Các loại cảm biến thường được sử dụng trong robot AMR và AGV có thể kể đến như: Cảm biến LiDAR, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, v.v. Hãy cùng Temas tìm hiểu cách chúng hoạt động như thế nào và giúp ích cho robot AMR và AGV ra sao thông qua bài viết dưới đây. 

Robot AMR (Autonomous Mobile Robot) và AGV (Automated Guided Vehicle) là những nhân tố không thể thiếu trong quá trình tự động hóa sản xuất. Dù có nhiều điểm khác biệt giữa robot AMR và robot AGV, nhưng để hoạt động ổn định và trơn tru, cả hai loại robot này đều cần được tích hợp đa dạng các loại cảm biến tiên tiến khác nhau. 

1. Cảm biến LiDAR 

Nguyên lý hoạt động: 

Cảm biến LiDAR (Light Detection and Ranging) là cảm biến sử dụng tia laser để quét môi trường xung quanh. Một hệ thống liDAR cơ bản sẽ gồm: 

• Bộ nguồn phát: Sẽ phát ra ánh sáng laser với bước sóng nhỏ (nanomet), được giới hạn năng lượng để không gây hại cho mắt con người. 
• Bộ quét: Có tác dụng điều hướng vàđưa tia laser đi nhiều hướng khác nhau. 
• Bộ thu tín hiệu: Nhận phản xạ lại các tia laser từ các vật thể để tính khoảng cách và tạo nên bản đồ 2D hoặc 3D. 

LiDAR hoạt động dựa trên nguyên lý Time-of-Flight (ToF). Cụ thể, LiDAR sử dụng bộ nguồn phát các tia laser tới vật cản hoặc bề mặt cần đo, từ đó lấy được thời gian đi và về của tia laser để tính ra khoảng cách bằng công thức: 

Trong đó:

d: Khoảng cách đến vật thể

v: Vận tốc ánh sáng (~3 × 10⁸ m/s)

t: Thời gian truyền đi và về của tín hiệu laser

Sau khi đo được nhiều điểm khác nhau và nối chúng lại ta sẽ được một bản đồ 2D/3D hoàn chỉnh và chi tiết. 

Vai trò của LiDAR trong AMR/AGV: 

• Tạo bản đồ môi trường (SLAM – Simultaneous Localization and Mapping) 
• Phát hiện vật cản để tránh va chạm 
• Điều hướng thông minh trong môi trường động 
• Cung cấp dữ liệu định vị theo thời gian thực 

2. Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor) 

Nguyên lý hoạt động: 

Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý Time-of-Flight tương tự như LiDAR, nhưng sử dụng sóng âm tần số cao thay vì tia laser và bộ thu sẽ ghi lại thời gian nhận được sóng phản xạ để xác định khoảng cách đến vật thể. 

Mặc dù cảm biến siêu âm và LiDAR có vai trò tương đối giống nhau, nhưng nhiều xe tự hành vẫn được trang bị cả hai loại. Lý do là vì cảm biến siêu âm có thể hỗ trợ LiDAR trong những trường hợp bị nhiễu, chẳng hạn khi xe gặp các bề mặt sáng bóng như gương, kính, inox hoặc nền sàn tối màu, có nhiều góc cạnh. 

Ứng dụng: 

• Phát hiện vật cản để điều hướng 
• Hỗ trợ dừng khẩn cấp khi có người hoặc vật thể xuất hiện 
• Phát hiện các vật thể khó nhận biết bằng cảm biến LiDAR 
• Thường dùng để bổ trợ cho LiDAR, tăng cường độ tin cậy cho hệ thống cảm biến đa tầng (sensor fusion) trong môi trường công nghiệp phức tạp. 

3. IMU (Inertial Measurement Unit) 

Bộ đo lường quán tính (IMU) là một thiết bị cảm biến tích hợp dùng để đo và báo cáo các thông số liên quan đến gia tốc, chuyển động, và hướng di chuyển của một vật thể. IMU thường bao gồm: 

• Cảm biến gia tốc (Accelerometer): Đo gia tốc tuyến tính trên các trục X, Y, Z; giúp nhận biết chuyển động tịnh tiến và hướng trọng lực. 
• Con quay hồi chuyển (Gyroscope): Đo vận tốc quay (angular velocity) quanh các trục X, Y, Z; cho phép xác định độ nghiêng, quay và chuyển hướng. 
• Từ kế (Magnetometer): Đo từ trường Trái Đất để xác định phương hướng (heading); thường dùng để hiệu chỉnh trôi (drift) của gyroscope. 

Nói cách khác, IMU có khả năng theo dõi chuyển động, hướng đi và độ nghiêng của xe tự hành. Từ các thông số đó, xe có thể tự điều chỉnh lộ trình và cân bằng mà không cần sự can thiệp của con người. 

IMU không cung cấp thông tin vị trí tuyệt đối, nhưng đóng vai trò rất quan trọng trong việc ước lượng chuyển động tương đối, giúp hệ thống tự hành duy trì ổn định và hoạt động chính xác khi các cảm biến khác (như GPS hoặc LiDAR) bị mất tín hiệu hoặc nhiễu. 

Chức năng: 

• Đo gia tốc, góc nghiêng, và hướng di chuyển. 
• Bổ sung dữ liệu định vị khi tín hiệu GPS hoặc LiDAR không ổn định 
• Hỗ trợ khả năng cân bằng và chuyển hướng 

4. Cảm biến hồng ngoại (Infrared sensor) 

Cảm biến hồng ngoại có khả năng phát hiện hoặc nhận ánh sáng hồng ngoại (bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến) để phát hiện vật thể, đo khoảng cách, nhận biết chuyển động, hoặc đo nhiệt độ. 

Có hai loại cảm biến hồng ngoại: 

• Cảm biến hồng ngoại chủ động (IR): Phát ra tia hồng ngoại đến vật thể, một phần tia sẽ phản xạ lại và được bộ thu ghi nhận. Tín hiệu phản xạ này được xử lý để phát hiện sự hiện diện của vật thể hoặc ước lượng khoảng cách ở cự ly gần (thường dưới 80 cm). 
• Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR): Không phát ra tín hiệu nào, thay vào đó PIR ghi nhận bức xạ hồng ngoại tự nhiên từ môi trường, đặc biệt là nhiệt từ cơ thể người hoặc động vật. Khi có sự thay đổi đột ngột về mức bức xạ (chẳng hạn khi người đi qua), cảm biến sẽ ghi nhận và tạo ra tín hiệu đầu ra. Do đó, PIR không phát hiện vật thể tĩnh, mà chỉ phát hiện chuyển động nhiệt → không dùng được cho robot tránh vật tĩnh 

Cảm biến hồng ngoại chủ động (IR) thường được tích hợp trên robot AMR và AGV, đặc biệt được sử dụng nhiều ở môi trường thiếu ánh sáng, ví dụ như trong nhà máy tối (Dark Factory). 

5. Cảm biến tải trọng (Loadcell) 

Cảm biến tải trọng là một thiết bị dùng để đo lực hoặc tải trọng tác động lên chính nó. Khi tác động lực làm biến dạng vật liệu chịu tải (thường là kim loại), hệ thống cảm biến biến dạng (strain gauge) sẽ chuyển lực tác động thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu được khuếch đại và chuyển đổi sang dạng số. 

Ứng dụng: 

• Theo dõi trọng lượng hàng hóa được vận chuyển 
• Kiểm soát phân bổ trọng lượng để tránh lật xe 
• Phát hiện bất thường trong cách sắp xếp hàng (ví dụ: chênh lệch trọng lượng giữa các vùng tải) 
• Đảm bảo không vượt quá tải trọng cho phép 

Robot tự hành TEMAS - TMR-300 có tải trọng lên đến 300kg phù hợp với đa dạng ứng dụng như logistics nội bộ, kho thông minh, nhà máy sản xuất hay khu công nghiệp có mật độ vận chuyển cao. 

6. GPS (Global Positioning System) 

GPS (Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển, cho phép xác định vị trí địa lý chính xác của một thiết bị ở bất kỳ đâu trên Trái Đất, bất kỳ thời điểm nào, và trong mọi điều kiện thời tiết. 

Thiết bị GPS được tích hợp trên robot AMR và AGV cần nhận tín hiệu từ 4 vệ tinh để tính ra được khoảng cách của thiết bị với các vệ tinh từ đó xác định được kinh độ, vĩ độ và độ cao của thiết bị. 

Ứng dụng: 

• AMR/AGV hoạt động trong bãi logistics, sân bay, hoặc ngoài trời 
• Có thể kết hợp với bộ đo lường quán tính (IMU) để xác định vị trí chính xác hơn với các ứng dụng trong kho, hầm hoặc nơi có kết cấu kim loại hoặc tín hiệu yếu. 

7. Cảm biến từ  

Cảm biến phát ra trường điện từ xoay chiều tần số cao, khi có vật thể kim loại (dẫn điện) đi vào vùng từ trường này, nó tạo ra dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể, làm thay đổi đặc tính của mạch dao động bên trong cảm biến, được xử lý để sinh ra tín hiệu đầu ra (ON/OFF). 

Cảm biến từ thường được tích hợp trong robot AGV truyền thống, chúng giúp AGV đi đúng theo các đường từ đã được cố định từ trước. Đây chính là sự khác biệt lớn giữa robot AMR và AGV, khi nhà máy hoặc kho bãi có sự thay đổi về cấu trúc, robot AGV sẽ mất nhiều thời gian hơn để cài đặt và vận hành theo sơ đồ mới.

Đặc điểm nổi bật và điểm cần lưu ý của các cảm biến 

Dưới đây là bảng tổng hợp đặc điểm nổi bật và nhược điểm của các loại cảm biến thường dùng trong hệ thống robot AMR/AGV: 

Không có một loại cảm biến nào là “toàn năng”. Trên thực tế, robot tự hành AMR và AGV đều có sự kết hợp của nhiều cảm biến khác nhau, mỗi loại đảm nhận một vai trò riêng biệt và bổ trợ lẫn nhau. Sự phối hợp giữa LiDAR, camera, IMU, siêu âm và các cảm biến an toàn khác chính là chìa khóa để tạo nên hệ thống robot thông minh, linh hoạt và an toàn cho nhà máy, kho hàng tương lai. 

🔎 Bạn đang tìm giải pháp robot AMR/AGV cho nhà máy hay kho thông minh? 

Hãy liên hệ với đội ngũ chuyên gia của Temas để được tư vấn giải pháp cảm biến và robot phù hợp nhất cho nhu cầu sản xuất, kho vận và chuyển đổi số của bạn.