Cơ chế hoạt động của xe tự hành AGV
Cơ chế hoạt động của xe tự hành AGV
AGV (Automated Guided Vehicle) là một loại xe tự hành - robot di động, di chuyển theo các đường dẫn từ, được đánh dấu trên sàn hoặc sử dụng sóng radio, lazer, camera quan sát để điều hướng. Sử dụng băng từ để điều hướng di chuyển. Chúng thường được sử dụng trong công nghiệp để chuyển giao vật liệu xung quanh trang thiết bị sản xuất hoặc nhà kho.
- Điều hướng mã QR
- Điều hướng mã QR là AGV quét mã QR được in và dán trên mặt đất thông qua camera hoặc cảm biến chuyên dụng và lấy thông tin vị trí hiện tại bằng cách phân tích thông tin được mã hóa trong mã QR đó. Điều hướng mã QR thường được kết hợp với điều hướng quán tính để đạt được vịn trí chính xác. Điều hướng quán tính sử dụng các cảm biến đặt trên AGV như encoder, con quay hồi chuyển...để có được vị trí hành động AGV, các cảm biến này giúp định vị phụ trợ cho cảm biến mã QR.
- Ưu điểm của điều hướng mã QR: Định vị chính xác, nhỏ và linh hoạt, dễ thay đổi đường đi, dễ kiểm soát giao tiếp và không bị nhiễu với âm thanh và ánh sáng.
- Nhược điểm của điều hướng mã QR: Các vị trí dán mã QR cần được bảo trì thường xuyên. Nếu đường di chuyển phức tạp, mã QR cần được thay thế thường xuyên. Cần phải tuân thủ về độ chính xác và tuổi thọ của các mã QR được dán. Ngoài ra, có một số yêu cầu nhất định về độ phẳng của mặt sàn và giá tương đối cao.
- Điều hướng bằng hệ thống dẫn đường dùng dây dẫn
- Mặt sàn cắt một rãnh sâu khoảng 2cm và một dây tín hiệu được đặt vào trong đó. Khe cắt này theo đúng con đường mà xe tự hành sẽ đi theo. Dây dẫn được sử dụng để truyền tín hiệu vô tuyến. Một cảm biến được lắp đặt dưới gầm xe tự hành, vị trí gần với mặt đất. Cảm biến này sẽ phát hiện vị trí tương đối của tín hiệu vô tuyến được truyền từ dây dẫn tín hiệu, thông tin này được sử dụng để điều chỉnh mạch lái, làm cho xe tự hành đi theo đúng dây đã được triển khai.
- Ưu điểm của điều hướng điện từ: Dây dẫn bị ản, không làm ảnh hưởng đến các hoạt động khác trên bề mặt, ít bị ảnh hưởng và ít hỏng hóc, nguyên tắc hướng dẫn đơn giản và tin cậy, dễ điều khiển giao tiếp và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu âm thanh, ánh sáng, chỉ phí đầu tư thấp.
- Nhược điểm của điều hướng điện từ: Việc thay đổi hoặc mở rộng đường dẫn khó khăn hơn, việc đặt dây dẫn khó khăn hơn.
- Điều hướng bằng hệ thống băng từ tính
- Sử dụng băng từ tính dẫn hướng, hay còn được gọi là nam châm cuộn, nam châm dây là phương pháp điều hướng xe tự hành phổ biến tại Việt Nam.
- Các băng có thể là một trong hai loại: loại từ tính hoặc loại màu. Xe tự hành được gắn cảm biến dẫn hướng thích hợp để đi theo đường dẫn của băng. Lợi thế lớn của băng so với dẫn hướng dây dẫn tín hiệu là có thể dễ dàng được gỡ bỏ và di dời theo kịch bản khác nếu lộ trình di chuyển cần phải thay đổi. Với tùy chọn sử dụng băng màu, dù ít tốn kém hơn, nhưng điểm bát lợi khi được triển khai tại vào các khu vực đông người qua lại, dễ bị bụi bẩn hoặc hư hỏng.
- Còn băng từ tính sẽ linh hoạt hơn với ưu điểm là cực kép.
- Các miếng băng từ nhỏ có thể được đặt đề thay đổi trạng thái của xe tự hành dựa trên độ phân cực và trình tự của các thẻ.
- Ưu điểm của điều hướng băng từ: Định vị AGV chính xác, đặt đường di chuyền, thay đổi hoặc mở rộng thi công dễ dàng hơn điều hướng điện từ và chỉ phí dải từ thấp hơn.
- Nhược điềm của điều hướng băng từ: Băng từ rất dễ bị hỏng và cần được bảo trì thường xuyên. Việc thay đổi đường dẫn đòi hỏi phải dán lại băng từ. AGV chỉ có thể di chuyển theo băng từ đã dán. Nó không thẻ tránh trướng ngại vật hoặc thay đổi đường đi để thực hiện công việc mới trong các tình huống phát sinh bất ngờ.
- Điều hướng quán tính
- Với điều hướng quán tính, một hệ thống điều khiển máy tính sẽ điều khiển và phân công nhiệm vụ cho các phương tiện. Bộ tiếp sóng được nhúng trong sàn của nơi làm việc, xe tự hành sử dụng các bộ tiếp sóng này để xác minh rằng chiếc xe đang hoạt động. Một con quay hồi chuyển có thể phát hiện sự thay đổi nhỏ nhất về hướng của chiếc xe tự hành và điều chỉnh nó để giữ cho xe luôn đi đúng đường. Biên độ sai số của phương pháp quán tính là + 25.4mm.
- Quán tính có thể hoạt động trong hầu hết mọi môi trường kể cả các lối đi chật hẹp hoặc trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt. Điều hướng quán tính có thể bao gồm việc sử dụng nam châm nhúng trong sàn nhà xưởng mà phương tiện có thể đọc và làm theo.
- Điều hướng bằng laser
- Công nghệ dẫn đường bằng laser sử dụng một só gương phản xạ đặt trên tường/dầm, máy móc...dọc theo tuyến đường, theo sau là các phương tiện, cho phép bộ điều khiển tính toán vị trí của xe.
- Xe tự hành có một bộ thu phát laser trên một tháp quay. Các tia laser được truyền và nhận bởi cùng một cảm biến. Góc và khoảng cách đền bất kỳ gương phản xạ nào trong tầm nhìn và trong phạm vi được tự động tính toán, thông tin này được so sánh với bản đồ bố trí gương phản xạ đã được lưu trong bộ nhớ của xe. Hệ thống định vị tam giác (xác định vị trí của 1 điểm nhờ vào vị trí giao nhau của 3 đường tròn với bán kính xác định) sẽ xác định vị trí hiện tại của AGV. Vị trí hiện tại được so sánh với đường dẫn được lập trình trong bản đồ bồ trí phản xạ. Điều hướng được điều chỉnh phù hợp đề giữ việc theo dõi AGV. Sau đó, nó có thể được điều hướng đến một mục tiêu mong muốn bằng cách sử dụng vị trí cập nhật liên tục.
- Có những kiểu laser sau:
- Laser module: Việc áp dụng ánh sáng laser module cho phạm vi và độ chính xác cao hơn so với các hệ thống laser xung. Một hệ thống có thể đạt được độ phân giải góc ~ 0,1 mrad (0,006 °) với 8 vòng quay máy quét mỗi giây.
- Laser xung: máy quét laser xung có tốc độ 14.400Hz, độ phân giải tối đa đạt ~ 3,5 mrad (0,2 °) với 8 vòng quay của máy quét mỗi giây.
- Ưu điểm của điều hướng laser: Phương pháp điều hướng laser cho phép AGV lập kế hoạch công việc linh hoạt vì đường đi không phải là cố định, định vị chính xác, đường đi của xe rất linh hoạt, xây dựng thuận tiện và có thể thích ứng với nhiều môi trường sử dụng khác nhau. Có lễ dàng sửa đổi bằng phần mềm, đảm bảo tính linh hoạt cao trong việc thích ứng của nhà máy trong tương lai.
- Nhược điểm của điều hướng laser: Chỉ phí sản xuất cao và yêu cầu môi trường tương đối cao (ánh sáng bên ngoài, yêu cầu mặt đất, yêu cầu tầm nhìn, v.v.).
- Điều hướng trực quan ( Vision Navigation )
- Điều hướng trực quan là một phương pháp sử dụng camera thu thập hình ảnh xung khi AGV vận hành. Trên phần cứng yêu cầu cần có một camera và điều kiện môi trường đủ ánh sáng. Phương pháp này sử dụng máy ảnh để chụp môi trường xung quanh AGV để thực hiện ánh xạ tự động, sau đó so sánh thông tin thu được với thông tin đã được mã hóa trên bản đồ để định vị và điều khiển AGV di chuyển.
- Ưu điểm của điều hướng trực quan: chi phí phần cứng thấp hơn và định vị chính xác.
- Nhược điểm của điều hướng trực quan: Thuật toán phức tạp, yêu cầu cao đối với môi trường sử dụng, thời gian xây dựng bản đồ số lớn hơn rất nhiều so với khi số hóa bản đồ bằng phương pháp điều hướng laser.
7. Định vị toàn cầu
- Điều hướng GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) là một phương pháp để có được điều hướng bằng cách sử dụng cảm biến GPS của xe để có được thông tin vị trí. Độ chính xác điều hướng của điều hướng GPS thấp và lỗi vị trí là khoảng 10 mét. Điều hướng GPS chủ yếu được sử dụng trong định vị ô tô, tàu, điện thoại di động, v.v. và được sử dụng ít hơn trong định vị AGV trong nhà với yêu cầu độ chính xác cao hơn.
8. Điều hướng tự nhiên
- Đây là điều hướng tự nhiên, cũng là một loại điều hướng laser. Nó cũng cảm nhận được môi trường xung quanh thông qua cảm biến laser. Sự khác biệt là dấu định vị của điều hướng laser (gương phản xạ) là một gương phản xạ hoặc cột phản chiếu, trong khi điều hướng tự nhiên có thể xác định vị trí đánh dấu. Thông tin như bức tường trong môi trường làm việc không cần phải dựa vào gương phản xạ. So với điều hướng laser truyền thống, chỉ phí xây dựng và chu kỳ điều hướng tự nhiên thấp hơn.
- Ưu điểm điều hướng tự nhiên: có thể dựa vào thông tin đường viền như tường để định vị, điều này có thể làm giảm hiệu quả sự phụ thuộc vào gương phản xạ và giảm chỉ phí xây dựng, dễ dàng lắp đặt, chỉ cần để AGV xác định bản đồ kho hàng, linh hoạt, có thể dễ dàng sửa đường đi hoặc điều chỉnh AGV có sẵn, chỉ phí thấp, không tồn phí bảo trì, không tồn diện tích.
- Nhược điểm của điều hướng tự nhiên là sự phụ thuộc vào đường viền môi trường tương đối lớn và độ chính xác bị giảm khi thông tin đường viền trên đường lái xe thay đổi rất nhiều.
- Điều hướng tổng hợp
- Điều hướng hỗn hợp đề cập đến một phương pháp áp dụng hai hoặc nhiều phương pháp hướng dẫn (hoặc điều hướng) để đạt được vận hành xe có hướng dẫn tự động. Ví dụ: sự kết hợp giữa điều hướng mã hai chiều và điều hướng quán tính sử dụng độ chính xác định vị tầm ngắn điều hướng quán tính để sử dụng điều hướng quán tính của vùng mù điều hướng giữa hai mã hai chiều. Sự kết hợp giữa điều hướng laser và điều hướng móng từ tính sử dụng điều hướng móng từ tính ở vị trí của trạm với độ chính xác định vị cao, làm tăng tính ổn định của định vị AGV. Điều hướng tổng hợp là làm cho AGV thích ứng với các phương thức điều hướng phổ biến trong các tình huống sử dụng khác nhau và nó sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn trong các AGV khác nhau.
