Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT PHỤC VỤ TRONG GIA ĐÌNH
Lê Tấn Đức*, Nguyễn Trung Hướng, Lương Thành Đạt
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
*Tác giả liên lạc: letanduc22@gmail.com
TÓM TẮT
Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, các ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đi
đến những thành công mới. Nhiều công trình khoa học, những phát minh của các nhà khoa
học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi ích của con người. Đời sống con người ngày càng được
nâng cao (về vật chất, lẫn tinh thần). Vì vậy nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống nhiều sản
phẩm robot phục vụ đã ra đời và ngành kĩ thuật sản xuất các sản phẩm của robot này ngày
càng phát triển. Cũng theo xu hướng phát triển đó nhóm em đã chọn đề tài robot phục vụ
trong gia đình với mục đích giúp cuộc sống con người ngày càng tốt đẹp, thoải mái hơn trong
cuộc sống, phục vụ nhu cầu quản lý, hỗ trợ, giải trí … trong gia đình.
Từ khóa: Phục vụ, quản lý, giải trí, hỗ trợ.
DESIGN AND DEVELOPMENT OF SERVICE ROBOT IN FAMILY
Le Tan Duc*, Nguyen Trung Huong, Luong Thanh Dat
HCMC University of Technology and Education
*Corresponding authour: letanduc22@gmail.com
ABSTRACT
Along with the development of human society, the sciences - techniques constantly come to
new successes. Many scientific works, the inventions of scientists have come to life, serving
the interests of man. Human life has been improved (both material and spiritual). Therefore,
in order to meet the demand of life, many robotic products have been born and the technology
of producing robot products is growing. Also according to the development trend, the group
has chosen the topic of robots serving in the family with the aim of helping people's lives
become better, more comfortable in life, serving the need of management, support,
entertainment ... in the family.
Keywords: Support, management, serve, entertainment.
GIỚI THIỆU giúp cuộc sống con người ngày càng tốt đẹp,
Trong sự phát triển của công nghệ, máy móc thoải mái hơn trong cuộc sống
hiện đại luôn giành được sự quan tâm đặc Thiết kế cơ khí
biệt, việc sử dụng các robot trong các nhà Robot được đề cập trong bài báo này chủ yếu
máy đang không ngừng phát triển về số hoạt động trong gia đình, phục vụ chủ yếu
lượng và có khả năng thay thế con người cho người già và trẻ em. Người già thường ít
trong tương lai. đi lại và đứng không được lâu nên chiều cao
Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, phù hợp trong khoảng 0.5-1 mét. Để tránh sự
các ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng trơn trợt và những trở ngại về tĩnh học, động
đi đến những thành công mới. Nhiều công năng. Vì thế ta thiết kế robot di chuyển bằng
trình khoa học, những phát minh của các nhà bánh xe thay vì dùng chân.
khoa học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi Robot có 3 phần chính: đầu, thân và đế robot.
ích của con người. Đời sống con người ngày Phần thân được thiết kế nhỏ gọn và đế gồm 2
càng được nâng cao (về vật chất, lẫn tinh bánh xe điều hướng và một bánh tự lượn làm
thần). Vì vậy nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc cho quá trình robot di chuyển linh hoạt hơn
sống nhiều sản phẩm robot phục vụ đã ra đời trong không gian nhiều gia đình khác
và ngành kĩ thuật sản xuất các sản phẩm của nhau.Yêu cầu robot nhỏ gọn nên việc sử
robot này ngày càng phát triển. Cũng theo xu dụng một màn hình sẽ hợp lý. Màn hình cảm
hướng phát triển đó nhóm em đã chọn đề tài ứng hiển thị và tương tác với người dùng
robot phục vụ trong gia đình với mục đích được đặt trên đầu robot với 2 trục quay ở cổ
404
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
tạo điều khiện phù hợp khi giao tiếp với Dựa trên các tiêu chí chính nêu trên, chúng
người dùng ở các vị trí và chiều cao khác tôi đã thiết kế mẫu robot như hình 1.
nhau. Tốc độ tối đa của robot là 0.9 km/h.
Hình 1. Hình dạng bên ngoài của robot
Mô hình động học của robot di động biểu Hoạt động của robot phụ thuộc vào các biến
diễn bởi hệ phương trình cho phép phỏng điều khiển v và w.
đoán vị trí của robot trên quỹ đạo của nó, xác
v l
w wr r
định vị trí và hướng robot cùng với quá trình (3)
2
điều khiển, tất cả di chuyển của robot di động
có thể chia thành chuyển động tịnh tiến và w l
w wr (4)
quay. Phần tử cơ bản của mọi robot di động l
là bánh xe. Tham số động học bao gồm bán x
kính bánh xe, chiều dài trục gắn bánh xe, v cos sin l 2 y
l
điểm đặt trọng tâm...Mô hình động học được vr cos sin l 2
đơn giản gồm 2 bậc tự do (DoF) có 3 bánh
gồm 2 bánh chủ động và 1 bánh bị động tự Với wl và wr là vận tốc góc của bánh xe trái
lựa (caster) như hinh 2. Trạng thái của robot và phải của robot. Với giá trị wl và wr khác
di động với cơ cấu bánh xe vi sai thay đổi nhau của robot, quỹ đạo sẽ hình thành. vl là
theo vận tốc 2 bánh chủ động, khi robot di vận tốc thẳng của bánh xe trái và vr vận tốc
chuyển từ vị trí hiện tại đến điểm cần đến. thẳng của bánh xe phải, R là khoảng cách có
dấu từ ICR tới trung điểm của 2 bánh xe.
Hướng y
v
Thiết kế hệ thống điện-điều khiển
w
y
l
Hướng x
x
Hình 2. Mô hình động học của robot di
chuyển trên bệ vi sai.
Từ mô hình của mỗi bánh xe, vận tốc di
chuyển thẳng là vận tốc thẳng trung bình của Hình 3. Sơ đồ kết nối mạch điện
2 bánh xe: Hệ thống điều khiển robot là một hệ thống
r kết nối và tương tác giữa các thành phần và
xr l (1)
2 thiết bị như: máy tính bảng, loa, microphone,
Di chuyển quay của robot là: vi điều khiển, cảm biến, động cơ,…
r Kiểm soát trung tâm là máy tính bảng. Máy
l (2)
2 tính bảng có chức năng quản lý toàn bộ hoạt
405
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
động của hệ thống, thu thập và xử lý thông đến mục tiêu một cách chính xác. Hiện nay
tin quan trọng và kết nối các thiết bị với hầu hết robot đều di chuyển theo bản đồ cố
nhau. Ở đây, dữ liệu thu được từ camera và định có sẵn, tuy nhiên vấn đề khó khăn gặp
micrô được xử lý bởi CPU. Tính các hành phải là môi trường động, mà quản lý thông
động thích hợp như hiển thị thông tin để giao tin theo sự thay đổi của môi trường là khá
tiếp với người sử dụng qua màn hình và loa, phức tạp.
hoặc kiểm soát hành vi của robot thông qua Để việc điều khiển robot tốt và linh hoạt
các vi điều khiển qua bluetooth. Việc kiểm trong môi trường trong nhà thì việc quản lý
soát hành vi robot được thực hiện và quản lý thông tin môi trường cần phải được quan
bởi một vi điều khiển. tâm. Định vị thông minh, robot cần 2 kiểu
Vi điều khiển này nhận được tín hiệu điều thông tin môi trường đó là thông tin tĩnh và
khiển từ máy tính bảng và sau đó phân tích toàn cục, mô tả trong bản đồ hình học phẳng
nó và gửi lệnh cho bộ truyền động để thực mà nó đã có sẵn như mối quan hệ của vị trí
hiện (di chuyển robot đến một vị trí nhất của từ điểm bắt đầu đến bất cứ vị trí điểm
định, thay đổi hướng của máy ảnh, vv). đến bằng cách lập đường đi và thông tin cục
Ngoài ra, vi điều khiển cũng nhận được tín bộ địa phương như bản đồ trích, chướng ngại
hiệu từ các cảm biến để điều khiển robot vật, thông tin về giao thông dành cho việc
thông minh hơn, như: sử dụng cảm biến âm điều khiển robot trong môi trường động.
thanh để tránh các chướng ngại vật trong khi Robot có thông tin đường di chuyển đơn giản
di chuyển, đọc các tín hiệu bộ mã hoá để di tới mục tiêu và hệ thống trợ giúp thông tin,
chuyển đến đúng vị trí ... thiết bị truyền thông loại nhỏ lắp trong môi
Hệ thống hỗ trợ trong gia đình trường giúp quản lý thông tin môi trường
Robot được ứng dụng trong môi trường hoạt thực cục bộ.
động trong nhà với nhều loại robot khác nhau Robot giao tiếp với người với những câu đơn
từ những môi trường điều kiện giới hạn như giản như:
phân xưởng nơi robot công nghiệp được ứng - Hello, what is your name?
dụng cho đến những ứng dụng trong những - How old are you?
hoạt động dân dụng mà môi trường không - What's your name?
xác định trước. Một trong những nghiên cứu - Hi! I am MiBo.
robot di động là việc định vị robot di chuyển - Can you sing a song?
Hình 4. Nhận diện giọng nói
Khi đóng vai trò trợ lý chăm sóc gia đình, với bác sỹ, giờ uống thuốc, lịch tập thể dục
Robot có thể chủ động cung cấp các nhắc hay bất cứ điều gì cần phải được ghi nhớ.
nhở với các thông tin quan trọng như lịch hẹn
Hình 5. Nhắc nhở giờ uống thuốc
406
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Hình 6. Đặt lịch hẹn thông qua robot hoặc điện thoại
Robot cũng theo dõi các tình huống khẩn cấp khẩn cấp này, các thành viên gia đình có thể
- như vấp ngã, nó sẽ ngay lập tức thông báo điều khiển Robot từ xa để di chuyển lại gần,
cho các thành viên trong gia đình qua dùng camera tích hợp trên robot để kiểm tra
smartphone. Khi nhận được các thông báo trực quan hình ảnh hiện trường.
Hình 7. Thông báo tình huống bị té ngã
Hình 8. Giám sát và điều khiển robot qua wifi
Bên cạnh khả năng hỗ trợ người lớn tuổi và thiết bị khác.
trẻ nhỏ, Robot có thể kết nối và điều khiển Bên cạnh đó, robot còn có thể dự báo thời
nhiều thiết bị thông minh trong ngôi nhà, từ tiết trong ngày : nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió
các thiết bị truyền thống như hệ thống chiếu vào từng khoảng thời điểm cụ thể trong ngày.
sáng, TV, điều hòa không khí cho đến nhiều
407
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Hình 9. Dự báo thời tiết
KẾT LUẬN - Robot còn có thể dự báo thời tiết trong
Sau một thời gian thực hiện đã đạt được ngày: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió vào từng
những kết quả sau: khoảng thời điểm cụ thể trong ngày.
- Mô hình được thực hiện hoàn thiện bao Ngoài những mặt tích cực cũng như các tiêu
gồm các phần thiết kế cơ khí và mạch điện. chí đã đạt được như trên thì robot vẫn còn có
- Phân tích và xử lý ảnh nhận diện mặt người nhiều nhược điểm cần được khắc phục và
từ đó biết được tên người và tracking theo nghiên cứu tiếp như: Việc tracking biên dạng
khuôn mặt. người, tránh vật cản nhanh hơn, giao tiếp
- Phân tích và xử lý giọng nói đầu vào và cho nhiều loại ngôn ngữ, thực hiện được nhiều
ra kết quả giao tiếp với người nói chuyện. công việc hơn, hình dáng bên ngoài chưa
- Gọi điện cho người thân khi phát hiện có được thẩm mĩ,…
trường hợp té ngã. Trong quá trình thực hiện đề tài, do những
- Chủ động cung cấp các nhắc nhở với các hạn chế về trình độ và thời gian thực hiện đề
thông tin quan trọng như lịch hẹn với bác sỹ, tài có hạn, chương trình được xây dựng hoạt
giờ uống thuốc, lịch tập thể dục hay bất cứ động chưa hoàn chỉnh. Để triển khai trong
điều gì cần phải được ghi nhớ. thực tế còn đòi hỏi cần phải cải tiến hơn nữa.
- Robot có thể kết nối và điều khiển nhiều Hy vọng robot được phát triển nhiều chức
thiết bị thông minh trong ngôi nhà, từ các năng và trí thông minh nhân tạo để hỗ trợ tốt
thiết bị truyền thống như hệ thống chiếu cho con người, tối ưu hóa các thuật toán điều
sáng, TV, điều hòa không khí cho đến nhiều khiển và mở rộng phạm vi ứng dụng.
thiết bị khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHAN XUÂN MINH (2008), Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Giáo Dục.
NGUYỄN THANH THÚY, LƯƠNG BÁ MẠNH (2007), Nhập môn xử lý ảnh, NXB Khoa
Học Kỹ Thuật.
MASAO TAKIZAWA, YASUSHI MAKIHARA, NOBUTAKA SHIMADA, JUN MIURA
AND YOSHIAKI SHIRAI, A Service Robot with Interactive Vision - Object
Recognition Using Dialog with User, Osaka University, 2-1 Yamadaoka, Suita, Osaka
565-0871, Japan
JORDI-YSARD PUIGBO, ALBERT PUMAROLA, AND RICARDO TELLEZ, Controlling
a General Purpose Service Robot By Means Of a Cognitive Architecture, Technical
University of Catalonia
NICHOLAS ROY, GREGORY BALTUS, DIETER FOX, FRANCINE GEMPERLE,
JENNIFER GOETZ, TAD HIRSCH, DIMITRIS MARGARITIS, MIKE
MONTEMERLO, JOELLE PINEAU, JAMIE SCHULTE, SEBASTIAN THRUN,
Towards Personal Service Robots for the Elderly
DEB PARKER, stroke! - Accelerating the critical countdown, expediting response and
treatment, Washington University in St. Louis, The School of Medicine, 2015.
408
nguon tai.lieu . vn
