Báo cáo đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Thêm vào BST

Báo xấu

86
lượt xem 38
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói" với mục tiêu nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của robot di động; Nghiên cứu về phương pháp và thuật toán điều khiển bằng giọng nói, cử chỉ và bluetooth; Mô phỏng và mô hình hóa robot di động làm cơ sở cho việc thiết kế và đánh giá hoạt động của robot di động.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ---------- BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CHẾ TẠO ROBOT DI ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Giáo viên hướng dẫn : ThS. Trần Quốc Bảo Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trần Thế - 2019606801 : Nguyễn Việt Thắng - 2019606711 : Nguyễn Minh Trường - 2019606048 Lớp : Cơ điện tử 4 – K14 Hà Nội – 2023
BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀNỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: 1. Nguyễn Trần Thế Mã SV: 2019606801 Lớp: CĐT 4 Khóa:14 2. Nguyễn Việt Thắng Mã SV: 2019606711 Lớp: CĐT 4 Khóa:14 3. Nguyễn Minh Trường Mã SV: 2019606048 Lớp: CĐT 4 Khóa:14 Tên đề tài: Nghiên cứu tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói. Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của robot di động. - Nghiên cứu về phương pháp và thuật toán điều khiển bằng giọng nói, cử chỉ và bluetooth. - Mô phỏng và mô hình hóa robot di động làm cơ sở cho việc thiết kế và đánh giá hoạt động của robot di động. - Thực hiện tốt các tiêu chí kỹ thuật bao gồm tính bền vững và ổn định cao, dễ dàng thiết kế. Kết quả dự kiến - Quyển báo cáo về kết quả đề tài nghiên cứu tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói. - Bản vẽ về thiết kế hệ thống cơ khí và lưu đồ thuật toán điều khiển bằng giọng nói trong robot di động. - Mô hình robot di động trên phần mềm. - Mô hình thực tế robot di động điều khiển bằng giọng nói. Thời gian thực hiện: từ 06/03/2023 đến 07/05/2023. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA CƠ KHÍ ThS. Trần Quốc Bảo PGS.TS. Hoàng Tiến Dũng
NỘI DUNG THỰC HIỆN 1. Bố cục thuyết minh đề tài: Nội dung nghiên cứu SV thực hiện Chương 1: Giới thiệu chung về robot di động và công nghệ điều khiển giọng nói 1.1. Lịch sử nghiên cứu Nguyễn Trần Thế 1.2. Các vấn đề đặt ra Nguyễn Việt Thắng 1.3. Đối tượng nghiên cứu Nguyễn Minh Trường 1.4. Phương pháp thực hiện Nguyễn Trần Thế 1.5. Dự kiến kết quả đạt được Nguyễn Minh Trường Chương 2: Cơ sở lý thuyết về robot di động và công nghệ điều khiển giọng nói 2.1. Lý thuyết điều khiển robot di động Nguyễn Việt Thắng 2.2. Lý thuyết về công nghệ điều khiển giọng nói Nguyễn Việt Thắng 2.3. Mô hình hệ thống cơ khí robot di động Nguyễn Minh Trường 2.4. Mô hình hệ thống điều khiển robot di động Nguyễn Minh Trường 2.5. Kết luận Chương 2 Nguyễn Trần Thế Chương 3: Tính toán thiết kế robot di động điều khiển bằng giọng nói 3.1. Thiết kế phần cứng robot di động điều khiển bằng Nguyễn Trần Thế giọng nói 3.2. Thiết kế hệ thống điều khiển robot di động bằng Nguyễn Minh Trường giọng nói Nguyễn Việt Thắng 3.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển robot di động điều Nguyễn Việt Thắng khiển bằng giọng nói 3.4. Kết luận Chương 3 Nguyễn Minh Trường Chương 4: Chế tạo mô hình và đánh giá 4.1. Chế tạo mô hình robot di động điều khiển bằng Nguyễn Trần Thế giọng nói 4.2. Đánh giá hoạt động của hệ thống Nguyễn Việt Thắng Kết luận và định hướng phát triển
2. Bản vẽ: Khổ Số TT Tên bản vẽ SV thực hiện giấy lượng 1 Bản vẽ hệ thống cơ khí A3 1 Nguyễn Việt Thắng 2 Bản vẽ hệ thống điều khiển A3 1 Nguyễn Minh Trường 3 Lưu đồ thuật toán điều khiển A3 1 Nguyễn Trần Thế 3. Mô hình/ sản phẩm Nội dung công việc SV thực hiện Nguyễn Trần Thế  Chế tạo, lắp ráp hệ thống cơ khí Nguyễn Việt Thắng Nguyễn Minh Trường Nguyễn Trần Thế  Lắp ráp mạch điều khiển Nguyễn Việt Thắng Nguyễn Minh Trường
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Quốc Bảo đã định hướng, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài. Sau cùng chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị, các bạn đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến cho chúng tôi để hoàn thiện thành tốt tài liệu. Trong quá trình thực hiện các chủ đề tài liệu này sẽ không tránh khỏi sự thiếu xót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Nhóm thực hiện để xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Trần Thế Nguyễn Việt Thắng Nguyễn Minh Trường
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT DI ĐỘNG ............................. 1 1.1 Lịch sử nghiên cứu....................................................................................... 1 1.2 Các vấn đề đặt ra.......................................................................................... 2 1.3 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 3 1.4 Phương pháp thực hiện ................................................................................ 3 1.5 Kết quả dự kiến ............................................................................................ 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN GIỌNG NÓI .................................................................................. 5 2.1 Lý thuyết điều khiển robot di động.............................................................. 5 2.1.1 Khái niệm robot di động........................................................................ 5 2.1.2 Các phương pháp điều khiển robot di động .......................................... 5 2.1.3 Lý thuyết điều khiển robot bằng cử chỉ. ............................................... 8 2.1.4 Giới thiệu về MIT App Iventor ........................................................... 10 2.1.5 Lý thuyết về công nghệ xử lý ảnh ....................................................... 15 2.1.6. Phát hiện đối tượng và thị giác máy tính ........................................... 18 2.2 Lý thuyết về công nghệ điều khiển giọng nói ........................................... 21 2.2.1 Khái niệm về công nghệ điều khiển giọng nói .................................... 21 2.2.2 Cách thức xây dựng công nghệ điều khiển giọng nói ......................... 21 2.2.3 Các loại hệ thống nhận dạng ............................................................... 23 2.2.4 Các cách nhận dạng giọng nói............................................................. 23 2.2.5 Cách thức triển khai công nghệ giọng nói .......................................... 24 2.2.6 Ứng dụng của công nghệ điều khiển giọng nói .................................. 24 2.2.7 Ưu nhược điểm của công nghệ điều khiển giọng nói ......................... 25
2.3. Mô hình hệ thống cơ khí robot di động .................................................... 26 2.3.1 Khung cơ khí ....................................................................................... 27 2.3.2 Bộ phận truyền động ........................................................................... 27 2.3.3 Bộ phận liên kết ................................................................................... 28 2.4 Mô hình hệ thống điều khiển ..................................................................... 29 2.4.1 Arduino Uno R3 .................................................................................. 29 2.4.2 Module ESP32..................................................................................... 31 2.4.3 Module ESP 8266................................................................................ 32 2.4.4 Module L298 ....................................................................................... 33 2.4.5 Cảm biến siêu âm HC-SR04 ............................................................... 36 2.4.6 Module cảm biến gia tốc góc MPU6050............................................. 37 2.4.7 Mạch sạc pin lithium 18650 2 cell nối tiếp 16A ................................. 39 2.4.8 Mạch sạc TP4056 ................................................................................ 40 2.4.9 Module ESP 32 – CAM ...................................................................... 41 2.4.10 Động cơ servo SG90 ......................................................................... 43 2.4.11 Động cơ DC giảm tốc vàng v1 .......................................................... 44 2.5 Kết luận chương 2 ...................................................................................... 44 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT DI ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI............................................................................................ 45 3.1 Thiết kế phần cứng robot di động điều khiển bằng giọng nói ................... 45 3.1.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................... 45 3.1.2 Tính toán thiết kế mô hình .................................................................. 46 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển robot di động bằng giọng nói ...................... 52 3.2.1 Kết nối arduino và cảm biến HC-SR04............................................... 52
3.2.2 Kết nối module ESP32, L298 và động cơ DC .................................... 53 3.2.3 Kết nối ESP32-CAM và laptop ........................................................... 55 3.2.4 Kết nối ESP 8266, MPU6050 và mạch sạc ......................................... 56 3.2.5 Thiết kế mạch in .................................................................................. 57 3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot di động bằng giọng nói ..................... 59 3.4 Kết luận chương 3 ...................................................................................... 62 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................... 63 4.1 Chế tạo mô hình robot di động điều khiển bằng giọng nói ....................... 63 4.1.1 Lắp ráp và kiểm tra .............................................................................. 63 4.1.2 Thiết kế ứng dụng điều khiển robot di động qua MIT Ap Inventor ... 66 4.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống .............................................................. 69 4.2.1 Kết quả ................................................................................................ 69 4.2.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống ........................................................ 73 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 75
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1: Phương pháp Dead-reckoning.............................................................. 6 Hình 2. 2: Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động ............................................... 7 Hình 2. 3: Định vị sử dụng bản đồ ........................................................................ 8 Hình 2. 4: Điều khiển robot thông qua wifi .......................................................... 8 Hình 2. 5: Điều khiển robot di động bằng cử chỉ .................................................. 9 Hình 2. 6: Giao diện quản lý project ................................................................... 10 Hình 2. 7: Giao diện thiết kế (Design) ................................................................ 10 Hình 2. 8: Giao diện lập trình (Blocks) ............................................................... 11 Hình 2. 9: Thiết kế giao diện ............................................................................... 11 Hình 2. 10: Khối lệnh (Code blocks) trong App inventor .................................. 12 Hình 2. 11: Lệnh tích hợp có sẵn ........................................................................ 13 Hình 2. 12: Screen ............................................................................................... 14 Hình 2. 13: Vùng làm việc .................................................................................. 14 Hình 2. 14: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ..................................................... 15 Hình 2. 15: Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh và lưu đồ thông tin giữa các khối ..... 18 Hình 2. 16 : Hoạt động YOLO ............................................................................ 20 Hình 2. 17: Giao tiếp với bằng google assistant ................................................. 21 Hình 2. 18: Xử lý ngôn ngữ tự nhiên .................................................................. 23 Hình 2. 19: Trợ lý ảo ........................................................................................... 25 Hình 2. 20: Khung Robot .................................................................................... 27 Hình 2. 21:Bánh xe robot .................................................................................... 28 Hình 2. 22: Bộ phận liên kết ............................................................................... 28 Hình 2. 23: Sơ đồ chân Arduino Uno R3 ............................................................ 29
Hình 2. 24: Module ESP32 ................................................................................. 31 Hình 2. 25: Sơ đồ chân của bo 30 chân ESP32 DevKit. ..................................... 32 Hình 2. 26: Sơ đồ chân WeMos D1 Mini ........................................................... 33 Hình 2. 27: Modue L298 ..................................................................................... 34 Hình 2. 28: Sơ đồ chân L298 .............................................................................. 35 Hình 2. 29: Nguyên lý hoạt động theo chiều thuận ............................................ 35 Hình 2. 30: Nguyên lý hoạt động theo chiều nghịch .......................................... 35 Hình 2. 31: Cảm biến siêu âm HC-SR04 ............................................................ 36 Hình 2. 32: Góc nghiêng theo trục X,Y,Z ........................................................... 38 Hình 2. 33: Sơ đồ chân MPU6050 ...................................................................... 38 Hình 2. 34: Mạch sạc pin 18650 ......................................................................... 39 Hình 2. 35: Mạch sạc TP4056 ............................................................................. 40 Hình 2. 36: Sơ đồ dây mạch sạc TP4056 ............................................................ 41 Hình 2. 37: Module ESP32-CAM ....................................................................... 42 Hình 2. 38: Sơ đồ chân ESP32-CAM ................................................................. 42 Hình 2. 39: Servo SG90 ...................................................................................... 43 Hình 2. 40: Sơ đồ chân servo SG90 .................................................................... 43 Hình 3. 1 : Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 45 Hình 3. 2: Cấu hình của robot với hai bánh chủ động ........................................ 46 Hình 3. 3: Phân tích lực tác dụng lên bánh xe .................................................... 50 Hình 3. 4: Động cơ giảm tốc V1 ......................................................................... 51 Hình 3. 5: Sơ đồ kết nối arduino với cảm biến HC-SR04 .................................. 52 Hình 3. 6: Sơ đồ kết nối module ESP32, L298 và động cơ DC ......................... 53 Hình 3. 7: Sơ đồ kết nối pin và mạch sạch.......................................................... 54
Hình 3. 8: Sơ đồ kết nối ESP32-CAM và laptop ................................................ 55 Hình 3. 9: Kết nối tay cầm .................................................................................. 56 Hình 3. 10: Bản vẽ nguyên lý của ESP32 [6] .................................................... 57 Hình 3. 11: Mạch in của ESP32 .......................................................................... 57 Hình 3. 12: Bản vẽ nguyên lý ESP8266.............................................................. 58 Hình 3. 13: Mạch in của ESP 8266 ..................................................................... 58 Hình 3. 14: Lưu đồ thuật toán ứng dụng điều khiển ........................................... 59 Hình 3. 15: Lưu đồ thuật toán điều khiển robot .................................................. 60 Hình 3. 16: Lưu đồ thuật toán phát hiện vật ....................................................... 61 Hình 3. 17: Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh ............................................................. 62 Hình 4. 1: Động cơ và bánh xe............................................................................ 63 Hình 4. 2: Khung robot tầng 1 ............................................................................ 64 Hình 4. 3: Tầng 1 robot di động .......................................................................... 64 Hình 4. 4: Tầng 2 robot di động .......................................................................... 65 Hình 4. 5: Tầng 3 robot di động .......................................................................... 65 Hình 4. 6: Hình ảnh robot sau khi lắp rắp thành công ........................................ 66 Hình 4. 7: Tạo dự án mới .................................................................................... 66 Hình 4. 8: Dự án mới........................................................................................... 66 Hình 4. 9: Kéo các khối vào khung đã có ........................................................... 67 Hình 4. 10: Kéo khối TextBox để nhập địa chỉ IP kết nối với camera. .............. 67 Hình 4. 11: Thiết lập các nút bấm sử dụng khối “ Button” ................................ 67 Hình 4. 12: Các khối chức năng .......................................................................... 68 Hình 4. 13: Giao diện điều khiển tay cầm và giọng nói trên ứng dụng .............. 68 Hình 4. 14: Kết quả điều khiển bằng giọng nói .................................................. 69
Hình 4. 15: Kết quả điều khiển robot bằng cử chỉ .............................................. 70 Hình 4. 16: Kết quả điều khiển bằng bluetooth .................................................. 71 Hình 4. 17: Kết quả xử lý hình ảnh phát hiện được ............................................ 72 Hình 4. 18: Robot phát hiện vật cản trong quá trình quét ................................... 73 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1: Bảng thông số kỹ thuật Arduino R3 .................................................. 30 Bảng 2. 2: Bảng thông số kỹ thuật L298............................................................. 34 Bảng 2. 3: Bảng thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm HC-SR04 ....................... 36 Bảng 2. 4: Bảng thông số kỹ thuật mạch sạc pin 18650 ..................................... 39 Bảng 2. 5: Bảng thông số kỹ thuật mạch sạc TP4056 ........................................ 40 Bảng 2. 6: Bảng thông số kỹ thuật động cơ giảm tốc V1 ................................... 44
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Mobile robot là loại máy tự động có khả năng di chuyển trong một số môi trường nhất định. Mobile robot hiện đang được các nhà nghiên cứu chú trọng và hầu như các trường đại học lớn đều có phòng thí nghiệm để tập trung nghiên cứu loại robot này. Chúng cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp, quân sự và sinh hoạt..., như trong sing hoạt có robot hút bụi, lau nhà hay cắt cỏ.... Hình dạng robot xuất hiện đầu tiên ở nước Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 của thế kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực điện tử đã xuất hiện. Tuy nhiên, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động, các tay máy này hoạt động hạn chế quanh vị trí của nó. Ngược lại, mobile robot là loại robot di động có thể di chuyển từ không gian này đến không gian khác một cách độc lập hay được điều khiển từ xa, do đó tạo không gian hoạt động lớn. Năm 1969: Mowbot là con robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động. The Stanford Cart line follower là một con robot di động có thể di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn. Nó bao gồm một “kênh truyền thanh” gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo ra những tính toán. Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh giữa các vì sao" phần I, A new Hope mô tả R2D2, một con robot di động hoạt động độc lập và C3P0, một con robot hình người. Họ đã khiến công chúng biết đến những con robot. Năm 1980: Thị hiếu của người tiêu dùng về robot tăng, robot được bảy bán và mua về để sử dụng trong nhà. Ví dụ RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt mẫu robot HERO. Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó đã có thể lái tàu biển vượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua. 1
Năm 1990: Cha đẻ của nền robot công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với các đồng nghiệp và đã phát minh ra những con robot tự động trong ngành y tế và được bán bởi Helpmate. Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệ trong nhà Cybermotion. Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con robot có khả năng đi lại, quan sát và tác động qua lại tới môi trường. Robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBot cũng được giới thiệu. Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng được khởi động. Chúng bao gồm một số lượng lớn các con robot đơn lẻ, có thể tác động lẫn nhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp. Năm 2002: Roomaba, một con robot di động dung trong gia đình, thực hiện công việc lau nhà xuất hiện. Tiếp tục phát triển hiện nay có rất nhiều loại robot phục vụ cho con người dần xuất hiện ngày càng thân thiện hơn. 1.2 Các vấn đề đặt ra Trong quá trình nghiên cứu, tính toán chế tạo robot di động điều khiển bằng giọng nói cần giải quyết các vấn đề sau: - Vấn đề cơ khí:  Phân tích tính toán thiết kế kết cấu khung cho robot sao cho robot chuyển động êm không rung lắc đảm bảo độ chính xác cao khi di chuyển.  Tính toán lựa chọn vật liệu, linh kiện phù hợp với đề tài.  Lựa chọn các cảm biến điều khiển robot bằng giọng nói, cử chỉ, bluetooth. - Vấn đề điều khiển:  Lập trình phầm mềm điều khiển robot bằng giọng nói, cử chỉ, bluetooth. 2
 Robot di động hoạt động chính xác khi được điều khiển qua phần mềm đã lập. - Với việc kết hợp giữa phần điều khiển và cơ khí sẽ có một robot di động hoạt động ổn định. 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chế tạo robot di động kết hợp viết một ứng dụng trên nền tảng Android giao tiếp với người điều khiển bằng giọng nói và cảm ứng thông qua phần mềm. Bên cạnh đó, robot di động còn có thể điều khiển bằng cử chỉ theo bàn tay. Sử dụng các phần mềm thiết kế mạch in Altium, phần mềm thiết kế mô hình 3D Solidworks và trình biên dịch Arduino IDE để lập trình cho vi điều khiển. Sau đó lắp ráp các chi tiết cơ khí cùng các module chức năng làm sao để chúng có thể hoạt động thống nhất, đồng bộ trên một mô hình. 1.4 Phương pháp thực hiện - Tìm kiếm, thu thập các tài liệu về robot di động trên sách, báo và các trang mạng trên Internet. - Nghiên cứu những thiết kế đã được các nhóm, các cá nhân phát triển trong và ngoài nước. - Tìm hiểu về công nghệ điều khiển bằng giọng nói và ứng dụng của công nghệ này. - Nghiên cứu phương pháp và thuật toán điều khiển bằng giọng nói, cử chỉ và bluetooth ứng dụng vào để điều khiển robot di động. - Nghiên cứu, lựa chọn và kiểm nghiệm các module, linh kiện phù hợp. - Tính toán, thiết kế phần khung, vỏ robot, đảm bảo sự linh hoạt cho robot, giảm khối lượng, đảm bảo tính thẩm mĩ và độ bền. 1.5 Kết quả dự kiến - Bản vẽ chế tạo cơ khí và bản vẽ hệ thống điều khiển của robot di động. 3
- Mô hình robot di động điều khiển trên phần mềm kết nối qua bluetooth. - Mô hình robot di động điều khiển bằng giọng nói và cử chỉ bàn tay. - Bên cạnh đó, mô hình robot báo hiệu vật cản phía trước. - Mô hình robot di động tích hợp camera theo dõi phía sau và nhận biết vật cản bằng camera phía trước. 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN GIỌNG NÓI 2.1 Lý thuyết điều khiển robot di động 2.1.1 Khái niệm robot di động Robot là một loại thiết bị có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot có một trong các đặc điểm sau đây: do con người sáng tạo ra, có khả năng nhận biết môi trường xung quanh và tương tác với những vật thể trong môi trường, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước, có thể điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng, có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều và khéo léo trong vận động. Robot di động là robot có khả năng tự di chuyển, di chuyển trong môi trường của chúng, không cố định vào một vị trí thực. Robot di động có khả năng điều hướng một môi trường không kiểm soát được mà không cần các thiết bị hướng dẫn vật lý hoặc cơ điện. Ngoài ra, robot di động có thể dựa vào các thiết bị hướng dẫn cho phép nó di chuyển tuyến đường định hướng được xác định trước trong không gian tương đối được kiểm soát. Nó khác với robot công nghiệp thường đặt gần cố định và hoạt động bằng các cánh tay. 2.1.2 Các phương pháp điều khiển robot di động Một robot di động thông minh phải được điều khiển dẫn đường theo một chiến lược có hiệu quả. Có nhiều nghiên cứu trên thế giới với các thuật giải và phương pháp khác nhau cho dẫn đường robot trong các môi trường trong nhà và ngoài trời. Ta sẽ điểm qua một vài phương pháp như sau: - Phương pháp Dead-reckoning: Dead-reckoning là phương pháp dẫn đường được sử dụng rộng rãi nhất đối với robot di động. Phương pháp này cho độ chính xác trong thời gian ngắn, 5
giá thành thấp và tốc độ lấy mẫu rất cao. Tuy nhiên do nguyên tắc cơ bản của phương pháp Dead-reckoning là tích luỹ thông tin về gia tốc chuyển động theo thời gian do đó dẫn tới sự tích luỹ sai số. Sự tích luỹ sai số theo hướng sẽ dẫn đến sai số vị trí lớn tăng tỉ lệ với khoảng cách chuyển động của robot. Tuy nhiên hầu hết các nhà nghiên cứu đều đồng ý rằng Dead-reakoning là một phần quan trọng trong hệ thống dẫn đường robot, các lệnh dẫn đường sẽ được đơn giản hoá nếu độ chính xác của phương pháp Dead-reckoning được cải thiện. Phương pháp dead-reakoning dựa trên phương trình đơn giản và thực hiện được một cách dễ dàng, sử dụng dữ liệu từ bộ mã hoá số vòng quay bánh xe. Dead-reckoning dựa trên nguyên tắc là chuyển đổi số vòng quay bánh xe thành độ dịch tuyến tính tương ứng của robot. Nguyên tắc này chỉ đúng với giá trị giới hạn. Có một vài lý do dẫn đến sự không chính xác trong việc chuyển từ số gia vòng quay bánh xe sang chuyển động tuyến tính. Tất cả các nguồn sai số này được chia thành 2 nhóm: sai số hệ thống và sai số không hệ thống. Để giảm sai số Dead-reckoning cần phải tăng độ chính xác động học cũng như kích thước tới hạn. Hình 2. 1: Phương pháp Dead-reckoning - Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động: Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động là hệ thống dẫn đường được sử dụng phổ biến nhất trên tàu biển và máy bay. Hệ thống này cung cấp thông tin vị trí rất chính xác với quá trình xử lý tối thiểu. Hệ thống cho phép tốc độ lấy mẫu 6
và độ tin cậy cao nhưng đi kèm với nó là giá thành cao trong việc thiết lập và duy trì. Cột mốc được đặt tại các vị trí chính xác sẽ cho phép xác định toạ độ chính xác của vật thể. Có 2 phương pháp đo dùng trong hệ thống cột mốc chủ động, đó là phép đo 3 cạnh tam giác và phép đo 3 góc tam giác. Phép đo 3 cạnh tam giác. Phép đo 3 cạnh tam giác xác định vị trí vật thể dựa trên khoảng cách đo được tới cột mốc biết trước. Trong hệ thống dẫn đường sử dụng phép đo này thông thường có ít nhất là 3 trạm phát đặt tại các vị trí biết trước ngoài môi trường và 1 trạm nhận đặt trên robot. Hoặc ngược lại có 1 trạm phát đặt trên rô bốt và các trạm nhận đặt ngoài môi trường. Sử dụng thông tin về thời gian truyền của chùm tia hệ thống sẽ tính toán khoảng cách giữa các trạm phát cố định và trạm nhận đặt trên robot. GPS (Global Positionings Systems) - hệ thống định vị toàn cầu hoặc hệ thống cột mốc sử dụng cảm biến siêu âm là các ví dụ khi sử dụng phép đo 3 cạnh tam giác, phép đo 3 góc tam giác. Hình 2. 2: Hệ thống dẫn đường cột mốc chủ động - Định vị sử dụng bản đồ: Robot sử dụng các cảm biến được trang bị để tạo ra một bản đồ cục bộ môi trường xung quanh. Bản đồ này sau đó so sánh với bản đồ toàn cục lưu trữ sẵn trong bộ nhớ. Nếu tương ứng, robot sẽ tính toán vị trí và góc hướng thực tế của nó trong môi trường. 7
Hình 2. 3: Định vị sử dụng bản đồ - Ngoài ra robot di động có thể điều khiển từ xa bằng tay được điều khiển thông qua wifi, hồng ngoại hay bluetooth… Hình 2. 4: Điều khiển robot thông qua wifi 2.1.3 Lý thuyết điều khiển robot bằng cử chỉ. Nhiều chủ đề liên quan đến giao tiếp giữa con người và robot đã được khám phá trong những năm gần đây và nhiều phương pháp nghiên cứu liên tục được công bố. Nhiều giao diện thân thiện với người dùng đã được giới thiệu bằng lời nói, tầm nhìn, cử chỉ,... Trong số các nghiên cứu sử dụng cử chỉ, Mitra et al. đã thảo luận về phương pháp sử dụng nhiều loại cảm biến để thu tín hiệu 8