[123doc] - ung-dung-cong-nghe-nhan-dang-song-vo-tuyen-cho-robot-quan-ly-hang-hoa-rfid

Hà Nội, 11/2020 LỜI CẢM ƠN Kính gửi đến thầy TS.XXX (trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội) lời cảm ơn chân thành sâu sắc Cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn, dạy chúng em mơn “Cơng nghệ RFID” suốt q trình học thực tiểu luận Em xin trình bày tiểu luận môn học “Công nghệ RFID” với đề tài “Ứng dụng cơng nghệ nhận dạng sóng vơ tuyến cho robot quản lý hàng hóa” Do cịn hạn chế thời gian kiến thức nên nghiên cứu, tìm hiểu tính tổng quan, định tính có nhiều kiến thức nên khơng tránh khỏi sai sót Em mong góp ý, bảo thầy để tiểu luận đạt kết tốt Hà nội, ngày tháng 11 năm 2020 Học viên thực Trịnh Tiến Thắng LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ RFID công nghệ chưa ứng dụng nhiều Việt Nam Trên giới nay, công nghệ ứng dụng rộng rãi dịch vụ, công nghiệp, vận tải, sản xuất quản lý Trong tiểu luận này, giới thiệu công nghệ RFID ứng dụng robot quản lý vận hành kho hàng Công nghệ RFID giúp robot tự động tìm đường khu vực kho hàng chúng xếp, vận chuyển quản lý kho hàng cách hoàn toàn tự động điều kiện sàn phức tạp Tiểu luận giới thiệu tổng quan lịch sử tổng quan cách thức hoạt động hệ thống RFID, sau tiểu luận tập trung phân tích thực nghiệm ứng dụng RFID robot quản lý kho hàng từ làm rõ tiềm vô hạn công nghệ nghành quản lý kho hàng, siêu thị tương lai CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN 1.1 Lịch sử phát triển Công nghệ RFID xuất lần đầu chiến tranh giới thứ hai diễn Vào thời đó, Radar phát minh nhà vật lý người Scottland – Watson Watt sử dụng để cảnh báo máy bay người Đức Nhưng câu hỏi đặt máy bay máy bay địch, máy bay quân ta trở Người Đức lại nghĩ cách thơng minh để giải vấn đề đó, phi công người Đức lộn nhào máy bay trở làm cho máy bay thay đổi độ phản xạ tín hiệu đài Radar Đức nhận biết điều Cách coi cách để nhận dạng vật thể sóng radio cách thụ động Trong suốt chiến tranh giới thứ hai, nhà khoa học người Anh dẫn đầu Watson Watt phát triển ý tưởng thơng minh họ đặt máy phát lên tất máy bay Anh Khi máy bay nhận tín hiệu từ Radar Anh, chúng phát lại tín hiệu để xác nhận máy bay qn ta Đây nguyên lý RFID: tín hiệu gửi tới thiết bị phát đáp, thiết bị hoạt động gửi lại (hoặc phản xạ lại) tín hiệu Một sáng chế liên quan đến công nghệ RFID thuộc nhà sáng chế người Mỹ - Mario W Cardullo vào năm 1973 Sáng chế ông liên quan đến thiết bị RFID chủ động dạng thẻ đặt lại nhớ Vào năm 1980 1990, công nghệ RFID phát triển ngày phức tạp toàn diện giá thành ngày giảm Yêu cầu chuẩn hóa cơng nghệ ngày tăng cao Năm 1990 có triệu thẻ RFID sử dụng nước Mỹ, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa Năm 1999, học viện cơng nghệ Massachusetts (MIT) tạo trung tâm nghiên cứu cơng nghệ nhận dạng nói chung có RFID Từ năm 1999 đến năm 2003, trung tâm nhận hỗ trợ từ 100 công ty lớn Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ Trung tâm phát triển phương thức giao tiếp không tiếp xúc cho RFID Vào năm 2010, với giảm giá thành, cải thiện hiệu suất, độ tin cậy tạo tăng trưởng đáng kể công nghệ RFID Tháng năm 2020, công ty Hàn Quốc thành công tạo loại chip nhờ công nghệ in ống nano carbon từ giảm kích cỡ giá thành cho thẻ RFID Ngày nay, RFID sử dụng cho hàng trăm lĩnh vực Tổ chức tiêu chuẩn giới ISO tham gia vào chuẩn hóa cơng nghệ Các thiết bị RFID trải dài khắp dải tần số từ vài KHz đến hàng GHz 1.2 Nguyên lý hoạt động RFID RFID (Radio Frequency Identifycation) kỹ thuật sử dụng sóng radio để tự động nhận diện người vật thể Có vài phương pháp để nhận diện cách thơng dụng gán thẻ RFID, thẻ mang đặc điểm riêng cho người đồ vật Một hệ thống RFID thường bao gồm thành phần sau: - Một thiết bị RFID thường thẻ - Một đầu đọc thẻ với antenna máy thu phát tín hiệu - Một hệ thống chủ kết nối tới hệ thống tự động khác Hình 1: Sơ đồ hệ thống RFID 1.2.1 Các loại thẻ RFID nguyên lý hoạt động a, Các loại thiết bị RFID Các thiết bị thẻ RFID chia làm hai loại, loại có nguồn cung cấp (thường pin) loại khơng có nguồn cung cấp Một thiết bị RFID chủ động truyền tín hiệu đến đầu đọc thường coi phát đáp, thiết bị RFID thường gọi thẻ chủ động Cịn thiết bị RFID khơng có nguồn cung cấp thường coi thẻ bị động Các thẻ chủ động thường thiết bị có khả vừa đọc vừa ghi thẻ bị động thường có chức đọc Các thẻ RFID chủ động có kích thước lớn đắt Việc sử dụng pin làm giới hạn thời gian sử dụng thiết bị nhiên với công nghệ pin thời tuổi thọ chúng kéo dài lên tới 10 năm Hình 2: Thẻ RFID chủ động Các thẻ RFID bị động có thời gian hoạt động không giới hạn, chúng nhẹ hơn, nhỏ rẻ Đổi lại thiết bị bị giới hạn khả lưu trữ thông tin, khoảng cách đọc ngắn u cầu đầu đọc phải có cơng suất cao Khả làm việc chúng bị ảnh hưởng mơi trường có nhiễu từ tính Hình 3: Thẻ RFID bị động Ngồi cịn có loại thẻ bán chủ động, loại thẻ dùng pin để cung cấp lượng cho chip thiết bị giao tiếp cách nhận lượng từ đầu đọc thẻ Các loại thẻ RFID có nhiều kích cỡ kiểu đóng gói Ví dụ, thẻ RFID sử dụng việc theo dõi động vật hoang dã, loại thẻ tiêm da vật có kích thước xấp xỉ 10mm chiều dài đường kính 1mm Một vài loại thẻ đóng gói thẻ nhựa giống thẻ tín dụng, thơng thường loại thẻ dùng để cung cấp quyền truy cập Một vài thiết bị RFID khác làm việc môi trường khắc nhiệt ví dụ loại sử dụng việc theo dõi vị trí container hàng hóa, loại có kích thướng lên tới 120x100x50mm Loại thiết bị RFID nhỏ thương mại hóa có kích thước 0.4x0.4mm mỏng tờ giấy b, Dữ liệu thẻ RFID Các thẻ RFID chứa loại liệu khác Các loại liệu bao gồm liệu đọc ROM, liệu truy cập ngẫu nhiên RAM, liệu ghi lần đọc nhiều lần WORM ROM thường sử dụng để lưu trữ liệu bảo mật Mỗi thiết bị RFID gán mã để nhận dạng cấp quyền truy cập vào hệ thống RAM thường sử dụng thiết bị RFID phát đáp phản hồi Dữ liệu thường mã nhận dạng bao gồm thành phần: - Một hệ điều hành (thường hệ điều hành vi xử lý) - Dữ liệu lưu trữ (loại thay đổi không thay đổi được) - Một mã điện tử nhận diện sản phẩm (EPC) c, Nguyên lý hoạt động thẻ RFID - Các thẻ bị động nhận lượng cách cảm ứng lượng từ đầu đọc qua nguyên lý cảm ứng điện từ Các thẻ phản hồi theo câu hỏi từ đầu đọc Nguyên lý hoạt động yêu cầu hoạt động khoảng cách gần - Các thẻ chủ động thường liên lạc thông qua đường truyền vô tuyến phản hồi câu hỏi đầu đọc truyền lại tín hiệu vô tuyến tới đầu đọc Chúng hoạt động lượng pin d, Dải tần hoạt động Việc phân bổ tần số hoạt động thẻ RFID thường khác theo vùng theo quốc gia phủ Xét tồn cầu có khác phân bổ tần số sử dụng RFID cơng nghệ chuẩn hóa ISO tổ chức tương tự Ví dụ Châu Âu sử dụng tần số 868 MHz cho dải UHF Hoa Kỳ 915 MHz Hiện tần số sử dụng cho RFID hoạt động thống tồn cầu Thơng thường thẻ bị động hoạt động tần số thấp có khoảng cách đọc hiệu khoảng 30cm, dải tần số cao xấp xỉ 1m dải UHF đến 5m Khi yêu cầu khoảng cách xa theo dõi container đường sắt thẻ chủ động tăng khoảng cách liên lạc lên tới 100m Ba dải tần số thường sử dụng RFID Dải tần 100-500KHz 10 – 15 MHz 85–950 MHz Đặc điểm Có khoảng cách đọc từ gần đến trung bình , giá thành rẻ, tốc độ đọc thấp Khoảng cách đọc từ gần đến trung bình, giá thành rẻ, tốc độ đọc trung bình Có khoảng cách đọc xa, tốc độ Ứng dụng Điều khiển cấp quyền truy cập, nhận dạng động vật, quản lý kho hàng, chìa khóa xe Cấp quyền truy cập, xe thông minh, quản lý thư viện Giám sát phương tiện đường sắt, xe 2.4 – 5.8 GHz đọc cao, yêu cầu hoạt động hơi, hệ thống thu phí, quản lý kho tầm nhìn thẳng, giá thành hàng, quản lý container, theo dõi cao phương tiện cá nhân 1.2.2 Các loại đầu đọc RFID Đầu đọc RFID gồm antenna để giao tiếp với thẻ hệ thống mạch điện vi điều khiển kết nối với máy tính điều khiển hoạt động độc lập Một đầu đọc thẻ giao tiếp với hàng trăm thẻ lúc Hầu hết hệ thống RFID gồm nhiều đầu đọc thẻ kết nối tới máy tính trung tâm Máy tính xử lý liệu mà đầu đọc gửi tới Hình 4: Đầu đọc RFID sử dụng cửa thông minh a, Đầu đọc RFID cố định Đầu đọc RFID cố định thường lắp tường, cổng vị trí thích hợp để quản lý phạm vi đọc chẳng hạn thang máy Bộ đọc cố định cần antenna bên để đọc thẻ Chi phí cho đọc loại thường đọc tay, sử dụng phổ biến Hình 4: Đầu đọc thẻ cố định dải tần UHF sử dụng thu phí b, Đầu đọc RF di động Bộ đọc loại thường có antena tích hợp kích thước nhỏ gọn, hoạt động nhờ pin với khoảng cách gần Bộ đọc loại thường thấy siêu thị, kiện để quản lý người vào Hình 5: đầu đọc RFID di động CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG RFID TRONG ROBOT QUẢN LÝ KHO HÀNG Công nghệ RFID ngày sử dụng nhiều việc quản lý kho hàng tăng cường khả tự động hóa việc checkin checkout, lưu trữ chống trộm Trong phạm vi đồ án này, giới thiệu công nghệ RFID sử dụng robor quản lý kho hàng Với công nghệ này, robot tự động tìm đường để quản lý xếp hàng hóa phạm vi định kho hàng Các thực nghiệm thực nhà nghiên cứu cho thấy robot ứng dụng cơng nghệ RFID hoạt động hiệu điều kiện nhà phức tạp, cung cấp khả xếp, tìm kiếm hàng hóa xác 2.1 Phương pháp nghiên cứu Trong tiểu luận này, báo cáo hoạt động robot quản lý kho hàng tích hợp đầu đọc RFID nhiều antenna đọc Robot hoạt động quản lý hàng hóa kho hàng có sàn Sau hoạt động, robot tự xây dựng đồ kho hàng tự động tìm đường, sử dụng RFID tags để tìm đường 2.1.1 Thẻ RFID sử dụng nghiên cứu Thẻ RFID sử dụng nghiên cứu loại bị động hoạt động tần số UHF Trong hệ thống này, đầu đọc gửi tín hiệu radio tới thẻ antenna Các thẻ RFID sử dụng lượng từ tín hiệu truyền tới để khởi động, phản hồi lại tín hiệu tới đầu đọc Đầu đọc robot đọc tín hiệu từ thể khoảng cách định Suy hao tín hiệu phát từ antenna đầu đọc RFID mơ tả hình Hình 6: Suy hao tín hiệu RFID theo khoảng cách Từ hình 6, quan sát thấy khoảng cách antenna thẻ RFID tăng lên cường độ tín hiệu giảm cách rõ rệt, điều làm giảm khả nhận diện vật thể 2.1.2 Robot tự động sử dụng kho hàng Robot sử dụng nghiên cứu tự động tìm đường để quản lý toàn khu vực chứa hàng định mà không cần điều khiển hay cung cấp đồ Có vấn đề quan trọng cảu robot là, robot nhận dạng mơi trường, để robot biết vị trí khu vực robot chọn đường để di chuyển quản lý khu vực có nhiều thẻ hàng Robot trang bị nhiều cảm biến lazer, siêu âm, camera RGB Từ liệu gửi từ cảm biến, robot hình thành đồ chướng ngại vật khu vực chứa hàng Hình 7: Bản đồ vẽ tín hiệu gửi từ sensor robot Các màu đen khu vực có chướng ngại vật, tơ màu tín hiệu vật cản robot tiến sát chúng, ô màu đỏ thể footprint robot, màu xám khu vực khơng có chướng ngại vật Để tránh va chạm, footprint robot không bước vào ô màu đen điểm robot khơng vượt khu vực tô màu Vấn đề quan trọng vị trí robot, thuật tốn nhà nghiên cứu sử dụng thuật tốn AMCL, thuật tốn tính tốn khả vị trí robot Thuật toán sử dụng lọc rời rạc để theo dõi vị trí robot với điểm vật thể chướng ngại vật biết đồ Để chọn đường robot phải xây dựng đồ khu vực biết xác vị trí đâu Đường lý tưởng quản lý nhiều thẻ hàng tốt Robot phải di chuyển gần đến hàng hóa để có tỷ lệ quét hàng tốt Thuật toán chọn đường tính tốn đường cho robot từ đồ mà xây dựng di chuyển kho hàng Trên đồ hình 7, khu vực để nhiều hàng hóa thể vật cản, chúng bị coi vật cản khu vực cản trở chuyển động robot Tuy nhiên hàng hóa khơng giống với vật cản thơng thường mà robot gặp phải q trình chuyển động, hàng hóa kho có thêm đặc điểm cất khu vực có mật độ thẻ RFID cao Nhiệm vụ thuật tốn tìm đường tìm đường thích hợp đồ để vòng quanh kệ để hàng, cho gần hàng hóa tốt Thu thập thơng tin gói hàng thơng qua thẻ RFID gắn sau lưu vị trí gói hàng nhớ Để thực việc xây dựng đồ tìm đường cách tối ưu nhất, liệu cảm biến từ thẻ RFID phải phân tích xử lý thuật tốn Robot thu thập thơng tin di chuyển quanh kho hàng thu thập liệu từ vật cản quanh nó, với gian hàng cần quan tâm liệu tập trung nhiều tín hiệu RFID 2.2 Kết từ thực nghiệm 2.2.1 Robot sử dụng thực nghiệm Hình 8: Robot với antenna RFID Robot thực nghiệm sử dụng RFID reader Motorola FX7500 antena Motorola AN720 để đọc thẻ Các anten hoạt động dải tần 865 MHz đến 868 MHz tăng ích 6dBi Tầm hoạt động tối đa antenna khoảng 13m Để tạo đồ nhớ robot, cần phải cho chạy lần kho hàng, để tránh va chạm lần người điều khiển thông qua tay cầm điều khiển Qua lần chạy này, liệu đồ vị trí chướng ngại vật cảm biến lazer siêu âm ghi lại Hình 9: Dữ liệu vật cản cảm biến robot quan sát Dần dần di chuyển nhiều kho hàng độ xác đồ cao Khi có đồ kho hàng, việc di chuyển để tìm hàng hóa kho hàng robot tính tốn Và vừa di chuyển thực quét RFID để ghi thu thập liệu hàng hóa quanh Hình 10: Đường robot kho hàng ảnh chụp từ camera robot Trong hình 10, đường robot thể chấm màu xanh có liệu vật cản khu vực, cố gắng sát khu vực để quét nhiều thẻ RFID hàng để vật cản tốt Hình 11: Đường robot kiểm tra tình trạng danh sách hàng người quản lý nhập vào hệ thống KẾT LUẬN Thực nghiệm chứng minh với công nghệ cảm biến cộng với RFID, robot di chuyển kho hàng cách hoàn toàn tự động đầu đọc RFID thu thập thơng tin hàng hóa Khi có đủ sở liệu kho hàng Người quản lý dễ dàng lệnh cho robot kiểm tra tình trạng hàng, truy vị trí chúng kho hàng cho robot tìm kiếm hàng hóa hồn tồn tự động Qua thấy cơng nghệ RFID có tiềm khổng lồ việc quản lý xuất nhập kho hàng đặc biệt với kho hàng lớn có hàng triệu sản phẩm Với việc triển khai một đội robot cho thấy kết hứa hẹn so với việc người quản lý phải scan cách thủ công cách hiển nhiên rẻ so với việc phải triển khai nhiều đầu đọc RFID antenna kho hàng từ rút ngắn thời gian công sức để quản lý hạ giá thành việc lưu kho sản phẩm, tạo giá thành cạnh tranh cho thị trường Trong nghiên cứu tương lai, cần phải cải tiến độ xác việc xây dựng đồ tăng cường tầm quét thẻ RFID bị động gắn hàng TÀI LIỆU THAM KHẢO McAdams, Alison R Radio Frequency Identification New York: Nova Science Publishers, 2011 Perret, Etienne Radio Frequency Identification and Sensors Networks and Telecommunications Series Somerset: John Wiley & Sons, Incorporated, 2014 Roberts, C.M "Radio Frequency Identification (RFID)." Computers & Security 25, no (2006): 18-26 Radio Frequency Identification IntechOpen, 2017 Zhang, Jian, et al "Mobile robot for retail inventory using RFID." 2016 IEEE international conference on Industrial technology (ICIT) IEEE, 2016  ... phần: - Một hệ điều hành (thường hệ điều hành vi xử lý) - Dữ liệu lưu trữ (loại thay đổi không thay đổi được) - Một mã điện tử nhận diện sản phẩm (EPC) c, Nguyên lý hoạt động thẻ RFID - Các thẻ... đồ vật Một hệ thống RFID thường bao gồm thành phần sau: - Một thiết bị RFID thường thẻ - Một đầu đọc thẻ với antenna máy thu phát tín hiệu - Một hệ thống chủ kết nối tới hệ thống tự động khác Hình... (hoặc phản xạ lại) tín hiệu Một sáng chế liên quan đến công nghệ RFID thuộc nhà sáng chế người Mỹ - Mario W Cardullo vào năm 1973 Sáng chế ông liên quan đến thiết bị RFID chủ động dạng thẻ đặt lại