CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu về hệ thống Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực điện tử đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, góp phần mang đến cuộc sống tốt đẹp hơn, đặc biệt là sức khỏe của con người. Với những kiến thức đã được học, em mong muốn “Thiết bị hỗ trợ ăn uống cho người khuyết tật chi trên”, những con người không gặp may mắn trong cuộc sống. Hiện tại có rất nhiều công nghệ đã được áp dụng để chế tạo các sản phẩm xe thông mình như điều khiển qua camera xử lí hình ảnh, điều khiển qua cử chỉ của con con người, điều khiển qua giọng nói. Công nghệ nhận dạng giọng nói là một giải pháp thích hợp.
Nó cho phép người sử dụng có thể điều khiển theo khẩu lệnh của mình bằng những lệnh đã được cài đặt từ trước, từ đó người sử dụng có thể điều khiển một cách dễ dàng, linh hoạt, độ tin cậy cao. Trên cơ sở đó, em đã lựa chọn công nghệ nhận dạng giọng nói để thực hiện “thiết kế mô hình thiết bị hỗ trợ ăn uống cho người khuyết tật”.2 Mục tiêu của đề tài Thiết kế “Thiết bị hỗ trợ ăn uống cho người khuyết tật” thông minh, nhạy, tương tác linh hoạt với người sử dụng, phù hợp với môi trường học tập. Từ đây phát triển ý tưởng, đưa hệ thống vào thực tế. Từ đó thu được kiến thức về thiết kế, chế tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị có trong hệ thống.3 Giới hạn đề tài Việc xây dựng mô hình sao cho phù hợp với điều kiện nghiên cứu học tập, tùy vào thực tế để xây dựng và phát triển hướng trong tương lai để hoàn thiện sản phẩm đạt chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu sử dụng.4 Phương pháp nghiên cứu Trong thực tế hiện nay, ngoài phương pháp truyền thống như điều khiển bằng tay hay bằng chân, một số phương pháp mới đã và đang được áp dụng như thiết bị sử dụng camera xử lí hình ảnh ứng dụng AI, thiết bị sử dụng nút nhân, thiết bị điều khiển bằng giọng nói.
Một số phương pháp hỗ trợ người khuyết tật đã và đang được nghiên cứu hiện nay: GVHD: TS. Nguyễn Hoài Giang 2 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.1 Thiết bị sử dụng camera xử lý hình ảnh. Autonomous Robot Arm là một cánh tay robot khéo léo hỗ trợ người khuyết tật sử dụng camera nhận dạng để điều khiển thiết bị. Sản phẩm này được các nhà nghiên cứu từ Đại học Washington đã chế tạo, một cánh tay robot thông minh nhân tạo có khả năng sử dụng một cái dĩa để di chuyển thức ăn từ đĩa đến miệng của người - một sản phẩm ứng dụng AI vào robot có thể giúp người khuyết tật sống cuộc sống độc lập hơn.
1: Hệ thống camera điều khiển Khi cánh tay robot đã lựa chon được một miếng đồ ăn, một giọng nói sẽ vang lên “sẵn sàng hãy cho tôi thấy rõ mặt của ban nào” và thế là cánh tay robot sẽ cho thẳng miếng đồ ăn vào miệng của bệnh nhân. Cứ như thế hành động này được lặp đi lặp lai nhiều lần cho đến khi hết thức ăn hoặc cho đến khi người bệnh ra hiệu lệnh không muốn ăn nữa. Sản phẩm sử dụng các cảm biến đa phương tiện tương tự thị giác và cảm giác chạm để robot có thể chọn đúng miếng thực phẩm và cho người bệnh ăn. Điểm nổi trọ của sản phẩm này chính là cảm biến áp suất giúp nó giữ đúng khoảng cách với người bệnh ngăn việc gây ra những thương tích không đáng có máy ảnh phía trước sẽ giúp cánh tay xác định chính xác các bộ phận trên gương mặt bệnh nhân.
Nguyễn Hoài Giang 3 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.2 Thiết bị ghi lại hành động và sử dụng nút nhấn điều khiển Obi Robot là chiếc máy đút thức ăn tự động, tay máy kẹp trên khay có 4 ngăn đựng thức ăn. Máy được trang bị kẹp từ tính để giữ muỗng lấy thức ăn và đưa lên miệng người. Người dùng chỉ việc ghi lại hạnh động cho obi và khi nhấn nút cánh tay obi sẽ thực hiện lại hành động đó. 2:Hê thống nút nhấn điều khiển Jon Dekar, người tạo ra Obi, cho biết rằng: Với sản phẩm công nghệ này chuyện chăm sóc đã trở nên dễ dàng hơn.
Đối tương mà Obi hướng đến những bệnh nhân rối loạn đã xơ cứng, ALS, Parkinson và những chứng bệnh khiến người mắc không còn khả năng tự kiểm soát việc ăn uống. Cơ chế làm việc của Obi khá đơn giản cánh tay với chiếc muỗng được đính trặt bằng từ tính sẽ lấy thức ăn sẵn dưới khay sau đó từ từ đưa lên trước miệng người dùng. Obi chỉ có 3 nút bấm chức năng: nút chuyển đổi cánh tay robot giữa bốn ngăn thức ăn khác nhau trên khay, nút thứ hai dùng để trọn thức ăn gom lại và cho và muống và đưa thức ăn lên miệng ngoài ra phụ kiện giúp cho người dùng Obi có thể thoải mái hơn ví dụ như nút nhấn kết nối với Obi để tăng khả năng tính ổn định cho những chiếc muỗng nút này đặt lên bàn hoặc dưới chân hoặc công cụ giúp người bi tật hai tay có thể ra lệnh cho Obi bằng cách thổi hoặc hút vào. Muỗng và khay của Obi đều có thể rủa trong máy rửa chén bát.Obi tích hợp hệ thống phát hiện va chạm tức là khi cánh tay robot bắt gặp cản trở nào thì sẽ ngừng lại mọi thứ sẽ họt động lại như cũ nếu khi có lệnh từ người sử dụng.
Nguyễn Hoài Giang 4 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.3 Thiết bị điều khiển bằng giọng nói Thay vì phải dùng tay để điều khiển thì người sử dụng chỉ việc ra lệnh cho cánh tay gắp thưc ăn “gắp, thả.” bằng giọng nói của mình. Cánh tay sẽ tự động nhận dạng giọng nói và thực hiện theo. Sản phẩm có độ cơ động cao, không cần dùng sức để vận hành thiết bị, người dùng có thể thoải mái điều khiển thiết bị mà không lo về các trở ngại bên khác. Đây là một sáng chế về thiết bị cánh tay điện cho người khuyết tật độc đáo nhất hiện nay.
Tuy nhiên sản phẩm vẫn còn đang trong quá trình nghiên cứu nên vẫn còn nhiều nhược điểm như người sử dụng phải phát âm chuẩn so với giọng nói điều khiển ban đầu. Mặc dù vậy, thiết bị cánh tay điều khiển bằng giọng nói vẫn được đánh giá là sản phẩm công nghệ trong tương lai.5 Đề xuất Các phương pháp kể trên đều có tính khả thi khá cao. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng và đang được các nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển, khắc phục nhược điểm. Với năng lực của bản thân cũng như độ lớn của đề tài, em quyết định sử dụng phương pháp thiết bị điều khiển cánh tay bằng giọng nói để nghiên cứu và thực hiện thiết kế.
Mục tiêu của em hướng tới thiết kế một sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tế, có thể hỗ trợ người khuyết tật dễ dàng hơn trong việc sinh hoạt ăn uống hằng ngày. Với những yêu cầu của đề tài đặt ra, em dự kiến lựa chọn linh kiện như: Module nhận dạng giọng nói VR3, nút nhấn để nhận lệnh điều khiển, Arduino Uno R3 làm bộ vi xử lý trung tâm, thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động trong hệ thống và Module L298, động cơ giảm tốc DC encoder được sử dụng để điều khiển động cơ mô hình cánh tay.6 Kết luận chương Trong chương này em đã tìm hiểu về các hệ thống hỗ trợ cho người khuyết tật hiện nay, em nhận thấy hệ thống ” thiết bị cánh tay gắp thức ăn điều khiển bằng giọng nói” có nhiều ưu điểm vượt trội về tính năng, độ linh hoạt so với các hệ thống khác. Qua đó em đề xuất hệ thống thiết bị cánh tay hỗ trợ cho người khuyết tật sử dụng công nghệ nhận dạng giọng nói. Trong chương 2 em sẽ đi sâu vào phân tích và thiết kế mô phỏng hệ thống x trên, tìm hiểu và lựa chọn linh kiện phù hợp.
Nguyễn Hoài Giang 5 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Yêu cầu hệ thống Khối nhận dạng giọng nói phải đảm bảo độ chính xác cao, khi có yêu cầu lệnh từ người sử dụng phải nhận dạng chuẩn, không bị nhầm lẫn lệnh điều khiển. Hệ thống có kết cấu chắc chắn, độ bền cao, dễ dàng khắc phục khi có hỏng hóc xảy ra. Giá thành của sản phẩm không quá cao. Hệ thống thân thiện và an toàn với người sử dụng.
Từ những yêu cầu trên, em đã lựa chọn thiết bị và xây dựng, thiết kế hệ thống mô hình xe hỗ trợ cho người tật.2 Thiết kế hệ thống 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm 4 khối: Khối nhận lệnh, khối điều khiển, khối cơ cấu chấp hành và khối nguồn. 1: Sơ đồ khối hệ thống GVHD: TS. Nguyễn Hoài Giang 6 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Khối nguồn: Cung cấp cung cấp nguồn DC, đảm bảo hoạt động cho toàn bộ hệ thống. Nguồn adapter: Kích thước nhỏ gọn, chi tiết phần cứng chắc chắn, chất lượng hoàn thiện cao.
Tuy nhiên, cần phải có nguồn 220V để chuyển đổi về nguồn DC nên không thuận tiện cho việc lắp đặt trên mô hình xe. 2: Nguồn Adapter Pin DC: Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng và lắp đặt trên các thiết bị yêu cầu sự cơ động. 3: Nguồn Pin DC Từ đó, em chọn phương án sử dụng nguồn Pin DC để đảm bảo tính cơ động cao của xe mô hình. Nguyễn Hoài Giang 7 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Khối nhận lệnh: Nhiệm vụ của khối là ghi âm giọng nói đã được cài lệnh từ trước, nhận lệnh thu được rồi gửi đến khối xử lý dữ liệu để điều khiển thiết bị.
Button là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình. Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. 4: Button 4 chân Mô tả button: Button chúng ta sử dụng trong mạch là button 4 chân, nhưng thật chất chỉ 2 chân, khi dòng điện đi qua chân 1, chân 4 sẽ nhận được dòng điện (không bị ảnh hưởng khi bật/tắt button).
Tương tự chân 2 và chân 3. Như vậy khi dòng điện đi qua chân 1, ấn nút button, "cầu" sẽ được nối lại, chân 2 và 3 sẽ nhận được dòng điện, và khi thả button, 2 và 3 sẽ không có dòng điện chạy qua.