Hệ thống tự điều hướng (self-navigation system) được trang bị trên robot thông minh là gì?

Hệ thống tự điều hướng trên robot (self-navigation system) nói chung và robot hút bụi nói riêng là thứ tạo ra sự khác biệt giữa máy hút bụi truyền thống và robot hút bụi hiện đại. Độ chính xác của hệ thống tự điều hướng (self-navigation system)  trang bị trên robot hút bụi tự động cũng là yếu tố chính quyết định một “em” robot giá 350.000đ hay 8.000.000đ.

• Các loại điều hướng phổ biến được sử dụng trong robot hút bụi hiện nay

1. Điều hướng laser

Hệ thống tự điều hướng trên robot LASER thường thấy ở những dòng robot hút bụi thông minh cao cấp như ABIR-X8 của Liectroux ZK901 hay Deebot Ozmo 930 của Ecovas.

Công nghệ laser được xem là công nghệ điều hướng cao cấp với độ chính xác cao, tuy nhiên chi phí khá cao. Do đó, hầu hết các loại robot hút bụi, lau nhà có trang bị laser đều có giá trên 10 triệu đồng.

Công nghệ điều hướng laser guidance là một trong những phương pháp điều hướng phổ biến nhất hiện nay. Chúng giúp robot điều hướng bằng cách cài đặt một bộ phản xạ laser chính xác xung quanh đường truyền của AGV (automatic guided vehicle). AGV là khái niệm thường dùng trong xe tự hành, tuy nhiên ở đây chúng ta đang nói về robot tự động vệ sinh, một thiết bị di chuyển thông minh tương tự như AGV nhưng tính năng đơn giản hơn nhiều.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống tự điều hướng trên robot LASER

Một tia laser xoay trên đỉnh robot hút bụi (như hình ABIR- X8, Lietroux ZK901) bên trên sẽ phát ra chùm tia phản xạ bởi các dấu được định vị trên tường. Các tia laser được truyền và nhận bởi cùng một cảm biến, vị trí chính xác của robot sẽ được tính toán thông qua sự phản chiếu liên tục của các hình tam giác (xác định vị trí của 1 điểm nhờ vào vị trí giao nhau của 3 đường tròn với bán kính xác đinh). Sau đó, thông tin này sẽ được so sánh với bản đồ bố trí gương phản xạ lưu trong bộ nhớ của AGV.

Với việc trang bị bộ nhớ, hệ thống định vị (điều hướng) sẽ biết được vị trí hiện tại của AGV. Khi biết được vị trí hiện tại, robot sẽ tiếp tục so sánh với đường dẫn được lập trình trong bản đồ bố trí phản xạ, sau đó hệ thống điều hướng sẽ điều chỉnh phù hợp để duy trì việc theo dõi AGV. Đây cũng là lí do giải thích vì sao một số robot hút bụi có thể lưu được bản đồ và bạn có thể chỉ định robot vệ sinh tại một căn phòng nhất định như phòng bếp hay phòng khách.

Ưu điểm 

Công nghệ này linh hoạt và có độ chính xác cao

Nhược điểm

Nhạy cảm với bụi bẩn và ánh sáng mặt trời.

2. Điều hướng Sonar

Theo Wikipedia, “Sonar (sound navigation and ranging) là một kỹ thuật sử dụng sự lan truyền âm thanh (thường là dưới nước) để tìm đường di chuyển, điều hướng (tức đạo hàng), liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác”.

Sonar có thể sử dụng như một phương tiện định vị bằng âm thanh. Việc định vị âm trong không khí đã được sử dụng trước khi có radar. Do đó, một số nhà máy sản xuất robot hút bụi lau sàn thông minh đã ứng dụng sonar cho di chuyển, điều hướng của robot.

Có hai loại sonar là sonar chủ động và sonar bị động, trong đó robot tự động vệ sinh sử dụng sonar chủ động.

Nguyên lý hoạt động

Có hai tấm áp điện và một tấm cộng hưởng bên trong máy phát siêu âm. Khi tần số của tín hiệu xung được áp dụng bởi hai cực bằng tần số dao động tự nhiên của wafer áp điện, wafer áp điện sẽ cộng hưởng và điều khiển tấm cộng hưởng làm nó rung lên, do đó tạo ra sóng siêu âm. Khi tấm cộng hưởng nhận được sóng siêu âm, nó sẽ nén tế bào điện áp suất để tạo ra rung động, và chuyển đổi năng lượng cơ học thành tín hiệu điện.

Tuy nhiên, điều hướng sonar thường có độ chính xác không cao, sóng siêu âm dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

3. Điều hướng từ tính

Sử dụng băng từ dẫn hướng (tap) ra đời năm 1960, hay còn gọi là nam châm cuộn, nam châm dẻo là phương pháp điều hướng xe tự hành AGV phổ biến tại Việt Nam.

AGV hay robot hút bụi tự động được gắn cảm biến dẫn hướng thích hợp để đi theo đường dẫn của băng. Lợi thế của điều hướng từ tính là nó có thể dễ dàng được gỡ bỏ và di dời theo kịch bản khác nếu lộ trình di chuyển của robot thay đổi.

Ưu điểm

Tín hiệu cảm ứng từ thực hiện điều hướng, và tính linh hoạt tốt hơn

Nhược điểm

Tuy nhiên, phương pháp điều hướng này có nhược điểm là dễ hư hỏng về mặt cơ học và bị ảnh hưởng bởi các vật cứng như kim loại. Khi robot đi qua các khu vực kim loại hay nguồn điện có công suất cao, chúng sẽ ảnh hưởng nhất định đến vòng lặp và khả năng tự điều hướng của robot. Đó là lý do tại sao trong bài viết “Những câu hỏi thường gặp khi sử dụng robot hút bụi lau nhà ILIFE V5s Pro“, chúng tôi lưu ý khách hàng không nên để dock sạc ở gần các thiết bị điện có công suất cao như TV, tủ lạnh,…Vì khi đến các vực điện có công suất cao thì khả năng điều hướng của robot sẽ bị ảnh hưởng dẫn đến robot không thể quay về dock như bình thường.

Điều hướng thông qua con quay hồi chuyển (Gyroscope) hay điều hướng bằng quán tính

Điều hướng thông qua con quay hồi chuyển (Gyroscope) nghe có vẻ lạ. Nhưng thực tế chúng khá phổ biến, đặc biệt trong thế kỷ 21, lần đầu tiên ra mắt Iphone, Apple đã ứng dụng con quay hồi chuyển để căn chỉnh màn hình tùy theo hướng thiết bị được giữ (ví dụ: chuyển đổi giữa chế độ dọc và ngang).

Con quay hồi chuyển là một thiết bị dùng để đo đạc hoặc duy trì phương hướng, dựa trên các nguyên tắc bảo toàn mô men động lượng. Con quay hồi chuyển thường được sử dụng trong điều hướng, định vị và các hệ thống khác thường được sử dụng như điều hướng định vị GPS trên điện thoại di động (đã được ứng dụng trên điện thoại Iphone của Apple), định vị con quay ba trục trên vệ tinh.

Phương pháp dẫn đường quán tính dựa vào vị trí, vận tốc và động thái ban đầu đã biết của AGV. Từ đó, đo tốc độ động thái và gia tốc rồi dùng phương pháp tích phân để tìm ra vị trí của AGV. Đây là phương pháp dẫn đường duy nhất không cần tham chiếu bên ngoài. Nếu phương pháp dẫn đường vô tuyến chịu ảnh hưởng của sóng vô tuyến điện và không sử dụng được trong những khu vực không có sóng thì phương pháp dẫn đường quán tính có thể khắc phục được.

Ưu điểm

Ưu điểm của con quay hồi chuyển là linh hoạt, dễ kết hợp và tính tương thích cao, nó cũng được đánh giá là hệ thống định vị tiên tiến hàng đầu hiện nay.

Nhược điểm

Nhược điểm của hệ hống điều hướng quán tính là sau một thời gian, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố, dẫn đường quán tính sẽ xuất hiện sai lệch trong việc xác định vị trí, nếu không có sự điều chỉnh.

Hệ thống điều hướng con quay hồi chuyển tiên tiến

Bên trên là giải thích về cơ chế của con quay hồi chuyển cơ học. Tất nhiên, trong khác thiết bị điện tử nhỏ gọn như điện thoại hay robot hút bụi thông minh không thể tích hợp con quay có kích thước lớn. Thay vào đó, các nhà sản xuất sẽ dùng thiết bị gọi là MEMS (Micro Electro Mechanical System – Hệ thống vi cơ điện tử) mô phỏng chính xác hoạt động của các thiết bị cơ học trong một con chip nhỏ gọn duy nhất, với kích cỡ chỉ vài micromet.

Cảm biến quán tính dạng MEMS có khả năng bù đắp độ chính xác của các loại cảm biến khác, do chúng không bị ảnh hưởng bởi các can nhiễu có khả năng gây sai số cho các loại cảm biến.

Hiện nay, tại Trung Quốc, điều hướng con quay hồi chuyển chủ yếu được sử dụng để đo đường tâm đường hầm. Trong các dự án như đường hầm, phép đo đường tâm trong hố thường sử dụng dây dẫn đường dài khó đảm bảo độ chính xác. Đặc biệt trong trường hợp đường hầm lá chắn, yêu cầu độ chính xác cao.

Đặc biệt là ở các khu vực đô thị dày đặc, mọi người sẽ gặp khó khăn và không thể thực hiện quá nhiều hoạt động kiểm tra. Đó là lý do tại sao người ta lại sử dụng máy kinh vĩ, một trong những ứng dụng của MEMS, để thu được tham chiếu góc phương vị hoàn toàn chính xác và có thể giảm phần lới chi phí cho hoạt động kiểm tra.

Ngoài ứng dụng trong việc đo tâm đường hầm, MEMS còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giám sát rung động ở động cơ, quạt máy, và các máy nén. Ứng dụng để bảo vệ ổ cứng trong các loại máy tính xách tay thông qua nhận biết chấn động, la bàn điện tử trong hệ thống định vị toàn cầu (GPS),….

Và ngay như mục tiêu của bài viết, MEMS còn được ứng dụng phổ biến trong robot vệ sinh tự động. Một con quay hồi chuyển có thể phát hiện sự thay đổi nhỏ nhất về hướng của chiếc robot và điều chỉnh nó để giữ nó luôn đi đúng đường. Với MEMS, robot sẽ nhận biết được mình đã đi hết căn phòng hay chưa, tránh trường hợp vệ sinh sót một số khu vực trong căn phòng.

Hi vọng những thông tin trên mà hàng nhập giá chuẩn cung cấp sẽ phần nào giúp mọi người hình dung được cơ chế vận hành và cách robot có thể tự điều hướng, tự biết đường đi để vệ sinh.