Cùng với sự tiến bộ và phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, robot hiện nay đã trở nên thông minh hơn thế hệ robot truyền thống. Chúng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong sản xuất thông minh, hệ thống vận chuyển thông minh, internet vạn vật, dịch vụ thông minh và sức khỏe y tế. Ở một số nước trên thế giới, trong một số lĩnh vực robot đã trở nên phổ biến góp phần giải quyết sức lao động của con người, nâng cao hiệu quả lao động, tránh được những ảnh hưởng do công việc có tính chất nguy hiểm, độc hại, nặng nhọc, phức tạp so với con người trực tiếp thực hiện. Trên thị trường hiện nay, đã có rất nhiều loại robot phục vụ cho y tế nhưng giá thành của chúng rất đắt và chưa thực sự được sử dụng phổ biến ở các vùng nông thôn , nơi mà cơ sở vật chất còn nhiều thiếu thốn và nhiều bệnh nhân cần được chăm sóc. Các sản phẩm trên thì trường rất khó tiếp cận và vận hành .
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐĂK NÔNG ************ CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC, NĂM HỌC 2021 - 2022 BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ ÁN ROBOT Y TÁ – NURSEBOT Lĩnh vực: Robot máy thông minh Đăk Nông, tháng 12 năm 2021 MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Giới hạn phạm vi nghiên cứu Giả thiết khoa học Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu từ thực tiễn 5.2 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết 5.3 Phương pháp thực nghiệm Câu hỏi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn dự án 7.1 Ý nghĩa khoa học 7.2 Ý nghĩa thực tiễn Tính sáng tạo II KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Cơ sở lý luận Cơ sở thực tiễn Lập kế hoạch nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn phương án để thực dự án 4.1 Lựa chọn phương án điều khiển robot 4.2 Lựa chọn phương án di chuyển cho bobot 4.3 Lựa chọn phương án chọn vi điều khiển 10 III TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU 11 Thiết kế ý tưởng 11 Nghiên cứu thiết bị, linh kiện 12 2.2 Vi xử lí trung tâm Arduino Uno 13 2.3 Khối đáp ứng: 14 Sơ đồ chức kết nối robot 17 Quy trình chế tạo 18 Chương trình dùng để điều khiển robot 19 Nguyên lí hoạt động thiết bị 19 IV THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 21 Thử nghiệm 21 Thảo luận đánh giá sản phẩm 21 2.1 Thảo luận 22 2.2 Đánh giá 23 V ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 VI KẾT LUẬN 24 VII KIẾN NGHỊ 24 PHỤ LỤC 25 CODE CHƯƠNG TRÌNH CHO ROBOT 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 HÌNH ẢNH THỬ NGHIỆM 32 Lời cảm ơn Để thực hoàn thành dự án nghiên cứu khoa học này, nhóm chúng em nhận hỗ trợ, giúp đỡ quan tâm, động viên từ ban giám hiệu nhà trường, giáo viên môn, tổ chức cá nhân Nghiên cứu khoa học hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, sách, báo chuyên ngành, Một lần nữa, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn – người trực tiếp hướng dẫn khoa học dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn em suốt q trình thực nghiên cứu hồn thành dự án nghiên cứu khoa học Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn đến sở giáo dục đào tạo tổ chức thi để chúng em có sân chơi bổ ích Nhóm nghiên cứu I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Cùng với tiến phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, robot trở nên thơng minh hệ robot truyền thống Chúng đóng vai trị ngày quan trọng sản xuất thơng minh, hệ thống vận chuyển thông minh, internet vạn vật, dịch vụ thông minh sức khỏe y tế Ở số nước giới, số lĩnh vực robot trở nên phổ biến góp phần giải sức lao động người, nâng cao hiệu lao động, tránh ảnh hưởng công việc có tính chất nguy hiểm, độc hại, nặng nhọc, phức tạp so với người trực tiếp thực Trên thị trường nay, có nhiều loại robot phục vụ cho y tế giá thành chúng đắt chưa thực sử dụng phổ biến vùng nông thôn , nơi mà sở vật chất nhiều thiếu thốn nhiều bệnh nhân cần chăm sóc Các sản phẩm trường khó tiếp cận vận hành Hơn nữa, tình trạng dịch bệnh Covid-19 diễn biến phức tạp, việc điều trị cho bệnh nhân cần nhiều nhân lực khiến lực lượng y bác sĩ đứng trước nguy lây nhiễm cao Nhóm nghiên cứu suy nghĩ “Với thời đại công nghệ đại ngày nay, lại không tạo thiết bị thông minh robot điều khiển từ xa để y bác sĩ tiếp xúc gần với bệnh nhân mắc Covid chưa thực cần thiết, phòng lây nhiễm bệnh?” Chính nhóm có ý tưởng chế tạo robot tự động thực việc đưa thuốc men, thức ăn đến cho bệnh nhân, giúp bác sĩ thăm khám mà khơng cần trực tiếp đến phịng bệnh, hạn chế tiếp xúc trực tiếp với người bệnh Từ lý trên, nhóm nghiên cứu, thiết kế chế tạo “Robot y tá” để tham gia thi Khoa học kĩ thuật cấp tỉnh năm học 2021-2022 Mục tiêu nghiên cứu; Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tạo thiết bị hỗ trợ người, đặc biệt y bác sỹ, nên lắp đặt sở y tế, bệnh viện, khu vực cách ly hay chí sở dã chiến với mục tiêu: - Hỗ trợ việc mang đồ ăn hay thuốc men cho bệnh nhân để giảm công việc, sức lực cho y tá, điều dưỡng viên - Kết nối từ xa bác sĩ bệnh nhân hình ảnh âm để việc thăm khám trở nên tiện lợi Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thực tiễn tạo thiết bị Robot hoạt động tốt, có giá thành phù hợp dễ điều khiển sử dụng nhằm: - Đưa thuốc men thức ăn cho bệnh nhân khu cách ly, dã chiến - Giúp bác sĩ tham khám quan sát tình hình bệnh nhân, giảm khả lây nhiễm chéo Giảm bớt gánh nặng cho đội ngũ y bác sĩ Giới hạn phạm vi nghiên cứu • Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 6/2021 đến tháng 12/2021 • Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu vật liệu tạo khung khí đơn giản, nhẹ hiệu cao - Nghiên cứu lựa chọn cách thức di chuyển đơn giản mà linh hoạt, động - Nghiên cứu lập trình vi điều khiển tích hợp ứng dụng phần mềm - Nghiên cứu khả kết nối, tận dụng cơng nghệ tiên tiến có sẵn để tích hợp vào sản phẩm nhằm giảm thời gian thử nghiệm tránh sai sót nhiều • Nguồn lực: Kinh phí gia đình nhà trường hỗ trợ • Khả nghiên cứu: - Là học sinh đam mê khoa học, ham thích sáng tạo, quan tâm đến người xung quanh, muốn thiết kế chế tạo sản phẩm làm cho sống tốt đẹp - Nhóm nghiên cứu tìm hiểu học tập phần mềm vẽ mạch, arduino-ide…, tham khảo sản phẩm ứng dụng công nghệ đại thân thuộc với người Giả thiết khoa học Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản phẩm “Robot y tá” với tính năng: Tự động di chuyển, tự động đóng mở ngăn robot, có nguồn lượng dự trữ (pin) hết lượng điện Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu từ thực tiễn - Tìm hiểu từ quan sát thực tiễn địa phương, đặt biệt thông tin qua đợt dịch bệnh COVID-19 bùng phát nước nước ngồi tới thấy y bác sỹ, nhân lực tuyến đầu chống dịch bị hạn chế nhiều, họ phải làm việc ngày lẫn đêm, sức khỏe bị hao mòn, đặc biệt lại người dễ mắc bệnh phải trực tiếp tiếp xúc với bệnh nhân 5.2 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu ưu điểm, hạn chế thiết bị hỗ trợ y học có trước nhận thấy: Chưa có sản phẩm có mặt thị trường Việt Nam, có giá thành lại cao chưa thể nhân rộng cho toàn quốc - Tìm hiểu qua tài liệu mạng, sách báo để lựa chọn phương án thiết kế robot phù hợp với người dùng, có tính ứng dụng cao giá thành phải - Nghiên cứu sử dụng ứng dụng, sản phẩm thông dụng với người sử dụng - Tìm hiểu kĩ lập trình Arduino Uno, lập trình C++ 5.3 Phương pháp thực nghiệm - Thiết kế, xây dựng hệ thống mạch điện; kết nối phận - Viết chương trình cài đặt, lập trình cho thiết bị - Thử nghiệm thảo luận kết Kết mong đợi: Sản phẩm hồn thành có kết cấu chắn, linh hoạt di chuyển, giúp y bác sĩ đưa đồ ăn, thuốc men cho bệnh nhân từ xa Điều khiển dễ dàng, đưa vào sử dụng phổ biến sở y tế địa phương Câu hỏi nghiên cứu Việc nghiên cứu, chế tạo “Robot y tá – NurseBot” cần trả lời số câu hỏi sau: - Thiết kế sản phẩm có tham khảo mẫu đâu khơng? Nhóm nghiên cứu có tham khảo số mẫu robot y tá internet số nước phát triển Mỹ, Singapo nước bạn láng giềng Trung Quốc Từ đó, nhóm học hỏi, phân tích ưu nhược điểm mẫu robot cho nhu cầu khả ứng dụng thị trường Việt Nam Rút kinh nghiệm chế tạo sản phẩm Made in VietNam - Mạch điện cho sản phẩm sử dụng gì? Lập trình nào? Nhóm nghiên cứu sử dụng module có sẵn thị trường, ghép nối chúng với cách hài hịa để tạo nên sản phẩm Ngồi ra, cịn ứng dụng cơng nghệ có sẵn Teamview, Zalo để tận dụng thói quen người sử dụng, tránh thời gian tiếp cận học hỏi cho bác sỹ Arduino mạch điện lập trình mà mà nhóm nghiên cứu sử dụng cơng cụ tốt, phù hợp với HS việc lập trình thiết kế mạch điện Hơn nữa, có giá thành vơ rẻ, nhờ mà chi phí sản xuất cho robot hạ xuống nhiều Ngôn ngữ C++ ngơn ngữ lập trình Robot Ý nghĩa khoa học thực tiễn dự án 9.1 Ý nghĩa khoa học - Kết dự án chứng minh việc làm chủ công nghệ việc nghiên cứu, phát triển thiết bị phù hợp với yêu cầu thực tiễn thời đại cách mạng công nghệ 4.0 - Sản phẩm kết hợp lĩnh vực khoa học cơng nghệ (Lập trình vi điều khiển, phần mềm hệ thống, …) đồng thời mang ý nghĩa nhân văn sâu sắc - Bên cạnh việc làm quen với thiết bị thông minh cảm biến, bo mạch, cách thiết kế mạch điện khơi dậy niềm đam mê khoa học sáng chế cho thân tập hợp nhóm bạn có niềm đam mê khoa học cơng nghệ, kĩ thuật để chúng em có lập trường vững vàng có nhiều kiến thức hỗ trợ việc học đại học sau 9.2 Ý nghĩa thực tiễn - Sự thành cơng đề tài có ý nghĩa vô quan trọng: + Là trợ thủ đắc lực cho y tá điều dưỡng viên đem thức ăn thuốc men cho bệnh nhân, đặc biệt bệnh nhân khu cách ly, bệnh viện dã chiến + Kết nối từ xa bác sĩ bệnh nhân, giảm thiểu nguy lây nhiễm vấn đề dịch tễ, đặc biệt thời COVID 19 + Chứng minh việc vận dụng kiến thức vào việc giải vấn đề thực tiễn Khả tiếp thu làm chủ khoa học thời đại cách mạng công nghệ 4.0 hệ học sinh chúng em 10 Tính sáng tạo Ưu điểm tính sản phẩm Robot y tá chúng em với: - Khả di chuyển linh hoạt mang theo ngăn khay đựng trợ thủ đặc lực cho y tá điều dưỡng đem thức ăn thuốc men cho bệnh nhân - Được trang bị kết nối truyền thơng linh hoạt, robot sử dụng với điện thoại thông minh, máy tính bảng android - Ngơn ngữ lập trình đơn giản - Ứng dụng cơng nghệ đại nên sản phẩm nhóm chúng em khơng bị phụ thuộc vào khoảng cách địa lý hay sóng wifi Chỉ cần smartphone có kết nối internet (wifi hay 4g) gắn vào robot, bác sỹ từ Hà Nội điều khiển thăm hỏi bệnh nhân cách ly Trường Sa II KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Cơ sở lý luận Arduino tảng mã nguồn mở sử dụng để xây dựng ứng dụng điện tử Arduino gồm mạch lập trình phần mềm hỗ trợ IDE dùng để soạn thảo, biên dịch code nạp chương trình cho board Arduino ngày phổ biến cho người bắt đầu tìm hiểu điện tử đơn giản, hiệu quả, dễ tiếp cận có tài liệu hướng dẫn đầy đủ, phong phú Với vô số ứng dụng điều khiển tự động hóa Arduino cho phép biến ý tưởng từ đơn giản đến phức tạp thành thực Vai trị đặc biệt quan trọng ngơn ngữ lập trình C++ phục vụ cho học lập trình Bởi ngơn ngữ lập trình bậc trung Hầu hết trường đào tạo công nghệ thông tin Việt Nam dùng ngôn ngữ làm môn sở ngành Cơ sở thực tiễn - Sử dụng robot việc phục vụ y tế xu tất yếu tương lai - Mô hình robot phục vụ y tế cịn xa lạ nước ta - Việc nghiên cứu robot phục vụ y tế tạo nên sở để chế tạo loại robot khác phục vụ cho sống nhằm giải phóng sức lao động người Lập kế hoạch nghiên cứu STT NỘI DUNG THỜI GIAN THỰC HIỆN Lên ý tưởng Từ 19/06/2021 đến 01/07/2021 Tìm đọc tài liệu, nghiên cứu vật liệu máy Viết đề cương nghiên cứu Từ 01/07/2021 đến 01/08/2021 Từ 01/08/2021 đến 15/09/2021 Vẽ sơ đồ tổng quan hệ thống, tính tốn thiết kế hệ thống Từ 15/09/2021 đến 15/10/2021 Mua vật liệu, chế tạo chi tiết Từ 15/10/2021 đến 01/11/2021 Lắp đặt Từ 01/11/2021 đến 16/11/2021 Sau trải nghiệm, hầu hết y bác sỹ cảm thấy thich thú hài lòng dụng Robot y tá tiện lợi, tránh lây nhiễm Covid – 19 bệnh truyền nhiễm khác 2.2 Đánh giá - Từ phía nhà trường: Ban giám hiệu, q thầy học sinh trường THPT Phan Bội Châu thích thú, đưa nhận xét tiện lợi, dễ dùng đảm bảo giữ khoảng cách tiếp xúc phòng chống Covid 19 - Sản phẩm đánh giá cao giảnh giải thi ngày hội Stem nhà trường tổ chức vào tháng 11 vừa qua - Từ phía trạm y tế địa phương: Các y tá, bác sĩ bệnh nhân nhận xét Robot y tá dễ sử dụng điện thoại thông minh, tốc độ di chuyển nhanh, dễ dàng tiếp cận đặc biệt giữ khoảng cách bệnh nhân y tá, bác sĩ phòng chống lây nhiễm Covid 19 số bệnh lây nhiễm khác Tuy nhiên vài bệnh nhân có ý kiến tiếng bánh xe Robot di chuyển ồn V ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với thành cơng bước đầu dự án, nhóm nghiên cứu đặt định hướng phát triển là: phổ biến thiết bị rộng rãi thị trường; tiếp tục nghiên cứu, chế tạo để tối ưu hóa sản phẩm Cụ thể là: + Tối ưu hóa phần mềm ứng dụng dịng máy Android, giảm bớt việc sử dụng cơng cụ chia đơi hình làm máy nhanh hết pin + Phát triển phần mềm hệ điều hành Ios (Apple) + Nghiên cứu máy học (Machine learning) để robot lưu lại sơ đồ bệnh viện, khu cách ly mà thường xuyên sử dụng + Nghiên cứu việc sử dụng camera độc lập để robot hoạt động tự động cần thiết + Nâng cấp khả mang ngăn chứa đồ 23 VI Kết luận Sau thời gian tìm tịi nghiên cứu thử nghiệm nhóm nghiên cứu chế tạo thành cơng “Robto y tá – NurseBot” với mục tiêu đặt ban đầu: - Robot có kết cấu chắn, di chuyển linh hoạt, có khả mang nhiều ngăn đồ riêng biệt cho bệnh nhân - Sản phẩm với tính mẻ, tiện ích có tính thực tiễn cao - Sản phẩm mang tính nhân văn sâu sắc, hỗ trợ đắc lực cho y bác sĩ, điều dưỡng viên cơng việc chăm sóc bệnh nhân, bệnh nhân cách ly, đặc biệt đợt dịch bệnh nghiêm trọng Với khả nghiên cứu cịn có hạn chế nên cố gắng sản phẩm chắn khơng thể tránh khỏi nhược điểm, thiếu sót, nhóm nghiên cứu mong nhận góp ý từ bạn, thầy cô nhà chuyên môn để sớm hoàn thiện sớm đưa vào áp dụng rộng rãi sống VII Kiến nghị Để đề tài sớm biến thành thực nhóm nghiên cứu mong muốn Ban giám hiệu nhà trường quan chức tiếp tục hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện học tập để chúng em có điều kiện tiếp tục hồn thiện sản phẩm “Robto y tá – NurseBot” để ứng dụng rộng rãi Để thiết bị đưa vào ứng dụng thực tiễn, cần có hỗ trợ cho phép quan chức năng, có đánh giá, kiểm chứng kĩ thuật, bắt buộc pháp lí, quy định tiêu chuẩn kĩ thuật 24 PHỤ LỤC CODE CHƯƠNG TRÌNH CHO ROBOT #include #include // CHƯƠNG TRÌNH CẢM BIẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ //========================== //Định nghĩa chân vào ra: // -//OUTPUT động cơ: #define pwm1 A4 //chân băm xung động #define pwm2 A5 //chân băm xung động #define en1 A0 //DC1 + #define in1 A2 //DC1 #define en2 A1 //DC2 + #define in2 A3 //DC2 //Ctr đk động vào khay #define dc1 #define dc2 #define dc3 #define dc4 char t; int hanhtrinh1,hanhtrinh2; SoftwareSerial bluetooth(7,6); // RX, TX void setup() { 25 Serial.begin(9600); bluetooth.begin(9600); for (int motor = A0; motor