Đồ án thiết kế và phát triển robot lễ tân tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute design and development of receptionist robot, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Đặng Hải Đăng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: HCMC University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Phát Triển Robot Lễ Tân
• Loại tài liệu: capstone project
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• ACKNOWLEDGMENTS
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN
• ABSTRACT
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. SEVERAL SERVICE ROBOTS
• 2. CHAPTER 2: MECHANICAL DESIGN
• 2.1. MAKING MOLD AND COMPOSITE
• 2.2. Choosing and making robot cover
• 3. CHAPTER 3: KINEMATICS AND DYNAMICS
• 3.1. Representing Robot's Position
• 3.2. Kinematic Wheel Model
• 3.3. Kinematics Robot arm
• 4. CHAPTER 4: ELECTRONICS AND ELECTRICAL SYSTEM
• 4.1. Calculate the electric motor
• 4.2. The shoulder motor
• 4.3. CALCULATE THE BATTERIES
• 4.4. AUTOMATION CHARGING DOCK
• 4.5. SOFTWARE OF CONTROL
• 4.5.1. EmguCV: Face detection using Haar Cascades
• 4.5.2. About Haar Cascades
• 4.5.3. Face Identify and Emotion Recognition
• 4.5.4. Microsoft Cognitive Services (Project Oxford)
• 4.5.5. Face API: Face Identification
• 4.5.6. Face Recognition and Emotion Detection Programming Logic Graphic
• 4.5.7. Detect and track object by color using AForge
• 4.5.8. MAPPING TRAJECTORY PLANNING
• 4.5.9. Google Speech API
• 4.5.10. Stanford Parser for
• 4.5.11. Voice Processing Programming Logic Graphic
• 7. CHAPTER 7: EXPERIMENTS, DISCUSSION & CONCLUSION
• 7.1. STRAIGHT MOVEMENT TEST
• 7.2. 45 DEGREE MOVEMENT TEST
• 7.3. FREE MOVEMENT TEST
• 7.4. SUMMARY OF PROJECT

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ, robot lễ tân đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực như dịch vụ, y tế và công nghiệp. Đề tài 'Thiết kế và phát triển robot lễ tân tại HCMUTE' nhằm mục đích nghiên cứu và phát triển một robot tự động có khả năng giao tiếp và cung cấp thông tin cho người dùng. Sự phát triển của công nghệ robot không chỉ giúp nâng cao hiệu quả công việc mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành dịch vụ tại Việt Nam. Theo báo cáo, robot thông minh có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp mà trước đây cần đến sự can thiệp của con người, từ đó giảm thiểu thời gian và chi phí lao động.

1.1. Tình hình phát triển công nghệ robot

Công nghệ robot đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Các giải pháp robot hiện nay không chỉ dừng lại ở việc tự động hóa mà còn tích hợp các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và hệ thống nhận diện giọng nói. Điều này cho phép robot lễ tân có khả năng tương tác tốt hơn với con người, từ đó nâng cao trải nghiệm dịch vụ. Tại HCMUTE, việc phát triển robot lễ tân không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn góp phần vào việc xây dựng nền tảng cho tương lai của ngành dịch vụ robot tại Việt Nam.

II. Thiết kế cơ khí

Thiết kế cơ khí là một trong những phần quan trọng nhất trong quá trình phát triển robot lễ tân. Các yếu tố như kích thước, trọng lượng và cấu trúc của robot cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và khả năng di chuyển. Việc sử dụng vỏ composite không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn tăng cường độ bền cho robot. Các phương pháp gia công hiện đại được áp dụng để tạo ra các bộ phận chính xác, từ đó đảm bảo rằng robot có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế. Hệ thống động lực học và động học cũng được tính toán để đảm bảo rằng robot có thể di chuyển một cách linh hoạt và chính xác.

2.1. Tính toán và thiết kế cơ khí

Quá trình tính toán và thiết kế cơ khí bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho robot lễ tân. Các yếu tố như tải trọng, tốc độ di chuyển và khả năng chịu lực được xem xét kỹ lưỡng. Việc lựa chọn vật liệu cũng rất quan trọng, với vỏ composite được ưa chuộng nhờ vào tính năng nhẹ và bền. Thiết kế cơ khí không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của robot mà còn quyết định đến khả năng tương tác của nó với người dùng. Các mô hình 3D được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế trước khi tiến hành sản xuất thực tế.

III. Hệ thống điện điện tử

Hệ thống điện - điện tử là phần không thể thiếu trong việc phát triển robot lễ tân. Các thành phần như động cơ, cảm biến và mạch điều khiển được tích hợp để đảm bảo rằng robot có thể hoạt động một cách tự động và hiệu quả. Việc tính toán công suất cho các động cơ là rất quan trọng, giúp đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ mà không gặp phải vấn đề về năng lượng. Hệ thống sạc tự động cũng được thiết kế để đảm bảo rằng robot luôn sẵn sàng hoạt động.

3.1. Tính toán động cơ và hệ thống điều khiển

Tính toán động cơ là một trong những bước quan trọng trong thiết kế robot lễ tân. Các thông số như mô men xoắn, tốc độ và công suất cần được xác định chính xác để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách hiệu quả. Hệ thống điều khiển cũng cần được lập trình để xử lý các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển động cơ một cách chính xác. Việc sử dụng các công nghệ như EmguCV cho nhận diện khuôn mặt và Google Speech API cho xử lý giọng nói giúp robot có khả năng tương tác tốt hơn với người dùng.

IV. Thử nghiệm và đánh giá

Thử nghiệm là bước cuối cùng trong quá trình phát triển robot lễ tân. Các bài thử nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu suất của robot trong các tình huống thực tế. Các chỉ số như độ chính xác trong di chuyển, khả năng nhận diện và tương tác với người dùng được ghi nhận và phân tích. Kết quả thử nghiệm sẽ giúp nhóm nghiên cứu điều chỉnh và cải tiến thiết kế, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của robot. Việc đánh giá này không chỉ giúp hoàn thiện sản phẩm mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các nghiên cứu và phát triển trong tương lai.

4.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy robot lễ tân hoạt động ổn định và hiệu quả trong các tình huống khác nhau. Độ chính xác trong việc di chuyển và nhận diện khuôn mặt đạt yêu cầu, cho phép robot tương tác tốt với người dùng. Các vấn đề phát sinh trong quá trình thử nghiệm được ghi nhận và sẽ được khắc phục trong các phiên bản tiếp theo. Điều này không chỉ giúp cải thiện sản phẩm mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển robot trong các lĩnh vực khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ DESIGN AND DEVELOPMENT OF RECEPTIONIST ROBOT GVHD: PGS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG SVTH: ÐẶNG HẢI ÐĂNG MSSV: 12146040 NGUYỄN TRỌNG TUẤN MSSV: 12146223 NGUYỄN CÔNG LUẬT MSSV: 12146105 PHÙ TRUNG MƠ MSSV: 12146113 S KL 0 0 4 7 2 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 do an MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION  FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING CAPSTONE PROJECT “DESIGN AND DEVELOPMENT OF RECEPTIONIST ROBOT” Advisor: Assoc.

NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Students: ĐẶNG HẢI ĐĂNG ID: 12146040 NGUYỄN TRỌNG TUẤN 12146223 NGUYỄN CÔNG LUẬT 12146105 PHÙ TRUNG MƠ 12146113 Class: 121462 Academic years: 2012 - 2016 HO CHI MINH CITY, JULY 2016 do an MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION  MECHATRONIC DEPARTMENT CAPSTONE PROJECT “DESIGN AND DEVELOPMENT OF RECEPTIONIST ROBOT” Advisor: Assoc. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Students: ĐẶNG HẢI ĐĂNG ID: 12146040 NGUYỄN TRỌNG TUẤN 12146223 NGUYỄN CÔNG LUẬT 12146105 PHÙ TRUNG MƠ 12146113 Class: 121462 Academic years: 2012 - 2016 HO CHI MINH CITY, JULY 2016 do an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TP. HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: PGS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện: ĐẶNG HẢI ĐĂNG MSSV: 12146040 NGUYỄN TRỌNG TUẤN 12146223 NGUYỄN CÔNG LUẬT 12146105 PHÙ TRUNG MƠ 12146113 1.

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot tiếp tân. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Robot tiếp tân tự hành, có khả năng di chuyển, cung cấp thông tin và giao tiếp với người dùng thông qua màn hình cảm ứng và hệ thống nhận diện giọng nói. Nội dung chính của đồ án: - Tính toán và thiết kế cơ khí. - Tính toán động học và động lực học robot.

- Hệ thống điện – điện tử. - Thiết kế hệ thống điều khiển. Các sản phẩm dự kiến Robot tiếp tân. Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot tiếp tân.

NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG - Sinh viên thực hiện: ĐẶNG HẢI ĐĂNG MSSV: 12146040 NGUYỄN TRỌNG TUẤN 12146223 NGUYỄN CÔNG LUẬT 12146105 PHÙ TRUNG MƠ 12146113 - Lớp: 121462 - Địa chỉ sinh viên: Openlab - Số điện thoại liên lạc: 01264655234 - Email: whitebot.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày ….

Ký tên do an ACKNOWLEDGMENTS Firstly, we would like to acknowledge our thesis supervisor Assoc. Nguyễn Ngọc Phương and Assoc. Nguyễn Trường Thinh ̣ for the continuous support of our project and related research, for their patience, motivation, and immense knowledge. Their guidance helped us in all the time of research and writing of this thesis.

We could not have imagined having better advisors and mentors for our project. Besides our advisors, we would like to thank to our thesis committee ME Lê Thanh Tùng, for his insightful comments and encouragement, but also for the hard question which incented me to widen my research from various perspectives. We would also thank to the members of OPENLAB who have supported us throughout our time in laboratory. Finally, we would like to thank the Department of Mechanical Engineering, for giving us the best opportunity to work on our final project.

Đặng Hải Đăng Nguyễn Trọng Tuấn Nguyễn Công Luật Phù Trung Mơ do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾP TÂN Đặng Hải Đăng Nguyễn Trọng Tuấn Nguyễn Công Luật Phù Trung Mơ Trải qua những biến động thăng trầm của lịch sử, xã hội loài người đang có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt là trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật như: Cơ khí hóa, Tự động hóa, Cơ điện tử… Sự thay đổi chóng mặt của nền công nghiệp và kinh tế dẫn đến những nhu cầu về nguồn lực nhân tạo, điển hình là robot. Robot đã và đang giúp ích con người trong rất nhiều lĩnh vực như dịch vụ, công nghiệp, y tế, … Sự ra đời của chúng mở ra một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của khoa học kỹ thuật, của sự thông minh sáng tạo, trong đó sức lao động cơ bắp dần được thay thế bằng sức lao động của máy móc thiết bị. Những công việc khó khăn, yêu cầu độ chính xác cao mà trước kia cần đến vài ngày để hoàn tất thì nay đã được robot thực hiện chỉ trong vài phút. Với độ chính xác cao, khả năng hoạt động không ngừng nghỉ, cùng với tiềm lực đa tác vụ tốt, robot dần có thể giúp con người trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.

Chính vì những ưu điểm vượt trội nêu trên, nhóm chúng em quyết định triển khai đề tài “Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot tiếp tân”. Đây là một lĩnh vực đang phát triển mạnh trên thế giới nhưng còn khá mới ở nước ta, hy vọng qua đề tài này, nhóm có thể góp phần xây dựng nền tảng phát triển robot dịch vụ tại Việt Nam. Trong phần báo cáo chúng em trình bày về: Tình hình phát triển của công nghệ robot trên thế giới, giải thích và chọn phương án thiết kế phù hợp, quá trình gia công, thử nghiệm độ bền vỏ composite và đế robot, tính toán các bài toán động học và động lực học robot, thiết kế và bố trí mạch điện, nền tảng lập trình và xử lý tín hiệu robot, … do an ABSTRACT DESIGN AND DEVELOPMENT OF RECEPTIONIST ROBOT Through the ups and downs change of history, human communities have been having great progresses especially in the field of science and technology such as mechanization, automation, mechatronics. The rapid changes of the industry and the economy led to the demand for artificial resources, especially robots.

Robot has been helping people in many fields such as service, industrial, medical,. The exist of them opens a new era, the era of science and technology, the creative intelligence , in which the muscular labor was gradually replaced by the labor of machinery. The hard work, requiring high accuracy that previously required several days to complete, robot can do it in just a few minutes. With high accuracy, the ability to operate non-stop, with good multi-tasking capabilities, the robot can gradually help people in all areas of life.

Because of the above advantages, we decided to implement the project "Designing, manufacturing and controlling robot receptionist". This is a fast growing sector in the world but is relatively new in our country, hopefully through the project, we can contribute to build the platform for developing service robot in Vietnam. In the report we presented to: The development of robotics technology on the world, explain and choose the appropriate design, processing, testing the strength of platform and composite shell of robot, calculate dynamical and kinematic math, design and circuit layout, programming background and signal processing of robot,. We also present about the combination between the hardware and software and the testing process.

Base on the result of testing, we know about the strong point and weak point of the method that we have used, from that make plans for the future development. do an CONTENT CHAPTER 1: INTRODUCTION. SEVERAL SERVICE ROBOTS. 9 CHAPTER 2: MECHANICAL DESIGN.

MAKING MOLD AND COMPOSITE. Choosing and making robot cover. 15 CHAPTER 3: KINEMATICS AND DYNAMICS. Representing Robot's Position.

Kinematic Wheel Model. Kinematics Robot arm. 26 CHAPTER 4: ELECTRONICS AND ELECTRICAL SYSTEM. Calculate the electric motor.

The shoulder motor. CALCULATE THE BATTERIES. AUTOMATION CHARGING DOCK. SOFTWARE OF CONTROL.

EmguCV: Face detection using Haar Cascades. About Haar Cascades. Face Identify and Emotion Recognition. Microsoft Cognitive Services (Project Oxford).

Face API: Face Identification. Face Recognition and Emotion Detection Programming Logic Graphic. Detect and track object by color using AForge. MAPPING TRAJECTORY PLANNING.

Google Speech API. Stanford Parser for. Voice Processing Programming Logic Graphic. 55 CHAPTER 7: EXPERIMENTS, DISCUSSION & CONCLUSION.

STRAIGHT MOVEMENT TEST. 45 DEGREE MOVEMENT TEST. FREE MOVEMENT TEST. SUMMARY OF PROJECT.

58 do an CONTENT TABLES Page Table 1.1 DH parameter representation. Gear motor features and standard data. Shoulder motor’s specification. Parameters of the control circuit for DC Servo MSDE1.

Power usage of equipment on robot. Error for each 10 meter distance. Error of 45 degree movement test. Error of free movement test.

56 do an CONTENT FIGURE Page Figure 1. Estimated operational stock of industrial robots 2013 – 2014 and forecast for 2015 – 2018. Service robots for professional use. Von Mises Stress of Robot platform.

Displacement of Robot platform. Basic Robot cover. Making mold and composite. From mold to composite.

Workspace of robot arm. Four wheeled differentially driven mobile robot .2 Wheel moving in a plane .3 Coordinate position of each member of the robot .4 Differential drive motion .5 Kinematic Arm Model of service robot. Force on robot. The forces of moving robot.

Forces on the robot’s arms. Structure of Encoder. Control circuit for DC Servo MSDE1. Automation charging dock.

Control system of robot. 39 do an Figure 5. Diagram of communication between the control blocks in robot. Block diagram of PID controller.

RC motor control. Result of face detection. Person identify and emotion detection. Face Recognition and Emotion Detection Programming Logic Graphic.

Detect and track object by color. Model of a pinhole camera. Tracking and Picking Object Programming Logic Graphic. Ultrasonic sensor on robot.

Depth stream in image. Main program and virtual face. Interaction between robots and humans. Voice Processing Programming Logic Graphic.

Experiment at the central building. 57 do an ACRONYM IFR International Federation of Robotics DC Direct Current CAN Controller Area Network PC Personal Computer DOF Degree Of Freedom WMR Wheeled Mobile Robot SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm OEM Original Equipment Manufacturer LED Light Emitting Diode AI Artificial Intelligence PC Personal Computer DH Denavit–Hartenberg IR Infared blasteR RC Radio Control MCU Microcontroller Unit I2C Interface to Communicate PID Proportional Integral Derivative API Application Programming Interface SDK Software Development Kit NLP Natural Language Processing do an CHAPTER 1: INTRODUCTION 1. DESCRIPTION Robotics is finally stepping out of science fiction and into service, if not in our homes, then at least in our hotels, hospitals, restaurants, warehouses, hardware stores and other retail outlets. This new report series from Silicon Valley Robotics highlights the first steps of startups Fetch Robotics, Fellow Robots, Savioke and Adept into the emerging service robotics industry, with additional analysis contributed by industry experts.

The service robotics industry has long been the subject of science fiction, with robot maids, like Rosie from the Jetsons, or cleaners, like Wall-E. Or medical assistants and all round helpers like Baymax from Big Hero 6.