Đồ án Robot vận chuyển mẫu xét nghiệm trong bệnh viện

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp tự động hóa cũng phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng máy móc hiện đại vào sản xuất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. Song song với sự phát triển đó, công nghệ chế tạo robot cũng phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là ở các nước phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu về sản xuất, sinh hoạt và an ninh quốc phòng. Chủng loại robot ngày nay khá đa dạng về hình thức cũng như có thể thực hiện được rất nhiều chức năng như thăm dò, chinh phục vũ trụ, hỗ trợ, giúp đỡ người khuyết tật, vận chuyển đồ vật và giám sát an ninh cho ngôi nhà,. [22] Tại Việt Nam, với việc đẩy mạnh cuộc cách mạng công nghệ 4.0, cụ thể là trong việc phát triển các robot có tính ứng dụng cao trong đời sống cũng như sản xuất. Đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học mang tính đột phá cao trong tự động hóa để áp dụng vào thực tiễn dây chuyền sản xuất và đặc biệt là ứng dụng các khoa học công nghệ cao vào y tế nhằm giảm gánh nặng về nhân lực, tăng độ chính xác, ổn định, đồng thời giảm thiểu các tai nạn về an toàn lao động trong bệnh viện. [23] Xuất phát từ những điểm nêu trên, cùng với sự phát triển của nhiều loại robot phục vụ cho nhu cầu khác nhau của con người, robot phục vụ trong bệnh viện được nghiên cứu và ứng dụng tại rất nhiều quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, việc thay thế con người bởi các robot hỗ trợ là điều cần thiết. Trong thực tế, ngành y tế đã và đang chịu sức ép lớn khi thiếu nguồn nhân lực và cả những bất cẩn, sai sót mang đến hậu quả nghiêm trọng do phải làm việc quá sức của đội ngũ nhân viên bệnh viện. Nên cần chú trọng đầu tư công nghệ tự động, nâng cấp các bệnh viện thành bệnh viện thông minh, mang đến những dịch vụ tốt nhất cho người dân và giảm áp lực công việc cho đội ngũ nhân viên y tế.

pdf117 trang | Chia sẻ: thientruc20 | Ngày: 19/08/2021 | Lượt xem: 125 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Robot vận chuyển mẫu xét nghiệm trong bệnh viện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ROBOT VẬN CHUYỂN MẪU XÉT NGHIỆM TRONG BỆNH VIỆN GVHD: ThS. Ngô Bá Việt SVTH: Đinh Việt Hùng MSSV: 14141137 SVTH: Đặng Thị Huỳnh Như MSSV: 14141219 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ROBOT VẬN CHUYỂN MẪU XÉT NGHIỆM TRONG BỆNH VIỆN GVHD: ThS. Ngô Bá Việt SVTH: Đinh Việt Hùng MSSV: 14141137 SVTH: Đặng Thị Huỳnh Như MSSV: 14141219 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2019 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đinh Việt Hùng MSSV: 14141137 Đặng Thị Huỳnh Như MSSV: 14141219 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 14941 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: K14941 Khóa: 2014 Lớp: 14941DT I. TÊN ĐỀ TÀI: ROBOT VẬN CHUYỂN MẪU XÉT NGHIỆM TRONG BỆNH VIỆN II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Mô đun ESP8266, các thiết bị ngoại vi như cảm biến siêu âm, động cơ servo, động cơ giảm tốc. - Kit Raspberry Pi 3 Model B và Raspberry Pi Camera Rev 1.3. - Điện thoại chạy hệ điều hành Android. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu về xử lý ảnh, thư viện OpenCV và phương pháp nhận dạng làn đường. - Tìm hiểu phương pháp trực tiếp hình ảnh lên web tĩnh. - Lựa chọn phần cứng, nghiên cứu, phân tích nguyên tắc hoạt động của từng khối để xây dựng mô hình hoàn chỉnh cho hệ thống. - Lập trình Linux, HTML, Python trên Raspbery Pi 3. - Lập trình Android trên phần mềm Android Studio. - Lập trình Arduino. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 03/10/2018 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 19/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Ngô Bá Việt CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đinh Việt Hùng Lớp: 14941DT MSSV: 14141137 Họ tên sinh viên 2: Đặng Thị Huỳnh Như Lớp: 14941DT MSSV: 14141219 Tên đề tài: ROBOT VẬN CHUYỂN MẪU XÉT NGHIỆM TRONG BỆNH VIỆN Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1/10/2018 - 7/10/2018 Chọn đề tài. 8/10/2018 - 14/11/2018 Viết đề cương chi tiết. 15/10/2018 - 21/10/2018 Tìm hiểu xử lý ảnh, phương pháp nhận dạng làn đường cơ bản. 22/10/2018 - 28/10/2018 Cài đặt hệ điều hành và các thư viện cho Raspberry Pi, tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Python trên Raspberry Pi. 29/10/2018 - 4/11/2018 Thiết kế và thi công khung robot. 5/11/2018 - 11/11/2018 Vẽ sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ nối dây và tiến hành lắp ráp mô hình. 12/11/2018 - 9/12/2018 Lập trình Android, lập trình Linux, lập trình Python, lập trình Arduino. Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv 10/12/2018 - 23/12/2018 Hoàn thành mô hình. Kiểm tra sự hoạt động của robot. 24/12/2018 - 30/12/2018 Chỉnh sửa lỗi phần cứng và các lỗi lập trình. Kiểm tra lại sự hoạt động của robot. 31/12/2018 - 6/1/2019 Viết báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v LỜI CAM ĐOAN Đề tài này do nhóm chúng tôi thực hiện có sự tham khảo một số tài liệu và công trình nghiên cứu được đính kèm trong tài liệu tham khảo và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Đinh Việt Hùng Đặng Thị Huỳnh Như Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Thầy Ths.Ngô Bá Việt và các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cũng như hỗ trợ phương tiện vật tư trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài. Đặc biệt con xin cảm ơn cha mẹ đã tạo điều kiện cho con học tập, nghiên cứu. Luôn động viên, quan tâm và ủng hộ con trong thời gian qua. Ngoài ra, nhóm cũng xin cảm ơn sự chia sẻ, hỗ trợ từ các anh chị, bạn bè trong khoa đã hướng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo thêm trong việc thực hiện nghiên cứu. Trân trọng Nhóm thực hiện đồ án Đinh Việt Hùng – Đặng Thị Huỳnh Như Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................ i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................. iii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... v LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... vi MỤC LỤC ............................................................................................................ vii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... xi DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................xv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 1 1.2. MỤC TIÊU ...................................................................................................... 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 2 1.4. GIỚI HẠN ....................................................................................................... 3 1.5. BỐ CỤC .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 4 2.1. ROBOT VẬN CHUYỂN PHỤC VỤ TRONG LĨNH VỰC Y TẾ .................... 4 2.1.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 4 2.1.2. Một số robot vận chuyển trong bệnh viện ...................................................... 4 2.1.2.1. Robot Noah ................................................................................................. 4 2.1.2.2. Robot RP7................................................................................................... 5 2.1.2.3. Robot vận chuyển chất thải y tế ở Anh ........................................................ 6 2.1.2.4. Robot TUG ................................................................................................. 7 2.2. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LINE ........................................................... 7 2.2.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 7 2.2.2. Thuật toán Contour ....................................................................................... 8 2.2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................... 8 2.2.2.2. Thuật toán ................................................................................................... 8 2.2.3. Thuật toán Moment ......................................................................................12 2.2.3.1. Giới thiệu .................................................................................................. 12 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii 2.2.3.2. Thuật toán ................................................................................................. 12 2.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PYTHON .............................................................14 2.3.1. Giới thiệu .....................................................................................................14 2.3.2. Đặc điểm ......................................................................................................15 2.4. THƯ VIỆN OPENCV .....................................................................................15 2.4.1. Giới thiệu .....................................................................................................15 2.4.2 Đặc điểm .......................................................................................................15 2.5. BỘ TRUYỀN NHẬN UART ..........................................................................16 2.6. GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH HTML ......17 2.6.1. Khái niệm web server ..................................................................................17 2.6.2. Nguyên lí hoạt động của web server .............................................................18 2.6.3. Các giao thức sử dụng của web server ..........................................................18 2.6.3.1. Giao thức HTTP ........................................................................................ 18 2.6.3.2. Giao thức FTP ........................................................................................... 19 2.6.4. Khái niệm ngôn ngữ lập trình HTML ...........................................................19 2.6.5. Cấu trúc cơ bản của HTML .......................................................................... 20 2.7. CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY .........................................21 2.7.1. Một số công nghệ kết nối trong truyền thông không dây ..............................21 2.7.2. Tìm hiểu chuẩn IEEE 802.11 .......................................................................22 2.7.3. Tìm hiểu về chuẩn IEEE 208.16 ...................................................................23 2.8. TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG ...................................................................24 2.8.1. Kit Raspberry Pi 3 Model B .........................................................................24 2.8.2. Mô đun Raspberry Pi Camera ......................................................................25 2.8.3. Tổng quan về ESP8266 NodeMCU Lua CP1202 .........................................26 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...........................................................27 3.1. GIỚI THIỆU ...................................................................................................27 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .....................................................27 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối .......................................................................................27 3.2.2. Thiết kế phần cứng .......................................................................................28 3.2.2.1 Khối điều khiển và xử lý trung tâm ............................................................ 28 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix 3.2.2.2. Khối thu thập hình ảnh .............................................................................. 31 3.2.2.3. Khối cảm biến vật cản ............................................................................... 33 3.2.2.4. Khối động cơ ............................................................................................ 35 3.2.2.5. Khối nguồn ............................................................................................... 39 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ..........................................................................42 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................43 4.1. CHUẨN BỊ LINH KIỆN – MÔ ĐUN .............................................................43 4.2. LẮP RÁP – NỐI DÂY....................................................................................43 4.2.1. Sơ đồ nối dây ...............................................................................................43 4.2.2. Vẽ khung robot ............................................................................................44 4.2.2.1. Giới thiệu phần mềm SketchUp................................................................. 44 4.2.2.2. Khung robot sau khi thiết kế ..................................................................... 45 4.3. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...............................................................................46 4.3.1. Lập trình trên Raspberry Pi 3 .......................................................................46 4.3.1.1. Cài đặt hệ điều hành trên Raspberry Pi ...................................................... 46 4.3.1.2. Cài đặt thư viện Opencv trên Raspberry Pi 3 ............................................. 47 4.3.1.3. Lưu đồ giải thuật robot tự di chuyển.......................................................... 50 4.3.1.4. Quy trình dò tìm đường line ...................................................................... 52 4.3.1.5. Giao diện lập trình .................................................................................... 53 4.3.2. Lập trình Android ........................................................................................53 4.3.2.1. Giới thiệu phần mềm Android Studio ........................................................ 53 4.3.2.2. Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 55 4.3.2.3. Giao diện phần mềm Android Studio ....................................................... 59 4.3.3. Lập trình ESP8266 .......................................................................................60 4.3.3.1. Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 60 4.3.3.2. Giao diện phần mềm Arduino ................................................................... 65 4.4. HƯỚNG DẪN THAO TÁC, SỬ DỤNG ........................................................66 4.4.1. Thao tác đối với Raspberry Pi ......................................................................66 4.4.1.1. Remote Desktop ........................................................................................ 66 4.4.1.3. Thực thi code ở chế độ điều khiển ............................................................. 69 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x 4.4.2. Thao tác đối với ứng dụng trên điện thoại ....................................................69 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ..........................................71 5.1. KẾT QUẢ .......................................................................................................71 5.1.1. Kết quả thi công phần cứng ..........................................................................71 5.1.2. Kết quả nhận dạng line .................................................................................72 5.1.2.1. Kết quả nhận dạng line trên nhiều nền màu ............................................... 72 5.1.2.2. Kết quả nhận dạng line và điều khiển trong thực tế ................................... 75 5.1.3. Kết quả điều khiển robot bằng ứng dụng trên điện thoại ...............................79 5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .........................................................................79 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................81 6.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................81 6.1.1. Kết quả đạt được ..........................................................................................81 6.1.2. Những mặt hạn chế ......................................................................................81 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................82 PHỤ LỤC ..............................................................................................................84 Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Robot Noah ở Trung Quốc. .......................................................................... 5 Hình 2.2: Robot chuẩn đoán bệnh RP7. ....................................................................... 5 Hình 2.3: Robot vận chuyển chất thải y tế trong bệnh viện ở Anh. ............................... 6 Hình 2.4: Robot TUG .................................................................................................. 7 Hình 2.5: Ví dụ về đường viền (Contour)..................................................................... 8 Hình 2.6: Mô tả quá trình tìm contour của thuật toán Square Tracing .......................... 9 Hình 2.7: Ví dụ trường hợp thuật toán chạy sai ............................................................ 9 Hình 2.8: Ví dụ trường hợp thuật toán chạy đúng ...................................................... 10 Hình 2.9:Mô tả quá trình tìm contour của thuật toán Moore-Neighbor Tracking ........ 10 Hình 210: Mô tả quá trình tìm Contour của thuật toán Radial Sweep ......................... 11 Hình 2.11: Mô tả quá trình tìm contour của thuật toán Theo Pavlidis’ Algorithm ...... 12 Hình 2.12: Bất biến tịnh tiến. ..................................................................................... 14 Hình 2.13: Tín hiệu tương đương của UART và RS232. ............................................ 16 Hình 2.14: Sơ đồ khối của UART .............................................................................. 17 Hình 2.15: Raspberry Pi 3 Model B. .......................................................................... 24 Hình 2.16: Raspberry Pi Camera Rev 1.3 .................................................................. 26 Hình 2. 17: Mô đun Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ...................................... 26 Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống ............................................................................ 27 Hình 3.2: Ngoại vi của Raspberry Pi 3 model B ......................................................... 29 Hình 3.3: Sơ đồ chân của Raspberry Pi 3 model B ..................................................... 30 Hình 3.4: Sơ đồ ra chân của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ................................. 30 Hình 3.5: Raspberry Pi Camera Rev 1.3..................................................................... 31 Hình 3.6: Động cơ servo SG90 .................................................................................. 32 Hình 3.7: Sơ đồ nối dây và nguyên lý hoạt động của động cơ servo SG90 ................. 33 Hình 3.8: Mặt trước và sau của srf05 ......................................................................... 33 Hình 3.9: Mô tả lực ma sát trượt ................................................................................ 37 Hình 3.10: Động cơ giảm tốc DCM37 ....................................................................... 38 Hình 3.11: Mô đun L298N ...........................................................................