nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot phục vụ món ăn và tương tác với khách hàng trong nhà hàng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện TửTên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ro

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Đặt vấn đề

- Với xu hướng phát triển của thế giới ngày nay thì ngành công nghiệp Robot đang dần phát triển lớn mạnh trong xã hội của chúng ta Những ứng dụng của robot ngày càng đa dạng, từ việc sản xuất, lắp ráp trong công nghiệp đến việc phục vụ trong lĩnh vực dịch vụ, Chúng có thể làm việc với độ chính xác và năng suất cao trong thời gian dài Đặc biệt trong các lĩnh vực gần gũi với con người như ngành dịch vụ thì yêu cầu robot phải nhỏ gọn, có khả năng di chuyển linh hoạt và thiết kế gần gũi với khách hàng Robot tự hành phục vụ trong nhà hàng là một sự lựa chọn cần thiết

Hình 1: Nhân viên phục vụ nhà hàng bưng bê thức ăn bằng tay (nguồn: internet)

- Robot tự hành phục vụ trong nhà hàng mà nhóm mong muốn thiết kế có thể tự động vận chuyển thức ăn từ trong khu vực bếp hoặc quầy thức ăn của nhà hàng, quán ăn đến khu vực, bàn mà khách hàng ngồi chờ Qua đó, giúp thay thế khâu di chuyển thức ăn nhanh gọn, an toàn và đỡ tốn kém nhân lực hơn Nhân viên của nhà hàng chỉ cần sắp xếp thức ăn lên các khay đựng, thông qua Robot nhằm hạn chế tiếp xúc người với người trong thời điểm dịch bệnh như hiện tại, phần mềm lập trình sẽ hướng dẫn giúp Robot có thể đưa ra quyết định chính xác, nhờ vào hệ thống định vị Robot có thể xác định được các vị trí mà Robot đã từng đi qua và nơi mà Robot sẽ đến Robot được kết hợp với các cảm biến giúp nó có thể di chuyển đúng tuyến đường đã lập trình sẵn và giúp nó tránh các vật cản trên đường đi.

Tính cấp thiết

- Trong bối cảnh của một nền kinh tế phát triển, sự tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ là điều không thể phủ nhận Việc này là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng về phát triển kinh tế Trên toàn cầu và đặc biệt là tại Việt Nam, Robot đã trở thành một phần không thể thiếu trong cảnh đóng góp vào sự phát triển

- Sự xuất hiện ngày càng nhiều của Robot không chỉ là một dấu hiệu của sự phát triển khoa học công nghệ, mà còn là một phản ánh của việc chúng ta chuẩn bị cho một tương lai với sự hiện diện đa dạng của các thiết bị tự động Dự đoán từ Zdnet, vào năm 2018, đã chỉ ra rằng việc sử dụng Robot trong lĩnh vực thương mại điện tử sẽ gia tăng

- Trong lĩnh vực này, các doanh nghiệp đã sẵn sàng sử dụng hệ thống Robot trong quản lý kho hàng, mở ra một hướng tiếp cận mới trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất và vận chuyển hàng hóa Một ứng dụng tiêu biểu của Robot hiện nay đó là việc sử dụng chúng trong ngành nhà hàng

- Mặc dù chúng không thể thay thế hoàn toàn vai trò của con người, nhưng công nghệ Robot đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và chất lượng dịch vụ

3 trong ngành này Điều này giúp tối ưu hóa quá trình vận hành, mang lại sự chính xác và tiện ích hơn, cũng như tăng trải nghiệm cho khách hàng

Hình 2: Robot phục vụ bàn tại Việt Nam (nguồn: internet)

Hình 3: Robot hình nhân phục vụ ở quán cà phê ở thủ đô Hungary (nguồn: internet)

Mục tiêu hoàn thành

Nhóm đặt ra mục tiêu:

- Hoàn thành thiết kế, chế tạo robot phục vụ món ăn trong nhà hàng

- Sử dụng 2 vi điều khiển ESP32 và Arduino UNO R3 để điều khiển và giám sát trực tiếp robot

- Thiết kế giao diện Web Server để điều khiển robot trực tuyến thông qua các sóng wifi, 3G/4G

- Năng suất vận hành robot tối đa 1 lần vận chuyển được 3 khay để thức ăn

- Tốc độ di chuyển tối ưu: 0.4m/s

 Kích thước đế vỏ: 40x43x3(mm)

 Kích thước mỗi khay để thức ăn: 40x43x5 (mm)

 Chiều cao, độ rộng giữa các khoang để thức ăn: 25 (mm)

Giới hạn đề tài

- Sau một thời gian tìm hiểu các nguồn tài liệu cũng như tổng hợp các yếu tố tác động, yêu cầu từ thực tiễn, nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra được những nhiệm vụ cần làm và giới hạn nghiên cứu như sau:

 Robot chỉ hoạt động trong phạm vi đã được lập trình sẵn, không có chức năng tự tìm đường đi

 Độ ổn định khi chạy chưa được tốt, Robot di chuyển còn lệch hướng so với dự kiến do một số yếu tố như bánh xe bị trượt, ma sát quá lớn, sàn nhà chưa được phẳng, …

 Robot chỉ chạy theo thứ tự bàn từ số nhỏ đến số lớn chứ không chạy theo thứ tự ưu tiên bàn nào trước bàn nào sau.

Phương pháp nghiên cứu

- Nhóm chúng em sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế cơ khí 2D, 3D cụ thể là AutoCad, Solidwork vào việc thiết kế tính toán và chế tạo mô hình có khả năng ứng dụng vào thực tế Ngoài ra, nhóm còn sử dụng phần mềm Vscode có hỗ trợ ngôn ngữ lập trình C, để lập trình và nạp chương trình cho các module ESP32 và Arduino UNO R3

- Ngoài ra, còn áp dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngoài từ các nguồn thông tin vào việc tính toán và thiết kế Robot

- Bên cạnh đó, nhóm tìm kiếm tài liệu về Robot tự hành phục vụ thông qua nhiều nguồn khác nhau như: tài liệu trên mạng Internet, các bài báo, các đề tài, tiểu luận, đồ án về nghiên cứu Robot phục vụ…

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu Robot tự hành phục vụ nhà hàng

- Robot phục vụ nhà hàng là gì? Robot phục vụ hay còn gọi là Robot dịch vụ là loại người máy phục vụ con người, nó hỗ trợ con người trong rất nhiều các công việc khác nhau từ đơn giản đến phức tạp Đặc biệt Robot dịch vụ được đưa vào sử dụng với các công việc xa xôi, các công việc có tính chất nguy hiểm, bẩn thỉu ảnh hưởng đến sức khỏe con người

- Robot dịch vụ hiện nay có thể hoạt động bán tự động hoặc tự động hoàn toàn nhằm phục vụ các công việc hữu ích theo nhu cầu của con người Robot này còn được ứng dụng vào các công việc có tính chất lặp đi lặp lại, hoặc công việc nội trợ hàng ngày

Hình 4: Robot tự hành phục vụ di chuyển trong nhà hàng (nguồn: internet)

Phân loại chuyển động của Robot tự hành

- Robot tự hành có thể phân chia chủ yếu thành hai loại: robot di chuyển bằng chân và robot di chuyển bằng bánh (bao gồm cả bánh xe và bánh đai/xích) Ngoài ra, một số loại robot được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong các môi trường đặc thù như dưới

7 nước hoặc trên không, và chúng thường được trang bị với cơ cấu di chuyển phù hợp với môi trường cụ thể đó

2.2.1 Robot tự hành di chuyển bằng chân

- Ưu điểm lớn của loại robot này là khả năng thích nghi và di chuyển trên các địa hình không bằng phẳng Hơn nữa, chúng có khả năng vượt qua các vật cản như hố hoặc vết nứt sâu một cách linh hoạt

- Tuy nhiên, nhược điểm chính của loại robot này là quá trình chế tạo phức tạp Kết cấu của chân robot bao gồm nhiều bậc tự do, điều này làm tăng trọng lượng của robot và giảm tốc độ di chuyển Các kỹ năng như cầm, nắm, hoặc nâng tải cũng có thể làm giảm tính cứng vững của robot Đặc biệt, với mức độ linh hoạt càng cao, chi phí chế tạo càng tăng Loại robot tự hành này thường được mô phỏng theo các loài động vật, do đó chúng có thể có từ một chân, hai chân, bốn chân, sáu chân và có thể nhiều hơn

Hình 5: Các loại robot di chuyển bằng chân (nguồn: internet)

2.2.2 Robot tự hành di chuyển bằng bánh xe

- Trong công nghệ Robot tự hành, bánh xe là cơ cấu chuyển động phổ biến nhất Trong robot di chuyển bằng bánh, vấn đề cân bằng thường không được coi là ưu tiên hàng đầu Mặc dù kết cấu ba bánh là phổ biến nhất và có khả năng duy trì cân bằng tốt nhất, nhưng kết cấu hai bánh cũng có thể đạt được cân bằng

- Trong trường hợp robot có số lượng bánh lớn hơn ba, thường cần thiết kế hệ thống treo để đảm bảo tất cả các bánh xe tiếp xúc với mặt đất Tuy nhiên, robot loại này thường đối mặt với các vấn đề như lực kéo không đồng đều, độ ổn định và khả năng điều khiển chuyển động

Hình 6: Robot di chuyển bằng bánh xe, bánh xích (nguồn: internet)

Phân loại Robot di chuyển theo cơ cấu dẫn đường

- Các hệ thống định vị khác nhau có thể được lựa chọn dựa trên yêu cầu, tần suất vận chuyển, phương tiện hiện có, chi phí lắp đặt và mở rộng trong tương lai

- Các hệ thống phổ biến nhất là laser, định vị GPS, đường viền (dò line), điểm từ và điều hướng băng từ được mô tả như sau

2.3.1 Loại chạy không chạy theo đường dẫn

- Loại Robot tự hành này có khả năng di chuyển đến bất kỳ vị trí nào trong phạm vi hoạt động Những Robot tự hành này linh hoạt nhờ vào việc sử dụng các cảm biến công nghệ cao để định vị vị trí

- Cụ thể, chúng sử dụng cảm biến con quay (Gyroscope sensor) xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để phát hiện các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, cùng với hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định vị trí hiện tại

- Thiết kế loại Robot này đòi hỏi công nghệ phức tạp và tiên tiến hơn so với các loại Robot vận chuyển tự động khác

2.3.2 Loại chạy theo đường dẫn

Loại này có thể di chuyển theo các đường dẫn được tạo sẵn, bao gồm:

- Đường dẫn từ: Đường dẫn từ là loại đường dẫn có cấu tạo từ dây từ được chôn ngầm dưới nền sàn Khi di chuyển, Robot có thể đi theo đường dẫn này nhờ vào các cảm biến từ Loại đường dẫn này không ảnh hưởng đến mỹ quan của sàn và không gây cản trở cho các hoạt động khác Tuy nhiên, việc sử dụng đường dẫn từ đòi hỏi tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính trong dây, và đường dẫn cố định không thể thay thế được

- Đường ray dẫn: Robot di chuyển trên các ray được lắp đặt sẵn trên mặt sàn Loại này thường chỉ sử dụng trong các hệ thống chuyên dụng, cho phép thiết kế Robot đơn giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao và tính linh hoạt thấp

- Đường băng kẻ trên sàn: Robot di chuyển theo các đường băng kẻ được vẽ sẵn trên sàn thông qua các cảm biến nhận dạng vạch kẻ Loại này có tính linh hoạt cao vì người ta có thể dễ dàng thay đổi đường đi bằng cách vẽ lại các vạch dẫn Tuy nhiên,

10 việc sử dụng đường băng kẻ có thể gặp khó khăn khi vạch dẫn bị bẩn hoặc hư hại, làm cho việc điều khiển Robot không chính xác.

Phân loại kiểu điều hướng của Robot tự hành phục vụ

2.4.1 Điều hướng điện từ, điểm từ

 Phương pháp thực hiện: Đây là một phương pháp điều hướng tương đối truyền thống, thực hiện bằng cách nhúng một dây kim loại trên đường lái của xe được điều khiển tự động Dòng điện tần số thấp và điện áp thấp được tải trên dây kim loại để tạo ra từ trường, sau đó truyền từ trường này qua cảm biến điện từ trên xe Nhận dạng và theo dõi mạnh và yếu cho phép điều hướng, hoàn thành nhiệm vụ bằng cách đọc thẻ RFID được đã nhúng sẵn

 Ưu điểm: Phương pháp hướng dẫn điện từ có ưu điểm chính là dây kim loại được chôn dưới lòng đất (khoảng cách 2cm từ mặt đất), không gây ra sự can thiệp vào âm thanh và ánh sáng, và có chi phí sản xuất thấp Nguyên tắc hướng dẫn đơn giản và đáng tin cậy, đồng thời dây kim loại được che giấu, không dễ bị hỏng

 Nhược điểm: Tuy nhiên, việc đặt dây kim loại có thể phức tạp, không dễ thay đổi và mở rộng đường dẫn Ngoài ra, cảm biến điện từ có thể bị ảnh hưởng bởi các chất sắt từ như kim loại

 Phương pháp thực hiện: Các điểm từ được đặt cách nhau từ 250 đến 500 mm, tạo ra một đường có thể nhìn thấy Robot di chuyển qua các điểm bằng việc điều khiển các cảm biến hiệu ứng hội trường, bộ đếm, bộ mã hóa, cảm biến con quay và các loại bộ mã hóa khác để hiệu chỉnh lại các lỗi góc lái

 Ưu điểm: dễ lắp đặt và có độ chính xác cao (±2 mm)

 Nhược điểm: Tuy nhiên, việc lắp đặt phức tạp hơn so với phương pháp điều hướng dải từ

 Phương pháp thực hiện: Điều hướng dải từ cũng gần như điều hướng điện từ, những dải từ được đặt trên mặt đường thay vì nhúng dây kim loại dưới lòng đất Tín hiệu từ cảm biến dải từ được sử dụng để dẫn hướng Robot

 Ưu điểm: Phương pháp này có độ chính xác cao trong việc định vị Robot Khi thay đổi hoặc mở rộng đường dẫn cũng khá dễ dàng và không đòi hỏi kỹ sư chuyên nghiệp như phương pháp điều hướng điện từ Chi phí thấp và hiệu quả cao Ngoài ra, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, bụi bẩn

 Nhược điểm: Tuy nhiên, băng từ dễ bị hỏng và cần bảo trì liên tục Khi thay đổi đường dẫn yêu cầu việc đặt lại băng từ Robot chỉ có thể di chuyển trên băng từ và không thể thực hiện các phản ứng tránh né thông minh hoặc thay đổi nhiệm vụ trong thời gian thực thông qua hệ thống điều khiển Việc lắp đặt nhiều dải từ trên sàn cũng tạo ra sự phức tạp trong việc quản lý

2.4.3 Điều hướng laser Điều hướng laser bao gồm:

- Điều hướng phản xạ laser: Đây là một phương pháp điều hướng laser chính xác, sử dụng cảm biến phản xạ để quét môi trường xung quanh Robot Thiết bị điều hướng phát các tia laser quay 360 độ, và nhận lại tia laser từ các mục tiêu phản xạ như băng hoặc hình trụ phản chiếu được đặt trong các cấu trúc như cột, tường, hoặc lỗ

 Ưu điểm: Phương pháp này giúp cho Robot lập kế hoạch công việc linh hoạt vì đường đi là không cố định Khả năng định vị chính xác cao, với độ chính xác lên đến ±5 mm Robot có thể di chuyển linh hoạt và nhanh chóng, và thích nghi với

12 nhiều môi trường sử dụng khác nhau Tốc độ di chuyển nhanh lên đến 2m/s Không mất phí bảo trì, chỉ cần giữ cho thiết bị sạch sẽ

 Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao và yêu cầu điều kiện môi trường tương đối phức tạp (ánh sáng bên ngoài, mặt đất phải phẳng, tầm nhìn, v.v.) Thay đổi đường đi của Robot yêu cầu sự can thiệp của kỹ sư chuyên nghiệp, vì vậy chi phí cũng cao Trong các dự án lớn có đường vận chuyển phức tạp, phương pháp này thường hợp lý và hiệu quả

- Điều hướng tự nhiên: Đây cũng là loại điều hướng laser, nhưng nó có thể cảm nhận môi trường xung quanh qua cảm biến laser mà không cần sự trợ giúp của các cấu trúc phản xạ Thông tin về môi trường làm việc được trực tiếp xác định bởi Robot

 Ưu điểm: Đây là một xu hướng mới Có thể dễ dàng lắp đặt, chỉ cần Robot nhận diện bản đồ kho hàng Khá linh hoạt và có thể điều chỉnh đường đi hoặc thay đổi cấu hình của Robot Chi phí không cao, không cần phí bảo trì, và không chiếm diện tích

 Nhược điểm: Hướng đi của Robot có thể bị thay đổi do các yếu tố trong kho hàng, và phương pháp này bị ảnh hưởng nhiều bởi những yếu tố xung quanh Độ chính xác có thể không cao

2.4.4 Điều hướng trực quan (Visual Navigation)

 Phương pháp thực hiện: Sử dụng camera để thu thập hình ảnh xung quanh Robot khi vận hành Phần cứng bao gồm một camera và một môi trường có đủ ánh sáng Máy ảnh chụp môi trường xung quanh Robot và sử dụng thông tin này để thực hiện ánh xạ tự động Sau đó, thông tin thu được so sánh với thông tin đã mã hóa trên bản đồ để định vị và điều khiển cho Robot di chuyển

 Ưu điểm: Phương pháp này có chi phí phần cứng thấp hơn và có khả năng định vị chính xác Camera được sử dụng để thu thập thông tin môi trường, giúp Robot có

13 thể di chuyển dễ dàng trong môi trường phức tạp mà không cần các cấu trúc phản xạ đặc biệt

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.5.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

- Do các ngành khoa học của nước ta hiện đang dừng ở bước bắt đầu hội nhập nên có khá ít đề tài nghiên cứu về Robot tự hành và cũng không được chuyên sâu vào Robot tự hành phục vụ Việc áp dụng, ứng dụng của Robot tự hành ở nước ta nay đang có khá nhiều hạn chế nhưng vẫn đang từng ngày phát triển

Hình 7: Robot phục vụ người cách ly dịch COVID-19 (nguồn: internet)

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

- Với tầm vóc phát triển của các nước hiện đại, lĩnh vực tự động đặc biệt về Robot tự hành phục vụ trên toàn thế giới đã không còn xa lạ Robot tự hành phục vụ đóng góp rất nhiều vào quá trình tự động hóa của cả thế giới

- Chúng đang phát triển mạnh mẽ và dần chiếm được lòng tin của khách hàng từ rất nhiều ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau về y tế, quân sự, nghiên cứu khoa học, đời sống…

Cấu tạo của Robot tự hành phục vụ

 Dòng chạy không theo đường dẫn: Robot tự hành phục vụ là dòng xe tự hành có tính linh hoạt cao nhờ cảm biến quay hồi chuyển đã được định vị vị trí trước Những cảm biến này có nhiệm vụ xác định hướng di chuyển cho phương tiện

 Cảm biến laser cũng được sử dụng để xác định vị trí những vật thể xung quanh trong khi di chuyển Nhờ đó mà Robot có thể di chuyển đến các vị trí trong phạm vi điều khiển

 Dòng chạy theo đường dẫn: Các đường dây dẫn bao gồm vạch màu, đường dây từ, băng từ… Nhờ đó mà dòng xe này sẽ vận hành theo đường này để đến những vị trí đã được xác định sẵn trên bản đồ di chuyển

- Cảm biến phát hiện vật cản:

 Robot tự hành phục vụ có nhiều loại cảm biến được tích hợp bên trong bao gồm: Cảm biến siêu âm, cảm biến laser, cảm biến quang… Tùy theo cấu hình của xe tự hành mà sử dụng loại cảm biến phù hợp để đảm bảo an toàn khi di chuyển

 Cảm biến được chia thành 3 vùng làm việc từ xa đến gần Trong trường hợp vật cản nằm trong 3 vùng này sẽ lần lượt thực hiện những hành động khác nhau gồm: cảnh báo, giảm tốc độ và dừng nhanh nhằm đảm bảo an toàn khi vận hành

- Cảm biến chống va chạm:

 Nhờ bộ phận này mà Robot tự hành phục vụ có khả năng dừng ngay lập tức nếu như bị tác động trong quá trình làm việc

 Loại cảm biến này có chức năng để hạn chế những vấn đề mất an toàn có thể xảy ra khi Robot bị vật thể khác va chạm vào trong quá trình di chuyển

 Đây được xem là bộ phận quan trọng nhất của Robot tự hành Dựa vào tải trọng hàng hóa cần vận chuyển mà thiết bị sẽ được trang bị từ 1-2 driver và động cơ làm việc Điều này tác động trực tiếp đến công suất, dung lượng pin và điện áp động cơ của Robot

- Bộ thu phát sóng từ xa:

 Trong quá trình làm việc, xe sẽ thực hiện việc gửi và nhận dữ liệu về bộ phận quản lý thông qua hệ thống thu phát sóng từ xa

 Điều này giúp nâng cao tính linh hoạt, hoạt động truyền gửi thông tin ở những vị trí khác nhau trong phạm vi phủ sóng của Robot

 Những thiết bị này sẽ bao gồm bộ phận thu phát sóng RF hay wifi Tùy thuộc vào từng dòng máy khác nhau

- Pin và sạc của Robot:

 Hiện pin và sạc của Robot tự hành có nhiều loại khác nhau như: pin Lithium, pin Lithium sắt photphat – LIFE04, ắc quy chì axit, acquy khô… Sạc cũng có nhiều loại khác nhau, người dùng có thể lựa chọn kiểu sạc tự động hoặc sạc bằng tay tùy theo nhu cầu và đặc điểm hệ thống

- Bộ điều khiển trung tâm:

 Bộ phận này được sử dụng để điều khiển Robot tự hành phục vụ chạy độc lập hay kết hợp với nhiều xe khác nhau cũng như giúp xe chạy theo sự quản lý của trung tâm điều hành

 Thiết bị này có vai trò quan trọng trong việc kết nối những điểm mốc như điểm lấy hàng, điểm trả hàng, điểm dừng, rẽ, vị trí sạc…

 Bên cạnh đó, còn giúp trung tâm điều khiển có thể xác định được chính xác vị trí xe trên bản đồ di chuyển của phương tiện

 Giao diện người dùng bao gồm các thiết bị khác nhau như: Màn hình, đèn báo, hệ thống nút nhấn Trong đó, chức năng của từng bộ phận như sau:

 Màn hình: Được sử dụng để cài đặt tham số cho xe tự hành Cũng giúp người dùng có thể quan sát được các thông số như: Tình trạng máy, vị trí xe, trạng thái hoạt động trên bản đồ…

- Nút nhấn và đèn báo:

 Gồm nhiều chi tiết khác nhau như: nút xác nhận hoàn thành công việc, nút dừng khẩn cẩn, đèn báo trạng thái hoạt động của xe, công tắc chuyển mạch Auto/ Manual…

 Gồm nhiều chi tiết khác nhau như khung xe, bánh xe, vỏ xe, …

 Đây là các thông số quan trọng quyết định sự chắc chắn, khả năng vận hành, độ bám dính với mặt đường, độ bền bỉ trong quá trình vận hành của Robot

 Khung là thành phần rất quan trọng của Robot tự hành Vì đây là cơ cấu chứa đựng tất cả các thành phần về chuyển động cũng như phần điều khiển

 Vấn đề thiết kế và chế tạo khung xe ảnh hướng đến sự ổn định, tính linh hoạt của xe Do đó, khi thiết kế yêu cầu cần đảm bảo độ chắc chắn

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Giới thiệu chung

Khi thực hiện một dự án về Robot thì điều quan trọng và không thể thiếu là phần thiết kế cơ khí Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu quy trình nhóm đã thiết kế cơ khí hình thành nên Robot tự hành phục vụ trong nhà hàng Từ nghiên cứu thực tế trải nghiệm người dùng, kiểm nghiệm độ bền hệ thống, tính toán chọn động cơ, mô hình hóa các chi tiết… từ đó thiết kế một mô hình Robot phục vụ nhà hàng hoàn thiện đáp ứng các yêu cầu về thiết kế đã đưa ra.

Yêu cầu kỹ thuật

- Thiết kế của Robot thuận tiện với nhu cầu sử dụng thực tế của khách hàng

- Robot tự hành phục vụ hoạt động ở chế độ: phát hiện và xử lý khi có vật cản, đọc vị trí và điều khiển tới đúng vị trí quầy, bàn ăn mà thực khách ngồi chờ

- Di chuyển trên địa hình bằng phẳng, trong nhà

- Đảm bảo độ chắc chắn và khả năng chịu tải trọng: 25-30 kg (cả trọng lượng Robot)

- Tốc độ tối đa khi ổn định: 36 (m/ph)

- Định hướng di chuyển và giảm rung lắc

- Đảm bảo gọn nhẹ và tính thẩm mỹ.

Nghiên cứu trải nghiệm khách hàng

- Để tối ưu trải nghiệm khách hàng và đảm bảo về mặt thiết kế, thẩm mỹ Nhóm lựa chọn số khay của Robot là 4 khay bao gồm 3 khay chứa thức ăn và 1 khay chứa vật dụng cần thiết (khăn, muỗng, nĩa…)

- Theo khảo sát năm 2020, chiều cao trung bình của người trưởng thành Việt Nam ở nam là 168,1cm và ở nữ là 156,2 cm Bên cạnh đó, chiều cao bàn ăn tiêu chuẩn thông dụng là 75cm và chiều cao từ mặt đất đến ghế ngồi theo tiêu chuẩn thông dụng là 45cm Do đó, nhóm thiết kế độ cao của 3 khay chứa thức ăn lần lượt là 35cm, 60cm,

85cm để phù hợp tầm với tay của khách hàng, và độ cao của màn hình hiển thị là 110cm để phù hợp tầm mắt của khách, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng

- Khảo sát người dùng cho thấy mỗi thực khách trung bình đặt từ 1-3 món ăn trong lần đầu đặt món Vì thế, nhóm thiết kế khay chứa với kích thước 430x400mm để có thể chứa tối đa 3 đĩa thức ăn trên 1 khay trong 1 lần di chuyển.

Lựa chọn cơ cấu dẫn động

- Dẫn động cầu trước (Front-Wheel Drive) là hệ thống sử dụng động cơ truyền lực trực tiếp đến 2 bánh trước để dẫn động

Hình 8: Hệ thống dẫn động cầu trước (nguồn: internet)

 Định hướng chuyển động chính xác

 Sử dụng ít động cơ để truyền động

 Bám đường tốt hơn nhờ trọng lượng động cơ dồn về trước

 Bánh bị hao mòn nhanh do ma sát vì thực hiện nhiều chức năng (dẫn động, định hướng, giảm tốc…)

 Yêu cầu bánh có độ bám tốt

- Dẫn động cầu sau (Rear-Wheel Drive) là hệ thống sử dụng động cơ truyền lực trực tiếp đến 2 bánh sau để dẫn động

Hình 9: Hệ thống dẫn động cầu sau (nguồn: internet)

 Không yêu cầu cao về bánh xe

 Sử dụng ít động cơ để truyền động

 Định hướng chuyển động ít chính xác vì ảnh hưởng bởi 2 bánh trước

- Dẫn động hai cầu (All-Wheel Drive) là hệ thống sử dụng động cơ truyền lực trực tiếp đến cả 2 cầu trước và cầu sau bao gồm cả 4 bánh để dẫn động

Hình 10: Hệ thống dẫn động hai cầu (nguồn: internet)

 Độ chính xác khi điều khiển được tối ưu

 Lập trình điều khiển, kết nối phức tạp

 Sử dụng nhiều động cơ để truyền động do đó giá thành cao

- Dựa vào yếu tố quan trọng là khả năng định hướng chuyển động phải tốt để phù hợp phương án điều khiển dò line, kế đến là thuận tiện thiết kế và giá thành phù hợp Vì thế, nhóm lựa chọn kiểu dẫn động cầu trước làm phương án thiết kế cơ cấu dẫn động

Bánh xe là một trong những thành phần quan trọng trong robot dò đường vì nó có thể lăn trên sàn bê tông mà không bị trượt Bánh xe thường được bọc bằng vật liệu cao su để tăng hiệu quả và ma sát với bề mặt bê tông tốt hơn Các bánh xe đóng một vai trò quan trọng trong chuyển động học tổng thể của robot a) Bánh chủ động

- Bánh chủ động hay dẫn động rất quan trọng vì nó quyết định đến hướng di chuyển, vị trí của xe nên cần được lựa chọn kỹ càng

- Bánh xe được chế tạo bằng nhôm có độ bền cao, vỏ được bọc thêm lớp cao su mềm có nhiều rãnh tạo độ bám cao

 Tải trọng tối đa: 50 kg

Hình 11: Bánh xe chủ động (nguồn: internet) b) Bánh bị động (bánh chuyển hướng, bánh tự lựa)

- Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại bánh xe khác nhau, và thường được sử dụng nhiều nhất là bánh mắt trâu, bánh caster ( bánh tự lựa) Và nhóm em quyết định chọn bánh tự lựa với yêu cầu như kết cấu nhỏ gọn, dẫn hướng tốt, chịu được tải lớn và xử lý nhanh khi vào cua Bánh xe tự lựa được làm bằng thép kết hợp với nhựa PU mang lại những ưu điểm linh hoạt như bánh chủ động

Hình 12: Bánh tự lựa chịu tải (nguồn: internet)

Lựa chọn cơ cấu khung thân Robot

Hình 13: Segway ServeBot S1 với cơ cấu thân một trục (nguồn: internet)

 Thiết kế gọn, linh hoạt

 Kích thước thân phải lớn để chịu tải và giảm rung lắc

 Khó gia công, yêu cầu độ bền vật liệu cao

Hình 14: Pendubot với cơ cấu thân hai trục (nguồn: internet)

 Dễ rung lắc khay đựng thức ăn

Hình 15: Agv với cơ cấu thân bốn trục (nguồn: internet)

 Cơ cấu bền, cân đối, chắc chắn

 Không gian đặt, lấy thức ăn bị hạn chế

- Mỗi loại thân Robot đều có những ưu và nhược điểm khác nhau Do đó để khai thác tối đa các ưu điểm và hạn chế các khuyết điểm của Robot, nhóm thiết kế Robot với phần thân gồm ba trục giúp tối ưu hoá cơ cấu thiết kế phù hợp với nhu cầu sử dụng

Hình 16: Thiết kế Robot với cơ cấu thân ba trục

 Thiết kế gọn, linh hoạt

 Đảm bảo tính thẩm mỹ

Động cơ

3.6.1 Giới thiệu chung về động cơ điện (Motor)

- Khái quát: Động cơ điện, hay còn gọi là Motor, là một thiết bị có khả năng tạo ra chuyển động tương tự như động cơ đốt trong Trong các máy điện, Motor được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ, tạo ra chuyển động

- Nguyên lý hoạt động: Để Motor hoạt động, cần cung cấp dòng điện xoay chiều cho stator của động cơ Dòng điện này chạy qua các dây cuộn ở stato và tạo ra một từ trường quay

- Quá trình hoạt động: Trong quá trình quay, từ trường này sẽ quét qua các thanh dẫn ở roto, tạo ra một điện động cảm ứng Các thanh dẫn, khi chứa dòng điện và nằm trong

27 từ trường, tương tác với nhau trong một mạch đóng, tạo ra một lực điện từ đặt vào các thanh dẫn một cách tự nhiên Tổng hợp của những lực này trong quá trình quay tạo ra một mômen quay trên trục của rotor, khiến cho roto quay theo chiều của từ trường

- Cấu tạo: Mặc dù có nhiều loại động cơ điện khác nhau, nhưng về cơ bản, Motor bao gồm hai bộ phận chính: Phần stato (tĩnh) và phần roto (quay)

- Mã hóa quay, hay còn được gọi là bộ mã hóa trục, là một thiết bị cơ điện có nhiệm vụ chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra analog hoặc digital Nó được sử dụng để xác định tốc độ, hướng di chuyển và vị trí của động cơ bằng cách đếm số vòng quay của trục

- Encoder được chia làm 2 loại:

 Tương đối: có tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ

 Tuyệt đối: sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray

- Cấu tạo thường của Encoder:

 Một đĩa quay có khoét lỗ gắn vào trục động cơ

 Một đèn Led dùng làm nguồn phát sáng

 Một mắt thu quang điện được sắp xếp thẳng hàng

 Bảng mạch điện giúp khuếch đại tín hiệu

Hình 18: Cấu tạo Encoder (nguồn: internet)

- Nguyên lý hoạt động: Trong quá trình hoạt động, bộ xử lý chuyển đổi các chuyển động và thành các tín hiệu điện Các tín hiệu này sau đó được gửi đến các thiết bị điều khiển PLC và được xử lý để thể hiện các giá trị cần đo đạc thông qua các chương trình của người dùng Các tín hiệu này có thể phụ thuộc vào việc có hoặc không có ánh sáng chiếu qua Bằng cách quan sát sự có mặt hoặc vắng mặt của ánh sáng qua các lỗ trên encoder, ta có thể xác định số lần mà ánh sáng bị chặn và từ đó tính toán số xung đếm được

- Các ứng dụng của Encoder trong thực tế:

 Ứng dụng về biểu thị tốc độ

 Ứng dụng về đo lường

 Ứng dụng về đếm số lượng

3.6.3 Tính toán và chọn động cơ dẫn

- Để tính toán được các thông số cần thiết của Robot Nhóm chúng em đã liệt kê ra bảng các thông số yêu cầu và đặt vấn đề giả tưởng lý thuyết ban đầu của Robot được trình bày như sau: m Tổng khối lượng chịu tải 25 kg

𝛍 Hệ số ma sát lăn 0,025 g Gia tốc trọng trường 9,8 m/s 2 a Gia tốc của xe 0,2 m/s 2 v Vận tốc tối đa của xe 0,4 m/s

Bảng 1: Thông số yêu cầu của Robot

Hình 19: Mô hình thiết kế

- Robot có thông số: 430 x 400 x 1050 (mm)

- Bán kính bánh xe: r = 50 mm

- Ước tính tổng trọng lượng Robot: m = 25kg

- Cho tốc độ tối đa robot: v = 0,4 (m/s) = 36 (m/phút)

- Hệ số ma sát bánh xe: 𝜇 = 0,025

- Thời gian để đạt vận tốc tối đa: t = 2s

 Tổng lực tác dụng lên một bánh xe truyền động:

- Xét hợp lực tại bánh xe A

Hình 20: Sơ đồ phân bố lực tại đế

- Xét vật cân bằng:

- Do 2 bánh xe được thiết kế đối xứng: 𝑁 𝐴 = 𝑁 𝐵 (2)

- Áp dụng định luật II Newton

- Số vòng quay của động cơ:

- Công suất cần thiết của động cơ:

- Hiệu suất bộ giảm tốc: 𝜂 3 = 0.95

- Hiệu suất toàn hệ thống:

 Từ thiết kế và kết quả tính toán trên, nhóm chúng em đã tìm ra được loại động cơ phù hợp:

Thông số Giá trị Đơn vị Điện áp 12 V

Hình 22: Bản vẽ chi tiết cụm động cơ Planet

Tính toán kiểm định độ bền cơ cấu

- Kiểm định ứng suất trục động cơ:

Hình 23: Cơ cấu trục động cơ chịu tải từ Robot

Tốc độ qua hộp giảm tốc 320 rpm Đường kính trục 8 mm

Bảng 2: Thông số của động cơ Planet

Hình 24: Phân tích lực tác dụng lên trục động cơ

- Cho tổng khối lượng chịu tải: m = 25kg

- Chiều dài trục động cơ: x = 20mm = 0,02m

- Bán kính trục động cơ: r = 4mm = 0,004m

- Tổng lực tác dụng lên trục động cơ:

- Phương trình cân bằng tĩnh học: ΣY = 0 Y A − 245 = 0 => Y A = 245 (N) Σm B = 0 M − Y A ∗ 0,02 = 0

- Momen quán tính của trục động cơ:

- Ứng suất uốn lớn nhất:

 I: Moment quán tính của vật liệu

 A: Khoảng cách từ trục uốn đến bề mặt cực đại

 Trục động cơ được làm từ thép với ứng suất cho phép là 283MPa

 Với giới hạn bền là 98MPa, ta thấy 𝜎 𝑚𝑎𝑥 < 𝜎 Vậy trục động cơ thoả điều kiện bền.

Mô phỏng kiểm định độ bền cơ cấu

- Bên cạnh việc tính toán bằng số liệu, việc mô phỏng kiểm định độ bền các chi tiết và toàn bộ kết cấu cũng quan trọng không kém Mô phỏng giúp thể hiện trực quan tác động của ngoại lực lên các cơ cấu của Robot giúp kiểm chứng được độ bền, từ đó đưa ra các thay đổi phù hợp trước khi thi công thực tế

- Nhóm sử dụng phần mềm Solidworks Simulation để mô phỏng kiểm định từng cơ cấu chịu tải nhiều nhất và toàn bộ khung cơ cấu của Robot

3.8.1 Mô phỏng kiểm định độ bền khay

- Giả sử mỗi khay đựng chứa tải trọng khoảng 6kg tương đương với tổng lực tác dụng 60N

Hình 25: Mô phỏng ứng suất khay Robot

- Theo mô phỏng, vị trí khay chứa được cố định với phần thân Robot hướng về trước chịu ứng suất uốn lớn nhất tác dụng với độ lớn khoảng 8,3MPa Khay chứa được làm từ vật liệu PMMA có độ bền uốn từ 80MPa đến 120MPa Hoàn toàn đáp ứng được kiều kiện bền của phần khay

Hình 26: Mô phỏng chuyển vị khay Robot

- Với tải trọng 60N, phần khay có chuyển vị lớn nhất tại vị trí mặt trước với chênh lệch 1,72mm Không đáng kể và không làm thay đổi nhiều kết cấu của khay

3.8.2 Mô phỏng kiểm định độ bền trục thân

- Lựa chọn phần trục thân chịu tải trọng lớn nhất để mô phỏng Tại đây, tổng tải trọng phần thân phải chịu khoảng 220N

Hình 27: Mô phỏng ứng suất trục thân Robot

- Theo mô phỏng, ứng suất nén lớn nhất tác dụng lên phần trục thân có độ lớn khoảng 0,52MPa Trong khi đó, trục thân được làm từ nhôm 6063-T5 với độ bền kéo nén từ 130MPa đến 180MPa vượt xa yêu cầu bền của thiết kế Vì thế cơ cấu thân sử dụng thanh nhôm định hình là hoàn toàn cứng vững

Hình 28: Mô phỏng chuyển vị trục thân Robot

- Chuyển vị tại trục thân lớn nhất có độ lớn 0,002mm, hoàn toàn không ảnh hưởng đến kết cấu Robot

3.8.3 Mô phỏng kiểm định độ bền trục động cơ

- Phần động cơ và giá đỡ chịu hầu như toàn bộ tải trọng của Robot khoảng 240N-250N

Hình 29: Mô phỏng ứng suất trục động cơ Robot

Hình 30: Vị trí trục động cơ Robot chịu ứng suất tối đa

- Theo mô phỏng, ứng suất uốn tại vị trí trục động cơ khoảng 122 – 131MPa Trục động cơ làm từ thép cacbon 1023 có ứng suất uốn lớn nhất 283MPa, thoả điều kiện bền và chịu được tải trọng của Robot

Hình 31: Mô phỏng chuyển vị trục động cơ Robot

- Trục động cơ có chuyển vị 0,19mm, không ảnh hưởng nhiều đến kết cấu chung

3.8.4 Mô phỏng kiểm định độ bền toàn cơ cấu Robot

Hình 32: Mô phỏng ứng suất cơ cấu Robot

Hình 33: Ứng suất lớn nhất tại trục động cơ

- Đặt tổng lực 250N phân bố đều lên các khay Vị trí ứng suất lớn nhất của cả Robot là tại vị trí trục động cơ với độ lớn khoảng 135MPa, tương tự độ lớn khi mô phỏng sức bền trục động cơ Toàn bộ cơ cấu khay kết nối trụ đỡ phía trên được phân tán lực ổn định, do đó có ứng suất khá thấp khoảng 13,,5MPa

Hình 34: Mô phỏng chuyển vị cơ cấu Robot

- Chuyển vị lớn nhất tại vị trí khay phía trên cùng, đây là khay không được cố định bởi các trục thân phía bên trên do đó độ chuyển vị khá cao khoảng 8,9mm Điều này gây ảnh hưởng đến độ cứng vững của Robot, tăng khả năng rung lắc nếu các khay chứa tải trọng lớn Tuy nhiên, mô phỏng dựa theo khối lượng ước tính tối đa, trong thực tế khối lượng chứa trên khay khá nhỏ (dưới 20N) vì thế về tổng quan vẫn đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế đưa ra

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN- ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ khối mô hình điều khiển

a/ Khối nguồn: đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của Robot, cung cấp điện áp hoạt động cho toàn bộ mạch điều khiển và cung cấp nguồn cho các động cơ hoạt động Điều này bao gồm cung cấp điện áp ổn định và đủ công suất cho các linh kiện điện tử như vi điều khiển, cảm biến và mạch điện khác, đồng thời cung cấp nguồn điện đủ mạnh cho các động cơ để thực hiện các chức năng di chuyển và vận hành của Robot Đặc biệt, khối nguồn cần được thiết kế để đảm bảo ổn định và an toàn trong quá trình hoạt động của Robot

41 b/ Khối ổn áp: nhằm giảm áp đầu vào là Pin để cung cấp cho vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi hoạt động ở áp- dòng thấp c/ Khối ngoại vi: xác định vị trí làm việc và hướng di chuyển của robot d/ Khối điều khiển: xử lý tín hiệu và điều khiển các cảm biến, động cơ… e/ Khối công suất: chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện có đủ công suất và ổn định cho động cơ f/ Khối động cơ: nhận tín hiệu từ cầu H cấp vào và chuyển động

Chọn nguồn cho robot

- Dung lượng nguồn càng lớn càng tốt để đảm bảo thời gian sử dụng của Robot Nguồn phải được dùng nhiều lần thông qua sạc để sử dụng tiếp Qua đó nhóm em chọn nguồn thích hợp cho robot là PIN 5 CELL với công suất 60W-21V-16A

Hình 36: Pin 5 Cell cho Robot

Khối ổn áp

- Mạch ổn áp 5V-5A WH-468 có thiết kế nhỏ gọn, hiệu suất cao tích hợp sẵn domino gắn dây để dễ dàng kết nối, điều chỉnh theo yêu cầu Với giá thành thấp nhất trong nhiều module hạ áp WH-468 là lựa chọn tối ưu của nhiều dự án

- Ứng dụng: chia nguồn, hạ áp để cấp vào các thiết bị ngoại vi yêu cầu điện áp thấp hơn như cảm biến siêu âm, cảm biến quang, cảm biến dò line, led, còi báo và 2 module MCU ESP32, Arduino UNO R3

- Thông số kỹ thuật WH-468:

 Điện áp đầu vào: 9~35VDC

 Điện áp đầu ra: 5VDC

Hình 1 Modul ổn áp 5V-5A WH-468

Mạch công suất và điều khiển động cơ

- Mạch điều khiển động cơ DC Motor Driver XY-160D được sử dụng để điều khiển

2 động cơ DC với công suất tối đa 160W mỗi động cơ (nếu chạy liên tục thì nên giới hạn ở mức 70% công suất tối đa theo thông số nhà sản xuất), mạch được thiết kế chuẩn công nghiệp sử dụng IC Driver bằng MOSFET hiệu suất cao, tích hợp Opto cách ly và các thiết kế chống nhiễu TVS, ESD

Hình 38: Mạch công suất Motor Driver XY-160D

 Điện áp đầu vào : 6,5~27VDC (Nên kết nối cầu chì 15A nối tiếp với đầu nối nguồn)

 Đầu vào cách ly bộ ghép tín hiệu có thể điều khiển trực tiếp bằng cổng IO mà không bị nhiễu

- Đây là một module điều khiển động cơ DC kép cấu hình cực nhỏ cho các dự án hạn chế không gian, có khả năng cung cấp công suất cao lên tới 7A trên mỗi kênh đầu ra Nó sử dụng các chân điều khiển logic tương tự như module mạch cầu H L298, với

3 chân tín hiệu ENABLE, IN1, IN2

- Phần động lực của module là các IC MOSFET công suất cao, với sự cách ly giữa phần động lực và phần điều khiển logic được cách ly bởi optocoupler (cách ly quang) để bảo vệ tối đa không gây hư hỏng các linh kiện trong hệ thống, cũng như các xung điện gây nhiễu cho hệ thống logic như: Arduino, MCU, ESP

- Có khả năng logic ở cả 2 mức điện áp: 5V và 3,3V (tức là vẫn sử dụng được cho các hệ thống điều khiển logic 3,3V)

 Điện áp cấp lên đến 27VDC

 Tổng Dòng DC chịu đựng lên đến 7A

 Chức năng bảo vệ quá nhiệt

 Điện áp logic ‘0’ từ 1,5V trở xuống (lề miễn nhiễu lớn)

Bảng 3: Chức năng các chân

Khối vi điều khiển

4.5.1 Giới thiệu tổng quan về module MCU ESP32

- ESP32 là một loại vi điều khiển có giá thành rẻ, tiết kiệm năng lượng, và được trạng bị tính năng hỗ trợ WiFi và Bluetooth chế độ kép (dual-mode Bluetooth) Dòng vi điều khiển này sử dụng bộ vi xử lý Tensilica Xtensa LX6, có sẵn ở cả biến thể lõi kép và lõi đơn Nó tích hợp các phần cứng như công tắc anten, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng

- ESP32 được phát triển và sản xuất bởi Espressif Systems, một công ty có trụ sở tại Thượng Hải, Trung Quốc Sản phẩm này được sản xuất bằng công nghệ 40 nm của

TSMC ESP32 là một bước tiến từ vi điều khiển trước đó của Espressif Systems, ESP8266

 Cấu hình, thông số kỹ thuật của ESP32: a) CPU

 CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor

 Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240MHz

 Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40 MHz → 80MHz (tùy chỉnh)

 520Kb SRAM liền chip, trong đó bao gồm 8Kb RAM RTC tốc độ cao và 8Kb RAM RTC tốc độ thấp (chế độ DeepSleep) b) Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây

 Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE c) Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp

 8-bit DACs (digital to analog) 2 cổng

 SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH)

 SD card /SDIO/MMC host

 Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support

 Băm xung PWM (tất cả các chân)

 Ultra low power analog Preamplifier d) Cảm biến tích hợp trên chip esp32

 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

 1 cảm biến đo nhiệt độ

 Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau e) Bảo mật

 IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI

 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers

 Cryptographic Hardware Acceleration: AES, SHA-2, RSA, ECC, RNG f) Nguồn điện hoạt động

Hình 39: Module vi điều khiển ESP32

Hình 40: Sơ đồ chân kết nối module ESP32

4.5.2 Giới thiệu tổng quan về module Arduino UNO R3

- Arduino Uno R3 đã trở nên rất phổ biến tại Việt Nam và trên toàn thế giới Sức mạnh của nó ngày càng được chứng minh qua thời gian với một loạt các ứng dụng mở độc đáo được chia sẻ rộng rãi Bạn có thể sử dụng Arduino Uno R3 cho các mạch đơn giản như mạch cảm biến ánh sáng để bật tắt đèn hoặc mạch điều khiển động cơ Ngoài ra, bạn cũng có thể áp dụng nó vào các sản phẩm phức tạp hơn như máy in 3D, robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái và nhiều ứng dụng lớn khác

- Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit mega AVR của Atmel, với hai chip phổ biến là ATmega328 và ATmega2560 Các vi xử lý này cho phép bạn lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp nhờ vào cấu hình mạnh mẽ với các bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O, nhiều trong số đó có khả năng xuất tín hiệu PWM, cũng như các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

 Cấu hình, thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3: a) Các chân năng lượng

 GND (Ground): cực âm của Arduino Uno Dùng chung khi có nhiều nguồn điện riêng biệt

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài vào cho Arduino UNO

Vi điều khiển ATmega328 họ 8 bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

 IOREF: điện áp mà các bộ vi xử lý và các module ngoại vi trên Arduino Uno sử dụng làm tham chiếu cho các mức tín hiệu và nguồn cung cấp.Điều này giúp đảm bảo rằng các module ngoại vi hoạt động ổn định và chính xác dưới điện áp cung cấp bởi Arduino Uno

 RESET: dùng để reset Arduino, khi đó chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ b) Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 có các thông số bộ nhớ như sau:

 32KB bộ nhớ Flash: Lưu trữ các đoạn lệnh bạn lập trình Thường có khoảng vài

KB được dùng cho bootloader nhưng đối với phần lớn ứng dụng, không cần quá 20KB bộ nhớ này

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): Lưu trữ giá trị của các biến khi chương trình đang chạy Mặc dù bạn khai báo nhiều biến hơn, nhưng thường không cần phải quan tâm đến bộ nhớ SRAM Dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất khi mất điện

 1KB cho EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Dùng để lưu trữ dữ liệu không bị mất khi mất điện, tương tự như một ổ cứng mini c) Các cổng vào/ra

 2 chân Serial (RX và TX): Dùng để truyền và nhận dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với nhau hoặc các vi điều khiển khác thông qua 2 chân này

 Chân PWM (~): Chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11 cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8-bit Bạn có thể điều chỉnh điện áp ra ở chân này từ 0V đến 5V

 Chân giao tiếp SPI (SS, MOSI, MISO, SCK): Sử dụng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: Một đèn LED màu cam được nối với chân số 13 Thường nhấp nháy khi bấm nút Reset để báo hiệu

Hình 41: Module vi điều khiển Arduino UNO R3

Hình 42: Sơ đồ chân kết nối module Arduino UNO R3

Khối ngoại vi

- Cảm biến siêu âm HC-SR04 có chức năng đo khoảng cách từ cảm biến đến các vật thể bằng cách sử dụng sóng siêu âm Đây là một cảm biến có thời gian phản hồi nhanh và độ chính xác cao, thích hợp cho các ứng dụng phát hiện vật cản và đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

- Cảm biến siêu âm HC-SR04 có hai cặp chân chính là Echo và Trigger được sử dụng để phát và nhận tín hiệu Cảm biến này được tích hợp sẵn với nhiều bộ thư viện và mã mẫu cho Arduino, giúp việc lập trình và sử dụng trở nên dễ dàng

- Quá trình hoạt động của cảm biến bắt đầu bằng việc phát ra sóng siêu âm với tần số 40kHz Nếu có vật cản trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ và trở về module cảm biến Việc đo khoảng thời gian từ lúc phát đến lúc nhận lại sóng phản xạ, ta có thể tính được khoảng cách đến vật cản

 Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật:

- Gửi tín hiệu mức HIGH trong 10us để kích hoạt cảm biến

- Sau đó, module sẽ truyền đi 8 xung vuông 40 KHz và chờ tín hiệu xung được phản xạ về

- Nếu nhận được tín hiệu phản xạ cảm biến sẽ đưa về tín hiệu mức cao và tính khoảng thời gian từ lúc phát xung đến khi nhận về ta sẽ tính ra được khoảng cách đến vật thể đã làm sóng siêu âm phản xạ về

 Điện áp làm việc: 5VDC-15mA

 Khoảng cách phát hiện: 2cm – 4m

 Góc cảm biến: Không quá 15 độ

 Độ chính xác cao: Lên đến 3mm Hình 43: Cảm biến siêu âm

 Tín hiệu đầu ra: xung mức cao 5V- thấp 0V

 Chế độ kết nối: VCC – nguồn dương, Trig, Echo, GND

4.6.2 Cảm biến hồng ngoại vật cản

- Cảm biến vật cản hồng ngoại IR Infrared Obstacle Avoidance hoạt động dựa trên nguyên lý của ánh sáng hồng ngoại Khi có vật cản nằm trong phạm vi của cảm biến, ánh sáng hồng ngoại được phát ra sẽ bị phản xạ lại bởi vật cản và được cảm biến thu lại Dựa trên sự phản xạ này, cảm biến có thể nhận biết sự có mặt của vật cản

 Các đặc điểm của cảm biến vật cản hồng ngoại IR:

- Đơn giản trong cách sử dụng: Cảm biến này có cách sử dụng đơn giản, chỉ cần điều chỉnh biến trở để thiết lập khoảng cách nhận biết vật cản mong muốn

- Ngõ ra dạng Digital: Cảm biến cung cấp đầu ra dưới dạng tín hiệu kỹ thuật số, giúp dễ dàng giao tiếp và lập trình với vi điều khiển như Arduino hoặc Raspberry Pi

- Thích hợp cho nhiều ứng dụng: Cảm biến này thích hợp cho các ứng dụng như robot tránh vật cản, hệ thống báo trộm, mô hình cửa tự động và các ứng dụng khác có liên quan đến việc phát hiện vật cản

 Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật:

- Thích nghi với môi trường: Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường xung quanh và có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại

- Phát hiện vật cản: Khi có vật cản, ánh sáng hồng ngoại phản xạ và được thu lại, sau đó so sánh để xác định có vật cản hay không

- Đầu ra tín hiệu: Nếu có vật cản, đèn màu xanh sẽ sáng lên và cảm biến xuất ra một tín hiệu số đầu ra (mức tín hiệu thấp)

 Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC

 Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt

 Tích hợp biến trở chỉnh khoảng cách

- Module cảm biến dò line thanh 5 led TCRT5000 được thiết kế dùng để phát hiện line đen và line trắng Trên thanh cảm biến có 5 cảm biến hồng ngoại xếp thẳng hàng hướng xuống đất nhằm phát hiện line,phát hiện được độ tương phản của các màu sắc khác nhau như đen và trắng Tín hiệu ngõ ra có cả dạng tương tự và dạng số dễ dàng lựa chọn cho việc xử lý

 Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật:

 Kiểu đầu ra: Digital Signal

 Khoảng cách đo: 1cm - 1.5cm

- Chất lượng tốt, tuổi thọ cao, hiệu suất ổn định và có kích thước nhỏ gọn là những yếu tố quan trọng khi xem xét thiết kế

Hình 44: Cảm biến hồng ngoại

Hình 45: Cảm biến dò line TCRT5000

 Dòng điện tiêu thụ: 80 dB

 Nhiệt độ hoạt động: -20 °C đến +70 °C

 Kích thước: Đường kính 12mm, cao 9,7mm

- Màn hình LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, hiển thị 2 dòng với mỗi dòng

16 ký tự, màn hình có độ bền cao và dễ dàng sử dụng hơn khi sử dụng mạch chuyển tiếp I2C

 Điện áp hoạt động là 5V

 Chữ trắng, nền xanh dương

 Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

 Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật Để biết thêm thông tin chi tiết, bạn có thể xem tài liệu kỹ thuật HD44780

 Khoảng cách giữa hai chân là 0.1 inch tiện dụng

 Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình hỗ trợ việc kết nối, cắm dây

 Có đèn led nền, sử dụng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng

Hệ thống điều khiển Web Server

- Web Server hay máy chủ web là một máy tính cài đặt các chương trình phục vụ các ứng dụng web Web Server tiếp nhận request từ các trình duyệt web và gửi phản hồi đến Client qua HTTP hoặc các giao thức khác

- Khi có một trang web trên internet, nghĩa là chúng ta đang yêu cầu trang đó từ Web Server

- Khi bạn nhập URL trên trình duyệt (web browser) như chrome, firefox thực chất nó sẽ làm các bước sau:

 Trình duyệt gửi request từ một hoặc nhiều máy chủ DNS (qua internet) Máy chủ sẽ cho trình duyệt biết địa chỉ IP đến cũng là nơi đặt trang web

 Máy chủ DNS sẽ chuyển hướng trình duyệt sang địa chỉ IP của máy chủ ứng với tên miền đó

 Máy chủ phản hồi cho trình duyệt những thông tin được yêu cầu: Thông thường đó là một trang HTML

 Trình duyệt render các file html, css, js… mà máy chủ truyền về thành một website hiển thị lên máy tính cho người dùng sử dụng

 Các chế độ kết nối, truy cập:

- Access Point hay điểm truy cập, còn được gọi là Hotspot là thiết bị phát sóng Wifi, cung cấp khả năng kết nối giữa các máy trạm (Station) với nó và các máy trạm với nhau Sau đó kết nối với Internet thông qua mạng có dây

- Ví dụ: Trong gia đình cục Router wifi chính là một Access Point, nó cho phép chúng ta kết nối máy tính, điện thoại … thông qua mạng wifi và từ đó kết nối với internet

- Ở chế độ STA, ESP32 nhận IP từ router mà nó được kết nối Với địa chỉ IP này, nó có thể thiết lập một Web Server và cung cấp các trang web đến tất cả các thiết bị được kết nối trong mạng WiFi hiện có Đoạn code đơn giản để kết nối Wi-Fi cho ESP32

4.7.2 Thiết kế giao diện hệ thống điều khiển robot Web Server

Giao diện điều khiển gồm:

- Trên cùng là thanh địa chỉ IP để đăng nhập vào điều khiển robot

- Các nút chọn bàn, từ bàn 1 tới bàn 6 cho từng khay

- Nút nhấn bắt đầu, dừng và reset lại robot

- Bảng TABLE’S ORDER hiển thị thông tin số bàn trên từng khay đã được chọn trước đó

Hình 50: Giao diện Web Server trên máy tính

Lưu đồ giải thuật

- Hoạt động của robot được điều khiển và giám sát thông qua cảm biến và bộ vi xử lý quyết định

- Để hoạt động chính xác cần xây dựng giải thuật điều khiển cho vận tốc của động cơ để chạy tốt hơn, nhưng do điều khiển bằng hệ thống cảm biến thông minh và cần độ

Hình 49: Giao diện Web Server trên điện thoại

59 chính xác cao khi robot chạy thẳng hay cua cao nên ta cần xuất xung cho động cơ chạy phù hợp và đảm bảo tính ổn định khi di chuyển

4.8.1 Lưu đồ điều khiển chính cho ESP32

- Đầu tiên ESP32 sẽ đọc xem có dữ liệu từ Arduino gửi qua hay không, tiếp theo sẽ đo khoảng cách vật cản từ 4 con cảm biến siêu âm HC-SR04 (3 con cảm biến đặt phía trước với 1 góc thẳng và 2 góc xiên qua 2 bên và 1 con đặt đằng sau Robot)

Hình 51: Lưu đồ giải thuật điều khiển ESP32

- Khi tính được khoảng cách vật cản thì sẽ gửi dữ liệu qua cho Arduino điều khiển động cơ cho dừng hoặc cho đi tiếp, nếu khoảng cách nhỏ hơn giá trị cho phép thì ESP32 sẽ báo động bằng loa và cho đèn led màu đỏ sang

- Sau đó ESP32 sẽ kết nối Web Server bằng Wifi và cho hiển thị địa chỉ IP trên LCD1602 để cho Client truy cập vào để chọn số bàn a, b và c cho từng khay, sau đó bấm nút Start để gửi số bàn đó qua cho Arduino để điều khiển vị trí

- Nếu mà nhấn nút Reset trên màn hình thì các biến chọn số bàn cho từng khay và giá trị Start sẽ được cho về bằng 0, sau đó sẽ thực hiện lại từ đầu

Lưu ý: Nếu muốn dừng khẩn cấp thì nhấn nút Stop

4.8.2 Hàm nhận dữ liệu từ Arduino qua ESP32

Khi Arduino gửi qua các giá trị như “led” hoặc “Reset_end”, ESP32 sẽ xử lý như sau:

- “led” sẽ chớp tắt đèn led và báo động loa cho khay 1, 2 hoặc 3 khi nhận giá trị tương ứng mà Robot đã đến vị trí bàn của từng khay đó để khách hàng có thể dễ nhận biết được món ăn của mình nằm ở trên khay nào

Hình 52: Lưu đồ giải thuật nhận dữ liệu từ Arduino qua ESP32

- “Reset_end” bằng 1 khi Robot đã phục vụ xong và đi về vị trí ban đầu, thì sẽ tự động cho các biến như khay1, khay2, khay3, Start về bằng 0 và đợi quy trình phục vụ tiếp theo

4.8.3 Lưu đồ điều khiển chính cho Arduino

- Arduino sẽ đợi dữ liệu từ ESP32 gửi qua để chọn vị trí bàn để điều khiển

- Kiểm tra biến run xem có cho phép Robot di chuyển chưa, nếu bằng 1 thì thực hiện hàm dò line để điều khiển Robot đến vị trí bàn để phục vụ và cho quay về

4.8.4 Lưu đồ hàm nhận dữ liệu từ ESP32 qua Arduino

Hình 53: Lưu đồ giải thuật điều khiển Arduino

- Arduino sẽ nhận được giá trị Distance và so sánh với threshold, nếu Distance nhỏ hơn threshold nghĩa là có vật cản thì sẽ đặt biến run = 0 và ngược lại để điều khiển Robot có cho di chuyển hay không

- Khi không có vật cản thì kiểm tra tiếp biến “Start” có bằng 1 chưa để bắt đầu thực hiện hàm vị trí bàn

4.8.5 Lưu đồ điều khiển dò line sử dụng PID tốc độ (follow_line)

Hình 54: Lưu đồ giải thuật nhận dữ liệu từ ESP32 qua Arduino

Hình 55: Lưu đồ giải thuật điều khiển dò line sử dụng PID

- Arduino sẽ đọc 5 cảm biến dò line và tính toán như sau: Đặt biến “bentrai” bằng tổng giá trị 3 cảm biến thứ 1, 2 và 3, biến “benphai” bằng tổng giá trị 3 cảm biến 3, 4 và 5 (khi cảm biến nhận line màu đen thì bằng 1 và ngược lại) và sẽ có những trường hợp sau:

 TH1: Nếu cả 5 cảm biến bằng 0 (trượt ra khỏi line đen) thì sẽ điều khiển Robot lùi lại cho tới khi cảm biến ở giữa (cảm biến số 3) nhận được line đen thì tiếp tục di chuyển

 TH2: Nếu cả 5 cảm biến bằng 1 nghĩa là đang nằm ở ngã tư (bentrai = 3 và benphai

= 3) thì cho dừng lại và xử lý theo từng ngã tư theo vị trí đang muốn di chuyển tới

 TH3: Nếu nằm ngoài 2 trường hợp trên thì sẽ đặt biến “giatrilech” bằng “benphai” trừ “bentrai”, nghĩa là Robot đang di chuyển trên đường line đen và cho đi thẳng nếu “giatrilech” bằng 0, còn nếu Robot bị nghiêng sang bên phải (giatrilech < 0 vì bên phải nằm ngoài line cảm biến bên phải bằng 0) thì sẽ tăng tốc bánh phải lên để đi thẳng lại, và ngược lại nếu nghiêng bên trái thì sẽ tăng tốc bánh bên trái lên

- Khi có chọn được tốc độ cho mỗi bánh xe trong mỗi trường hợp rồi thì sẽ đưa vào hàm PID tốc độ để điều khiển động cơ bằng tính sai số giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế đo được từ Encoder

 Các biến tính PID và thông số PID:

- Số xung đếm được của 2 động cơ: xung1, xung2

- Tốc độ 2 động cơ: tocdo1, tocdo2

- Tốc độ đặt ban đầu: Tocdodat

- Sai số trước: E1_prev, E2_prev

- Hệ số tính PID cho động cơ 1: alpha1, beta1, gammma1, Kp1, Kd1, Ki1

- Hệ số tính PID cho động cơ 2: alpha2, beta2, gammma2, Kp2, Kd2, Ki2

- Tốc độ tính được từ sai số: Output1, Output2

- Tốc độ tính được từ sai số trước: LastOutput1, LastOutput2

- Sử dụng ngắt xung cạnh xuống để đếm xung cho 2 động cơ:

- Quy đổi từ số xung đếm đươc sang tốc độ (vòng/phút):

 Với động cơ Encoder 12 xung và tỷ số truyền qua hộp giảm tốc là 19.2, ta có số xung trên 1 vòng qua hộp giảm tốc: 12 x 19.2 = 230.4 (xung/vòng)

- Sau đó đặt lại xung bằng 0 để tiếp tục tính cho mẫu tiếp theo:

- Tính sai số cho tốc độ (speeda, speedb là tốc độ đặt cho 2 động cơ):

- Từ đó tính các hệ số PID và chọn thông số cho từng động cơ theo nhiều lần thử nghiệm để có được thông số tốt nhất:

Thông số cho động cơ thứ 1:

 Output1 = (alpha1 * E1 + beta1 * E1_prev + gammma1 * E1_prev + 2 * T * LastOutput1) / (2 * T);

Thông số cho động cơ thứ 2:

 Output2 = (alpha2 * E2 + beta2 * E2_prev + gammma2 * E2_prev + 2 * T * LastOutput2) / (2 * T)

- Sau nhiều lần thử nghiệm thì chọn được thông số PID ổn nhất như sau:

4.8.6 Lưu đồ điều khiển vị trí bàn (Table_pos)

Hình 56: Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí bàn

- Khi Arduino nhận được giá trị “Start” = 1, thì sẽ vào hàm vị trí bàn để kiểm tra các biến như sau:

 Nếu khay1 > 0, kiểm tra xem trên khay có món ăn chưa, nếu có thì cho di chuyển đến bàn thứ a đã chọn và đặt biến led khay bằng 1, khi đã đến bàn thứ a thì Robot dừng lại đợi khách lấy món ra

THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Phương pháp đánh giá

- Robot đã được thiết kế hoàn thiện đầy đủ chức năng đáp ứng ý tưởng và yêu cầu kỹ thuật đặt ra ban đầu Mặc dù đã cố gắng tìm kiếm, nhóm vẫn chưa thể đưa Robot vào hoạt động tại môi trường nhà hàng và phục vụ cho các thực khách thực tế, nên không thể đưa ra các phương pháp đánh giá sát với môi trường thực tế sử dụng nhất Vì thế, nhóm quyết định đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật dựa vào phương pháp so sánh với các thông số từ yêu cầu thiết kế ban đầu và đánh giá các tiêu chí trải nghiệm bằng cách mời các tình nguyện viên sử dụng thay thế các thực khách trong nhà hàng và tiến hành khảo sát.

Nhận xét và đánh giá thực nghiệm Robot

- Thông qua điều khiển lập trình có thể truy xuất được số xung thực tế của động cơ, từ đó tính ra vận tốc của Robot Sau đó, tính được gia tốc của Robot khi tăng tốc từ trạng thái nghỉ (v = 0 m/s) sang trạng thái đạt tốc độ tối đa ổn định là 0,4 m/s như sau:

Thời gian đạt vận tốc ổn định (s)

Gia tốc (𝒎/𝒔 𝟐 ) Chênh lệch gia tốc so với lý thuyết (𝒎/𝒔 𝟐 )

Bảng 4 Khảo sát gia tốc của Robot khi tăng tốc đến vận tốc ổn định

- Tương tự, dưới đây là gia tốc của Robot khi giảm tốc từ tốc độ ổn định khoảng 0,4 m/s đến trạng thái dừng (v = 0 m/s):

Thời gian giảm tốc đến khi dừng (s)

Gia tốc (𝒎/𝒔 𝟐 ) Chênh lệch gia tốc so với lý thuyết (𝒎/𝒔 𝟐 )

Bảng 5 Khảo sát gia tốc của Robot khi giảm tốc từ vận tốc ổn định đến khi dừng

- Vì không thể thực nghiệm trong môi trường nhà hàng thực tế, nhóm thiết kế đường line mô phỏng với kích thước 4x2m, cách Home một khoảng 1,5m Sau đó, cho Robot di chuyển quãng đường dài nhất tương ứng bàn 1 => bàn 5 => bàn 6 Đo được các giá trị thời gian như sau:

Thời gian về lại Home

Bảng 6 Khảo sát thời gian Robot di chuyển đến các bàn để giao món ăn

- Qua thực nghiệm có thể thấy, thời gian đến bàn 5, bàn 6, và trở về Home bị ảnh hưởng bởi thời gian chờ khách hàng lấy món ăn và thời gian Robot dừng lại khi gặp vật cản.

Nhận xét và đánh giá điều khiển, phục vụ

- Nhóm tiến hành cho 5 tình nguyện viên đóng vai nhân viên và thực hiện thao tác kết nối địa chỉ IP, chọn món và điều khiển chạy trên màn hình và ghi lại kết quả thời gian thao tác, cũng như đánh giá các tiêu chí khác trên thang điểm 10, như sau:

Thời gian thao tác lần 1 (s)

Thời gian thao tác lần 2 (s)

Thao tác dễ dàng (điểm)

Bảng 7 Khảo sát nhân viên

- Có thể thấy sau lần đầu thao tác, các nhân viên ngay lập tức nắm được cách vận hành và thời gian thao tác cũng được rút ngắn Các tiêu chí về tính thẩm mĩ sự thuận tiện của giao diện cũng được đánh giá cao

- Để đánh giá chất lượng phục vụ, nhóm mời 10 tình nguyện viên tham gia quá trình Robot chạy phục vụ và đánh giá các tiêu chí trên thang điểm 10, như sau:

Thuận tiện lấy món (điểm)

Thao tác dễ dàng (điểm) Độ hài lòng chung (điểm)

Bảng 8 Khảo sát thực khách

- Qua đó có thể thấy, Robot rất thuận tiện để khách hàng lấy món ăn do phạm vi thao tác lớn Tuy nhiên, cần cải thiện nhiều về mặt thẩm mĩ chung

GIA CÔNG LẮP ĐẶT HOÀN THIỆN ROBOT

Gia công lắp đặt cơ khí

 Lắp đặt hệ thống khung, vỏ đế Robot:

- Khung nhôm định hình và tấm đế là hai bộ phận tạo nên hệ thống khung Tấm đế của Robot được làm bằng inox 304 gia công cơ khí chính xác, lắp đặt đơn giản mà vẫn đảm bảo độ cứng vững và chịu tải trọng cho toàn bộ Robot

- Khung được cấu tạo từ các thanh nhôm định hình gắn cố định liên kết với nhau bằng gá L và tán keo chồng lên nhau theo chiều dọc giúp chống giảm rung lắc trong quá trình hoạt động

Hình 57: Hệ thống khung vỏ

 Lắp đặt khay đựng thức ăn và giá đỡ màn hình hiển thị:

Hình 58: Khay đựng thức ăn và giá đỡ màn hình

- Khay đựng thức ăn của Robot được thiết kế bằng nhựa mica với 3 tấm khay với kích thước 400x430x5 mm, giúp đảm bảo độ cứng vững và không xảy ra hiện tượng rung lắc, biến dạng trong quá trình Robot hoạt động, những khay mica được cắt bằng máy laser giúp đảm bảo được độ chính xác khi lắp đặt và đảm bảo về mặt thẩm mỹ cho Robot, cùng với việc giá thành phù hợp và dễ vệ sinh khi thức ăn đổ lên

- Giá đỡ màn hình cũng được thiết kế bằng nhựa mica dày 2mm, dùng để đỡ màn hình như điện thoại, tablet, ipad…hiển thị thông tin số khay tương ứng với số bàn mà thực khách đang ngồi.

Lắp đặt hệ thống điện

Quy trình lắp đặt hệ thống điện được diễn ra theo các trình tự sau:

- Thiết kế hệ thống đường dây điện trên ứng dụng Proteus, Cade Simu

- Sau khi chuẩn bị thiết bị đầy đủ, tiến hành đấu nối dây điện các thiết bị Quy trình đấu nối phải đảm bảo về mặt an toàn điện và thẩm mỹ

- Lựa chọn bảng điện là tấm nhựa mica có kích thước phù hợp nhằm cách điện và tránh chập cháy giữa các thiết bị điện, đảm bảo được sự ngăn nắp gọn gàng và đi dây đúng quy trình

- Khoan và đấu nối công tắc, cảm biến, đèn báo trên mặt vỏ đế Robot

Hình 59: Bảng nhựa đấu nối thiết bị điện

Thiết kế hệ thống giao diện làm việc của hệ thống

Giao diện làm việc của hệ thống bao gồm:

1 Thanh địa chỉ IP: truy cập vào hệ thống Web Server ESP32

2 Bảng chọn bàn cho từng khay: dựa theo quan sát thực tế vị trí ngồi khách hàng ở bàn nào, chọn lên hệ thống số bàn tương ứng ở khay đó theo thứ tự lần lượt 3 khay

3 Bảng điều khiển: chọn lệnh điều khiển cho Robot bắt đầu hoặc dừng chạy và reset hệ thống trở về ban đầu

4 Bảng Table’s Order: hiển thị thông tin lên màn hình trên cùng Robot sau khi Robot bắt đầu chạy, nhằm thông báo số khay mà tương ứng số bàn thực khách đang ngồi, để thực khách lấy đồ ăn cho chính xác, tránh xảy ra tình trạng nhầm lẫn

Hình 60: Hệ thống điều khiển Web Server

Kết quả lắp đặt hoàn thiện

- Robot được lắp đặt và thi công đạt được kết quả đã hoàn thành được hết phần ý tưởng thiết kế cơ khí ban đầu của nhóm Kết quả nhìn chung thì Robot hoạt động ổn định, hiện tượng lỗi ít xảy ra và không phát ra tiếng kêu lớn khi hệ thống vận hành

- Về phần khung trục của thiết kế Robot, do lựa chọn vật liệu khay đựng là mica và chưa tối ưu thiết kế trục khung nên dẫn đến rung lắc nhẹ và chưa chắc chắn hoàn toàn

- Khi di chuyển do sử dụng tấm bạt làm đường line dẫn chưa tối ưu được phẳng bề mặt và cảm biến dò line còn bị nhiễu ánh sáng mạnh nên có thể xảy ra sai số về vị trí lúc chạy thực nghiệm trong phạm vi chấp nhận được

- Hệ thống Web Serser hoạt động ổn định và đáp ứng được nhu cầu sử dụng thực tế

Hệ thống bánh xe Robot hoạt động ổn định, không có hiện tượng trượt bánh hay hay bị kẹt trong quá trình Robot vận hành

Hình 61: Mô hình hoàn thiện thực tế