Một robot bắt bu lông xuống nền bê tông và một robot tự chạy quanh kho trông như hai ngành khác nhau, nhưng chúng chia chung nền tảng điều khiển. Điều khiến chúng tách ra là một câu hỏi duy nhất: robot có biết chắc mình đang ở đâu không.
Robot cố định: thế giới được dựng quanh máy
Khi robot gắn chặt, hệ toạ độ gốc của nó không đổi. Mọi vị trí đã dạy giữ nguyên giá trị ngày này qua ngày khác. Đây là điều kiện thuận lợi rất lớn mà người trong ngành thường quên mất là mình đang được hưởng.
Từ đó suy ra cách làm quen thuộc: dựng đồ gá để phôi luôn ở đúng chỗ, dựng rào để người không vào vùng nguy hiểm, kéo cáp điện và khí nén tới trạm. Toàn bộ chi phí nằm ở việc làm cho thế giới trở nên tiên đoán được.
Mô hình này rất hiệu quả khi khối lượng công việc tập trung tại một điểm. Nó kém hiệu quả khi công việc rải rác, vì bạn phải mang vật tới chỗ robot thay vì ngược lại.
Robot di động: máy phải tự dựng lại bản đồ
Robot di động không có hệ toạ độ cố định để dựa vào. Nó phải liên tục trả lời hai câu: bản đồ xung quanh trông thế nào, và mình đang ở đâu trên bản đồ đó.
Đây chính là bài toán định vị và lập bản đồ đồng thời. Robot dùng cảm biến quét khoảng cách, camera, bộ đo quán tính và số vòng quay bánh xe, rồi hợp nhất các nguồn này để ước lượng vị trí. Không nguồn nào một mình đủ tin cậy.
Sai số ở đây không giống sai số của robot cố định. Robot cánh tay sai vài phần mười milimét; robot di động sai vài centimét là bình thường, và sai số đó tích luỹ theo quãng đường nếu không có mốc để hiệu chỉnh lại.
Ba khác biệt kéo theo về hệ thống
Nguồn điện. Robot cố định cắm điện lưới, coi như vô hạn. Robot di động chạy pin, nên mọi quyết định thiết kế đều bị ràng buộc bởi thời lượng và lịch sạc. Một đội xe tự hành cần tính cả số trạm sạc và thời gian xe nằm sạc như một phần công suất.
An toàn. Robot cố định bảo vệ bằng rào và vùng cấm — vùng nguy hiểm đứng yên. Robot di động mang vùng nguy hiểm đi theo, nên phải dựa vào cảm biến trên xe để phát hiện người và dừng kịp. Đây là bài toán khó hơn hẳn.
Cách tính hiệu quả. Robot cố định đo bằng nhịp chu kỳ. Robot di động đo bằng số chuyến hoàn thành mỗi giờ, và con số này phụ thuộc mạnh vào mật độ giao thông trong lối đi, chứ không chỉ vào tốc độ tối đa của xe.
Vùng giao nhau: cánh tay đặt trên xe
Ghép hai loại lại cho ra robot di động có tay, nghe hấp dẫn nhưng nhân hai độ khó chứ không cộng.
Lý do là sai số. Xe dừng lệch vài centimét, mà cánh tay lại cần độ chính xác milimét. Không thể chỉ dạy một vị trí cố định rồi lặp lại.
Cách xử lý thực tế là dùng mốc thị giác: gắn dấu nhận diện tại trạm làm việc, cho camera trên tay tìm dấu đó, tính lại hệ toạ độ tương đối rồi mới thao tác. Nói cách khác, robot bỏ hẳn giả định về vị trí xe và đo lại mỗi lần.
Vì bước đo lại này tốn thời gian, robot di động có tay hiếm khi thắng về nhịp. Nó thắng ở chỗ một máy phục vụ được nhiều trạm rải rác, nơi đặt một cánh tay cố định cho mỗi trạm là quá tốn.
Câu hỏi quyết định khi chọn
Ba câu, trả lời trung thực là ra hướng.
- Công việc tập trung hay rải rác? Tập trung thì gần như luôn chọn cố định.
- Mặt bằng có ổn định không? Kho hay đổi cách xếp hàng làm bản đồ của robot di động lỗi thời nhanh, và mỗi lần cập nhật là một lần dừng vận hành.
- Có người đi lại chung lối không? Có thì phải chấp nhận robot di động chạy chậm hơn nhiều so với con số quảng cáo, vì phải nhường và giảm tốc liên tục.
Một sai lầm hay gặp là mua robot di động để giải quyết vấn đề bố trí mặt bằng lộn xộn. Thường thì sắp lại luồng vật tư rẻ hơn và bền hơn nhiều so với mua máy đủ thông minh để chịu đựng sự lộn xộn đó.
Câu hỏi thường gặp
Robot di động cần độ chính xác định vị bao nhiêu?
Cho vận chuyển thuần tuý, sai số vài centimét khi dừng tại trạm thường chấp nhận được. Nếu xe phải giao hàng vào một khay cố định hoặc mang theo cánh tay thao tác, cần thêm cơ cấu dẫn hướng cơ khí hoặc mốc thị giác để hiệu chỉnh, vì bản thân hệ định vị hiếm khi đạt mức milimét.
Có thể chuyển robot cánh tay cố định sang vị trí khác không?
Chuyển được nhưng phải dạy lại toàn bộ các điểm, hoặc hiệu chỉnh lại hệ toạ độ bằng phương pháp đo. Đây là công việc mất thời gian, nên khi thiết kế trạm nên tính trước khả năng mở rộng để tránh phải di dời.
Vì sao đội xe tự hành chạy chậm hơn dự tính?
Thường vì mật độ giao thông và ràng buộc an toàn, không phải vì tốc độ máy. Xe phải giảm tốc khi có người, chờ nhau ở nút giao, và xếp hàng tại trạm sạc. Khi ước lượng công suất, nên tính theo số chuyến hoàn thành thực tế trong điều kiện đông chứ không theo tốc độ tối đa.
Robot di động dùng cảm biến nào để tránh người?
Phổ biến nhất là cảm biến quét khoảng cách đặt ngang tầm thấp, kết hợp với cảm biến bổ sung để phát hiện vật ở độ cao khác. Điều quan trọng không phải loại cảm biến mà là toàn bộ chuỗi từ phát hiện đến dừng phải nằm trong mạch an toàn được đánh giá đúng mức.
Đọc thêm trong Nhập môn robotics và Thuật ngữ robotics.