thiết kế và chế tạo robot thú cưng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.21 MB, 92 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÚ CƯNG

SKL 0 1 2 5 9 8

GVHD: TS. BÙI HÀ ĐỨCSVTH: PHẠM VĂN HƯNG HUỲNH VĂN HƯNG PHẠM TRẦN ANH TUẤN

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

1. Phạm Quốc Thịnh -MSSV: 19146023 2. Huỳnh Văn Hưng -MSSV: 19146196

3. Phạm Trần Anh Tuấn -MSSV: 19146298

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2024

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÚ CƯNG

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Hà Đức Sinh viên thực hiện:

- Phạm Quốc Thịnh MSSV: 19146023 - Huỳnh Văn Hưng MSSV: 19146196 - Phạm Trần Anh Tuấn MSSV: 19146298

1. Tên đề tài

Thiết kế và chế tạo robot thú cưng.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu

Kích thước tổng thể: 218x236x201mm, khối lượng 2kg.

3. Nội dung chính của đồ án

Nghiên cứu và thiết kế thú cưng hỗ trợ cho trẻ nhỏ và người lớn tuổi. Thiết kế nhỏ gọn, được trang bị thêm các thuật toán AI nhằm tăng khả năng nhận diện môi trường xung quanh và tương tác với người dùng.

4. Các sản phẩm dự kiến

• Bản thiết kế tổng thể • Báo cáo tổng kết • Mơ hình thực tế

5. Ngày giao đồ án: 03//2024 6. Ngày nộp đồ án: 03//2024

7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo Tiếng Anh  Tiếng việt 

(Ký, ghi rõ họ tên)(Ký, ghi rõ họ tên)(Ký, ghi rõ họ tên)

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CAM KẾT

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo robot thú cưng

GVHD: TS. Bùi Hà Đức

Họ tên sinh viên 1: Phạm Quốc Thịnh MSSV: 19146023 Lớp: 19146CL3B Số điện thoại liên lạc: 0813977369

Email: Họ tên sinh viên 2: Huỳnh Văn Hưng MSSV: 19146196 Lớp: 19146CL3B Số điện thoại liên lạc: 0366273220

Email: Họ tên sinh viên 3: Phạm Trần Anh Tuấn MSSV: 19146298 Lớp: 19146CL3B Số điện thoại liên lạc: 03622442222

Email:

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 22 – 03 – 2024

Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa các thầy cơ giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc tới các thầy cơ đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập, trau dồi thêm kiến thức và kỹ năng để hoàn thành đồ án này. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy Bùi Hà Đức, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.

Thầy đã dành thời gian quý báu của mình để giải đáp thắc mắc, góp ý cho nhóm chúng em, giúp chúng em hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất. Chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học được ở các môn chuyên ngành cũng như những mơn lý thuyết và kết hợp lời góp ý từ thầy để hoàn thành bài báo cáo đồ án này. Tuy nhiên, do chưa có nhiều kinh nghiệm trong các dự án thực tế nên trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em khó tránh khỏi một vài sai sót.

Chúng em rất mong nhận được ý kiến, góp ý từ thầy hướng dẫn cũng như các thầy cô giảng viên phản biện để nhóm chúng em có thể tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm, qua đó sẽ ngày càng hoàn thiện hơn và hoàn thành tốt đồ án lần này cũng như các dự án khác trong tương lai. Một lần nữa, nhóm chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn về sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn. Sự giúp đỡ của thầy đã giúp nhóm chúng em rất nhiều trong q trình thực hiện đồ án. Xin kính chúc thầy mạnh khỏe, hạnh phúc và tiếp tục có nhiều đóng góp cho sự nghiệp giáo dục.

Trân trọng,

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.3. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của đề tài ... 9

1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ... 9

1.3.2. Phương pháp nghiên cứu đề tài ... 9

1.4. Đối tương và phạm vi nghiên cứu đề tài... 9

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu ... 9

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ... 10

1.5. Tóm tắt nội dung báo cáo đồ án ... 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 12

2.1. Tổng quan về Robot thú cưng ... 13

2.2. Các thành phần chính của robot thú cưng... 15

2.3. Bộ phận truyền động ... 16

2.4. Các thuật toán điều khiển ... 17

2.5. Tương tác giữa thú cưng và người... 19

2.6. Tổng quan về trí tuệ nhân tạo ... 20

2.6.1.Khái niệm về trí tuệ nhân tạo (AI) ... 20

2.6.2. Ứng dụng của trí tuệ nhân tạo (AI)... 20

2.6.3 Thuật toán YOLO... 21

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ... 23

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.2. Yêu cầu thiết kế ... 24

3.3. Thiết kế khung cơ khí dạng thú cưng ... 25

3.3.1. Thiết kế khung cơ khí ... 25

3.3.2. Phương án thiết kế ... 26

3.3.3 Phân tích và mơ phỏng khả năng chịu lực của phần thân ... 28

3.4. Tính tốn và thiết kế robot... 30

3.4.1. Tính tốn và chọn động cơ ... 30

3.5. Thiết kế chân cho robot ... 32

3.5.1 Lựa chọn cấu hình cho robot ... 32

3.5.2 Tính tốn động học cho robot ... 38

3.5.3. Thiết kế khớp nối với thân ... 42

3.5.4. Phân tích và mơ phỏng chịu lực của phần chân robot ... 43

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT ... 46

4.1. Tổng quan về hệ thống mạch điện và điều khiển... 46

4.2. Cấu trúc hệ thống điện... 48

4.2.1. Một số thiết bị được sử dụng trong hệ thống ... 48

4.2.2. Hình ảnh thực tế của mạch điện ... 53

4.3. Thiết kế hệ thống điều khiển cho robot ... 53

4.3.1. Điều khiển vận tốc hai bánh theo phương trình động học ... 54

4.3.2. Thuật toán điều khiển PID... 55

CHƯƠNG 5: TƯƠNG TÁC GIỮA ROBOT VÀ CON NGƯỜI ... 59

5.1. Mục đích của hệ thống AI ... 59

5.2. Lưu đồ giải thuật ... 60

5.2.1. Tiền xử lý dữ liệu và truyền dữ liệu sang máy chủ... 60

5.2.2. Nhận diện người và vật thể sử dụng mơ hình YOLOv8 ... 61

5.2.3. Tính tốn vận tốc và góc lệch theta cho phần điều khiển robot ... 65

5.3. Lưu đồ giải thuật cho chức năng tương tác với người dùng bằng giọng nói. 695.3.1. Nhận diện hướng phát ra âm thanh... 69

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

5.3.2. Chuyển đổi dữ liệu âm thanh sang dữ liệu văn bản ... 71

5.3.3. Chuyển câu lệnh của người dung thành hiệu lệnh điều khiển robot ... 73

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ... 77

6.1. Những công việc đạt được ... 77

6.2. Đánh giá hệ thống ... 77

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 78

7.1. Kết luận ... 78

7.1.1. Kết quả ... 78

7.1.2.Những hạn chế trong thực hiện đề tài ... 78

7.2. Các hướng phát triển của đề tài ... 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO... 1

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1.Biểu đồ phát triển của thị trường Robot thú cưng. ... 1

Hình 1. 2. Số người độc than trong độ tuổi 25-29 tại Singapore không ngừng tăng trong 15 năm qua. ... 2

Hình 1. 3. Biểu đồ thể hiện tình trạng trầm cảm tính đến tháng 12 năm 2021. ... 2

Hình 1. 4. Tình trạng số người lớn tuổi hiện nay ở các nước phát triển. ... 3

Hình 1. 5. Thị trường Robot chăm sóc phát triển đến 2030. ... 4

Hình 1. 6. Biểu đồ thể hiện thị trường Robot thú cưng và dự kiến phát triển. ... 5

Hình 1. 7. Thị trường Robot tại Việt Nam... 6

Hình 1. 8. Thị trường thú cưng tại các nước Đông Nam Á. ... 7

Hình 1. 9. Robot Joy for All... 7

Hình 1. 10. Robot Aibo... 8

Hình 1. 11. Robot Emo pet. ... 8

Hình 2. 1. Tỷ lệ Robot cơng nghiệp (Đơn vị 1.000) ở thế giới tính đến năm 2019. (Asia dominates in automation - Europe falls behind - Scandasia)... 13

Hình 2. 2 XGO Mini ... 14

Hình 2. 3. Paro. ... 14

Hình 2. 4. Cấu tạo bên trong của Loona Robot. ... 15

Hình 2. 5. Ví dụ về bánh omni-directional. ... 16

Hình 2. 6. Ví dụ về PID trong điều khiển chân của Dog Robot, ... 18

Hình 3. 1. Thiết kế tổng thể của Robot thú cưng. ... 23

Hình 3. 2. Tổng thể của robot thực tế. ... 23

Hình 3. 3. Phương án thiết kế thứ nhất. ... 26

Hình 3. 4. Phương án thiết kế thứ 2... 27

Hình 3. 5. Phương án thiết kế thứ 3... 27

Hình 3. 6. Phần bên trong thân được cải thiện đáng kể. ... 28

Hình 3. 7. Mô phỏng chuyển vị ở phần thân robot... 29

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Hình 3. 12. Cơ cấu bánh xe của nhóm. ... 34

Hình 3. 13. Bộ truyền xích... 35

Hình 3. 14. Bộ truyền đai thang. ... 36

Hình 3. 15. Bộ truyền đai dẹt. ... 37

Hình 3. 16. Bộ truyền trực tiếp động cơ gắn cùng trục bánh xe. ... 38

Hình 3. 17. Sơ đồ tọa độ của Robot. ... 39

Hình 3. 18. Bộ phận gá kết nối giữa chân và thân của Robot. ... 43

Hình 3. 19. Bộ phận ốp chân. ... 43

Hình 3. 20. Mơ phỏng chuyển bị của phần gá. ... 44

Hình 3. 21. Mơ phỏng ứng suất của phần gá. ... 44

Hình 3. 22. Mơ phỏng độ biến dạng của phần khá khi chịu tải. ... 45

Hình 4. 1. Lưu đồ giải thuật tồn bộ hệ thống. ... 46

Hình 4. 13. Đáp ứng vận tốc bánh phải khi V = 0.4 và Theta = 0. ... 57

Hình 4. 14. Đáp ứng vận tốc hai bánh trái khi V = 0.4 và Theta = 0. ... 57

Hình 4. 15. Đáp ứng vận tốc hai bánh khi V = 0.4 và Theta = 0. ... 57

Hình 4. 16. Đáp ứng vận tốc hai bánh khi V = 0.4 và Theta = 5. ... 58

Hình 4. 17. Đáp ứng vận tốc hai bánh khi V = 0.4 và Theta = -5. ... 58

Hình 5. 1. Lưu đồ giải thuật phần trí tuệ nhân tạo. ... 59Hình 5. 2. Lưu đồ giải thuật cho chức năng nhận diện người dùng kết hợp di chuyển né tránh vật cản

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 5. 3. Ví dụ về kết nối giữa hai thiết bị qua Soket. ... 61

Hình 5. 4. Kiến trúc mơ hình R-CNN... 62

Hình 5. 5. Kiến trúc mơ hình YOLO. ... 62

Hình 5. 6. Kiến trúc mơ hình YOLOv8. ... 63

Hình 5. 7. Sơ đồ biểu thị so sánh giữa các phiên bản YOLO khi chạy trên GPU Tesla A100 TensorRT FP16. ... 64

Hình 5. 8. Quá trình xử lý một ảnh để đưa ra kết quả dự đốn đối tượng trong khung hình. ... 65

Hình 5. 9. Khung hình sau khi qua xử lý của mơ hình YOLOv8. ... 65

Hình 5. 10. Khoảng cách an tồn để né tránh. ... 67

Hình 5. 11. Đồ thị bậc 2 biểu thị mối quan hệ giữa hai bộ dữ liệu x, y. ... 68

Hình 5. 12. Khung hình mơ tả ví dụ từng giai đoạn tracking di chuyển theo người dùng... 69

Hình 5. 13. Sơ đồ chứng năng nhận diện hướng âm thanh. ... 69

Hình 5. 14. Sơ đồ kết nối Max4466 với ADS1115 và Raspberry Pi 4... 70

Hình 5. 15. Hình minh họa Robot nhận dạng âm thanh câu nói của người... 70

Hình 5. 16. Sơ đồ giải thuật. ... 71

Hình 5. 17. Kiến trúc mạng Whisper-OpenAI. ... 72

Hình 5. 18. Sơ đồ hoạt động của kiến trúc Whisper... 72

Hình 5. 19. Bộ Special Tokens với đa nhiệm vụ. ... 73

Hình 5. 20. Kiến trúc mạng Sentence – Transformer cho chức năng so sánh ngữ nghĩa của 2 câu... 74

Hình 5. 21. Độ tương đồng giữa các câu lệnh so với câu lệnh người dùng đưa vào. ... 75

Hình 5. 22. Sơ đồ khối hệ thống. ... 76

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu

Trong thời đại hiện đại, sự tiến bộ của khoa học và công nghệ đã đem lại cải thiện đáng kể cho chất lượng cuộc sống con người thông qua việc áp dụng các thuật tốn điều khiển thơng minh và tích hợp trí tuệ nhân tạo vào các thiết bị thơng minh. Đặc biệt, vai trị của robot ngày càng quan trọng, thay thế con người trong những công việc nhàm chán và nguy hiểm. Xu hướng mới đây cho thấy sự phổ biến của robot thú cưng, có khả năng tương tác với con người trong các ứng dụng phục hồi cảm xúc, giải trí, và thậm chí trở thành "thú cưng" thông minh trong gia đình.

Nhiều năm trở lại đây ngành robot thú cưng đang phát triển nhanh chóng. Hình dưới biểu hiện cho việc sự tăng trưởng của robot thú cưng ở các châu lục từ năm 2022 đến năm 2029. Ta có thể thấy sự phát triển đều đặng và nhanh chóng.

Hình 1. 1.Biểu đồ phát triển của thị trường Robot thú cưng.

(Procurement Software Market is expected to reach USD 14977.19 million and registering a CAGR of 9.86% by 2029 (linkedin.com))

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Trong xã hội hiện nay người ta càng chú trọng về việc độc lập, phát triển cá nhân hơn là việc lập gia đình, cũng như là việc thay đổi quan điểm trong vấn đề hôn nhân do đó việc tỷ lệ độc thân ngày càng nhiều. Chính vì lí do đó ngày nay càng có nhiều người phải đối mặt đối với vấn đề cô đơn, trầm cảm, đặc biệt là những người cao tuổi hoặc những người sống một mình. Hiện tỷ lệ hơn nhân cũng như việc trầm cảm ngày càng tăng qua các năm. Các triệu chứng của rối loạn lo âu, trầm cảm tăng lên nhiều so với bình quân của năm 2019.

Hình 1. 2. Số người độc than trong độ tuổi 25-29 tại Singapore không ngừng tăng trong 15 năm qua.

(Sustainability | Free Full-Text | The Naturalness of the Vistula Riverbank’s Landscape: Warsaw Inhabitants’ Perceptions (mdpi.com))

Hình 1. 3. Biểu đồ thể hiện tình trạng trầm cảm tính đến tháng 12 năm 2021.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Trên thế giới, tình trạng người lớn tuổi ngày càng gia tăng, đặt ra nhiều thách thức mới trong việc đáp ứng nhu cầu chăm sóc và giữ gìn tâm trạng của nhóm này. Điều này là do nhiều nguyên nhân như tăng vọng tuổi thọ, giảm tỉ lệ sinh, và sự thay đổi trong cấu trúc dân số. Trong bối cảnh này, việc sử dụng robot thú cưng đã trở thành một giải pháp có tiềm năng lớn để cải thiện chất lượng cuộc sống của người lớn tuổi.

Hình 1. 4. Tình trạng số người lớn tuổi hiện nay ở các nước phát triển.

(Chart: The World's Oldest Populations | Statista)

Từ đó robot thú cưng có thể là giải pháp cho những người độc thân cũng như là những người đang đối mặt với tình trạng trầm cảm về các vấn đề trong cuộc sống. Với sự phát triển cơng nghệ một cách nhanh chóng trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo, học máy và cảm biến, robot thú cưng trở nên thơng minh hơn và có khả năng tương tác ngày càng tốt, tạo ra những trải nghiệm người dùng tích cực.

Ngồi ra robot thú cưng được sử dụng ngày càng nhiều trong giáo dục và y tế. Chúng có thể giúp trẻ em học tập, cũng như hỗ trợ trong quá trình điều trị các bệnh nhân. Robot thú cưng không chỉ làm giảm cô đơn mà còn tạo ra cơ hội cho

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

tương tác xã hội và giải trí, chúng có thể làm tăng sự vui vẻ và tích cực trong cuộc sống hằng ngày.

Hình 1. 5. Thị trường Robot chăm sóc phát triển đến 2030.

(Grid-Scale Battery Storage Technologies Market Analysis - 2030 (nextmsc.com))

Nhìn nhận ra tính cấp thiết trên, nhóm hướng đến nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đối tượng là robot thú cưng có thể phục vụ và đáp ứng cái yêu cầu trong môi trường trong nhà thậm chí là ngồi trời, đây là robot với mục đích có được bạn đồng hành tương tác gần giống với thú cưng thật mà không gặp một số hạn chế khi chăm sóc động vật sống. Yêu cầu được đặt ra cho robot là trở thành một con thú cưng có thể di chuyển theo người biểu đạt một số cảm xúc cơ bản.

1.2. Tình hình về robot thú cưng trong và ngoài nước.

Xuất hiện nhiều loại robot thú cưng, từ robot chó, mèo, đến các loại linh vật ảo với khả năng tương tác và học hỏi. Sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo (AI), máy học (machine learning), và cảm biến thông minh giúp robot thú cưng trở nên thông minh và linh hoạt hơn trong tương tác với môi trường và con người. Sử dụng trong gia đình làm thú cưng giải trí và giáo dục, đồng thời cũng có ứng dụng trong lĩnh vực giáo dục, terapi, và giảm căng thẳng. Phát triển trong công nghiệp công ty hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp robot, như Boston Dynamics, Sony, và Anki, liên tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sản phẩm robot thú cưng.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Thị trường Robot thú cưng đang rất phát triển, đánh dấu sự giao thoa giữa công nghệ và cuộc sống hàng ngày. Robot thú cưng không chỉ là những đồ chơi thông thường mà đã trở thành đối tác tương tác, giáo dục, và giải trí đặc biệt cho con người. Một trong những điểm độc đáo nhất của sự phát triển này là sự tích hợp của trí tuệ nhân tạo và máy học vào thiết kế của robot thú cưng. Nhờ vào những tiến bộ trong lĩnh vực này, robot thú cưng ngày càng có khả năng học hỏi, tương tác tự nhiên với mơi trường xung quanh và thậm chí hiểu được ngôn ngữ cơ bản. Điều này mang lại trải nghiệm tương tác rất gần gũi và thân thiện, đặc biệt là trong việc hỗ trợ giáo dục và phát triển kỹ năng xã hội cho trẻ em.

Hình 1. 6. Biểu đồ thể hiện thị trường Robot thú cưng và dự kiến phát triển.

(Seafood Market Size, Share, Trends, Analysis - Forecast 2024-2028 (technavio.com))

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

1.2.1. Tình hình trong nước

Hình 1. 7. Thị trường Robot tại Việt Nam.

Tính tới thời điểm hiện tại có một sự tăng trưởng đáng kể trong việc quan tâm và sử dụng robot thú cưng ở Việt Nam, đặc biệt là trong các thành phố lớn như Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh. Điều này thể hiện sự đa dạng và sẵn có của sản phẩm trong thị trường nội địa. Các ứng dụng của robot thú cưng khơng chỉ giới hạn trong lĩnh vực giải trí mà còn mở rộng vào giáo dục, giúp trẻ em học tập và phát triển kỹ năng tương tác xã hội. Cộng đồng người tiêu dùng ở Việt Nam đang thể hiện sự quan tâm và tích cực đối với robot thú cưng, nhất là trong môi trường sống hiện đại và năng động. Như nhiều quốc gia khác, Việt Nam cũng đối mặt với những thách thức liên quan đến quy định, an toàn, và tích hợp của robot thú cưng vào cuộc sống hàng ngày. Đồng thời, điều này cũng mở ra cơ hội cho doanh nghiệp và nghiên cứu phát triển.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

1.2.2. Tình hình ngồi nước

Hình 1. 8. Thị trường thú cưng tại các nước Đông Nam Á.

PETFAIR VIETNAM - Xu hướng phát triển ngành thú cưng tại Việt Nam. (petfair-vietnam.com)

Robot Joy for All, có hình dạng như là một con mèo. Robot này có thể chuyển động và phát ra tiếng kêu như loài mèo mang đến cho người dùng như là một con mèo thực sự, nó có bộ lơng tổng hợp, mềm mại, có thể chải được lấy cảm hứng từ các giống mèo thật. Giành giải thưởng: Thú cưng đồng hành Joy For All đã giành được giải thưởng thân thiện với người chăm sóc từ người chăm sóc ngày nay trong hai năm 2016 và 2017. Sản phẩm này đã xuất hiện trên tờ New York Times, tạp chí People và tờ Baltimore Sun. Nó cũng đã được nhìn thấy trên CBS và The Doctors cũng như được nghe trên đài phát thanh BBC.

Hình 1. 9. Robot Joy for All.

Robot Aibo được thiết kế và điều khiển như một chú chó thực sự. Theo thời gian chú chó này sẽ biết tên của mình và đáp lại lời gọi của chủ nhân mình,

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

thậm chí cịn có thể tương tác với người dùng, nghe theo mệnh lệnh và nhiều tương tác khác.

Hình 1. 10. Robot Aibo.

Robot EMO Pet được thiết kế để vui chơi cùng trẻ em, có giọng nói, hát, nhảy, lặp lại Đồ chơi robot cho trẻ em bé trai và bé gái. EMO là thú cưng trên máy tính để bàn AI với các nhân vật và ý tưởng riêng biệt. Nó sẽ ln ở bên cạnh bạn. Để bầu bạn, làm bạn ngạc nhiên, và vâng, đôi khi để làm phiền bạn. Giống như một con thú cưng thực sự.

Hình 1. 11. Robot Emo pet.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

1.3. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của đề tài 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot thú cưng” mà

nhóm mong muốn thực hiện:

• Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot dạng thú cưng có thể hoạt động với mục đích là bầu bạn, thực hiện các tương tác cơ bản.

• Thiết kế và huấn luyện để nhận dạng và đi theo người tương tác với robot và thiết kế hệ thống tương tác.

• Thiết kế giao diện đơn giản, đẹp mắt giúp con người cảm thấy hứng thú và dễ dàng tiếp cận.

1.3.2. Phương pháp nghiên cứu đề tài

Với đề tài này sử dụng phương pháp phân tích và khảo sát các robot thú cưng có sẵn trên thị trường từ đó sẽ tìm ra những mặt hạn chế của họ và từ đó tìm ra cách để phát triển thêm. Bên cạnh đó, tìm kiếm tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học, nghiên cứu quy trình làm việc của một người tiếp tân và đưa ra những phương án thích hợp, sau đó thơng qua giảng viên hướng dẫn để nhận xét, góp ý. Ngồi ra, khảo sát, nhận góp ý từ các anh chị đi trước để lấy được những kinh nghiệm lập trình, gia cơng cơ khí cho robot và những lưu ý khi tiến hành thực hiện đề tài để tránh lãng phí thời gian và tiền bạc.

1.4. Đối tương và phạm vi nghiên cứu đề tài 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

Các hoạt động nghiên cứu, phân tích và đánh giá trong đồ án này nhóm hướng đến đối tượng là một robot thú cưng có hình dáng tựa như Loona Robot có thể thực hiện các chức năng như một thú cưng.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.5. Tóm tắt nội dung báo cáo đồ án

Trong báo cáo này được chia làm 7 chương, cụ thể như sau:

❖ Chương 1. Tổng quan

Giới thiệu tổng quan về nội dung của đề tài, mục tiêu và phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài.

❖ Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Tổng hợp lý thuyết về nội dung của đề tài, hỗ trợ cho việc gia công, lắp đặt robot. Các lý thuyết ở phần này là cơ sở để lên ý tưởng, thiết kế cơ khí, thuật tốn chuyển động.

❖ Chương 3. Tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí

Trong phần này nội dung chính là q trình tính tốn chọn động cơ cho robot. Tiếp đó là tính tốn, kiểm nghiệm bền cho các cơ cấu chịu lực chính để đảm bảo tính ổn định, vững chắc cho q trình vận hành robot.

❖ Chương 4. Xây dựng hệ thống mạch điện và bộ điều khiển cho Robot

Ở chương này sẽ trình bày tồn bộ hệ thống mạch điện của Robot.

❖ Chương 5. Tương tác giữa Robot và con người

Trong phần này nhóm sẽ trình bày nội dung về phần xử lý hình ảnh giúp cho robot có thể theo được con người.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

❖ Chương 6. Kết quả và đánh giá hệ thống

Nhóm sẽ đưa ra các kết quả đã thu thập cũng như đã làm được để đánh giá một cách tổng quan nhất.

❖ Chương 7. Kết luận và hướng phát triển

Nhóm sẽ đề xuất kết luận và đề xuất thêm các hướng phát triển trong tương lai cho robot.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ngành công nghiệp robot thú cưng đang phát triển mạnh mẽ với sự đa dạng và sáng tạo trong các sản phẩm. Sau đây là một số điểm nổi bật về tiến triển của ngành công nghiệp robot thú cưng. Robot Hỗ Trợ Y Tế: Các robot được phát triển để hỗ trợ người cao tuổi hoặc người khuyết tật trong các nhiệm vụ hàng ngày, như di chuyển, hỗ trợ vận động, và theo dõi sức khỏe. Robot Giáo Dục và Giải Trí: Robot giáo dục được thiết kế để hỗ trợ quá trình học tập của trẻ em thông qua việc tương tác và giáo dục giải trí. Các robot giải trí có khả năng thực hiện các động tác và biểu cảm để tạo ra trải nghiệm giải trí độc đáo cho người sử dụng. Robot Làm Thú Cưng: Các robot thú cưng được phát triển để cung cấp sự giải trí và gắn kết tinh thần cho người dùng. Các tính năng bao gồm khả năng nhận diện giọng nói, thể hiện biểu cảm, và tương tác thông qua cảm ứng.

Các dịng robot hiện nay đã được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) để cả thiện khả năng tương tác và đáp ứng của chúng cùng với đó sử dụng công nghệ mô phỏng để tạo ra những robot có hành vi và phản ứng giống như thật. Ngành công nghiệp robot thú cưng khơng chỉ mang lại giải trí mà cịn hứa hẹn đóng vai trị quan trọng trong các lĩnh vực như y tế, giáo dục, và dịch vụ. Sự kết hợp giữa cơng nghệ robot và trí tuệ nhân tạo đang mở ra nhiều cơ hội mới cho sự phát triển của ngành này.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

2.1. Tổng quan về Robot thú cưng

Hình 2. 1. Tỷ lệ Robot cơng nghiệp (Đơn vị 1.000) ở thế giới tính đến năm 2019. (Asia dominates in automation - Europe falls behind - Scandasia)

Robot thú cưng, với vẻ ngoài đáng yêu và tính năng thơng minh, đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Được thiết kế để không chỉ làm cho người sử dụng hạnh phúc mà cịn đem lại giá trị hữu ích, những thiết bị này đã điều chỉnh cách chúng ta tương tác với công nghệ và với nhau. Sự đa dạng trong thiết kế của robot thú cưng là một điểm độc đáo, từ những con chó và mèo nhựa mềm đáng yêu cho đến những loại robot thơng minh có khả năng di chuyển và phản ứng với môi trường xung quanh. Ngồi ra, các robot được thiết kế với hình hài của các sinh vật hư cấu cũng đang trở thành nguồn giải trí và trải nghiệm thú vị cho người sử dụng. Một xu hướng quan trọng trong lĩnh vực này là tích hợp của trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học, tạo ra khả năng tương tác thông minh. Những robot này có khả năng nhận diện giọng nói, phản ứng theo cảm xúc và học từ kinh nghiệm để cung cấp trải nghiệm người dùng tối ưu.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 2. 2 XGO Mini

Hình 2. 3. Paro.

Sự đa dạng về thiết kế được thể hiện về giữa hai robot Paro và XGO Mini, ta thấy được robot thú cưng không chỉ về sự tiện lợi, mà còn về sự đổi mới và thay đổi cách chúng ta tương tác với công nghệ, từ việc chúng trở thành đối tác giáo dục đến người bạn trung thành và đáng yêu trong gia đình.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

2.2. Các thành phần chính của robot thú cưng

Hình 2. 4. Cấu tạo bên trong của Loona Robot.

Robot thú cưng thường được thiết kế với hình dáng và mơ hình nhỏ gọn để tăng khả năng tương tác và tạo cảm giác thân thiện. Cảm biến và camera giúp robot thú cưng nhận biết môi trường xung quanh, người sử dụng, và các vật thể. Điều này cung cấp khả năng nhận diện khuôn mặt, phát hiện chuyển động, và tương tác theo thời gian thực. Các cảm biến hỗ trợ như cảm biến tiệm cận, cảm biến ánh sáng, và cảm biến tiệp xúc giúp robot tương tác với môi trường xung quanh và thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Vi xử lý và trí tuệ nhân tạo (AI) vi xử lý mạnh mẽ và hệ thống trí tuệ nhân tạo được tích hợp để xử lý thơng tin, đưa ra quyết định, và học từ kinh nghiệm để cải thiện khả năng tương tác của robot. Kết nối Internet (IoT) các robot thú cưng ngày càng được kết nối với Internet để cập nhật dữ liệu, tải về phần mềm mới, và tương tác với các dịch vụ trực tuyến. Loa và micro được tích hợp để phát ra âm thanh, từ âm nhạc đến giọng nói tương tác. Microphone cho phép robot nghe và phản ứng với âm thanh từ môi trường. Pin và hệ thống sạc giúp robot giữ được năng lượng và tự động sạc đầy khi cần thiết. Chân, bánh, hoặc cơ cấu di chuyển: cơ cấu linh hoạt giúp robot thú cưng di chuyển linh hoạt trong không gian. Cấu trúc và vật liệu xây dựng của robot thú cưng cũng quan trọng để đảm bảo tính bền và an tồn trong q trình sử dụng.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

2.3. Bộ phận truyền động

Robot thú cưng thường bao gồm nhiều thành phần chính, trong đó có cơ cấu truyền động giúp chúng thực hiện các chuyển động và tương tác. Dưới đây là một số thành phần chính và cơ cấu truyền động phổ biến trong robot thú cưng:

• Động Cơ: Thường sử dụng động cơ điện, bao gồm động cơ servo, động cơ bước, hoặc động cơ DC, tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu của robot. Động cơ giúp thú cưng robot thực hiện chuyển động như di chuyển, quay đầu, và thực hiện các tác vụ khác.

• Bánh Xe: Có thể sử dụng bánh xe cơ bản, bánh omni-directional, hoặc chân robot tùy thuộc vào thiết kế. Cảm biến di chuyển như encoder giúp đo lường và kiểm soát chuyển động của robot, đặc biệt quan trọng trong việc duy trì vị trí và định hình.

Hình 2. 5. Ví dụ về bánh omni-directional.

• Hệ thống cảm biến và cảm biến gia tốc: Dùng để đo gia tốc của robot và cung cấp thông tin về chuyển động và định vị. Cảm biến khoảng cách và cảm biến hình ảnh sử dụng để nhận diện vật thể và môi trường xung quanh.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

• Hệ thống điều khiển: Là trí não của robot, thường được tích hợp bởi một vi xử lý chính để xử lý thông tin và ra lệnh cho các thành phần khác. Điều khiển động cơ và bánh xe theo các lệnh được đưa ra từ bộ điều khiển chính.

• Nguồn năng lượng và hệ thống sạc: Cung cấp năng lượng cho robot. Hệ thống sạc: Cho phép robot tự động sạc năng lượng khi cần thiết. • Mô-đun Giao Tiếp: Module Bluetooth hoặc Wi-Fi: Cho phép robot kết

nối và tương tác với các thiết bị ngoại vi hoặc điều khiển từ xa.

2.4. Các thuật toán điều khiển

Trong robot thú cưng, các thuật toán điều khiển đóng một vai trị quan trọng để điều chỉnh và quản lý chuyển động, tương tác, và các hoạt động khác của robot. Dưới đây là một số thuật toán điều khiển phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực này:

• PID Control (Proportional-Integral-Derivative): Điều chỉnh vị trí hoặc tốc độ của robot. Tính tốn giá trị điều khiển dựa trên sai số hiện tại, tích phân và đạo hàm của sai số. Điều này giúp duy trì sự ổn định trong chuyển động. Khi robot chệch hướng so với hướng mong muốn, thành phần P sẽ đảm bảo một phản ứng tỷ lệ với sự chênh lệch, thành phần I giúp giảm thiểu sai số dài hạn, và thành phần D ổn định động đặc và giảm nguy cơ overshooting. Hệ thống PID có thể giúp robot di động duy trì hướng di chuyển mong muốn mà không bị chệch lệch hoặc dao động q mức.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 2. 6. Ví dụ về PID trong điều khiển chân của Dog Robot,

(Robotics | Free Full-Text | A Data-Driven Model Predictive Control for Quadruped Robot Steering on Slippery Surfaces (mdpi.com))

• Điều Khiển Trajectory: Điều khiển robot để theo dõi một quỹ đạo (đường đi) đã định trước. Tính tốn lệnh điều khiển dựa trên vị trí mong muốn và vị trí hiện tại, cùng với thơng tin về tốc độ và gia tốc. • Thuật Tốn VFH (Vector Field Histogram): Tránh vật cản trong môi

trường. Tự động tạo ra một lược đồ vector dựa trên thông tin từ cảm biến và tính tốn đường đi an tồn dựa trên lược đồ đó.

• Thuật Tốn SLAM (Simultaneous Localization and Mapping): Xác định vị trí của robot trong mơi trường không biết và xây dựng bản đồ của môi trường đó. Kết hợp thơng tin từ các cảm biến với thơng tin về vị trí để đồng thời thực hiện vị trí và lập bản đồ.

• Máy Học (Machine Learning) trong Tương Tác: Hiểu và tương tác với người. Sử dụng các mô hình máy học để phân tích và dự đốn hành vi của người, từ đó tối ưu hóa phản ứng của robot.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

• Thuật Tốn Path Planning: Tìm đường đi an toàn và hiệu quả từ điểm A đến điểm B. Tính tốn đường đi tối ưu tránh các vật cản dựa trên bản đồ môi trường và thông tin từ cảm biến.

2.5. Tương tác giữa thú cưng và người

Robot thú cưng có khả năng tương tác với con người thơng qua một loạt các phương tiện và chức năng. Dưới đây là một số cách mà robot thú cưng có thể tương tác với người sử dụng:

• Giọng nói và nhận dạng giọng nói: Cho phép robot thú cưng hiểu và phản ứng theo lệnh giọng nói của người sử dụng. Tính năng nhận dạng giọng nói giúp robot hiểu các chỉ dẫn và có thể đưa ra phản hồi thơng qua giọng nói.

• Nhận diện khuôn mặt và gương mặt: Cho phép robot nhận diện và nhớ gương mặt của người sử dụng. Robot có thể tự động nhận diện và phản ứng khi gặp một khuôn mặt quen thuộc, tạo ra trải nghiệm tương tác cá nhân hóa.

• Chuyển động và tương tác vật lý: Cho phép robot di chuyển và tương tác với môi trường xung quanh và người sử dụng. Robot có thể thực hiện các chuyển động như di chuyển, quay đầu, và thậm chí có cả cánh tay để tương tác vật lý với các đối tượng.

• Âm thanh: Tạo ra trải nghiệm âm thanh và nhạc để tăng cường tương tác. Robot có thể phát ra âm thanh như thông báo, cảm xúc, hoặc thậm chí là nhạc để tạo ra một không gian trải nghiệm.

• Giao tiếp thơng minh và trả lời câu hỏi: Cung cấp thông tin hoặc giải đáp câu hỏi của người sử dụng. Sử dụng trí tuệ nhân tạo để hiểu và đáp ứng các câu hỏi của người sử dụng, tăng tính tương tác thơng minh.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

2.6. Tổng quan về trí tuệ nhân tạo

2.6.1.Khái niệm về trí tuệ nhân tạo (AI)

Trí tuệ nhân tạo (AI) là một lĩnh vực chuyên sâu trong phần mềm, mô phỏng khả năng thực hiện các khái nhiệm một cách phức tạp, tương tự như cách bộ não của con người hoạt động. AI thường xuyên sử dụng cảm nhận và phản ứng đối với các yếu tố trong môi trường của nó. Điều này bao gồm khả năng học cách giải quyết vấn đề theo những hướng không ngờ, nhận biết sắc thái của giọng nói, và thậm chí thể hiện sự sáng tạo tương tự như con người.

2.6.2. Ứng dụng của trí tuệ nhân tạo (AI)

Trí tuệ nhân tạo đang đóng một vai trị quan trọng trong xã hội hiện đại với nhiều ứng dụng đa dạng. Trong thời đại ngày nay, nó trở nên khơng thể thiếu, vì có khả năng giải quyết hiệu quả các vấn đề phức tạp trong nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, giải trí, tài chính, giáo dục, và nhiều lĩnh vực khác. Sự sử dụng của trí tuệ nhân tạo đã mang lại sự thoải mái và tăng tốc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Trí tuệ nhân tạo (AI) đóng một vai trị quan trọng trong việc cải thiện quỹ đạo di chuyển và khả năng nhận diện giọng nói trong robot thú cưng.

Quỹ Đạo Di Chuyển: Tối ưu hóa đường đi, sử dụng thuật tốn AI để tối ưu hóa quỹ đạo di chuyển của robot thú cưng dựa trên môi trường xung quanh và mục tiêu di chuyển. Giúp cho tăng hiệu suất di chuyển, giảm thời gian di chuyển và tiết kiệm năng lượng. Sử dụng học máy để dự đoán và điều chỉnh quỹ đạo di chuyển dựa trên dữ liệu từ cảm biến và trạng thái môi trường, cải thiện khả năng tương tác và tránh vật cản một cách linh hoạt và thích ứng.

Nhận Diện Giọng Nói: Chức năng nhận dạng người nói sử dụng mơ hình học máy để nhận dạng giọng nói của người sử dụng và xác định người đang

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

tương tác với robot. Tạo ra trải nghiệm tương tác cá nhân và tùy chỉnh phản ứng của robot cho từng người. Giao tiếp nhiều ngơn ngữ sử dụng mơ hình ngơn ngữ tự nhiên để hiểu và phản ứng theo nhiều ngôn ngữ khác nhau, mở rộng khả năng tương tác của robot với người sử dụng đa dạng văn hóa. Từ đó phản hồi lại thông qua việc xử lý đáp ứng thông điệp nhằm 21ang cường khả năng giao tiếp giữa người và robot.

2.6.3 Thuật toán YOLO

YOLO (You Only Look Once) là một thuật toán phân loại và định vị đối tượng trong ảnh và video. Thuật toán này được phát triển để giải quyết vấn đề định vị đối tượng một cách nhanh chóng và hiệu quả. YOLO khác biệt với nhiều phương pháp truyền thống bởi vì nó thực hiện việc dự đoán tất cả các đối tượng trong một ảnh chỉ trong một lần chạy mơ hình.

Dự đoán một lần (One-shot Prediction): YOLO chia ảnh thành một lưới và dự đốn đối tượng trong mỗi ơ của lưới đồng thời trong một lần chạy mơ hình. Điều này giúp YOLO rất nhanh và phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực.

Chia làm các ô (Grid Cell): Ảnh đầu vào được chia thành một lưới ô, và mỗi ô này chịu trách nhiệm dự đoán các đối tượng nằm trong đó. Mỗi ơ sẽ tạo ra một số bounding boxes (hộp giới hạn) và các xác suất liên quan. Mỗi ô dự đoán nhiều bounding boxes với thông tin như tọa độ của góc trái trên và phải dưới, kích thước của bounding box và xác suất tồn tại của đối tượng trong bounding box. YOLO thực hiện việc đào tạo tất cả các lớp cùng một lúc, điều này giúp tối ưu hóa một hàm mất mát tổng thể. YOLO được thiết kế để có hiệu suất cao, thậm chí có thể chạy thời gian thực trên các hệ thống như xe tự lái hoặc camera an ninh.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

YOLO (You Only Look Once), một mơ hình phổ biến trong việc nhận diện đối tượng và phân đoạn hình ảnh, được phát triển bởi Joseph Redmon và Ali Farhadi tại Đại học Washington. Ra mắt vào năm 2015, YOLO nhanh chóng trở nên phổ biến nhờ vào tốc độ và độ chính xác cao của nó. Các phiên bản:

• YOLOv2, được phát hành vào năm 2016, cải thiện mơ hình gốc bằng cách tích hợp chuẩn hóa theo batch, các hộp neo, và cụm chiều. • YOLOv3, ra mắt vào năm 2018, tiếp tục cải thiện hiệu suất của mơ

hình bằng cách sử dụng một mạng nền hiệu quả hơn, nhiều neo và spatial pyramid pooling.

• YOLOv4 được phát hành vào năm 2020, giới thiệu các đổi mới như tăng cường dữ liệu Mosaic, một đầu phát hiện không neo mới, và một hàm mất mới.

• YOLOv5 cải thiện hiệu suất của mơ hình và thêm các tính năng mới như tối ưu hóa siêu tham số, theo dõi thí nghiệm tích hợp và xuất tự động ra các định dạng phổ biến.

• YOLOv6 được mã nguồn mở bởi Meituan vào năm 2022 và đang được sử dụng trong nhiều robot giao hàng tự động của cơng ty.

• YOLOv7 thêm các nhiệm vụ bổ sung như ước lượng tư thế trên tập dữ liệu COCO keypoints.

YOLOv8 là phiên bản mới nhất của YOLO do Ultralytics phát triển. Là một mơ hình tiên tiến, hiện đại nhất (SOTA), YOLOv8 xây dựng trên thành cơng của các phiên bản trước, giới thiệu các tính năng và cải tiến mới để nâng cao hiệu suất, linh hoạt và hiệu quả. YOLOv8 hỗ trợ đầy đủ các nhiệm vụ trí tuệ nhân tạo thị giác, bao gồm nhận diện, phân đoạn, ước lượng tư thế, theo dõi và phân loại. Điều này cho phép người dùng tirợ lợi từ khả năng đa dạng của YOLOv8 trong các ứng dụng và lĩnh vực khác nhau.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Tiếp theo bước chọn lựa các nguyên lý truyền động, nhóm tiến hành thiết kế, lắp ráp và tính tốn hệ truyền động của robot. Dưới đây là phần kết cấu tổng thể của robot.

Hình 3. 1. Thiết kế tổng thể của Robot thú cưng.

Hình 3. 2. Tổng thể của robot thực tế.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

3.1. Nguyên lý hoạt động

Robot di chuyển được nhờ 2 bánh xe dẫn động hoạt động nhờ động cơ DC servo và có 2 bánh trước đóng vai trị cân giúp robot di chuyển linh hoạt và đảm bảo sự cân bằng cho robot. Xung quanh robot là các cảm biến và camera giúp né vật cản, di chuyển và đồng thời nhận dạng đối tượng cụ thể là người để đi theo. Thân robot được thiết kế để có thể lắp đặt một màn hình để hiển thị cảm xúc. Thêm vào đó, robot được thiết kế cơ bản giống như một con thú cưng, tạo một cảm giác thân thiện với con người.

Vùng hoạt động của Robot thú cưng là chủ yếu trong nhà do đó để có thể hoạt động một cách dễ dàng và linh hoạt tránh đụng quá nhiều vào các vật dụng trong nhà thì thiết kế phải nhỏ gọn, khối lượng khoảng 2.5kg. Tốc độ yêu cầu không quá nhanh chủ yếu để đi theo con người nên nhóm dự kiến tốc độ tối đa khoảng 0,4m/s.

Do nhóm chọn cơ cấu 2 bánh chủ động và 2 bánh điều hướng nên phần chân robot sẽ được thiết kế tổng cộng 4 bánh. Phần thân phải đảm bảo gọn gàng và bên trong phải rỗng đáp ứng được yêu cầu để các module điều khiển bên trong để phần thiết kế được trông đẹp mắt và ngọn nhẹ hơn.

3.2. Yêu cầu thiết kế

Cơ khí đóng vai trị quan trọng đối với robot, là bộ phận chịu trách nhiệm nâng đỡ toàn bộ khối lượng và đảm bảo sự hoạt động linh hoạt của robot. Thiết kế cơ khí chính xác, ổn định sẽ giúp cho quá trình lập trình trở nên thuận lợi.

Phần cơ khí của robot thú cưng bao gồm hai phần chính:

- Thân, chân của robot phải đảm bảo các yếu tố đặt ra như: chắc chắn , độ cứng vững, gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp sửa chữa.

- Robot cần có ngoại hình bắt mắt, nhỏ gọn để dễ di chuyển.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Robot được điều khiển với cơ cấu 4 bánh (2 bánh chủ động). Khối lượng robot ước tính khoảng 2,5 kg bao gồm tất cả các bộ phận cơ khí, mạch điều khiển. Cơ cấu chấp hành là động cơ điện một chiều (DC). Robot có thể di chuyển với tốc độ lớn nhất là 0,4 m/s. Như vậy yêu cầu robot mà nhóm đặt ra cần thực hiện các chức năng và nhiệm vụ như sau:

- Di chuyển: Chuyển động trên bề mặt phẳng, không gồ ghề.

- Tiếp cận qua camera: nhận và xử lý thông tin hoạt động điều khiển.

- Màn hình hiển thị cảm xúc của robot: màn hình này đặt ở mặt robot dùng đề biểu thị cảm xúc của robot, hiển thị trạng thái đang hoạt động.

- Thân và 2 chân. Để dễ dàng tương tác với người, nhóm thiết kế robot có kích thước tương đương như 1 con mèo nhỏ. Màn hình có thể biểu thị cảm xúc của robot đặt trên mặt robot. Thân của robot thiết kế với các đường cong nhằm cho thân thiện và sống động.

3.3. Thiết kế khung cơ khí dạng thú cưng 3.3.1. Thiết kế khung cơ khí

Để đáp ứng yêu cầu robot di chuyển ổn định, cứng vững và tiết kiệm chi phí, nhóm đã bàn bạc, thiết kế và tham khảo giá thị trường một cách kỹ lưỡng. Nhóm đã lựa chọn chất liệu nhựa in 3D cho phần khung sườn của robot thú cưng. Chất liệu này giúp giảm thiểu trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo độ bền và độ cứng vững cho tồn bộ kết cấu.

Phần thân robot có các phần như sau:

- Driver điều khiển động cơ, động cơ, encoder và một số mạch điện ổn áp. - Bộ nguồn ắc quy, đây chính là phần cũng cấp năng lượng cho toàn hệ thống, ngoài ra còn chứa các vi điều khiển để giúp điều khiển cơ cấu.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

• Phương án thứ 2:

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Hình 3. 4. Phương án thiết kế thứ 2.

Ở thiết kế này rõ ràng phần thẩm mỹ đã được cải thiện đáng kể nhưng một lần nữa có một vấn đề gặp phải đó chính là phần thân lúc này lại khơng có đủ khơng gian để các linh kiện và mạch bên trong, chính vì thế nhóm đã có tinh chỉnh về khơng gian và thiết kế bên ngoài để phù hợp với việc gia công dễ dàng hơn.

Phương án thứ 3:

Hình 3. 5. Phương án thiết kế thứ 3.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Đây là phiên bản thứ ba của nhóm và cũng là phiên bản cuối cùng vì phần thân và chân đều đã đáp ứng đầy đủ về khơng gian và tính thẩm mỹ gọn cho robot thú cưng.

Hình 3. 6. Phần bên trong thân được cải thiện đáng kể.

3.3.3 Phân tích và mơ phỏng khả năng chịu lực của phần thân

</div>