THIẾT KẾ MÔ HÌNH MOBILE ROBOT GỒM CAMERA VÀ LIDAR ĐỂ PHỤC VỤ HỌC TẬP VÀ GIẢNG DẠY VỀ MOBILE ROBOT, SLAM, AI

1. Phần cứng (Hardware)

• Khung gầm (Chassis): Sử dụng khung nhôm hoặc nhựa mica cắt laser. Kiểu truyền động vi sai (2 bánh chính + 1 bánh phụ) hoặc 4 bánh Mecanum để robot di chuyển linh hoạt.

• Động cơ: Động cơ DC giảm tốc có tích hợp encoder để đo quãng đường và tốc độ bánh xe.

• Vi điều khiển thấp cấp: Sử dụng Arduino hoặc ESP32 để đọc encoder và điều khiển động cơ qua PWM.

• Máy tính trung tâm (Edge AI): Sử dụng Raspberry Pi 5 hoặc NVIDIA Jetson Nano/Orin Nano để chạy hệ điều hành Linux và xử lý thuật toán SLAM, AI.

• Cảm biến:

  • LiDAR 2D: (Ví dụ: RPLIDAR A1/A2) dùng để quét khoảng cách và tạo bản đồ 2D.

  • Camera: Camera RGB hoặc Camera chiều sâu (Intel RealSense) phục vụ cho thị giác máy tính và nhận diện vật cản.

• Nguồn điện: Pin LiPo (11.1V hoặc 14.8V) kết hợp các mạch hạ áp (Buck converter) cấp nguồn riêng cho động cơ và máy tính.

2. Phần mềm (Software)

• Hệ điều hành: Ubuntu (chạy trên máy tính trung tâm).

• Framework: ROS2 (Robot Operating System 2) là chuẩn công nghiệp hiện nay để kết nối các node cảm biến và điều khiển.

• Thuật toán SLAM & Navigation: Sử dụng các gói có sẵn trong ROS2 như Cartographer, SLAM Toolbox để lập bản đồ, và Nav2 để điều hướng tự hành.

• Trí tuệ nhân tạo (AI): Sử dụng thư viện OpenCV và mô hình YOLO (như YOLOv8-nano) để nhận diện vật thể, biển báo hoặc người qua camera.

3. Nội dung phục vụ giảng dạy

• Mức cơ bản: Học cách lập trình vi điều khiển, điều khiển động cơ PID, đọc dữ liệu từ encoder và cảm biến.

• Mức nâng cao: Cấu hình hệ thống ROS2, đồng bộ dữ liệu thời gian thực giữa LiDAR, Camera và Odometry (động học).

• Mức chuyên sâu: Chạy thuật toán SLAM để robot tự vẽ bản đồ căn phòng, tích hợp AI để robot tự động né tránh vật cản thông minh.

Vũ Duy Tâm, Đoàn Thế Lộc, Lê Kim Toàn 

Mẫu bài báo:

Autonomous Mobile Vehicle Using ROS2 and 2DLidar and SLAM Navigation 

https://assets-eu.researchsquare.com/files/rs-4323431/v1_covered_82bd3b7d-4f4c-4916-b061-bba5a6d57501.pdf

DATN 20252 :

https://github.com/tammechantronics/Custom_lidar_driver

https://github.com/lekimtoan14-cyber/jetbot_ros2_hust