Đồ án HCMUTE: Robot Khử Khuẩn & Chở Hàng Điều Khiển Từ Xa

Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu thiết kế robot khử khuẩn, chở hàng điều khiển từ xa cho khu vực nhiễm khuẩn. Giải pháp hiệu quả, an toàn.

• Tác giả: Nguyễn Đình Nhật
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thị Đăng Thư
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: CNKT Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Robot Khử Khuẩn Kết Hợp Chở Hàng Trong Khu Vực Nhiễm Khuẩn Điều Khiển Từ Xa
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Cơ sở của phương pháp luận
• 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Giới thiệu về đề tài
• 2.2. Đặc tính của hệ thống
• 2.3. Các nghiên cứu liên quan của đề tài
• 2.3.1. Nghiên cứu trong nước
• 2.3.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Ứng dụng Flask framework để tạo websever
• 3.2. Sử dụng tín hiệu RF để điều khiển từ xa
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN
• 4.1. Yêu cầu của đề tài/ Thông số thiết kế
• 4.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện
• 4.3. Phân tích và đánh giá các phương án
• 4.4. Lựa chọn giải pháp/ Phương án
• 4.5. Tổng quan kiểu dáng thiết kế
• 4.6. Cụm di chuyển
• 4.7. Cửa và bản lề
• 4.8. Bộ giảm xóc nhún
• 4.9. Lưu đồ giải thuật của robot
• 4.10. Xây dựng website
• 4.11. Trình tự công việc tiến hành
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ, CÁC BỘ PHẬN CỦA ROBOT, ĐIỀU KIỆN BỀN CỦA KHUNG GẦM
• 5.1. Tính toán công suất cần thiết, chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động
• 5.2. Bán kính quay đầu
• 5.3. Tính toán, chọn vi sai cầu sau
• 5.4. Sức bền của khung
• 5.5. Chọn vật liệu làm khung
• 5.6. Kết quả kiểm nghiệm độ bền khung trên Inventer
• 5.7. Tính động cơ lái Servo DC
• 5.8. Tính toán chọn trục trước
• 5.9. Tính toán lựa chọn ổ bi
• 5.10. Tính toán và chọn nguồn acquy
• 5.10.1. Tính toán nguồn acquy
• 5.10.2. Chọn nguồn acquy
• 5.11. Những linh kiện sử dụng
• 5.12. Bình chứa nước
• 5.13. Mạch ESC và động cơ thổi
• 5.14. Mạch hạ áp DC LM5296
• 5.15. Relay đóng ngắt
• 5.16. Bét phun thuốc
• 5.17. Bo arduino Uno
• 5.18. Mạch thu nhận RF
• 5.19. Driver điều khiển động cơ brushless DC
• 5.20. Mạch điều khiển động cơ ASMC-04
• 6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM/ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ
• 6.1. Chế tạo thực tế
• 6.2. Một số hình ảnh các chi tiết
• 6.3. Hình ảnh về hệ thống điều khiển
• 6.4. Giao diện Website
• 6.5. Thông số chi tiết của robot thực tế
• 6.6. Thực nghiệm hoạt động của robot
• 6.7. Các biện pháp an toàn và bảo trì bảo dưỡng cho robot
• 6.8. Kết quả đạt được
• 6.9. Mặt hạn chế
• 6.10. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Robot Khử Khuẩn Chở Hàng Giải Pháp Tự Động Hóa Tương Lai

Sự phát triển của công nghệ robot đã mở ra những kỷ nguyên mới cho tự động hóa trong nhiều lĩnh vực. Một trong những sản phẩm đột phá, kết hợp giữa y tế và logistics, là Robot Khử Khuẩn & Chở Hàng Điều Khiển Từ Xa. Đây không chỉ là một công cụ, mà là một giải pháp toàn diện nhằm giải quyết các thách thức về an toàn và hiệu suất trong môi trường có nguy cơ lây nhiễm cao. Lấy cảm hứng từ bối cảnh đại dịch COVID-19, đề tài nghiên cứu của nhóm sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã cho ra đời một mẫu robot đa chức năng, có khả năng vận chuyển hàng hóa với tải trọng lên đến 100kg và thực hiện phun khử khuẩn trên diện rộng. Sự kết hợp này tạo ra một hệ thống robot tự động linh hoạt, giúp giảm thiểu tối đa sự tiếp xúc trực tiếp của con người với mầm bệnh, qua đó nâng cao an toàn lao động và tối ưu hóa vận hành. Robot được thiết kế để hoạt động trong các khu vực cách ly, bệnh viện, nhà máy sản xuất, và các kho hàng, nơi yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh và an toàn. Nền tảng của robot là sự tích hợp giữa cơ khí chính xác, hệ thống điều khiển thông minh và công nghệ truyền thông không dây, tạo nên một thiết bị khử khuẩn tự động và vận chuyển hiệu quả.

1.1. Bối cảnh ra đời của các robot y tế đa chức năng

Đại dịch toàn cầu đã thúc đẩy một cuộc cách mạng trong lĩnh vực robot y tế. Nhu cầu cấp thiết về việc hạn chế tiếp xúc trực tiếp để ngăn chặn lây lan đã trở thành động lực chính cho các sáng kiến công nghệ. Trong bối cảnh đó, các robot y tế không còn giới hạn ở các nhiệm vụ phẫu thuật phức tạp mà đã mở rộng sang các chức năng hỗ trợ như vận chuyển vật tư, thuốc men, và khử khuẩn môi trường. Sáng kiến chế tạo Robot Khử Khuẩn & Chở Hàng chính là một minh chứng cho xu hướng này. Mục tiêu của đề tài, theo báo cáo, là “giảm nguy cơ lây nhiễm” bằng cách tự động hóa hai quy trình quan trọng: vận chuyển hàng hóa và làm sạch bề mặt. Thay vì để nhân viên y tế hay công nhân phải đối mặt với rủi ro, robot sẽ đảm nhận công việc, hoạt động bền bỉ và chính xác dưới sự giám sát từ xa.

1.2. Tổng quan về hệ thống robot tự hành AGV và AMR

Robot được phát triển dựa trên nguyên lý của các robot tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) và hướng tới nền tảng robot di động (AMR) (Autonomous Mobile Robot). Trong khi AGV thường di chuyển theo các đường dẫn được xác định trước, AMR sở hữu khả năng tự định vị và lập bản đồ môi trường xung quanh một cách linh hoạt hơn. Mẫu robot trong nghiên cứu này sử dụng cơ chế điều khiển từ xa qua tín hiệu RF và giám sát qua webserver, là bước đệm quan trọng để phát triển các tính năng tự hành hoàn toàn trong tương lai. Hệ thống này không chỉ đơn thuần là một robot giao hàng nội bộ mà còn tích hợp thêm chức năng khử khuẩn, biến nó thành một giải pháp 2 trong 1. Sự tích hợp này giúp tiết kiệm chi phí đầu tư, không gian vận hành và nhân lực quản lý so với việc sử dụng hai hệ thống robot riêng biệt.

II. Thách Thức Vận Hành Khử Khuẩn Tại Các Khu Vực Nguy Cơ Cao

Hoạt động trong các môi trường như bệnh viện dã chiến, khu cách ly, hay nhà máy sản xuất dược phẩm luôn tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt là nguy cơ lây nhiễm chéo. Việc vận chuyển vật tư y tế, thực phẩm hay xử lý rác thải đòi hỏi sự tiếp xúc thường xuyên của con người, tạo ra kẽ hở cho mầm bệnh phát tán. Bên cạnh đó, quy trình khử khuẩn thủ công bằng hóa chất thường không đồng đều, tốn thời gian và có thể gây hại cho sức khỏe người thực hiện. Những thách thức này đặt ra yêu cầu cấp thiết về một giải pháp tự động hóa toàn diện. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng robot giúp giải quyết đồng thời hai vấn đề cốt lõi: đảm bảo an toàn lao động và nâng cao hiệu quả công việc. Robot có thể hoạt động liên tục 24/7 trong những môi trường khắc nghiệt nhất mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sinh học. Việc triển khai các robot logistics chuyên dụng không chỉ giảm thiểu sai sót của con người mà còn cho phép tối ưu hóa vận hành, phân bổ nguồn nhân lực vào các công việc chuyên môn cao hơn, thay vì các tác vụ lặp đi lặp lại và nguy hiểm.

2.1. Rủi ro lây nhiễm chéo và vấn đề an toàn lao động

An toàn cho nhân viên là ưu tiên hàng đầu trong mọi môi trường làm việc, đặc biệt là các khu vực có nguy cơ sinh học. Quy trình vận chuyển và khử khuẩn thủ công bắt buộc con người phải có mặt tại hiện trường, làm tăng đáng kể nguy cơ phơi nhiễm. Một sai sót nhỏ trong việc tuân thủ quy trình bảo hộ cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Báo cáo đề tài nhấn mạnh tính cấp thiết của việc “giảm thiểu tiếp xúc giữa con người và hàng hóa”. Việc sử dụng xe tự hành khử khuẩn loại bỏ hoàn toàn yếu tố con người ra khỏi chu trình nguy hiểm này. Robot đảm nhận nhiệm vụ đi vào vùng nhiễm khuẩn, thực hiện phun khử trùng và vận chuyển hàng hóa, trong khi người điều khiển có thể giám sát an toàn từ một phòng điều khiển riêng biệt.

2.2. Hiệu suất và giới hạn của phương pháp thủ công

Các phương pháp vận hành thủ công không chỉ rủi ro mà còn kém hiệu quả. Một nhân viên chỉ có thể mang một khối lượng hàng hóa nhất định và cần thời gian nghỉ ngơi. Quy trình phun khử khuẩn thủ công thường bỏ sót các góc khuất và khó đảm bảo nồng độ hóa chất đồng đều. Ngược lại, một robot vận chuyển hàng trong nhà máy có thể hoạt động với tải trọng lớn (~100kg) và di chuyển với tốc độ ổn định (1-5 m/s) trong nhiều giờ liên tục. Hệ thống phun sương tích hợp quạt khuếch tán đảm bảo dung dịch khử trùng được phân tán đều và xa hơn, bao phủ một khu vực rộng lớn một cách nhanh chóng. Đây là một giải pháp tự động hóa kho hàng và khu vực cách ly vượt trội, giúp tăng năng suất và đảm bảo chất lượng khử khuẩn.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cơ Khí Cho Robot Vận Chuyển Đa Địa Hình

Để một robot có thể hoạt động hiệu quả, đặc biệt khi mang tải nặng, kết cấu cơ khí đóng vai trò nền tảng. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích và so sánh nhiều phương án thiết kế trước khi đưa ra lựa chọn tối ưu. Vấn đề trọng tâm là xây dựng một khung gầm vững chắc, một hệ thống truyền động mạnh mẽ và một cơ cấu lái linh hoạt. Báo cáo đồ án đã trình bày chi tiết hai phương án chính: cơ cấu lái xích đạo (differential drive) và cơ cấu lái hai bánh trước kết hợp vi sai cầu sau. Qua phân tích, cơ cấu lái hai bánh được lựa chọn vì tính ổn định vượt trội khi vận hành với tải trọng lớn và khả năng điều hướng chính xác hơn. Toàn bộ khung robot được tính toán và mô phỏng độ bền trên phần mềm Inventor để đảm bảo khả năng chịu tải 100kg cùng với các thành phần khác. Hệ thống treo và bộ giảm xóc cũng được tích hợp, cho phép robot di chuyển êm ái trên các bề mặt không bằng phẳng, bảo vệ hàng hóa bên trong khỏi va đập. Đây là yếu tố then chốt giúp robot không chỉ là một robot logistics thông thường mà còn là một phương tiện vận chuyển an toàn, đáng tin cậy.

3.1. Phân tích và lựa chọn cơ cấu lái vi sai cầu sau

Trong chương 4 của đồ án, nhóm tác giả đã so sánh giữa “Phương án 1: Cơ cấu lái xích đạo” và “Phương án 2: Cơ cấu lái hai bánh”. Mặc dù cơ cấu lái xích đạo đơn giản và dễ chế tạo, nó lại bộc lộ nhược điểm về khả năng leo dốc và tính ổn định khi tải nặng. Ngược lại, “Phương án 2” với hệ vi sai cầu sau cho phép truyền lực hiệu quả đến hai bánh sau, giúp chia đều lực kéo và tăng cường độ bám đường. Cơ cấu này, vốn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, mang lại độ chính xác cao khi điều hướng và sự ổn định tuyệt vời, đặc biệt khi robot vào cua hoặc di chuyển trên địa hình dốc. Việc lựa chọn phương án này cho thấy sự tính toán kỹ lưỡng nhằm chế tạo một robot bền bỉ và hiệu quả trong thực tế.

3.2. Thiết kế khung gầm chịu tải và hệ thống giảm xóc

Khung gầm là bộ xương của robot, quyết định đến độ bền và khả năng chịu tải. Vật liệu và kết cấu khung đã được tính toán cẩn thận trong chương 5, đảm bảo sức bền trước các lực tác động tĩnh và động. Kết quả mô phỏng trên Inventor cho thấy khung xe hoàn toàn đáp ứng yêu cầu. Thêm vào đó, việc trang bị hệ thống giảm xóc cho cả bánh trước và bánh sau là một cải tiến quan trọng. Bộ giảm xóc không chỉ giúp robot vượt qua các chướng ngại vật nhỏ mà còn giữ cho hàng hóa, đặc biệt là các vật dễ vỡ, được ổn định trong suốt quá trình vận chuyển. Thiết kế này giúp robot trở thành một nền tảng robot di động vững chắc, sẵn sàng cho các ứng dụng đa dạng.

IV. Hướng Dẫn Điều Khiển Robot Từ Xa Công Nghệ Phun Sương Tích Hợp

Một robot đa năng không chỉ cần cơ khí tốt mà còn phải có một hệ thống điều khiển thông minh và đáng tin cậy. Robot này được trang bị hai cơ chế điều khiển song song. Cơ chế chính là điều khiển robot qua wifi/4g thông qua một giao diện webserver được xây dựng trên nền tảng Flask của Python. Người vận hành có thể theo dõi hình ảnh trực tiếp từ camera gắn trên robot và gửi lệnh điều khiển từ xa. Cơ chế thứ hai là sử dụng bộ điều khiển RF (Radio Frequency) cầm tay, cho phép điều khiển trực tiếp trong phạm vi gần với độ trễ thấp. Hệ thống khử khuẩn là một module độc lập nhưng được tích hợp chặt chẽ vào hệ thống điều khiển chung. Nó bao gồm một bình chứa dung dịch 20 lít, một máy bơm áp suất cao và hệ thống béc phun đặt trước quạt công suất lớn. Thiết kế này tạo ra một luồng robot phun sương khử trùng mạnh mẽ, giúp dung dịch lan tỏa đều và xa. Việc có thể bật/tắt hệ thống khử khuẩn từ xa mang lại sự linh hoạt tối đa cho người vận hành, cho phép robot thực hiện đồng thời cả hai nhiệm vụ hoặc chỉ một trong hai tùy theo yêu cầu.

4.1. Ứng dụng Flask Framework xây dựng Webserver giám sát

Chương 3 của đề tài đã trình bày chi tiết về việc sử dụng Flask, một micro-framework của Python, để tạo ra webserver điều khiển. Giải pháp này cho phép xây dựng một giao diện đơn giản, trực quan và dễ dàng truy cập từ bất kỳ thiết bị nào có trình duyệt web. Webserver có chức năng chính là nhận luồng video trực tiếp từ camera trên robot và hiển thị cho người dùng. Dựa vào hình ảnh này, người vận hành có thể đưa ra các quyết định điều khiển chính xác, ngay cả khi robot ở ngoài tầm mắt. Đây là một phương pháp điều khiển robot qua wifi/4g hiệu quả, tiết kiệm chi phí và dễ dàng mở rộng, là nền tảng cho việc quản lý cả một phần mềm quản lý đội xe robot trong tương lai.

4.2. Cơ chế hoạt động của hệ thống robot phun sương khử trùng

Hệ thống khử khuẩn được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả làm sạch. Máy bơm hút dung dịch từ bình chứa và đẩy qua các béc phun sương. Điểm đặc biệt trong thiết kế là các béc phun này được đặt ngay phía trước hai quạt gió. Khi hoạt động, quạt sẽ thổi các hạt sương siêu nhỏ đi xa và lan tỏa đều trong không khí, tạo ra một lớp phủ khử khuẩn đồng nhất trên mọi bề mặt. Cơ chế này hiệu quả hơn nhiều so với việc chỉ phun dung dịch đơn thuần. Toàn bộ hệ thống bơm và quạt được điều khiển bằng relay, có thể kích hoạt từ xa thông qua bộ điều khiển RF, giúp người dùng chủ động trong việc quyết định khu vực và thời điểm cần khử khuẩn.

V. Kết Quả Thực Nghiệm Và Các Ứng Dụng Thực Tiễn Của Robot

Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, sản phẩm robot đã được đưa vào thực nghiệm để đánh giá hiệu quả hoạt động. Chương 6 của báo cáo đồ án đã ghi nhận những kết quả tích cực. Robot đã hoàn thành xuất sắc các chức năng chính: vận chuyển hàng hóa đúng tải trọng thiết kế (~100kg) và phun khử khuẩn hiệu quả. Các bài kiểm tra di chuyển trên địa hình bằng phẳng và dốc nhẹ cho thấy sự ổn định của cơ cấu lái vi sai. Hệ thống điều khiển từ xa hoạt động ổn định, hình ảnh camera truyền về webserver rõ nét, giúp người vận hành kiểm soát robot một cách dễ dàng. Những kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho robot trong nhiều lĩnh vực. Trong y tế, đây là một robot y tế hỗ trợ đắc lực tại các bệnh viện. Trong công nghiệp, nó có thể trở thành một phần của giải pháp tự động hóa kho hàng, đảm nhận vai trò của một robot vận chuyển hàng trong nhà máy, giúp tăng năng suất và giảm chi phí nhân công. Sự linh hoạt của robot cho phép nó thích ứng với nhiều môi trường làm việc khác nhau, từ trong nhà đến ngoài trời có mái che.

5.1. Triển khai robot logistics trong môi trường công nghiệp

Tại các nhà máy, xí nghiệp và kho bãi, việc vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm và thành phẩm là một quy trình liên tục. Việc ứng dụng robot logistics như mẫu robot này có thể tự động hóa hoàn toàn khâu vận chuyển nội bộ. Robot có thể di chuyển hàng hóa giữa các dây chuyền sản xuất, từ kho đến khu vực lắp ráp, hoặc vận chuyển hàng ra khu vực xuất xưởng. Khả năng mang tải nặng và di chuyển linh hoạt giúp nó thay thế hiệu quả cho xe đẩy tay hoặc thậm chí là xe nâng trong một số trường hợp. Chức năng khử khuẩn đi kèm còn là một giá trị gia tăng lớn, giúp nhà máy duy trì môi trường sản xuất sạch sẽ, đặc biệt trong các ngành thực phẩm, dược phẩm.

5.2. Đánh giá hiệu quả thực nghiệm và thông số kỹ thuật

Theo Bảng 6.2 trong báo cáo, robot thực tế có tải trọng 100kg, tốc độ di chuyển đạt 1.1 m/s và phạm vi phun khử khuẩn hiệu quả lên đến 3m. Thời gian hoạt động liên tục của robot là 2-3 giờ, đáp ứng tốt cho một ca làm việc. Các bài kiểm tra cho thấy robot có thể leo dốc 15 độ một cách ổn định. Hệ thống điều khiển RF có phạm vi hoạt động 200m, trong khi giám sát qua webserver không bị giới hạn khoảng cách miễn là có kết nối mạng. Những thông số này chứng minh rằng robot không chỉ là một mô hình nghiên cứu mà còn là một sản phẩm có tính ứng dụng cao, sẵn sàng để triển khai và tối ưu hóa vận hành trong thực tế.

VI. Tương Lai Của Hệ Thống Robot Tự Động Hướng Phát Triển Mới

Mẫu robot khử khuẩn và chở hàng điều khiển từ xa là một bước khởi đầu vững chắc, nhưng tiềm năng phát triển của nó còn rất lớn. Tương lai của hệ thống robot tự động nằm ở việc nâng cao mức độ tự hành, cho phép chúng hoạt động mà không cần sự can thiệp liên tục của con người. Hướng phát triển tiếp theo được nhóm nghiên cứu đề xuất là tích hợp các công nghệ tiên tiến để biến robot từ một phương tiện điều khiển từ xa thành một nền tảng robot di động (AMR) thông minh thực thụ. Việc trang bị các cảm biến môi trường, xây dựng thuật toán tự định vị và né tránh vật cản sẽ là những nâng cấp cốt lõi. Ngoài ra, việc phát triển một phần mềm quản lý đội xe robot tập trung sẽ cho phép triển khai và điều phối nhiều robot cùng lúc, tạo ra một hệ sinh thái tự động hóa logistics và khử khuẩn hoàn chỉnh. Một hướng đi khác là nghiên cứu và tích hợp các công nghệ khử khuẩn hiệu quả hơn, chẳng hạn như sử dụng robot diệt khuẩn bằng tia UV-C, bên cạnh phương pháp phun sương hiện tại.

6.1. Tiềm năng tích hợp công nghệ SLAM và cảm biến LiDAR

Để robot có thể tự hành, nó cần có khả năng "nhìn" và "hiểu" môi trường xung quanh. Đây là lúc công nghệ SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) và cảm biến LiDAR phát huy vai trò. SLAM cho phép robot xây dựng bản đồ không gian hoạt động và xác định vị trí của chính nó trên bản đồ đó theo thời gian thực. Cảm biến LiDAR, bằng cách phát ra các tia laser và đo thời gian phản xạ, có thể tạo ra một bản đồ 3D chính xác của môi trường, giúp robot phát hiện và né tránh vật cản một cách hiệu quả. Việc tích hợp hai công nghệ này sẽ nâng cấp robot lên một tầm cao mới, cho phép nó tự lập kế hoạch đường đi và thực hiện nhiệm vụ một cách hoàn toàn tự động.

6.2. Hướng tới trạm sạc tự động và quản lý đội xe robot

Để đảm bảo hoạt động liên tục 24/7, việc tự động hóa quy trình sạc pin là rất cần thiết. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc thiết kế một trạm sạc tự động. Khi phát hiện mức pin yếu, robot sẽ tự động tìm đường trở về trạm để sạc mà không cần sự can thiệp của con người. Cùng với đó, việc xây dựng một phần mềm quản lý trung tâm sẽ cho phép người vận hành giám sát trạng thái, giao nhiệm vụ và tối ưu hóa lộ trình cho cả một đội robot. Hệ thống này sẽ giúp quản lý tài nguyên hiệu quả, đảm bảo không có robot nào bị quá tải trong khi những robot khác lại nhàn rỗi, qua đó tối ưu hóa vận hành trên quy mô lớn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu: Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa, mục tiêu, các phương pháp và đối tượng nghiên cứu của đề tài. + Chương 2: Tổng quan về đề tài: Giới thiệu tổng quan về đề tài cũng như trình bày tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước. + Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Chương này giới thiệu và trình bày về những kiến thức được sử dụng trong đề tài. + Chương 4: Phương hướng và giải pháp thực hiện: Trình bày các phương hướng và giải pháp, đánh giá ưu nhược điểm của từng phương án và đưa ra phương án tốt nhất.

+ Chương 5: Đề xuất công nghệ và tính toán thiết kế: Tính toán các thông số của robot, lựa chọn linh kiện điện tử, xây dựng lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển. + Chương 6: Thực nghiệm và đánh giá: Chế tạo mô hình thực tế và đánh giá khả năng chạy ở các địa hình bằng phẳng và không bằng phẳng, khoảng cách điều khiển, độ cao và tầm của phun khử khuẩn. Sau đó đưa ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai. 3 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.

Giới thiệu về đề tài - Đề tài về robot chở hàng kết hợp khử khuẩn nhằm tạo ra một hệ thống tiệm cận tự động hóa vận chuyển hàng hóa trong môi trường không người và đảm bảo rằng các vùng được khử trùng hiệu quả. Đây là một ứng dụng hứa hẹn trong lĩnh vực công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực khác. - Robot chở hàng là thiết bị điều khiển từ xa có khả năng di chuyển và vận chuyển hàng hóa trong các môi trường khác nhau. Thông qua việc kết hợp khả năng khử khuẩn, robot này có thể giúp giảm nguy cơ lây lan các loại vi khuẩn, vi rút và tác nhân gây bệnh khác.

- Các tính năng và chức năng của robot chở hàng kết hợp khử khuẩn có thể bao gồm: + Vận chuyển hàng: Robot có khả năng vận chuyển các đơn hàng, kiện hàng hoặc vật liệu từ một điểm đến một điểm khác. + Hệ thống khử khuẩn: Robot được trang bị các công nghệ khử khuẩn như sử dụng bét phun để có thể diệt vi rút. Đặc tính của hệ thống - Robot có kiểu dáng của xe chở hàng. - Robot được điều khiển từ xa thông qua bộ điều khiển cầm tay.

- Robot có camera để theo dõi hoạt động từ xa - Hệ thống truyền động bằng hệ vi sai cầu sau để đảm bảo ổn định và tăng hiệu suất động cơ điện. - Các thiết bị hoạt động trên robot đều sử dụng điện. Các nghiên cứu liên quan của đề tài 2. Nghiên cứu trong nước - Hiện nay, nước ta cũng đã có một robot khử khuẩn và vận chuyển hàng hóa do nhóm sinh viên trường Đại học Lạc Hồng (Đồng Nai) đã nghiên cứu thành công.

4 Đồ án tốt nghiệp - Thông số kỹ thuật: tải được 100kg tốc độ di chuyển 30m/phút, thời gian hoạt động 4 giờ, phạm vi hoạt động 400m, bình chứa dung dịch khử khuẩn 20 lit. Tổng chi phí chế tạo 60 triệu.1: Robot vận chuyển hàng hóa của trường Đại Học Lạc Hồng - Bên cạnh đó, nước ta có robot Vibot-2 do Học viện Kỹ thuật Quân Sự, Bộ Quốc Phòng triển khai thực hiện.2: Vibot-2 tại Bệnh viện Bạch Mai cơ sở 2 - Ở cá nhân, kỹ sư Vĩnh Duy đã nghiên cứu và chế tạo Robot điều khiển từ xa có khả năng 5 Đồ án tốt nghiệp vận chuyển 100-200kg, tốc độ tối đa 15 km/h với chi phí gần 80 triệu.3: Robot vận chuyển thực phẩm do anh Vĩnh Duy chế tạo 2. Nghiên cứu ngoài nước - Hiện nay robot dùng trong việc giao hàng và khử khuẩn được rất nhiều nước phát triển trên thế giới ví dụ như Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản,… Nhưng thường được tách ra làm 2 loại robot có chỉ một chức năng đó là robot giao hàng và robot khử khuẩn: + Robot giao hàng hiện nay trên thế giới có như: Kiwibot, Starship Robot,… + Robot khử khuẩn như: SEIT-UV Robot, UV-C Robot,… - Chi tiết về robot giao hàng Kiwibot: + KiwiBot là một robot giao hàng tự động của công ty Kiwi. KiwiBot được thiết kế đặc biệt để cung cấp thực phẩm một cách hiệu quả và ban đầu được ra mắt vào năm 2017.

Nó hiện đang giao thực phẩm ở California, Hoa Kỳ. Nó có thể kết nối với các máy bán hàng tự động. + Kiwibot có thể đáp ứng 2 đơn đặt hàng thực phẩm. Nó có 3 camera phía trước, một camera góc rộng 180 độ phía sau và đèn chiếu sáng điểm.

KiwiBot cũng có nhiều camera HD, LTE, GPS, cũng như các cảm biến mà nó sử dụng hiệu quả để đạt được công việc của mình. Bot giao hàng này cố gắng để con người và robot làm việc cùng nhau một cách liền mạch. 6 Đồ án tốt nghiệp + KiwiBot có tổng chiều dài ước tính là 22” (55,9 cm), chiều rộng tổng thể ước tính là 17” (43,2 cm) và chiều cao ước tính là 22” (55,9 cm). Tốc độ di chuyển tối đa của KiwiBot là 1,5 dặm / giờ (2,4 km/h).

+ Giá thành hiện nay của kiwibot dao động từ 2500$ đến 4000$.4: Robot Kiwi - Chi tiết về robot khử khuẩn UVC: + Robot đã vượt qua kiểm tra và chứng nhận của tổ chức chứng nhận CMA. + Robot có thể đạt được khử trùng và khử trùng không khí và bề mặt Mô-đun khử trùng phun. + Hạt sương siêu khô dưới 10μm, hạt sương mịn và đều, không có góc chết. Hiệu ứng phun đáp ứng "Đặc điểm kỹ thuật khử trùng" và tỷ lệ tiêu diệt vi khuẩn trong không khí cao tới 99,9999%.

+ Bức xạ của đèn cực tím đáp ứng các yêu cầu của GB19258, "Đặc điểm kỹ thuật để khử trùng" và cường độ bức xạ của mỗi đèn là 200µW/cm². + Công nghệ định vị và dẫn đường hỗn hợp hoàn toàn mới hàng đầu trong ngành để đạt được hoạt động ổn định lâu dài trong các môi trường phức tạp và nhiều loại robot hơn + Kích thước: 500x500x1350 mm 7 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.5: Robot khử khuẩn UVC 2. Các hệ thống tồn tại của robot - Robot thực hiện nhiệm vụ đơn lẻ, kích thước nhỏ, di chuyển địa hình bằng phẳng. - Phạm vi sử dụng hẹp.

Vì vậy, yêu cần tích hợp cả 2 trên robot để tiết kiệm chi phí và có khả năng đi được trên nhiều địa hình khác nhau. 8 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. Ứng dụng Flask framework để tạo websever 3. Flask là gì và các đặc điểm của Flask framework - Flask là một framework của ngôn ngữ python được phát triển để thiết kế ứng dụng web một cách đơn giản và linh hoạt trong mọi loại dự án từ nhỏ đến lớn.

- Một số đặc điểm của Flask framework gồm 5 đặc điểm : + Micro framework: Flask tập trung vào việc cung cấp các công cụ căn bản để xây dựng ứng dụng web, trong khi vẫn giữ cho chương trình gọn gàng và dễ hiểu. + Routing: Flask có khả năng xác định các đường dẫn URL và liên kết chúng với các hàm xử lý tương ứng. Điều này giúp xác định các API được xử lý bởi ứng dụng. + Template: Flask hỗ trợ tách riêng phần HTML và phần chương trình Python.

Việc này giúp cho các lập trình viên dễ dàng bảo trì, chỉnh sửa và phát triển giao diện. + Extensions: Flask có một thư viện đa dạng cung cấp nhiều phần mở rộng, cho phép xây dựng nhiều chức năng mở rộng một cách dễ dàng. + Flask-WTF: Flask-WTF là một phần mở rộng phổ biến cho Flask, cung cấp tích hợp với WTForms - một thư viện xử lý biểu mẫu trong Flask.1: Flask framework 9 Đồ án tốt nghiệp 3. Cấu trúc của một chương trình sử dụng Flask framework - Dưới đây là sơ đồ cấu trúc của một thư mục chứa chương trình sử Flask framework: Hình 3.2: Cấu trúc của chương trình sử dụng flask - Chi tiết về các thành phần của cấu trúc trên: + Thư mục “App/”: Đây là thư mục gốc của ứng dụng Flask + Thư mục “stactic/”: Đây là nơi lưu trữ các tệp như CSS, JavaScripts, hình ảnh,… Tệp tin trong thư mục sẽ được truy cập trực tiếp từ trình duyệt.

+ Thư mục “templates/”: Đây là thư mục lưu trữ các file HTML được thiết kế cho các trang web.py”: Đây là file chương trình chính, nơi ta import Flask và các module khác cũng như là nơi chúng ta viết chương trình. Quy trình hoạt động của ứng dụng Flask - Đầu tiên, Flask hoạt động dựa trên mô hình “Request – Response” của giao thức HTTP. 10 Đồ án tốt nghiệp Hình 3.3: Request – Response Model - Quy trình chung của mọi ứng dụng Flask gồm các bước như sau: Bước 1: Khởi tạo ứng dụng Flask + Import module Flask + Tạo một đối tượng Flask + Thiết lập các config cho đối tượng Flask + Mỗi route sẽ được định nghĩa bằng một decorator “@app.route” + Tương ứng với mỗi route sẽ có một hàm xử lý đi kèm + Flask sẽ chờ đợi và xử lý các HTTP Request được gửi từ trình duyệt + Flask sẽ xác định route phù hợp với HTTP Request bằng cách phân tích đường dẫn và phương thức của HTTP Request (PUT,POST,GET,…) + Flask gọi hàm xử lý của route tương ứng phù hợp với HTTP Request Bước 5: Trả lại các phản hồi (HTTP Reponse) sau khi xử lý 11 Đồ án tốt nghiệp + Hàm xử lý sẽ trả về một đáp ứng, đáp ứng ở đây có thể là một đối tượng Response hoặc một templates được render + Đáp ứng có thể chứa thông tin, dữ liệu, tài nguyên hoặc có thể là thông báo Bước 6: Gửi đáp ứng cho client + Flask gửi đáp ứng từ máy chủ tới trình duyệt theo yêu cầu + Các đáp ứng sẽ được hiện thị trên trình duyệt để người dùng thấy kết quả xử lý hoặc tương tác với nó 3. Ưu và nhược điểm của Flask framework - Flask là một framework phát triển ứng dụng web trong Python, đem lại nhiều ưu điểm hấp dẫn và đồng thời đi kèm với một số nhược điểm.

- Ưu điểm của Flask: + Dễ học và sử dụng: Flask có cấu trúc đơn giản và dễ hiểu, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và bắt đầu xây dựng ứng dụng web. + Linh hoạt và tiết kiệm thời gian: Flask cho phép người dùng tự do thiết kế và xây dựng ứng dụng theo ý muốn mà không gò ép bởi nhiều quy tắc và giới hạn, từ đó giúp tiết kiệm thời gian và tăng tính linh hoạt. + Tích hợp mượt mà: Flask tương thích tốt với nhiều công cụ và thư viện khác trong hệ sinh thái Python, mang đến lợi ích của việc kết hợp và tận dụng các tài nguyên mạnh mẽ.