TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu chung
Hiện nay, việc sử dụng robot thay thế con người ở một số công việc, trong một số ngành nghề là một trong những điểm nổi bật nhất của cách mạng công nghệ 4.0 Một số nhà hàng cũng đã và đang ứng dụng đi theo hướng phát triển này Bạn hãy thử nghĩ xem, sẽ ra sao nếu một ngày toàn bộ nhân viên nhà hàng đều là robot? Liệu nhà hàng có đảm bảo mang đến trải nghiệm hoàn hảo nhất về chất lượng dịch vụ cho khách hàng?
Hình 1.1.1Robot phục vụ thức ăn Ở các nước phát triển, trong ngành dịch vụ ăn uống, không ít nhà hàng đã ứng dụng đưa robot vào phục vụ khách hàng, mang đến nhiều trải nghiệm mới lạ và hào hứng cho khách hàng, thu hút số lượng lớn khách tò mò đến sử dụng dịch vụ, gia tăng đáng kể doanh thu và lợi nhuận
Baggers (Thành phố Nuremberg, Đức) – Nhà hàng tự động hóa đầu tiên trên thế giới Khi đến đây khách hàng có thể yêu cầu món ăn bằng cách nhấn chọn trên bảng điều khiển đặt trên mỗi bàn Sau đó thức ăn sẽ được mang đến cho bạn thông qua một băng chuyền mini dẫn từ bếp đến đến nơi bạn ngồi Hệ thống cũng sẽ tự động thông báo với bạn rằng món ăn đó sẽ được mang ra sau bao lâu và khi trả tiền, bạn chỉ cần sử dụng thẻ tín dụng để thanh toán cho bữa ăn đó (Nhà hàng tự động hóa đầu tiên trên thế giới, báo An ninh thủ đô, ngày 29/8/2007)
Tương tự, nhà hàng Hema ở Thượng Hải, Trung Quốc cũng sử dụng robot thay thế hoàn toàn nhân viên phục vụ Với kích cỡ tương đương một chiếc lò vi sóng, hàng chục
“nhân viên” lần lượt chạy tới chạy lui mang khay thức ăn nóng hổi đến phục vụ khách hàng
Hình 1.1.2 Robot phục vụ thức ăn tại nhà hàng Trung Quốc
Tại Việt Nam, một số cơ sở kinh doanh dịch vụ ăn uống cũng đã xuất hiện nhân viên robot phục vụ
Quán cà phê tại Hà Nội là nơi đầu tiên ở Việt Nam có robot phục vụ khách hàng Khi khách đến quán và gọi đồ uống, nhân viên sẽ pha chế rồi đặt chúng vào khay trên tay robot – chọn số bàn để nó tự dò đường đưa tới tận nơi cho thực khách Ngoài ra, robot này còn có thể giao tiếp những câu cơ bản với thực khách như xin chào, cảm ơn, mời lấy đồ uống hay yêu cầu tránh đường khi gặp vật cản…
Hình 1.1.3 Robot phục vụ cà phê tại Việt Nam
Sau Hà Nội vài tháng, Sài Gòn cũng có nhà hàng đầu tiên đưa robot vào phục vụ khách hàng Robot có tên cô Ba, được tạo hình là cô nhân viên nữ xinh đẹp, làm công việc của một nhân viên phục vụ từ chào hỏi, giới thiệu thực đơn đến bưng bê món ăn, đồ uống đến bàn khách (Nhân viên robot sẽ thay thế hoàn toàn con người trong phục vụ khách sạn – nhà hàng, Hoteljob.vn, ngày 18/01/2019)
Hình 1.1.4 Robot cô ba phục vụ cà phê
Đặt vấn đề
Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, vào năm 2025, có tới 52% công việc hiện nay của con người sẽ do máy móc tự động đảm trách – nhân sự hoạt động trong hàng chục ngành nghề sẽ được thay thế hàng toàn bằng robot Công nghệ gần như đang làm chủ thế giới và robot chính là “hiện thân” hữu hình nhất cho sự thay thế vô cùng hiệu quả cho công việc của con người Cho nên việc ứng dụng robot phục vụ trong các lĩnh vực nói chung, cũng như lĩnh vực nhà hàng nói riêng là cần thiết để tăng hiệu suất công việc, giảm sức lao động con người…(The future of jobs report 2018, World economic forum, ngày 17/9/2018)
Với những cơ sở trên nhóm chúng tôi quyết định bắt tay vào việc nghiên cứu, ứng dụng tự động hóa vào một lĩnh vực khá mới mẽ và nhiều tiềm năng ở Việt Nam, đó là lĩnh vực phục vụ ăn uống trong các nhà hàng Đề tài được chúng tôi lựa chọn để nghiên cứu là “Hệ thống phục vụ nhà hàng tự động”.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của nhóm chúng tôi khi lựa chọn đề tài “Hệ thống phục vụ nhà hàng tự động” là:
- Thiết kế mô hình nhà hàng: sắp xếp bàn ghế, quy hoạch khu vực di chuyển cho robot phục vụ
- Thiết kế, chế tạo mô hình robot phục vụ đáp ứng môt số yêu cầu sau: Di chuyển, vận chuyển thức ăn, định vị vị trí, đóng mở nắp, phát giọng nói cơ bản, báo động khi gặp vặt cản
- Thiết kế ứng dụng quản lý đặt món ăn thông qua ứng dụng trên nền tảng androi: Hiển thị thực đơn và giá tiền của các món ăn, quản lý món ăn khách hàng đã đặt, liên kết với hệ thống quản lý chung và hệ thống bếp, thông báo hóa đơn cho khách hàng.
Giới hạn đề tài
Nội dung đề tài được nhóm chúng tôi giới hạn ở một số nội sung sau:
- Robot phục vụ: các thông số và kết quả chúng tôi sử dụng là dành cho robot phục vụ tại nhà hàng bán phở
- Ứng dụng quản lý đặt món: khách hàng sử dụng phần mềm đặt món được chúng tôi cung cấp qua tablet trên mỗi bàn.
Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đã đặt ra, chúng tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập thông tin, dữ liệu;
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu;
- Phương pháp phân tích tổng hợp;
Bố cục nội dung
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế không gian nhà hàng nhà hàng
Chương 4: Thiết kế và lập trình phần mềm tiếp nhận đơn hàng và ứng dụng gọi món Chương 5: Thiết kế phần cứng của robot phục vụ
Chương 6: Thuật toán điều khiển robot phục vụ
Chương 7: Kết quả và định hướng phát triển
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lựa chọn phương pháp vận chuyển thức ăn tự động
2.1.1 Một số phương pháp đã có:
- Phương pháp sử dụng băng chuyền, đường ray:
Hình 2.1.1 Nhà hàng lẩu băng chuyền
+ Đặc điểm: Sử dụng hệ thống băng chuyền, đường ray để vận chuyển thức ăn Hệ thống khay, đĩa được thiết kế tương thích với băng chuyền, đường ray Thường được sử dụng trong các nhà hàng buffet
+ Ưu điểm: Tốc độ vận chuyển nhanh, số lượng khách hàng được phụ vụ lớn, giảm thiểu thời gian chờ đợi của khách hàng
+ Nhược điểm: Phải liên tục vận hành hệ thống gây lãng phí khi lượng khách hàng ít, hệ thống không tương tác trực tiếp với khách hàng
- Phương pháp sử dụng robot di chuyển trên sàn:
Hình 2.1.2 Robot di chuyển theo line
Hình 2.1.3 Robot di chuyển tự do
+ Đặc điểm: Robot di chuyển trên sàn cùng với khách hàng, chiều cao robot ngang tầm với khách hàng
+ Ưu điểm: Có thể chế tạo robot dạng người để thu hút thị hiếu khách hàng, tiết kiệm chi phí và không gian khi thiết kế đường line riêng
+ Nhược điểm: Trọng tâm cao nên khó cân bằng, tốc độ di chuyển chậm, di chuyển cùng với khách hàng dễ dẫn đến va chạm
- Phương án Robot di chuyển trên line riêng:
Hình 2.1.4 Robot di chuyển trên một đường riêng biệt + Đặc điểm: Robot di chuyển trên line riêng biệt, hạ thấp chiều cao robot
+ Ưu điểm: Trọng tâm thấp, nâng cao độ ổn định của robot, tốc độ di chuyển nhanh, hạn chế được sự va chạm, thu hút khách hàng, phục vụ được nhiều vị trí cùng lúc, có thể điều chỉnh số lượng bàn phục vụ bằng cách điều chỉnh số lượng robot
+ Nhược điểm: Tốn kém chi phí và không gian khi thiết kế đường line riêng
2.1.2 Lựa chọn phương án tối ưu:
Với yêu cầu phục vụ nhà hàng, khối lượng công việc lớn, di chuyển nhiều và liên tục Hạn chế va chạm với khách hàng vì thức ăn nóng gây nguy hiểm
Dựa trên những đặc điểm, ưu khuyết điểm của từng phương án, nhóm quyết định lựa chọn phương án Robot di chuyển trên line riêng để nghiên cứu
Mô tả hệ thống
Khách khi vào nhà hàng sẽ được lựa chọn vị trí ngồi Sau đó vào bàn, trên mỗi bàn sẽ có một tablet với ứng dụng gọi món có sẳn trên máy Ngay trên tablet khách hàng có thể theo dõi thực đơn, đặt món ăn và theo dõi danh sách các món ăn đã đặt
Các yêu cầu gọi món sẽ được gửi về máy tính tại quầy để quản lý và nhân viên bếp sẽ chuẩn bị món Thức ăn sau khi chuẩn bị xong sẽ được đặt lên robot và nhân viên sẽ nhấn nút để cho robot vận chuyển món ăn từ nhà bếp đến bàn ăn của thực khách sau đó quay về.
Yêu cầu đặt ra cho hệ thống
Không gian nhà hàng: Đảm bảo các phương án thiết kế bố trí nhà hàng với nhiều yêu cầu như diện tích sử dụng, bố trí tối ưu đường line di chuyển, số lượng bàn có thể phục vụ, đa dạng khu vực phục vụ theo từng nhu cầu và số lượng nhóm khách hàng Ứng dụng quản lý đặt món: Hiển thị danh sách thực đơn và cho phép khách hàng thực hiện các thao tác đặt món một cách đơn giản, giao diện thân thiện, giúp nhân viên quản lý giám sát được các đơn hàng, tính toán được chi phí của từng đơn hàng để khách hàng có thể thanh tiến hành thanh toán
Robot phục vụ: Đáp ứng việc vận chuyển thức ăn, định vị vị trí của khách hàng, tự động đóng mở nắp đậy, có khả năng tránh né các vật cản, có khả năng giao tiếp cơ bản với khách hàng, có hiệu suất cao, làm việc ổn định, đáp ứng được yêu cầu của thị trường
Trong đó, robot phục vụ là trọng tâm được nhóm nghiên cứu, chế tạo Toàn thể hệ thống phải đảm bảo hài hòa, phối hợp với nhau một cách nhịp nhàng, tối ưu hóa chi phí thực hiện, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho khách hàng
THIẾT KẾ KHÔNG GIAN NHÀ HÀNG
Yêu cầu đặt ra
- Trong một không gian phục vụ ăn uống cố định, cần tính toán phương án bố trí được nhiều nhất có thể số lượng bàn ghế phù hợp để khách hàng ngồi ăn trong sự thoải mái và hài lòng nhất
- Trên thực tế, khách hàng đến nhà hàng sẽ đa dạng số lượng người trong một nhóm Sẽ có nhóm khách đi một mình, đi 2 người, đi 3-4 người, đi 5-6 người,…Và theo nghiên cứu của các chuyên gia, phần lớn khách hàng đều không muốn ghép bàn với người mà mình không quen biết Nếu không tính toán hợp lý thì nhà hàng sẽ không thể tối ưu hóa lượng khách hàng mà mình có thể phục vụ
- Ngoài ra, cần bố trí hợp lý các không gian, trang thiết bị, đặc biệt là đường line di chuyển của robot để đạt được tính thẩm mĩ, giải quyết được bài toán tối ưu trong di chuyển robot
- Vì những lý do trên, nên chúng ta cần phải tính toán và lựa chọn phương án bố trí một cách hợp lý.
Thiết kế không gian nhà hàng
3.2.1 Phương án thiết kế đối với nhà hàng có không gian lớn:
Hình 3.2.1 Mặt bằng bố trí nhà hàng có không gian lớn
Hình 3.2.2 Mô hình bố trí nhà hàng có không gian lớn
- Khu vực: Quầy lễ tân, khu vực phục vụ khách, khu vực bếp, 2 phòng vệ sinh, khu vực quản lý thức ăn
- Sồ lượng khách hàng: 180 khách (bao gồm 24 bàn 6 chỗ ngồi và 36 chỗ ngồi dành cho khách đi từ 1-3 người)
- Chiều rộng của line di chuyển robot là 1m
3.2.2 Phương án thiết kế đối với nhà hàng có không gian trung bình:
Hình 3.2.3 Mặt bằng bố trí nhà hàng có không gian trung bình
Hình 3.2.4 Mô hình bố trí nhà hàng có không gian trung bình
- Khu vực: Quầy lễ tân, khu vực phục vụ khách, khu vực bếp, 2 phòng vệ sinh, khu vực quản lý thức ăn
- Sồ lượng khách hàng: 110 khách (bao gồm 8 bàn 6 chỗ ngồi, 8 bàn 4 chỗ ngồi và
30 chỗ ngồi dành cho khách đi một mình hoặc 2 người)
- Chiều rộng của line di chuyển robot là 1m
3.2.3 Phương án thiết kế đối với nhà hàng có không gian nhỏ:
Hình 3.2.5 Mặt bằng bố trí nhà hàng có không gian nhỏ
Hình 3.2.6 Mô hình bố trí nhà hàng có không gian nhỏ
- Khu vực: Quầy lễ tân, khu vực phục vụ khách, khu vực bếp, 2 phòng vệ sinh
- Sồ lượng khách hàng: 60 khách (bao gồm 6 bàn 6 chỗ ngồi, 6 bàn 4 chỗ ngồi)
- Chiều rộng của line di chuyển robot là 1m
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH PHẦN MỀM TIẾP NHẬN ĐƠN HÀNG VÀ ỨNG DỤNG GỌI MÓN
Thiết kế và lập trình phần mềm tiếp nhận đơn hàng
4.1.1 Tổng quan về môi trường mạng LAN:
Hiện nay với việc sử dụng các thiết bị công nghệ không còn quá xa lạ với mọi người khi mà chỉ cần một thiết bị thông minh với khả năng kết nối mạng Internet thì chúng ta đã có thể truy cập lên các trang mạng xã hội để nhắn tin với bạn bè, người thân hay là truy cập tới các trang web để đọc những bài báo hoặc thậm chí là có thể truy cập vào một kho dữ liệu của riêng mình với công nghệ lưu trữ đám mây
Trước kia chúng ta sử dụng các phương thức truyền dữ liệu giữa các thiết bị công nghệ bằng các sợi dây cáp Nó rất là bất tiện trong không gian bố trí và chi phí chế tạo Tuy nhiên mạng không dây ra đời đã giải quyết được hầu hết các vấn đề mà mạng có dây gặp phải Trước đây người ta cho rằng mạng có dây nhanh hơn và an toàn hơn mạng không dây Nhưng hiện nay với những cải tiến công nghệ vượt bậc của công nghệ mạng không dây đã tạo nên những thay đổi lớn trong suy nghĩ về tốc độ và sự khác biệt giữa hai loại kết nối trên Ứng dụng mạng không dây vào trong các công việc đã làm thay đổi cục diện của chúng rất nhiều Việc xuất hiện mạng Wifi, 3G, các mạng điện thoại di động giúp chúng ta có thể điều khiển được các thiết bị từ những thiết bị khác mà không phải trực tiếp tác động tới chúng, truyền tải thông tin giữa các thiết bị mà không lo về khoảng cách…
Sử dụng mạng cục bộ - LAN (Local Area Network) làm hệ thống truyền thông kết nối các máy tính và thiết bị trong nhà hàng với nhau Với đặc tính quy mô ở nhà hàng thì chúng ta có thể sử dụng mạng cục bộ đã là vừa đủ và phù hợp
Vì chúng ta cần truyền dữ liệu từ các thiết bị ở mỗi bàn ăn ( máy khách ) tới máy tính trong nhà bếp ( máy chủ ) nên ta có thể chọn cách thực hiện mô hình khách chủ dùng mạng LAN qua bộ giao thức TCP/IP
Hình 4.1.1 Mô hình khách chủ ( Server – Client )
Vậy để thực hiện được điều ấy chúng ta cần tìm tới một cổng kết nối hai chiều để gửi và nhận dữ liệu từ các máy khác nhau – Socket Sử dụng Socket như là một điểm
13 cuối của trên đường truyền thông hai chiều giữa hai chương trình trên môi trường mạng internet
Hẳn là trong chúng ta chắc chắn đã luôn có lúc có thể làm nhiều hơn một việc cùng một lúc ví dụ như là vừa nghe nhạc vừa đọc sách hay như các bà mẹ vừa trông nom con cái vừa làm nội trợ… Có thể thấy trong một vài trường hợp nó giúp ta tiết kiệm thời gian hơn Tuy nhiên thì trong nhiều trường hợp tuy nó giúp ta tiết kiệm thời gian nhưng mà hiệu quả đạt được cho mỗi công việc thì lại không như làm riêng lẻ
Con người là vậy thế nhưng máy móc thì khác Sự phát triển của máy móc hiện đại đã tạo ra những con chip với nhiều nhân, nhiều luồng để có thể xử lý nhiều công việc cùng một lúc mà vẫn đem lại hiệu quả cao Những điều ấy đã giúp ích cho con người chúng ta làm việc một cách hiệu quả hơn
Việc phân luồng trong CPU có thể dễ dàng thấy được ở hình dưới đây Khi có nhiều luồng hơn thì chúng thay phiên nhau hoạt động, tận dụng tối đa khả năng làm việc của chúng mà không phải chờ đợi nhiều hơn so với một luồng hoạt động
Hình 4.1.4 Mô tả về luồng
Procses là những “công việc” mà hệ điều hành thực hiện Thread là một đơn vị cơ bản trong CPU Một luồng sẽ chia sẻ với các luồng khác trong cùng process về thông tin data, các dữ liệu của mình
Trong một Process sẽ có nhiều luồng, chúng hoàn toàn có thể làm những gì mà Process có thể làm và chúng chạy một cách độc lập không ảnh hưởng đến các luồng khác nhưng chúng lại chia sẻ được các thông tin dữ liệu của mình cho các luồng khác
Với những khả năng mang lại nhiều lợi ích như vậy chúng ta có thể ứng dụng nó vào trong lập trình để tạo ra phần mềm tại máy tính chủ của nhà hàng Lợi ích trong phần lập trình là ta có thể phân luồng chúng ra thanh nhiều luồng xử lý Một luồng để xử lý nhận các kết nối, một luồng để xử lý đọc các dữ liệu gửi từ các địa chỉ kết nối, một luồng để xử lý dữ liệu đã đọc được đưa vào trong database hay là thêm một luồng để chạy phần giao diện… Chúng ta có thể thêm nhiều luồng tùy theo nhu cầu
Hình 4.1.5 Sơ đồ khối mô tả về cách thức hoạt động của phần mềm
Lập trình một phần mềm có thể đọc dữ liệu gửi về từ các thiết bị khác, và tạo ra giao diện phù hợp với mục đích là hiển thị các đơn hàng gửi đến từ các thiết bị khách
Ta có thể sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như C#, Java, Python… nhóm đã lựa chọn sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để thực hiện điều này
Hình 4.1.6 Màn hình đăng nhập vào phần mềm
Tại đây, phần mềm yêu cầu phải là người quản lý của nhà hàng hoặc người được quản lý nhà hàng ủy thác mới có thể mở phần mềm
Hình 4.1.7 Cửa sổ lựa chọn chức năng chính
Trong cửa sổ này ta có thể lựa chọn hai chức năng là hiển thị danh sách đặt hàng và trích xuất dữ liệu ra file excel
Hình 4.1.8 Cửa sổ hiển thị danh sách các đơn đặt món ăn
Cửa sổ được thiết kế với bốn khung danh sách tương ứng với bốn khu bàn ăn thay vì hiển thị một danh sách gộp chung các khu sẽ đỡ gây rối cho các đầu bếp khi nhìn vào để chế biến thức ăn Tại cửa sổ này sẽ được kết nối và hiển thị trên một màn hình lớn trong nhà bếp các đầu bếp trong nhà bếp sẽ thực hiện chế biến các món ăn theo đơn đặt của khách hàng
Hình 4.1.9 Cửa sổ trích xuất dữ liệu
Tại cửa sổ này người quản lý có thể trích xuất các dữ liệu mong muốn theo thời gian ( ngày, tuần, quý, ) tùy thuộc với nhu cầu sử dụng dữ liệu ra file excel Từ đó có thể dễ dàng xử lý và phân tích dữ liệu này cho các chiến lược kinh tế
Hình 4.1.10 Cửa sổ chọn vị trí lưu file
Hình 4.1.11 Các dữ liệu được trích xuất
Thiết kế và lập trình ứng dụng gọi món trên thiết bị thông minh
4.2.1 Lập trình ứng dụng Android: Ứng dụng được viết trên môi trường phát triển tích hợp IDE dành cho phát triển nền tảng Android - Android Studio Ứng dụng giúp ta dễ dàng thiết kế giao diện và xây dựng lên ứng dụng gọi món
Hình 4.2.1 Môi trường phát triển tích hợp IDE – Android Studio
4.2.2 Giao diện ứng dụng gọi món trên thiết bị thông minh:
Hình 4.2.2 Giao diện chính của ứng dụng gọi món
Tại màn hình này có một vài chức năng chính được đề xuất Chúng ta có thể bấm vào tứng hình ảnh để có thể tới được các màn hình chức năng của chúng
Hình 4.2.3 Giao diện màn hình thức ăn chính
Màn hình này xuất hiện khi bấm vào phần thức ăn trên màn hình chính Nhóm đề xuất một số lượng món phở chính như: phở bò tái viên, phở bò tái nạm, phở gà trứng non, bún cá chua, bún cá Nha Trang, phở chay bò kho…
Hình 4.2.4 Lựa chọn món ăn
Hình 4.2.5 Lựa chọn món ăn
Hình 4.2.6 Lựa chọn món ăn
Khi bấm vào từng loại thức ăn như phở bò hay phở gà tại màn hình thức ăn sẽ xuất hiện màn hình để chi tiết từng loại thức ăn trong đó bao gồm giá tiền và các thành phần chính tạo lên món ăn đó Khi lựa chọn món ăn tại đây và xác nhận mình sẽ chọn xong, đơn đặt sẽ được đưa vào giỏ hàng
Nút nhấn này xuất hiện ở màn hình thức ăn để cho khách hàng có thể dễ dàng vào trong giỏ hàng xem đã đặt những gì vào giỏ hàng rồi hay có thể xem lịch sử mình đã đặt những gì trên nút nhấn này
Hình 4.2.8 Giao diện trong màn hình giỏ hàng (Cart)
Khi vào màn hình giỏ hàng chúng ta có thể thấy các món ăn đã lựa chọn trước đó
Và khi vào giỏ hàng ta lựa chọn đặt món Việc gom các đơn hàng rồi mới gửi so với việc gửi ngay không qua giỏ hàng sẽ có thể làm cho các món ăn được chế biến một cách ngắt quãng lâu hơn một chút
Hình 4.2.9 Giao diện lịch sử gọi món
Sau khi đặt khách hàng có thể kiểm tra lịch sử đã đặt hàng của họ vào thời gian nào, giá tiền và tổng giá tiền các đơn hàng
Hình 4.2.10 Giao diện thanh toán
Khi ra về khách hàng cần thanh toán tiền ăn qua phương thức quét mã QR hoặc là thanh toán tiền mặt hoặc cũng có thể là bằng phương thức quẹt thẻ Nhóm lựa chọn quét mã QR trong đồ án này vì ưu điểm nhanh và tiện lợi, phù hợp với xã hội hiện đại hóa hiện nay khi mà đa số người dân đều sử dụng smart phone và số hóa với khả năng thanh toán tiền tệ từ các ngân hàng hay các công ty dịch vụ thứ ba Việc này giúp cho người
21 khách hàng thấy thuận tiện hơn trong việc thanh toán, tránh mất thời gian chờ đợi và đôi khi là khách hàng cũng không cần phải mang theo nhiều tiền trên người
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA ROBOT PHỤC VỤ
Yêu cầu phần cứng của robot phục vụ
Dựa trên yêu cầu chung của robot phục vụ, phần cứng của robot phải đảm bảo các yêu cầu cụ thể sau:
+ Cảm biến phát hiện vật cản
+ Bàn phím và màn hình LCD
+ Mạch phát âm thanh và loa
+ Mạch điều khiển động cơ
+ Động cơ đóng mở nắp
Thiết kế phần cơ khí
5.2.1 Thiết kế khay đựng thức ăn:
-Yêu cầu: Khay phải chứa được 4 tô phở, 4 bộ đũa và thìa
+ Vật liệu: Nhựa hoặc gỗ
+ Kích thước: 334 x 350 mm Khối lượng: 903.51 grams
+ Khay được khoét các rãnh để đặt cố định các tô phở, đũa và thìa
Hình 5.2.1 Khay đựng thức ăn
Hình 5.2.2 Bố trí tô trên khay đựng thức ăn
5.2.2.1 Lựa chọn phương thức di chuyển:
Hiện nay, robot có thể di chuyển theo nhiều phương thức, tùy thuộc vào từng loại robot, từng ứng dụng và môi trường xung quanh mà lựa chọn phương thức di chuyển phù hợp
Ví dụ về một số loại phương thức di chuyển của robot:
- Robot lăn: thường có cấu tạo dạng hình cầu hoặc các khối tròn xoay và có thể di chuyển bằng cách lăn cả cơ thể
- Robot tự cân bằng: thường có khả năng tự di chuyển cân bằng trên một bánh hoặc
2 bánh xe Robot được chế tạo dựa trên đặc tính động học của con lắc ngược
- Robot di chuyển bằng bánh xe: Thường sử dụng các bánh chủ động và bị động giúp robot có thể di chuyển bằng cách điều khiển các bánh xe
- Robot di chuyển bằng chân: Robot có độ phức tạp cao vì phải điều khiển các khớp của chân để robot có thể di chuyển
- Một số dang di chuyển khác: nhảy lò cò, bơi, bay, trường,… Thường được ứng dụng khi chế tạo các robot động vật
Dựa trên yêu cầu của robot là phục vụ nhà hàng, di chuyển trên mặt sàn nhẵn, cần độ ổn định cao, chi phí thực hiện thấp Nhóm chúng tôi quyết định chọn phương thức di chuyển bằng bánh xe
+ Sử dụng 2 bánh chủ động với các thông số sau: khối lượng 400g, tải trọng tối đa 70kg, đường kính ngoài 145mm, bề rộng 40mm
+ Trục bánh có thể lắp trực tiếp với các loại động cơ giảm tốc có đường kính trục từ 8 đến 24mm
+ Bánh xe được đúc bằng nhôm có độ bền cao, vỏ bọc silicon mềm và có nhiều rãnh nên có độ bám dính cao
Hình 5.2.3 Bánh xe chủ động
+ Sử dụng 2 bánh bị động là bánh đa hướng caster với các thông số sau: đường kính 24mm, chiều rộng 13mm, chiều cao 32mm, đường kính lỗ 4mm, tải trọng tối đa 10kg, khối lượng 40g
+ Thân bánh xe làm bằng thép cuộn 1.2mm, bánh xe làm bằng nhựa trắng nylon PP
5.2.3 Thiết kế khung xương robot:
5.2.3.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu:
Nhôm định hình là một loại nhôm đã được đưa qua một quá trình để định hình vật liệu thành một mặt cắt ngang rõ ràng Nhôm định hình có sức chịu tải rất lớn vì sức mạnh cấu trúc và độ dẻo của nó và được ứng rụng rỗng rãi trong công nghiệp sản xuất và dân dụng Ưu điểm của nhôm định hình: kích thước đa dạng, nhẹ, độ bền cao, chống ăn mòn, dễ lắp ráp, độ thẩm mĩ cao, giá thành cạnh tranh…
Chính vì những lý do trên nhôm định hình được nhóm sử dụng làm khung xương cho robot
Hình 5.2.5 Nhôm định hình 5.2.3.2 Thiết kế kết cấu:
Sử dụng nhôm định hình 20x20 mm để thiết kế phần khung xương robot Đảm bảo kích thước tối đa 350x350 mm
Hình 5.2.6 Mô phỏng phần khung xương robot
Hình 5.2.7 Mô phỏng lắp ráp khung, động cơ và bánh xe 5.2.3.3 Mô phỏng ứng suất khung xương:
Mô phỏng ứng suất, biến dạng của khung xương với tải trọng 120N
Hình 5.2.8 Mô phỏng ứng suất khung xương
Hình 5.2.9 Mô phỏng biến dạng khung xương
Hình 5.2.10 Mô phỏng chuyển vị khung xương
5.2.4 Thiết kế phần nắp robot:
5.2.4.1 Yêu cầu của phần nắp:
Làm bằng vật liệu trong suốt, có cơ cấu đóng mở
Thiết kế mang tính thẩm mĩ Đảm bảo không ảnh hưởng đến không gian chứa thức ăn
5.2.4.2 Phân tích một số dạng kết cấu của phần nắp đậy:
+ Có kết cấu của nắp là một mặt duy nhất
+ Chất liệu nhựa mica trong suốt
+ Cơ cấu mở nắp quanh trục phía sau
+ Ưu điểm: không gian trống để lấy thức ăn khi mở nắp lớn, chế tạo đơn giản, hình dạng bề mặt đa dạng
+ Nhược điểm: momen cung cấp để mở nắp lớn, khu vực gần trục quay có ứng suất lớn nên dễ hư hỏng
Hình 5.2.11 Robot phục vụ có nắp đậy dạng một mặt
+ Có kết cấu của nắp bao gồm 2 mặt, một nửa cố định, một nửa quay quanh trục, thường có dạng tròn xoay
+ Chất liệu nhựa mica trong suốt
+ Cơ cấu mở nắp quanh trục ở giữa robot
+ Ưu điểm: dễ chế tạo, giảm lực cần thiết để mở nắp, chi phí chế tạo thấp
+ Nhược điểm: chỉ sử dụng các bề mặt tròn xoay, không gian để lấy thức nhỏ hơn
Hình 5.2.12 Robot phục vụ có nắp đậy dạng hai mặt 5.2.4.3 Lựa chọn phương án thiết kế phần nắp:
Dựa trên những kết quả phân tích trên, nhóm chúng tôi quyết định lựa chọn phương án thiết kế gia công phần nắp đậy theo phương án hai mặt
Do hình dáng khung xương và hình dạng robot nhóm lựa chọn là dạng hình hộp nên bề mặt được nhóm sử dụng thiết kế cho phần nắp là mặt trụ
Vật liệu được chúng tôi sử dụng là mica trong suốt, giúp đảm bảo vệ sinh thức ăn bên trong và có thể nhìn thấy thức ăn từ bên ngoài
Phần nắp di động sử dụng cơ cấu 4 khâu bản lề điều khiển bằng servo để đóng mở
Hình 5.2.13 Kết cấu phần nắp
Ta dựa vào các thông số đầu vào có sẳn và ước lượng, để có thể tính toán được các thông số cần thiết của động cơ để thỏa mãn được các yêu cầu đặt ra
Các thông số đầu vào:
Bảng 5.2.1 Thông số đầu vào động cơ
Vận tốc lớn nhất của robot 1,5 (m/s)
Thời gian gia tốc mong muốn 1 (s)
Khối lượng bánh xe 0,4 (kg)
Khối lượng tải ước tính 12 (kg)
5.2.5.2 Cơ sở lý thuyết để lựa chọn động cơ:
- Để robot chuyển động, động cơ có vai trò cung cấp momen cho các bánh xe Quá trình chuyển động này chịu ảnh hưởng đáng kể của khối lượng robot, ma sát giữa bánh xe và mặt đường Mô hình toán cho một bánh xe được biểu hiện như sau:
Hình 5.2.14 Mô hình toán học cho bánh xe chủ động
- Momen quán tính của bánh xe được tính gần đúng như sau:
- Phương trình cân bằng momen quanh tâm bánh xe:
- Để robot không bị trượt, momen của động cơ phải thỏa mãn phương trình sau:
- Phương trình định luật II Newton:
- Biến đổi các phương trình trên ta có:
- Tốc độ lớn nhất của động cơ:
- Công suất của động cơ:
I_momen quán kính (kgm 2 ) m_khối lượng bánh xe (kg)
_momen quay của động cơ (Nm)
M_khối lượng robot (kg) a_gia tốc của robot (m/s 2 ) _vận tốc góc (rad/s) _vận tốc (m/s) P_công suất động cơ (W) n_tốc độ của động cơ (vòng/phút) k_hệ số an toàn
Các thông số cần thiết của động cơ:
Với các thông số như trên ta chọn động cơ planet có hộp giảm tốc, encoder 36RB249000 -19.2K – 12ppr với các thông số sau:
Bảng 5.2.2 Thông số động cơ
Tốc độ không tải 410 (vòng/phút)
Dòng tiêu thụ 3600 (mA) Điện áp 24 (VDC)
Khả năng tải trọng 25 (kg)
Encoder 12 xung, 2 kênh A B, nguồn 5VDC
Hình 5.2.16 Bản vẽ động cơ
5.2.6 Kết quả thiết kế phần cơ khí:
Hình 5.2.17 Thiết kế mô phỏng phần cơ khí
Thiết kế phần mạch điều khiển
Dựa vào phương án thiết kế, robot định vị đường đi bằng line từ nên cảm biến được chọn là loại cảm biến từ Sau khi khảo sát thị trường nhóm quyết định chọn loại cảm biến UP40S-20PA
Hình 5.3.1 Cảm biến từ Thông s ố c ả m bi ế n:
- Loại cảm biến: 3 dây, DC-PNP;
- Khoảng cách phát hiện vật thể: 20mm;
5.3.1.2 Số lượng cảm biến và cách bố trí: Để có thể nhận diện được đường tâm line và các trường hợp robot bị lệch trái hay lệch phải, nhóm quyết định sử dụng 4 cảm biến và được bố trí thẳng hàng ở vị trí phía trước của xe, cách mặt sàn 5mm
5.3.2 Cảm biến phát hiện vật cản:
Cảm biến vật cản hồng ngoại xác định khoảng cách đến vật cản bằng hồng ngoại cho phản hồi nhanh chóng, chính xác và ít bị nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt
Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách hoạt động thông qua biến trở ở phần cuối thân cảm biến
Dựa vào các thông số thiết kế và yêu cầu sử dụng nhóm chúng tôi quyết định lựa chọn cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
+ Điện áp hoạt động: 5 VDC;
+ Dòng điện tiêu thụ: 62.5 mA;
+ Khoảng cách tối đa: 80 cm;
+ Thời gian phản hồi: 2 ms;
+ Chiều dài cảm biến: 45 mm;
+ Chất liệu vỏ cảm biến: nhựa
Hình 5.3.2 Cảm biến hồng ngoại
Sử dụng ma trận phím 4x4 để nhân viên có thể nhập vị trí bàn cho robot vận chuyển thức ăn
Hình 5.3.4 Sơ đồ nguyên lý bàn phím keypad Thông s ố k ỹ thu ậ t:
- Module bàn phím ma trận 4x4 loại phím mềm;
- Kích thước bàn phím: 77 x 69 mm
5.3.4 Lựa chọn màn hình hiển thị:
Dựa vào yêu cầu hiển thị vị trí được chọn, nhóm sử dụng LCD 1602 và module I2C để giao tiếp với mạch điều khiển
LCD 1602 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án
- Kích thước: 41.5mm(L) x 19mm(W) x 15.3mm(H);
- Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt;
- Biến trở xoay độ tương phản cho LCD
- Điện áp hoạt động là 5 V;
- Chữ trắng, nền xanh dương
5.3.5 Lựa chọn mạch ghi phát âm thanh:
Sử dụng mạch ghi phát âm thanh MP3 UART tích hợp Amply DFPlayer Mini để phát âm thanh giao tiếp với khách hàng Mạch được thiết kế nhỏ gọn để phát âm thanh
MP3 từ thẻ nhớ MicroSD giao tiếp với vi điều khiển qua UART, mạch có tích hợp Amply DFPlayer Mini nên có thể kết nối trực tiếp với loa
- Điện áp hoạt động: 3.2 – 5 VDC;
- Chuẩn giao tiếp UART hoặc điều khiển qua các chân I/O;
- Định dạng âm thanh hỗ trợ: MP3 và WAV;
- Tần số lấy mẫu (kHz): 8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48 ngõ ra 24bit;
- Hỗ trợ đầy đủ FAT16, FAT32, thẻ TF hỗ trợ tối đa 32Gb;
- Các file âm thanh có thể sắp xếp theo thư mục ( tối đa 100 mục ), mỗi mục chứa tối đa 255 bài hát;
- Âm thanh có thể điều chỉnh 6 mức
Hình 5.3.7 Module phát âm thanh
5.3.6 Mạch điều khiển động cơ:
Nhóm lựa chọn mạch driver module XY-160D cho 2 DC motor, với các yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho hệ thống
Module XY-160D có thể điều khiển 2 động cơ DC với dòng cấp lên đến 7A, điện áp rộng từ 6.5 – 27 V Tín hiệu đầu vào có cách ly bảo vệ điện áp Mạch được thiết kế ổn định, đáng tin cậy, có 4 lỗ nằm ở 4 góc thuận tiện cho người sử dụng cố định vị trí của module
Hình 5.3.8 Module driver XY-160D Thông s ố k ĩ thuậ t:
- Driver XY-160D tích hợp hai mạch cầu H;
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 7A;
- Điện áp của tín hiệu điều khiển: 3.5 V ~ 5 V;
- Có chức năng phanh động cơ khi 2 đầu vào đều mức 0 (IN1, IN2 hoặc IN3, IN4);
- Thả tự do nếu 2 đầu vào đều mức 1 (IN1, IN2 hoặc IN3, IN4)
5.3.7 Động cơ đóng mở nắp:
Sử dụng 2 servo MG966R để đóng mở nắp
Hình 5.3.9 Servo MG966R Thông s ố k ỹ thu ậ t:
- Chủng loại: Analog RC Servo;
- Điện áp hoạt động: 4.8~6.6 VDC;
- Dòng điện tiêu thụ: 800 mA;
3.5 kg-cm (180.5 ozin) at 4.8V-1.5A 5.5 kg-cm (208.3 ozin) at 6V-1.5A
0.17sec / 60 degrees (4.8V no load) 0.13sec / 60 degrees (6.0V no load)
- Kích thước: 40mm x 20mm x 43mm;
Dựa vào những yêu cầu đặt ra và các linh kiện điện được sử dụng nhóm quyết định chọn vi điều khiển là mạch Arduino Mega 2560 R3
- Vi điều kiển trung tâm: ATmega2560;
- Điện áp hoạt động: 5 VDC;
- Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20 VDC;
- Số lượng chân I/O: 54 (trong đó có 15 chân PWM);
- Dòng điện DC mỗi I/O: 40 mA;
- Dòng điện DC với chân 3.3V: 50 mA;
- Tần số xung clock:16 MHz;
Thiết bị Số lượng Dòng Điện áp Tổng Động cơ DC servo 02 3600mA 24V 7200mA – 24V
Driver module XY-160D 01 22mA 24V 22mA – 24V
Cảm biến từ 04 200mA 12V 800mA – 12V
Cảm biến hồng ngoại 02 62.5mA 5V 125mA – 5V
Mạch ghi phát âm thanh 01 600mA 5V 600mA – 5V
Ta sử dụng hai nguồn điện là 12V và 24V Trong đó nguồn 12V sẽ sử dụng qua mạch giảm áp LM2596 để cấp cho các linh kiện phần điều khiển và cảm biến sử dụng điện áp 5V Nguồn 24V sẽ giảm áp xuống 5V qua mạch giảm áp LM2596 để cấp nguồn cho động cơ servo MG966R
Vậy cần 2 nguồn điện có công suất tối thiểu như sau:
Vậy ta cần sử dụng nguồn điện có công suất P1 để cấp điện cho phần động lực và nguồn điện có công suất P2 để cấp cho phần điều khiển hay các thiết bị đầu vào Vì nhu cầu robot chạy và sử dụng trong thời gian dài nên nhóm lựa chọn một nguồn 24V – 10Ah để cấp cho phần động lực của robot và một nguồn 12V – 3500mAh để cấp cho phần điều khiển của robot
Mạch giảm áp có vai trò cung cấp nguồn điện ổn định 5V cho các thiết bị trong hệ thống, đảm bảo đủ dòng theo yêu cầu Mạch giảm áp có chức năng tạo ra điện áp nhỏ hơn điệp áp đầu vào và luôn duy trì mức áp này mặc dù áp đầu vào tăng/giảm
Nhóm chúng tôi sử dụng module mạch giảm áp DC LM2596 có sẵn trên thị trường dùng để biến đổi điện áp từ nguồn cấp 30V xuống 1.5V ổn định Điện áp được điều chỉnh bằng biến trở
Hình 5.3.11 Module mạch giảm áp DC LM2596 Thông s ố k ỹ thu ậ t:
- Điện áp đầu vào: 3 – 40V DC;
- Điện áp đầu ra: điềuu chỉnh được trong khoảng 1.5 – 35 VDC;
- Dòng đáp ứng tối đa: 3A;
5.3.11 Nhiễu động cơ và giải pháp:
Nhiễu động cơ là vấn đề mà bất kì ai điều khiển động cơ bằng vi điều khiển đều gặp phải Nhiễu động cơ gây ra những trường hợp hoạt động sai dù code lập trình trong vi điều khiển đúng Dòng điện gây nhiễu trên đường dây tín hiệu làm cho tín hiệu sai so với vi điều khiển gửi đi tới các phần tử Để giải quyết vấn đề này có nhiều cách như là dùng opto cách ly nguồn, dùng tụ để lọc nhiễu ( thường là tụ gốm như 103, 104 )
Trong đồ án này chúng ta sử dụng phương pháp cách ly dùng opto cách ly Đối với phần điều khiển động cơ DC servo đã lựa chọn mạch cầu H tích hợp opto cách ly Đối với servo MG996R sử dụng opto PC817
Hình 5.3.12 Sơ đồ mạch điện cho động cơ Servo MG996R
Chúng ta cách ly nguồn điện cấp cho động cơ servo MG996R với nguồn điện cấp cho khối vi điều khiển bằng opto PC817
Hình 5.3.13 Datasheet của opto PC817
Như trong hình datasheet của linh kiện đã cho ta biến nguồn điện và dòng điện sử dụng cấp vào hai chân 1 – Anode và chân 2 – Cathode là 1.2V ( Max : 1.4V ) và dòng điện là 20mA
Với nguồn điện ra hai chân MGA1 và MGA2 là 5V từ vi điều khiển
Giá trị điện trở được tính là :
Vậy chúng ta có thể chọn giá trị điện trở trong khoảng [180:190]
Vì trên thị trường không bán sẵn điện trở trong khoảng đó cho nên chúng ta chọn giá trị điện trở 188Ω được ghép bởi hai điện trở được bán trên thị trường là 68Ω và 12Ω
5.3.12 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:
Hình 5.3.14 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT PHỤC VỤ
Yêu cầu của thuật toán điều khiển
Đọc vị trí bàn từ bàn phím và hiển thị ra LCD Đọc tín hiệu bắt đầu di chuyển từ bàn phím
Kiểm tra tín hiệu cảm biến từ để di chuyển bám theo line Kiểm tra tín hiệu cảm biến vật cản để báo động khi có vật cản
Sử dụng thuật toán điều khiển tốc độ động cơ đảm bảo robot di chuyển ổn định Sau khi đến đúng vị trí được chỉ định Điều khiển mở nắp đậy thức ăn
Phát giọng nói mời khách nhận thức ăn
Kiểm tra cảm biến phát hiện khách hàng đã lấy thức ăn khỏi robot
Phát giọng nói chúc quý khách ngon miệng Điều khiển đóng nắp đậy thức ăn
Thực hiện di chuyển về khu vực tập trung Kết thúc một lần phục vụ.
Cơ sở lý thuyết
Hình 6.2.1 Các mức lệch quỹ đạo của robot
Dựa trên tín hiệu được trả về từ các cảm biên từ, vi điều khiển sẽ so sánh với giá trị quỹ đạo mong muốn, từ đó xác định các mức độ lệch Từ các mức độ lệch, vi điều khiển sẽ tính toán phần điều khiển PID rồi từ đó xuất giá trị điều khiển ra hai bánh chủ động để đưa robot về quỹ đạo mong muốn
Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển, bộ điều khiển PID được xem như một giải pháp đa năng cho các ứng dụng điều khiển tương tự hay điều khiển số Hơn 90% các bộ điều khiển trong công nghiệp được sử dụng là bộ điều khiên PID Nếu được thiết kế tốt,
44 bộ điều khiển PID có khả năng điều khiển hệ thống đáp ứng tốt các chỉ tiêu chất lượng như đáp ứng nhanh, thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp, triệt tiêu được sai lệch tĩnh
Luật điều khiển PID được định nghĩa:
Trong đó u là tín hiệu điều khiển và e là sai lệch điều khiển
Tín hiệu điều khiển là tổng của 3 thành phần: tỉ lệ, tích phân và vi phân
Hàm truyền của bộ điều khiển PID:
Các tham số của bộ điều khiển là KP, KI, KD.
Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sai lệch điều khiển Ban đầu, khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch giảm dần thì tính hiệu điều khiển cũng giảm dần Khi sai lệch e(t)=0 thì u(t)=0 Một số vấn đề là khi sai lệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu
Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ
Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnh dẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu đo Hơn nữa, đối với đối tượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ P vẫn tồn tại sai lệch tĩnh
Với thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tín hiệu điều khiển và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch bị triệt tiêu e(t)=0 Đây cũng là ưu điểm của thành phần tích phân
Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t) về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phân đôi khi còn làm xấu đi đặc tính động học của hệ thống, thậm chí có thể làm mấy ổn định
Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vừa để của thiện tốc độ đáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống
Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sử dụng ổn định của hệ kín Do động học của quá trình, nên sẽ tồn tại một khoảng thời gian trễ làm bộ điều khiển chậm so với sự thay đổi của sai lệch e(t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phàn vi phân đóng vai trò dự đoán đầu ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều hướng và tốc độ thay đổi của sai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ
Một số ưu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thương không ổn định được với các bộ P hay PI
Nhược điểm của thành phần vị phân là rất nhạy với nhiễu đo hay của giá trị đặt do tính đáp ứng nhanh nêu ở trên.
Địa chỉ các tín hiệu điều khiển
Bảng 6.3.1 Địa chỉ các tín hiệu điều khiển
Thiết bị Chân tín hiệu Địa chỉ PinMode
Cảm biến dò line cb1 41 INPUT cb2 43 INPUT cb3 45 INPUT cb4 47 INPUT
Cảm biến vật cản cbvc1 33 INPUT cbvc2 37 INPUT
Cảm biến hồng ngoại cbhn 6 INPUT
LED led1 14 OUTPUT led2 15 OUTPUT
Module âm thanh RX 48 OUTPUT
Lưu đồ thuật toán
Khối điều khiển tốc độ hành trình đi
Khối điều khiển tốc độ hành trình về
Khối thực hiện giao thức ăn
Phần mềm biên soạn code
Code được soạn thảo bằng phần mềm Arduino IDE
Hình 6.5.1 Phần mềm Arduino IDE
KẾT QUẢ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết quả đạt được
Sau quá trình nghiên cứu, chế tạo, tuy gặp nhiều khó khăn nhưng nhóm chúng tôi đã cố gắng hết mình hoàn thành dự án của mình và đạt được một số kết quả sau
Thiết kế được một số mẫu nhà hàng với diện tích sử dụng và số lượng khách có thể phục vụ đa dạng, phù hợp với nhu cầu thực tế của từng khách hàng
- Mẫu 1: Diện tích 350 , sức chứa 180 khách hàng
- Mẫu 2: Diện tích 250 , sức chứa 110 khách hàng
- Mẫu 3: Diện tích 100 , sức chứa 60 khách hàng
Thiết kế và lập trình được ứng dụng gọi món với một số yêu cầu cơ bản như: hiển thị menu và giúp khách hàng đặt món, xem những món đã đặt, tính số tiền cần thanh toán; truyền dữ liệu đặt món của khách hàng vào máy tính quản lý, quản lý các đơn đặt hàng
Hình 7.1.4 Giao diện chính của phần mềm đặt món
Hình 7.1.5 Giao diện menu của phần mềm đặt món
Hình 7.1.6 Giao diện lịch sử gọi món của phần mềm đặt món
Thiết kế và chế tạo được phần cứng robot Phần cứng robot đảm bảo độ cứng vững, một số yêu cầu đã đặt ra, chịu được tải trọng Kích thước robot 346x375x360 mm
Thực nghiệm cho thấy robot chạy bám line tốt, vận chuyển được thức ăn đến bàn cho khách, đóng mở nắp tự động, báo động khi gặp vật cản, phát giọng nói giao tiếp với khách hàng, tự động quay về khu vực tập trung sau khi hoàn thành nhiệm vụ
Hình 7.1.9 Mô hình thực tế của Robot 1
Hình 7.1.10 Mô hình thực tế của Robot 2
Những vấn đề chưa giải quyết được
7.2.1 Độ ổn định của robot:
Nguyên nhân: có thể do rất nhiều nguyên nhân dẫn đến như:
- Sai số lắp đặt ảnh hưởng đến độ đồng trục của hai động cơ
- Sai số tốc độ của hai động cơ
- Ảnh hướng của hệ số ma sát
- Quán tính của robot trong quá trình di chuyển
- Sai số của hệ thống cảm do sự khác biệt giữa môi trường thí nghiệm và thực nghiệm
- Sai số của hệ thống cảm biến do chiều cao gá đặt và độ song song với mặt phẳng xe
- Thực hiện các biện pháp đo lường và điều chỉnh độ đồng trục của hai động cơ
- Thiết kế các đồ gá thích hợp để tăng độ cứng vững cho các chi tiết
- Thực hiện các thí nghiệm để đánh giá sự ảnh hưởng của môi trường và cách gá đặt ảnh hưởng đến kết quả của cảm biến
7.2.2 Thiết kế ngoại hình robot:
- Do chi phí sản xuất có hạn
- Do khó khăn trong quá trình gia công các chi tiết đơn lẻ
- Chưa tìm hiểu kỹ về thị hiếu khách hàng
- Tìm hiểu các biện pháp gia công các chi tiết
- Tìm hiểu, khảo sát thị hiếu khách hàng
7.2.3 Giao diện ứng dụng gọi món:
- Do thời gian tiến hành đồ án khá ngắn
- Nhóm chưa tìm hiểu kỹ về lập trình cho các ứng dụng gọi món
- Chưa có giải pháp tối ưu
- Tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu về các phần mềm hỗ trợ lập trình khác có thể tạo nên giao diện đẹp hơn
- Nghiên cứu kỹ để tối ưu hóa quá trình gọi món của khách hàng.
Định hướng phát triển trong tương lai
- Tiếp tục nghiên cứu các thuật toán làm tăng tính ổn định của robot
- Vận dụng các phương thức định vị khác cho robot như GPS, giám sát qua camera,…
- Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện phần mềm gọi món, phát triển thành ứng dụng tích hợp quản lý nhà hàng
- Nghiên cứu, chế tạo đường line di chuyển kết hợp băng chuyền dọn bát đĩa sau khi khách đã dùng xong
- Nghiên cứu phát triển các mô hình robot linh hoạt hơn, phục vụ được đa dạng món ăn hơn
- Nghiên cứu, chế tạo robot nấu ăn
- Xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh hơn hướng đến tự động hóa hoàn toàn cho mô hình nhà hàng tự động.