Man_Ebook

1. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO
XE HỖ TRỢ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA THÔNG MINH
GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
SVTH:NGUYỄN QUANG HUY
VÕ HUỲNH NHẬT TÂN
NGUYỄN KHẮC TRƯỜNG
S K L 0 1 1 2 9 7
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023

2. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO
HÀ
Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THI
XE HỖ TRỢ VẬN CHUYỂN NG HÓA THÔNG MINH”
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUANG HUY MSSV: 19146075
VÕ HUỲNH NHẬT TÂN MSSV: 19146060
NGUYỄN KHẮC TRƯỜNG MSSV: 19146413
Lớp: 191462
Khoá: 2019 - 2023

3. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- i -
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn cơ điện tử
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II / năm học 2022 - 2023
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Quang Huy MSSV: 19146075 Điện thoại: 0785697450
2. Võ Huỳnh Nhật Tân MSSV: 19146060 Điện thoại: 0778115547
3. Nguyễn Khắc Trường MSSV: 19146413 Điện thoại: 0389093121
1. Mã số đề tài: 22223DT145
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO
XE HỖ TRỢ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA THÔNG MINH
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Kích thước xe dự kiến: 𝐷80 × 𝑅60 × 𝐶60
Khối lượng hàng hóa dự kiến: 40kg
Tống khối lượng xe dự kiến: 70kg
Vận tốc dự kiến: 1m/s
3. Nội dung chính của đồ án:
Nội dung: Thiết kế xe hỗ trợ vận chuyền hàng hóa sử dụng camera để tracking theo
người sử dụng.
Phạm vi hoạt động: trường học, bệnh viện
Điều kiện hoạt động: ngoài trời, di chuyển trên mặt đường nhựa, đường bê tông.
4. Các sản phẩm dự kiến:
Mô hình: Xe hỗ trợ vận chuyển hàng hóa sử dụng camera.
Tập bảng vẽ thiết kế (Điện, cơ khí).
Báo cáo đồ án.
5. Ngày giao đồ án: 15/03/2023
6. Ngày nộp đồ án: 15/07/2023

4. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 
Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 
TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)
 Được phép bảo vệ ...................................................................
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

5. LỜI CAM KẾT
- ii -
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO XE HỖ TRỢ VẬN
CHUYỂN HÀNG HÓA THÔNG MINH
- GVHD: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
- Họ tên sinh viên (đại diện): Nguyễn Khắc Trường
- MSSV: 19146413 Lớp: 191462A
- Địa chỉ sinh viên: 684/15 Xô Viết Nghệ Tĩnh, Phường 13, Quận Bình Thạnh, TP. Hồ
Chí Minh.
- Số điện thoại liên lạc: 0389093121
- Email: truongkhng1211@gmail.com
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/07/2023
- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công
trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ
một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một
sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 2023
Đại diện nhóm
(ký, ghi rõ họ tên)

6. LỜI CẢM ƠN
- iii -
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Nguyễn Ngọc Phương
– thầy hướng dẫn đồ án tốt nghiệp, vì đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện
dự án. Dù chúng tôi còn nhiều thiếu sót và hạn chế về kiến thức, thầy vẫn hỗ trợ một cách
nhiệt tình, cung cấp và hướng dẫn cụ thể cho từng phần của dự án. Thầy đã đề ra nhiều trường
hợp quan trọng để chúng tôi xác định phương án điều khiển và giải quyết các vấn đề, đồng
thời hướng dẫn chúng tôi một cách rõ ràng về những khía cạnh mà chúng tôi còn gặp khó
khăn. Chúng tôi xin chúc thầy ngày càng thành công trong công việc, đồng thời gửi lời chúc
sức khỏe, niềm vui và hạnh phúc đến thầy và gia đình.
Nhóm xin cảm ơn thầy tất cả những thầy cô đã chỉ dạy, hướng dẫn, cũng như giúp đỡ chúng
tôi trong bốn năm đại học đầy gian nan và thách thức. Tôi cũng bày tỏ sự trân trọng dành cho
Nguyễn Quang Huy và Võ Huỳnh Nhật Tân đã cùng tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, cảm
ơn những người bạn đã giúp đỡ nhóm chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Ngoài ra, chúng tôi cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ bạn bè trong quá trình thực
hiện dự án này. Vì kiến thức còn hạn chế, nên chúng tôi không thể tránh khỏi một số phần
chưa hoàn thiện hoàn toàn và mắc phải một số sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến
đóng góp từ thầy cô và các bạn để chúng tôi có thể hoàn thiện dự án tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Đại diện nhóm
Nguyễn Khắc Trường

7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN
- iv -
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, VÀ CHẾ TẠO
XE HỖ TRỢ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA THÔNG MINH
Xe hỗ trợ vận chuyển hàng hóa thông minh là một dạng robot dịch vụ sử dụng cơ cấu di
động bốn bánh xe chủ động. Chức năng chính của robot là bám theo người sử dụng, giúp vận
chuyển hàng hóa trong những khu vực có khuôn viên lớn như bệnh viện, trường học, nhà
xưởng, sân bay, hoặc hỗ trợ những người già, người tàn tật. Để thực hiện đề tài, nhóm đã tiến
hành khảo sát không gian trong các khuôn viên này để đưa ra các yêu cầu kĩ thuật ban đầu
cho việc thiết kế cơ khí. Nhóm đã thiết kế, xây dựng hệ thống cơ khí, thuật toán điều khiển
cho robot. Với mục tiêu nhận diện được người và bám theo họ, nhóm đã sử dụng camera và
ứng dụng công nghệ xử lí ảnh vào robot. Kết quả đạt được là nhóm đã chế tạo thành công một
robot dịch vụ hỗ trợ vận chuyển hàng dễ sử dụng, có thể bám theo người, có thể phân biệt
được nhiều người thông qua màu áo. Hướng phát triển tiếp theo là nâng cấp phần cứng, cũng
như hệ thống điều khiển để có thể nhận diện được các đặc điểm khác của người cần theo dõi
như màu quần, trang sức hay các đặc trưng khác để tối ưu việc phân biệt người, thêm vào đó
cần bổ sung cho robot tính năng tự động tìm kiếm để khi lạc mất người cần theo dõi có thể di
chuyển xung quanh để tìm và phát hiện người để tiếp tục bám theo. Ngoài ra, để robot trở
thành một sản phẩm hoạt động hoàn chỉnh, cần có thêm tính năng sau khi người dùng sử dụng
xong robot sẽ xác định và di chuyển về vị trí ban đầu một cách tự động trong một không gian
nhất định. Ngoài ra, phần kết cấu cơ khí cũng cần cải tiến thêm để tăng khả năng linh hoạt
cũng như khả năng vượt địa hình.

8. MỤC LỤC
- v -
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................i
LỜI CAM KẾT..................................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN............................................................................................................iv
MỤC LỤC .......................................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..............................................................................................ix
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ...................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................................xiii
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................... 1
1.2.1. Ý nghĩa khoa học...................................................................................................... 1
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................... 2
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................................. 2
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................................. 2
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................... 2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 2
1.4.3. Cách tiếp cận ............................................................................................................ 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................ 3
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận........................................................................................... 3
1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể ........................................................................ 3
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ...................................................................................... 4
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI................................................. 5
2.1. Giới thiệu.................................................................................................................... 5
2.2. Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước............................................................... 5

9. MỤC LỤC
- vi -
2.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.......................................................................... 5
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................................. 7
2.3. Giới hạn đề tài ............................................................................................................ 7
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................... 8
3.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ............................................................... 8
3.2. Bộ điều khiển PID ...................................................................................................... 8
3.3. Lý thuyết về xử lý ảnh và ứng dụng học sâu (Deep Learning)................................ 10
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ.................... 14
4.1. Yêu cầu của đề tài và Thông số thiết kế................................................................... 14
4.1.1. Chức năng của robot............................................................................................... 14
4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật..................................................................................................... 14
4.1.3. Giả thiết về khả năng vận hành của robot .............................................................. 14
4.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện thiết kế hệ thống lái..................................... 15
4.2.1. Phương án 1: Sử dụng hệ thống bánh xích............................................................. 15
4.2.2. Phương án 2: Di chuyển 4 bánh với hệ thống lái ở cầu trước và bộ visai cho cầu sau.
15
4.2.3. Phương án 3: Cơ cấu lái với 4 bánh chủ động........................................................ 16
4.2.4. Phương án 4: Di chuyển bằng 2 bánh xe chủ động ở cầu sau và hai bánh xe tự lựa ở
cầu trước........................................................................................................................ 16
4.3. Lựa chọn phương án thiết kế.................................................................................... 17
4.4. Trình tự công việc tiến hành..................................................................................... 17
CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ............................... 18
5.1. Xác định trọng tâm và điều kiện lật của robot. ........................................................ 18
5.1.1. Khi xe không chở hàng........................................................................................... 20
5.1.2. Khi xe chở đầy hàng............................................................................................... 22
5.2. Tính toán công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền............................................ 24
5.2.1. Các lực tác dụng lên robot (khi tăng tốc và khi leo dốc)........................................ 25
5.2.2. Tính toán moment xoắn và công suất cho động cơ................................................ 26
5.3. Tính toán lựa chọn lò xo giảm xóc........................................................................... 28

10. MỤC LỤC
- vii -
5.3.1. Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc....................................................................... 28
5.3.2. Tính toán lựa chọn và kiểm nghiệm độ bền của lò xo............................................ 29
5.4. Tính toán và kiểm nghiệm độ bền của trục.............................................................. 34
CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ................................ 37
6.1. Sơ đồ khối hệ thống điện điều khiển........................................................................ 37
6.2. Khối nguồn............................................................................................................... 38
6.2.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................ 38
6.2.2. Tính toán, lựa chọn thiết bị..................................................................................... 38
6.3. Khối cảm biến chính ................................................................................................ 41
6.3.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................ 41
6.3.2. Intel RealSense Camera D435................................................................................ 42
6.4. Khối xử lý dữ liệu .................................................................................................... 43
6.4.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................ 43
6.4.2. Board NVIDIA Jetson Nano .................................................................................. 43
6.5. Khối điều khiển ........................................................................................................ 44
6.5.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................ 44
6.5.2. Thông tin và cấu hình các thiết bị .......................................................................... 45
6.6. Khối chấp hành......................................................................................................... 51
6.6.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................ 51
6.6.2. Động cơ Planet với encoder tích hợp ..................................................................... 51
6.6.3. Encoder................................................................................................................... 51
6.6.4. Cụm đèn báo AD16-22DS và module hiển thị điện áp - mức dung lượng Pin...... 54
CHƯƠNG 7. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH ........................................ 56
7.1. Nhiệm vụ của thuật toán........................................................................................... 56
7.2. Thuật toán phát hiện người (Person Detection) ....................................................... 57
7.3. Thuật toán phát hiện màu áo (Shirt Color Detection).............................................. 59
7.4. Xử lý dữ liệu (Data Processing) và gửi dữ liệu qua UART..................................... 62
CHƯƠNG 8. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT .............. 63
8.1. Nhiệm vụ thuật toán ................................................................................................. 63

11. MỤC LỤC
- viii -
8.2. Cấu trúc bộ điều khiển PI điều khiển tốc độ động cơ .............................................. 63
8.2.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển ................................................................................. 63
8.2.2. Tìm hàm truyền của hệ thống bằng phương pháp bán thực nghiệm...................... 64
8.2.3. Tính toán hệ số PID................................................................................................ 66
8.2.4. Tính toán vận tốc cài đặt cho các động cơ trong việc dẫn hướng robot................. 67
8.3. Lưu đồ giải thuật điều khiển và đèn báo .................................................................. 68
CHƯƠNG 9. THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ........................ 72
9.1. Kết quả thi công mô hình ......................................................................................... 72
9.2. Kết quả giải thuật xử lý ảnh ..................................................................................... 73
9.3. Kết quả giải thuật điều khiển và kiểm nghiệm tải trọng .......................................... 75
CHƯƠNG 10. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................... 79
10.1. Kết luận .................................................................................................................... 79
10.2. Hướng phát triển đề tài............................................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 80

12. DANH MỤC BẢNG BIỂU
- ix -
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 4. 1: Yêu cầu kỹ thuật của robot ..............................................................................14
Bảng 5. 1: Bảng phân bố trọng lượng xe...........................................................................19
Bảng 5. 2: Thông số động cơ truyền động cho bánh xe....................................................27
Bảng 5. 3: Những thông số cần quan tâm khi sử dụng lò xo xoắn ốc nén........................30
Bảng 6. 1: Ước tính công suất tiêu thụ các linh kiện ........................................................38
Bảng 6. 2: Thông số khối pin đã chọn...............................................................................39
Bảng 6. 3: Ước tính công suất các thiết bị sử dụng nguồn 5VDC ....................................40
Bảng 6. 4: Thông số mạch buck converter XH-M404 XL4016E1 ...................................41
Bảng 6. 5: Cấu hình ngoại vi của vi điều khiển ................................................................46
Bảng 6. 6: Thông số kỹ thuật của module BTS7960 H-Driver.........................................47
Bảng 6. 7: Cấu hình kết nối các chân của BTS7960 với vi điều khiển.............................48
Bảng 6. 8: Cấu hình kết nối module relay và vi điều khiển ..............................................50
Bảng 6. 9: Thông tin encoder tích hợp trên động cơ đã chọn ...........................................53
Bảng 9. 1: Bảng so sánh giá trị thiết kế và giá trị thực tế của mô hình.............................75

13. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
- x -
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang
Hình 2. 1: Robot vận chuyển hàng tự động Piaggio Gita....................................................5
Hình 2. 2: Khoang hàng của robot Piaggio Gita .................................................................6
Hình 3. 1: Điều chế độ rộng xung PWM Điều chế độ rộng xung PWM ............................8
Hình 3. 2: Sơ đồ khối cơ bản của bộ điều khiển PID..........................................................9
Hình 3. 3: Công thức tìm mô hình toán hệ thống từ đường cong đáp ứng .......................10
Hình 3. 4: Mô tả tổng quát về CNN ..................................................................................11
Hình 3. 5: Cơ bản cấu trúc của ResNet-34........................................................................12
Hình 3. 6: So sánh tổng quát accuracy của các model CNN thông dụng..........................12
Hình 4. 1: Hệ thống bánh xích...........................................................................................15
Hình 4. 2: Hệ thống lái xe 4 bánh......................................................................................15
Hình 4. 3: Hệ thống lái 4 bánh xe chủ động......................................................................16
Hình 4. 4: Hệ thống lái có 2 bánh tự lựa ...........................................................................16
Hình 5. 1: Phân tích trọng tâm của robot (đơn vị: mm) ....................................................18
Hình 5. 2: Phân tích lực và moment khi xe lên dốc ..........................................................19
Hình 5. 3: Phân tích lực khi xe chuyển động trên đường nghiêng....................................20
Hình 5. 4: Sơ đồ phân tích các lực và moment tác dụng lên robot khi lên dốc.................24
Hình 5. 5: Hình ảnh thực tế của động cơ Planet................................................................27
Hình 5. 6: Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc.................................................................28
Hình 5. 7: Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc tại bánh xe A..........................................29
Hình 5. 8: Lò xo xoắn ốc nén tiết diện tròn.......................................................................30
Hình 5. 9: Chiều cao của lò xo dưới tải trong tác dụng khác nhau ...................................31
Hình 5. 10: Thông tin chọn chỉ số lò xo c ........................................................................32
Hình 5. 11: Cơ tính của vật liệu làm lò xo ........................................................................32
Hình 5. 12: Mô hình phân tích lực tác dụng lên trục.........................................................34
Hình 5. 13: Biểu đồ ứng suất trên trục dẫn động...............................................................35
Hình 6. 1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điện điều khiển................................................37

14. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
- xi -
Hình 6. 2: Pin 18650 của UltraFire ...................................................................................39
Hình 6. 3: Hình ảnh thực tế của khối pin, kèm mạch cân bằng cell pin và mạch sạc.......40
Hình 6. 4: Hình ảnh thực tế của mạch buck converter XH-M404 XL4016E1..................41
Hình 6. 5: Hình ảnh thực tế Intel RealSense Dept Camera D435.....................................42
Hình 6. 6: Hình ảnh thực tế của NVIDIA Jetson Nano Embedded Computer..................44
Hình 6. 7: Sơ đồ khối mô tả các kết nối giữa Jetson Nano và STM32 Board...................44
Hình 6. 8: Hình ảnh thực tế của NUCLEO-F411RE Board..............................................45
Hình 6. 9: Cấu hình các chân vi điều khiển.......................................................................46
Hình 6. 10: Hình ảnh thực tế module BTS7960................................................................48
Hình 6. 11: Hình ảnh thực tế module relay .......................................................................50
Hình 6. 13: Mô tả cấu tạo cơ bản encoder tương đối ........................................................52
Hình 6. 14: Mô tả cách đọc encoder tương đối và cách xác định hướng động cơ ............53
Hình 6. 15: Hình ảnh thực tế đèn AD16-22DS .................................................................54
Hình 6. 16: Hình ảnh thực tế Module hiển thị điện áp - mức dung lượng Pin..................54
Hình 7. 1: Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh .............................................................................57
Hình 7. 2: Một vài thông tin về độ chính xác và FPS của các model ...............................58
Hình 7. 3: Lưu đồ phát hiện người và tạo bounding box ..................................................59
Hình 7. 4: Mô tả hệ màu HSV...........................................................................................60
Hình 7. 5: Lưu đồ detect người sử dụng với điều kiện màu áo.........................................61
Hình 8. 1: Sơ đồ cơ bản bộ điều khiển động cơ ................................................................63
Hình 8. 2: Sơ đồ khối chi tiết của bộ điều khiển động cơ .................................................64
Hình 8. 3: Đường cong đáp ứng của vận tốc (RPM) khi thay đổi giá trị PWM ...............65
Hình 8. 4: Giải thuật đọc dữ liệu từ Jetson Nano ..............................................................69
Hình 8. 5: Giải thuật điều khiển chính ..............................................................................70
Hình 8. 6: Giải thuật xét trạng thái đèn .............................................................................71
Hình 9. 1: Kết quả khung cơ khí của mô hình...................................................................72
Hình 9. 2: Kết quả mạch điện điều khiển..........................................................................72
Hình 9. 3: Cụm đèn báo và công tắc .................................................................................73

15. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
- xii -
Hình 9. 4: Kết quả Detect người của model PeopleNet ....................................................73
Hình 9. 5: Kết quả thuật toán xử lý phát hiện màu áo đỏ..................................................74
Hình 9. 6: Mô hình vận hành khi leo vỉa hè (độ nghiêng 15 độ) ......................................75
Hình 9. 7: Mô hình vận hành khi xuống khỏi vỉa hè (độ nghiêng 15 độ) .........................76
Hình 9. 8: Đồ thị đáp ứng vận tốc khi vận tốc cài đặt là 100 RPM, không có tải trọng ...77
Hình 9. 9: Đồ thị đáp ứng vận tốc khi vận tốc cài đặt là 50 RPM, có tải trọng ................78
Hình 9. 10: Đồ thị đáp ứng vận tốc khi vận tốc cài đặt là 100 RPM, có tải trọng ............78

16. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
- xiii -
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AC Alternating Current
AI Artificial Intelligence
BSP Binary Space Partitioning
CNN Convolutional Neural Network
COCO Common Objects in Context
CUDA Compute Unified Device Architecture
CV Controlled Variable
DC Direct current
DMA Direct Memory Access
FC Fully Connected
FPS Frames Per Second
GAP Global Average Pooling
GND Ground
GPIO General Purpose Input/Output
GPS Global Positioning System
GPU Graphics Processing Unit
HMI Human-Machine Interface
IC Integrated Circuit
IMC Internal Model Control
LED Light-Emitting Diode
ML Machine Learning
MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
MV Manipulated Variable
PID Proportional-Integral-Derivative
PPR Pulses Per Revolution
PV Process Variable
PWM Pulse Width Modulation

17. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
- xiv -
ROI Region of Interest
RPM Revolutions Per Minute
SDK Software Development Kit
SP Setpoint
UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
VCC Voltage Collector-to-Collector

18. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Khi cần di chuyển những đồ vật nặng và cồng kềnh từ vị trí này đến vị trí khác với khoảng
cách xa ví dụ như trong các môi trường như trường học, bệnh viện, nhà kho, sân bay, những
khu vực ngoài trời hay chỉ đơn giản là hỗ trợ người cao tuổi mang vác vật nặng trong một
không gian nhất định, cần một loại robot có thể hỗ trợ những công việc kể trên một cách thông
minh hơn thay vì sử dụng những loại xe đẩy hàng thông thường hiện tại. Cùng với sự phát
triển của thị giác máy, robot hỗ trợ vận chuyển hang thông minh hiện đang là chủ đề được rất
nhiều quốc gia quan tâm và phát triển. Việc thiết kế và phát triển một robot có thể giúp nhận
diện và điều hướng theo một người cụ thể để giúp người đó vận chuyển hang hóa là một việc
rất cần thiết. Vì vậy nhóm tác giả đã phát triển đề tài “Nghiên Cứu, Thiết Kế và Chế Tạo Xe
Hỗ Trợ Vận Chuyển Hàng Hóa Thông Minh”. Đây là một giải pháp giúp vừa tiết kiệm được
thời gian vận chuyển hàng hóa trong nhiều môi trường khác nhau, vừa giúp tiết kiệm được
công sức của người vận chuyển.
Về việc khảo sát yêu cầu liên quan đến đề tài, robot có thể nhận diện được một người cần
theo dõi cụ thể bằng cách nhận diện màu áo của người cần theo dõi và đi theo cũng như giữ
khoảng cụ thể với người đó, robot có thể dừng lại khi phát hiện vật cản hoặc chuyển sang chế
độ tìm kiếm khi người cần theo dõi đã đi quá xa so với robot, để làm được những việc trên,
robot được trang bị một loại camera vừa có thể cung cấp thông tin chi tiết về môi trường xung
quanh thông qua hình ảnh màu thông qua cảm biến RGB vừa có thể cung cấp thông tin về dữ
liệu chiều sâu 3D thông qua cảm biến chiều sâu.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.2.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu phát triển về lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và xử lý ảnh: Việc áp dụng thuật toán xử
lý ảnh và trí tuệ nhân tạo vào việc nhận diện và bám theo người trong xe vận chuyển hàng
hóa thông minh đòi hỏi việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tiên tiến trong lĩnh
vực này. Điều này đóng góp vào sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và xử lý ảnh, mở ra những
tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong các lĩnh vực khác.
Việc phát triển thuật toán xử lý ảnh để nhận diện và bám theo người trong xe vận chuyển
hàng hóa thông minh đòi hỏi sự nghiên cứu, thử nghiệm và cải tiến các thuật toán hiện có.
Điều này có ý nghĩa khoa học trong việc tìm hiểu và đề xuất những phương pháp mới, cải
thiện hiệu suất và độ chính xác của thuật toán.
Tiềm năng phát triển và ứng dụng tương lai: Đề tài này mở ra những tiềm năng ứng dụng
tương lai rộng lớn. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ nhận diện và bám theo người

19. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
2
có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, như dịch vụ chăm sóc sức khỏe, hỗ trợ người
già và người khuyết tật, giao thông thông minh và nhiều lĩnh vực khác. Việc khám phá và
phát triển các ứng dụng tương lai trong lĩnh vực này có ý nghĩa khoa học và có thể mang lại
lợi ích lớn cho xã hội.
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa: Xe vận chuyển hàng hóa thông minh sẽ có khả
năng nhận diện và bám theo người để hỗ trợ quá trình vận chuyển giúp tối ưu thời gian và
thiết kiệm sức lao động, tăng năng suất và hiệu quả lao động.
Ứng dụng trong ngành công nghiệp: Xe vận chuyển hàng hóa thông minh có thể được áp
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như kho vận, nhà máy sản xuất, hệ thống phân
phối và logistics, các bệnh viện, trường học hay sân bay.
Giảm thiểu rủi ro và tai nạn: Với khả năng nhận diện và bám theo người, xe vận chuyển
hàng hóa thông minh có thể giảm thiểu rủi ro va chạm và tai nạn trong quá trình vận chuyển,
cũng như giảm rủi ro gặp chấn thương cho người lao động khi phải mang vác những vật năng
trong một quãng đường dài.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Có thể thực hiện nhận diện một người cụ thể và điều hướng di chuyển theo người đó bằng
cách sử dụng một loại camera vừa có thể cung cấp thông tin chi tiết về môi trường xung quanh
thông qua hình ảnh màu thông qua cảm biến RGB vừa có thể cung cấp thông tin về dữ liệu
chiều sâu 3D thông qua cảm biến chiều sâu.
Robot có thể duy trì một khoảng cách nhất định với người đã nhận diện để có thể hỗ trợ
người đó vận chuyển hàng cũng như có thể dừng lại khi có vật cản đến gần hoặc tìm kiếm
người đã nhận diện khi người đó đi quá xa khỏi robot.
Thiết kế cơ khí kết hợp sử dụng phuộc giúp robot không chỉ có thể hoạt động trên những
môi trường bằng phẳng như nhà kho hoặc bệnh viện mà vẫn có thể hoạt động trên những môi
trường khác chẳng hạn như đường nhựa hoặc trong khuôn viên trường học.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Robot hỗ trợ giao hàng thông minh ứng dụng xử lý ảnh để có thể nhận diện và điều hướng
theo một người cụ thể.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các robot cùng lĩnh vực hiện có ở Việt Nam và trên thế giới.

20. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
3
Thiết kế robot có thể di chuyển theo người để hỗ trợ vận chuyển hàng
Phạm vi hoạt động trong khu vực nhà kho, khuôn viên bệnh viện, khuôn viên trường học
hay các không gian ngoài trời.
1.4.3. Cách tiếp cận
Nghiên cứu, tham khảo và rút kinh nghiệm từ các mẫu robot tiêu biểu của các hãng sản
xuất ở các nước tiên tiến trên thế giới. Đồng thời tìm hiểu những công nghệ, điều kiện phù
hợp với đề tài để từ đó lựa chọn công nghệ và giải pháp tối ưu.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
Phương pháp phân tích tổng hợp.
Phương pháp thực nghiệm.
Phương pháp thu thập thông tin, dữ liệu.
1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Dựa trên những tài liệu tham khảo liên quan của các robot hiện có trên thị trường trong
nước và thế giới và kiến thức đã học ở các môn học liên quan.
Nghiên cứu, tính toán và thiết kế cấu tạo liên quan đến cấu tạo cơ khí.
Tính toán lựa chọn cơ cấu truyền động, động học của robot.
Phân tích kết cấu, độ bền, khả năng chịu tải, lựa chọn động cơ.
Mô phỏng và thử nghiệm trên phần mềm Solidwork.
Nghiên cứu và ứng dụng xử lý ảnh để có thể nhận diện được người cần đi theo.
Thiết kế mạch điều khiển
Lập trình điều khiển robot
Khảo sát chế độ điều khiển và cơ cấu truyền động của các robot đã được dùng rộng rãi
trong công nghiệp, dịch vụ.
Tham khảo các kết quả nghiên cứu đã có trong nước.
Tìm hiểu khả năng (về kinh phí, độ phức tạp của mô hình), điều kiện công nghệ chế tạo
trong thực tế và đề ra phương án thiết kế phù hợp.

21. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
4
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 10 chương, trong đó:
Chương 1: Tổng quan về tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa về mặt khoa học và áp dụng và
thực tiễn. Chương này sẽ làm rõ mục tiêu nghiên cứu của đề tài, cũng như phạm vi nghiên
cứu và nêu lên phương pháp giải quyết vấn đề.
Chương 2: Chương này bao gồm tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về robot hỗ trợ
vận chuyển hàng hóa thông minh. Đồng thời nêu ra những điểm giới hạn của đề tài khi tiến
hành thực hiện đề tài.
Chương 3: Trình bày cơ sở lý thuyết ứng dụng vào ĐATN
Chương 4: Nêu lên chức năng, những đăc tính về kỹ thuật và từ đó đề ra phương án thiết
kế tối ưu nhất. Đồng thời tóm tắt quá trình nghiển cứu và thực hiện đề tài.
Chương 5: Trình bày quá trình tính toán thiết kế cơ khí. Lựa chọn động cơ, giảm xóc,
trục… dựa trên yêu cầu về khả năng vận hành và sức bền của chi tiết.
Chương 6: Sơ lược về chức năng của từng khối câu thành bộ điều khiển. Giới thiệu về
thông số kỹ thuật, chức năng và cách thức hoạt động của các linh kiện.
Chương 7: Giải thích thuật toán xử lý ảnh để nhận diện người muốn tracking.
Chương 8: Lý thuyết về điều khiển PID và các tính toán lựa chọn thông số PID cho robot.
Ứng dụng PID vào điều khiển vận tốc của robot.
Chương 9. Thi công mô hình và phân tích kết quả đạt được
Chương 10. Kết luận và hướng phát triển

22. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
5
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1. Giới thiệu
Mobile robot là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực robot học, tập trung
vào thiết kế và xây dựng các robot di động có khả năng hoạt động tự động và tương tác với
môi trường xung quanh. Trong đề tài này, chúng tôi đã thiết kế một mobile robot dùng để vận
chuyển hàng hóa thông minh, sử dụng camera và thuật toán xử lý ảnh để nhận diện và theo
dõi người sử dụng. Camera này cung cấp dữ liệu cho thuật toán xử lý ảnh để robot có thể
nhận biết và tương tác với người và các vật thể trong quá trình vận chuyển hàng hóa. Ứng
dụng của đề tài này là hỗ trợ quá trình vận chuyển hàng hóa thông minh và tự động. Mobile
robot có khả năng tự động xác định vị trí và hướng di chuyển của người, điều chỉnh tốc độ và
hướng đi để theo kịp người sử dụng. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và an toàn trong quá
trình vận chuyển hàng hóa, đồng thời giảm công sức và tài nguyên con người. Với sự phát
triển của công nghệ mobile robot, xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo, đề tài này có tiềm năng ứng
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, giao thông thông minh và nhiều lĩnh vực khác.
2.2. Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước
2.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Một ví dụ về các công ty công nghệ hàng đầu trong các quốc gia lớn là Piaggio Fast
Forward, một công ty công nghệ có trụ sở tại Mỹ. Công ty này có ưu thế về khoa học và công
nghệ, và đã phát triển và triển khai loại robot có khả năng nhận diện và điều hướng theo người
để hỗ trợ vận chuyển hàng hóa trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong môi trường đô thị.
Hình 2. 1: Robot vận chuyển hàng tự động Piaggio Gita

23. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
6
Robot này có tên là Piaggio Gita, có hình dạng hình tròn, với một khung chắc chắn để bảo
vệ hàng hóa bên trong. Kích thước của robot nhỏ gọn, đủ nhỏ để di chuyển trên vỉa hè và qua
cửa hẹp, trong khi vẫn đủ lớn để chứa một số lượng lớn hàng hóa. Trọng lượng tải của Piaggio
Gita khoảng 40 pounds (khoảng 18 kg), và robot có thể chứa các đồ vật như túi xách, hành
lý, thực phẩm hay đồ dùng hàng ngày.
Piaggio Gita được trang bị nhiều cảm biến và camera để theo dõi môi trường xung quanh
và di chuyển an toàn. Robot sử dụng công nghệ định vị và nhận dạng để xác định vị trí và di
chuyển theo con người hoặc xe đi trước nó. Robot này có khả năng di chuyển trên nhiều loại
địa hình, bao gồm cả đường phố, vỉa hè, cầu thang và thang máy.
Piaggio Gita có khả năng tương tác với con người thông qua giao diện điều khiển đơn giản.
Người dùng có thể chỉ định đích đến hoặc hướng dẫn robot theo ý muốn. Ngoài ra, robot cũng
có thể tự động đi theo người dùng trong quá trình di chuyển, giữ khoảng cách an toàn và đảm
bảo hàng hóa an toàn. Mục tiêu của Piaggio Gita là giảm gánh nặng của việc vận chuyển hàng
hóa cho con người trong đô thị. Robot này mang lại sự tiện lợi và giảm thiểu công sức cho
người dùng khi di chuyển hàng hóa từ điểm này đến điểm khác.
Hình 2. 2: Khoang hàng của robot Piaggio Gita
Robot có thể di chuyển 9,5km trong tối đa 4 giờ sử. Khoang hàng của robot có thể chứa
được rất nhiều món đồ từ laptop 14 inch, sách vở, tài liệu, thức ăn.
Ưu điểm: Robot trang bị nhiều công nghệ tiên tiến.
Nhược điểm: Tải trọng nhỏ, giá thành cao khó có thể tiếp cận.

24. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
7
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, thị trường phát triển robot nói chung và robot hỗ trợ vận chuyển hàng hóa thông
minh ở Việt Nam hầu như không được quan tâm đến nhiều bởi có nhiều lí do khiến do ít
nghiên cứu đến nó. Thứ nhất là do địa hình đường xá của Việt Nam không đảm bảo, giao
thông phức tạp làm cho quá trình chế tạo và nghiên cứu trở nên khó khăn hơn. Thứ hai, việc
sử dụng robot để thay thế công việc lao động trong lĩnh vực vận chuyển và logistics có thể
liên quan đến các vấn đề quy định lao động và quyền lợi của người lao động. Điều này có thể
yêu cầu sự điều chỉnh và thích ứng từ các cơ quan chức năng và tổ chức lao động. Thứ ba,
chi phí để chế tạo cũng như bảo trì và vận hành robot có thể là một thách thức lớn với nhiều
tổ chức và doanh nghiệp Việt Nam. Nhưng trong tương lai gần, việc điều chỉnh và đáp ứng
những điều kể trên là một việc rất cần thiết để có thể sử dụng robot như một công cụ hiệu quả
góp phần tăng năng suất lao động, tăng tính cạnh tranh của sản phẩm, đảm bảo an toàn cho
người lao động cũng như thúc đẩy sản xuất và phát triển nhiều ngành công nghiệp. Đặc biệt
là với những robot có tính ứng dụng cao như robot hỗ trợ vận chuyển hàng hóa thông minh.
2.3. Giới hạn đề tài
Robot di chuyển trong điều kiện địa hình bằng phẳng hoặc tương đối bằng phẳng.
Kích thước tổng thể (D×R×C) = (90cm×60cm×60cm)
Khối lượng robot ước tính 30kg.
Khối lượng tải ước tính 30-40kg.
Vận tốc di chuyển tối đa 2m/s.
Thời gian làm việc ước tính 4h.
Phạm vi hoạt động trong khu vực nhà kho, khuôn viên bệnh viện, khuôn viên trường học
hay các không gian ngoài trời.

25. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
8
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
Động cơ sử dụng trong dự án là loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cửu. Để
thay đổi được tốc độ, cần phải thay đổi điện áp cung cấp cho roto. Việc cấp áp một chiều thay
đổi thường khó khăn. Vì vậy, phương pháp đơn giản nhất là dùng phương pháp điều chế độ
rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation).
Hình 3. 1: Điều chế độ rộng xung PWM Điều chế độ rộng xung PWM
Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ PWM hoạt động bằng cách cấp nguồn cho động
cơ thông qua một chuỗi xung mở và đóng với tốc độ rất nhanh. Nguồn DC được chuyển đổi
thành tín hiệu xung vuông chỉ gồm hai mức là 0V và xấp xỉ điện áp hoạt động. Khi tần số
chuyển mạch đủ lớn, động cơ sẽ hoạt động ở một tốc độ ổn định phụ thuộc vào moment của
trục quay.
Với phương pháp này, tốc độ của động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ rộng của
xung, tức là thay đổi thời gian mức cao của chuỗi xung vuông cấp cho động cơ. Việc điều
chỉnh này tác động đến điện áp trung bình được cấp cho động cơ, từ đó thay đổi tốc độ của
động cơ. Khi độ rộng xung tăng lên, tốc độ của động cơ sẽ tăng lên tương ứng.
3.2. Bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) là một dạng bộ điều khiển có cơ chế hồi tiếp vòng
điều khiển dựa theo lý thuyết điều khiển tự động. PID được sử dụng rộng rãi trong các ứng
dụng điều khiển hệ thống công nghiệp và là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các
bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào để giảm
sai số giữa đầu vào và đầu ra đến mức tối thiểu. Đối với những hệ thống mà mô hình toán học
không xác định được, bộ điều khiển PID là một trong những lựa chọn tối ưu nhất. Tuy nhiên,
để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số của bộ điều khiển PID cần được điều chỉnh phù
hợp dựa trên tính chất của hệ thống cụ thể.

26. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
9
Hình 3. 2: Sơ đồ khối cơ bản của bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID bao gồm ba thông số riêng biệt, nên đôi khi nó được gọi là điều khiển
ba khâu: Khâu tỉ lệ (P), khâu tích phân (I) và khâu đạo hàm (D). Mỗi khâu có vai trò và giá
trị riêng trong quá trình điều khiển. Khâu tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, khâu tích
phân xác định tác động của tổng sai số quá khứ, và khâu đạo hàm xác định tác động của tốc
độ biến đổi sai số. Sự kết hợp của ba khâu này được sử dụng để điều chỉnh đầu ra của quá
trình điều khiển thông qua một phần tử điều khiển, như vị trí của van điều khiển hoặc bộ
nguồn của phần tử gia nhiệt. Thông qua ba khâu này, giá trị của P, I và D có thể giúp hiểu rõ
hơn về quan hệ thời gian trong quá trình điều khiển. Khâu P phụ thuộc vào sai số hiện tại để
điều chỉnh đầu ra. Khâu I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, trong khi khâu D dự đoán
các sai số tương lai dựa trên tốc độ thay đổi hiện tại. Sự kết hợp và tương tác của ba khâu này
giúp cân chỉnh và điều khiển quá trình một cách chính xác và ổn định.
Phương pháp bán thực nghiệm là một trong các phương pháp khá phổ biến để tìm được
các thông số PID từ kết quả vận hành thực nghiệm của hệ thống. Phương pháp này có thể áp
dụng để tìm thông số PID cho các quá trình có mô hình toán dạng bậc nhất hoặc có thể quy
về dạng bật nhất như: điều khiển nhiệt độ, áp suất, tốc độ… Trình tự thực hiện của phương
pháp này như sau:
- Chuẩn bị dữ liệu đầu vào: là đồ thị đáp ứng khi vận hành thực nghiệm (vòng hở,
không hồi tiếp). Cụ thể, tác động lên biến điều khiển và đo đạc lại các giá trị của cả
biến điều khiển và biến được điều khiển.
- Tìm mô hình toán của quá trình: thông qua các công thức từ phương pháp đường
cong đáp ứng. Đường cong đáp ứng của biến được điều khiển khi thay đổi đầu vào
là hàm bậc thang (Step function).

27. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
10
Hình 3. 3: Công thức tìm mô hình toán hệ thống từ đường cong đáp ứng
- Tìm thông số PID từ mô hình toán: áp dụng các công thức thực nghiệm như Ziegler-
Nichols, Direct Synthesis, IMC, …
3.3. Lý thuyết về xử lý ảnh và ứng dụng học sâu (Deep Learning)
Xử lý ảnh là một lĩnh vực nghiên cứu và kỹ thuật liên quan đến việc xử lý và phân tích các
hình ảnh để trích xuất thông tin hữu ích. Một trong những lĩnh vực nghiên cứu xử lý ảnh phổ
biến hiện nay là nhận diện người, xác định, theo dõi và phân loại các đặc điểm của người
trong hình ảnh.
Học sâu (Deep Learning) là một lĩnh vực trong trí tuệ nhân tạo, tập trung vào việc xây
dựng các mô hình và thuật toán mạnh mẽ để máy tính có thể tự động học từ dữ liệu.
Mạng CNN (Convolutional Neural Network) là một trong những mô hình học sâu phổ biến
nhất trong xử lý ảnh. Mạng CNN có khả năng tự động học và trích xuất các đặc trưng ảnh
thông qua các lớp tích chập và kết hợp chúng để tạo ra dự đoán chính xác về đối tượng trong

28. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
11
ảnh. Trong việc nhận diện người, mạng CNN có thể được huấn luyện trên tập dữ liệu hình
ảnh chứa các người và không người. Quá trình huấn luyện này giúp mạng CNN học các đặc
trưng quan trọng để phân biệt và nhận diện người từ các đặc trưng của hình ảnh. Khi đã được
huấn luyện, mạng CNN có thể áp dụng vào việc nhận diện người trong thời gian thực. Mạng
CNN có khả năng học từ dữ liệu lớn và phức tạp, giúp mô hình trở nên linh hoạt và hiệu quả.
Hình 3. 4: Mô tả tổng quát về CNN
Kiến trúc ResNet-34 được sử dụng trong đề tài cũng là một kiến trúc CNNs (Convolutional
neural networks) được đề xuất bởi Kaiming He, Xiangyu Zhang, Shaoqing Ren và Jian Sun
trong bài báo "Deep Residual Learning for Image Recognition" vào năm 2015. Như tên gọi
thì kiến trúc này bao gồm 34 lớp bao gồm các lớp tích chập và các lớp kết nối đầy đủ (fully
connected layers).
Mục tiêu chính của ResNet là giúp giải quyết vấn đề của các mạng có kích thước lớn, nhiều
lớp. Ở các mạng này thường xuất hiện hiện tượng được gọi là "sự suy giảm đạo hàm đột ngột"
(vanishing gradient) và "sự phát triển nhanh đạo hàm" (exploding gradient), khiến việc huấn
luyện trở nên khó khăn hoặc thậm chí không thể thực hiện được. Để vượt qua vấn đề này,
ResNet sử dụng các khối cơ bản có tên gọi là "Residual blocks".

29. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
12
Hình 3. 5: Cơ bản cấu trúc của ResNet-34
Cấu trúc của ResNet-34 bao gồm 34 lớp, trong đó có:
Một lớp Convolutional với kernel size là 7x7 và stride là 2, sau đó được theo sau bởi một
lớp MaxPooling với kernel size là 3x3 và stride là 2. Điều này giúp giảm kích thước của ảnh
đầu vào.
4 nhóm (group) của Residual blocks, với số lượng blocks tăng dần theo cấp số nhân 2, bắt
đầu từ 64, 128, 256 và 512 filters (hoặc channels) tương ứng.
Một lớp Global Average Pooling (GAP) để giảm kích thước cuối cùng của các feature
maps thành một vector đặc trưng duy nhất.
Một lớp Fully Connected (FC) để thực hiện phân loại các đặc trưng vào các lớp class.
Hình 3. 6: So sánh tổng quát accuracy của các model CNN thông dụng

30. CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
13
So với MobileNet v2 thì ResNet34 có độ chính xác cao hơn tuy nhiên lại có kích thước lớn
hơn.

31. CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
14
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
4.1. Yêu cầu của đề tài và Thông số thiết kế
4.1.1. Chức năng của robot
Robot sử dụng Camera độ sâu (Depth Camera) để nhận diện và xác đinh khoảng cách giữa
robot với chủ nhân. Từ đó sử dụng các thuật toán để điều hướng và điều khiển tốc độ phù hợp
nhằm mục đích duy trì khoảng cách với chủ nhân.
Có thể ứng dụng robot để hỗ trợ vận chuyển hàng hóa trong khuôn viên trường học, bệnh
viện, sân bay, nhà máy…giảm bớt gánh nặng cho cho con người.
4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật
Bảng 4. 1: Yêu cầu kỹ thuật của robot
Đại lượng Giá trị
Khối lượng robot ~35 kg
Khối lượng tải hàng hóa ~40 kg
Vận tốc (1 – 2) m/s
Kích thước(D×R×C) (90×60×60) cm
Đường kính bánh xe 14,5 cm
Thời gian làm việc (3-4) giờ
4.1.3. Giả thiết về khả năng vận hành của robot
Giả thiết ban đầu về khả năng vận hành của robot đó là nó có thể di chuyển linh hoạt trong
các môi trường đã đề ra.
Xe có thể tải được khối lượng hàng hóa như yêu cầu đặt ra.
Robot phải đảm bảo nhận diện và điều hướng đúng theo người cần đi theo, dừng lại khi có
vật cản quá gần hoặc tìm kiếm người cần theo dõi khi cách người đó một khoảng cách xa,
đảm bảo không hư hỏng hàng hóa trong quá trình vận chuyển.

32. CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
15
4.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện thiết kế hệ thống lái
4.2.1. Phương án 1: Sử dụng hệ thống bánh xích.
Hình 4. 1: Hệ thống bánh xích
Ưu điểm: Vượt địa hình tốt, hạn chế bị mắc lầy.
Nhược điểm: Thiết kế bánh xích phức tạp, di chuyển chậm, thiết kế bánh xích phức tạp,
khó tìm kiếm trên thị trường.
4.2.2. Phương án 2: Di chuyển 4 bánh với hệ thống lái ở cầu trước và bộ visai cho cầu
sau.
Hình 4. 2: Hệ thống lái xe 4 bánh
Ưu điểm: Xe hoạt động ổn định, trơn tru, tốc độ cao.

33. CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
16
Nhược điểm: Hệ thống visai và truyền động phức tạp, nếu không có visai thì bánh xe sẽ bị
trượt khi chuyển hướng, bánh kính quay lớn.
4.2.3. Phương án 3: Cơ cấu lái với 4 bánh chủ động.
Hình 4. 3: Hệ thống lái 4 bánh xe chủ động
Ưu điểm: Bán kính quay bằng 0, dễ dàng di chuyển theo người khi rẽ hướng.
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, mỗi bánh xe cần có động cơ dẫn hướng và dẫn động với ít
nhất 4 động cơ cho 4 bánh làm cho quá trình điều khiển trở nên phức tạp hơn, chí phí cao.
4.2.4. Phương án 4: Di chuyển bằng 2 bánh xe chủ động ở cầu sau và hai bánh xe tự lựa
ở cầu trước.
Hình 4. 4: Hệ thống lái có 2 bánh tự lựa
Ưu điểm: Di chuyển và chuyển hướng linh hoạt, bán kính quay nhỏ, tiết kiệm được số
lượng động cơ, thiết kế đơn giản và hiệu quả, không cần cơ cấu bẻ lái.
Nhược điểm: Khó điều khiển chạy thẳng bởi có hai động cơ độc lập, tốc độ di chuyển
không cao, xe dễ mất ổn định khi gặp địa hình không bằng phẳng.

34. CHƯƠNG 4. PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
17
4.3. Lựa chọn phương án thiết kế
Từ các phương án đã đưa ra, ở phạm vi thiết kế của đề tài cần robot có bán kính quay nhỏ
để có thể bán sát chuyển động của người cần theo dõi cũng như cần sự ổn định của robot vì
vậy nhóm quyết định chọn phương án 3.
Sau khi nhận diện được người cần theo dõi, tọa độ trọng tâm cũng như độ sâu khung hình
của người đã được nhận diện sẽ được xuất ra và chuyển cho vi điều khiển điều khiển động cơ
để xử lý các bước tiếp theo:
- Đối với tọa độ trọng tâm của người đã được nhận diện: robot sẽ so sánh tọa độ trọng
tâm đó và so sánh với tọa độ trọng tâm của khung hình camera từ đó tính được độ
lệch từ đó có thể điều khiển robot quay trái hoặc phải để người được nhận diện luôn
ở chính giữa khung hình camera.
- Đối với độ sâu của khung hình người đã nhận diện: từ thông số độ sâu sẽ tính ra
được vận tốc duy trì cần thiết để đảm bảo robot luôn đi theo người đó với một vận
tốc ổn định, dừng lại nếu thông số độ sâu quá gần cũng như tăng tốc để bắt kịp người
đó nếu họ đi quá xa khỏi robot.
4.4. Trình tự công việc tiến hành
Nghiên cứu robot hỗ trợ vận chuyển hàng trong và ngoài nước.
Chọn phương án thiết kế robot.
Tính toán công suất cần thiết để chọn động cơ.
Thiết kế khung robot.
Tổng quan về hệ thống điều khiển trên robot.
Thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp cho robot.
Thiết kế mạch điện điều khiển.
Lập trình ứng dụng xử lý ảnh để phân biệt được người.
Lập trình điều khiển robot.
Viết báo cáo.

35. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
18
CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
5.1. Xác định trọng tâm và điều kiện lật của robot.
Trọng tâm của xe là một trong những điều kiện quan trọng cần được xác định trong khi
thiết kế. Trong quá trình thiết kế trọng tâm cần được tính toán để càng thấp càng tốt, điều đó
giúp robot di chuyển ổn định và tăng khả năng bám đường khi đi qua các cung đường nghiêng,
tăng được góc nghiêng tối đa của xe. Dưới đây là hình ảnh phân tích tổng quát phân bố trọng
lượng của các bộ phận có trọng lượng đáng kể trong robot.
Hình 5. 1: Phân tích trọng tâm của robot (đơn vị: mm)

36. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
19
Bảng 5. 1: Bảng phân bố trọng lượng xe
STT Tên gọi
Trọng lượng
(N)
Vị trí (mm)
Kí
hiệu
Giá
trị
Xi
(mm)
Zi
(mm)
1 Trọng lượng Khung xe G1 300 395 227
2 Trọng lượng thùng chứa đầy hàng G2 400 305 417
3 Trọng lượng pin và mạch điều khiển. G3 20 705 327
4
Trọng lượng 2 bánh xe sau và 2 động cơ phía
sau
G4 40 110 73
5
Trọng lượng 2 bánh xe trước và 2 động cơ
phía trước
G5 40 653 73
Hình 5. 2: Phân tích lực và moment khi xe lên dốc
Trong đó:
Fdoc: Là lực cản khi xe lên dốc.

37. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
20
P: Là trọng lượng của toàn bộ xe.
N1, N2: Là phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước,
cầu sau.
MA: Là moment cản lăn ở bánh xe.
α: Góc dốc của mặt đường.
Hình 5. 3: Phân tích lực khi xe chuyển động trên đường nghiêng
Trong đó:
P: Là trọng lượng của toàn bộ xe.
N1, N2: Là phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên hai bánh xe.
MA: Là moment cản lăn ở bánh xe bên trái.
β: Góc nghiêng của mặt đường.
5.1.1. Khi xe không chở hàng
Trọng tâm của xe khi không chở hàng là:
Trọng tâm của xe theo phương X là:
𝐺𝑋 =
𝐺1𝑋1 + 𝐺3 𝑋3 + 𝐺4𝑋4 + 𝐺5 𝑋5
𝐺1 + 𝐺3 + 𝐺4 + 𝐺5
(5. 1)
=
300 × 395 + 20 × 705 + 40 × 110 + 40 × 653
400
= 407.8 [𝑚𝑚]

38. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
21
Trọng tâm của xe theo phương Z là:
𝐺𝑍 =
𝐺1 𝑍1 + 𝐺3 𝑍3 + 𝐺4 𝑍4 + 𝐺5 𝑍5
𝐺1 + 𝐺2 + 𝐺3 + 𝐺4 + 𝐺5
(5. 2)
=
300 × 227 + 20 × 327 + 40 × 73 + 40 × 73
400
= 201.2[𝑚𝑚]
Trọng tâm của xe theo phương Y là GY = 300 [mm]. Vì cần thiết kế xe luôn đảm bảo cân
bằng đối xứng hai bên xe để đảm bảo xe di chuyển ổn định.
Góc nghiêng cho phép để xe không bị lật.
- Trường hợp 1: Khi xe lên dốc
Điều kiện lật: N1 = 0.
∑𝑀𝐴 > 0 ⇒ 𝐹𝑑𝑜𝑐ℎ − 𝑃𝑍𝑎1 > 0 (5. 3)
⇔ 𝑚𝑔 sin(𝑎) ℎ > 𝑚𝑔 𝑐𝑜𝑠(𝛼) 𝑎1 (5. 4)
⇔
sin 𝛼
cos 𝛼
>
𝑎1
ℎ
(5. 5)
⇔ 𝑡𝑎𝑛 𝛼 >
297.8
201.2
= 1.48 ⇒ 𝛼 > 56°
Vậy để xe không lật thì độ dốc tối đa mà xe có thể đi được là αmax = 55º.
Chênh lệch độ cao tối đa giữa bánh trước và bánh sau so với mặt phẳng ngang để xe không
bị lật là:
ℎ1 = 𝐿 𝑠𝑖𝑛(𝛼) = 580 × 𝑠𝑖𝑛(57.3) = 480.8[𝑚𝑚] (5. 6)

39. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
22
- Trường hợp 2: Khi xe di chuyển trên đường nghiêng không chở hàng
Điều khiện lật: N2 = 0
∑MA > 0 ⇒ Pyh − Pzb > 0 (5. 7)
⇔ 𝑚𝑔 sin 𝛽 ℎ > 𝑚𝑔 𝑐𝑜𝑠 𝛽 𝑏 (5. 8)
⟺
sin(𝛽)
cos(𝛽)
>
𝑏
ℎ
⟨=⟩ 𝑡𝑎𝑛(𝛽) >
355
201
= 1.76 => 𝛽 > 60°
Vậy để xe không lật thì góc nghiên tối đa mà xe đi được là βmax = 60º.
Chênh lệch độ cao tối đa giữa hai bánh xe trên 1 cầu so với mặt phẳng ngang để xe không
bị lật là:
ℎ2 = 𝐴𝐵 𝑠𝑖𝑛(𝛽) = 710 × 𝑠𝑖𝑛(60) = 614.87[𝑚𝑚] (5. 9)
5.1.2. Khi xe chở đầy hàng
Trọng tâm của xe khi chở đầy hàng
Trọng tâm của xe theo phương X là:
𝐺𝑋 =
𝐺1 X1 + G2X2 + G3X3 + G4X4 + G5X5
𝐺1 + 𝐺2 + 𝐺3 + 𝐺4 + 𝐺5
(5. 10)
=
300 × 395 + 400 × 305 + 20 × 705 + 40 × 110 + 40 × 635
800
= 355.5 [mm]
Trọng tâm của xe theo phương Z là:
𝐺𝑍 =
𝐺1. Z1 + G2. Z2 + G3. Z3 + G4. Z4 + G5. Z5
𝐺1 + 𝐺2 + 𝐺3 + 𝐺4 + 𝐺5
= 309.1[𝑚𝑚] (5. 11)
Trọng tâm của xe theo phương Y là: GY = 300 [mm]. Vì cần thiết kế xe luôn đảm bảo cân
bằng đối xứng hai bên xe để đảm bảo xe di chuyển ổn định.
Góc nghiêng cho phép để xe không bị lật.
- Trường hợp 1: Khi xe lên dốc.
Điều kiện lật: N1 = 0.
∑𝑀𝐴 > 0 ⇒ 𝐹𝑑𝑜𝑐ℎ − 𝑃𝑦𝑎1 > 0 (5. 12)
⟺ 𝑚𝑔 sin(𝛼) ℎ > 𝑚𝑔 cos(𝛼) 𝑎1 (5. 13)
⇔
sin(𝛼)
cos(𝛼)
>
𝑎1
ℎ
(5. 14)

40. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
23
⇔ 𝑡𝑎𝑛(𝛼) >
245.5
309.1
= 0.79 ⇒ 𝛼 > 38.3°
Vậy để xe không lật thì độ dốc tối đa mà xe có thể đi được là αmax = 38º
Chênh lệch độ cao tối đa giữa bánh trước và bánh sau so với mặt phẳng ngang để xe không
bị lật là:
ℎ1 = 𝐿 𝑠𝑖𝑛(𝛼) = 580 × 𝑠𝑖𝑛(38) = 357.1 [𝑚𝑚] (5. 15)
- Trường hợp 2: Khi xe di chuyển trên đường nghiêng
Điều khiện lật: N2 = 0
∑𝑀𝐵 > 0 ⇒ 𝑃𝑦ℎ − 𝑃𝑧𝑏 > 0 (5. 16)
⟺ 𝑚𝑔 sin(𝛽) ℎ > 𝑚𝑔 cos(𝛽) 𝑏 (5. 17)
⟺
sin 𝛽
cos 𝛽
>
𝑏
ℎ
(5. 18)
Vậy để xe không lật thì góc nghiên tối đa mà xe đi được là βmax = 45º.
Chênh lệch độ cao tối đa giữa hai bánh xe trên 1 cầu so với mặt phẳng ngang để xe không
bị lật là:
ℎ2 = 𝐴𝐵 𝑠𝑖𝑛(𝛽) = 710 × 𝑠𝑖𝑛(45) = 502 [𝑚𝑚] (5. 19)

41. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
24
5.2. Tính toán công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền
Hình 5. 4: Sơ đồ phân tích các lực và moment tác dụng lên robot khi lên dốc
Trong trường hợp lên dốc, robot sẽ chịu các lực cản dốc tạo bởi góc nghiêng α. Khi robot
di chuyển nếu bỏ qua sự trượt của bánh xe sẽ xuất hiện lực ma sát tác dụng lên hai bánh xe.
Trong trường hợp robot di chuyển lên dốc, bánh xe theo chiều kim đồng hồ, khi đó cần một
lực ma sát trên mặt đường cản lại chiều quay của bánh xe để đẩy robot tiến về phía trước, vì
vậy fms có hướng ngược lại so với chiều quay của bánh xe.
Trong đó:
P: Là trọng lượng của toàn bộ robot.
Fk: Là lực kéo tiếp tuyến tác động lên bánh xe.
fms1: Là lực cản lăn ở bánh xe trước.
fms2: Là lực cản lăn ở bánh xe sau.
Fdoc: Là lực cản khi xe lên dốc.
N1, N2: Là phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở trước và sau.
MA: Là moment cản lăn ở bánh xe sau.
MB: Là moment cản lăn ở bánh xe trước.
α: Là góc nghiêng của bề mặt dốc.
L: Là khoảng cách giữa hai trục bánh xe robot.
h: Là khoảng cách từ mặt đất đến trọng tâm của robot.

42. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
25
5.2.1. Các lực tác dụng lên robot (khi tăng tốc và khi leo dốc)
Tại trọng tâm có: Trọng lượng P = m.g, được phân thành
𝑃𝑋 = 𝑚𝑔 sin 𝛼 (5. 20)
𝑃𝑍 = 𝑚𝑔 cos 𝛼 (5. 21)
Lực cản quán tính của xe là:
𝐹𝑞𝑡 = 𝑚𝑎 [𝑁] (5. 22)
Lực kéo tiếp tuyến được tính theo công thức 4.1 [1] trang 53:
𝐹𝑘 =
𝑀𝑒 𝑢𝑡𝑙 ր𝑡𝑙
𝑟
[𝑁] (5. 23)
Tải trọng pháp tuyến N1, N2:
𝑁1 + 𝑁2 = mg cosα [N] (5. 24)
Lực cản lăn tổng được tính theo công thức 4.4 [1] trang 53:
𝐹𝑚𝑠𝑡 = (𝑁1 + 𝑁2)µ = mg cosα µ [N] (5. 25)
Lực cản lên dốc được tính theo công thức 4.8 [1] trang 54:
𝐹𝑑𝑜𝑐 = 𝑃𝑥 = mg sinα [N] (5. 26)
Trong đó :
μ = 0.015: hệ số cản lăn giữa bánh xe cao su với đường.
Me: Moment xoắn tác dụng lên động cơ (N.m).
utl: Tỉ số truyền của bộ truyền.
ntl: Hiệu suất của bộ truyền (0 - 1).
r: Bán kính bánh xe (m).
Vì xe di chuyển với tốc độ chậm và kích thước robot nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không
khí, giả sử bánh xe robot không bị trượt trong quá trình di chuyển, ta có phương trình cân
bằng lực kéo được tính theo công thức 4.43 [1] trang 60:
𝐹𝑘 = 𝐹𝑚𝑠 ± 𝐹𝑞𝑡 ± 𝐹𝑑𝑜𝑐 (5. 27)
Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe dùng để khắc phục các lực cản chuyển động, biểu thức
cân bằng giữa lực kéo ở các bánh xe và các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực
kéo.

43. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
26
- Xét dấu cho Fqt: khi robot tăng tốc Fqt > 0, khi robot giảm tốc Fqt < 0.
- Xét dấu cho Fdoc: khi robot lên dốc Fdoc > 0, khi robot xuống dốc Fdoc < 0.
5.2.2. Tính toán moment xoắn và công suất cho động cơ
Trường hợp 1: Giả sử khi robot lên dốc vận tốc không đổi, suy ra Fqt = 0.
𝐹𝑘 =
𝑀𝑒𝑢𝑡𝑙𝜂𝑡𝑙
𝑟
= 𝐹𝑚𝑠 + 𝐹𝑑𝑜𝑐 = 𝑚𝑔 cosα 𝜇 + 𝑚𝑔 sinα (5. 28)
⇔ 𝐹𝑘 = 80 × 10 × cos15° × 0.015 + 80 × 10 × sin15° = 218.6 [𝑁]
Công suất kéo cần thiết để xe lên dốc với tốc độ không đổi 1 m/s là:
𝑃𝑘 = 𝐹𝑘 𝑣 = 218.6 × 1 = 218.6 [𝑊] (5. 29)
Suy ra công suất cần thiết của mỗi động cơ là:
𝑃𝑒 =
𝑃𝑘
4
=
218.6
4
= 54[𝑊] (5. 30)
Moment cần thiết của mỗi động cơ là:
𝑀𝑒 =
𝐹𝑘𝑟
4 𝑢𝑡𝑙 𝜂𝑡𝑙
=
218.6 × 0.0725
4 × 1 × 1
= 3.96[𝑁𝑚] (5. 31)
Trường hợp 2: Giả sử khi robot chuyển động trên đường thẳng và tăng tốc
(a ≠ 0), xe đạt vận tốc 1,3 m/s trong khoảng thời gian 2s, ta có gia tốc của xe là:
𝑎 =
𝑣 − 𝑣0
𝑡 − 𝑡0
=
1.3 − 0
2 − 0
= 0.65[𝑚/𝑠2] (5. 32)
Từ các điều kiện trên ta có phương trình cân bằng lực kéo là:
𝐹𝑘 =
𝑀𝑒𝑢𝑡𝑙𝜂𝑡𝑙
𝑟
= 𝐹𝑚𝑠 + 𝐹𝑞𝑡 = 𝑚𝑔 µ + 𝑚𝑎 (5. 33)
⇔ 𝐹𝑘 = 80 × 10 × 0.015 + 80 × 0.2 = 28 [𝑁]
Công suất kéo cần thiết lên bánh xe là:
𝑃𝑘 = 𝐹𝑘 𝑣 = 28 × 1.3 = 36.4[𝑊] (5. 34)
Suy ra công suất cần thiết của mỗi động cơ là:
𝑃𝑒 =
𝑃𝑘
4 𝜂𝑡𝑙
=
36.4
4 × 1
= 9.1 [𝑊] (5. 35)
Moment cần thiết của mỗi động cơ tác dụng lên mỗi bánh xe là:

44. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
27
𝑀𝑒 =
𝐹𝑘𝑟
𝑢𝑡𝑙 𝜂𝑡𝑙
=
28 × 0.0725
1 × 1
= 2.03 [𝑁𝑚] (5. 36)
Tốc độ của động cơ cần thiết để đạt vận tốc v = 1.3 m/s là:
𝑛1 =
60 × 1000 × 𝑣 × 𝑢𝑡𝑙
2𝜋𝑟
=
60 × 1000 × 1.3 × 1
2 𝜋 × 145
= 85.6 ≈ 86 [𝑅𝑃𝑀] (5. 37)
Vậy chọn động cơ có các thông số theo yêu cầu sau:
Pe > 54 W; Me > 3.96 Nm ; n1 > 86 RPM
Chọn động cơ cho robot có thông số như sau:
Bảng 5. 2: Thông số động cơ truyền động cho bánh xe
STT THÔNG SỐ GIÁ TRỊ
1 Loại động cơ DC servo
2 Công suất 60W
3 Moment xoắn 9.3 Nm
4 Điện áp định mức 24V
5 Độ phân giải Encoder 13ppr
6 Tỉ số truyền 19.2: 1
Hình 5. 5: Hình ảnh thực tế của động cơ Planet

45. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
28
5.3. Tính toán lựa chọn lò xo giảm xóc
5.3.1. Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc
Xét trong trường hợp xe chở hàng với tải trọng tối đa 40kg, trọng lượng của xe là 40kg khi
đó tổng trọng lượng là 80kg tương đương với P= 800N phân bố đều lên 4 bánh xe dẫn đến
sinh ra phản lực tại 4 bánh xe. Từ đó có thể suy ra được phản lực tại mỗi bánh xe sẽ là:
𝑌
𝐴 = 𝑌𝐵 =
𝑃
4
=
800
4
= 200 (𝑁) (5. 38)
Với:
P: là trọng lực của xe và hàng hóa.
𝑌
𝐴: là phản lực tại bánh xe A.
𝑌𝐵: là phản lực tại bánh xe B.
Hình 5. 6: Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc

46. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
29
Tính toán lực tác dụng lên giảm xóc tại bánh xe A:
Giả thiết JK là thanh cứng và giải phóng liên kết tại điểm J là một khớp xoay và H cũng là
1 khớp xoay.
Trường hợp robot chở khối lượng hàng tối đa (40kg) thì P= 800 (N).
𝑌
𝐴 =
𝑃
4
=
800
4
= 200(𝑁) (5. 39)
Ta có phương trình cân bằng moment tại H:
∑ 𝑀𝐻 = 0 ⇒ 𝑌
𝐴(86 + 144) − 𝑁𝐾 × 144 = 0 (5. 40)
⇒ 𝑌
𝐴(86 + 144) = 𝑁𝐾 × 144
⇒ 200 × (86 + 144) = 𝑁𝐾 × 144
⇒ 𝑁𝐾 = 319.4 (𝑁)
5.3.2. Tính toán lựa chọn và kiểm nghiệm độ bền của lò xo
5.3.2.1. Giới thiệu và phân loại lò xo
Lò xo là chi tiết rất phổ biến ngoài đời sống và xuất hiện rất nhiều trong các cụm máy móc
ngày nay. Các chức năng của lò xo như:
- Tạo lực ép (trong bộ li hợp của xe gắn máy, oto, phanh…)
- Giảm chấn và dao động (trong giảm xóc của hầu hết các loại xe gắn máy, oto,
tàu hỏa…)
Hình 5. 7: Phân tích lực tác dụng lên giảm xóc tại bánh xe A

47. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
30
- Tích lũy cơ năng (trong đồng hồ cơ…)
- Đo lực, đo khối lượng (trong lực kế, cân …)
Chính vì vậy có rất nhiều kiểu phân loại lò xo, điển hình là những kiểu phân loại như:
- Phân loại theo ứng xuất sinh ra trong dây lò xo: lò xo xoắn, lò xo kéo, lò xo nén…
- Phân loai theo kết cấu: lò xo xoắn ốc phẳng, lò xo xoắn ốc trụ, lò xo dĩa…
Lò xo xoắn ốc là loại lò xo có đường kính dây và bước lò xo không đổi, thường được cuộn
từ dây thép tròn hoặc chữ nhật. Trên thực tế dây thép có tiết diện tròn có giá rẻ hơn và cũng
chịu xoắn tốt hơn, lò xo xoắn ốc được cuộn từ dây thép hình chữ nhật chỉ sử dụng trong trường
hợp cần lực nén lớn.
Nhằm mục đích giảm chấn, triệt tiêu rung động trên toàn thân xe, đảm bảo độ ổn định của
xe và giúp mở rộng phạm vi hoạt động của xe, giúp xe có thể hoạt động trong nhiều điều kiện
địa hình khác nhau nhóm tác giả lựa chọn sử dụng lò xo xoắn ốc nén - loại lò được sử dụng
hầu hết trên các bộ giảm xóc trên oto hiện nay.
Bảng 5. 3: Những thông số cần quan tâm khi sử dụng lò xo xoắn ốc nén
Kí hiệu Đơn vị Hệ số - đại lượng
d mm Đường kính dây
D mm Đường kính trung bình
c Chỉ số của lò xo
n Vòng Số vòng làm việc của lò xo
Hình 5. 8: Lò xo xoắn ốc nén tiết diện tròn

48. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
31
p mm Bước của lò xo
tan (𝛾) Độ Góc nâng vòng xoắn ốc
H mm Chiều dài (cao) của lò xo
𝐾𝑑 Hệ số ảnh hưởng của lực cắt
𝛼𝑏 MPa Giới hạn bềm của vật liệu làm lò xo
Các trạng thái của lò xo trong quá trình hoạt động:
Hình 5. 9: Chiều cao của lò xo dưới tải trong tác dụng khác nhau
a) Tải trọng F=0; b) Ban đầu F min; c) Làm việc F; d) Các vòng sít nhau
5.3.2.2. Tính toán và kiểm nghiệm về độ bền
Khi 1 dây kim loại có tiết diện tròn có đường kính d được uốn thành lò xo xoắn ốc, ứng
suất lớn nhất được xác định theo công thức:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
8𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
(5. 41)
Với 𝐾𝑑 và c được xác định theo công thức:

49. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
32
{
𝐾𝑑 =
𝑐 + 0.5
𝑐
𝑐 =
𝐷
𝑑
(5. 42)
Đồng thời chỉ số của lò xo c được chọn dựa trên đường kính dây d.
Để đảm bảo độ bền của lò xo trong suốt quá trình làm việc, ứng suất lớn nhất (𝜏𝑚𝑎𝑥) phải
nhỏ hơn ứng xuất cho phép của lò xo [𝜏]:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
8𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ [𝜏] (5. 43)
[𝜏] = 0.5𝛼𝑏 (5. 44)
Từ (5.43) và (5.44) suy ra:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
8𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ 0.5 𝛼𝑏 ⇒ 𝜏𝑚𝑎𝑥 =
16𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ 𝛼𝑏 (5. 45)
Trong đó 𝛼𝑏 là giới hạn bền của vật liệu làm lò xo, xác định theo bảng sau:
Đường kính dây d được chọn theo tiêu chuẩn: 1.8; 2; 2.3; 2.5; 2.8; 3; 3.5; 4; 4.5; 5; 5.6…
Căn cứ vào lực tác dụng lên bộ giảm xóc lớn nhất:
𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝑁𝐾 = 319.4 (𝑁) (5. 46)
Lựa chọn lò xo được cuộn từ dây thép tiết diện tròn có đường kính dây d = 2.5 - 4mm và
giới hạn bền 𝛼𝑏 = 1600 (𝑀𝑃𝑎).
Hình 5. 10: Thông tin chọn chỉ số lò xo c
Hình 5. 11: Cơ tính của vật liệu làm lò xo

50. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
33
Kiểm nghiệm độ bền của lò xo:
Trường hợp 1: đường kính dây d = 4 và chỉ số lò xo c = 10
Ta có:
𝑐 =
𝐷
𝑑
⇒ 10 =
𝐷
4
⇒ 𝐷 = 40 (𝑚𝑚) (5. 47)
𝐾𝑑 =
𝑐 + 0.5
𝑐
=
10 + 0.5
10
= 1.05 (5. 48)
Xét độ bền:
Theo phân tích lực, lực tác dụng lên thanh cứng JK cũng chính là lực tác dụng lên lò xo do
đó có thể xác định:
𝐹 = 𝑁𝐴 = 319.4 (𝑁) (5. 49)
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
16𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ 𝛼𝑏 ⇒
16 × 319.4 × 1.05 × 40
𝜋 × 43
≤ 1600 (5. 50)
=> 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 1067,5 ≤ 1600 ⇒ thỏa điều kiện bền.
Trường hợp 2: đường kính dây d = 2.5 và chỉ số lò xo c = 10
Ta có:
𝑐 =
𝐷
𝑑
⇒ 10 =
𝐷
2.5
⇒ 𝐷 = 25 (𝑚𝑚) (5. 51)
𝐾𝑑 =
𝑐 + 0.5
𝑐
=
10 + 0.5
10
= 1.05 (5. 52)
Xét độ bền:
Theo phân tích lực, lực tác dụng lên thanh cứng JK cũng chính là lực tác dụng lên lò xo,
do đó có thể xác định:
𝐹 = 𝑁𝐴 = 279.5 (𝑁) (5. 53)
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
16𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ 𝛼𝑏 ⇒
16 × 319.4 × 1.05 × 25
𝜋 × 2.53
≤ 1600 (5. 54)
⇒ 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 2732.8 ≤ 1600 ⇒ không thỏa điều kiện bền.
Trường hợp thực tế:
Từ kết quả tính toán trong 2 trường hợp kết hợp với việc khảo sát những loại lò xo hiện có
trên thị trường có thể lựa chọn lò xo có kích thước đường kính dây d = 3.5 mm và D = 32mm.
Tính toán lại để kiểm nghiệm độ bền:

51. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
34
𝑐 =
𝐷
𝑑
=
32
3.5
= 9.14 (𝑚𝑚) (5. 55)
𝐾𝑑 =
10.6 + 0.5
10.6
= 1.05 (5. 56)
Xét độ bền:
Theo phân tích lực, lực tác dụng lên thanh cứng JK cũng chính là lực tác dụng lên lò xo.
Do đó có thể xác định:
𝐹 = 𝑁𝐴 = 279.5 (𝑁) (5. 57)
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
16𝐹𝐾𝑑𝐷
𝜋𝑑3
≤ 𝛼𝑏 ⇒
16 × 319.4 × 1.05 × 32
𝜋 × 3.53
≤ 1600 (5. 58)
⇒ 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 1274 ≤ 1600 ⇒ thỏa điều kiện bền.
5.4. Tính toán và kiểm nghiệm độ bền của trục.
Chọn loại vật liệu làm trục: Ở đây nhóm chọn loại thép C45 được ứng dụng nhiều trong
công nghiệp bởi độ bền, độ dẻo, độ cứng rất phù hợp cho gia công cơ khí, chế tạo chi tiết
máy, thép C45 có ứng suất cho phép [δ] = 360 (MPa).
Xét trong trường hợp xe chở hàng với tải trọng tối đa 40kg, khi đó tổng trọng lượng là
80kg tương đương với P = 800N phân bố đều lên 4 bộ giảm xóc. Từ đó có thể suy ra được
lực tác dụng lên trục: 𝐹 =
𝑃
4
=
800
4
= 200 (𝑁) (5. 59)
Hình 5. 12: Mô hình phân tích lực tác dụng lên trục

52. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
35
Hình 5. 13: Biểu đồ ứng suất trên trục dẫn động
Từ mô hình hóa như hình 5.11, ta có thể phân tích sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục như
hình 5.12,trong đó:
- A, C là 2 ổ bi đỡ chặn.
- B là điểm kết nối giảm xóc với trục.
Xét tổng moment tại A:
∑𝑀𝐴 = 0 → −𝑌𝐶 × 0.05 + 𝐹 × 0.025 = 0 (5. 60)
⇔ −𝑌𝐶 × 0.05 + 200 × 0.025 = 0 ⇒ 𝐹𝐶 = 100(𝑁) (5. 61)
Tổng hợp lực theo phương Y, ta có:
∑𝐹𝑦 = 0 ⇒ 𝑌
𝐴 + 𝑌𝐶 − 𝐹 = 0 (5. 62)
⇔ 𝑌
𝐴 + 100 − 200 = 0 ⇒ 𝐹𝐴 = 100(𝑁) (5. 63)
Tính moment tương đương tại tiết diện nguy hiểm:
𝑀𝑥
𝐵
= 𝑀𝐴
+ 𝑆𝐴
𝐵 = 0 + 100 × 25 = 2500(𝑁𝑚𝑚) (5. 64)
Từ công thức 10.15 [2] và 10.16 [2] trang 194, ta có moment tương tại tiết diện nguy hiểm
là:

53. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
36
𝑀𝑡𝑑 = √𝑀𝑥
2
+ 𝑀𝑦
2
+ 0.75𝜏2
2
= √𝑀𝑥
2
2
= 𝑀𝑥 = 2500 (𝑁𝑚𝑚) (5. 65)
Tính toán đường kính trục cho phép, áp dụng công thức 10.17 [2] trang 194:
𝑑 ≥ √
𝑀𝑡𝑑
0.1 × [𝛿]
3
= √
2500
0.1 × 360
3
= 4.1 (𝑚𝑚) (5. 66)
Vậy đường kính trục tối thiểu 𝑑𝑚𝑖𝑛 = 5 (𝑚𝑚).
Từ những tính toán trên lựa chọn trục có đường kính 8mm để đảm bảo độ bền đồng thời
phù hợp với loại giảm xóc đang sử dụng có đường kính lỗ là ∅8 𝑚𝑚.

54. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
37
CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
6.1. Sơ đồ khối hệ thống điện điều khiển
Hình 6. 1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điện điều khiển
Hệ thống điện của robot gồm 5 khối:
Khối 1 là khối nguồn cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống:
- Nguồn 24VDC từ Pin Li-Ion: cấp nguồn cho 4 mạch H-Bridge điều khiển 4 động
cơ, hệ thống đèn báo và mạch đo dung lượng Pin.
- Mạch Buck Converter: hạ áp từ nguồn 24VDC Pin Li-Ion sang 5VDC với công suất
tối đa 200W, cung cấp điện cho toàn bộ các Board mạch điều khiển (Jetson Nano,
STM32), camera, encoder sensor.
Khối 2 là khối cảm biến chính của robot: Intel RealSense Camera D435 thu dữ liệu hình
ảnh từ môi trường và dữ liệu này được xử lí trên Board Jetson Nano.
Khối 3 là khối xử lí dữ liệu chính: Board Jetson Nano tính toán, xử lí dữ liệu từ camera và
truyền tham số điều khiển (tốc độ động cơ).
Khối 4 là khối điều khiển: Board STM32 nhận về tín hiệu tốc độ từ khối 2 và điều khiển
tốc độ động cơ sử dụng PID.
Khối 5 là cơ cấu chấp hành: gồm 4 động cơ Servo DC và cụm HMI (Human-Machine
Interface) gồm 3 đèn báo trạng thái hệ thống và mạch đo điện áp thể hiện dung lượng hiện tại của
Pin.

55. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
38
6.2. Khối nguồn
6.2.1. Nhiệm vụ
Như đã trình bày ở sơ đồ khối hệ thống, khối nguồn có nhiệm vụ cấp nguồn điện cho cả hệ
thống. Trong đó, khối nguồn chính là Pin Li-Ion 6S 24VDC cấp nguồn cho khối chấp hành,
và thông qua mạch hạ áp sang 5VDC để cấp nguồn cho toàn bộ các board mạch điện khác.
6.2.2. Tính toán, lựa chọn thiết bị
6.2.2.1. Khối pin 24VDC
Công suất hoạt động của các linh kiện được ước tính như sau:
Bảng 6. 1: Ước tính công suất tiêu thụ các linh kiện
Thiết bị Công suất tiêu thụ Ghi chú
4x Động cơ Planet 24VDC 60W/ động cơ Công suất định mức
Board Jetson Nano 20W 5V 4A
Board STM32F411RE NUCLEO 2.5W 5V 0.5A
Camera Intel RealSense D435 5W 5V 1A
3x Relay 1W/ relay 5V 0.2A
Các Mạch và thiết bị điện còn lại Bỏ qua do công suất tỏa nhiệt nhỏ
Tổng công suất tối đa sử dụng:
𝑃 = 60 × 4 + 20 + 2.5 + 5 + 1 × 3 = 270.5 (𝑊) (6. 1)
Công thức tính dung lượng pin cần thiết:
𝐴 =
𝑃𝑇
𝜂𝑉
(6. 2)
Trong đó:
A: Dung lượng pin (Ah)
P: tổng công suất tiêu thụ (W)
T: thời gian hoạt động (h)

56. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
39
V: điện áp cung cấp của pin (V)
𝜂 hệ số sử dụng, chọn 𝜂 = 0.7
Giả sử với T = 1h là thời gian robot có thể hoạt động liên tục với công suất như trên.
Dung lượng pin cần thiết:
𝐴 =
𝑃𝑇
𝜂𝑉
=
270.5 × 1
0.7 × 24
= 16.8 (𝐴ℎ) (6. 3)
Chọn loại pin Li-Ion có thể sạc lại được. Căn cứ vào dung lượng cần thiết, các yêu cầu và
phù hợp với thị trường, chọn loại pin 18650 có dung lượng 5000 mAh và điện áp định mức 3.7
- 4.2V/ viên.
Hình 6. 2: Pin 18650 của UltraFire
Với các thông số của loại pin được chọn, để đáp ứng mức điện áp 24VDC, số lượng pin cần
thiết
24
4.2
= 5.7 (viên). Vì vậy, cần 6 viên pin 4.2V mắc nối tiếp nhau để tạo thành khối pin
24VDC. Để đáp ứng gần đúng với dung lượng pin đã tính toán và phù hợp với các mức dung
lượng pin có sẵn trên thị trường, cần 3 dãy pin được mắc song song. Cuối cùng, khối pin có các
thông số:
Bảng 6. 2: Thông số khối pin đã chọn
Thông số Giá trị Ghi chú
Điện áp 24 VDC 6 × 3 = 18 viên pin 18650
Gồm 3 dãy pin mắc song
song, mỗi dãy 6 viên có dung
lượng 5000 mAh.
Dung lượng 15Ah

57. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
40
Hình 6. 3: Hình ảnh thực tế của khối pin, kèm mạch cân bằng cell pin và mạch sạc
6.2.2.2. Mạch hạ áp DC-DC
Các thiết bị điện, cảm biến và board vi xử lý trong hệ thống đều sử dụng nguồn với mức điện
áp 5V. Vì vậy, cần sử dụng mạch hạ áp DC-DC. Dòng điện và công suất tiêu thụ của các thiết
bị điện trong mạch có thể ước tính như sau:
Bảng 6. 3: Ước tính công suất các thiết bị sử dụng nguồn 5VDC
Thiết bị Dòng điện/ Công suất
Board Jetson Nano 4A/ 20W
Board STM32F411RE NUCLEO 0.5A/ 2.5W
Camera Intel RealSense D435 1A/ 5W
3x Relay 0.2A/ 1W/ relay
Các Mạch điện còn lại Bỏ qua do công suất tỏa nhiệt nhỏ
Tổng công suất của các thiết bị điện trong hệ thống là 20 + 2.5 + 5 + 1 × 3 = 30.5 (𝑊).
Để đáp ứng nhu cầu về dòng điện và đảm bảo an toàn, lựa chọn mạch buck converter XH-
M404 XL4016E1 có thông số:

58. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
41
Bảng 6. 4: Thông số mạch buck converter XH-M404 XL4016E1
Thông số Giá trị Ghi chú
Điện áp đầu vào 4-40 VDC Đầu vào sử dụng: 24V
Điện áp đầu ra 1.25-36 VDC Đầu ra sử dụng: 5V
Công suất tối đa 200W
Các tính năng khác Hiển thị mức điện áp ngõ ra thông qua Led 7 đoạn tích hợp.
Chống ngắn mạch
Chống ngược cực
Bảo vệ quá nhiệt (tự động ngắt điện ngõ ra)
Hình 6. 4: Hình ảnh thực tế của mạch buck converter XH-M404 XL4016E1
6.3. Khối cảm biến chính
6.3.1. Nhiệm vụ
Như đã trình bày ở sơ đồ khối hệ thống, khối cảm biến (Intel Realsense Camera D435) hoạt
động như mắt của robot, giúp robot phát hiện được người cần bám theo dựa vào hai thông tin:
ảnh màu của đối tượng và ảnh độ sâu của đối tượng.

59. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
42
6.3.2. Intel RealSense Camera D435
Intel RealSense D435 thuộc dòng camera D400 series của Intel, được thiết kế từ phản hồi và
kiến thức thu được từ hơn 10 năm phát triển Stereo Camera. Realsense Camera D435 là một hệ
thống Stereo Vision Depth Camera. Stereo Camera là loại máy ảnh có hai hoặc nhiều cảm biến
hình ảnh. Điều này cho phép máy ảnh mô phỏng thị giác hai mắt con người và do đó mang lại
cho nó khả năng cảm nhận độ sâu.
Hình 6. 5: Hình ảnh thực tế Intel RealSense Dept Camera D435
Những ứng dụng phổ biến của D435:
- Drones (máy bay không người lái)
- Robots
- Giám sát
- Thực tế ảo
- Ngoại vi cho máy tính
Về cấu tạo, RealSense Camera bao gồm 3 thành phần riêng biệt: ống kính thường, ống kính
hồng ngoại và ống kính laser hồng ngoại. Khi kết hợp với nhau, những ống kính này cho phép
thiết bị suy ra chiều sâu bằng cách phát hiện ánh sáng hồng ngoại được phản xạ trở lại từ đối
tượng phía trước nó.
Thông số kỹ thuật Realsense Camera D435 cần quan tâm:
- Môi trường sử dụng: Trong nhà hoặc ngoài trời
- Khoảng cách hoạt động lí tưởng của camera: 0.6 – 6m
- Tỷ lệ khung hình RGB: 30 fps
- Độ phân giải khung hình: 1280 × 800
- Kích thước: 124 mm × 26 mm × 29 mm

60. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
43
- Độ phân giải cảm biến RGB: 1 MP
- Tầm nhìn sâu: 87° x 58° (theo chiều ngang x chiều dọc camera)
6.4. Khối xử lý dữ liệu
6.4.1. Nhiệm vụ
Như đã được trình bày trong sơ đồ khối, khối xử lý dữ liệu được triển khai trên Board
NVIDIA Jetson Nano, chức năng của nó tương đương với bộ não của robot. Bằng cách sử
dụng dữ liệu từ khối cảm biến camera, Jetson Nano cho phép robot cảm nhận môi trường hoạt
động, định vị và xác định vị trí của robot so với người. Nó cũng đóng vai trò trong việc điều
khiển và hướng dẫn robot bằng cách tính toán và gửi dữ liệu vận tốc cài đặt tới board STM32,
một phần của khối điều khiển, thông qua giao tiếp chuẩn UART.
6.4.2. Board NVIDIA Jetson Nano
Máy tính nhúng (Embedded Computer) là một hệ thống máy tính nhỏ gọn được tích hợp
trên một bo mạch, được thiết kế để phục vụ một yêu cầu, ứng dụng hoặc chức năng cụ thể.
Ví dụ như Raspberry Pi, NVIDIA Jetson và các sản phẩm tương tự. Máy tính nhúng có ưu
điểm là nhỏ gọn nhưng tích hợp nhiều tính năng. Một số máy tính nhúng còn hỗ trợ GPU
(Graphics Processing Unit) để xử lý đồ họa và các tác vụ liên quan đến thị giác máy tính, trí
tuệ nhân tạo, v.v. Do kích thước nhỏ gọn, máy tính nhúng thích hợp cho ứng dụng trong nhiều
ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm công nghệ xe tự hành, máy móc công nghiệp, thiết bị
y tế thông minh, máy bay không người lái, hệ thống IoT và nhiều hơn nữa.
NVIDIA Jetson Nano là một máy tính nhúng được phát triển bởi NVIDIA, với mục đích
chạy các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) và cho phép chạy đồng thời nhiều mạng neural cùng
với xử lý đa cảm biến có độ phân giải cao trên cùng một nền tảng. Đặc điểm của Jetson Nano
là dễ sử dụng và tiêu thụ điện năng ít hơn 5W.
Jetson Nano được hỗ trợ bởi NVIDIA JetPack, một bộ công cụ phần mềm với hệ điều hành
Linux, bao gồm các gói hỗ trợ cho bo mạch (BSP), CUDA, cuDNN và thư viện phần mềm
TensorRT cho deep learning, computer vision, GPU computing, xử lý đa phương tiện và nhiều
ứng dụng khác. SDK cũng bao gồm khả năng cài đặt các framework mã nguồn mở Machine
Learning (ML) như TensorFlow, PyTorch, Caffe/Caffe2, Keras và MXNet, giúp nhà phát
triển tích hợp các mô hình AI và framework một cách dễ dàng.

61. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
44
Hình 6. 6: Hình ảnh thực tế của NVIDIA Jetson Nano Embedded Computer
Các kết nối của board Jetson Nano với khối camera và giao tiếp với STM32 được mô tả
như sau:
Hình 6. 7: Sơ đồ khối mô tả các kết nối giữa Jetson Nano và STM32 Board
6.5. Khối điều khiển
6.5.1. Nhiệm vụ
Khối điều khiển bao gồm board vi điều khiển STM32F411RE, 4 mạch cầu H điều khiển 4
động cơ DC Servo, và cụm 3 đèn báo trạng thái hệ thống điều khiển thông qua relay.

62. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
45
STM32F411RE nhận về tín hiệu vận tốc được tính toán từ Jetson Nano gửi xuống qua giao
thức UART và thực hiện điều khiển tốc độ 4 động cơ thông qua bộ điều khiển PID.
6.5.2. Thông tin và cấu hình các thiết bị
6.5.2.1. Board vi điều khiển STM32F411RE NUCLEO
STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,
F1, F4, H5, H7, … Board vi điều khiển STM32F411RE NUCLEO thuộc dòng NUCLEO-64
board của ST, được thiết kế với Vi điều khiển chính là STM32F411RE có tích hợp sẵn mạch
nạp ST-Link V2 và các ngoại vi cơ bản. Là một board thuộc dòng hiệu suất cao (high
performance) của ST, STM32F411RE NUCLEO có tốc độ xung nhịp tối đa 100MHz, bộ nhớ
flash 512KB, với nhiều ngoại vi đi kèm, giá cả hợp lý và dễ sử dụng hơn các dòng vi điều
khiển tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình của dòng chip này khá đa dạng và dễ
sử dụng.
Hình 6. 8: Hình ảnh thực tế của NUCLEO-F411RE Board

63. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
46
Cấu hình các chân của vi điều khiển được sử dụng như sau:
Hình 6. 9: Cấu hình các chân vi điều khiển
Trong đó, các ngoại vi được sử dụng bao gồm:
Bảng 6. 5: Cấu hình ngoại vi của vi điều khiển
Tên ngoại vi Cấu hình Chức năng
Timer 1 Encoder mode Đọc encoder động cơ

64. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
47
Timer 2 Encoder mode Đọc encoder động cơ
Timer 3 PWM Tạo xung pwm điều khiển
động cơ
Timer 4 PWM Tạo xung pwm điều khiển
động cơ
Timer 11 Time base Tạo task 10ms cho các hoạt
động của giải thuật điều khiển
GPIO Output Tín hiệu digital điều khiển
các đèn báo thông qua relay
UART 1 Asynchronous, Rx with DMA Giao tiếp với Board Jetson
nano
6.5.2.2. Module mạch cầu H điều khiển động cơ BTS7960
Mạch cầu H (H-bridge) là một trong những mạch công suất cơ bản và được rộng rãi sử
dụng trong điều khiển động cơ điện DC. Trên thị trường có nhiều loại mạch cầu H có sẵn, và
việc lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu thực tế, bao gồm dòng điện, áp điều khiển, tần
số, và các yếu tố khác.
Module BTS7960 là một module điều khiển động cơ DC với dòng hoạt động cao, được
thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điều khiển động cơ công suất lớn. Module này bao gồm
một MOSFET bên cao kênh p và một MOSFET bên thấp kênh n. Giao tiếp với vi điều khiển
dễ dàng thông qua vi mạch điều khiển tích hợp và các đầu vào mức logic. Ngoài ra, mạch còn
tích hợp các tính năng bảo vệ như bảo vệ chống quá nhiệt, quá áp, quá dòng và ngắn mạch.
Thông số kỹ thuật:
Bảng 6. 6: Thông số kỹ thuật của module BTS7960 H-Driver
Thông số Giá trị Ghi chú
Điện áp cung cấp 6 ~ 27 VDC

65. CHƯƠNG 6. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
48
Dòng tải 45A
Các tính năng khác Tự động ngắt khi áp dưới 5.5V, và mở lại sau khi áp lớn hơn
5.5V
Kích thước: 50x50mm
Hình 6. 10: Hình ảnh thực tế module BTS7960
Cấu hình các chân của mạch được sử dụng như sau:
Bảng 6. 7: Cấu hình kết nối các chân của BTS7960 với vi điều khiển
Tên chân Cấu hình Chức năng
RPWM Kết nối với các chân tạo xung
PWM của vi điều khiển
Điều khiển nửa cầu phải
LPWM Kết nối với các chân tạo xung
PWM của vi điều khiển
Điều khiển nửa cầu trái