HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

TRẦN ĐÌNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
MÔ-ĐUN IoT GATEWAY VÀ
ỨNG DỤNG MÁY NẤU ĂN THÔNG MINH

ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

TP.HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

TRẦN ĐÌNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
MÔ-ĐUN IoT GATEWAY VÀ
ỨNG DỤNG MÁY NẤU ĂN THƠNG MINH
Chun ngành : Hệ thống thơng tin
Mã số

: 8.48.01.04

ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. CHUNG TẤN LÂM

TP.HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng đề án “Nghiên cứu phát triển mô-đun IoT gateway và
ứng dụng máy nấu ăn thơng minh” là cơng trình nghiên cứu của chính tơi.
Tơi cam đoan sản phẩm mô-đun Iot gateway chưa từng được ai cơng bố trong
bất cứ cơng trình nào khác.
Các số liệu, kết quả được trình bày là trung thực. Các sản phẩm, nghiên cứu
được trích dẫn đầy đủ trong danh mục tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2023
Học viên thực hiện luận văn

Trần Đình Đạt


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện luận văn, tơi xin kính tỏ lịng biết ơn chân thành và
sự kính trọng sâu sắc đến Thầy TS. Chung Tấn Lâm. Thầy đã dành rất nhiều thời
gian và công sức trong để hỗ trợ tơi. Nhờ sự hướng dẫn tận tình, những kiến thức
chuyên môn, tạo mọi điều kiện tốt nhất từ Thầy đã giúp ích tơi rất nhiều trong suốt
q trình thực hiện đề án.
Trong suốt quá trình học và nghiên cứu tại trường Học viện Cơng nghệ Bưu
chính Viễn thơng cơ sở TP Hồ Chí Minh. Tơi được học tập trong một môi trường
chuyên nghiệp, tại đây tôi nhận được chỉ dạy tận tình từ các q Thầy, cơ Học viện.

Những kiến thức mà Thầy cơ truyền đạt giúp ích tối rất nhiều trong học tập và công
việc của tôi sau này.
Với tất cả sự kính trọng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Ban Giám
Đốc, Phòng Đào Tạo Sau Đại học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thơng cơ
sở TP. Hồ Chính Minh, Q Thầy cô giảng dạy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và
cơ sở vật chất tốt nhất cho tôi trong suốt quá tình học tập tại trường.
Mặc dù bản thân đã bỏ nhiều thời gian tìm tịi nghiên cứu và cố gắng thực hiện
luận văn này. Tuy nhiên do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu cịn hạn chế
nên khơng khó tránh được sự thiếu sót. Tơi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
q Thầy cơ cũng như phản hồi của đồng nghiệp để giúp luận đề án thiện được tốt
hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2023
Học viên thực hiện luận văn

Trần Đình Đạt


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................ii
MỤC LỤC

........................................................................................................ iii

DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................ v
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ......................................................... 9

1.1.

Tổng quan về đề tài .........................................................................................9

1.2.

Tổng quan về máy nấu ăn thông minh ..........................................................10

1.3.

1.2.1.

Robot nấu ăn cao cấp ...........................................................................10

1.2.2.

Robot cộng tác trong ngành F&B ......................................................... 11

1.2.3.

Máy nấu ăn tự động ..............................................................................13

Lý thuyết phần cứng ......................................................................................15
1.3.1.

Bộ điều khiển logic khả trình ................................................................15


1.3.2.

Hệ thống modbus trong cơng nghiệp ....................................................19

Giới thiệu modbus là gì .......................................................................................19
1.3.3.
1.4.

ESP32 WROOM-32 ..............................................................................21

Lý thuyết phần mềm ......................................................................................24
1.4.1.

Phần mềm Altium Designer ..................................................................24

1.4.2.

Phần mềm Arduino................................................................................27

1.4.3.

Phần mềm lập trình GX Works2. ..........................................................29

CHƯƠNG 2:NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY NẤU ĂN THÔNG MINH 31
2.1.

Sơ đồ khối ......................................................................................................31

2.2.


Thiết kế và lắp ráp máy nấu ăn tự động ........................................................31
2.2.1.

Nguyên lý vận hành máy nấu ăn thông minh ........................................32

2.2.2.

Cấp phát I/O .........................................................................................33


iv

2.2.3.

Quy trình mẫu nấu một món ăn tự động ...............................................37

2.2.4.

Thống kê thiết bị trong bài tốn ............................................................39

2.3.

Thiết kế Mơ-đun IoT Gateway ......................................................................41

2.4.

Lập trình truyền thơng các tính năng IoT ......................................................57

2.5.


2.4.1.

Kết nối wifi. ...........................................................................................57

2.4.2.

Kết nối IoT Gateway với PLC ...............................................................58

Lập trình điều khiển trên PLC .......................................................................59
2.5.1.

Truyền thông MODBUS ........................................................................59

CHƯƠNG 3:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................. 62

3.1.

Kết luận ..........................................................................................................62

3.2.

Hướng phát triển ............................................................................................63

DANH SÁCH CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................... 64
PHỤ LỤC 1

........................................................................................................ 65


PHỤ LỤC 2

........................................................................................................ 70


v

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Một số ưu điểm cobot so với robot công nghiệp truyền thống ................12
Bảng 2.1: Bảng cấp phát I/O trên PLC và cấp phát Tag trên MX-OPC ...................40


vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơ-đun IoT ESP32 WROOM ....................................................................3
Hình 1.2: Mơ-đun IoT Gateway ..................................................................................4
Hình 1.3: Bộ điều khiển khả trình PLC mitsubishi FX3U ..........................................6
Hình 1.4: Phần mềm lập trình GX Works2. ................................................................7
Hình 2.1: Robot nấu ăn cao cấp Moley ..................................................................... 11
Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của một robot cộng tác [10]. ...........................................12
Hình 2.3: Máy nấu ăn tự động MegCook .................................................................14
Hình 2.4: Trình tự hoạt động xử lý của máy nấu ăn MegCook ................................14
Hình 2.5: Board FX3U-24MT...................................................................................17
Hình 2.6: Sơ đồ kết nối cấp nguồn cho PLC.............................................................18
Hình 2.7: Sơ đồ kết nối cổng vào và cổng ra cho PLC .............................................18
Hình 2.8: Sơ đồ chân của ESP32-WROOM .............................................................21
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo bên trong ESP32 .................................................................21
Hình 2.10: Giao diện thiết kế mạch ngun lí trên Altium. ......................................25

Hình 2.11: Giao diện thiết kế PCB trên altium .........................................................25
Hình 2.12: Quản lí thư viện trên Altium ...................................................................26
Hình 2.13: Phần mềm Arduino..................................................................................29
Hình 3.1: Sơ đồ khối .................................................................................................31
Hình 3.2: Hệ thống bếp nấu tự động [12] .................................................................32
Hình 3.3: Hệ thống van cấp dầu và nước [12] ..........................................................33
Hình 3.4: Cơ cấu đóng/mở nắp [12] .........................................................................34
Hình 3.5: Hệ thống gia nhiệt dùng Gas [12] .............................................................34
Hình 3.6: Động cơ thực hiện thao tác trộn nguyên liệu [12] ....................................35
Hình 3.7: Cơ cấu cấp liệu với 4 hộp nguyên liệu [12] ..............................................36
Hình 3.8: Cơ cấu lật khay nguyên liệu [12] ..............................................................36
Hình 3.9: Khối MCU ESP32 WROOM ....................................................................42
Hình 3.10: Khối nguồn DC .......................................................................................42
Hình 3.11: Ic MC34063AD .......................................................................................43


vii

Hình 3.12: Ic LM1117 ...............................................................................................45
Hình 3.13: Khối tải chương trình ..............................................................................45
Hình 3.14: : Khối giao tiếp RS485 ............................................................................46
Hình 3.15: Ic MAX485ESA+T .................................................................................48
Hình 3.16: Khối kết nối Ethernet. .............................................................................49
Hình 3.17: Ic TLP2804-4 ..........................................................................................49
Hình 3.18: : Ic ULN2803A .......................................................................................51
Hình 3.19: : Khối GPIO ............................................................................................52
Hình 3.20: Vị trí các khối trên mạch PCB. ...............................................................52
Hình 3.21: : Kích thước mạch IoT Gateway .............................................................53
Hình 3.22: Thiết lập khoảng cách an tồn.................................................................54
Hình 3.23: Chọn lớp đi dây .......................................................................................54

Hình 3.24: : Quy ước độ rộng dây dẫn ......................................................................55
Hình 3.25: Quy ước độ lớn Vias ...............................................................................55
Hình 3.26: : Đi dây lớp bottom .................................................................................56
Hình 3.27: Đi dây lớp Top.........................................................................................56
Hình 3.28: Mạch hồn thiện sau khi phủ đồng .........................................................56
Hình 3.29: Kết quả kiểm tra lỗi .................................................................................57
Hình 3.30: Hình ảnh 3D mạch IoT GateWay ............................................................57
Hình 3.31: STA (Station) ...........................................................................................58
Hình 3.32: Các bước thực hiện .................................................................................58


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, trong xu thế cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (CMCN 4.0)
đang diễn ra sơi động trên tồn thế giới, Việt Nam đã và đang tham gia tích cực trên
nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội như chính phủ, truyền thơng đại chúng, y học,
khoa học kỹ thuật, …
Trí tuệ nhân tạo cùng với đô thị thông minh, nhà máy thông minh, căn hộ
thông minh đang dần được xây dựng nền tảng định hình và hồn thiện. Các cơng việc
không cần thiết sẽ biến mất, con người lao động tại các khâu sản xuất sẽ dần được
thay thế bởi robot. Và một loại robot đặc biệt được phát triển trong thời gian gần đây
là robot cộng tác. Robot cộng tác có ưu điểm là cấu trúc nhỏ gọn, dễ vận hành, có độ
tin cậy cao, tiêu thụ điện năng thấp và giá thành rẻ. Với những tính năng này khiến
Robot rất hiệu quả để áp dụng rộng rãi không chỉ trong cơng nghiệp mà cịn trong
dịch vụ và cuộc sống hàng ngày.
Khi robot được ứng dụng trong lĩnh vực nấu ăn, vấn đề đặt ra là làm cách nào
để xây dựng một nền tảng có thể quản lý hệ thống một cách hiệu quả. Nền tảng đó
cần có các tính năng như thu thập dữ liệu từ hệ thống, kết nối phần cứng, cơ sở dữ

liệu và cài đặt các kết nối điều hành từ xa. Robot dịch vụ của thể hoạt động một cách
độc lập thực hiện công việc thay con người.Đáp ứng nhu cầu khách hàng về cuộc
sống tiện ích hơn.
Xuất phát từ những lý do trên cùng với sự đồng ý của thầy TS. Chung Tấn
Lâm, tơi xin chọn đề án: “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ-ĐUN IoT
GATEWAY VÀ ỨNG DỤNG MÁY NẤU ĂN THÔNG MINH”, đề án góp phần
hiện đại hóa cơng việc nội trợ hằng ngày, ứng dụng trong các hệ sinh thái nhà thông
minh và cuộc CMCN 4.0.


2

Mục đích nghiên cứu
Trên thế giới, robot dịch vụ đang được nghiên cứu, phát triển và đưa vào sử
dụng ngày càng trở nên phổ biến như robot bán hàng tự động, robot nấu ăn, robot
chăm sóc sức khỏe cho người bệnh, robot hút bụi, robot giữ nhà…
Tuy nhiên các kết quả các robot dịch vụ trên xuất hiện dưới dạng là các sản
phẩm thương mại với chi phí khá cao. Việc điều khiển từ xa và thu nhận các dữ liệu
từ quá trình xử lý, sử dụng robot hầu như khơng mở để có thể truy cập thơng tin. Hệ
thống tích hợp như vậy cần được nghiên cứu giải mã để xây dựng nền tảng công nghệ
nguồn phục vụ công cuộc chuyển đổi số trong các lĩnh vực dịch vụ trong một đô thị
thông minh trong tương lai sắp tới.
Đề án này xây dựng một mơ hình Robot nấu ăn thơng minh có thể thực hiện
các dạng thao tác cố định non-realtime và được điều khiển realtime thông qua môđun IoT gateway tự thiết kế. Kể từ đó sản phẩm có thể triển khai thành các mơ hình
kinh doanh dịch vụ thông minh đem lại hiệu quả cho người sử dụng trong các mơ
hình kinh doanh ẩm thực, nhà thơng minh…
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hệ thống máy nấu ăn
Tìm hiểu cơng nghệ hệ thống thiết bị nấu ăn tự động với các hoạt động giả
định với các cơ cấu chấp hành như sau:

-

Hệ thống điều khiển nắp

-

Hệ thống trộn

-

Hệ thống gia nhiệt

-

Hệ thống cấp liệu: Máy nấu ăn sẽ có 4 khay chứa nguyên liệu đã được sơ chế
trước.

-

Máy nấu ăn được mô phỏng dưới dạng cái nút nhấn và đèn.
Phần cứng hệ thống
Mô-đun IoT Gateway: Mô-đun này được thiết kế chuyên dùng: trên cơ sở sử

dụng mô-đun IoT ESP32 WROOM ta thiết kế các giao tiếp truyền thông I2C, SPI,
RS232, RS485, LAN, WIFI, BLE.


3

Hình 1.1: Mơ-đun IoT ESP32 WROOM


Mơ-đun IoT Gateway là một thiết bị hoặc phần mềm trung gian giữa các thiết
bị và cảm biến trong mạng Internet of Things (IoT) và các hệ thống trung tâm như
máy chủ, ứng dụng đám mây, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition),
hoặc các hệ thống quản lý dữ liệu. Chức năng chính của mơ-đun IoT Gateway là thu
thập, xử lý và chuyển tiếp dữ liệu từ các thiết bị IoT đến nơi xử lý và lưu trữ dữ liệu.
• Chức Năng Chính:
- Thu Thập Dữ Liệu: Mô-đun IoT Gateway thu thập dữ liệu từ các thiết bị và
cảm biến trong mạng IoT. Dữ liệu này có thể bao gồm thơng tin về nhiệt độ, độ ẩm,
áp suất, vị trí, trạng thái và các dữ liệu cảm biến khác.
- Xử Lý Dữ Liệu: Mô-đun này thường có khả năng xử lý dữ liệu trước khi
chuyển tiếp đi. Điều này có thể bao gồm việc lọc dữ liệu, thực hiện tính tốn cơ bản,
tổng hợp thơng tin từ nhiều nguồn, hay chuyển đổi dữ liệu thành định dạng phù hợp
cho hệ thống đích.
- Chuyển Tiếp Dữ Liệu: Dữ liệu sau khi được xử lý sẽ được chuyển tiếp đến
các nơi như máy chủ, ứng dụng đám mây, hệ thống SCADA, hoặc các hệ thống quản
lý dữ liệu để lưu trữ, phân tích, và hiển thị.
- Giao Tiếp Với Nhiều Giao Thức: Mô-đun IoT Gateway thường hỗ trợ nhiều
giao thức giao tiếp để kết nối với các thiết bị và hệ thống khác nhau trong mạng IoT.
Điều này bao gồm giao thức MQTT, CoAP, HTTP, Modbus, và nhiều giao thức khác.


4

- Bảo Mật Và Xác Thực: Mô-đun này cung cấp các tính năng bảo mật như mã
hóa dữ liệu, xác thực thiết bị và giao tiếp an toàn để đảm bảo rằng dữ liệu trong mạng
IoT được bảo vệ.
- Quản Lý Thiết Bị: Ngoài việc thu thập và chuyển tiếp dữ liệu, mơ-đun IoT
Gateway cũng có thể thực hiện việc quản lý và giám sát các thiết bị trong mạng IoT,
bao gồm cập nhật phần mềm, theo dõi trạng thái, và quản lý cấu hình.

• Ứng Dụng:
- Mơ-đun IoT Gateway được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm
công nghiệp sản xuất, năng lượng, vận tải, y tế, nông nghiệp thơng minh, và nhiều
lĩnh vực khác.
- Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và truyền dữ liệu từ các
thiết bị và cảm biến đến hệ thống trung tâm để thực hiện giám sát, kiểm soát và phân
tích.
Mơ-đun IoT Gateway là một phần quan trọng trong hệ thống IoT, giúp thu
thập, xử lý và chuyển tiếp dữ liệu từ các thiết bị và cảm biến đến các hệ thống trung
tâm. Điều này giúp tạo ra khả năng giao tiếp liên lạc thông suốt giữa thế giới vật lý
và thế giới số.

Hình 1.2: Mơ-đun IoT Gateway

Mơ-đun điều khiển thiết bị:
Mơ-đun này sử dụng bộ điều khiển khả trình công nghiệp PLC mitsubishi FX3U
(PLC - Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển hoạt động ổn định, bền bỉ


5

trong mơi trường cơng nghiệp. Mơ-đun này có thể điều khiển trực tiếp I/O của hệ
thống máy nấu ăn.
PLC Mitsubishi FX3U-24MT là một bộ điều khiển logic có chương trình được
sản xuất bởi Mitsubishi Electric. Dưới đây là một số thông tin quan trọng về PLC
này:
Mô tả Model:
- FX3U: Đây là tên dịng sản phẩm, cho biết rằng nó thuộc dịng FX3U của
PLC Mitsubishi.
- 24: Thơng thường đây chỉ ra số lượng đầu vào/ra kỹ thuật số và có thể thay

đổi tùy thuộc vào mơ hình cụ thể.
- MT: Đây có nghĩa là đầu ra "Transistor". Điều này có nghĩa rằng mơ hình
cụ thể này có đầu ra kiểu transistor.
Đầu vào/Ra Kỹ thuật số:
- PLC này có khả năng có 14 đầu vào và 10 đầu ra kỹ thuật số. Số lượng
thực tế có thể thay đổi tùy thuộc vào mơ hình cụ thể trong dịng FX3U-24MT.
Đầu Ra Transistor:
- Đầu ra transistor có khả năng hấp thu dịng điện. Thường được sử dụng để
điều khiển các thiết bị bên ngoài như relay, solenoid hoặc đèn chỉ báo.
Bộ Xử Lý và Bộ Nhớ:
- Dòng FX3U sử dụng bộ xử lý RISC (Reduced Instruction Set Computer)
32-bit.
- Nó có một lượng bộ nhớ chương trình (EEPROM) và RAM biến đổi tùy
thuộc vào mơ hình cụ thể.
Cổng Liên Lạc:
- Dịng FX3U thường đi kèm với nhiều cổng liên lạc để kết nối với các thiết
bị hoặc mạng khác. Điều này có thể bao gồm RS-232, RS-485, Ethernet, v.v.
Phần Mềm Lập Trình:


6

- PLC Mitsubishi thường được lập trình bằng phần mềm gọi là GX Works2
hoặc GX Works3. Đây là môi trường lập trình tồn diện cho phép người dùng tạo,
mơ phỏng và giám sát các chương trình PLC.
Tùy Chọn Mở Rộng:
- Dịng FX3U thường hỗ trợ các mơ-đun mở rộng, cho phép bạn mở rộng số
lượng đầu vào, đầu ra và thêm các tính năng bổ sung cho PLC.

Hình 1.3: Bộ điều khiển khả trình PLC mitsubishi FX3U


Phần mềm hệ thống
Chương trình điều khiển hệ thống bao gồm: các chương trình cấp thấp điều
khiển trực tiếp thiết bị nấu ăn, chương trình giám sát hệ thống dùng cho cơng tác
nghiên cứu phát triển máy nấu ăn và xây dựng hệ thống thơng tin I/O của hệ thống;
các chương trình firmware IoT bảo đảm việc kết nối thiết bị với người sử dụng và
nhân viên bảo trì hệ thống.
-

Chương trình điều khiển cấp thấp: lập trình điều khiển thiết bị với các
logic điều khiển dùng ngôn ngữ Ladder với phần mềm lập trình GX Works2.


7

Hình 1.4: Phần mềm lập trình GX Works2

-

Chương trình IoT: Lập trình cho mơ-đun IoT Gateway dùng Arduino IDE
thực hiện các tính năng truyền thơng RS485/RS232 để thu nhận dữ liệu I/O
với PLC.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của Đề tài bao gồm:

-

Tìm hiểu về máy nấu ăn tự động thực hiện các món chiên xào trong nhà.

-


Tìm hiểu về các lý thuyết liên quan đến đề tài.

-

Tìm hiểu về dòng chip ESP32.

-

Thiết kế sơ đồ tổng thể theo đồ án.

-

Thiết kế mơ hình trong khơng gian đồ án.
Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát các cơng trình liên quan, làm tiền đề để đề xuất mơ hình nghiên cứu.
- Sử dụng các công cụ phần mềm để thiết kế mơ hình, phần cứng điều khiển máy
nấu ăn thơng minh.


8

- Sử dụng các phần mềm để truy xuất dữ liệu, điều khiển và quản lí máy nấu ăn
thơng minh


9

CHƯƠNG 1:

1.1.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Tổng quan về đề tài
Ở nhiều quốc gia, các doanh nghiệp dịch vụ đang gặp không ít khó khăn trong

việc th nhân cơng để khơi phục việc kinh doanh sau thời gian dịch bệnh. Bên cạnh
đó, quay trở lại thị trường lao động sau thời gian dịch bệnh, nhiều nhân viên cũng
không mấy mặn mà với công việc phục vụ vất vả với nhiều áp lực. Một nghiên cứu
trên Science Robotics vào giữa tháng 4/2022 cho thấy những công việc liên quan đến
chuẩn bị thức ăn và phục vụ có nguy cơ cao sẽ bị thay thế bởi robot hơn là các công
việc khác liên quan đến giáo dục hoặc chăm sóc sức khỏe [1].
Khi xã hội hạn chế tiếp xúc giữa người với người, thì robot phục vụ đang được
chú trọng trong ngành ẩm thực. Ở Paris, tại một cửa hàng Pizza, toàn bộ quy trình
làm bánh, từ nhào bột đến đóng gói vào hộp, đều do robot đảm nhiệm, trong căn bếp
làm bằng kính trong suốt có những con robot màu bạc đa năng - tên là Pazzi – có khả
năng hồn thành khoảng 80 hộp bánh pizza mỗi giờ.
Tuy nhiên, theo Business Insider, chính những ơng chủ nhà hàng ở Anh, Pháp
hoặc Mỹ lại cho rằng tuy các robot về cơ bản khá tiện lợi nhưng chúng chưa thể thay
thế hoàn toàn con người. Ở hình thái hiện tại, những robot này khơng phải là khơng
có thiếu sót. Robot cũng khơng dễ dàng thích nghi với mơi trường mới, những tình
huống khơng dự đốn trước hoặc tình huống bất ngờ, là một phần trong hoạt động
của các nhà hàng đơng khách. Vì vậy, mặc dù robot rất hiệu quả để thay thế cho các
hoạt động tẻ nhạt, không vệ sinh hoặc nguy hiểm, nhưng chúng lại thiếu một dạng trí
tuệ thơng minh nhất định của con người khi cần hiểu các yêu cầu phức tạp hơn trong
thực tế.
Ngồi ra, robot cũng khơng rẻ: robot Servi, của Bear Robotics, chi phí khoảng
999 USD/tháng bao gồm cả cài đặt và hỗ trợ. Việc chi số tiền không nhỏ để sở hữu
robot phục vụ sẽ buộc các nhà đầu tư phải cân nhắc, và đặt biệt là các nhà nghiên cứu

phát triển cân đối giữa chi phí và giá trị tăng thêm sau đầu tư.


10

Ta có thế thấy là chi phí của việc ứng dụng robot hiện tại khá cao do thường
tích hợp nhiều tính năng khơng cần thiết cho ứng dụng. Do đó đề tài sẽ tập trung vào
loại robot dịch vụ có tính năng vừa đủ đáp ứng u cầu của cơng việc: thay vì phải
sử dụng một robot 5,6 bậc tự do thừa chuyển động thì đề tài định hướng các robot
khoảng 2, 3 bậc tự do để thay thế thao tác nào đó của con người giảm được chi phí
đầu tư ban đầu.
Đề án này thiết kế robot được định hướng ứng dụng vào lĩnh vực dịch vụ là
Robot có thao tác cố định được quản lí từ xa.

1.2.
1.2.1.

Tổng quan về máy nấu ăn thông minh
Robot nấu ăn cao cấp
Hãng robot Moley Robotics ra mắt robot nấu ăn đầu tiên trên thế giới vào năm

2017 [1]. Việc nấu nướng trở nên dễ dàng hơn khi bạn chỉ việc mở ra một cơng thức
món ăn rồi ngồi đợi cho đơi cánh tay robot do công ty này phát triển thực hiện mọi
việc. Tim Anderson, người chiến thắng chương trình "vua bếp" (MasterChef) đã ghi
lại kỹ năng nấu nướng của mình bằng cơng nghệ video 3D. Sau đó, các hình ảnh 3D
này sẽ được phiên dịch sang ngôn ngữ số để hướng dẫn cho robot.
Bếp thông minh này hoạt động thông qua màn hình cảm ứng được tích hợp
hay được điều khiển từ ứng dụng trên smartphone. Người dùng có thể lựa chọn từ
một thư viện mang phong cách như iTunes với 2000 công thức nấu ăn từ khắp nơi
trên thế giới và sau đó các cơng đoạn cịn lại cho tới khi thức ăn được dọn lên dĩa đều

do robot thực hiện.
Demo của hệ thống Moley là một căn bếp sang trọng với một chiếc lị vi sóng,
một giá đựng đồ ăn, một tủ chứa, một đôi cánh tay robot và một màn hình cảm ứng.


11

Hình 2.1: Robot nấu ăn cao cấp Moley

1.2.2.

Robot cộng tác trong ngành F&B
Robot cộng tác (cobot - collaborate robot) là một loại robot được thiết kế để

làm việc chung với con người trong một không gian chung. Một trong những điểm
khác biệt giữa robot cộng tác so với robot công nghiệp chính là robot cơng nghiệp
thường hoạt động độc lập, cần có thiết bị bảo vệ và rào chắn để tránh gây nguy hiểm
đến con người; còn robot cộng tác được đánh giá cao bởi tính an tồn, chính vì thế
đây được coi là trợ thủ đáng tin cậy khi làm việc cùng con người trong các hoạt động
sản xuất công nghiệp và dịch vụ. Một số ưu điểm của cobot liệt kê trong bảng 1.1


12

Bảng 1.1: Một số ưu điểm cobot so với robot cơng nghiệp truyền thống

Stt
1

2


3

Mục đánh giá

Cobot

Robot cơng nghiệp

Chi phí đầu tư

Thấp

Cao

và vận hành

10.000$-150.000$

>150.000$

Khả năng di

Dễ dàng di chuyển đầu công Quá trình di chuyển và cài

chuyển

tác tiếp cận đối tượng.

Giao tiếp người


Dễ dàng sử dụng, cấu trúc

dùng

lệnh đơn giản

đặt tốn nhiều thời gian
u cầu người vận hành
có chun mơn, cấu trúc
lệnh tương đối phức tạp

Tích hợp cảm biến dừng Khơng tích hợp cảm biến,
ngay khi có phát hiện ngoại chỉ dừng khi có lệnh, có
4

Chuẩn bảo vệ

lực, đảm bảo an tồn

thể gây nguy hiểm cho
người dùng. Cần khơng
gian che chắn

Khơng
5

gian Nhỏ gọn, nhẹ, không gian Nặng, cồng kềnh, chiếm

chiếm chỗ, lắp chiếm chỗ ít. Lắp đặt linh nhiều diện tích sử dụng.

đặt

hoạt

Lắp đặt tốn nhiều thời
gian.

Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của một robot cộng tác [10]


13

Về cơ bản cấu tạo của một cobot gồm 3 phần chính (Hình 2.2):
Tay máy (manipulator): Sự lắp ráp nối tiếp nhau của 2 thành phần chính:
Khâu (Link) và Khớp (Joint).
Tủ điều khiển (controller cabinet): chứa các phần tử điện của hệ thống
điều khiển
Tay dạy (teach pendant): công cụ giao tiếp giữa người dùng và cobot.
Một số lý do giải thích cho sự phát triển nhanh chóng của robot cộng tác:
- Robot công nghiệp trong ngành ô tô đã tương đối bão hòa và cần hướng tới
các ngành sản xuất khác như: điện tử, dược phẩm, thực phẩm và các ngành công
nghiệp khác, dịch vụ.
- Robot công nghiệp truyền thống được thiết kế cho ngành công nghiệp ô tô
đã được tự động hóa sản xuất, nhưng kết quả cho thấy bắt đầu có dấu hiệu kém hiệu
quả và khơng đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao.
- Sự hợp tác giữa con người và robot hiệu quả hơn và an tồn hơn
- Robot cộng tác có thể mở rộng áp dụng cho những ngành như dịch vụ, đa
phương tiện, phẫu thuật y tế, giáo dục…
- Giá thành robot cộng tác thấp góp phần đẩy mạnh sản xuất cho các doanh
nghiệp vừa và nhỏ.


1.2.3.

Máy nấu ăn tự động

Máy nấu ăn tự động thường là sự kết hợp của các cơ cấu chấp hành cơ bản như
chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay để tạo ra chuyển động đặc thù cho việc
nấu ăn. Máy nấu ăn thông minh được thiết kế với mơ hình tự động bao gồm có nồi,
thiết bị đảo và bộ điều khiển được trang bị các tính năng IoT để giúp việc nấu ăn đơn
giản hơn, định lượng hơn và có khả năng hiệu chỉnh được hoạt động. Ngồi ra, thiết
bị nấu ăn thơng minh cho khả năng hình thành hệ sinh thái cho các sản phẩm trong
tương lai.
Công ty MegCook ở Thượng Hải thương mại một loại máy nấu ăn cơng nghệ cao
có khả năng nấu ăn theo một trình tự xác định [4]. Máy này được thiết kế với mơ hình
tự động, thiết bị khuấy thức ăn và bảng điều khiển, để giúp việc nấu ăn cho gia đình


14

hoặc cho nhà hàng, đảm bảo các tiêu chuẩn định lượng cho món ăn. Thành phần chế
biến món ăn và gia vị được đặt trong các ngăn khác nhau của máy và được pha trộn
với nhau theo thứ tự đặt sẵn.

Hình 2.3: Máy nấu ăn tự động MegCook

Bộ điều khiển chính và hoạt động của máy nấu ăn MegCook được trình bày
trên hình 5. Khách hàng chọn món trên Cloud Menu APP và gửi kết quả món chọn
của khách hàng xuống bếp để thực hiện quy trình nấu, các món được giám sát quy
trình và chất lượng thơng qua vi điều khiển chuyên dùng Fuzzy control chip. Kết quả
việc nấu được gửi lại trung tâm để thực hiện việc phục vụ cho khách hàng


Hình 2.4: Trình tự hoạt động xử lý của máy nấu ăn MegCook


15

1.3.
1.3.1.

Lý thuyết phần cứng
Bộ điều khiển logic khả trình

Giới thiệu chung
PLC là viết tắt của "Programmable Logic Controller" (Bộ điều khiển Logic có
thể lập trình). Đây là một thiết bị điện tử được sử dụng trong công nghiệp để điều
khiển và giám sát các quy trình tự động.
PLC được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển đơn giản và phức tạp, từ
việc bật/tắt các thiết bị đơn lẻ đến quản lý toàn bộ dây chuyền sản xuất. Nó sử dụng
ngơn ngữ lập trình đặc biệt (ví dụ như Ladder Logic, Structured Text, Function Block
Diagram, etc.) để xác định logic điều khiển.
Các ứng dụng phổ biến của PLC bao gồm:
Tự động hóa quy trình sản xuất: PLC được sử dụng để điều khiển các
máy móc và thiết bị trong các dây chuyền sản xuất, từ việc cung cấp nguyên
liệu đến sản xuất và đóng gói sản phẩm cuối cùng.
Hệ thống điều khiển trong công nghiệp: PLC được sử dụng để kiểm
sốt và giám sát các quy trình trong các ngành cơng nghiệp khác nhau như hóa
chất, dầu khí, điện lực, và nhiều ngành công nghiệp khác.
Hệ thống điều khiển trong xây dựng: PLC có thể được sử dụng để kiểm
sốt các hệ thống cơ điện trong các tịa nhà và cơng trình xây dựng.
Tự động hóa hệ thống thang máy và cầu thang cuốn: PLC được sử dụng

để điều khiển và bảo đảm an toàn trong các hệ thống thang máy và cầu thang
cuốn.
Ứng dụng trong nông nghiệp và quản lý môi trường: PLC cũng được sử
dụng để kiểm sốt các quy trình trong lĩnh vực nơng nghiệp, thủy lợi và quản lý
mơi trường.
Nhờ tính linh hoạt và khả năng lập trình, PLC đã trở thành một cơng cụ
quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình cơng nghiệp và đóng góp vào sự
phát triển và hiệu quả của nhiều ngành cơng nghiệp.
Một số dịng PLC của họ Mitsubishi như sau:


16

• FX1S, FX1N, FX2N, FX2NC: là loại PLC tầm trung
• FX3U, FX3UC, FX3S, FX3G: là loại PLC dịng cao cấp

Hình 2.5: Các dòng PLC Mitsubishi [11]

Dòng sản phẩm mới PLC FX3U (Hình 1.10) là thế hệ thứ ba trong gia đình họ
FX-PLC, là một PLC dạng nhỏ gọn và thành cơng của hãng Mitsubishi Electric.

Hình 2.6: PLC Mitsubishi FX3U [11]

Cấu tạo phần cứng PLC mitsubishi FX3U:
Board FX3U-24MT
- Nguồn cấp 24VDC.
- Giao tiếp 485 hỗ trợ 4 loại giao thức kết nối.
- Hỗ trợ lệnh của các dòng 1N, 2N, 3U.