b. Định vị robot
7.3 Thiết kế các chức năng của ứng dụng điều khiển robot
7.3.1 Chức năng điều khiển robot đến điểm đích
7.3.1.1 Giới thiệu
Để có được sự di chuyển linh hoạt trong địa hình khách sạn, robot cần có khả năng biết được vị trí hiện tại khách sạn và tự di chuyển đến các vị trị phòng. Nhờ khả năng này, robot có thể hỗ trợ dẫn đường và vận chuyển hành lý cho con người đến các phòng giúp tiết kiệm thời gian và công sức.
7.3.1.2 Nguyên lý điều khiển đến phòng trong khách sạn a. Lưu đồ giải thuật a. Lưu đồ giải thuật
77
b. Nguyên lý hoạt động
Hình 7.5: Giao diện điều khiển đến vị trí.
- Khi người dùng chọn vào biểu tượng di chuyển, một giao diện sẽ hiện ra và khởi tạo 1 kết nối Websocket-client với Websocket server.
- Sau khi khởi tạo thành công, giao diện sẽ nhận dữ liệu từ Raspberry gửi lên bao gồm tọa độ x, y và góc quay của robot.
- Một hàm Javascript sẽ tiếp nhận các dữ liệu đó, vẽ ra bản đồ và vị trí robot (được vẽ bằng chấm tròn) trên bản đồ.
7.3.2 Chức năng camera giám sát 7.3.2.1 Giới thiệu 7.3.2.1 Giới thiệu
Để hỗ trợ cho việc di chuyển từ xa, robot tích tích hợp thêm chức năng camera giám sát. Nhờ chức năng này tiếp tân có thể quan sát robot từ xa thông qua máy tính
78 cá nhân mà không cần trực tiếp đi đến hoặc có thể giám sát hành trình của robot và có thể điều khiển thông qua internet.
7.3.2.2 Nguyên lý hoạt động a. Lưu đồ giải thuật a. Lưu đồ giải thuật
79
b. Nguyên lý hoạt động
Hình 7.7: Sơ đồ giao tiếp camera robot.
Camera kết nói với raspberry để thu hình ảnh, trang web trên raspberry nếu được kết nối wifi sẽ gửi hình ảnh đó sang cho trang web trên máy tính của tiếp tân nếu máy tính của tiếp tân cũng được kết nối wifi. Một webserver được xây dựng để làm trung gian vận chuyển.
80
81
CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM
Trong chương này, nhóm sẽ trình bày về kết quả của quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo robot hỗ trợ vận chuyển hành lý và các kết quả thực nghiệm mà nhóm khảo sát khả năng vận hành của robot.
8.1Kết quả
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, robot đã đạt được những kết quả nhất định và sẽ được trình bày cụ thể sau đây:
8.1.1 Kết cấu cơ khí
- Hoàn thành kết cấu khung, nắp và vỏ robot, đáp ứng được yêu cầu về độ bền, khả năng chịu tải và kích thước hợp lý.
- Hệ thống truyền động của robot hoạt động ổn định, không xãy ra các hiện
82 tượng trượt đai, kiêu và đáp ứng được yêu cầu về khả năng vận hành trong khách sạn.
- Kết cấu bên ngoài của robot tương đối đơn giản.
8.1.2 Hệ thống điện và điều khiển
- Việc thiết kế thêm Board giúp cho hệ thống điện được thiết kế gọn gàng, hợp lý, đáp ứng yêu cầu về an toàn điện.
- Nguồn năng lượng (Pin) ổn định cho robot hoạt động trong thời gian hành chính làm việc của tiếp tân.
- Hệ thống xử lý và điều khiển vận hành ổn định.
8.1.3 Giao diện điều khiển
- Giao diện được thiết kế các tính năng mang tính thẩm mỹ, đơn giản, dễ sử dụng.
- Khả năng tương tác với hành khách và phản hồi tốt. - Các chức năng hiển thị giao diện rõ ràng và hoạt động tốt.
8.1.4 Thông số robot
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, robot được hoàn thành với các thông số được trình bài trong bảng 8.1:
STT Thông số Đề xuất Đạt được
1 Chiều cao 1000 – 1100 mm 1000 mm
2 Khối lượng 20 – 30 kg 25kg
3 Vật liệu Thép CT3 Thép CT3, nhựa
4 Không gian chiếm dụng 0.3136 3
m 0.3136m3
5 Màn hình LCD cảm ứng, 7inch LCD cảm ứng, 7 inch,
phân giải 800x480 px
6 Độ phân giải camera 720 px 720px
7 Nguồn cấp Pin lipo 24 V Pin lipo 24 V
8 Tốc độ di chuyển 0.5 – 1 m/s 0.8 m/s
9 Cơ cấu chuyển động 2 bánh vi sai chủ động, 2 bánh tự lựa
2 bánh vi sai chủ động, 2 bánh tự lựa
10 Thời gian hoạt động 5 giờ (5,5 Ah) 5 giờ (5,5 Ah)
11 Thời gian sạc 1 giờ 1giờ
83
8.2 Thực nghiệm và đánh giá
8.2.1 Thực nghiệm về khả năng tìm đường của robot
Để đánh giá được khả năng tìm đường cũng như độ sai lệnh vi trí điểm đến của robot trong khách sạn trước hết nhóm chia ra thực nghiệm thử với di chuyển điểm điểm sau đó di chuyển ổn định mới chạy theo hoạch định ban đầu đề ra.
8.2.1.1 Điều khiển điểm đến điểm
Đường quỹ đạo của robot được chia ra thành nhiều đoạn để điều khiển robot. Số đoạn chia càng nhỏ thì robot chuyển động càng giống với đường thực tế, sai số càng ít. Bộ điều khiển sẽ giúp robot đạt đến các điểm trên quỹ đạo.
Về điều khiển robot di chuyển điểm đến điểm, nhóm thử nghiệm 3 trường hợp và quỹ đạo chuyển động được minh họa trên biểu đồ bên dưới (với đường đứt gãy là lý thuyết và đường liền nét là thực tế).
Hình 8.3: Quỹ đạo chuyển động minh họa
84 Cho robot di chuyển từ vị trí (0; 0) đến vị trí (2500; 0), đo 5 lần và kết quả đạt được là: Lần đo Sai số theo trục 1 2 3 4 5 X 2 4 3 3.5 3 Y 17 19 16 17.5 16
Bảng 8.2: Sai số khi di chuyển đường thẳng (Đơn vị: cm).
b. Kiểm tra robot di chuyển theo đường xiên
Cho robot di chuyển từ vị trí (0; 0) đến vị trí (1000;-800) đến (1700;2200) đo 5 lần vầ kết quả đạt được là: Lần đo Sai số theo trục 1 2 3 4 5 X 7.5 6.5 4 5.5 4 Y -12 -13.5 -13.7 -13.4 -12.6
Bảng 8.3: Sai số kiểm tra khi robot di chuyển theo gốc. (Đơn vị: cm)
c. Kiểm tra robot di chuyển ngẫu nhiên
Cho robot di chuyển từ vị trí (0; 0) đến vị trí (1000; 1800), sau đó đến vị trí (2500; -700) và quay về vị trí (0; 0), đo 5 lần và kết quả đạt được là:
Lần đo Sai số theo trục
1 2 3 4 5
X 11 -3.5 16 14.2 11.5
Y -59.5 -54 -58.4 -57.5 -54.4
Bảng 8.4: Sai số robot di chuyển ngẫu nhiên. (Đơn vị: cm)
Nhận xét: Qua kết quả thực nghiệm cho thấy robot di chuyển với sai số rất nhỏ,
năm trong khoảng sai số đạt ra ban đầu (>3%). Đạt được tốc độ 0.8 m/s. Robot di chuyển không rung lắc, ổn định thõa mãn yêu cầu đề bài đặt ra.
85
8.2.1.2 Robot di chuyển theo đường hoạch định
Bản đồ được xây dựng có tỉ lệ 10 mm thực tế tương ứng với 1 điểm ảnh. Trên ảnh vùng robot di chuyển được có màu trắng, vùng có vật cảng là màu đen. Robot ban đầu ở vị trí home trên hình 8.4 có ba đích đến là ba điểm P1, P3 và P2 trên bản đồ. Bản đồ được chuyển sang ma trận để tính toán với tỉ lệ 100mm thực tế tương ứng với 1 điểm trên ma trận.
Hình 8.4: Quỹ đạo di chuyển thực tế và đường hoạch định của robot
Lần đo Sai số theo trục
1 2 3 4 5
X 30 32.5 29.5 31 34
Y 22.4 24 23.5 24 22.5
Bảng 8.5: Sai số robot quỹ đạo di chuyển thực tế. (Đơn vị: cm).
Nhận xét: Robot di chuyển sát với đường quỹ dạo. Tuy nhiên vẫn còn sai số do
86 càng bám sát đường hoạch định tuy nhiên tốc độ tính toán của robot chậm. Robot sai số nhiều ở các đoạn chuyển động nghiên và lúc cua.
8.2.2 Thực nghiệm và đánh giá về giao diện điều khiển 8.2.1.1 Đánh giá về giao diện điều khiển 8.2.1.1 Đánh giá về giao diện điều khiển
87
Hình 8.6: Giao diện chọn phòng
Hình 8.7: Giao diện camera giám sát
88
Hình 8.8: Giao diện camera giám sát sau khi kết nối thành công.
Kết quả đạt được:
- Giao diện trực quan, đơn giản.
- Các chức năng trình bày rõ ràng, dễ hiểu. - Dễ sử dụng, thao tác, phản hồi tốt.
Hạn chế: Nơi sử dụng yêu cầu phải có wifi.
8.2.3 Đánh giá về khả năng hỗ trợ giám sát qua camera Kết quả đạt được: Kết quả đạt được:
- Đường truyền hình ảnh gần như thời gian thực (realtime), rất mượt trong điều kiện Internet ổn định.
- Hình ảnh sắc nét.
Hạn chế:
- Cần phải đặt robot ở nơi có đường truyền Internet ổn định. - Hình ảnh bị run nhẹ do chuyển động của robot.
89
CHƯƠNG 9 : KẾT LUẬN 9.1 Kết luận
Đề tài tìm hiểu về giải thuật tìm đường A* ứng dụng vào giải thuật tìm đường đi ngắn nhất của robot đến các vị trí kho trong khách sạn, đảm bảo được robot có thể di chuyển đến các vị trí khác nhau mà không va chạm vào vật cản. Dựa trên những kiến thức đã học để xây dựng thành công ứng dụng điều khiển có trực quan dễ hiểu, rõ ràng , mang đến các tính năng hữu ích như điều khiển vị trí và camera hỗ trợ giám sát. Từ đó nhóm đã thiết kế, chế tạo thành công robot hỗ trợ mang hành lý trong khách sạn với phần cơ khí, hệ thống điện, điều khiển và giao diện, sự kết hợp đã tạo nên một robot có khả năng vận hành tốt trong môi trường khách sạn và hỗ trợ tốt cho con người trong khách sạn qua những tính năng mà nó mang lại.
9.2 Hạn chế của đề tài
Cùng với những kết quả đạt được thì đề tài vẫn có những hạn chế như chưa giải quyết được bài toán tránh vật cản di động, phải sử dụng bản đồ có sẵn. Phần cơ khí chưa tối ưu. Robot phải được điều khiển trên bản đồ cài đặt sẵn. Camera không thể chỉnh góc quay từ xa. vẫn chưa tích hợp microphone khiến cho người dùng không thể nghe âm thanh từ xa.
9.3 Hướng phát triển của đề tài
Trong tương lai, để nâng cao khả năng chuyển động linh hoạt của robot phải xây dựng giải thuật xác định hướng đi mới cho robot khi gặp vật cản di động. Cải thiện khả năng hỗ trợ giám sát từ xa qua camera với việc điều chỉnh từ xa góc quay của camera giám sát.
90
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trịnh chất và Lê văn uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, 2”, NXB Giáo dục.
[2] Trần Quốc Hùng, “Dung sai kĩ thuật đo”, Nhà xuất bản ĐHQG. [3] Nguyễn Hữu Lộc, “Cơ sở thiết kế máy”, Nhà xuất bản ĐHQG.
[4] Nguyễn Trường Thịnh, “Giáo trình kỹ thuật robot”, Nhà xuất bản ĐHQG. [5] Dudek and Jenkin, “Differential Drive Robots”, bài báo khoa học đại học Columbia, xuất bản ngày 19/6/2013.
[6] Mohammed Faisal, Ramdane Hedjar, Mansour Al Sulaiman, “Fuzzy Logic Navigation and Obstacle Avoidance by a Mobile Robot in an
Unknown Dynamic Environment”, tạp chí sage journals, xuất bản ngày 1/1/2013. [7] https://developer.mozilla.org/vi/docs/Web/API/WebSocket [8] https://www.w3schools.com/nodejs/default.asp [9] https://pypi.org/project/websocket_client/ [10] https://vnexpress.net/vali-thong-minh-tu-di-theo-chu-nhan-cua-xiaomi- va-cowarobot-4006803.html [11] https://edition.cnn.com/travel/article/klm-airport-robot/index.html [12] https://cmcdistribution.com.vn/kien-thuc-cnc/giao-tiep-uart-la-gi-ung- dung-cua-uart-trong-cuoc-song/