Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chế tạo, truyền thông và định vị, việc sử dụng robot để thực hiện các dịch vụ trong đời sống của con người đã và đang ngày càng phát triển, giúp giảm sức lao động và nâng cao độ chính xác khi phục vụ, đem lại sự hài lòng cho khách hàng. Ngoài ra, robot dịch vụ sẽ giúp giảm thiểu các bệnh lây nhiễm do tiếp xúc. Các nghiên cứu về robot dịch vụ đang phát triển, và nhiều định nghĩa khác nhau đã được đưa ra để mô tả loại robot này. Theo liên đoàn Robot quốc tế (International Federa-tion of Robotics), robot dịch vụ được định nghĩa như sau: “Ro-bot dịch vụ là một loại robot hoạt động bán tự động hoặc hoàn toàn tự động để thực hiện các dịch vụ hữu ích cho sự phát triển của con người và thiết bị, loại trừ các hoạt động sản xuất.”. Hiện nay, nhà hàng và bệnh viện đang là hai môi trường tiềm năng nhất cho ứng dụng của robot dịch vụ. Trong lĩnh vực nhà hàng, robot lễ tân là loại robot dịch vụ phổ biến nhất. Chúng được thiết kế để vận chuyển thức ăn và đồ uống từ bếp đến bàn ăn, đồng thời đảm nhận việc thu thập đĩa và vỏ trở lại bếp. Đặc biệt trong giai đoạn của đại dịch Covid-19, tốc độ lây nhiễm cực nhanh đã tạo ra một tình huống khẩn cấp thúc đẩy việc phá triển các robot dịch vụ tại các nhà hàng, bệnh viện,... Trong những tình huống như vậy, việc phục vụ không tiếp xúc là điều thực sự quan trọng. Một trong những ưu điểm chính của robot phục vụ so với con người là đảm bảo năng suất và mức độ hoạt động liên tục, đồng đều trong suốt quá trình làm việc. Chính vì thế, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot lễ tân để ứng dụng vào thực tế là vô cùng cần thiết. Dựa vào công nghệ hiện có, chúng ta có thể phân loại các dòng robot lễ tân khác nhau. Trước đây, đã có một số nghiên cứu được công bố về dòng robot lễ tân theo hệ thống dẫn đường line sử dụng vi điều khiển làm trung tâm tính toán. Một nghiên cứu đáng chú ý được thực hiện bởi M. Pakdaman Kazi và đồng nghiệp đã bắt đầu quá trình thiết kế và phát triển dòng robot này. Tiếp theo, Mahmud Hasan và các cộng sự đã triển khai và mở rộng một số tính năng khác như đèn cảnh báo và khả năng đo lượng pin của robot. Dòng robot lễ tân dò line truyền thống thường di chuyển theo đường cố định đã được định sẵn trên sàn. Tuy nhiên, khi gặp vật cản, robot gặp khó khăn hoặc mất thời gian để tiếp tục hành trình, đồng thời tốc độ di chuyển của nó cũng bị hạn chế. Nhằm cải thiện các hạn chế này, vào năm 2012, Zalama và các đồng nghiệp đã ứng dụng kỹ thuật SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) vào robot lễ tân. Công nghệ này cho phép robot tạo ra bản đồ của nhà hàng bằng cách sử dụng LIDAR hoặc stereo camera, kết hợp với encoder bánh xe và cảm biến gia tốc IMU. Phương pháp này mang lại một số ưu điểm đáng kể. Đầu tiên, nó làm cho robot trở nên thông minh hơn, cho phép robot di chuyển tự do đến bất kỳ vị trí trống trong nhà hàng và tiếp tục hành trình khi gặp vật cản mới bằng cách tìm con đường trống khác gần nhất. Thứ hai, hiệu suất của robot được cải thiện đáng kể, vì tốc độ di chuyển của robot có thể tăng giảm linh hoạt. Về mặt chi phí, ước tính giá thành của robot này xấp xỉ 500$. Tuy nhiên, các công bố nghiên cứu trước đây thường sử dụng theo hai hướng tiếp cận Particle filter hoặc KF (Kalman Filter) để thực hiện nhiệm vụ vẽ bản đồ và định vị. Hai phương pháp này chỉ hiệu quả khi diện tích nhà hàng nhỏ. Khi diện tích của nhà hàng lớn, chúng không thể tạo ra một bản đồ chính xác. Phương pháp Kalman Filter sửdụng phương pháp scan-to-scan matching để tính toán sự thay đổi vị trí tương đối của robot so với bản đồ. Tuy nhiên, phương pháp scan-to-scan này có một hạn chế là việc cập nhật và tích lũy lỗi diễn ra nhanh chóng theo thời gian. Điều này có thể dẫn đến sự không chính xác trong việc xác định vị trí của robot sau một thời gian dài hoạt động. Để giải quyết vấn đề tích lũy lỗi theo thời gian, có hai phương pháp tiếp cận phổ biến là Particle filter và graph-based SLAM. Tuy nhiên, đối với phương pháp tiếp cận Particle Filter, mỗi particle đều yêu cầu tính toán xác suất cho toàn bộ các vị trí trên bản đồ. Điều này đồng nghĩa với việc khi diện tích của môi trường tăng lên, khối lượng tính toán cũng tăng theo. Việc thực hiện khối lượng tính toán lớn, như yêu cầu của phương pháp tiếp cận Particle Filter, không phù hợp với hoạt động robot lễ tân - một loại robot di động có tài nguyên tính toán hạn chế. Áp dụng phương pháp này có thể gây quá tải, hiệu suất tính toán kém và thậm chí dẫn đến việc máy tính nhúng dừng hoạt động. Do đó, cần tìm các phương pháp tiếp cận khác phù hợp với tài nguyên hạn chế của robot lễ tân.

Hình minh họa. Nguồn Internet

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đề xuất thiết kế một robot chạy bàn để phục vụ trong các nhà hàng nhằm tự động hóa việc phục vụ, đảm bảo an toàn, chính xác. Robot đề xuất sử dụng phương pháp định vị kết hợp đa cảm biến bao gồm LIDAR, encoder bánh xe, gia tốc kế và con quay hồi chuyển. Hệ thống được phát triển không dựa trên định vị bằng băng từ mà thông tin từ các cảm biến sẽ được vào thuật toán định vị SLAM để vẽ lại bản đồ môi trường. Việc này giúp robot di chuyển linh hoạt hơn khi có thể tìm đường khác đến đích khi xuất hiện vật cản động. Nhóm tác giả cũng đề xuất thuật toán sử dụng V-L marker để robot có thể tự tìm về và vào đúng vị trí trạm sạc khi pin gần hết dung lượng. Thử nghiệm cho thấy hoạt động chính xác của robot trong thực tế.

Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa 2025, 29(1): 42-50 (ctngoc)