Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT TUẦN TRA, GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO TRONG KHÔNG GIAN HẠN CHẾ Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại và sự phát triển không ngừng của

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ - kỹ thuật và nhu cầu ngày càng cao về an ninh, an toàn, việc ứng dụng mobile robot trong công tác tuần tra các khu vực hạn chế đã trở thành một xu hướng tất yếu Những robot tuần tra này không chỉ giúp tăng cường hiệu quả giám sát mà còn giảm thiểu rủi ro cho con người khi tiếp cận những không gian, khu vực nguy hiểm

Một trong những lý do quan trọng nhất khiến việc nghiên cứu và triển khai mobile robot tuần tra trở nên cấp thiết là nhu cầu về an ninh và an toàn Các khu vực hạn chế tối đa sự hiện diện của con người các văn phòng, nhà máy, xí nghiệp có môi trường làm việc nguy hiểm, các nhà máy hóa chất, hạt nhân, hoặc các cơ sở hạ tầng cần đòi hỏi tính bảo mật cao luôn tiềm ẩn nhiều nguy cơ về an ninh Việc sử dụng robot tuần tra giúp giảm thiểu rủi ro cho con người Hơn nữa, các robot tuần tra giám sát có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, từ đó tối ưu hóa quy trình giám sát và phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn Sự đầu tư ban đầu vào công nghệ robot có thể tốn kém, nhưng lợi ích kinh tế lâu dài là rất rõ ràng

Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và cảm biến, đã làm cho mobile robot ngày càng trở nên thông minh và linh hoạt hơn Chúng có khả năng phát hiện và phản ứng với các tình huống phức tạp, đồng thời cung cấp dữ liệu real-time về tình hình an ninh tại khu vực tuần tra Thêm vào đó, chúng không chỉ giới hạn trong các khu vực nhà máy công nghiệp, mà còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại, và cả các khu dân cư Chúng có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, từ giám sát an ninh cho đến kiểm tra tình trạng môi trường

Tính cấp thiết của đề tài không chỉ nằm ở khía cạnh an ninh và an toàn, mà còn bao gồm cả lợi ích kinh tế và sự phát triển của công nghệ Với những lợi ích rõ ràng mà chúng mang lại, việc nghiên cứu và triển khai mobile robot tuần tra là một bước tiến quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và an toàn cho các khu vực hạn chế, đồng thời mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới trong tương lai.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Trong thời đại khoa học – công nghệ - kỹ thuật, phát triển một cách mạnh mẽ và rực rỡ như hiện nay, việc nghiên cứu về các robot tuần tra, giám sát đã trở thành một lĩnh vực quan

2 trọng với nhiều ứng dụng thực tiễn và tiềm năng khoa học lớn Đề tài này mang lại những đóng góp quan trọng, có ý nghĩa thiết thực cho khoa học cũng như trong đời sống hàng ngày, đặc biệt là trong việc bảo đảm an ninh và an toàn ở các khu vực hạn chế

Nghiên cứu về mobile robot tuần tra giám sát đóng góp lớn vào sự phát triển của ngành công nghệ robot nói chung và ngành công nghệ mobile robot giám sát nói riêng Các tiến bộ trong cảm biến, hệ thống điều khiển và trí tuệ nhân tạo đều được ứng dụng để nâng cao khả năng tự động hóa và tính thông minh của robot Những nghiên cứu này cũng mở ra nhiều hướng đi mới cho việc phát triển robot trong tương lai Hơn nữa, việc tích hợp của nhiều hệ thống công nghệ khác nhau, từ phần cứng đến phần mềm để nghiên cứu và phát triển robot tuần tra giám sát góp phần thúc đẩy sự hợp tác liên ngành và mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu mới trong việc tối ưu hóa và tích hợp các công nghệ

Về mặt thực tiễn, đề tài này mang lại những lợi ích rõ ràng và thiết thực trong đời sống xã hội và kinh tế Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của mobile robot tuần tra là trong việc giám sát an ninh tại các khu vực hạn chế Robot có thể cung cấp thông tin real-time và phản ứng nhanh chóng với các tình huống nguy hiểm, giúp ngăn chặn các hành vi xâm nhập trái phép và giảm thiểu rủi ro mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người, điều này giúp giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả hoạt động Đồng thời, robot tuần tra giám sát và cảnh báo còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giám sát an ninh, kiểm tra môi trường đến hỗ trợ trong các hoạt động cứu hộ Sự linh hoạt trong ứng dụng của robot tuần tra mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện chất lượng cuộc sống và nâng cao hiệu quả công việc

Với những ảnh hưởng sâu rộng đến cả hai mặt khoa học và thực tiễn, đề tài nghiên cứu và phát triển robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế không chỉ là một nỗ lực khoa học mà còn là một đóng góp quan trọng cho sự tiến bộ của xã hội Sự phát triển và ứng dụng của mobile robot tuần tra hứa hẹn sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội và thách thức mới, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và cuộc sống con người.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình xe robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế” hướng đến mục tiêu hỗ trợ người dùng khả năng tuần tra, giám sát, bảo mật và cảnh báo ở trong những không gian, khu vực hạn chế, tức là những môi trường,

3 khu vực như khu vực hạn chế con người hoặc những khu vực nguy hiểm, có hại cho con người, góp phần tăng cường an ninh, an toàn, mở rộng đến việc giảm sự hiện diện của con người trong các khu vực nguy hiểm hoặc không thể tiếp cận, cung cấp dữ liệu thời gian thực để chủ động đưa ra quyết định và cho phép phản ứng nhanh chóng Đề tài hướng đến các mục tiêu cụ thể sau đây:

- Thiết kế, chế tạo và phát triển mô hình robot tuần tra, giám sát có khả năng di chuyển và điều khiển từ xa, đảm bảo khả năng hoạt động ổn định và tin cậy bằng cách nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực robot học, đồng thời tích hợp trí tuệ nhân tạo và cảnh báo con người, tối ưu hóa để cải thiện khả năng nhận diện và phản ứng của robot đối với các tình huống khác nhau trong môi trường hạn chế

- Kết hợp hệ thống cảm biến (nhiệt độ, khí gas…) để giám sát môi trường toàn diện Hiển thị dữ liệu cảm biến thời gian thực trên app android tự xây dựng

- Khảo sát và đánh giá các tiềm năng về việc ứng dụng robot trong các lĩnh vực khác như y tế, giáo dục, thương mại Việc sử dụng robot để giảm thiểu rủi ro cho con người và tăng cường hiệu quả công việc không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng nhu cầu xã hội một cách hiệu quả.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu về mobile robot tuần tra trong các khu vực hạn chế là một lĩnh vực phức tạp và đa dạng, yêu cầu sự xem xét kỹ lưỡng về đối tượng và phạm vi nghiên cứu Việc xác định rõ ràng các đối tượng và phạm vi không chỉ giúp tập trung nguồn lực nghiên cứu mà còn đảm bảo tính khả thi và ứng dụng của các kết quả đạt được

- Nghiên cứu và chế tạo mobile robot tuần tra trong các khu vực hạn chế

- Các yêu cầu, quy chuẩn về lao động an toàn của các nhà máy, xí nghiệp… hiện này để phát triển hệ thống cảnh báo

- Nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực mobile robot, các loại mobile robot có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt và phức tạp

- Nghiên cứu và sử dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để cải thiện khả năng xử lý dữ liệu và ra quyết định của robot tuần tra Phát triển các thuật toán nhận diện hình ảnh và phân tích dữ liệu từ các cảm biến để tăng cường hiệu quả giám sát và phát hiện nguy cơ

- Nghiên cứu cách tích hợp các hệ thống phần cứng và phần mềm khác nhau để tạo ra một hệ thống robot tuần tra hoàn chỉnh và hiệu quả Đảm bảo tính tương thích và khả năng mở rộng của hệ thống để có thể dễ dàng cập nhật và nâng cấp trong tương lai

- Thử nghiệm thực tế các mô hình robot tuần tra trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau để đánh giá hiệu quả và độ tin cậy Đánh giá các yếu tố an toàn và rủi ro khi triển khai robot tuần tra trong các khu vực hạn chế Nghiên cứu các trường hợp ứng dụng thực tế của mobile robot tuần tra trong các ngành công nghiệp và khu vực cụ thể, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về các bài báo nghiên cứu về các loại mobile robot giám sát và tuần tra

- Nghiên cứu về các thuật toán phát hiện đối tượng

- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến giám sát môi trường

- Nghiên cứu về cách thiết kế giao diện cho người điều khiển, đồng thời đáp ứng được real time và điều khiển từ xa

- Nghiên cứu về cách thức di chuyển và môi trường hoạt động của robot

- Tính toán và thiết kế 3D, sau đó đưa ra phương án gia công hợp lý Song song đó, tham khảo các kiểu mẫu, thiết kế vỏ và khung robot

- Nghiên cứu về cách kết nối và hoạt động của camera.

Bố cục đề tài

Đề tài dự kiến gồm có 06 chương:

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết

- Chương 4: Tính toán và thiết kế hệ thống robot

- Chương 5: Thi công hệ thống – Kết quả thực nghiệm

- Chương 6: Nhận xét, đánh giá và hướng phát triển

TỔNG QUAN

Giới thiệu

Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế" đang thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng nghiên cứu và ngành công nghiệp công nghệ cao Trước những thách thức về an ninh và an toàn ngày càng phức tạp, việc áp dụng robot để thực hiện các nhiệm vụ tuần tra, giám sát và cảnh báo trong các môi trường như nhà máy hóa chất, khu vực quân sự và các cơ sở hạ tầng quan trọng trở nên cực kỳ cấp thiết

Robot trong đề tài này được thiết kế để hoạt động dưới sự điều khiển trực tiếp từ người dùng, điều này đảm bảo sự linh hoạt và an toàn khi hoạt động trong các môi trường đặc biệt, nơi mà sự can thiệp của con người vẫn cần thiết để đảm bảo tính an toàn tối đa và phản ứng linh hoạt đối với các tình huống khẩn cấp

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và phát triển một mô hình robot có khả năng giám sát và phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn trong môi trường, từ đó giúp tăng cường hiệu quả giám sát và giảm thiểu rủi ro cho con người Các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, xử lý dữ liệu hình ảnh và cảm biến sẽ được áp dụng để nâng cao khả năng nhận diện và phản ứng của robot đối với các tình huống thường gặp trong các môi trường nguy hiểm

Với sự kết hợp giữa khoa học và công nghệ cao cùng sự hướng đến nhu cầu thực tế của xã hội, đề tài hứa hẹn mang lại những đóng góp quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý an ninh, bảo vệ và tối ưu hóa các hoạt động sản xuất trong các môi trường khó khăn và nguy hiểm.

Đặc tính của robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế 5 2.3 Kết cấu của robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế 6 2.4 Tổng quan các nghiên cứu trong nước và ngoài nước

Robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế được thiết kế với những đặc tính nổi bật nhằm đáp ứng các yêu cầu cụ thể của môi trường và nhu cầu của người sử dụng như được điều khiển trực tiếp bởi người dùng, giúp đảm bảo tính linh hoạt và sự can thiệp chủ động từ con người trong quá trình hoạt động của robot, đặc biệt là trong các môi trường hạn chế và nguy hiểm như nhà máy hóa chất, khu vực quân sự

Một trong những điểm nổi bật của robot là khả năng giám sát và phản ứng nhanh chóng đối với các tình huống khẩn cấp Được trang bị các cảm biến và công nghệ xử lý dữ liệu hình ảnh tiên tiến, robot có thể phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn như sự xâm nhập trái phép, hỏa

6 hoạn hoặc rò rỉ hóa chất, từ đó giúp giảm thiểu rủi ro và bảo vệ an toàn cho nhân viên và tài sản Ngoài ra, robot còn tích hợp một hệ thống cảnh báo và giao tiếp hiệu quả cùng với khả năng truyền tải dữ liệu và video trực tiếp đến trung tâm giám sát qua web server, góp phần cải thiện quá trình quản lý mà còn tăng cường khả năng đưa ra các biện pháp phòng ngừa và xử lý tình huống kịp thời Đặc biệt, thiết kế vật liệu và cơ cấu của robot được tối ưu hóa để đáp ứng các yêu cầu về sức bền và ổn định trong môi trường làm việc khắc nghiệt

2.3 Kết cấu của robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế

- Thân robot: phần thân dưới được lắp ráp từ các tấm kim loại thép có độ dày 2mm hàn lại với nhau Phần nắp trên là một tấm kim loại thép dày 2mm được kết nối với phần thân dưới bằng ốc lục giác M5 và pad nhôm chữ L 15x15 (mm)

- Hệ thống dẫn động: gồm 2 bánh chủ động được kết nối trực tiếp với động cơ thông qua hộp số giảm tốc và trục khớp nối động cơ, cùng với đó là một bánh dẫn hướng được đặt ở trước robot

- Case pin dùng để cấp nguồn cho hệ thống robot

- Hệ thống điện: bao gồm các vi xử lý điều khiển chính, động cơ và driver động cơ, các mạch hạ áp, camera, các cảm biến ngoại vi và dây điện

- Phần vỏ của robot được làm bằng nhựa PMMA (Mica)

2.4 Tổng quan các nghiên cứu trong nước và ngoài nước

Trong thời đại công nghệ, kỹ thuật phát triển không ngừng, việc sử dụng robot di động để tuần tra giám sát và cảnh báo được coi là một dự án tiên phong của sự giao thoa giữa robot và hệ thống giám sát Khi xã hội luôn chuyển mình thay đổi, thời đại kỹ thuật số ngày càng hiện rõ, khoa học, công nghệ không ngừng phát triển mạnh mẽ, nhu cầu cấp thiết về các phương pháp giám sát mạnh mẽ, hiệu quả và có khả năng thích ứng trong môi trường không gian kín đã trở nên gắn bó chặt chẽ với sự phát triển của nền tảng robot di động Với một loạt các ứng dụng ngày càng mở rộng, từ tăng cường an ninh đến giám sát môi trường, việc tích hợp robot di động vào các hệ thống giám sát đã thu hút được sự chú ý đáng kể từ các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước

Nguồn gốc của lĩnh vực đang phát triển này có thể bắt nguồn từ những đóng góp quan trọng của những người tiên phong trong lĩnh vực robot và thị giác máy tính, những người có

7 tầm nhìn sâu sắc đã đặt nền móng cho việc tích hợp robot di động vào hệ sinh thái giám sát Với sự ra đời và phát triển của hàng loạt các công nghệ cảm biến, thuật toán tính toán và nền tảng di động ngày càng phức tạp, việc tận dụng robot di động để giám sát trong không gian hạn chế đã được chuyển đổi từ các phỏng đoán, suy luận qua thực tế hữu hình Sự chuyển mình, biến đổi này đã được củng cố bởi sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm những tiến bộ trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật như thu nhỏ cảm biến, các phần cứng chi phí thấp được ra đời và ngày càng phổ biến, hay sự phát triển vượt bậc của các thuật toán học máy có khả năng mang lại cho robot khả năng nhận thức giống như một con người

Tại các nền văn minh hàng đầu trên thế giới, nghiên cứu về mobile robot tuần tra, giám sát đã thu hút sự chú ý của cộng đồng nghiên cứu với sự đầu tư mạnh mẽ từ các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ hàng đầu Bằng việc kết hợp sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, thị giác máy tính, cảm biến, và các công nghệ điều khiển, những nghiên cứu này đã tạo ra những tiến bộ đáng kể trong việc tăng cường khả năng giám sát và tương tác của robot trong môi trường nội thất Tuy nhiên, không chỉ dừng lại ở những nỗ lực nghiên cứu của các nước có kinh tế phát triển, mà còn nổi bật là sự đóng góp đáng kể từ các quốc gia đang phát triển Việc này không chỉ mở ra những cơ hội mới cho sự hợp tác quốc tế mà còn giúp lan tỏa kiến thức và công nghệ đến với những vùng đất có điều kiện kinh tế khó khăn, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống và mở rộng phạm vi ứng dụng của mobile robot tuần tra giám sát Đồng thời, sự phát triển của nghiên cứu về mobile robot tuần tra giám sát cũng đã mở ra một loạt các thách thức và vấn đề cần được giải quyết Từ việc tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của robot đến việc đảm bảo tính an toàn và bảo mật thông tin, những thách thức này đòi hỏi sự đóng góp không ngừng từ cộng đồng nghiên cứu để tạo ra những giải pháp hiệu quả và bền vững Trong bối cảnh đó, việc tổng quan về nghiên cứu trong và ngoài nước về mobile robot tuần tra, giám sát, cảnh báo trong không gian hạn chế không chỉ là việc cần thiết mà còn là bước đầu tiên quan trọng để hiểu rõ hơn về tiềm năng và thách thức của lĩnh vực này Bằng cách tiếp cận một cách toàn diện và cập nhật nhất về các nghiên cứu đã và đang được tiến hành, chúng ta có thể tạo ra những bước tiến mới trong việc phát triển và ứng dụng mobile robot tuần tra, giám sát, cảnh báo, từ đó góp phần vào sự tiến bộ của xã hội và con người

2.4.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Trước khi tìm hiểu sâu hơn về mobile robot tuần tra giám sát, cảnh báo trong không gian hạn chế, chúng ta không thể phớt lờ qua sự phát triển không ngừng của lĩnh vực này

8 cả trong và ngoài nước, đặc biệt là ở các quốc gia đi đầu về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật Một loạt các công trình nghiên cứu, các dự án từ các học giả, kỹ sư, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã đưa ra những đóng góp, cống hiến đáng kể, góp phần làm sinh động thêm tầm hiểu biết và ứng dụng của robot trong việc tuần tra, giám sát, mang lại ý nghĩa sâu sắc cho lĩnh vực này

Một trong những công trình nghiên cứu đáng chú ý trong lĩnh vực này là "TurtleBot" tại Đại học Carnegie Mellon ở Hoa Kỳ TurtleBot là một dự án nghiên cứu nhằm phát triển các robot di động nhỏ gọn và giá rẻ, được sử dụng để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau trong môi trường nhà ở và văn phòng Với khả năng linh hoạt và tính năng camera tích hợp, TurtleBot có thể thực hiện các nhiệm vụ giám sát, giao tiếp với con người và thậm chí làm nhiệm vụ giáo dục Và không chỉ có các dự án nhỏ nhắn như TurtleBot, có những hệ thống robot lớn hơn và phức tạp hơn như "Cobalt" của Cobalt Robotics cũng được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Cobalt Robotics đã phát triển các robot di động được thiết kế đặc biệt để thực hiện nhiệm vụ giám sát an ninh trong môi trường nhà ở và doanh nghiệp Các robot này có khả năng tự động patrolling, nhận diện hoạt động không bình thường và cung cấp thông tin liên tục cho nhân viên an ninh, từ đó tạo ra một mô hình giám sát hiệu quả và linh hoạt

Hình 2.1: TurtleBot (trái) và Cobalt robot (phải) [15][16]

Trong khi đó, "Husky" Robot của Clearpath Robotics đại diện cho một loại robot di động được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ giám sát trong môi trường công nghiệp và thương mại Được trang bị các cảm biến và camera, Husky có thể tự động di chuyển và thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh Với khả năng di chuyển chậm và tính linh hoạt

9 cao, Husky là một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng giám sát trong nhà và ngoài trời Ngoài ra còn có một số công trình nổi bật như “Ava Robot” của Ava Robotics (Hoa Kỳ) hay “RB-Watcher” của Robotnik (Tây Ban Nha) cũng đáng được đề cập

Hình 2.2: Một số công trình robot giám sát ngoài nước [17]

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước

Yêu cầu cơ bản của đề tài

Dựa trên các nghiên cứu trước đó và yêu cầu thực tiễn, cùng với việc kết hợp các tiêu chuẩn cho xe tự động (ISO 3691-4:2020) , mục tiêu của đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế" có thể được xác định như sau:

- Vận tốc: Mục tiêu là thiết kế robot có khả năng di chuyển với vận tốc phù hợp để có thể hoàn thành các nhiệm vụ giám sát trong môi trường nhà, nhà máy và xí nghiệp một cách hiệu quả Vận tốc của robot cần đảm bảo đủ nhanh để di chuyển đến các điểm giám sát trong thời gian ngắn nhưng cũng phải đảm bảo an toàn và ổn định

- Kích thước và khối lượng của robot phải phù hợp để có thể di chuyển linh hoạt trong các không gian trong phòng, không chỉ ở các đường có diện tích lớn mà còn có thể di chuyển ở các đường có diện tích nhỏ hẹp Đồng thời, kích thước và khối lượng của robot cần đảm bảo đủ lớn để có thể đựng được các thiết bị cảm biến và trang thiết bị giám sát

- Thời gian hoạt động của robot đủ lâu để có thể duy trì các hoạt động giám sát mà không cần phải sạc lại hoặc thay đổi nguồn năng lượng Thời gian hoạt động cần đảm bảo đủ cho việc thực hiện nhiều nhiệm vụ giám sát liên tục

- Robot phải được trang bị camera có khả năng quay (180 o ngang và 90 o dọc) và quét góc rộng để có thể giám sát toàn diện môi trường xung quanh Có khả năng phát hiện vật thể trong phạm vi lớn hơn 500mm Góc quay và quét của camera cần đảm bảo đủ rộng và linh hoạt để có thể phát hiện và ghi lại các sự kiện quan trọng Thêm vào đó, cần phải đảm bảo rằng hệ thống phát hiện con người được tích hợp vào robot có độ chính

13 xác cao và có thể phát hiện một cách nhanh chóng và chính xác trong môi trường làm việc thực tế

- Đảm báo tính an ninh và bảo mật dữ liệu, có khả năng cảnh báo (qua mail, android app…)

- Robot cần có khả năng hoạt động an toàn và hiệu quả trong các môi trường công nghiệp có nhiều máy móc, thiết bị và vật liệu, địa hình bằng phẳng, không có dốc nghiêng, hay môi trường có ánh sáng yếu hoặc thiếu sáng hoặc độc hại…

- Tuân thủ quy định và tiêu chuẩn an toàn: Robot cần tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn an toàn trong việc hoạt động và tương tác với con người và môi trường làm việc Điều này đảm bảo rằng việc triển khai robot không gây ra nguy cơ cho con người và môi trường xung quanh

Chương 2 của đề tài đã cung cấp một tổng quan toàn diện về robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế, bao gồm các phần giới thiệu, các đặc tính và kết cấu của robot, các nghiên cứu trong và ngoài nước và yêu cầu cơ bản của đề tài Trong chương này, nhóm đã thảo luận về tầm quan trọng và sự cần thiết của việc phát triển và ứng dụng robot giám sát trong các môi trường phòng kín như trong nhà, nhà kho, nhà máy, xí nghiệp Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, robot giám sát đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc giảm thiểu công sức lao động, tăng cường hiệu suất làm việc và nâng cao an toàn trong môi trường làm việc Đặt vấn đề, nhóm đã nhận diện các thách thức và cơ hội trong việc phát triển robot tuần tra giám sát, bao gồm các vấn đề về hiệu suất, an toàn, tính linh hoạt và tính ứng dụng trong các môi trường làm việc đa dạng Điều này đã tạo nên cơ sở cho việc xác định mục tiêu và yêu cầu của đề tài Cùng với việc tham khảo các nghiên cứu trong và ngoài nước đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tiến bộ và hướng phát triển của lĩnh vực robot tuần tra giám sát Từ các nghiên cứu này, nhóm đã rút ra được những bài học quý báu và định hình được hướng đi cho nghiên cứu của chúng ta

Không những thế, các mục tiêu và yêu cầu của đề tài đã được xác định dựa trên các nghiên cứu trước đó và yêu cầu thực tiễn Nhóm đã đặt ra các mục tiêu cụ thể như tăng cường vận tốc, đảm bảo tính linh hoạt và ổn định, cũng như nâng cao khả năng tương tác và tích hợp với môi trường làm việc Hơn nữa, nội dung nghiên cứu đã được phân loại và trình bày một cách cụ thể, bao gồm việc nghiên cứu và thiết kế robot tuần tra giám sát, áp dụng các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và cảm biến, cũng như thực hiện các thử nghiệm và đánh giá hiệu suất Còn về bố cục của chương 2 đã được tổ chức một cách logic và hệ thống, giúp người đọc có cái nhìn tổng quan và chi tiết về lĩnh vực nghiên cứu của đề tài

Tổng quan chương 2 đã cung cấp một cơ sở vững chắc và đầy đủ cho việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong chương trình luận văn này Những kiến thức và thông tin được trình bày sẽ là nền tảng quan trọng để chúng ta tiếp tục khám phá và đóng góp vào lĩnh vực robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong tương lai

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tìm hiểu về machine learning và mobile model

Machine Learning (Máy học) là một nhánh của trí tuệ nhân tạo, chuyên nghiên cứu và phát triển các phương pháp cho phép hệ thống tự động học hỏi từ dữ liệu Mục tiêu của máy học là giúp các hệ thống có khả năng tự cải thiện hiệu suất giải quyết các vấn đề cụ thể mà không cần lập trình chi tiết từng bước

Các thuật toán máy học hoạt động bằng cách xây dựng các mô hình toán học dựa trên dữ liệu mẫu, gọi là dữ liệu huấn luyện Thông qua quá trình này, hệ thống có thể học cách đưa ra các dự đoán hoặc quyết định dựa trên thông tin mới, mà không cần phải có các hướng dẫn chi tiết từ con người Điều này giúp hệ thống trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn trong việc xử lý các nhiệm vụ phức tạp và đa dạng trong thực tế

Phân loại: học có giám sát, học không giám sát và học tăng cường

Trong kỹ thuật học có giám sát, các hệ thống máy tính được huấn luyện bằng cách sử dụng một tập hợp dữ liệu đã được gắn nhãn trước đó Quá trình này bao gồm việc cung cấp cho hệ thống một tập dữ liệu đầu vào kèm theo các nhãn đúng tương ứng, giúp hệ thống học cách dự đoán các kết quả đầu ra cho các dữ liệu mới chưa được gắn nhãn Trong quá trình huấn luyện, hệ thống sẽ phân tích các hình ảnh đối tượng và nhận biết các đặc điểm chung giữa chúng Những đặc điểm này có thể bao gồm hình dạng, kích thước, màu sắc và các đặc trưng khác của đối tượng Hệ thống sẽ xây dựng một mô hình toán học để mô tả mối liên hệ giữa các đặc điểm hình ảnh và nhãn mèo

Sau khi quá trình huấn luyện hoàn tất, mô hình sẽ được kiểm tra và tinh chỉnh để đảm bảo độ chính xác cao Khi mô hình đã đạt yêu cầu, có thể cung cấp cho nó một hình ảnh mới không có nhãn Mô hình sẽ sử dụng kiến thức đã học được từ dữ liệu gắn nhãn trước đó để phân tích và dự đoán xem hình ảnh mới này có phải là hình ảnh của một đối tượng muốn được nhận dạng hay không

Học có giám sát có thể được chia thành hai loại chính: phân loại và hồi quy

Phân loại là kỹ thuật được sử dụng khi biến đầu ra thuộc về các nhóm hoặc lớp riêng biệt Điều này có nghĩa là kết quả đầu ra có tính chất phân loại và được chia thành hai hoặc nhiều nhóm Ví dụ, các biến đầu ra có thể là "có" hoặc "không", "nam" hoặc "nữ",

Hình 3.1: Ví dụ về phân loại trong học có giám sát [21]

Hồi quy là kỹ thuật trong học có giám sát được sử dụng khi biến đầu ra là một giá trị thực hoặc liên tục Trong hồi quy, mục tiêu là dự đoán một giá trị số dựa trên mối quan hệ giữa các biến

Hình 3.2: Ví dụ về hồi quy trong học có giám sát [21]

3.1.2 Học không có giám sát

Học không giám sát là một phương pháp trong lĩnh vực học máy, mà trong đó các máy tính tự động học từ dữ liệu không có nhãn và không cần sự hướng dẫn từ bên ngoài

Về đặc điểm của học không giám sát, trong học không giám sát, hệ thống máy tính sẽ tự động phân tích và tìm kiếm các mẫu và cấu trúc trong dữ liệu mà không có sự hướng dẫn rõ ràng Thay vì dựa vào các nhãn đã được gán trước đó, hệ thống sẽ khám

17 phá sự tương đồng và những mẫu ẩn trong dữ liệu, từ đó xây dựng những hiểu biết và cấu trúc mới

Học không giám sát có thể được chia thành hai loại chính: phân cụm và liên kết Phân cụm là một phương pháp trong học không giám sát nhằm phân chia các đối tượng vào các nhóm (cụm) sao cho các mẫu trong cùng một cụm có sự tương đồng cao, trong khi các mẫu ở các cụm khác nhau có sự khác biệt rõ rệt

- Thu thập dữ liệu: Hệ thống thu thập thông tin về hành vi mua sắm và sử dụng dịch vụ của khách hàng, bao gồm sử dụng dữ liệu Internet và thời lượng cuộc gọi

- Phân tích và phân cụm: Hệ thống phân tích dữ liệu để tìm ra các mẫu và chia khách hàng thành các nhóm hành vi tương tự, ví dụ: Nhóm A sử dụng nhiều dữ liệu và có thời lượng cuộc gọi cao Nhóm B sử dụng nhiều dữ liệu nhưng thời lượng cuộc gọi thấp Nhóm C với thời lượng cuộc gọi cao nhưng sử dụng ít dữ liệu

- Phát triển chiến lược cá nhân hóa: Dựa trên các nhóm này, doanh nghiệp xây dựng các chiến lược marketing và dịch vụ phù hợp: Nhóm A: Cung cấp gói dịch vụ ưu đãi về dữ liệu và cuộc gọi Nhóm B: Tập trung vào gói dữ liệu không giới hạn Nhóm C: Cung cấp gói dịch vụ với giá cước gọi ưu đãi

Hình 3.3: Phân cụm trong học không có giám sát [21]

Liên kết là một kỹ thuật trong học không giám sát, hoạt động dựa trên các quy tắc để khám phá mối quan hệ giữa các mục trong một tập dữ liệu Kỹ thuật này chủ yếu tìm

18 kiếm các mẫu hoặc quy tắc xác suất, giúp xác định các mục thường xuất hiện cùng nhau trong một bộ sưu tập dữ liệu

Cách hoạt động của liên kết:

- Thu thập dữ liệu: Hệ thống ghi lại các sản phẩm mà khách hàng mua trong mỗi giao dịch từ các cửa hàng

- Phân tích dữ liệu: Sử dụng thuật toán liên kết để phát hiện quy tắc mua sắm, ví dụ "mua A thì mua B"

- Xác định quy tắc: Tìm các cặp sản phẩm có xác suất cao được mua cùng nhau, ví dụ "70% khách hàng mua bánh mì cũng mua bơ"

- Áp dụng quy tắc: Sử dụng các quy tắc để cải thiện kinh doanh, như đặt sản phẩm thường mua cùng nhau gần nhau hoặc khuyến mãi mua kèm để tăng doanh số

Hình 3.4: Ví dụ minh họa về liên kết trong học không có giám sát [21]

Học tăng cường (RL) là một kỹ thuật trong lĩnh vực máy học (ML), được sử dụng để đào tạo phần mềm ra quyết định nhằm đạt được kết quả tối ưu Kỹ thuật này mô phỏng quá trình học tập thông qua thử và sai mà con người thường áp dụng để đạt được mục tiêu RL giúp phần mềm tối ưu hóa các hành động hướng đến mục tiêu và loại bỏ những hành động gây cản trở

Tìm hiểu về web server và html

3.2.1 Khái niệm về web server

Máy chủ web (web server) là máy tính lớn được kết nối với tập hợp mạng máy tính mở rộng Đây là một dạng máy chủ trên internet, mỗi máy chủ là một IP khác nhau và có thể đọc các ngôn ngữ như file *.htm và *.html Nó là hệ thống chịu trách nhiệm lưu trữ và cung cấp nội dung cho một trang web Các nội dung này có thể bao gồm văn bản, hình ảnh, video, và dữ liệu ứng dụng Khi một người dùng truy cập trang web thông qua trình duyệt web - loại ứng dụng khách phổ biến nhất - máy chủ web sẽ xử lý yêu cầu của người dùng và gửi lại dữ liệu tương ứng

Web server phải là một máy tính có dung lượng lớn, tốc độ rất cao để có thể lưu trữ vận hành tốt một kho dữ liệu trên internet Các web server này phải đảm bảo hoạt động liên tục không ngừng nghỉ để duy trì cung cấp dữ liệu cho mạng lưới máy tính của mình Cách hoạt động của máy chủ web:

- Lưu trữ nội dung: Máy chủ web lưu trữ tất cả các tệp cần thiết cho trang web, bao gồm HTML, CSS, JavaScript, hình ảnh, video, và các tệp dữ liệu khác

- Xử lý yêu cầu từ trình duyệt: Khi người dùng nhấp vào một liên kết hoặc tải xuống tài liệu từ trang web, trình duyệt sẽ gửi một yêu cầu HTTP đến máy chủ web Yêu cầu này bao gồm thông tin về tài nguyên mà người dùng muốn truy cập

- Phản hồi yêu cầu: Máy chủ web nhận yêu cầu, tìm kiếm tài nguyên được yêu cầu trong hệ thống tệp của nó, và sau đó gửi lại tài nguyên đó cho trình duyệt dưới dạng phản hồi HTTP Trình duyệt sẽ hiển thị nội dung nhận được cho người dùng

- Cung cấp dữ liệu ứng dụng: Đối với các ứng dụng web phức tạp hơn, máy chủ web có thể cung cấp dữ liệu động thông qua các giao thức như AJAX, WebSockets hoặc các API RESTful Dữ liệu này có thể được tạo ra bởi các chương trình phía máy chủ (server-side), như PHP, Python, Ruby, hoặc Node.js, trước khi được gửi đến trình duyệt Các giao thức của web server bao gồm: HTTP và FTP

Hình 3.5: Cách hoạt động của webserver [19]

HTML (tạm dịch là Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn bản), là một ngôn ngữ dùng để tạo và cấu trúc nội dung trên các trang web hoặc ứng dụng web HTML không phải là một ngôn ngữ lập trình, giúp tổ chức và định dạng các thành phần như đoạn văn, tiêu đề, tiêu đề phụ, trích dẫn, và nhiều loại nội dung khác

Một tài liệu HTML được hình thành từ các phần tử HTML (HTML Elements), mỗi phần tử được xác định bằng các thẻ HTML (HTML Tags) và có thể kèm theo các thuộc tính (HTML Attributes) Các thẻ HTML thường xuất hiện theo cặp: thẻ mở và thẻ đóng, bao bọc nội dung bên trong

Một số thẻ HTML đặc biệt không có thẻ đóng Các thẻ này thường dùng để chèn các đối tượng đặc biệt hoặc cung cấp thông tin bổ sung về phần tử HTML Một ví dụ phổ biến là thẻ , dùng để chèn hình ảnh vào trang web Thẻ không có thẻ đóng và thông tin về hình ảnh được cung cấp thông qua các thuộc tính.

Tìm hiểu về wifi và các chuẩn giao tiếp

WiFi là công nghệ truyền tín hiệu không dây bằng sóng vô tuyến Sóng Wifi ngày nay đóng vai trò thiết yếu trong đời sống con người, cung cấp kết nối mạng không dây tiện lợi và hiệu quả Đặc điểm nổi bật của Wifi là thu phát ở tần số từ 2.4 GHz đến 5 GHz, cao hơn so với sóng vô tuyến truyền hình, sóng điện thoại và radio Nhờ vậy, Wifi đảm bảo an toàn cho việc truyền và nhận dữ liệu WiFi hiện nay rất phổ biến và được sử dụng trên nhiều thiết bị điện tử như điện thoại, máy tính bảng, laptop, TV thông minh, nhằm đáp ứng nhu cầu kết nối của người dùng

So với kết nối truyền thống qua cổng RJ45, Wifi mang lại nhiều ưu điểm vượt trội có thể kể đến như sau:

- Tính tiện dụng, đơn giản: Wifi loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng dây cáp rườm rà, giúp người dùng truy cập internet mọi lúc mọi nơi trong phạm vi phủ sóng của bộ phát Wifi (router)

- Khả năng mở rộng linh hoạt: Mạng Wifi dễ dàng nâng cấp băng thông và số lượng người sử dụng mà không cần thay thế router hay đi dây cáp mới

- Tính di động cao: Wifi cho phép người dùng duy trì kết nối internet ngay cả khi di chuyển trong phạm vi phủ sóng

- Bảo mật tương đối cao: Với các biện pháp bảo mật phù hợp, mạng Wifi có thể đảm bảo an toàn cho thông tin của người dùng

WiFi hoạt động thông qua bộ định tuyến (router hoặc bộ phát WiFi), thiết bị này có chức năng chuyển đổi kết nối mạng có dây thành tín hiệu vô tuyến và phát sóng ra xung quanh Khi đó, các thiết bị thông minh như điện thoại, laptop, được trang bị bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) sẽ nhận và giải mã tín hiệu này, cho phép người dùng truy cập vào internet Một router có thể kết nối với nhiều thiết bị khác nhau để truyền tải dữ liệu theo yêu cầu.

Tìm hiểu về cloud server, firebase

3.4.1 Khái niệm về Cloud Server

Cloud server (máy chủ đám mây) là một dịch vụ cung cấp hạ tầng lưu trữ và xử lý dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây Thay vì phải đầu tư và quản lý một máy chủ vật lý riêng biệt, người dùng có thể thuê tài nguyên máy chủ từ các nhà cung cấp dịch vụ đám mây Các tài nguyên này bao gồm CPU, RAM, bộ nhớ và băng thông, được phân phối qua các trung tâm dữ liệu trên toàn cầu Nói một cách đơn giản, Cloud server là các máy chủ ảo hoạt động trong môi trường đám mây, cho phép người dùng truy cập theo yêu cầu với khả năng mở rộng không giới hạn Các máy chủ này không phải là các thiết bị vật lý đặt tại chỗ của người dùng mà là các máy chủ ảo hóa, được chạy trên hạ tầng phần cứng của nhà cung cấp dịch vụ đám mây Ưu điểm của Cloud Server đối với doanh nghiệp:

- Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Cloud server cho phép doanh nghiệp dễ dàng thay đổi tài nguyên máy chủ theo nhu cầu, tăng hoặc giảm dung lượng lưu trữ kịp thời, giúp tiết kiệm chi phí và quản lý tài nguyên hiệu quả

- Tiết kiệm chi phí: Sử dụng Cloud server loại bỏ nhu cầu mua sắm và bảo trì máy chủ vật lý Doanh nghiệp chỉ trả phí dựa trên mức sử dụng thực tế, giảm đáng kể chi phí so với việc đầu tư vào hạ tầng phần cứng

- Độ bảo mật cao: Cloud server cung cấp các biện pháp bảo mật tiên tiến như mã hóa dữ liệu, xác thực hai yếu tố và kiểm soát truy cập, đảm bảo an toàn cho dữ liệu của doanh nghiệp

- Sao lưu và khôi phục dữ liệu dễ dàng: Cloud server có giải pháp sao lưu và khôi phục tự động, đảm bảo dữ liệu luôn an toàn và có thể truy xuất nhanh chóng khi cần, giảm thiểu lo lắng về mất dữ liệu

- Dễ dàng quản lý và triển khai: Cloud server cung cấp giao diện quản lý đơn giản, giúp quản lý tài nguyên, theo dõi hiệu suất và thực hiện các nhiệm vụ quản lý khác dễ dàng Việc triển khai và cập nhật ứng dụng nhanh chóng và tiết kiệm thời gian

- Khả năng chịu tải cao: Cloud server xử lý đồng thời hàng nghìn yêu cầu từ người dùng, đảm bảo ứng dụng và trang web của doanh nghiệp hoạt động ổn định và tin cậy ngay cả khi lưu lượng truy cập tăng đột biến

Firebase là nền tảng phát triển ứng dụng di động và web trên đám mây, với các API mạnh mẽ và dễ sử dụng mà không cần backend hay server Nó cung cấp cơ sở dữ liệu sẵn có, giúp lập trình viên phát triển và mở rộng ứng dụng nhanh chóng và thuận tiện Firebase đơn giản hóa việc thao tác với cơ sở dữ liệu, tiết kiệm thời gian triển khai và tập trung vào phát triển ứng dụng mà không phải lo về backend hay server

Các sản phẩm của Firebase bao gồm:

- Realtime Database: Một cơ sở dữ liệu NoSQL cho phép dữ liệu được đồng bộ hóa trong thời gian thực giữa tất cả các khách hàng

- Cloud Firestore: Một cơ sở dữ liệu NoSQL linh hoạt và có khả năng mở rộng, giúp lưu trữ và đồng bộ hóa dữ liệu cho ứng dụng trên quy mô lớn

- Authentication: Giải pháp dễ dàng để quản lý người dùng và xác thực đăng nhập bằng email, Google, Facebook và nhiều phương thức khác

- Cloud Functions: Cho phép chạy mã backend tự động để phản ứng với các sự kiện từ Firebase hoặc yêu cầu HTTP

- Hosting: Dịch vụ hosting web tĩnh nhanh chóng và an toàn, cho phép dễ dàng triển khai các ứng dụng web

- Storage: Dịch vụ lưu trữ file cho phép người dùng lưu trữ và chia sẻ nội dung tạo bởi người dùng như ảnh và video

- Analytics: Công cụ phân tích mạnh mẽ giúp theo dõi hành vi người dùng và hiệu suất ứng dụng

- Cloud Messaging: Giải pháp nhắn tin để gửi thông báo và tin nhắn cho người dùng trên tất cả các nền tảng

Firebase mang lại nhiều lợi ích cho quá trình phát triển ứng dụng:

- Tiết kiệm thời gian và công sức: Với Firebase, lập trình viên không cần phải xây dựng và duy trì backend hoặc server, giúp tiết kiệm thời gian và công sức

- Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Firebase hỗ trợ việc mở rộng quy mô ứng dụng dễ dàng, từ một vài người dùng đến hàng triệu người dùng

- Đồng bộ hóa dữ liệu thời gian thực: Các cơ sở dữ liệu của Firebase cho phép dữ liệu được đồng bộ hóa tức thời giữa tất cả các thiết bị, mang lại trải nghiệm người dùng dễ dàng, mượt mà

- Bảo mật cao: Firebase cung cấp nhiều giải pháp bảo mật mạnh mẽ, giúp bảo vệ dữ liệu và thông tin người dùng

- Tích hợp dễ dàng: Firebase tích hợp tốt với nhiều công cụ và nền tảng khác, giúp việc phát triển và quản lý ứng dụng trở nên đơn giản hơn.

Tìm hiểu về app android, lập trình kéo thả và mit app inventor

3.5.1 Khái niệm về App Android (Ứng dụng Android) Ứng dụng (App) là phần mềm tiện ích trên thiết bị di động, thiết kế để mở rộng tính năng và cải thiện trải nghiệm người dùng Chúng phục vụ nhiều mục đích như nghe nhạc, xem phim, chụp ảnh, và giám sát, giúp sử dụng điện thoại hiệu quả hơn

Android là hệ điều hành mã nguồn mở dựa trên Linux, do Google phát triển Nó hỗ trợ đa dạng thiết bị và lập trình viên, cho phép tự do điều chỉnh và tích hợp trên điện thoại, máy tính bảng, smart TV, smartwatch, và thiết bị thông minh khác Android thúc đẩy sự đổi mới và phát triển công nghệ di động Ứng dụng Android (App Android) được viết bằng Java, Kotlin, hoặc C++, phát triển bằng Android Studio Chúng tận dụng các tính năng như cảm biến, camera, và kết nối mạng để cung cấp trải nghiệm người dùng tốt nhất Các app Android cho phép duyệt web, chụp và chỉnh sửa ảnh, nghe nhạc, gọi điện miễn phí, truy cập Gmail, và sử dụng Google Maps

Lập trình “kéo – thả” là một kỹ năng lập trình cơ bản cho phép người dùng có thể xây dựng code bằng cách kéo và thả các khối thay vì tự viết các code dạng chữ, văn bản Kỹ năng này giúp nhóm dễ hiểu về các kiến thức lập trình cơ bản hơn mà không bị vướng vào việc tỉ mỉ sắp xếp các ký tự Phương pháp này thường được sử dụng trên các phần mềm kéo thả chuyên dụng Phần mềm thiết kế web kéo thả không cần code là một phần mềm cung cấp sẵn những tính năng tiện lợi cho người dùng

Phương pháp lập trình trực quan mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm:

- Tính tiện lợi và dễ sử dụng: Giao diện trực quan cho phép người dùng thao tác đơn giản bằng chuột click, kéo thả và lựa chọn từ các tài nguyên sẵn có

- Tiết kiệm thời gian và công sức: Loại bỏ nhu cầu viết mã phức tạp, giúp người dùng hoàn thành công việc nhanh chóng và hiệu quả

- Phù hợp cho mọi đối tượng: Không đòi hỏi kiến thức lập trình chuyên sâu, thích hợp cho cả cá nhân, doanh nghiệp, người không chuyên và lập trình viên chuyên nghiệp

- Giảm thiểu rủi ro: Loại bỏ nguy cơ mắc lỗi trong quá trình lập trình, đảm bảo thành phẩm chính xác và hiệu quả

- Nâng cao năng suất: Tự động hóa các tác vụ thủ công, giúp người dùng tập trung vào công việc sáng tạo và chiến lược

MIT App Inventor cho Android là một nền tảng phát triển ứng dụng web nguồn mở ban đầu được Google cung cấp và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Nền tảng này cho phép người dùng tạo ra các ứng dụng cho hệ điều hành Android một cách đơn giản thông qua giao diện đồ họa Thay vì phải viết mã lập trình, người dùng có thể kéo và thả các khối mã để xây dựng các ứng dụng phức tạp có thể chạy trên điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng

MIT App Inventor nhắm đến những người chưa có kinh nghiệm với lập trình trước đó, giúp họ dễ dàng thực hiện ý tưởng sáng tạo của mình thành các ứng dụng hữu ích Phiên bản mới nhất là MIT App Inventor 2, cung cấp một loạt các hướng dẫn chi tiết để người dùng làm quen và sử dụng nền tảng này

Tìm hiểu về hệ thống http livestream video

Livestream video là quá trình thu, xử lý, và truyền tải nội dung media trực tiếp qua Internet đến người dùng theo thời gian thực Do tính chất thời gian thực, video trên thiết bị của người dùng có thể có độ trễ so với sự kiện thực tế

Livestream hoạt động bằng cách chia nhỏ file media thành các frame, gửi vào bộ nhớ đệm của máy tính và hiển thị nội dung từng frame Trong khi người dùng xem video, các frame tiếp theo vẫn tiếp tục được tải về Server mã hóa dữ liệu media, phân đoạn thành các segment và lưu dưới dạng file để truyền tải hiệu quả

Hình 3.6: Cấu trúc tổng quan HTTP Streaming [32]

Một số giao thức chính sử dụng trong streaming:

- RTP: Giao thức vận chuyển thời gian thực RTP đặc tả một tiêu chuẩn định dạng gói tin dùng để truyền âm thanh và hình ảnh qua internet

- RTSP: là một giao thức ở tầng ứng dụng trong bộ các giao thức Internet (Internet Protocol Suite) để kiểm soát việc truyền dữ liệu theo thời gian thực RTSP cung cấp một nền tảng mở rộng cho phép kiểm soát, truyền theo yêu cầu của dữ liệu thời gian thực, chẳng hạn như âm thanh và video

- RTMP: là giao thức không công khai do Adobe phát triển và giữ bản quyền, đƣợc thiết kế cho ứng dụng thời gian thực, cho phép truyền video và âm thanh với tốc độ nhanh, hạn chế bị giật hình hoặc méo tiếng

Kết luận chương 3 Ở chương 3, nhóm đã trình bày một cách toàn diện và chi tiết các cơ sở lý thuyết cần thiết cho việc nghiên cứu và phát triển dự án Nội dung của chương bao quát nhiều khía cạnh quan trọng, mỗi khía cạnh đều đóng vai trò thiết yếu trong việc xây dựng nền tảng lý thuyết vững chắc cho toàn bộ dự án

Trước hết, việc tìm hiểu về Machine Learning và các mô hình di động là một bước khởi đầu quan trọng Machine Learning, hay học máy, là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo (AI) tập trung vào việc phát triển các hệ thống có khả năng học hỏi từ dữ liệu và cải thiện hiệu suất theo thời gian mà không cần lập trình tường minh Những hiểu biết này không chỉ cung cấp nền tảng lý thuyết mà còn mở ra nhiều hướng ứng dụng tiềm năng, đặc biệt là trong việc phát triển các mô hình học máy trên thiết bị di động Điều này giúp tạo ra các ứng dụng thông minh, linh hoạt và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng trong thời đại số

Tiếp theo, việc tìm hiểu về Web Server và HTML đã giúp nhóm hiểu rõ hơn về quy trình xử lý dữ liệu và tương tác giữa các thành phần trong hệ thống Đồng thời, HTML (HyperText Markup Language) là ngôn ngữ đánh dấu quan trọng trong việc xây dựng các trang web Việc nắm vững HTML giúp tạo ra các giao diện người dùng trực quan và thân thiện, nâng cao trải nghiệm người dùng trên các trình duyệt web

Một khía cạnh quan trọng khác được đề cập trong chương này là các chuẩn giao tiếp không dây, đặc biệt là WiFi WiFi là công nghệ truyền dữ liệu không dây phổ biến trong các hệ thống mạng hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo kết nối và truyền tải dữ liệu một cách an toàn và hiệu quả Việc hiểu rõ các chuẩn giao tiếp này giúp đảm bảo rằng các thiết bị trong hệ thống có thể tương tác và truyền tải dữ liệu một cách mượt mà, không gặp phải các vấn đề về kết nối hay bảo mật

Cũng trong chương này, dịch vụ lưu trữ và xử lý dữ liệu trên đám mây, đặc biệt là Firebase, đã được giới thiệu một cách chi tiết Firebase là một nền tảng phát triển ứng dụng mạnh mẽ của Google, cung cấp nhiều dịch vụ như quản lý cơ sở dữ liệu, xác thực người dùng và đồng bộ dữ liệu theo thời gian thực Việc sử dụng Firebase giúp nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của ứng dụng, đồng thời giảm thiểu các khó khăn kỹ thuật liên quan đến việc quản lý và xử lý dữ liệu

Ngoài ra, quá trình phát triển ứng dụng Android cũng được trình bày rõ ràng, từ việc thiết kế giao diện người dùng đến lập trình chức năng Đặc biệt, phương pháp lập trình kéo thả thông qua MIT App Inventor đã được nhấn mạnh như một công cụ mạnh mẽ giúp đơn giản hóa quá trình phát triển ứng dụng MIT App Inventor là một nền tảng phát triển ứng dụng trực quan, cho phép người dùng xây dựng các ứng dụng Android một cách dễ dàng và nhanh chóng, ngay cả khi không có nhiều kinh nghiệm lập trình

Cuối cùng, hệ thống truyền tải video trực tuyến thông qua giao thức HTTP cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng Hệ thống này cho phép truyền tải video trực tiếp từ máy chủ đến người dùng thông qua mạng internet, đảm bảo chất lượng video cao và độ trễ thấp Việc hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống livestream video, từ việc mã hóa, truyền tải đến giải mã và hiển thị, giúp đảm bảo rằng nội dung video được truyền tải một cách hiệu quả và mượt mà

Tổng kết lại, chương 3 của đề tài đã cung cấp một nền tảng lý thuyết vững chắc, giúp hiểu rõ các khái niệm và công nghệ quan trọng cần thiết cho việc phát triển dự án Những kiến thức này không chỉ làm rõ các yếu tố kỹ thuật mà còn tạo ra sự liên kết giữa các thành phần trong hệ thống, từ đó góp phần vào sự thành công của dự án nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ROBOT

Các yêu cầu đặt ra

- Vận tốc của robot sẽ rơi vào khoảng 0.1 – 2 m/s Cụ thể là 0.3 m/s theo tiêu chuẩn ISO 3691-4:2020

- Sau khi cân nhắc kỹ lưỡng từ những thông tin thu thập được, nhóm chọn kích thước ban đầu của robot là 200x250x150(mm) Những kích thước này sẽ được kiểm nghiệm lại bằng tính toán

- Thời gian hoạt động của robot là 2 tiếng

- Camera có khả năng quay và quét góc rộng: 180 o ngang và 90 o dọc

- Robot cần được thiết kế với tính năng tuần tra, bảo mật dữ liệu cao

- Robot cần có khả năng hoạt ở địa hình bằng phẳng, không có dốc nghiêng

- Tuân thủ quy định và tiêu chuẩn an toàn

Từ các yêu cầu trên, ta có bảng tổng hợp như sau:

Vận tốc 0.3 m/s (Dựa theo tiêu chuẩn ISO 3691-4:2020)

Thời gian hoạt động 2 tiếng

Góc quay camera 180 o ngang và 90 o dọc

Khả năng di chuyển Địa hình phẳng

Hoạt động Điều khiển trên browser

Bảng 4.1: Các yêu cầu cơ bản của hệ thống robot

Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí

4.2.1 Lựa chọn cơ cấu truyền động cho hệ thống robot Đặc điểm và yêu cầu của mobile robot:

- Mobile robot điều khiển trên địa hình phẳng

- Tải trọng của mobile robot là 3.5kg

- Mobile robot di chuyển trên đường thẳng và di chuyển được ở những đoạn đường có góc cua

- Kích thước của bánh xe vừa phải, thuận tiện cho việc giám sát, tuần tra ở nơi hẹp

Qua đó ta có thể đề xuất được những phương án truyền động sau:

Truyền động Mô tả Ưu điểm Nhược điểm

2 bánh xe chủ động ở phía sau và bánh xe tự lựa ở phía trước

Ba bánh xe luôn đồng phẳng và tiếp xúc với mặt đất Kết cấu cơ khí đơn giản Qua cua dễ dàng, cung cấp độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn các phương hướng di chuyển

Bánh tự lựa phía trước nên chỉ cần chịu một tác động nhỏ cũng có thể làm lệch quỹ đạo đường đi của mobile robot Nếu xe mang tải nặng thì khi qua cua sẽ dễ bị lật

2 bánh xe chủ động ở phía trước và bánh xe tự lựa ở phía sau

Ba bánh xe luôn đồng phẳng và tiếp xúc với mặt đất Kết cấu cơ khí đơn giản Về độ ổn định Bánh xe tự lựa ở phía sau giúp tăng độ ổn định khi robot di chuyển, đặc biệt trên địa hình không đều hơn là bánh tự ở phía trước

Do mang tải nặng nên khi qua cua, xe dễ bị lật Hạn chế trong việc di chuyển ngược lại: Robot có thể gặp khó khăn khi cần di chuyển ngược lại do bánh xe tự lựa ở phía sau có thể gây trở ngại

2 bánh xe tự lựa ở phía trước và 2 bánh xe chủ động ở phía sau

Xe có kết cấu đơn giản

Xe có 4 bánh nên khi qua cua dù mang tải nặng cũng không bị lật như xe 3 bánh

Khó đảm bảo cho 4 bánh xe luôn đồng phẳng Khó qua cua do đặc điểm của bánh xe tự lựa

2 bánh tự lựa phía trước và có hệ thống treo

Xe bẻ lái dễ dàng khi qua cua và không bị lật dù mang tải nặng Bốn bánh xe luôn đồng phẳng do có hệ thống treo

Thiết kế cơ khí phức tạp và khó chế tạo

Bảng 4.2: Các phương án truyền động cho hệ thống robot

Sau khi cân nhắc kỹ lưỡng, dựa vào yêu cầu đề tài cũng như những ưu điểm phù hợp với mục tiêu, yêu cầu đó, nhóm quyết định sử dụng phương án truyền động 2 bánh xe chủ động ở phía sau và bánh xe tự lựa ở phía trước

4.2.2 Lựa chọn bánh xe cho robot

Yêu cầu đối với bánh xe chủ động:

- Nhẹ, bền, khả năng bám đường tốt

- Di chuyển trên địa hình bằng phẳng

Từ đó, phương án lựa chọn dựa trên đặc điểm của loại bánh và yêu cầu cần đáp ứng, nhóm đã quyết định lựa bánh thông thường có gai là bánh xe V3 80mm khớp Lục Giác 12mm

Hình 4.1: Bánh xe V3 80mm khớp lục giác 12mm

Yêu cầu đối với bánh xe bị động:

- Di chuyển trên bề mặt phẳng

- Dẫn hướng tốt (xoay 360 độ)

- Xử lý nhanh khi vào cua

Có 2 phương án chọn lựa và cần được phân tích:

Bánh xe mắt trâu Bánh xe BXD40NU Ưu điểm

- Bề mặt di chuyển: Bánh xe mắt trâu thường hoạt động tốt trên bề mặt trơn trượt và độ ma sát cao

- Độ bền cao: Bánh xe mắt trâu thường được làm từ vật liệu chịu lực tốt như cao su hoặc hợp kim thép, do đó chúng có độ bền cao và có thể chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt

- Khả năng chịu tải trọng lớn:

Với cấu trúc chắc chắn, bánh xe mắt trâu thường có khả năng chịu tải trọng lớn mà vẫn duy trì hiệu suất tốt

- Khả năng tự hồi phục: Bánh xe BXD40NU thường được làm từ các vật liệu linh hoạt như cao su, giúp chúng có khả năng tự hồi phục sau khi tiếp xúc với các vật cản nhỏ

- Độ trơn trượt cao: Với bề mặt linh hoạt, bánh xe BXD40NU thường có khả năng trơn trượt tốt hơn trên các bề mặt không đều hoặc bề mặt có độ ma sát thấp

- Khả năng giảm rung: Do tính linh hoạt của vật liệu, bánh xe BXD40NU có thể giúp giảm rung và độ ồn khi di chuyển

- Khả năng chịu va đập kém:

Mặc dù có độ bền cao, nhưng bánh xe mắt trâu có thể bị hỏng khi tiếp xúc với va đập mạnh hoặc vật cản lớn

- Khả năng cản trở di chuyển:

Do có bề mặt tiếp xúc rộng, bánh xe mắt trâu có thể tạo ra lực cản khi di chuyển trên bề

- Độ bền thấp hơn: So với bánh xe mắt trâu, bánh xe BXD40NU thường có độ bền kém hơn, đặc biệt là khi tiếp xúc với các vật cản cứng

- Khả năng chịu tải trọng giới hạn: Do tính linh hoạt của vật liệu, bánh xe BXD40NU có thể có khả năng chịu tải trọng thấp hơn so với bánh xe mắt trâu

33 mặt không đồng nhất hoặc bề mặt có cản trở

Bảng 4.3: Phân tích ưu và nhược điểm của các loại bánh xe dẫn bị động

Từ đó, phương án lựa chọn dựa trên đặc điểm của loại bánh và yêu cầu cần đáp ứng, nhóm đã quyết định lựa bánh xe BXD40NU đóng vai trò làm bánh xe tự lự

Hình 4.2: Kích thước bánh xe BXD40NU [36]

Màu sắc Đỏ, xanh, bạc Đường kính ngoài 85 mm

Bề rộng bánh xe 38 mm

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật bánh xe đa hướng BXD

4.2.3 Phương trình động học robot

Tọa độ và hướng của robot di động bánh xe (WMR) có thể được mô tả bằng hai hệ tọa độ (khung tọa độ) là hệ tọa độ toàn cầu và hệ tọa độ robot Hệ tọa độ toàn cầu được cố định trong mặt phẳng di chuyển của robot và được ký hiệu là {𝑥𝑔, 𝑦𝑔, 𝛽} hoặc {X, Y, 𝛽}, trong khi hệ tọa độ robot gắn liền với robot và di chuyển cùng với nó, hệ tọa độ này được ký hiệu là {𝑥𝑟, 𝑦𝑟, 𝛽} hoặc {x, y, 𝛽}

Mô hình xe của nhóm được mô tả như sau:

Hình 4.3: Mô hình động học mobile robot 3 bánh [11] Để dẫn xuất động học của robot di động bánh xe (WMR), cần biết hai giả thiết để đạt được điều kiện phi liên hoàn, đó là:

- Không có trượt ở các bánh xe, có nghĩa là robot không thể di chuyển ngang (chỉ có thể di chuyển theo chuyển động cong tiến và lùi); điều này có nghĩa là vận tốc tại điểm giữa O của trục ngang của robot bằng không

- Ràng buộc lăn thuần túy, có nghĩa là trong hệ tọa độ robot không có sự trượt dọc theo trục 𝑥r, và không có sự trượt ngang theo trục 𝑦𝑟

Bây giờ theo giả thiết của vật thể cứng, vận tốc tuyến tính của bánh phải 𝑣R và bánh trái 𝑣L như sau:

Cộng và trừ phương trình (2.2) và (2.3) để được

Tính toán, thiết kế hệ thống mạch điện cho xe robot

4.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống robot

Hình 4.8: Sơ đồ khối của hệ thống

Hệ thống điện của robot được phân chia thành các khối chức năng như trên Khối nguồn chính được phân phối tới các khối điều khiển, xử lý trung tâm chính, các cảm biến, hệ thống camera và cảnh báo, cũng như các khối điều khiển động cơ sau khi đi qua hệ thống giảm áp trên robot

Trung tâm xử lý chính của robot không chỉ điều khiển và điều phối chuyển động của robot thông qua khối điều khiển động cơ, mà còn chịu trách nhiệm trong việc giao tiếp và tương tác với các khối cảm biến và hệ thống camera cảnh báo Các khối cảm biến đóng vai

41 trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin, thông số môi trường cho trung tâm xử lý Nhờ vào các thông tin này, robot có thể phát hiện và phản ứng đối với các biến động hay sự cố trong môi trường xung quanh một cách nhanh chóng và hiệu quả

Hệ thống camera và cảnh báo của robot không chỉ dùng để quan sát mà còn để nhận diện và theo dõi các đối tượng trong phạm vi giám sát Trung tâm xử lý sẽ phân tích hình ảnh từ camera để nhận biết các đối tượng quan trọng như con người và các vật thể khác Ngoài ra, hệ thống cảnh báo sẽ thông báo cho người dùng hoặc hành động tự động khi phát hiện các tình huống đặc biệt như xâm nhập không cho phép hoặc tình trạng nguy hiểm

4.3.2 Khối điều khiển, xử lý trung tâm chính

Khối có chức năng chính là tiếp nhận, truyền dữ liệu điều khiển, giao tiếp với các khối còn lại, như là giao tiếp với camera để có thể nhận tín hiệu từ nó, để từ đó có thể truyền lại các dữ liệu đã xử lý từ camera đến web server để livestream video Hay khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vị cần thiết như động cơ DC, động cơ servo, các module điều khiển, các cảm biến, có khả năng giao tiếp với mạng internet, wifi để có thể livestream video trên web server bằng các dữ liệu thu được từ camera và thông qua web để truyền tải dữ liệu điều khiển động cơ cũng là một trong những chức năng nổi bật của khối trung tâm này

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại bo mạch có thể đáp ứng các chức năng được nêu trên như STM32, ESP8266, Arm,… Và thông qua tính toán cũng như là sự cân nhắc kỹ càng, nhóm quyết định dùng module Raspberry Pi 4 Model B Nó có thể đáp ứng đầy đủ và rất tốt những yêu cầu, tiêu chí chức năng đã đề ra

Hình 4.9: Sơ đồ chân Raspberry Pi 4 Model B [38]

Quad core 64-bit ARM-Cortex A72 hoạt động ở 1.5GHz 1,2 và 4GB LPDDR4 RAM

H 265 (HEVC) giải mã phần cứng (lên đến 4Kp60) Đồ họa VideoCore VI 3D

Hỗ trợ đầu ra màn hình HDMI kép lên đến 4Kp60

802.11 b/g/n/ac LAN không dây Bluetooth 5.0 với BLE

1x Thẻ nhớ SD 2x cổng micro-HDMI hỗ trợ màn hình kép có độ phân giải lên tới 4Kp60 2x cổng USB2

2x cổng USB3 1x cổng Gigabit Ethernet (hỗ trợ PoE với PoE HAT bổ sung) 1x cổng camera Raspberry Pi (2-lane MIPI CSI)

1x cổng hiển thị Raspverry Pi (2-lane MIPI DSI) 28x GPIO người dùng hỗ trợ nhiều tùy chọn giao diện khác nhau:

- 1x DPI (Hiển thị song song RGB)

- Lên đến 3x đầu ra GPCLK

Kiến trúc ARMv8 Stack phần mềm Linux phát triển Tích cực phát triển và duy trì

Hỗ trợ nhân Linux gần đây Vùng người dùng ổn định và hỗ trợ tốt Tính khả dụng của các chức năng GPU sử dụng API tiêu chuẩn

Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật của Raspberry Pi 4 model B

43 Ở đây, nhóm sử dụng Raspberry Pi 4 Model B có bộ nhớ 2GB LPDDR4, hệ điều hành được cài đặt từ thẻ SanDisk Micro SD, có thể chạy trên các phiên bản hệ điều hành Linux hoặc Window 10 IoT Bo mạch có kích thước 85 x 56 x 17mm, nặng 80g và có đầu nguồn là USB-C 5V – 3A

Nhóm còn dùng thêm NodeMCU Esp8266 để giao tiếp với các cảm biến, phục vụ cho chức năng an ninh, giám sát an toàn Esp8266 nhỏ, gọn, có khả năng kết nối wifi, rất phù hợp với yêu cầu của hệ thống

Hình 4.10: Sơ đồ chân NodeMCU Esp8266 [39]

WiFi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động 3.3V Điện áp vào 5V thông qua cổng USB

Số chân I/O 11 (tất cả các chân I/O đều có

Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

Giao tiếp cable micro USB

Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật của ESP8266EX

4.3.3 Khối điều khiển động cơ

Về phần điều khiển động cơ, để có thể điều khiển chính xác những động cơ này thì chúng ta sẽ phải cần bo mạch điều khiển động cơ, và cũng có rất nhiều bộ điều khiển, bo mạch điều khiển với đủ loại kích thước, yêu cầu phù hợp được buôn bán và áp dụng trong đời sống hiện nay như L298N, LB1826M Tuy nhiên, thể theo yêu cầu đã đề ra, nhóm đã quyết định sử dụng Module điều khiển động cơ TB6612FNG vì một số lý do như: khả năng hoạt động ở điện áp thấp của TB6612FNG giúp nó phù hợp hơn để tích hợp với Raspberry

Pi, thường hoạt động ở điện áp 3,3V; hơn nữa, do sử dụng thiết kế MOSFET, TB6612FNG có thể giảm điện áp rơi trên bộ điều khiển động cơ, hỗ trợ hoạt động ở mức điện áp thấp, giúp điều khiển động cơ một cách hiệu quả, mang lại hiệu suất và độ tin cậy tốt hơn

Hình 4.11: Driver motor TB6612FNG [40]

Thuộc tính Đặc điểm Điện áp cung cấp 2.7 – 5.5V

Driver Hỗ trợ 2 cầu H có thể dùng cho 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước Điện áp cung cấp cho motor

Tần số hoạt động Lên đến 100KHz

Dòng điện ngõ ra tối đa 3.2A cho mỗi cầu

Dòng ngõ ra liên tục 1.2A cho mỗi cầu (có thể mắc song song để lên đến 2.4A) Chế độ điều khiển 4 chế độ: quay thuận, quay ngược, hãm, stop

Bảo vệ Quá nhiệt và quá áp, chồng ngược nguồn cấp cho motor

Tụ lọc Ở cả 2 ngõ cấp nguồn

Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật của driver motor TB6612FNG

4.3.4 Khối các thiết bị ngoại vi

Việc nhu cầu nâng cao độ an toàn, cùng với nhu cầu giám sát môi trường theo thời gian thực đã thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống robot phức tạp, kết hợp bằng nhiều loại cảm biến và cơ chế camera, được thiết kế để hoạt động tự chủ trong không gian trong nhà, đảm bảo hoạt động giám sát liền mạch và liên tục Hiệu quả của các robot như vậy phụ thuộc đáng kể vào các thiết bị ngoại vi của nó, những thiết bị không thể thiếu để thu thập, xử lý và truyền dữ liệu quan trọng Ở đây, nhóm sẽ chia khối thiết bị ngoại vi của robot giám sát trong nhà thành hai phần riêng biệt: hệ thống các cảm biến và hệ thống camera Phần cảm biến bao gồm cảm biến khí MQ2, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22 Trong khi đó, phần hệ thống camera bao gồm Camera Pi hồng ngoại, hệ thống cơ chế pan- tilt linh hoạt và động cơ servo SG90

 Hệ thống các cảm biến

Chức năng chính của hệ thống là thu nhận các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, tọa độ vị trí của robot, từ đó hiển thị các thông số đã thu được ở trên cho người dùng

- Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 [41]

Thuộc tính Đặc điểm Điện áp hoạt động 3.3V – 5V

Dãi độ ẩm hoạt động 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Dãi nhiệt độ hoạt động 0 o C ~ 50 o C, sai số ±2 o C

Khoảng cách truyền tối đa 20m

Bảng 4.11: Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ấm DHT22

Giải thích sơ đồ mạch: mạch cảm biến DHT22 bao gồm một cảm biến độ ẩm, một cảm biến nhiệt độ NTC, giá trị của 2 cảm biến sẽ được đọc ở chân data, chân này được nối tới vi xử lý Mạch còn tích hợp thêm led để kiểm tra có nguồn Để vi xử lý có thể giao tiếp với DHT22, ta cần biết được nguyên lý hoạt động của nó

 Bước 1: vi xử lý gửi tín hiệu “ Start”

 Bước 2: đọc giá trị trên DHT22 DHT22 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

+Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%) +Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%) +Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC) +Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC) +Byte 5: kiểm tra tổng

Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa

Sau khi giao tiếp được với DHT22, DHT22 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và độ ẩm Sau khi tín hiệu được đưa về

0, ta đợi chân data của MCU được DHT22 kéo lên 1

- Cảm biến khí gas MQ2

Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến khí gas MQ2 [42]

Nguồn hoạt động 5VDC Dòng hoạt động 0.15A

Tín hiệu tương tự Analog

Bảng 4.12: Thông số kỹ thuật của cảm biến MQ2

Sơ đồ mạch điện và sơ đồ nguyên lý của hệ thống robot

Hình 4.22: Sơ đồ mạch điện và nguyên lý của robot

Hình 4.23: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống robot

Sau đây là mô tả chi tiết về từng khối chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống: Trước hết, hệ thống sử dụng nguồn pin 3.7V từ 4 cells Nguồn pin này được sử dụng để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống thông qua hai bộ chuyển đổi điện áp, bao gồm hạ áp LM2596 12V và hạ áp LM2596 buck DC-DC 5V XY-3606

Bộ hạ áp 12V chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp từ pin lên 12V, cung cấp nguồn cho các thành phần cần điện áp 12V như khối động cơ, bao gồm driver và hai động cơ JGY370 Driver động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển, xử lý trung tâm và điều khiển hoạt động của các động cơ JGY370 Ngoài việc cung cấp nguồn cho động cơ, bộ hạ áp 12V còn cung cấp năng lượng cho buzzer Buzzer này được sử dụng để phát ra âm thanh cảnh báo khi có sự kiện cần chú ý, ở đây sẽ là khi phát hiện con người

Tiếp theo là bộ hạ áp 5V, chuyển đổi điện áp từ pin xuống 5V để cung cấp năng lượng cho các thành phần cần điện áp thấp hơn Điện áp 5V này chủ yếu cấp nguồn cho hệ thống xử lý trung tâm, bao gồm Raspberry Pi 4 Model B và ESP8266 Raspberry Pi 4 Model B đóng vai trò là vi xử lý trung tâm, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống Nó nhận và xử lý dữ liệu từ các cảm biến, camera, các động cơ servo… sau đó đưa ra các tín hiệu điều khiển để vận hành các động cơ và các thành phần khác ESP8266 cho phép hệ thống có thể gửi và nhận dữ liệu từ xa, cũng như điều khiển hệ thống qua mạng

Khối camera được kết nối với Raspberry Pi, cho phép hệ thống thu thập và truyền tải hình ảnh hoặc video Khối này bao gồm các mạch chuyển đổi và điều khiển để đảm bảo rằng dữ liệu hình ảnh được xử lý một cách chính xác và hiệu quả Đồng thời là 2 động cơ servo SG90 dùng để điều khiển chuyển động của camera

Khối cảm biến bao gồm các cảm biến khác nhau như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas Các cảm biến này thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh và gửi về ESP8266 để xử lý Từ đó, các dữ liệu đã được xử lý sẽ được đẩy lên Firebase, các Android App sẽ lấy dữ liệu từ đó về và hiển thị lên màn hình điện thoại người dùng

Khối điều khiển động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ Raspberry Pi và điều khiển hoạt động của các động cơ JGY370 Nó bao gồm các mạch điều khiển và driver để đảm bảo rằng động cơ hoạt động một cách chính xác theo yêu cầu

Cuối cùng, khối loa cảnh báo kết nối với hệ thống và được điều khiển bởi vi xử lý trung tâm để phát ra âm thanh cảnh báo khi cần thiết Điều này đảm bảo rằng người dùng sẽ được thông báo ngay lập tức khi có sự cố hoặc sự kiện cần chú ý (phát hiện con người)

Lựa chọn phương án điều khiển, lập trình cho hệ thống robot

4.5.1 Lựa chọn phương án điều khiển

Khi điều khiển cho robot giám sát trong nhà di động, cần xem xét một số yếu tố, bao gồm tính dễ sử dụng, độ tin cậy, tính linh hoạt và khả năng tích hợp Dưới đây là một số phương án cùng với sự so sánh để xác định lựa chọn khả thi nhất: Ưu điểm Nhược điểm Điều khiển từ xa qua web server và ứng dụng di động

Kết hợp sự tiện lợi của điều khiển dựa trên web để quản lý hệ thống robot với việc tích hợp ứng dụng di động để nhận và hiển thị dữ liệu cảm biến, góp phần cung cấp sự linh hoạt và tính di động cho người vận hành để điều khiển robot từ bất kỳ đâu trong khu vực giám sát

Phụ thuộc vào kết nối di động hoặc WiFi ổn định, có thể không phải lúc nào cũng khả dụng hoặc đáng tin cậy Bị giới hạn bởi phạm vi của mạng không dây, có thể gây ra tình trạng mất hoặc chậm tín hiệu

Vì vậy yêu cầu kết nối internet mạnh mẽ và có thể cần nỗ lực phát triển bổ sung để tích hợp liền mạch cả hai hệ thống Điều khiển bằng bảng điều khiển hoặc cần điều khiển

Cung cấp khả năng điều khiển trực tiếp và trực quan đối với các chuyển động của robot, cho phép người vận hành điều hướng trong các không gian trong nhà một cách chính xác

Yêu cầu người vận hành phải nhập thủ công liên tục, hạn chế quyền tự chủ của robot và khả năng thực hiện đa nhiệm của người vận hành Điều khiển bằng việc điều hướng tự động và tránh chướng ngại vật

Sử dụng các cảm biến (ví dụ: siêu âm, hồng ngoại) và thuật toán để điều hướng tự động, cho phép robot điều hướng môi trường trong nhà, xí nghiệp, nhà máy và tránh chướng ngại vật

Có thể yêu cầu lập trình phức tạp và tích hợp cảm biến, có khả năng làm tăng độ phức tạp và chi phí phát triển

59 Điều khiển bằng giọng nói

Cung cấp khả năng vận hành rảnh tay, cho phép người vận hành điều khiển robot bằng khẩu lệnh Mang lại sự thuận tiện và khả năng tiếp cận, đặc biệt trong các tình huống mà việc điều khiển thủ công có thể không thực tế hoặc không an toàn Độ tin cậy có thể khác nhau tùy thuộc vào độ chính xác của công nghệ nhận dạng giọng nói Tiếng ồn xung quanh hoặc các yếu tố môi trường có thể cản trở việc nhận dạng lệnh

Bảng 4.22: Ưu và nhược điểm của các phương án điều khiển

Xem xét các phương pháp trên, cùng với việc dựa theo yêu cầu của đề tài đặt ra, ta có thể thấy rằng phương pháp khả thi nhất để có thể điều khiển robot giám sát, đặc biệt là robot có khả năng cảm biến đa dạng, chính là việc tích hợp web server để điều khiển chuyển động và camera với ứng dụng di động để hiển thị dữ liệu cảm biến

Khi điều khiển bằng web server, nó có thể cung cấp khả năng kiểm soát tập trung đối với cài đặt chuyển động và camera của rô-bốt thông qua giao diện dựa trên web, cho phép người vận hành điều hướng robot và điều chỉnh góc nhìn của robot từ xa Nó mang lại sự linh hoạt và tiện lợi vì người vận hành có thể truy cập vào giao diện điều khiển từ bất kỳ thiết bị nào có trình duyệt web Thêm vào đó nữa, bằng cách sử dụng ứng dụng di động, người vận hành có thể nhận dữ liệu cảm biến thời gian thực từ robot giám sát, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, mức khí gas Ứng dụng di động có thể trình bày dữ liệu này trong giao diện thân thiện với người dùng, cho phép người vận hành giám sát các điều kiện môi trường và phát hiện sự bất thường một cách hiệu quả Thêm vào đó, ta có thể làm tăng thêm khả năng giám sát của hệ thống robot qua tính năng nhận dạng con người

Và mục đích chính của đề tài là có thể điều khiển từ xa Chính vì vậy, nhóm đã quyết định sử dụng RemoteIT Phương án điều khiển từ xa bằng RemoteIT là một sự bổ sung quan trọng RemoteIT là một giải pháp mạnh mẽ cho phép truy cập từ xa an toàn vào các thiết bị và hệ thống mà không cần mở cổng trên bộ định tuyến hoặc thiết lập mạng riêng ảo (VPN) Với RemoteIT, người vận hành có thể điều khiển robot từ bất kỳ đâu, đảm bảo rằng hệ thống luôn sẵn sàng hoạt động và có thể được quản lý một cách hiệu quả từ xa

4.5.2 Lựa chọn phương pháp lập trình

4.5.2.1 Phương pháp lập trình động cơ qua driver motor

Trong bối cảnh công nghệ phát triển, việc điều khiển động cơ qua lập trình ngày càng phổ biến Raspberry Pi kết hợp với thư viện WiringPi và ngôn ngữ Bash là giải pháp đơn giản và mạnh mẽ cho việc điều khiển động cơ

WiringPi cung cấp giao diện dòng lệnh trực quan, dễ thiết lập và điều khiển GPIO, PWM, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Thư viện này tương thích tốt với nhiều loại động cơ và thiết bị ngoại vi, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả trên Raspberry Pi WiringPi được tối ưu hóa để sử dụng tài nguyên hiệu quả, giúp hệ thống hoạt động mượt mà Người dùng có thể dễ dàng tùy chỉnh các tham số điều khiển như trạng thái GPIO và tín hiệu, phù hợp với yêu cầu cụ thể WiringPi hỗ trợ điều khiển nhiều động cơ cùng lúc và tích hợp cảm biến, giúp mở rộng khả năng ứng dụng

WiringPi giúp kiểm soát rủi ro trong quá trình điều khiển động cơ, đảm bảo an toàn cho thiết bị Thư viện đã được kiểm chứng qua nhiều ứng dụng thực tế, đảm bảo độ tin cậy và ổn định

Hình 4.24: Lưu đồ điều khiển Raspberry Pi 4 với driver motor

Hình 4.25: Lưu đồ lập trình Raspberry Pi 4 với driver motor

4.5.2.2 Phương pháp lập trình servo

Thư viện pigpio là công cụ mạnh mẽ để điều khiển GPIO trên Raspberry Pi, đặc biệt hữu ích cho việc điều khiển động cơ servo nhờ khả năng tạo tín hiệu PWM với độ chính xác cao Với pigpio, bạn có thể tạo tín hiệu PWM với độ phân giải micro giây, đảm bảo servo hoạt động mượt mà và chính xác

THI CÔNG – THỰC NGHIỆM

Thi công, lắp ráp hệ thống robot

Sau khi chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ, linh kiện cần thiết, nhóm sẽ tiến hành lắp ráp hoàn chỉnh mô hình robot Sau đây là quá trình thi công và lắp ráp robot của nhóm

- Sau khi đã hoàn thành bản vẽ cơ khí, nhóm tiến hành thi công làm khung robot, nguyên liệu bằng nhôm, có kích thước 200x250x150 (mm)

Hình 5.1: Khung nhôm của hệ thống robot

- Sau khi có khung, nhóm tiến hành lắp ráp các thiết bị vào, đầu tiên là hệ thống chuyển động chính của robot bao gồm nguồn, các bánh xe và hai động cơ chính của robot

Hình 5.2: Hệ thống truyền động và nguồn của robot

- Tiếp theo, nhóm tiến hành lắp ráp các mạch hạ áp, hệ thống camera, hệ thống cảnh báo của robot vào khung

Hình 5.3: Mạch hạ áp, hệ thống camera cảnh báo của robot

- Kế đến, nhóm sẽ tiến hành thực hiện phần lắp ráp nắp trên Ở nắp trên sẽ bao gồm khối điều khiển xử lý trung tâm chính cùng với các cảm biến

Hình 5.4: Nắp nhôm trên cùng với khối xử lý trung tâm và các cảm biến

- Sau khi hoàn thành hệ thống điện, nhóm sẽ tiến hành cố định nắp trên với khung của robot bằng cách sử dụng ốc lục giác M5 và pad chữ L Và cuối cùng là lắp ráp vỏ nhựa PMMA cho robot

Hình 5.5: Mô hình Robot sau khi lắp ráp

Thông số cơ bản của robot:

Thực nghiệm – Kiểm tra kết quả

Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot tuần tra, giám sát và cảnh báo trong không gian hạn chế" tập trung vào việc phát triển một hệ thống robot có khả năng tuần tra, giám sát và phát hiện các tình huống bất thường trong không gian hạn chế như nhà ở, văn phòng, kho bãi, hay những khu vực có môi trường gây nguy hiểm cho con người Mục tiêu của phần thực nghiệm là kiểm tra và đánh giá các tính năng, hiệu năng và độ ổn định của robot trong môi trường thực tế Cụ thể, các mục tiêu bao gồm:

- Đánh giá khả năng tuần tra của robot trong không gian hạn chế

- Kiểm tra khả năng tuần tra giám sát, phát hiện con người và cảnh báo

- Kiểm tra khả năng giám sát môi trường xung quanh và cảnh báo

- Đánh giá khả năng điều khiển từ xa và tương tác người dùng

5.2.1 Khả năng tuần tra của robot trong không gian hạn chế

Khu vực thử nghiệm được chọn là một căn phòng trong nhà với kích thước 5m x 4m, có nhiều vật cản như bàn ghế, các hộp các tông để mô phỏng không gian hạn chế Các vật cản được sắp xếp ngẫu nhiên để tạo ra các lối đi hẹp và góc cua phức tạp nhằm kiểm tra khả năng di chuyển linh hoạt của robot Sau đây là kết quả sau khi thực nghiệm:

- Trong quá trình thử nghiệm, robot đã di chuyển qua khu vực thử nghiệm 10 lần Trong đó, chỉ có 3 lần robot bị kẹt khi gặp vật cản, chủ yếu là do hai trường hợp: camera không thể phát hiện vật cản và trình chiếu lên màn hình livestream, trường hợp còn lại là do việc điều khiển của người dùng Thời gian trung bình để di chuyển qua khu vực thử nghiệm là 3 phút

- Robot hoàn thành lộ trình tuần tra và quay lại điểm xuất phát trong 7/10 lần thử nghiệm Trong 3 lần không thành công, robot bị kẹt và không thể quay lại điểm xuất phát

- Robot có thể di chuyển ổn định, không bị mất điều khiển hoặc gặp sự cố kỹ thuật trong quá trình tuần tra

5.2.2 Khả năng tuần tra giám sát, phát hiện con người và cảnh báo

Mục tiêu là để đánh giá khả năng của robot trong việc giám sát khu vực, nhận diện và phát hiện người Điều này bao gồm khả năng thu thập và phân tích dữ liệu hình ảnh, phát hiện sự hiện diện của con người và gửi cảnh báo khi phát hiện có người trong khu vực giám sát Sau khi tiến hành thực nghiệm, đây là kết quả mà nhóm thu được:

- Độ chính xác phát hiện người trong các điều kiện khác nhau: Nhóm tiến hành phát hiện và thu thập, phân tích, đánh giá kết quả trên 100 ảnh mà hệ thống robot đã phát hiện được và gửi mail về cho người dùng

Bảng 5.1: Kết quả thử nghiệm độ chính xác của robot trong việc phát hiện con người

 Qua bảng trên, có thể thấy tỷ lệ phát hiện con người trong các môi trường, điều kiện khác nhau là khá cao (89.75%) Hệ thống hoạt động ổn định và chính xác hơn trong môi trường ánh sáng bình thường và mạnh Các trường hợp phát hiện sai chủ yếu là do điều kiện ánh sáng yếu hoặc con người di chuyển quá nhanh làm robot không thể phát hiện kịp thời Trường hợp ánh sáng quá yếu, môi trường tối hẳn thì hệ thống robot sẽ không nhận diện được Đây cũng là một điểm cần được khắc phục trong tương lai

- Thời gian trung bình từ khi phát hiện người đến khi bật loa và gửi cảnh báo là 2s Điều kiện môi trường FPS

Số ảnh phát hiện đúng

Tỷ lệ phát hiện – gửi cảnh báo đúng

Tỷ lệ phát hiện – gửi mail sai

- Hệ thống hoạt động ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm, không gặp sự cố kỹ thuật nghiêm trọng Tuy nhiên, FPS cũng như khả năng phát hiện con người của robot có thể bị giảm do mạng internet mà hệ thống robot đang kết nối và sử dụng

Hình 5.6: Kết quả phát hiện con người

Hình 5.7: Kết quả gửi mail cảnh báo

5.2.3 Khả năng giám sát môi trường xung quanh và cảnh báo

Mục tiêu của phần kiểm tra này là đánh giá khả năng của robot trong việc giám sát môi trường xung quanh và phát hiện các yếu tố bất thường như thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ khí gas Hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến điện thoại người dùng khi nồng độ khí gas vượt mức cho phép, nhằm đảm bảo an toàn và kịp thời phản ứng với các tình huống khẩn cấp Sau đây là kết quả kiểm nghiệm của nhóm:

- Trong quá trình thử nghiệm, cảm biến DHT22 đo nhiệt độ và độ ẩm với sai số trung bình là ±2°C và ±2% RH Cảm biến MQ-2 đo nồng độ khí gas với sai số trung bình là ±10 ppm

- Khi nồng độ khí gas vượt mức 950 ppm dựa theo các tiêu chuẩn an toàn trong lao động, hệ thống đã gửi cảnh báo đến điện thoại người dùng trong vòng khoảng 1 giây Ứng dụng Android nhận và hiển thị cảnh báo kịp thời trong 99% trường hợp, chỉ có 1% trường hợp bị trễ do mất kết nối internet Ứng dụng cung cấp thông tin chi tiết về mức độ khí gas, nhiệt độ và độ ẩm môi trường, kèm theo các cảnh báo nguy hiểm Tỷ lệ cảnh báo đúng đạt 99%, với 1% trường hợp nhận diện sai hoặc không nhận diện được khí gas do hai trường hợp: mạng internet không ổn định hoặc hệ thống dây điện kết nối bị lỏng, không chắc chắn

- Hệ thống hoạt động ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm, không gặp sự cố kỹ thuật hoặc các trục trặc nghiêm trọng nào, một lần nữa khẳng định khả năng hoạt động ổn định của hệ thống robot

Hình 5.8: Dữ liệu đo được từ các cảm biến, trên Firebase và thực tế

Hình 5.9: App Android gửi cảnh báo đến điện thoại người dùng

5.2.4 Khả năng điều khiển từ xa và tương tác người dùng

Phần này nhằm đánh giá khả năng điều khiển robot thông qua web server và mức độ tương tác của người dùng với hệ thống, đặc biệt tập trung vào việc sử dụng REMOTE.IT để điều khiển từ xa Điều này bao gồm việc điều khiển robot từ xa thông qua giao diện

79 web, tính tiện dụng của giao diện web, và mức độ phản hồi của hệ thống đối với các lệnh điều khiển Sau đây là kết quả điều khiển:

- Giao diện web trực quan, đơn giản và dễ sử dụng, cung cấp đầy đủ các chức năng cần thiết để điều khiển robot và giám sát camera

Phương thức gửi lệnh Tốc độ phản hồi

Bảng 5.2: Tốc độ phản hồi câu lệnh khi điều khiển trực tiếp và thông qua REMOTE.IT

- Hệ thống robot thực hiện chính xác các lệnh điều khiển di chuyển robot thông qua giao diện web với thời gian phản hồi trung bình gần như là ngay lập tức khi điều khiển trực tiếp Camera được điều khiển linh hoạt, cho phép thay đổi góc quay và hướng giám sát một cách dễ dàng Tuy nhiên khi điều khiển thông qua REMOTE.IT, tốc độ phản hồi bị trễ lại, phải mất 1-2s để hệ thống robot có thể phản hồi với các câu lệnh điều khiển Nguyên nhân chủ yếu là do kết nối Internet kém

Hình 5.10: So sánh tốc độ mạng cục bộ (trái) và từ xa (phải)

- Hệ thống duy trì kết nối ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm, không gặp sự cố mất kết nối nghiêm trọng

Hình 5.11: Giao diện web server

Chương 5 đã trình bày chi tiết quá trình thi công hệ thống robot giám sát

Trong phần thi công và lắp ráp hệ thống robot, nhóm đã tiến hành lựa chọn và tích hợp các thành phần phần cứng cần thiết như động cơ, servo, cảm biến, camera và các module giao tiếp Quá trình lắp ráp được thực hiện cẩn thận, đảm bảo sự ổn định và hiệu suất cao cho robot Phần lập trình cho hệ thống robot là một bước quan trọng trong quá trình thi công Nhóm đã sử dụng ngôn ngữ Python để lập trình trên Raspberry Pi, kết hợp với Arduino IDE để lập trình cho ESP8266 Thorny IDE và Notepad++ được sử dụng làm công cụ chính để viết và chỉnh sửa mã nguồn Quá trình lập trình bao gồm việc xây dựng các lưu đồ giải thuật, triển khai mã và kiểm tra tính năng Nhóm đã phát triển các chức năng điều khiển động cơ, servo, giao tiếp với camera và cảm biến, cũng như truyền dữ liệu lên web server và ứng dụng Android Đặc biệt, việc sử dụng MIT App Inventor để tạo ra ứng dụng di động giúp hiển thị dữ liệu cảm biến và điều khiển robot từ xa, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt cho hệ thống Kết thúc chương, nhóm đã hoàn thành việc thi công và lập trình cho hệ thống robot giám sát, đảm bảo tất cả các thành phần phần cứng và phần mềm hoạt động một cách đồng bộ và hiệu quả Hệ thống robot giám sát đã sẵn sàng cho các bước thử nghiệm và ứng dụng thực tế, mở ra nhiều khả năng mới cho việc giám sát và thu thập dữ liệu môi trường