêt cân tæ m trung và tæm thçp ć phía trþĆc robot. 3.2. Bân đồ hóa môi trường và định vị đồ ng thời SLAM cho robot Trong lïnh văc robotics, vçn đề đðnh vð đồng thąi xây dăng bân đồ SLAM là một trong nhĂng vçn đề quan trọng nhçt và đòng vai trñ then chốt trong điều hþĆng robot. Vì vêy đåy là vçn đề đã thu hút đþĉc să quan tâm lĆn cûa các nhà khoa học. Vçn đề SLAM đþĉc mô tâ tổng quát trong quá trình khi robot di chuyển để lêp bân đồ nhĂng nĄi con ngþąi không thể hoặc không muốn tiếp cên, đồng thąi robot tă xác đðnh đþĉc vð trí cûa nó so vĆi nhĂng đối tþĉng xung quanh. Kỹ thuêt SLAM cung cçp thông tin bân đồ về môi trþąng đồng thąi sā dýng bân đồ này þĆc tính tþ thế riêng (vð trí và hþĆng) cûa robot dăa vào các tín hiệu thu đþĉc tÿ các câm biến tæm nhìn bao gồm Rplidar và 3D camera. Để thăc hiện SLAM, chúng tôi sā dýng gói Gmapping cho omni robot. Bìng việc thu các dĂ liệu tÿ RPLidar, Astra camera và chyển Deep to Laser vĆi cçu trúc các phæn nhþ hình 3. Gòi Gmapping þĆc tính vð trí cû a robot và xây dăng bân đồ dăa trên dĂ liệu thu đþĉc và các phép đo hình học cûa nó. - Thþ viện TF đþĉc thiết kế và cung cç p các tiêu chuèn để theo dõi các khung tọa độ và chuyển đổi dĂ liệu trong toàn bộ hệ thống. - RPLidar: node này thăc hiện chäy câ m biến RPLidar và gāi thông tin “scan” cæn thiết cho SLAM đến node Gmapping. - Teleop: node này là thuêt toán điều khiển để robot có thể di chuyển theo ý muốn cûa ngþąi dùng. Sau đò tiến hành gāi vên tốc góc và vên tố c di chuyển cho core dăa trên tín hiệu thu đþĉc. Hình 2. Mô hình thực tế và cấu trúc phần cứng của Omni robot Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS 1286 Hình 3. Sơ đồ tín hiệu xây dựng bân đồ, định vị và điều hướng robot - Core: node này nhên đþĉc vên tốc di chuyển và vên tốc góc. Trong khi Publishes “odom”, đåy là tþ thế đþĉc đo và þĆc tính cû a robot. Bên cänh đò cñn publishes tọa độ cûa robot đã đþĉc chuyển đổi theo thĀ tă: Odom  Basefootprint  Baselink  Basescan. Sau đò nhĂng dĂ liệu này sẽ đþĉ c gāi đến topIC tf. - Gmapping: node này sẽ täo ra bân đồ dă a trên thông tin đo đäc khoâng cách tÿ tín hiệ u laser scan và thông tin tÿ topIC tf, đò là tþ thế cûa robot. - Mapserver: node này tiến hành täo file “map.gpm” và file “map.yaml”, 2 file này chĀ a các thông tin cûa bân đồ thu đþĉc. 3.3. Lập quỹ đäo cục bộ cho robot tự hành trên nền tâng hệ điều hành ROS Khi robot đã cò thông tin về môi trþą ng và vð trí cûa nó tÿ hệ thống SLAM, các vð trí đích cò thể đþĉc đặt nhþng chî trong vùng môi trþąng đã xác đðnh. Cæn thiết lêp quỹ đäo toàn cæ u (Global planner) và thiết lêp quỹ đäo cýc bộ (Loc...

Vietnam J Agri Sci 2023, Vol 21, No 10: 1282-1293 Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2023, 21(10): 1282-1293 www.vnua.edu.vn XÂY DỰNG QUỸ ĐẠO CỤC BỘ CHO ROBOT TỰ HÀNH TRONG NHÀ LƯỚI NÔNG NGHIỆP TRÊN NỀN TẢNG HỆ ĐIỀU HÀNH ROS Phạm Thị Lan Hương*, Nguyễn Thị Duyên Khoa Cơ - Điện, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam *Tác giả liên hệ: huongpham@vnua.edu.vn Ngày nhận bài: 06.01.2023 Ngày chấp nhận đăng: 05.10.2023 TÓM TẮT Bài báo này trình bày về xây dựng quỹ đạo cục bộ nhằm tránh các vật cản tĩnh và động sử dụng thuật toán TEB (Timed Elastic Bands) dựa trên bản đồ, định vị đồng thời SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) cho robot tự hành hoạt động trong các nhà lưới trồng cây nông nghiệp Trên cơ sở robot Omni 4 bánh với nền tảng hệ điều hành lập trình cho robot ROS (Robot Operating System) và nền tảng máy tính nhúng hiệu suất cao Jetson-TX2 xử lý tác vụ trung tâm, camera 3D và một cảm biến Lidar để thu thập dữ liệu từ môi trường nhà lưới nông nghiệp Các kết quả chạy mô phỏng robot sử dụng phần mềm Gazebo và thử nghiệm trên phần mềm Rviz cho thấy sự hiệu quả của việc sử dụng hệ điều hành ROS, thuật toán TEB vào việc điều khiển, giám sát robot tự hành di chuyển linh hoạt có thể tránh được vật cản trong nhà lưới và là hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng trong các ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao Từ khóa: Robot nông nghiệp, ROS, TEB, robot Omni Constructing Local Orbit for Self-Operating Robot in Agricultural Greenhouse Based on ROS ABSTRACT This paper proposed a local path planner coping with the collision-free navigation problem which considers both static and dynamic obstacles based on Timed Elastic Bands (TEB) aggregated with Simultaneously Localization and Mapping (SLAM) for self-operating/mobile robots working in the greenhouse environment Moreover, the proposed system is a four-wheel Omni robot constructed using Robot Operating System (ROS) platform and implemented in a high-performance embedded computer Jetson-TX2 connected with a 3D camera and lidar to collect environmental data The simulation results based on Gazebo and Rviz software show the effectiveness of using the ROS operating system, with the TEB algorithm in controlling and monitoring autonomous moving robots, avoiding obstacles in the greenhouse This is a research direction with great potential in high-tech agricultural applications Keywords: Agricultural Robot, ROS, Timed Elastic Bands, Omni robot 1 ĐẶT VẤN ĐỀ tâm cûa các tổ chĀc trên toàn cæu đến việc phát triển tă động hóa nông nghiệp và robot nông Trong nhĂng nëm gæn đåy, biến đổi khí nghiệp ngày càng tëng hêu, gia tëng dån số và thiếu hýt lao động là nhĂng mối đe dọa cçp bách đến tính bền vĂng Canh tác kỹ thuêt số là thăc hiện các công cûa nông nghiệp toàn cæu Lo ngäi về an ninh nghệ hiện đäi nhþ câm biến, robot và phân tích lþĄng thăc đã làm tëng să quan tåm đến tă dĂ liệu để chuyển tÿ các hoät động cĄ giĆi sang động hóa nông nghiệp, đến chi phí toàn cæu cho các quy trình tă động liên týc (Redmond, 2018; robot nông nghiệp đang tëng lên theo cçp số Bechar & Vigneault, 2016) Lïnh văc robot nông nhân (Bechar & Vigneault, 2016) và să quan nghiệp đã gặt hái đþĉc một số thành tău, đặc biệt là về dò tìm, kiểm soát có däi tă động và sâu 1282 Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên bệnh, phun thuốc có mýc tiêu (Gonzalez-de-Soto vð, phát hiện các chþĆng ngäi vêt để täo ra bân & cs., 2016), cít tîa lá cåy, xác đðnh hình thái cây đồ Bìng cách thu thêp dĂ liệu qua laser scan, trồng (Zhang & cs., 2016) và thu hoäch Xác đðnh IMU hoặc encoder thông qua ROS (Da Silva, đối tþĉng, thuêt toán lêp kế hoäch nhiệm vý, số 2019), vð trí cûa robot có thể đþĉc þĆc tính và hóa và tối þu hòa câm biến đþĉc nhçn mänh là täo ra bân đồ môi trþąng đã tích hĉp trong ROS nhĂng thách thĀc phâi đối mặt trong bối cânh Tÿ các thông tin SLAM, cý thể là bân đồ thu canh tác kỹ thuêt số VĆi nhĂng tiến bộ trong lý đþĉc, thiết lêp các thuêt toán xây dăng quỹ đäo thuyết điều khiển, Āng dýng cûa nhĂng robot tối þu cho robot, hay là điều hþĆng cho robot, này trong canh tác kỹ thuêt số ngày càng tëng trên nền ROS có thể xây dăng các thuêt toán mĀc độ tă động hòa, thay đổi các cách thĀc, công điều hþĆng cho robot (Chen & cs., 2017; nghệ truyền thống sang Āng dýng công nghiệp Priyandoko & cs., 2017; Zhi & Xuesong, 2018; công nghệ cao đang thu hút các nhà đæu tþ, kỹ Flavio & cs., 2018) Trong việc phát triển và sþ, nhà khoa học và doanh nghiệp Các robot rçt điều khiển robot tă hành Āng dýng trong nhà khò khën để có thể tă động hóa hoàn toàn trong lþĆi nông nghiệp, lêp quỹ đäo chuyển động môi trþąng nông nghiệp Một robot hoät động thông minh cho robot bao gồm xây dăng quỹ đäo trong môi trþąng nông nghiệp phâi rçt đa däng, toàn cýc và quỹ đäo cýc bộ, mà trong đò việc xác phi cçu trúc, vĆi nhiều yếu tố bçt đðnh nhþng läi đðnh quỹ đäo cýc bộ cho robot, là cĄ sć để đâm có các yêu cæu thao tác, câm nhên và điều khiển bâo robot có thể di chuyển tĆi vð trí đích đồng yếu tố môi trþąng xung quanh một cách chính thąi để hoàn thiện bài toán điều hþĆng robot Tÿ xác, điều này là thách thĀc lĆn vĆi các nhà nhĂng phân tích tÿ trên, bài báo têp trung trình nghiên cĀu chế täo (De Baerdemaeker & cs., bày về xây dăng quỹ đäo cýc bộ cho robot tă 2001) Điển hình là Āng dýng robot trên cánh hành trong nhà lþĆi nông nghiệp trên nền tâng đồng khép kín nhþ trong nhà lþĆi để canh tác cây hệ điều hành ROS rau và hoa quâ trái vý theo nghiên cĀu cûa Shamshiri & cs (2018) 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VĆi robot nông nghiệp, việc Āng dýng các Tác giâ đã tiến hành tham khâo các tài liệu, giâi pháp câm biến truyền thống là rçt khó khâ công trình nghiên cĀu về thuêt toán điều khiển thi và xu hþĆng là robot đþĉc trang bð các loäi robot đã xuçt bân trong và ngoài nþĆc, đồng câm biến tiên tiến nhþ camera 3D, laser scan để thąi kế thÿa các kết quâ nghiên cĀu đã cò để thu thêp dĂ liệu, bân đồ hóa và hoät động tă tiến hành nghiên cĀu, lăa chọn thuêt toán phù động hoàn toàn Durmus & cs (2016) đã thăc hĉp để nghiên cĀu hệ thống đðnh vð, dén đþąng, hiện dă án robot tă hành và thā nghiệm trong lêp bân đồ, tránh chþĆng ngäi vêt cûa robot tă môi trþąng nhà lþĆi bìng cách sā dýng nền tâng hành 4 bánh hoàn chînh di chuyển trong nhà ROS, robot di động sā dýng một camera 3D để lþĆi Cuối cùng, sā dýng máy tính có hệ điều lêp bân đồ môi trþąng nhà lþĆi và điều hþĆng hành ROS, phæn mềm mô phóng Rviz (3D trong nhà lþĆi bìng cách sā dýng bân đồ đã täo Visualization Tool); phæn mềm mô phóng Habibie & cs (2018) đã sā dýng công cý mô Gazebo để tiến hành mô phóng xây dăng quỹ phóng ROS để điều hþĆng một UGV trên cánh đäo cýc bộ cho robot tă hành trong nhà lþĆi đồng cåy ën quâ Các đánh giá đều cho rìng robot hoät động hiệu quâ vĆi độ chính xác cao Hệ điều hành Robot ROS (Robot Operating trong quá trình canh tác System) là một mã nguồn mć, hệ điều hành cho robot cung cçp các dðch vý, bao gồm kết nối tĆi Bên cänh đò, trong nghiên cĀu cûa Habibie phæn cĀng, điều khiển thiết bð cçp thçp và thăc & cs (2018) và trong nghiên cĀu cûa Park & hiện nhĂng chĀc nëng mà robot thþąng sā Lee (2017) đã sā dýng phþĄng pháp đðnh vð và dýng Nò cüng cung cçp các công cý và thþ viện lêp bân đồ đồng thąi (Simultaneous Localization để lçy, xây dăng, viết và chäy mã trên nhiều and Mapping - SLAM - là täo ra bân đồ và phát máy tính ROS tþĄng tă nhþ hệ điều hành Tuy hiện các chþĆng ngäi vêt xung quanh trong môi nhiên, không giống nhþ các hệ điều hành thông trþąng không xác đðnh) là bþĆc tiến trong đðnh 1283 Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS thþąng, nó có thể đþĉc sā dýng nhiều kết hĉp 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tác vý cho phæn cĀng HĄn nĂa, nó là một phæn mềm Robot nền tâng cung cçp các môi trþąng 3.1 Mô hình robot tự hành Omni bốn bánh phát triển khác nhau chuyên phát triển các chþĄng trình cho Robot Āng dýng Omni Robot tă hành đa hþĆng có khâ nëng Phæn mềm mô phóng Rviz (3D di chuyển theo bçt kĊ hþĆng nào mà không cæn Visualization Tool) là công cý trăc quan cûa ROS, hiển thð các thông báo thu đþĉc ć chế độ phâi thay đổi vð trí và tþ thế VĆi cçu trúc bánh 3D, cho phép ngþąi dùng xác minh trăc quan dĂ liệu Rviz có thể hình dung khoâng cách tÿ câm khác biệt và þu điểm về khâ nëng di chuyển biến Laser Distance Sensor (LDS) đến vð trí cûa vêt cân, Point Cloud Data (PCD) cûa câm biến vþĉt trội trong các điều kiện môi trþąng di khoâng cách 3D nhþ RealSense, Kinect hoặc Xtion, giá trð hình ânh thu đþĉc tÿ camera hoặc chuyển hẹp, khò thay đổi vð trí, méu mobile có thể nhiều hĄn mà không cæn sā dýng đến phæn mềm khác robot này đang đþĉc áp dýng một cách rộng rãi Phæn mềm mô phóng Gazebo là một công cý không chî trong nghiên cĀu mà còn trong các hỗ trĉ không thể thiếu đþĉc trong quá trình thiết kế robot Gazebo là một trình giâ lêp 3D lïnh văc sân xuçt và đąi sống Đåy chính là lċ do cung cçp robot, câm biến, mô hình môi trþąng để mô phóng 3D cæn thiết cho să phát triển cûa chính mà bài báo muốn đề cêp đến Mô hình robot và cung cçp mô phóng thăc tế vĆi động cĄ vêt lý cûa nó Gazebo là một trong nhĂng trình động học cho Robot Omni bốn bánh đþĉc xây giâ lêp phổ biến nhçt có hiệu suçt cao, mã nguồn mć trong nhĂng nëm gæn đåy và đã đþĉc dăng dăa trên mô hình bánh xe Omni đþĉc bố chọn làm trình giâ lêp chính thĀc cûa DARPA Robotics Challenge7 täi Mỹ HĄn thế nĂa, trí đặt cách nhau một góc 90 nhþ trong hình 1 Gazebo đþĉc phát triển và phân phối bći Open Robotics, phý trách bći cộng đồng ROS, vì vêy T nò cò tính tþĄng thích cao vĆi ROS q  x y  là vectĄ tọa độ cûa robot trong hệ tọa độ toàn cýc Oxy, trong đò x và y læn lþĉt là toä độ cûa robot theo phþĄng Ox và Oy,  là góc quay cûa robot so vĆi chiều dþĄng cûa trýc Ox v  vx vy  T là vectĄ vên tốc cûa robot  trong hệ trýc tọa độ động gín vào tâm robot bao gồm vên tốc tðnh tiến và vên tốc góc cûa robot Để đĄn giân trong việc thiết kế bộ điều khiển robot, mối quan hệ giĂa vên tốc trong trýc cûa robot và vên tốc trong trýc cûa môi trþąng đþĉc mô tâ bìng mô hình động học cûa robot: Hình 1 Robot Omni đa hướng 4 bánh 1284 Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên  cos sin  0 3.2 Bân đồ hóa môi trường và định vị đồng   thời SLAM cho robot q  H.v  sin  cos 0 v (1) Trong lïnh văc robotics, vçn đề đðnh vð đồng 0 0 1  thąi xây dăng bân đồ SLAM là một trong nhĂng vçn đề quan trọng nhçt và đòng vai trñ then cos  sin  0 chốt trong điều hþĆng robot Vì vêy đåy là vçn trong đò: H  sin  cos  0 là ma trên đề đã thu hút đþĉc să quan tâm lĆn cûa các nhà 1 khoa học Vçn đề SLAM đþĉc mô tâ tổng quát 0 0 trong quá trình khi robot di chuyển để lêp bân   đồ nhĂng nĄi con ngþąi không thể hoặc không muốn tiếp cên, đồng thąi robot tă xác đðnh đþĉc chuyển hệ trýc tọa độ vð trí cûa nó so vĆi nhĂng đối tþĉng xung quanh Kỹ thuêt SLAM cung cçp thông tin bân đồ về Tÿ (1) chúng ta sẽ cò đþĉc phþĄng trình để môi trþąng đồng thąi sā dýng bân đồ này þĆc lêp trình cho robot trong ROS: tính tþ thế riêng (vð trí và hþĆng) cûa robot dăa vào các tín hiệu thu đþĉc tÿ các câm biến tæm x  v  x cos  vy sin  nhìn bao gồm Rplidar và 3D camera y  vx sin   vy cos  (2) Để thăc hiện SLAM, chúng tôi sā dýng gói  Gmapping cho omni robot Bìng việc thu các dĂ   w liệu tÿ RPLidar, Astra camera và chyển Deep to Laser vĆi cçu trúc các phæn nhþ hình 3 Sau khi tín hiệu đþĉc chuyển đổi, vð trí cûa robot đþĉc điều khiển trăc tiếp bći các tín hiệu Gòi Gmapping þĆc tính vð trí cûa robot và này thông qua bốn bánh cûa robot xây dăng bân đồ dăa trên dĂ liệu thu đþĉc và các phép đo hình học cûa nó Mô hình robot đþĉc xây dăng vĆi 3 thành phæn chính: phæn xā lý trung tâm, phæn câm - Thþ viện TF đþĉc thiết kế và cung cçp các biến và phæn điều khiển cĄ cçu chçp hành Cçu tiêu chuèn để theo dõi các khung tọa độ và trúc bộ phên di chuyển là Omni 4 bánh đa chuyển đổi dĂ liệu trong toàn bộ hệ thống hþĆng giúp việc di chuyển linh hoät và dễ dàng hĄn Máy tính nhúng đòng Jetson TX2 cò vai - RPLidar: node này thăc hiện chäy câm trò là bộ xā lċ trung tåm đþĉc cài đặt hệ điều biến RPLidar và gāi thông tin “scan” cæn thiết hành ROS cùng vĆi các node tính toán thuêt cho SLAM đến node Gmapping toán SLAM Sau khi tính toán xong, Jetson TX2 gāi lệnh điều khiển cho bộ phên điều - Teleop: node này là thuêt toán điều khiển khiển cĄ cçu chçp hành là mäch STM32 để robot có thể di chuyển theo ý muốn cûa ngþąi RPLidar quét laser 360 giúp robot xây dăng dùng Sau đò tiến hành gāi vên tốc góc và vên tốc bân đồ và nhên diện vêt cân tæm cao vĆi di chuyển cho core dăa trên tín hiệu thu đþĉc khoâng cách xa Camera 3D sā dýng Deep Camera giúp nhên diện vêt cân tæm trung và tæm thçp ć phía trþĆc robot Hình 2 Mô hình thực tế và cấu trúc phần cứng của Omni robot 1285 Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS Hình 3 Sơ đồ tín hiệu xây dựng bân đồ, định vị và điều hướng robot - Core: node này nhên đþĉc vên tốc di ć hệ thống SLAM Tiếp theo, vð trí đích đþĉc xác chuyển và vên tốc góc Trong khi Publishes đðnh và đặt trong vùng phäm vi đã xác đðnh cûa “odom”, đåy là tþ thế đþĉc đo và þĆc tính cûa bân đồ Tÿ đò, các thuêt toán tính toán quỹ đäo robot Bên cänh đò cñn publishes tọa độ cûa sẽ tính toán để đâm bâo robot có thể di chuyển robot đã đþĉc chuyển đổi theo thĀ tă: tĆi vð trí đích vĆi quỹ đäo ngín nhçt Odom  Base_footprint  Base_link  Phæn lêp quỹ đäo toàn cýc đþĉc thiết kế sā Base_scan Sau đò nhĂng dĂ liệu này sẽ đþĉc dýng thuêt toán A* (Chen & cs., 2017) dăa trên gāi đến topIC tf nền tâng ROS Thuêt toán A* xây dăng tëng dæn tçt câ các tuyến đþąng tÿ điểm xuçt phát - Gmapping: node này sẽ täo ra bân đồ dăa cho tĆi khi nó tìm thçy một đþąng đi chäm tĆi trên thông tin đo đäc khoâng cách tÿ tín hiệu đích Thuêt toán này sā dýng một đánh giá laser scan và thông tin tÿ topIC tf, đò là tþ thế “heuristic” về khoâng cách tÿ điểm bçt kì cho cûa robot trþĆc tĆi đích để biết đþĉc nhĂng đþąng nào có khâ nëng dén tĆi đích, bên cänh đò thuêt toán - Map_server: node này tiến hành täo file này cñn tính đến khoâng cách nò đã đi qua “map.gpm” và file “map.yaml”, 2 file này chĀa các thông tin cûa bân đồ thu đþĉc Trong bài báo này, chúng tôi sẽ đi såu vào đề cêp đến bài toán lêp kế hoäch đþąng đi cýc bộ 3.3 Lập quỹ đäo cục bộ cho robot tự hành (Local planner) sā dýng thuêt toán TEB (Timed trên nền tâng hệ điều hành ROS Elastic Bands) (Rösmann, 2017) Khi robot đã cò thông tin về môi trþąng và Hình 5 chî ra vð trí cûa robot trong các thąi vð trí cûa nó tÿ hệ thống SLAM, các vð trí đích cò thể đþĉc đặt nhþng chî trong vùng môi trþąng điểm khác nhau trên bân đồ Ta đðnh nghïa đã xác đðnh Cæn thiết lêp quỹ đäo toàn cæu (Global planner) và thiết lêp quỹ đäo cýc bộ si  xi yi i   2 S1 vĆi i = 1, 2,„, N là tọa (Local planner) cho hệ thống dén hþĆng điều  khiển (nhþ thể hiện trong Hình 4) vĆi mýc tiêu đặt ra robot có thể di chuyển tă động (theo quỹ độ cûa robot täi thąi điểm i trong bân đồ toàn đäo tÿ vð trí xuçt phát đến vð trí mýc tiêu) và an cýc, trong đò xi, yi là tọa độ cûa robot theo 2 toàn (tránh đþĉc nhĂng vêt cân tïnh và vêt cân phþĄng x, y và i là hþĆng cûa robot (là góc xác động cûa môi trþąng thăc) TrþĆc tiên, robot cæn đðnh bći đþąng thîng täo bći tọa độ (xi, yi) vĆi vð xác đðnh đþĉc vð trí cûa nó trong bân đồ täi thąi trí đích vĆi phþĄng 0x) điểm hiện täi Khi đò robot sẽ có nhĂng nhên thĀc về môi trþąng xung quanh, đặc biệt là bân QSii0, 1 n N (2) đồ bao gồm nhĂng vêt cân tïnh đã xác đðnh đþĉc     Ti i0, 1n (3) 1286 Thuêt toán TEB đþĉc đðnh nghïa là: B : (Q,) (4) Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên Hình 4 Sơ đồ hệ thống điều hướng cho robot Hình 5 Vị trí của robot täi các thời điểm khác nhau trên bân đồ Hàm mýc tiêu: þu hòa đþĉc quãng đþąng di chuyển đến đích cûa robot vĆi quãng đþąng đi ngín nhçt và f(B)  kfk(B) (5) trong thąi gian ngín nhçt, đồng thąi không va chäm vĆi các vêt cân trong môi trþąng k B*  arg min f(B) (6) B Ta đðnh nghïa hàm mýc tiêu fk(B) dăa trên hàm mçt mát e: Trong đò f(B) là hàm mýc tiêu toàn cýc, B* là giá trð tối þu cûa thuêt toán TEB  x  (xr  ) n Mýc tiêu cûa thuêt toán TEB là tìm ra giá  ; x  xr   trð B* để sinh ra đþąng đi tối þu cho robot Các eT(x,xr ,,S,n)   S  (7) hàm mýc tiêu fk(B) đþĉc tính toán nhìm giĆi   hän đþĉc vên tốc và gia tốc cûa robot qua đò tối  0 1287 Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS Trong đò xr là giá trð giĆi hän, S, n thể hiện  n 2 (10) độ chia và bêc cûa đa thĀc,  là số dþĄng nhó thể hiện sai lệch xçp xî ftime    Ti   i1  Các hàm mýc tiêu đþĉc lăa chọn và tính Việc tính toán vên tốc dài và vên tốc góc toán dăa trên träng thái và vð trí hiện täi cûa cûa robot dăa vào khoâng cách giĂa hai vð trí sk robot trên bân đồ toàn cýc và sk + 1 trong khoâng thąi gian di chuyển là Tk Hình 6 minh họa các điểm đặt mong muốn và - GiĆi hän vên tốc và gia tốc cûa robot: vêt cân trên quãng đþąng di chuyển cûa robot, dăa vào việc tối þu các hàm mýc tiêu thuêt toán Việc tính toán vên tốc dài và vên tốc góc TEB sinh ra đþąng đi tốt nhçt cho robot bám cûa robot dăa vào khoâng cách giĂa hai vð trí sk theo quỹ đäo mong muốn đồng thąi tránh các và sk + 1 trong khoâng thąi gian di chuyển là Tk vêt cân trên đþąng đi Để tìm ra đþĉc các điểm đặt mong muốn (WP) và tránh đþĉc các vêt cân, vi  1 (xi1  xi ) (11) thuêt toán Teb sā dýng hai hàm mýc tiêu là: Ti yi1  yi i  i1  i (12)  Ti fpath  e(dmin, r,  , S, n) (8) wpmax i  max vĆi max  vmax GiĆi hän dmin fob  e (dmin ,  romin , , S, n) (9) Ta có Trong đò dmin là khoâng cách nhó nhçt tÿ vð  vmax và   đþĉc áp dýng để giĆi hän trí cûa robot đến điểm đặt hoặc vêt cân, rwpmax là giĆi hän khoâng cách lĆn nhçt cûa robot so vĆi max điểm đặt, romin là giĆi hän khoâng cách an toàn cûa robot đến vêt cân vk (sk1,sk,Tk ) v vk , max  T  max     k TþĄng tă ta có gia tốc cûa robot däng: Thuêt toán TEB sinh ra quỹ đäo tránh các ai  2(vi1  vi ) (13) Ti  Ti1 vêt cân động cüng nhþ vêt cân tïnh trong quá trình di chuyển cua robot đồng thąi tính ra quỹ TþĄng tă ta tính đþĉc gia tốc góc cûa robot đäo ngín nhçt cho robot di chuyển đến đích Ta bìng việc thay thế vên tốc dài vi bìng vên tốc góc i Ta có mối quan hệ giĂa vên tốc dài vi vĆi có Tk  là têp hĉp thąi gian robot di vên tốc góc i cûa các bánh xe k1,2, ,n1 chuyển hết quãng đþąng, trong đò Tk là vw ,i  vi  Li (14) khoâng thąi gian robot di chuyển tÿ vð trí sk đến r vð trí sk + 1 Thuêt toán TEB tính ra đþąng đi nhanh nhçt cho robot thông qua việc tính toán vw ,i  vi  Li (15) l tối þu căc tiểu min(ftime ) vĆi: trong đò L là bán kính bánh xe B Hình 6 Thuật toán TEB 1288 Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên - Áp dýng thuêt toán TEB cho robot Omni và liên kết vĆi nhau, việc tối þu các hàm mýc tiêu sẽ hình thành nên quỹ đäo đþąng đi tốt Hình 7 cho thçy cçu trúc điều khiển cho nhçt cho robot đồng thąi robot có thể tránh các robot Omni sā dýng thuêt toán TEB vêt cân tïnh cüng nhþ vêt cân động trong suốt quá trình di chuyển Dăa vào mô hình động học Täi bþĆc khći täo, thuêt toán Teb điều cûa robot, các träng thái cûa robot täi mỗi thąi chînh độ phân giâi về không gian và thąi gian điểm sẽ chuyển thành các tín hiệu điều khiển về cho quỹ đäo cûa robot thông qua các träng thái vên tốc và gia tốc cho robot Sau mỗi vòng lặp, cûa robot, sau đò liên kết các điểm đặt trên quỹ vð trí mĆi cûa robot và vêt cân trong bân đồ toàn đäo đþąng đi cûa robot và vêt cân trong môi cýc đþĉc cêp nhêt läi để thuêt toán hình thành trþąng vĆi tÿng träng thái cûa thuêt toán TEB đþąng đi tiếp theo cho robot Dăa vào việc nhên thĀc về môi trþąng và đþąng đi cûa robot, các hàm mýc tiêu đþĉc hình thành Hình 7 Cấu trúc điều khiển cho robot sử dụng TEB 1289 Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS 3.4 Kết quâ mô phỏng và thực nghiệm kỹ thuêt SLAM trong hệ thống nhên robot Các vùng màu tríng là các vùng môi trþąng đã đþĉc Phæn mềm mô phóng Gazebo đþĉc tích hĉp nhên thĀc Các đþąng màu đen là các vêt cân để có thể sā dýng trong ROS Môi trþąng trong (tþąng, các cây trồng) mà robot nhên däng đþĉc Gazebo đþĉc tối þu sao cho các điều kiện vêt lý và bân đồ hoá giống vĆi môi trþąng thăc tế nhçt, nhóm tác giâ đã xåy dăng môi trþąng täi nhà lþĆi nhìm đa Hình 10 cho thçy hệ thống điều hþĆng hoàn däng các môi trþąng hoät động trong nhà lþĆi toàn tă động, quy hoäch đþąng đi và xác đðnh vĆi nhĂng loäi cây trồng khác nhau Mô hình tuyến đþąng cho robot Omni di chuyển theo để robot tă hành Omni nhþ hình 8, vĆi các tham số đät đþĉc vð trí mong muốn Hệ thống điều hþĆng mô phóng và thăc nghiệm giống nhau: sẽ tính toán hai loäi quỹ đäo Quỹ đäo toàn cýc cho robot (đþąng màu xanh) là quỹ đäo đþĉc - Tốc độ lĆn nhçt theo phþĄng x và y: 1,5 m/s tính toán sao cho nó là quỹ đäo ngín nhçt tÿ vð trí hiện täi cûa robot tĆi đích Quỹ đäo cýc bộ - Tốc độ góc lĆn nhçt: 0,5 rad/s (đþąng màu đó) là quỹ đäo đặt cho việc điều khiển hệ thống robot Quỹ đäo này sẽ điều chînh - Bán kính thân robot (D - Hình 1): 0,25m quỹ đäo cûa robot sao cho robot có thể di chuyển an toàn, tránh va chäm vĆi vêt cân mà vén đâm - Bán kính bánh xe: 0,07m bâo robot tiến tĆi vð trí đích Khi global planner đã đþĉc täo ra thì local planer sẽ chuyển con - Tham số cho câm biến lidar: Phäm vi quét đþąng này thành các lệnh vên tốc cho động cĄ lĆn nhçt: 0,2  10m, độ phân giâi: 1, góc quét: 360 robot Khi robot đi tĆi một gòc tþąng, nhên thçy có khâ nëng robot sẽ va chäm vĆi vêt cân này, Việc chäy mô phóng thā nghiệm SLAM đþĉc phæn lêp quỹ đäo cýc bộ ngay lêp tĀc điều chînh thăc hiện trên Rviz, là công cý trăc quan cûa läi quỹ đäo cho robot Quỹ đäo này khiến robot ROS Mýc đích chính là hiển thð các thông báo di chuyển vñng xa gòc tþąng hĄn nhþng vén thu đþĉc ć chế độ 3D, cho phép ngþąi dùng xác đâm bâo bám sát tĆi quỹ đäo toàn cýc minh trăc quan dĂ liệu Thông qua Rviz, ngþąi dùng có thể giám sát đþĉc môi trþąng xung quanh robot khám phá đþĉc theo thąi gian Hình 9 là là kết quâ thu đþĉc khi bít khći chäy Hình 8 Mô hình 3D robot Omni và môi trường thực nghiệm täi mô hình nhà lưới Hình 9 Quá trình SLAM của robot và kết quâ bân đồ hoá môi trường täi nhà lưới 1290 Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên Hình 10 Robot di chuyển tới vị trí đích và quỹ đäo cục bộ tránh các vật cân trên đường đi trên Gazebo và Rviz Hình 11 Robot di chuyển tới vị trí đích trên Rviz Hình 12 Quãng đường dự kiến robot sẽ đi Khi hoät động, các câm biến cêp nhêt bân Một số hình ânh robot khi chäy mô phóng đồ vĆi các vêt cân mĆi phát hiện đþĉc Costmap tránh vêt cân trong nhà lþĆi thông qua các kðch sā dýng thông tin tÿ câm biến täo ra bân đồ cýc bân đặt ra đþĉc trình bày qua các hình 12 đến bộ xung quanh robot Omni Khối lêp quỹ đäo hình 16 cýc bộ (Local planner) cën cĀ vào vêt cân gặp phâi và thuêt toán TEB sẽ cho ra kế hoäch di Quãng đþąng dă kiến robot sẽ di chuyển chuyển vĆi khoâng cách có thể thay đổi, ć đåy trong nhà lþĆi (Hình 12) khoâng cách đþĉc chọn là 0,5m Nhþ trong Hình 11 thì sau khi tránh vêt cân thì robot sẽ có thể Trong quá trình di chuyển, robot gặp vüng läi di chuyển theo con đþąng mong muốn trong nþĆc (Hình 13, 14) thąi gian ngín và đi tĆi mýc tiêu Khi gặp mô đçt cao (Hình 15) Quá trình điều chînh khi gặp mô đçt cao (Hình 16) 1291 Xây dựng quỹ đạo cục bộ cho robot tự hành trong nhà lưới nông nghiệp trên nền tảng hệ điều hành ROS Hình 13 Quỹ đäo của robot khi gặp vũng nước Hình 14 Robot điều chînh quỹ đäo tránh vũng nước Hình 15 Robot gặp mô đất cao Hình 16 Quỹ đäo của robot khi gặp mô đất cao 1292 Phạm Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Duyên 4 KẾT LUẬN Gonzalez-de-Soto M., Emmi L., Perez-Ruiz M., Aguera J & Gonzalez-de-Santos P (2016) Các kết quâ cho thçy hiệu quâ cûa thuêt .Autonomous systems for precise spraying - toán TEB trong việc lêp quỹ đäo chuyển động Evaluation of a robotised patch sprayer Biosyst, cýc bộ dăa trên trên bân đồ 2D thu đþĉc tÿ quá Eng 146: 165-182 trình SLAM sā dýng hàm Gmapping Các kết quâ này là nền tâng cho các bþĆc điều hþĆng, Habibie N., Nugraha A.M., Anshori A.Z., Masum M.A lêp quỹ đäo chuyển động thông minh cho robot & Jatmiko W (2018) Fruit mapping mobile robot phýc vý các bài toán cý thể trong nhà lþĆi, nhþ on simulated agricultural area in Gazebo simulator Āng dýng trong công việc chëm sòc cåy trồng using simultaneous localization and mapping (giám sát quá trình sinh trþćng, tþĆi nþĆc, cung (SLAM) In Proceedings of the 2017 International cçp dinh dþĈng hoặc phun thuốc sâu) và thu Symposium on Micro-NanoMechatronics and hoäch trong nhà lþĆi Kết quâ cûa nghiên cĀu sẽ Human Science (MHS), Nagoya, Japan, -6 đþĉc Āng dýng cý thể trong việc chëm sòc cây December pp 1-7 hoa lan đþĉc trồng trong nhà lþĆi täi Học viện Nông nghiệp Việt Nam Park S & Lee G (2017) Mapping and localization of cooperative robots by ROS and SLAM in unknown TÀI LIỆU THAM KHẢO working area In 2017 56th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Bechar A & Vigneault C (2016) Agricultural robots Japan (SICE) pp 858-861: IEEE for field operations: Concepts and components Biosystems Engineering 149: 94-111 Priyandoko G., Ming T & Achmad M (2017) Mapping of unknown industrial plant using ROS- Chen Y., Wang X., Hong S., Zhong X & Zou C based navigation mobile robot In IOP Conference (2017) Motion planning implemented in ROS for Series: Materials Science and Engineering mobile robot 29th Chinese Control And Decision 257(1): 012088 IOP Publishing Conference (CCDC), Chongqing pp 7149-7154 Rösmann C.F.H.a.T.B (2017) Online trajectory Da Silva B.M., Xavier R.S & Gonçalves L.M (2019) planning in ROS under kinodynamic constraints Mapping and Navigation for Indoor Robots under with timed-elasticbands Robot Operating System ROS An Experimental Analysis, Creative (ROS) Springer, Cham pp 231-261 Commons CC BY license Shamshiri R.R., Weltzien C., Hameed I.A., Yule I.J., De Baerdemaeker J., Munack A., Ramon H & Grift T.E., Balasundram S.K., Pitonakova L., Speckmann H (2001) Mechatronic systems, Ahmad D & Chowdhary G (2018) Research and communication, and control in precision development in agricultural robotics: A perspective agriculture IEEE Control Syst 21(5): 48-70 of digital farming Int J Agric & Biol Eng 11(41293): 1-11 Durmus H., Gunes E.O & Kirci M (2016) Data acquisition from greenhouses by using autonomous Shamshiri R.R., Kalantari F., Ting K.C., Thorp K.R., mobile robot In Proceedings of the 5th Hameed I.A., Weltzien C., Ahmad D & Shad Z.M International Conference on Agro-Geoinformatics, (2018) Advances in greenhouse automation and Tianjin, China, 18-20 July 2016 pp 5–9 controlled environment agriculture: A transition to plant factories and urban agriculture Int J Agric & Flavio B.P Malavazi, Remy Guyonneau, Jean-Baptiste Biol Eng 11(1): 1-22 Fasquel, Sebastien Lagrange & Franck Mercier (2018) LiDAR-only based navigation algorithm Zhang C., Gao H., Zhou J., Cousins A., Pumphrey M.O for an autonomous agricultural robot Computers & Sankaran S (2016) 3D robotic system and Electronics in Agriculture 154: 71-79 development for high-throughput crop phenotyping IFAC-PapersOnLine 49(16): 242-247 Zhi L & Xuesong M (2018) Navigation and Control System of Mobile Robot Based on ROS in 2018 IEEE 3rd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC) pp 368-372: IEEE 1293