Đề tài đã thực hiện thành công và đạt được kết quả khả quan như: xây dựng được một mô hình mobile robot hoàn chỉnh. Với code được lập trình bằng phần mềm Arduino. Xây dựng được một báo cáo hoàn chỉnh về các bước để thiết kế phần cứng lẫn phần mềm của một mobile robot điều khiển bằng giọng nói. Để làm tiền đề cho các khóa sau tìm hiểu phát triển để ứng dụng cao hơn trong thực tiễn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MOBILE ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Họ tên sinh viên: TRẦN QUỐC BỬU Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2012-2016 Tháng 06 năm 2016 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MOBILE ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI TÁC GIẢ TRẦN QUỐC BỬU Khóa luận tốt nghiệp đệ trình đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Phúc Tháng 06 năm 2016 i LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn tất quý thầy cô trường Đại học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh q Thầy Cơ khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Cơ - Điện Tử giúp đỡ chúng em nhiệt tình thời gian thực đề tài Em xin bày tỏ biết ơn chân thành thầy Nguyễn Tấn Phúc tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô hội đồng dành thời gian nhận xét góp ý để luận văn em hồn thiện Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến người thân bạn bè động viên, ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt q trình hồn thành luận văn TPHCM, tháng 06 năm 2016 Sinh viên thực TRẦN QUỐC BỬU ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mơ hình Mobile Robot điều khiển giọng nói” thực trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng đến tháng năm 2016 Đề tài thực thành công đạt kết khả quan như: xây dựng mơ hình mobile robot hồn chỉnh Với code lập trình phần mềm Arduino Xây dựng báo cáo hoàn chỉnh bước để thiết kế phần cứng lẫn phần mềm mobile robot điều khiển giọng nói Để làm tiền đề cho khóa sau tìm hiểu phát triển để ứng dụng cao thực tiễn Nội dung báo cáo trình bày theo bố cục sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết khảo nghiệm Chương 5: Kết luận đề nghị Do thời gian thực hạn chế, trình độ kinh nghiệm có giới hạn nên đề tài nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn để đề tài em hoàn thiện iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PWM: Pulse Width Modulation DC: Direct Current VR3: Voice Recongnition Module V3 VĐK: Vi điều khiển LCD: Liquid Crystal Display UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter GPIO: General Purpose Input Output Wifi: Wireless Fidelity v MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: Board Arduino Uno R3 .Error: Reference source not found Hình 2.2: IC L298 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý module L298 Hình 2.4: Module Bluetooth HC-05 Error: Reference source not found Hình 2.5: Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05 Hình 2.6: Một số động DC sử dụng robot Error: Reference source not found Hình 2.7: Nguyên lí hoạt động động DC .11 Hình 2.8: Đồ thị dạng xung điều chỉnh PWM .Error: Reference source not found Hình 2.9: Nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung 12 Hình 2.10: Nguyên lý truyền động hộp giảm tốc 14 Hình 2.11: Tai nghe Bluedio I4 dùng để truyền tín hiệu âm .15 Hình 2.12: Nút POWER tai nghe Bluetooth Error: Reference source not found Hình 2.13: Giao diện khỏi động phần mềm EpocCam View Error: Reference source not found Hình 2.14: Voice Recongnition Module V3 Error: Reference source not found Hình 2.15 : Phân tích nhận dạng nhóm VR3 Error: Reference source not found Hình 2.16: Giao diện Serial Monitor 20 Hình 2.17: Giao diện Serial Monitor sau huấn luyện thành công Error: Reference source not found vi Hình 3.1: Mơ hình Mobile Robot phần mềm SolidWorks Error: Reference source not found Hình 3.2: Sơ đồ khối robot Error: Reference source not found Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn chuyển đổi 5V DC Error: Reference source not found Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý .Error: Reference source not found Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối công suất động Error: Reference source not found Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển từ xa .Error: Reference source not found Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nhận dạng giọng nói Error: Reference source not found Hình 3.8: Sơ đồ nối dây cho toàn hệ thống mobile robot Error: Reference source not found Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật chương trình 31 Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật điều khiển giọng nói 33 Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật điều khiển tay giao diện matlab 34 Hình 3.12: Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý ảnh chụp Error: Reference source not found Hình 4.1: Board Arduino Uno R3 Mobile Robot Error: Reference source not found Hình 4.2: Mạch cầu H Error: Reference source not found Hình 4.3: Module HC-05 Error: Reference source not found Hình 4.4: Module giọng nói VR3 tai nghe Bluetooth Error: Reference source not found Hình 4.5: Mơ hình Mobile Robot thực tế Error: Reference source not found Hình 4.6: Nút nhấn phía sau robot Error: Reference source not found vii Hình 4.7: Giao diện matlab điều khiển máy tính Error: Reference source not found Hình 4.8: Giao diện chương trình xử lý hình ảnh chụp Error: Reference source not found viii a Khảo nghiệm lần 1: Truyền lệnh để Robot thẳng Sử dụng câu lệnh “đi” Bảng 4.2: Kết khảo nghiệm cho Mobile Robot thẳng Lần Phạm vi mét mét mét 10 mét 12 mét 10 Tỉ lệ ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð 100% 80% 80% 80% 80% Ghi chú: : Robot không nhận tín hiệu ð: Robot nhận tín hiệu thẳng b Khảo nghiệm lần 2: Truyền lệnh để Robot lùi Sử dụng câu lệnh “lùi” Bảng 4.3: Kết khảo nghiệm cho Mobile Robot lùi Lần Phạm vi mét mét mét 10 mét 12 mét 10 Tỉ lệ ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð 100% 90% 90% 90% 80% Ghi chú: : Robot khơng nhận tín hiệu ð: Robot nhận tín hiệu lùi c Khảo nghiệm lần 3: Truyền lệnh cho Robot rẽ phải Sử dụng câu lệnh “rẽ phải” Bảng 4.4: Kết khảo nghiệm cho Mobile Robot rẽ phải Lần Phạm vi mét mét mét 10 mét 10 Tỉ lệ ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð 90% 80% 80% 70% 47 12 mét ð ð ð ð ð ð ð ð 80% Ghi chú: : Robot khơng nhận tín hiệu ð: Robot nhận tín hiệu rẽ phải d Khảo nghiệm lần 4: Truyền lệnh cho Robot rẽ trái Sử dụng câu lệnh “quay trái” Bảng 4.5: Kết khảo nghiệm cho Mobile Robot rẽ trái Lần Phạm vi mét mét mét 10 mét 12 mét 10 Tỉ lệ ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð 90% 80% 70% 70% 70% Ghi chú: : Robot khơng nhận tín hiệu ð: Robot nhận tín hiệu rẽ trái e Khảo nghiệm lần 5: Truyền lệnh cho Robot đứng lại Sử dụng câu lệnh “dừng lại” Bảng 4.6: Kết khảo nghiệm cho Mobile Robot đứng lại Lần Phạm vi mét mét mét 10 mét 12 mét 10 Tỉ lệ ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð 100% 90% 90% 90% 80% Ghi chú: : Robot khơng nhận tín hiệu ð: Robot nhận tín hiệu dừng lại 48 Nhận xét: Dựa vào bảng kết quả, ta thấy Mobile Robot hoạt động chế độ điều khiển giọng nói tốt Tuy nhiên cách phát âm câu lệnh điều kiện khảo nghiệm chưa tốt, có nhiều vật cản tín hiệu sóng Bluetooth, mơi trường nhiễu tiếng ồn xung quanh khiến cho tín hiệu nhận tín hiệu chuẩn khơng khớp với nên Mobile Robot hoạt động thiếu ổn định 49 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau trình nghiên cứu thực với hướng dẫn nhiệt tình giảng viên hướng dẫn Đề tài đạt số kết sau: 5.1 Kết luận Đã hoàn thành đề tài “Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mơ hình mobile robot điều khiển giọng nói” trình bày bước thiết kế mobile robot điều khiển giọng nói tay thơng qua bluetooth Mơ hình hồn thiện đáp ứng yêu cầu đặt đề tài Ưu điểm nhược điểm mơ hình: Ưu điểm: Có kích thước nhỏ gọn vào nơi hẹp, thấp Khả kết nối, điều khiển không dây giao diện linh hoạt Hình ảnh truyền tốt, chụp hình để thu thập hình ảnh Nhược điểm: Truyền nhận tín hiệu giọng nói bị nhiễu tiếng ồn môi trường Di chuyển robot chưa mượt mà, hồn thiện Hình ảnh truyền đòi hỏi tốc độ truyền wifi cao (khoảng 300kb/s trở lên hình ảnh mượt, rõ ràng để quan sát điều khiển) Do cấu hình máy yếu nên việc chuyển đổi giao diện xử lý ảnh với giao diện điều khiển chậm 5.2 Đề nghị Do thời gian thực ngắn nên hồn thiện mơ hình Mobile Robot ý muốn Vì xin đưa vài khiến nghị để Mobile Robot hoàn thiện tương lai: Kết hợp thêm động Servo bánh trước để tăng độ xác việc điều khiển hướng xe góc cua Nâng cấp mơ hình thành bánh xe động độc lập 50 để chuyển động mượt hơn, mạnh Phát triển đề tài giúp xe có khả chạy tốt mơi trường xấu, nhiễu sóng nhiều, địa hình nhiều vật cản Sử dụng điều khiển từ xa sóng RF để tăng khoảng cách điều khiển Phát triển đề tài giúp xe có khả điều chỉnh góc quay camera Ngồi phát triển đề tài Mobile Robot, áp dụng điều khiển giọng nói để chế tạo xe lăn điều khiển giọng nói cho người khuyết tật, phát triển mơ hình nhà thơng minh điều khiển thiết bị giọng nói thơng qua sóng bluetooth 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần tài liệu tham khảo Bài giảng thiết kế hệ thống điện tử Tác giả: Th.S Nguyễn Tấn Phúc VR3_manual Hướng dẫn sử dụng arduino Tác giả: Nguyễn Trung Tín Arduino Cookbook Tác giả Michael Margolis Các viết diễn đàn điện tử http://codientu.org http://arduino.cc http://hshop.vn http://www.mathworks.com 52 Phụ lục Code arduino: #include #include "VoiceRecognitionV3.h" VR myVR(2,3); uint8_t record[7]; uint8_t buf[64]; char x; int IN1 = 4; int IN2 = 5; int IN3 = 6; int IN4 = 7; int ENA = 9; int ENB = 10; #define toi (0) #define lui (1) #define trai (4) #define phai (3) #define ngung (2) #define quaytrai (5) #define dithang (6) void printSignature(uint8_t *buf, int len) { int i; for(i=0; i0x19 && buf[i]0) { printSignature(buf+4, buf[3]); 54 } else{ Serial.print("NONE"); } Serial.println("\r\n"); } void setup() { myVR.begin(9600); Serial.begin(9600); Serial.println("Elechouse Voice Recognition V3 Module\r\nMulti Commands sample"); pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); pinMode(ENA, OUTPUT); pinMode(ENB, OUTPUT); if(myVR.clear() == 0){ Serial.println("Recognizer cleared."); } Else { Serial.println("Not find VoiceRecognitionModule."); Serial.println("Please check connection and restart Arduino."); while(1); } if(myVR.load((uint8_t)toi) >= 0){ Serial.println("chay_toi loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)lui) >= 0){ 55 Serial.println("chay_lui loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)trai) >= 0){ Serial.println("re_phai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)phai) >= 0){ Serial.println("re_trai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)ngung) >= 0){ Serial.println("dung_lai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)quaytrai) >= 0){ Serial.println("quay_trai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)dithang) >= 0){ Serial.println("di_thang loaded"); } } void loop() { if(Serial.available()>0) { x=Serial.read(); } if (x=='F') { chay_thang(); } if (x=='B') { chay_lui(); 56 } if(x=='R') { re_phai(); delay(30); x='S'; } if(x=='L') { re_trai(); delay(30); x='S'; } if(x=='S') { analogWrite(ENA,0); analogWrite(ENB,0); delay(50); } if (x=='V') { int ret; ret = myVR.recognize(buf, 50); if(ret>0) { switch(buf[1]) { case toi: dung_lai(); delay(10); chay_thang(); 57 break; case dithang: dung_lai(); delay(10); chay_thang(); break; case lui: dung_lai(); delay(10); chay_lui(); break; case trai: dung_lai(); delay(10); re_trai(); dung_lai(); break; case phai: dung_lai(); delay(10); re_phai(); dung_lai(); break; case ngung: dung_lai(); break; case quaytrai: dung_lai(); delay(10); re_trai(); dung_lai(); 58 break; default: Serial.println("Record function undefined"); break; } printVR(buf); } } } void chay_thang() { analogWrite(ENA,80); analogWrite(ENB,80); digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); } void chay_lui() { analogWrite(ENA,80); analogWrite(ENB,80); digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); } void re_phai() { analogWrite(ENA,120); analogWrite(ENB,120); 59 digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); delay(150); } void re_trai() { analogWrite(ENA,120); analogWrite(ENB,120); digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); delay(150); } void dung_lai() { analogWrite(ENA,100); analogWrite(ENB,100); digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); delay(15); analogWrite(ENA,100); analogWrite(ENB,100); digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, LOW); 60 digitalWrite(IN4, HIGH); delay(15); analogWrite(ENA,0); analogWrite(ENB,0); } 61 ... phải điều khiển khơng dây giọng nói để đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng 1.3 Nội dung đề tài Tên đề tài thực Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mơ hình Mobile Robot điều khiển giọng nói Để thiết kế,. .. giới Đây lý để em chọn thực đề tài: Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm mơ hình Mobile Robot – điều khiển giọng nói với tính điều khiển khơng dây giọng nói, điều khiển từ xa sóng Bluetooth, thu nhận... hẹp, tài hạn chế nên em hồn thành Mobile Robot với số tính Cụ thể công việc sau: Thiết kế, chế tạo mơ hình Mobile Robot Điều khiển Mobile Robot di chuyển tới, lùi, rẽ trái,rẽ phải giọng nói thơng