Nghiên cứu thiết kế và chế tạo xe tự hành sử dụng xử lý ảnh để bám theo người trong siêu thị

• Tác giả: Bùi Chí Kiên
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Thanh Tùng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo xe tự hành dùng xử lý ảnh bám theo người ứng dụng trong siêu thị
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE TỰ HÀNH DÙNG XỬ LÝ ẢNH BÁM THEO NGƯỜI ỨNG DỤNG TRONG SIÊU THỊ
• 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
• 1.6. Cơ sở phương pháp luận
• 1.7. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.8. Kết cấu của ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Xu thế phát triển robot hiện nay
• 2.2. Giới thiệu về robot dịch vụ
• 2.3. Xe đẩy siêu thị thông minh
• 2.4. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 2.4.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.4.2. Các nghiên cứu trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Các cơ cấu hoạt động phổ biến trong robot AGV
• 3.2. Xử lí dữ liệu – Xử lí ảnh (2D, 3D)
• 3.2.1. Giới thiệu về thị giác máy, ảnh 2D
• 3.2.2. Thuật toán nhận diện đối tượng – bài toán Object detection
• 3.2.3. Model SSD (Single Shot Detector) trong Object Detection
• 3.3. Bộ điều khiển PID
• 3.4. Lợi ích của ROS cho robot
• 3.4.1. Các khái niệm cơ bản trong ROS
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
• 4.1. Thông số thiết kế
• 4.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện
• 4.3. Lựa chọn phương án
• 4.4. Trình tự công việc tiến hành
• 4.5. Tính toán lựa chọn động cơ
• 4.6. Tính toán thiết kế bộ truyền đai
• 4.7. Thiết kế hình dạng robot
• 4.8. Thiết kế mặt đế, nắp đế, đế kê giỏ hàng và tấm đặt thiết bị cho robot
• 4.9. Thiết kế khung robot
• 4.10. Lựa chọn bánh xe cho robot
• 4.11. Lựa chọn vật liệu cho trục bánh xe
• 4.12. Thiết kế 3D hệ thống cơ khí
• 4.13. Tính toán ứng suất, đường kính và dung sai cho trục bánh xe
• 4.14. Tính toán ứng suất
• 4.15. Tính toán dung sai cho trục bánh xe và ổ lăn
• 4.16. Tính toán động học
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ THIẾT KẾ BỘ PI CHO ĐỘNG CƠ
• 5.1. Xây dựng hệ thống điện điều khiển
• 5.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
• 5.3. Khối cảm biến (camera Kinect v2)
• 5.4. Khối điều khiển
• 5.5. Cơ cấu chấp hành (Động cơ DC Servo)
• 5.6. Khối xử lý dữ liệu chính
• 5.7. Thiết lập bộ điều khiển PI cho động cơ
• 6. CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH
• 6.1. Nhiệm vụ thuật toán
• 6.2. Thuật toán phát hiện người
• 6.3. Thiết lập node xử lý nhận diện người
• 6.4. Xử lý dữ liệu từ camera và tìm distance giữa người và robot
• 6.5. Xử lý dữ liệu để nhận dạng người và phân loại. Dùng dữ liệu đã được xác định để tìm alpha giữa robot và người
• 6.6. Thiết lập node “data_processing”
• 6.7. Giải thuật dẫn hướng cho robot
• 7. CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 7.1. Kết quả gia công cơ khí
• 7.2. Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển PI điều khiển tốc độ động cơ
• 7.3. Kết quả việc thực nghiệm xử lý ảnh
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế xe tự hành bám theo người trong siêu thị

Xe tự hành bám theo người là một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ tự động hóa trong siêu thị. Với sự gia tăng nhu cầu mua sắm của người tiêu dùng, đặc biệt là người lớn tuổi, việc phát triển các giải pháp hỗ trợ như xe tự hành trở nên cần thiết. Xe tự hành không chỉ giúp giảm bớt gánh nặng cho người mua sắm mà còn nâng cao trải nghiệm mua sắm tại siêu thị.

1.1. Lợi ích của xe tự hành trong siêu thị

Xe tự hành giúp người tiêu dùng, đặc biệt là người lớn tuổi, dễ dàng di chuyển hàng hóa mà không cần phải mang vác nặng. Điều này không chỉ giảm thiểu mệt mỏi mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm.

1.2. Công nghệ sử dụng trong xe tự hành

Xe tự hành sử dụng công nghệ xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo (AI) để nhận diện và theo dõi người. Hệ thống này cho phép xe tự động di chuyển theo người tiêu dùng, tạo ra một trải nghiệm mua sắm thông minh và tiện lợi.

II. Thách thức trong việc thiết kế xe tự hành bám theo người

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế xe tự hành bám theo người cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như nhận diện chính xác, xử lý dữ liệu nhanh chóng và đảm bảo an toàn cho người sử dụng là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn đề nhận diện người trong môi trường siêu thị

Việc nhận diện người trong môi trường siêu thị phức tạp đòi hỏi hệ thống phải có khả năng xử lý hình ảnh chính xác và nhanh chóng. Điều này bao gồm việc phát hiện và theo dõi người trong điều kiện ánh sáng khác nhau.

2.2. An toàn và bảo mật cho người tiêu dùng

An toàn là yếu tố quan trọng trong thiết kế xe tự hành. Cần có các biện pháp để đảm bảo xe không gây ra va chạm với người tiêu dùng hoặc các vật cản khác trong siêu thị.

III. Phương pháp thiết kế xe tự hành bám theo người

Để thiết kế xe tự hành bám theo người, nhóm nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Từ việc khảo sát không gian siêu thị đến việc phát triển các thuật toán xử lý ảnh, mỗi bước đều được thực hiện một cách cẩn thận.

3.1. Khảo sát và phân tích không gian siêu thị

Khảo sát không gian siêu thị giúp nhóm hiểu rõ hơn về yêu cầu kỹ thuật và môi trường hoạt động. Điều này rất quan trọng để thiết kế một xe tự hành phù hợp với không gian thực tế.

3.2. Thiết kế hệ thống cơ khí và điện

Hệ thống cơ khí và điện được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao. Sử dụng vật liệu chất lượng cao và động cơ mạnh mẽ giúp xe hoạt động hiệu quả trong môi trường siêu thị.

IV. Ứng dụng thực tiễn của xe tự hành trong siêu thị

Xe tự hành bám theo người đã được thử nghiệm và ứng dụng thực tế trong một số siêu thị. Kết quả cho thấy xe có khả năng theo dõi người tiêu dùng một cách chính xác và ổn định, mang lại trải nghiệm mua sắm tốt hơn.

4.1. Kết quả thử nghiệm và phản hồi từ người dùng

Kết quả thử nghiệm cho thấy người tiêu dùng cảm thấy hài lòng với sự hỗ trợ của xe tự hành. Phản hồi tích cực từ người dùng cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này trong tương lai.

4.2. Tương lai của xe tự hành trong ngành bán lẻ

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xe tự hành bám theo người hứa hẹn sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong ngành bán lẻ, giúp nâng cao trải nghiệm mua sắm và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho xe tự hành

Xe tự hành bám theo người là một giải pháp tiềm năng cho ngành bán lẻ, đặc biệt là trong siêu thị. Việc phát triển và cải tiến công nghệ này sẽ giúp nâng cao trải nghiệm mua sắm cho người tiêu dùng, đặc biệt là người lớn tuổi.

5.1. Đề xuất cải tiến công nghệ

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán nhận diện và theo dõi người, cũng như cải tiến phần cứng để nâng cao hiệu suất của xe tự hành.

5.2. Tích hợp công nghệ mới vào xe tự hành

Việc tích hợp các công nghệ mới như cảm biến lidar và AI sẽ giúp xe tự hành hoạt động hiệu quả hơn, đồng thời nâng cao tính an toàn và trải nghiệm cho người tiêu dùng.