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

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... Đề tài Hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tại Công ty TNHH Mộc Khải Tuyên được nghiên cứu nhằm giúp công ty TNHH Mộc Khải Tuyên làm rõ được thực trạng công tác quản trị nhân sự trong công ty như thế nào từ đó đề ra các giải pháp giúp công ty hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tốt hơn trong thời gian tới.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT DI ĐỘNG

Phương pháp thực hiện

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 giọng nói Nguyễn Trần Thế

3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển robot di động bằng giọng nói

Nguyễn Minh Trường Nguyễn Việt Thắng

3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot di động điều khiển bằng giọng nói Nguyễn Việt Thắng

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 giọng nói Nguyễn Trần Thế

4.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống Nguyễn Việt Thắng

Kết luận và định hướng phát triển

6f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6e0cf7 b60da 52f6cf66 b5ff294 1e747 e e1b11a9 32da b860 f81 b6f9bdc32 ecac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f8 7

932dab860 f81b6f9 bdc32e cac7776e 0cf7b6 0da5 2f6 cf66b5ff2 941e 747e6 f87e 1b1 1a

860f8 1b6 f9bdc32eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff29 41e74 7e6f87e1 b11a9 32da b f81b6f9 bdc32e cac7 776e0 cf7b6 0da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b86 0

6f9bdc3 2eca c77 76e0 cf7 b60 da52 f6cf66 b5ff294 1e74 7e6f87e1 b11a9 32dab860 f81 b dc32e cac7776 e0cf7b60da5 2f6 cf66b5ff2941e 747e 6f87 e1b1 1a932 dab8 60f81b6 f9 b

32eca c7776 e0cf7 b60da 52f6cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc c7776 e0cf7b60da 52f6 cf66b5ff2941 e747e 6f8 7e1b11a932 dab8 60f81b6 f9 bdc32e ca e0cf7b60 da52 f6 cf6 6b5ff2 941e7 47e6 f87e 1b11a 932da b860 f81 b6 f9bdc3 2eca c777 6 fc3a3 f93a 08582 6d66a 60f835 d2406 ea15 f7e7 b88cbf5e9cb78 cc9e16 d1072 e24 c3ee4

7d0800 c6a8 0136 f54 da448 1c2 b397 7f6 f33 e0be 8a4b3 d678 cc5b77 828 cc3 7ae38 f66a4

9c84a7 1dc1cb825a 4f1 d7c732fb9a4 e5765 f83 10c1984 f96 1e06 cf3 fc71f185b5ad74 b fac7b7b2 0dfcfdcdf1 cf4 2b2 fc6 b5a c1e9 c4a51ae fef5b7 de7f4b3 cc9e5d780d33d5 94

7ea8e433 c9 f051 8c9 06b9a 684d9d02 5cb598 854db148 3a8024 9bc348 7e1be 4646 2d7a b f21d145b5b08 b8e1 f8 c76 f42 b4ce 759fb93 c48 e7f8a41e7 8571e 64a2 f48b0e5 c8d4 bb8 df3 fa34df8 f2c9de ba5dcb1e e30bc7d67cb1d4163 72d9 47cdab0 1c5 76b2 b2efb3 c49a2

08d258 539 bc6 96d5a 3b1a4 c49 7180 bae30 dc4 4793a3 dc5d19 4ad09 3cb5c3f9 9f2 02398

95f4 fcb5fd1f4 934 f29e7 ee6d7cfa 31ddc0 5b49 f94 3c1 e22 f3b5 c0e4a d46 2e7c96fc5b

59e15a9 f853 8397 40b3 e9ac33e6fc51 7d8 b739 3a5076 c67 d16e 7cc03df1 b1f0b9 fc0 46

0d4204 90efb3ab05fb73 c76 f04 f402 4609 30bbbd8c70 8725 e74dc8 cf9a 5b23 c6 ce52 6d

TT Tên bản vẽ Khổ giấy

Số lượng SV thực hiện

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

Nội dung công việc SV thực hiện

 Chế tạo, lắp ráp hệ thống cơ khí

Nguyễn Trần Thế Nguyễn Việt Thắng Nguyễn Minh Trường

 Lắp ráp mạch điều khiển

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo tại trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong khoa cơ khí, đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Quốc Bảo, người đã định hướng và hướng dẫn chúng tôi một cách tận tình, tạo điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị và bạn bè đã hỗ trợ, chia sẻ kinh nghiệm và đóng góp ý kiến quý báu, giúp chúng tôi hoàn thiện tài liệu một cách tốt nhất.

Trong quá trình thực hiện các chủ đề tài liệu, không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất.

Nhóm thực hiện để xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Trần Thế Nguyễn Việt Thắng Nguyễn Minh Trường

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT DI ĐỘNG 1

1.2 Các vấn đề đặt ra 2

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

2.4 Mô hình hệ thống điều khiển 29

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

2.4.11 Động cơ DC giảm tốc vàng v1 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

3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot di động bằng giọng nói 59

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

4.2.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống 73

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74

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 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 17: Giao tiếp với bằng google assistant 21

Hình 2 18: Xử lý ngôn ngữ tự nhiên 23

Hình 2 22: Bộ phận liên kết 28

Hình 2 23: Sơ đồ chân Arduino Uno R3 29

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 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 36: Sơ đồ dây mạch sạc TP4056 41

Hình 2 38: Sơ đồ chân ESP32-CAM 42

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 3: Tầng 1 robot di động 64

Hình 4 6: Hình ảnh robot sau khi lắp rắp thành công 66

Hình 4 7: Tạo 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

Robot di động là thiết bị tự động có khả năng di chuyển trong các môi trường nhất định Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang chú trọng phát triển robot di động, và hầu hết các trường đại học lớn đều có phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu loại robot này Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công nghiệp, quân sự và đời sống hàng ngày, chẳng hạn như robot hút bụi, lau nhà và cắt cỏ.

Robot đầu tiên xuất hiện tại Hoa Kỳ là loại tay máy chép hình dùng trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào những năm 1950, bên cạnh tay máy chép hình cơ khí, tay máy chép hình thủy lực điện tử cũng được phát triển Tuy nhiên, các tay máy thương mại gặp phải nhược điểm chung là thiếu tính di động, hoạt động hạn chế trong một khu vực nhất định Ngược lại, robot di động (mobile robot) có khả năng di chuyển độc lập hoặc được điều khiển từ xa, tạo ra không gian hoạt động rộng lớn hơn.

Năm 1969: Mowbot là con robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động

The Stanford Cart is a mobile robot designed to navigate by recognizing white lines using a camera for visual input.

“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, đã giới thiệu R2D2, một robot di động hoạt động độc lập, và C3P0, một robot hình người, góp phần làm nổi bật hình ảnh của robot trong văn hóa đại chúng.

Năm 1980, thị hiếu người tiêu dùng về robot gia tăng, dẫn đến việc mua bán robot cho mục đích sử dụng trong nhà Một ví dụ nổi bật là RB5X, vẫn còn tồn tại đến ngày nay, cùng với nhiều mẫu robot HERO khác Đồng thời, robot Stanford Cart đã có những bước phát triển đáng kể, có khả năng tự lái qua các chướng ngại vật và tạo bản đồ cho hành trình của nó.

Vào năm 1990, Joseph Engelberger, cha đẻ của nền công nghiệp robot, đã hợp tác với các đồng nghiệp để phát minh ra những con robot tự động trong lĩnh vực y tế, được thương mại hóa bởi Helpmate Dự án này đã nhận được sự tài trợ từ Sở an ninh Mỹ.

MDARS-I dựa vào robot bảo vệ trong nhà Cybermotion

Năm 1999, Sony đã ra mắt Aibo, một robot có khả năng di chuyển, quan sát và tương tác với môi trường xung quanh Đồng thời, robot điều khiển từ xa cũng được phát triển cho mục đích quân sự.

PackBot cũng được giới thiệu

Năm 2001, dự án Swaim-Bots được khởi động, tạo ra những bầy côn trùng robot Những robot này bao gồm nhiều đơn vị độc lập, có khả năng tương tác và phối hợp để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp.

Năm 2002, Roomaba, một robot di động dùng trong gia đình, đã ra mắt và thực hiện công việc lau nhà Kể từ đó, nhiều loại robot phục vụ con người đã được phát triển, ngày càng trở nên thân thiện và tiện ích 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:

 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

 Lập trình phầm mềm điều khiển robot bằng giọng nói, cử chỉ, bluetooth

 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

- 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.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN GIỌNG NÓI

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT DI ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI

Thiết kế phần cứng robot di động điều khiển bằng giọng nói

giọng nói Nguyễn Trần Thế

Thiết kế hệ thống điều khiển robot di động bằng giọng nói

Nguyễn Minh Trường Nguyễn Việt Thắng

Lưu đồ thuật toán điều khiển robot di động bằng giọng nói

khiển bằng giọng nói Nguyễn Việt Thắng

CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ

Chế tạo mô hình robot di động điều khiển bằng giọng nói

giọng nói Nguyễn Trần Thế

Đánh giá hoạt động của hệ thống

Kết luận và định hướng phát triển

TT Tên bản vẽ Khổ giấy

Số lượng SV thực hiện

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

Nội dung công việc SV thực hiện

 Chế tạo, lắp ráp hệ thống cơ khí

 Lắp ráp mạch điều khiển

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo tại trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong khoa cơ khí, đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu Chúng tôi đặc biệt biết ơn thầy Trần Quốc Bảo, người đã định hướng và hướng dẫn chúng tôi một cách tận tình, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị và các bạn đã hỗ trợ, chia sẻ kinh nghiệm và đóng góp ý kiến quý báu, giúp chúng tôi hoàn thiện công việc một cách tốt nhất.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tính Toán Chế Tạo Robot Di Động Điều Khiển Bằng Giọng Nói
Tác giả	Nguyễn Trần Thế, Nguyễn Việt Thắng, Nguyễn Minh Trường
Người hướng dẫn	ThS. Trần Quốc Bảo
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	báo cáo đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	4,48 MB