Kết nối mạng cho robot tự hành trong sản xuất nông nghiệp

Hoàng

April 18, 2025

10 phút đọc

Yêu cầu kết nối ổn định

Một trong những thách thức chính khi thiết lập kết nối mạng ổn định cho robot tự hành là môi trường đa dạng và thường khó đoán nơi các máy móc này hoạt động.

Cánh đồng nông nghiệp có thể xuất hiện nhiều yếu tố cản trở kết nối bao gồm các chướng ngại vật địa lý như đồi núi, cây cối và công trình xây dựng có thể làm suy giảm cường độ và chất lượng tín hiệu.

Hơn nữa tính chất ngoài trời của hoạt động nông nghiệp khiến robot thường xuyên tiếp xúc với nhiều điều kiện thời tiết khác nhau như mưa, gió và nhiệt độ khắc nghiệt.

Vì vậy có thể làm gián đoạn thêm các kết nối truyền thông.

Để vượt qua những thách thức này, các giải pháp kết nối vững chắc cần được thiết kế để chịu đựng các yếu tố môi trường gây áp lực đồng thời đảm bảo truyền dữ liệu liên tục.

Như vậy đòi hỏi việc tích hợp các thành phần phần cứng hiện đại như ăng-ten tăng cường và bộ định tuyến cấp công nghiệp có khả năng duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu bất kể điều kiện bên ngoài.

Ví dụ: Một robot phun thuốc trừ sâu tự động tại một trang trại rộng lớn cần duy trì kết nối liên tục với trạm điều khiển trung tâm khi di chuyển qua các khu vực có nhiều cây cao, ao hồ và thay đổi địa hình.

Trong mùa mưa, khả năng chống chịu thời tiết của hệ thống kết nối trở nên cực kỳ quan trọng để đảm bảo robot hoàn thành nhiệm vụ mà không bị gián đoạn.

Yêu cầu độ trễ thấp

Giao tiếp với độ trễ thấp rất quan trọng đối với chức năng hiệu quả của robot tự hành vì nhiều nhiệm vụ nông nghiệp yêu cầu phản ứng tức thì với điều kiện biến động.

Ví dụ: một robot di chuyển trong cánh đồng cần nhanh chóng xử lý dữ liệu từ các cảm biến để tránh chướng ngại vật hoặc điều chỉnh đường đi dựa trên hiệu chỉnh GPS thời gian thực.

Độ trễ cao có thể dẫn đến sự chậm trễ làm ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả của robot.

Đạt được độ trễ thấp thường bị phức tạp bởi nhiều yếu tố bao gồm tắc nghẽn mạng và khoảng cách giữa robot và cơ sở hạ tầng truyền thông.

Ở khu vực nông thôn nơi robot nông nghiệp thường hoạt động, việc tiếp cận hạn chế với internet tốc độ cao hoặc mạng di động có thể làm trầm trọng thêm vấn đề độ trễ.

Do đó, triển khai các giải pháp truyền thông ưu tiên tốc độ và hiệu quả là thiết yếu.

Điều này có thể liên quan đến việc sử dụng các băng tần chuyên dụng cho ứng dụng nông nghiệp, tối ưu hóa gói dữ liệu để truyền nhanh hơn, hoặc áp dụng kỹ thuật điện toán biên để giảm lượng dữ liệu cần gửi qua mạng.

Ví dụ: Hệ thống robot thu hoạch cà phê tự động cần xử lý hàng nghìn điểm dữ liệu mỗi giây từ camera và cảm biến để nhận dạng và hái những quả chín đúng tiêu chuẩn.

Với độ trễ dưới 10 mili giây, robot có thể hoạt động liên tục và chính xác.

Ngược lại, nếu độ trễ vượt quá ngưỡng này, tỷ lệ thu hoạch nhầm hoặc bỏ sót quả chín sẽ tăng đáng kể.

Hỗ trợ nhiều giao diện

Một thách thức khác trong kết nối mạng cho robot tự hành nằm ở nhu cầu hỗ trợ nhiều giao diện và đảm bảo tích hợp liền mạch giữa các hệ thống con khác nhau.

Robot tự hành dựa vào một mạng lưới phức tạp các thành phần bao gồm camera, cảm biến, đơn vị dẫn đường và nền tảng điều khiển.

Mỗi thành phần yêu cầu các giao thức và giao diện truyền thông khác nhau.

Sự đa dạng này tạo ra một thách thức đáng kể cho các giải pháp kết nối vì chúng phải có khả năng xử lý các định dạng dữ liệu khác nhau và đảm bảo trao đổi dữ liệu suôn sẻ giữa tất cả các thành phần.

Hơn nữa, khả năng mở rộng là một mối quan tâm.

Khi thêm nhiều cảm biến hoặc thiết bị vào hệ thống, cơ sở hạ tầng truyền thông phải thích ứng mà không làm giảm hiệu suất hoặc độ ổn định.

Để giải quyết thách thức này, các thiết bị kết nối phải linh hoạt và tương thích với các giao diện khác nhau.

Điều này có thể liên quan đến việc sử dụng bộ chuyển mạch Ethernet cấp công nghiệp cung cấp thêm cổng LAN để mở rộng.

Ngoài ra có thể triển khai hệ thống truyền thông theo mô-đun để nâng cấp dễ dàng và tích hợp công nghệ mới khi chúng xuất hiện.

Ví dụ: Một trang trại thông minh sử dụng đội robot đa nhiệm vụ được trang bị nhiều loại cảm biến khác nhau (ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ, phân tích đất) cùng với camera AI và hệ thống GPS.

Mỗi robot phải tích hợp dữ liệu từ hơn 20 giao diện khác nhau đồng thời chia sẻ thông tin với các robot khác trong đội.

Hệ thống trung tâm sử dụng bộ chuyển mạch công nghiệp 48 cổng với khả năng mở rộng lên tới 200 thiết bị kết nối.

Đảm bảo truy cập từ xa

Khả năng giám sát và điều khiển robot tự hành từ xa là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Nông dân cần truy cập dữ liệu thời gian thực từ robot và có khả năng điều chỉnh hoặc nhận cảnh báo về vấn đề có thể phát sinh trong quá trình hoạt động.

Tuy nhiên, việc thiết lập kết nối từ xa đáng tin cậy đặt ra một loạt thách thức riêng.

Trong môi trường nông nghiệp, đặc biệt là ở vùng nông thôn, phạm vi phủ sóng di động có thể không ổn định hoặc không có sẵn ở một số khu vực.

Điều này có thể hạn chế hiệu quả của các giải pháp giám sát từ xa dựa vào mạng di động.

Ngoài ra, các mối quan ngại về bảo mật là tối quan trọng khi nói đến truy cập từ xa.

Đảm bảo dữ liệu được truyền qua các mạng an toàn khỏi các mối đe dọa tiềm ẩn là điều cần thiết để bảo vệ cả hoạt động của robot và dữ liệu của người dùng.

Ví dụ: Một trang trại lúa quy mô lớn sử dụng đội robot cấy lúa tự động được điều khiển từ một trung tâm điều hành cách xa 50km. Khi một số khu vực đồng ruộng nằm trong vùng sóng yếu, hệ thống sử dụng kết hợp mạng di động 4G/5G với các trạm phát sóng mini được bố trí hợp lý.

Mỗi robot được trang bị hai SIM từ hai nhà mạng khác nhau, tự động chuyển đổi giữa các nhà mạng để duy trì kết nối liên tục.

Toàn bộ dữ liệu được mã hóa đầu cuối bằng chuẩn bảo mật AES-256 để ngăn chặn truy cập trái phép vào hệ thống điều khiển.