Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các hệ thống tự động hóa và công nghệ chế tạo robot ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, đời sống và an ninh quốc phòng. Trong thực tế hiện nay, biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp với các hiện tượng như gia tăng nhiệt độ toàn cầu, nước biển dâng, thiên tai và khí hậu cực đoan, đe dọa trực tiếp đến đời sống con người và hệ sinh thái. Việc ứng dụng công nghệ robot tự hành và tự động hóa vào hoạt động giám sát, ứng phó biến đổi khí hậu là giải pháp kỹ thuật cần thiết. Robot tự hành có khả năng thay thế con người di chuyển vào các khu vực nguy hiểm, khó tiếp cận, điều kiện khắc nghiệt để thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và hình ảnh thực địa, hỗ trợ công tác theo dõi môi trường tự nhiên, rừng rậm và các vùng đất hoang dã. Từ bối cảnh thực tiễn này, tác giả thực hiện đề tài "Thiết kế xe tự hành có camera quan sát môi trường".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản xác định rõ ràng mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu và thiết kế mô hình xe tự hành thu thập nhiệt độ môi trường, tích hợp camera và cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để thực hiện quan sát hình ảnh thực địa, đo nhiệt độ và độ ẩm không khí.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu: Chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm phần cứng xe tự hành có khả năng tự vận động, thu thập các thông số nhiệt độ, độ ẩm và truyền hình ảnh môi trường xung quanh về máy chủ web.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    1. Công nghệ truyền hình ảnh, đo đạc nhiệt độ và truyền dữ liệu thời gian thực qua giao thức Internet.
    2. Mô hình xe tự hành, các thành phần cấu tạo cơ khí, mạch điện tử và hệ thống điều khiển tự động của xe.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    1. Cơ chế hoạt động và giao tiếp dữ liệu của cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
    2. Giao thức truyền dữ liệu không dây qua mạng Internet (HTTP, Wi-Fi).
    3. Cơ sở lý thuyết về module vi điều khiển tích hợp ESP32-CAM cùng phương thức giao tiếp giữa ESP32-CAM với máy tính và Web Server.
    4. Cơ sở lý thuyết và giải thuật đo khoảng cách tránh vật cản của cảm biến siêu âm HC-SR04 (văn bản có ghi SRF-04).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

  • Phân loại robot tự hành (Mobile Robot): Nghiên cứu dựa trên cơ sở phân loại hình thức di chuyển của robot tự hành gồm 3 dạng chính: di chuyển bằng chân (Legged Robot), di chuyển bằng bánh xe (Wheel Robots) và di chuyển bằng bánh xích. Trong đó, tác giả lựa chọn cấu hình di chuyển bằng bánh xe nhờ ưu điểm cấu tạo cơ khí đơn giản, chuyển động nhanh, ổn định và linh hoạt trên các bề mặt cứng, bằng phẳng.
  • Bài toán tìm đường (Navigation): Hệ thống tiếp cận bài toán tìm đường cục bộ (local navigation). Trong môi trường làm việc chưa biết trước hoàn toàn hoặc xuất hiện vật cản ngẫu nhiên, robot hoàn toàn dựa trên tín hiệu phản hồi từ cụm cảm biến siêu âm gắn trên thân để nhận biết không gian xung quanh, từ đó tự động đổi hướng tránh va chạm mà không đòi hỏi tài nguyên tính toán bản đồ toàn cục quá lớn.
  • Mô hình Web Server và giao thức mạng: Ứng dụng mô hình truyền thông Client - Server thông qua kết nối mạng không dây Wi-Fi băng tần 2.4 GHz. Giao thức HTTP (cổng 80) được sử dụng để đọc/ghi dữ liệu cảm biến và truyền tải chuỗi hình ảnh video stream từ camera. Giao diện điều khiển được xây dựng trên nền tảng ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTML.

Phương pháp nghiên cứu và chế tạo

  • Phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật về các module phần cứng nhúng, vi điều khiển và các giao thức truyền thông vô tuyến (so sánh giữa IrDA, Bluetooth và Wi-Fi).
  • Phương pháp mô hình hóa động học: Xây dựng hệ phương trình động học vi sai cho hệ thống chuyển động 2 bánh chủ động trên mặt phẳng tọa độ hai chiều xOy.
  • Phương pháp thiết kế và chế tạo thực nghiệm: Thiết kế kết cấu cơ khí bằng phần mềm chuyên dụng, tạo hình các tấm vỏ bằng công nghệ in 3D; tích hợp mạch điện tử phân cấp hai tầng vi điều khiển (ESP32-CAM và Arduino Nano); lập trình nhúng trên môi trường Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ C/C++; thử nghiệm vận hành mô hình trong điều kiện thực tế để kiểm tra khả năng vượt chướng ngại vật và truyền dữ liệu.

Thiết kế và triển khai

Thiết kế cơ khí và mô hình động học

Toàn bộ phần thân vỏ của xe tự hành được cấu thành từ các tấm panel in 3D (tấm sàn, tấm trước, tấm sau, tấm nóc và tấm đỡ pin). Tấm sàn liên kết cố định với hai tấm trước, sau bằng keo 502; liên kết với tấm nóc thông qua 4 cọc định vị bằng bu lông M5x1.

Thông số cơ học Giá trị thiết kế Đơn vị
Chiều dài tổng thể 302 mm
Chiều rộng tổng thể 180 mm
Chiều cao tổng thể 195 mm
Chiều dài cơ sở ($L_{cs}$) 135 mm
Chiều dài đuôi xe 58 mm
Khoảng cách giữa tâm 2 bánh sau ($T$) 155 mm
Đường kính bánh xe 66 mm
Chiều rộng bánh xe 27 mm
Độ dày lốp xe 6.5 mm
Đường kính trục bánh 5 mm

Mô hình động học của xe sử dụng hệ dẫn động vi sai với hai bánh chủ động. Gọi $\Delta s_1, \Delta s_2$ là đoạn dịch chuyển của hai bánh, $T$ là khoảng cách giữa hai bánh xe, bán kính quay $R_D$ và góc dịch chuyển $\Delta \psi$ của hệ thống trong mặt phẳng xOy được tính theo công thức:

$$R_D = \frac{T}{2} \left( \frac{\Delta s_2 + \Delta s_1}{\Delta s_2 - \Delta s_1} \right)$$

$$\Delta \psi = \frac{\Delta s_2 - \Delta s_1}{T}$$

Hệ thống điều khiển xét hai trạng thái chuyển động tới hạn:

  • Khi $\Delta s_2 = \Delta s_1$: Bán kính quay $R_D = \infty$, góc quay $\Delta \psi = 0$, xe di chuyển thẳng.
  • Khi $\Delta s_2 = -\Delta s_1$: Bán kính quay $R_D = 0$, góc quay $\Delta \psi = \frac{2\Delta s_2}{T}$, xe quay tròn tại chỗ quanh trung điểm trục giữa hai bánh xe.

Thiết kế phần cứng và sơ đồ kết nối điện tử

Hệ thống xử lý phân cấp gồm hai khối vi điều khiển: Khối xử lý trung tâm chính dùng ESP32-CAM (CPU 32-bit LX6, PSRAM 4MB) quản lý camera, cảm biến DHT11 và truyền thông Wi-Fi với Web Server; Khối xử lý trung tâm phụ dùng Arduino Nano (chip ATmega328P) tiếp nhận tín hiệu từ ESP32-CAM để điều khiển mạch cầu H L298N, động cơ DC, servo lái camera và đọc dữ liệu từ cụm 3 cảm biến siêu âm HC-SR04. Nguồn cấp cho toàn hệ thống là bộ 4 cell pin Lithium 18650 mắc nối tiếp (3.7V - 2600mAh/cell).

STT Tên linh kiện Module kết nối Chân kết nối cụ thể
1 Cảm biến DHT11 ESP32-CAM GPIO2
2 Đèn LED Flash ESP32-CAM GPIO4
3 Arduino Nano ESP32-CAM GPIO14 – A4; GPIO15 – A5; 5V – 5V; GND – GND
4 Cảm biến siêu âm 1 (Trái) Arduino Nano TRIG nối chân D2; ECHO nối chân D3
5 Cảm biến siêu âm 2 (Giữa) Arduino Nano TRIG nối chân D4; ECHO nối chân D5
6 Cảm biến siêu âm 3 (Phải) Arduino Nano TRIG nối chân D6; ECHO nối chân D7
7 Cụm 2 Servo SG90 Arduino Nano Tín hiệu Servo 1 nối A6; Servo 2 nối A7
8 Nguồn Pin 18650 Mạch L298N Cực (+) nối chân 12V; Cực (-) nối chân GND
9 Mạch cầu H L298N Arduino Nano IN1 – A0; IN2 – A1; IN3 – A2; IN4 – A3; 5V – VIN; GND – GND
10 4 Động cơ DC giảm tốc 5V Mạch L298N Động cơ 1: OUT1, OUT2; Động cơ 2: OUT3, OUT4

Giải thuật điều khiển và thuật toán tìm đường

Cụm 3 cảm biến siêu âm bố trí ở mặt trước xe xác định khoảng cách tới vật cản ($d_l$: bên trái, $d_m$: ở giữa, $d_r$: bên phải). Gọi $\theta(t)$ là góc chỉ hướng, $\theta_a(t)$ là góc dẫn hướng tránh vật cản, $\theta^*(t)$ là góc dẫn hướng chuyển động. Khi phát hiện vật cản, giải thuật xử lý theo 6 trường hợp:

  • Trường hợp 1: Cả 3 cảm biến đều phát hiện vật cản. Nếu khoảng cách đo bên trái lớn hơn bên phải ($d_l > d_r$), hệ thống điều khiển xe quay sang phải; nếu $d_l \le d_r$, xe cũng được điều khiển quay sang phải.
  • Trường hợp 2: Cảm biến giữa và phải có vật cản, chỉ cảm biến bên trái không phát hiện vật cản: Xe quay sang trái.
  • Trường hợp 3: Cảm biến giữa và trái có vật cản, chỉ cảm biến bên phải không phát hiện vật cản: Xe quay sang phải.
  • Trường hợp 4: Cảm biến hai bên phát hiện nhưng chỉ cảm biến ở giữa không phát hiện vật cản: Xe quay sang phải một góc $90^\circ$ (gán $\theta_a = \theta_a - 90^\circ$, hiệu chỉnh về thang $[0, 360^\circ]$).
  • Trường hợp 5: Chỉ có cảm biến bên trái phát hiện vật cản: Xe quay sang phải một góc $25^\circ$ (gán $\theta_a = \theta_a - 25^\circ$).
  • Trường hợp 6: Chỉ có cảm biến bên phải phát hiện vật cản: Xe quay sang trái một góc $25^\circ$ (gán $\theta_a = \theta_a - 25^\circ$).

Bên cạnh chế độ tự động tránh vật cản, xe hỗ trợ chế độ điều khiển thủ công từ giao diện Web App qua mạng Wi-Fi và chế độ điều khiển cụm 2 động cơ servo SG90 để quay camera quan sát các góc độ xung quanh.

Nội dung chính theo từng chương

Lời mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh công nghiệp tự động hóa và vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu. Xác định mục tiêu chế tạo xe tự hành giám sát môi trường, nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng và phạm vi ứng dụng. Nêu rõ các ưu điểm (đo lường tin cậy, tự động hóa, linh kiện phổ biến giá rẻ) và các nhược điểm (phụ thuộc tầm phát Wi-Fi, tiêu tốn năng lượng pin, giới hạn địa hình bằng phẳng). Đưa ra ý nghĩa khoa học trong việc phát triển nền tảng xe tự hành và ý nghĩa thực tiễn phục vụ giám sát môi trường.

Giới thiệu về xe tự hành có camera quan sát môi trường

Định nghĩa xe tự hành (mobile robot) là thiết bị có khả năng tự vận động độc lập hoặc chịu điều khiển từ xa dưới sự lập trình tự động. Phần này khái quát lịch sử phát triển robot tự hành qua các giai đoạn:

  • Giai đoạn 1939 - 1945: Xuất hiện các mẫu bom bay sơ khai (tiền thân tên lửa V1, V2) và hai robot Elmer, Elsie của Gray Walter (hoạt động theo cảm biến ánh sáng).
  • Giai đoạn 1961 - 1970: Robot "Beast" (Đại học Johns Hopkins, 1961-1963) có khả năng tự tìm ổ cắm sạc; Mowbot (1969) tự cắt cỏ; Stanford Cart (1969) bám vạch kẻ trắng; Shakey (1970) tích hợp camera, cảm biến và có khả năng suy luận chuyển động.
  • Giai đoạn 1976 - 1990: Tàu thám hiểm sao Hỏa chương trình Vikiry (1976); robot RB5X, HERO, Stanford Cart định bản đồ (1980); robot BEAM của Mark Tinden (1989); robot y tế của Joseph Engelberger và dự án MDARS-I (1990).
  • Giai đoạn 1993 - 2007: Robot thám hiểm núi lửa Dante-I/II (1993-1994); Pioneer (1995); Mars Pathfinder mang robot Sojourner lên sao Hỏa (1996-1997); chó robot Aibo và robot quân sự PackBot (1999); Swarm-Bots (2001); máy hút bụi Roomba (2002); Robosapien và giải DARPA Grand Challenge (2004); Asimo chạy và leo cầu thang (2006); hệ thống kho Kiva, robot bệnh viện Tug, robot Seekur (2007) và robot Curiosity.

Nội dung tiếp tục phân loại cấu trúc di chuyển (chân, bánh xe, bánh xích) và liệt kê các ứng dụng thực tế của robot tự hành: giao hàng tự động (Alpha Asimov), dịch vụ nhà hàng (Servi), dọn dẹp sân bay Singapore, kiểm tra phóng xạ Chernobyl (Spot), chăm sóc y tế Covid-19 (Strobo), và sản xuất kho bãi (AMR Lite Core).

Cơ sở lý thuyết và tổng quan các thiết bị sử dụng trong hệ thống

Nội dung chương tập trung vào cơ sở kỹ thuật và thông số kỹ thuật của các trang thiết bị cấu thành:

  • Bài toán tìm đường: Phân tích sự khác biệt giữa bài toán toàn cục (Global) và bài toán cục bộ (Local). Đề tài chọn giải quyết bài toán cục bộ bằng sóng siêu âm HC-SR04.
  • Công nghệ kết nối không dây và mạng: Khái quát công nghệ hồng ngoại IrDA, Bluetooth và Wi-Fi. Giải thích nguyên lý hoạt động của Web Server, giao thức truyền tải file FTP và giao thức truyền thông HTTP trên nền bộ giao thức TCP/IP.
  • Môi trường lập trình: Giới thiệu ngôn ngữ HTML (cấu trúc thẻ <head>, <body>) và phần mềm mã nguồn mở Arduino IDE (trình biên dịch mã C/C++, tạo file Hex nạp qua USB, cấu trúc 3 phần: khai báo biến, void setup(), void loop()).
  • Thông số kỹ thuật linh kiện:
    • ESP32-CAM: CPU 32-bit LX6 160MHz (600 DMIPS), RAM PSRAM 4MB, tích hợp Wi-Fi, Bluetooth, khe thẻ TF, đèn flash chiếu sáng.
    • Arduino Nano: Vi điều khiển ATmega328P, điện áp hoạt động 5V, 14 chân I/O số (hỗ trợ PWM), 8 chân analog, bộ nhớ Flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB.
    • Cảm biến siêu âm HC-SR04: Tần số 40 kHz, tầm đo 2 cm đến 4 m, độ chính xác 3 mm, góc quét 15 độ, điện áp 5V, dòng tiêu thụ 4mA.
    • Cảm biến DHT11: Dải đo nhiệt độ -20°C đến 60°C (sai số $\pm 2^\circ\text{C}$), dải đo độ ẩm 20% đến 80% (sai số $\pm 5%$), tần suất lấy mẫu 1 Hz, chuẩn giao tiếp 1-Wire.
    • Mạch điều khiển động cơ L298N: Mạch cầu H kép, dải áp 5V đến 35V, dòng chịu tải 2A mỗi cầu, điện áp logic TTL 5V.
    • Động cơ giảm tốc 5V: Dải áp 3V đến 9V (tối ưu 6V-8V), mô-men xoắn tối thiểu 800 gf.cm tại 3V, tốc độ quay 125 vòng/phút (tại 3V) hoặc 208 vòng/phút (tại 5V), dòng tải 70mA (cực đại 250mA).
    • Servo SG90: Góc quay 180 độ, mô-men xoắn 1.8 kg/cm tại 4.8V, trọng lượng 9g.
    • Pin Lithium 18650: Kích thước đường kính 18 mm, chiều dài 65 mm, điện áp 3.7V, dung lượng 2600 mAh.

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống

Triển khai chi tiết sơ đồ khối hệ thống gồm 6 khối chức năng (Khối nguồn, Khối web server, Khối cảm biến, Khối xử lý trung tâm chính, Khối xử lý trung tâm phụ, Khối thực thi). Trình bày kích thước tuyến hình xe, thiết lập phương trình động học vi sai, xây dựng giải thuật xử lý 6 trường hợp tránh vật cản từ cụm 3 cảm biến siêu âm. Trình bày sơ đồ nguyên lý mạch điện, bảng phân bổ chân kết nối, các lưu đồ thuật toán (chế độ tự động, chế độ thủ công, quay camera) và bảng thống kê tổng thành 14 danh mục chi tiết cấu thành sản phẩm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

Mô hình xe tự hành được chế tạo và vận hành thực tế đạt được các kết quả kỹ thuật sau:

  • Thiết lập thành công hệ thống kết nối và điều khiển xe từ xa thông qua Web Server qua mạng Wi-Fi.
  • Camera truyền phát luồng video trực tiếp lên giao diện Web Server với độ phân giải khung hình đạt 600x480 pixels; cụm 2 động cơ servo hỗ trợ điều chỉnh góc quan sát của camera linh hoạt.
  • Cảm biến DHT11 đo đạc và cập nhật liên tục thông số nhiệt độ, độ ẩm môi trường lên giao diện web qua 2 đồng hồ hiển thị ảo.
  • Xây dựng giao diện web điều khiển hoàn chỉnh gồm: Khung điều khiển xe và đèn với 7 nút bấm (5 nút điều hướng xe: tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng lại; 2 nút bật/tắt đèn flash); Khung điều khiển góc quay camera.
  • Khả năng di chuyển thực nghiệm: Xe vận hành ổn định trên bề mặt cứng bằng phẳng, có khả năng leo dốc với góc nghiêng từ $15^\circ$ trở xuống và vượt qua các chướng ngại vật có độ cao từ 1 cm đến 3 cm.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Chế tạo thành công một mô hình xe tự hành cơ điện tử có chi phí linh kiện thấp, cấu tạo từ các vật liệu in 3D dễ thay thế và phát triển.
  • Hiện thực hóa mô hình vi điều khiển kết hợp (ESP32-CAM và Arduino Nano), giải quyết đồng thời bài toán truyền phát dữ liệu hình ảnh độ phân giải 600x480 qua mạng không dây và điều khiển động học chấp hành thời gian thực.
  • Xây dựng giải thuật định hướng cục bộ tránh vật cản dựa trên tập luật 6 trạng thái xử lý dữ liệu từ cụm 3 cảm biến siêu âm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được xác định trong văn bản

  • Phụ thuộc chất lượng sóng Wi-Fi: Tốc độ truyền tải hình ảnh video và dữ liệu cảm biến bị suy giảm đáng kể khi xe di chuyển vào khu vực sóng yếu hoặc khu vực bị nhiễu/phá sóng.
  • Phạm vi hoạt động hạn chế: Cự ly di chuyển bị giới hạn bởi tầm phát của sóng Wi-Fi thương mại thông thường (chỉ dao động trong khoảng từ 100 m đến 200 m).
  • Tiêu hao năng lượng: Việc duy trì kết nối Wi-Fi liên tục kết hợp truyền dữ liệu video độ nét cao làm cạn nguồn pin nhanh chóng.
  • Giới hạn về địa hình: Kết cấu khung gầm 4 bánh xe bằng nhựa chỉ tương thích với bề mặt địa hình phẳng, cứng; không có khả năng hoạt động trên địa hình đầm lầy, bùn nhão hoặc môi trường ngập nước.

Hướng phát triển dựa trên phạm vi nghiên cứu

  • Mở rộng phạm vi điều khiển bằng cách tích hợp các công nghệ truyền thông vô tuyến tầm xa hơn hoặc sử dụng mạng di động (4G/5G).
  • Nâng cấp dung lượng pin, tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng của các khối vi xử lý và module camera.
  • Cải tiến kết cấu cơ khí khung gầm (như chuyển đổi sang cơ cấu bánh xích hoặc bổ sung hệ thống giảm xóc) để xe có thể vận hành trên nhiều dạng địa hình phức tạp ngoài thực địa.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí, Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Công nghệ Thông tin đang thực hiện đồ án môn học, nghiên cứu khoa học hoặc khóa luận tốt nghiệp về robot di động và thiết bị IoT.
  • Các nội dung có giá trị tham chiếu cao:
    • Bảng sơ đồ chân ghép nối chi tiết giữa ESP32-CAM và Arduino Nano.
    • Thuật toán phân loại 6 trường hợp tránh vật cản sử dụng cụm 3 cảm biến siêu âm HC-SR04.
    • Các công thức toán học mô tả động học vi sai của robot bánh xe hai bậc tự do.
    • Phương pháp xây dựng giao diện điều khiển robot qua Web Server sử dụng mã HTML và giao thức HTTP.

Câu hỏi thường gặp

1. Kiến trúc điều khiển của xe tự hành này phân chia nhiệm vụ giữa các vi điều khiển như thế nào?

Hệ thống sử dụng cấu trúc xử lý phân cấp hai tầng gồm hai vi điều khiển:

  • ESP32-CAM (Khối xử lý trung tâm chính): Đóng vai trò làm máy chủ Web Server qua kết nối Wi-Fi, thu thập tín hiệu nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến DHT11 (chân GPIO2), điều khiển đèn flash (GPIO4), truyền trực tiếp luồng hình ảnh camera lên giao diện web và giao tiếp dữ liệu với Arduino Nano thông qua các chân GPIO14 (nối A4) và GPIO15 (nối A5).
  • Arduino Nano (Khối xử lý trung tâm phụ): Tiếp nhận dữ liệu điều hướng từ ESP32-CAM, trực tiếp đọc tín hiệu phản hồi từ cụm 3 cảm biến siêu âm HC-SR04 (chân D2 đến D7), xuất tín hiệu PWM điều khiển 2 động cơ servo SG90 quay camera (chân A6, A7) và xuất tín hiệu logic (chân A0 đến A3) sang module L298N để điều khiển 4 động cơ DC di chuyển.

2. Thuật toán tìm đường xử lý như thế nào khi cả 3 cảm biến siêu âm cùng phát hiện vật cản hoặc chỉ cảm biến giữa không phát hiện vật cản?

Theo giải thuật định hướng cục bộ được tác giả xây dựng:

  • Khi cả 3 cảm biến đều ghi nhận vật cản (Trường hợp 1): Hệ thống tiến hành so sánh khoảng cách bên trái ($d_l$) và bên phải ($d_r$). Nếu khoảng cách bên trái lớn hơn bên phải ($d_l > d_r$), xe sẽ quay sang phải; nếu $d_l \le d_r$, xe vẫn được điều khiển quay sang phải.
  • Khi chỉ có cảm biến ở giữa không phát hiện vật cản, còn hai cảm biến trái và phải đều có vật cản (Trường hợp 4): Xe sẽ tự động quay sang phải một góc chính xác là $90^\circ$ (gán giá trị góc dẫn hướng $\theta_a = \theta_a - 90^\circ$ và thực hiện hiệu chỉnh trong dải góc $[0, 360^\circ]$).

3. Khả năng vận hành cơ học thực tế của mô hình xe tự hành đạt được các thông số nào?

Trong phần thực nghiệm tại kết luận của đồ án, mô hình xe sau khi hoàn thiện đạt được các thông số vận hành cơ học cụ thể gồm:

  • Di chuyển ổn định trên các bề mặt cứng và bằng phẳng.
  • Leo được các bề mặt dốc nghiêng có góc dốc từ $15^\circ$ trở xuống.
  • Vượt qua được các gờ hoặc chướng ngại vật trên đường có độ cao từ 1 cm đến 3 cm.

4. Giao diện Web Server của xe có các tính năng và thông số truyền tải hình ảnh gì?

Giao diện điều khiển Web Server được viết bằng HTML, hiển thị trên trình duyệt thông qua giao thức HTTP (cổng 80) với các đặc tính kỹ thuật:

  • Luồng video trực tiếp từ camera được truyền phát với kích thước khung hình là 600x480 pixels.
  • Khung điều khiển xe và đèn gồm tổng cộng 7 nút nhấn: 5 nút điều khiển hướng di chuyển của xe (tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng lại) và 2 nút phục vụ bật/tắt đèn LED flash.
  • Khung điều khiển xoay camera thông qua các nút nhấn tương tác với cụm 2 động cơ servo SG90.
  • Hai đồng hồ đo ảo hiển thị các giá trị số đo nhiệt độ và độ ẩm không khí đo được từ cảm biến DHT11.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế xe tự hành có camera quan sát môi trường" của sinh viên Nguyễn Văn Khoa đã hoàn thành việc tính toán, thiết kế và chế tạo thực nghiệm một mô hình robot di động phục vụ giám sát môi trường. Tác giả đã giải quyết hiệu quả bài toán tích hợp cơ điện tử bằng việc kết hợp khung vỏ in 3D, hệ dẫn động vi sai 4 bánh, kiến trúc điều khiển hai tầng vi điều khiển ESP32-CAM - Arduino Nano và cụm cảm biến đo đạc (HC-SR04, DHT11). Mặc dù còn hạn chế về cự ly truyền thông Wi-Fi và giới hạn địa hình phẳng, công trình đã kiểm chứng thành công khả năng truyền luồng video 600x480 pixels, tự động tránh chướng ngại vật theo 6 kịch bản góc quay và vượt dốc nghiêng đến $15^\circ$, mang lại giá trị thực tiễn rõ rệt cho các nghiên cứu ứng dụng robot giám sát chi phí thấp.