Thiết Kế và Điều Khiển Mô Hình Robot Phục Vụ Thư Viện

• Tác giả: Huỳnh Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Xuân Ba
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Và Điều Khiển Mô Hình Robot Phục Vụ Thư Viện
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH SÁCH HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1
• 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Mục đích đề tài
• 1.5. Mục tiêu đề tài
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Giới hạn đề tài
• 1.8. Nội dung nghiên cứu.1 Xây dựng mô hình động học, động lực học cho bốn bánh đa hướng của robot thư viện
• 2. CHƯƠNG 2
• 2.1. Giới thiệu bánh xe Mecanum
• 2.2. Mô hình động học của bốn bánh đa hướng của robot thư viện
• 2.3. Mô hình bánh xe tổng quát
• 2.4. Mô hình động học thuận của bốn bánh đa hướng của robot thư viện
• 2.5. Mô hình động học nghịch của bốn bánh đa hướng của robot thư viện
• 2.6. Giới thiệu về Robot Operating System
• 2.7. Tổng quan về hệ điều hành dành cho robot – ROS
• 2.8. Cấu trúc ROS
• 2.9. Các gói hỗ trợ trên Ros
• 2.10. Tổng quan về Lidar Slamtec Mapper M1M1
• 2.11. Giới thiệu về Lidar
• 2.12. Thành phần và kết nối hệ thống
• 2.13. Nguyên lý hoạt động của lidar
• 2.14. Thuật toán điều hướng robot
• 2.15. Thuật toán Dijkstra
• 2.16. Thuật toán Dynamic Window Approach để tránh vật cản
• 2.17. Thuật toán PID
• 2.18. Lý thuyết về xử lý ảnh
• 2.19. Tổng quan về MTCNN (Multi-task Cascaded Convolutional Networks)
• 2.20. Tổng quan về phương pháp Facenet nhận dạng khuôn mặt
• 2.21. Lý thuyết truyền tải dữ liệu qua mạng
• 2.22. Phương thức truyền tải dữ liệu giữa Client-Server
• 2.23. Giao thức truyền thông HTTP/HTTPS
• 2.24. Lý thuyết RESTful API
• 2.25. Giao thức truyền thông MQTT
• 2.26. Các giao thức giao tiếp
• 2.27. Giao tiếp ROS Master
• 2.28. Giao tiếp Uart
• 2.29. Hệ điều hành Ubuntu, ngôn ngữ lập trình và phần mềm hỗ trợ
• 2.30. Hệ điều hành Ubuntu
• 2.31. Ngôn ngữ Python
• 2.32. Phần mềm QT design
• 2.33. Phần mềm Arduino
• 2.34. Phần mềm Solidworks
• 2.35. Phần mềm Mysql Workbench và phpMyAdmin
• 2.36. Giới thiệu thư viện SpeechRecognition
• 2.37. Giới thiệu Opencv
• 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
• 3.1. Lựa chọn thiết bị
• 3.2. Vi điều khiển
• 3.3. Mạch điều khiển động cơ
• 3.4. Inverter kích điện
• 3.5. Bo mạch ESP32
• 3.6. Mạch tăng áp Boost DC-DC
• 3.7. Mạch giảm áp Buck DC-DC
• 3.8. Cảm biến vật cản hồng ngoại
• 3.9. Động Cơ Servo Giảm Tốc
• 3.10. Cảm biến siêu âm
• 3.11. I2C UART SPI TTL Mạch Chuyển Mức Tín Hiệu
• 3.12. Màn hình cảm ứng
• 3.13. Thiết kế phần điện
• 3.14. Thiết kế phần cơ khí
• 3.15. Yêu cầu phần cứng
• 3.16. Thiết kế trên phần mềm SolidWorks
• 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Mô tả hoạt động của robot thư viện
• 4.2. Chương trình mô phỏng simulink mô hình xe mecanum
• 4.3. Chương trình ROS ứng dụng cho xe tự hành
• 4.4. Lưu đồ chương trình
• 4.5. Xây dựng bản đồ
• 4.6. Điều hướng robot trên bản đồ đã dựng
• 4.7. Chương trình điều khiển động cơ (Mobile base)
• 4.8. Thiết lập serial giao tiếp với Mobile base
• 4.9. Ứng dụng xử lý ảnh
• 4.10. Nhận diện barcode
• 4.11. Nhận diện gương mặt
• 4.12. Xây dựng tính năng giao tiếp giữa người và robot bằng giọng nói
• 4.13. Chuyển giọng nói về dạng văn bản (Speech to text)
• 4.14. Đưa ra hành động (Take action)
• 4.15. Chuyển văn bản về giọng nói (Text to Speech)
• 4.16. Xây dựng tính năng điều khiển robot qua internet
• 4.17. Cấu hình ESP32 để điều khiển robot qua internet
• 4.18. Xây dựng tính năng xem camera và ghi hình từ xa qua internet
• 4.19. Thiết kế giao diện
• 4.20. Thiết kế giao diện QT design
• 4.21. Thiết kế giao diện web
• 5. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.2. Kết quả mô phỏng trên matlab/simulink
• 5.3. Kết quả mô phỏng trên ROS
• 5.4. Kết quả xử lý ảnh
• 5.5. Nhận diện barcode
• 5.6. Nhận diện gương mặt
• 5.7. Kết quả thiết kế giao diện chạy trên phần mềm python
• 5.8. Kết quả điều khiển xe tự hành
• 5.9. Kết quả điều khiển qua Internet
• 5.10. Kết quả hoạt động của toàn bộ hệ thống
• 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Thiết Kế Robot Thư Viện Thông Minh

Trong thời đại công nghệ 4.0, robot tự động đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong việc phục vụ thư viện. Thiết kế robot thư viện thông minh không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà còn cải thiện trải nghiệm của người dùng. Đề tài này sẽ trình bày chi tiết về quy trình thiết kế và ứng dụng của robot trong thư viện.

1.1. Lịch sử phát triển của robot trong thư viện

Robot trong thư viện đã có một lịch sử phát triển dài, từ những mô hình đơn giản đến những hệ thống phức tạp hiện đại. Sự phát triển này phản ánh nhu cầu ngày càng cao về giải pháp tự động hóa trong quản lý thông tin.

1.2. Các loại robot thư viện hiện có

Hiện nay, có nhiều loại robot trong thư viện như robot tự động mượn trả sách, robot tìm kiếm thông tin, và robot hỗ trợ người dùng. Mỗi loại robot đều có những chức năng và ứng dụng riêng biệt.

II. Vấn đề và Thách thức trong Thiết Kế Robot Thư Viện

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế robot thư viện cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như khả năng nhận diện khuôn mặt, di chuyển thông minh và tương tác với người dùng là những yếu tố quan trọng cần được giải quyết.

2.1. Khó khăn trong việc nhận diện khuôn mặt

Một trong những thách thức lớn nhất là phát triển công nghệ trí tuệ nhân tạo để nhận diện khuôn mặt chính xác. Điều này đòi hỏi phải có các thuật toán mạnh mẽ và dữ liệu huấn luyện phong phú.

2.2. Vấn đề di chuyển và tránh vật cản

Robot cần phải có khả năng di chuyển linh hoạt và tránh các vật cản trong thư viện. Việc này yêu cầu thiết kế hệ thống cảm biến và thuật toán điều khiển hiệu quả.

III. Phương pháp Thiết Kế Robot Thư Viện Thông Minh

Để thiết kế một robot thư viện thông minh, cần áp dụng nhiều phương pháp và công nghệ hiện đại. Các bước thiết kế bao gồm từ việc lựa chọn linh kiện đến lập trình điều khiển.

3.1. Lựa chọn linh kiện và thiết bị

Việc lựa chọn linh kiện như động cơ, cảm biến và vi điều khiển là rất quan trọng. Các linh kiện này cần phải đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất và độ bền trong môi trường thư viện.

3.2. Thiết kế phần mềm điều khiển

Phần mềm điều khiển robot cần được lập trình để thực hiện các chức năng như nhận diện khuôn mặt, mượn trả sách và tương tác với người dùng. Sử dụng công nghệ thông tin là rất cần thiết trong giai đoạn này.

IV. Ứng dụng Thực Tiễn của Robot Thư Viện Thông Minh

Robot thư viện thông minh không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao trải nghiệm của người dùng. Các ứng dụng thực tiễn của robot này đang ngày càng được mở rộng.

4.1. Tự động hóa quy trình mượn trả sách

Robot có khả năng tự động hóa quy trình mượn và trả sách, giúp giảm tải công việc cho nhân viên thư viện và tăng cường sự hài lòng của người dùng.

4.2. Hỗ trợ tìm kiếm thông tin

Robot có thể hỗ trợ người dùng trong việc tìm kiếm thông tin sách một cách nhanh chóng và hiệu quả, nhờ vào khả năng nhận diện và xử lý dữ liệu.

V. Kết quả Nghiên cứu và Đánh giá Hiệu quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy robot thư viện thông minh đã mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhân viên thư viện. Việc đánh giá hiệu quả hoạt động của robot là rất cần thiết để cải tiến và phát triển thêm.

5.1. Đánh giá hiệu quả hoạt động

Các chỉ số như thời gian mượn trả sách, mức độ hài lòng của người dùng và khả năng nhận diện khuôn mặt là những yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả hoạt động của robot.

5.2. Phản hồi từ người dùng

Phản hồi từ người dùng là nguồn thông tin quý giá để cải tiến robot. Việc lắng nghe ý kiến của người dùng giúp nâng cao chất lượng dịch vụ.

VI. Kết luận và Hướng phát triển trong Tương lai

Robot thư viện thông minh đang mở ra nhiều cơ hội mới cho việc tự động hóa trong quản lý thông tin. Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải tiến công nghệ và mở rộng ứng dụng.

6.1. Xu hướng phát triển công nghệ robot

Công nghệ robot sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo và công nghệ thông tin, giúp nâng cao khả năng tự động hóa trong thư viện.

6.2. Tương lai của robot trong thư viện

Tương lai của robot trong thư viện sẽ không chỉ dừng lại ở việc mượn trả sách mà còn mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác như giáo dục và nghiên cứu.