Thiết kế và chế tạo robot phục vụ trong gia đình

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.

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 phát triển xã hội loài người, ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đến thành công Nhiều công trình khoa học, phát minh nhà khoa học vào sống, phục vụ lợi ích người Đời sống người ngày nâng cao (về vật chất, lẫn tinh thần) Vì nhằm đáp ứng nhu cầu sống nhiều sản phẩm robot phục vụ đời ngành kĩ thuật sản xuất sản phẩm robot ngày phát triển Cũng theo xu hướng phát triển nhóm em chọn đề tài robot phục vụ gia đình với mục đích giúp sống người ngày tốt đẹp, thoải mái sống, phục vụ nhu cầu quản lý, hỗ trợ, giải trí … 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 Trong phát triển công nghệ, máy móc đại ln giành quan tâm đặc biệt, việc sử dụng robot nhà máy không ngừng phát triển số lượng có khả thay người tương lai Cùng với phát triển xã hội loài người, ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đến thành cơng Nhiều cơng trình khoa học, phát minh nhà khoa học vào sống, phục vụ lợi ích người Đời sống người ngày nâng cao (về vật chất, lẫn tinh thần) Vì nhằm đáp ứng nhu cầu sống nhiều sản phẩm robot phục vụ đời ngành kĩ thuật sản xuất sản phẩm robot ngày phát triển Cũng theo xu hướng phát triển nhóm em chọn đề tài robot phục vụ gia đình với mục đích giúp sống người ngày tốt đẹp, thoải mái sống Thiết kế khí Robot đề cập báo chủ yếu hoạt động gia đình, phục vụ chủ yếu cho người già trẻ em Người già thường lại đứng không lâu nên chiều cao phù hợp khoảng 0.5-1 mét Để tránh trơn trợt trở ngại tĩnh học, động Vì ta thiết kế robot di chuyển bánh xe thay dùng chân Robot có phần chính: đầu, thân đế robot Phần thân thiết kế nhỏ gọn đế gồm bánh xe điều hướng bánh tự lượn làm cho trình robot di chuyển linh hoạt không gian nhiều gia đình khác nhau.Yêu cầu robot nhỏ gọn nên việc sử dụng hình hợp lý Màn hình cảm ứng hiển thị tương tác với người dùng đặt đầu robot với trục quay cổ 404 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 tạo điều khiện phù hợp giao tiếp với người dùng vị trí chiều cao khác Tốc độ tối đa robot 0.9 km/h Kỷ yếu khoa học Dựa tiêu chí nêu trên, chúng tơi thiết kế mẫu robot hình Hướng y Hình Hình dạng bên ngồi robot Mơ hình động học robot di động biểu Hoạt động robot phụ thuộc vào biến diễn hệ phương trình cho phép điều khiển v w đốn vị trí robot quỹ đạo nó, xác w  wr  r v l (3) định vị trí hướng robot với trình điều khiển, tất di chuyển robot di động  w  wr  chia thành chuyển động tịnh tiến w l (4) l quay Phần tử robot di động bánh xe Tham số động học bao gồm bán  x v cos  sin  l     l  y kính bánh xe, chiều dài trục gắn bánh xe,       điểm đặt trọng tâm Mơ hình động học vr  cos  sin   l      đơn giản gồm bậc tự (DoF) có bánh gồm bánh chủ động bánh bị động tự Với wl wr vận tốc góc bánh xe trái lựa (caster) hinh Trạng thái robot phải robot Với giá trị wl wr khác di động với cấu bánh xe vi sai thay đổi robot, quỹ đạo hình thành vl theo vận tốc bánh chủ động, robot di vận tốc thẳng bánh xe trái vr vận tốc chuyển từ vị trí đến điểm cần đến thẳng bánh xe phải, R khoảng cách có dấu từ ICR tới trung điểm bánh xe v Thiết kế hệ thống điện-điều khiển  w y l Hướng x x Hình Mơ hình động học robot di chuyển bệ vi sai Từ mơ hình bánh xe, vận tốc di chuyển thẳng vận tốc thẳng trung bình bánh xe:   r (1) xr l Di chuyển quay robot là:   r (2)  l Hình Sơ đồ kết nối mạch điện Hệ thống điều khiển robot hệ thống kết nối tương tác thành phần thiết bị như: máy tính bảng, loa, microphone, vi điều khiển, cảm biến, động cơ,… Kiểm soát trung tâm máy tính bảng Máy tính bảng có chức quản lý toàn hoạt 405 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 động hệ thống, thu thập xử lý thông tin quan trọng kết nối thiết bị với Ở đây, liệu thu từ camera micrơ xử lý CPU Tính hành động thích hợp hiển thị thơng tin để giao tiếp với người sử dụng qua hình loa, kiểm sốt hành vi robot thơng qua vi điều khiển qua bluetooth Việc kiểm soát hành vi robot thực quản lý vi điều khiển Vi điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính bảng sau phân tích gửi lệnh cho truyền động để thực (di chuyển robot đến vị trí định, thay đổi hướng máy ảnh, vv) Ngoài ra, vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến để điều khiển robot thông minh hơn, như: sử dụng cảm biến âm để tránh chướng ngại vật di chuyển, đọc tín hiệu mã hố để di chuyển đến vị trí Hệ thống hỗ trợ gia đình Robot ứng dụng môi trường hoạt động nhà với nhều loại robot khác từ môi trường điều kiện giới hạn phân xưởng nơi robot công nghiệp ứng dụng ứng dụng hoạt động dân dụng mà môi trường không xác định trước Một nghiên cứu robot di động việc định vị robot di chuyển Kỷ yếu khoa học đến mục tiêu cách xác Hiện hầu hết robot di chuyển theo đồ cố định có sẵn, nhiên vấn đề khó khăn gặp phải môi trường động, mà quản lý thông tin theo thay đổi môi trường phức tạp Để việc điều khiển robot tốt linh hoạt mơi trường nhà việc quản lý thơng tin môi trường cần phải quan tâm Định vị thông minh, robot cần kiểu thơng tin mơi trường thơng tin tĩnh tồn cục, mơ tả đồ hình học phẳng mà có sẵn mối quan hệ vị trí từ điểm bắt đầu đến vị trí điểm đến cách lập đường thông tin cục địa phương đồ trích, chướng ngại vật, thơng tin giao thông dành cho việc điều khiển robot mơi trường động Robot có thơng tin đường di chuyển đơn giản tới mục tiêu hệ thống trợ giúp thông tin, thiết bị truyền thông loại nhỏ lắp môi trường giúp quản lý thông tin môi trường thực cục Robot giao tiếp với người với câu đơn giản như: - Hello, what is your name? - How old are you? - What's your name? - Hi! I am MiBo - Can you sing a song? Hình Nhận diện giọng nói Khi đóng vai trị trợ lý chăm sóc gia đình, với bác sỹ, uống thuốc, lịch tập thể dục Robot chủ động cung cấp nhắc hay điều cần phải ghi nhớ nhở với thông tin quan trọng lịch hẹn Hình Nhắc nhở uống thuốc 406 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học Hình Đặt lịch hẹn thơng qua robot điện thoại Robot theo dõi tình khẩn cấp khẩn cấp này, thành viên gia đình - vấp ngã, thơng báo điều khiển Robot từ xa để di chuyển lại gần, cho thành viên gia đình qua dùng camera tích hợp robot để kiểm tra smartphone Khi nhận thơng báo trực quan hình ảnh trường Hình Thơng báo tình bị té ngã Hình Giám sát điều khiển robot qua wifi Bên cạnh khả hỗ trợ người lớn tuổi thiết bị khác trẻ nhỏ, Robot kết nối điều khiển Bên cạnh đó, robot cịn dự báo thời nhiều thiết bị thông minh nhà, từ tiết ngày : nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió thiết bị truyền thống hệ thống chiếu vào khoảng thời điểm cụ thể ngày sáng, TV, điều hịa khơng khí nhiều 407 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học Hình Dự báo thời tiết KẾT LUẬN Sau thời gian thực đạt kết sau: - Mơ hình thực hồn thiện bao gồm phần thiết kế khí mạch điện - Phân tích xử lý ảnh nhận diện mặt người từ biết tên người tracking theo khn mặt - Phân tích xử lý giọng nói đầu vào cho kết giao tiếp với người nói chuyện - Gọi điện cho người thân phát có trường hợp té ngã - Chủ động cung cấp nhắc nhở với thông tin quan trọng lịch hẹn với bác sỹ, uống thuốc, lịch tập thể dục hay điều cần phải ghi nhớ - Robot kết nối điều khiển nhiều thiết bị thông minh nhà, từ thiết bị truyền thống hệ thống chiếu sáng, TV, điều hịa khơng khí nhiều thiết bị khác - Robot cịn dự báo thời tiết ngày: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió vào khoảng thời điểm cụ thể ngày Ngoài mặt tích cực tiêu chí đạt robot cịn có nhiều nhược điểm cần khắc phục nghiên cứu tiếp như: Việc tracking biên dạng người, tránh vật cản nhanh hơn, giao tiếp nhiều loại ngôn ngữ, thực nhiều cơng việc hơn, hình dáng bên ngồi chưa thẩm mĩ,… Trong trình thực đề tài, hạn chế trình độ thời gian thực đề tài có hạn, chương trình xây dựng hoạt động chưa hoàn chỉnh Để triển khai thực tế đòi hỏi cần phải cải tiến Hy vọng robot phát triển nhiều chức trí thơng minh nhân tạo để hỗ trợ tốt cho người, tối ưu hóa thuật tốn điều khiển mở rộng phạm vi ứng dụng 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 ... hẹn thông qua robot điện thoại Robot theo dõi tình khẩn cấp khẩn cấp này, thành viên gia đình - vấp ngã, thơng báo điều khiển Robot từ xa để di chuyển lại gần, cho thành viên gia đình qua dùng... thứ XIX năm 2017 tạo điều khiện phù hợp giao tiếp với người dùng vị trí chiều cao khác Tốc độ tối đa robot 0.9 km/h Kỷ yếu khoa học Dựa tiêu chí nêu trên, chúng tơi thiết kế mẫu robot hình Hướng... khác trẻ nhỏ, Robot kết nối điều khiển Bên cạnh đó, robot cịn dự báo thời nhiều thiết bị thông minh nhà, từ tiết ngày : nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió thiết bị truyền thống hệ thống chiếu vào khoảng