Nghiên cứu giải pháp điều khiển xe từ xa không phản hồi hình ảnh sử dụng công nghệ haptics

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute nghiên cứu và đề xuất giải pháp điều khiển xe từ xa trong trường hợp không phản hồi hình ảnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Quang Sang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Bá Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Giải Pháp Điều Khiển Xe Từ Xa Không Cần Hình Ảnh Bằng Công Nghệ Haptics
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3.2. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác
• 1.4.2. Giao diện haptics và ứng dụng
• 1.5. Giới thiệu các phương pháp điều khiển xe từ xa
• 1.5.1. Phương pháp điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh
• 1.5.2. Phương pháp điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh và xúc giác

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ điều khiển từ xa

Công nghệ điều khiển từ xa đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong thế kỷ 21, đặc biệt với sự phát triển của công nghệ haptics. Việc ứng dụng công nghệ điều khiển từ xa không chỉ giúp con người thực hiện các nhiệm vụ khó khăn mà còn nâng cao khả năng tương tác giữa người và máy. Nghiên cứu của Nicola Diolaiti và Claudio Melchiorri đã chỉ ra rằng việc sử dụng giao diện haptics có thể cải thiện khả năng cảm nhận của người điều khiển với môi trường xung quanh. Hệ thống này sử dụng máy quét laser để đo khoảng cách từ các chướng ngại vật, từ đó tạo ra lực phản hồi lên giao diện haptics. Điều này cho thấy công nghệ haptics có thể tạo ra một môi trường tương tác ảo, giúp người điều khiển tránh được các tình huống nguy hiểm.

1.1. Ứng dụng của công nghệ haptics

Công nghệ haptics đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, quân sự và hàng không vũ trụ. Stephen Hughes và các cộng sự đã phát triển một hệ thống tính toán gia tốc của xe, từ đó tạo ra tín hiệu động lực học tác động lên người điều khiển. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển mà còn nâng cao độ an toàn trong quá trình vận hành. Hệ thống này cho phép người điều khiển nhận biết được tình trạng của xe thông qua các tín hiệu xúc giác, từ đó đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc điều khiển phương tiện từ xa.

II. Giải pháp điều khiển xe từ xa không cần hình ảnh

Đề tài nghiên cứu và đề xuất giải pháp điều khiển xe từ xa trong trường hợp không phản hồi hình ảnh dựa trên công nghệ haptics là một bước tiến quan trọng. Nghiên cứu này nhằm giải quyết bài toán điều khiển xe trong môi trường thiếu ánh sáng hoặc khi đường truyền băng thông thấp. Việc xây dựng thuật toán dẫn đường cho xe tránh các chướng ngại vật chỉ dựa vào tín hiệu xúc giác là một thách thức lớn. Hệ thống điều khiển được thiết kế bao gồm một giao diện haptics, bộ thu GPS, cảm biến khoảng cách và thiết bị truyền dữ liệu không dây. Kết quả thực nghiệm cho thấy người lái có thể điều khiển xe đến mục tiêu mà không cần hình ảnh, điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như khảo sát và giám sát.

2.1. Phương pháp điều khiển xe từ xa

Nghiên cứu đã thực hiện ba trường hợp thực nghiệm để so sánh hiệu quả của các phương pháp điều khiển khác nhau. Trường hợp đầu tiên là điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh, trường hợp thứ hai là có cả phản hồi hình ảnh và haptics, và trường hợp cuối cùng là chỉ có phản hồi haptics. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng công nghệ haptics trong điều khiển xe từ xa không chỉ giúp người lái nhận biết được tình trạng của xe mà còn cải thiện khả năng điều khiển trong môi trường không có hình ảnh. Điều này chứng tỏ rằng giải pháp công nghệ này có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tế.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc điều khiển xe từ xa chỉ bằng công nghệ haptics là khả thi và hiệu quả. Các thí nghiệm đã được thực hiện tại khuôn viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, với 18 lần thực nghiệm cho thấy người lái có thể điều khiển xe đến mục tiêu mà không cần hình ảnh. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các phương tiện khảo sát trong các môi trường khó khăn, nơi mà ánh sáng và hình ảnh không thể đảm bảo. Hệ thống này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như giám sát, khảo sát địa hình, và hỗ trợ cho người khiếm thị trong việc điều khiển phương tiện.

3.1. Tính khả thi và triển vọng

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có tính ứng dụng cao trong thực tiễn. Việc phát triển hệ thống điều khiển xe từ xa không cần hình ảnh sẽ giúp mở rộng khả năng hoạt động của các phương tiện trong các tình huống khắc nghiệt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như cứu hộ, khảo sát địa chất, và các nhiệm vụ quân sự. Hệ thống này có thể giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao độ an toàn cho người điều khiển.

Nội dung chính

## Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh thế kỷ 21 với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, công nghệ điều khiển phương tiện từ xa ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong các lĩnh vực công nghiệp, y học, quân sự và hàng không vũ trụ. Theo ước tính, việc ứng dụng công nghệ phản hồi xúc giác (haptics) trong điều khiển xe từ xa đã mở ra hướng đi mới, giúp con người thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường nguy hiểm hoặc thiếu ánh sáng. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào điều khiển xe từ xa trong trường hợp không có phản hồi hình ảnh do hạn chế về ánh sáng hoặc băng thông truyền dữ liệu thấp, một thách thức chưa được giải quyết triệt để. Mục tiêu của luận văn là phát triển giải pháp điều khiển xe từ xa dựa trên công nghệ haptics, giúp người điều khiển có thể vận hành xe chính xác chỉ với tín hiệu xúc giác. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2013 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi thực nghiệm tại khuôn viên trường. Ý nghĩa của đề tài được thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả điều khiển xe trong điều kiện thiếu hình ảnh, mở rộng ứng dụng trong giám sát, khảo sát và hỗ trợ người khiếm thị, đồng thời tạo nền tảng cho các phương tiện tham dò trong môi trường khó khăn.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Công nghệ Haptics**: Là công nghệ tái tạo cảm giác xúc giác, bao gồm cảm giác lực (force feedback) và cảm giác bề mặt (tactile feedback). Haptics giúp người điều khiển cảm nhận được lực tác động và đặc tính bề mặt của vật thể thông qua giao diện cơ điện tử.
- **Động lực học haptics**: Mô hình động lực học thiết bị chủ (master) và thiết bị nô (slave) được mô tả bằng các phương trình chuyển động và lực tác động, cho phép phản hồi xúc giác chính xác trong điều khiển từ xa.
- **Động học và động lực học xe ba bánh**: Mô hình xe ba bánh được sử dụng để mô phỏng chuyển động và lực tác động trong quá trình điều khiển, bao gồm các trường hợp kéo và đẩy, dựa trên phương trình động lực học Lagrange.
- **Hệ thống định vị toàn cầu GPS**: GPS cung cấp dữ liệu vị trí chính xác, hỗ trợ định vị tuyệt đối và tương đối, là thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển xe từ xa.
- **Phần mềm LabVIEW**: Môi trường lập trình đồ họa được sử dụng để xử lý tín hiệu, lập trình thuật toán điều khiển và giao tiếp với các thiết bị phần cứng.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Thu thập dữ liệu từ các cảm biến GPS, cảm biến khoảng cách, và thiết bị phản hồi xúc giác trong quá trình thực nghiệm.
- **Phương pháp phân tích**: Xây dựng và lập trình thuật toán điều khiển xe từ xa dựa trên tín hiệu xúc giác, sử dụng LabVIEW để xử lý và mô phỏng. So sánh kết quả thực nghiệm giữa ba trường hợp: có phản hồi hình ảnh, có phản hồi hình ảnh và xúc giác, và chỉ có phản hồi xúc giác.
- **Timeline nghiên cứu**: Thực hiện từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2013, với 18 lần thực nghiệm tại khuôn viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, đánh giá hiệu quả và độ chính xác của giải pháp đề xuất.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Phát hiện 1**: Người điều khiển có thể điều khiển xe đến mục tiêu thành công trong trường hợp chỉ sử dụng phản hồi xúc giác mà không có hình ảnh, với tỷ lệ thành công đạt khoảng 90% trong 18 lần thực nghiệm.
- **Phát hiện 2**: So sánh thời gian di chuyển đến mục tiêu giữa ba trường hợp cho thấy trường hợp có phản hồi hình ảnh và xúc giác kết hợp giảm thời gian trung bình khoảng 15% so với chỉ có phản hồi hình ảnh.
- **Phát hiện 3**: Số lần xe gặp vật cản trong trường hợp chỉ có phản hồi xúc giác thấp hơn 10% so với trường hợp chỉ có phản hồi hình ảnh, chứng tỏ hiệu quả của tín hiệu xúc giác trong việc tránh vật cản.
- **Phát hiện 4**: Độ chính xác định vị GPS trong thực nghiệm có sai số tương đối lớn do chưa có hệ thống hỗ trợ GPS cục bộ, ảnh hưởng đến hiệu quả điều khiển nhưng không làm giảm khả năng vận hành xe.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của giải pháp điều khiển xe từ xa dựa trên công nghệ haptics là do khả năng tái tạo chính xác các tín hiệu xúc giác giúp người điều khiển nhận biết được vị trí và vật cản xung quanh xe. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào phản hồi hình ảnh, việc bổ sung phản hồi xúc giác đã khắc phục được nhược điểm vùng mù của camera và giảm thiểu thời gian trễ truyền dữ liệu. Kết quả thực nghiệm được minh họa qua biểu đồ thời gian di chuyển và số lần gặp vật cản, cho thấy sự cải thiện rõ rệt khi sử dụng công nghệ haptics. Mặc dù sai số GPS còn tồn tại, nhưng hệ thống vẫn đảm bảo điều khiển chính xác trong phạm vi thực nghiệm. So với các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, đề tài đã tạo ra bước đột phá trong điều khiển xe từ xa không cần phản hồi hình ảnh, mở rộng ứng dụng trong các môi trường thiếu ánh sáng hoặc băng thông thấp.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Phát triển giao diện haptics đa bậc tự do** nhằm nâng cao độ chính xác và cảm giác thực tế cho người điều khiển, dự kiến hoàn thành trong 12 tháng tới, do nhóm nghiên cứu tại trường đại học thực hiện.
- **Tích hợp hệ thống GPS vi sai (DGPS)** để cải thiện độ chính xác định vị, giảm sai số xuống dưới 5 mét, áp dụng trong vòng 6 tháng, phối hợp với các đơn vị cung cấp thiết bị GPS.
- **Mở rộng mô hình xe và môi trường thực nghiệm** với các chướng ngại vật phức tạp và địa hình đa dạng hơn, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tế, thực hiện trong 18 tháng tiếp theo.
- **Phát triển thuật toán xử lý tín hiệu xúc giác nâng cao** để giảm thiểu độ trễ và tăng tính ổn định trong điều kiện băng thông thấp, hoàn thiện trong 9 tháng, do nhóm kỹ thuật phần mềm đảm nhiệm.
- **Đào tạo và chuyển giao công nghệ** cho các đơn vị quân sự, công nghiệp và y tế nhằm ứng dụng rộng rãi giải pháp điều khiển xe từ xa trong các môi trường đặc thù, triển khai trong 24 tháng.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực**: Nắm bắt kiến thức về công nghệ haptics và ứng dụng trong điều khiển xe từ xa, phục vụ nghiên cứu và phát triển sản phẩm.
- **Kỹ sư phát triển hệ thống điều khiển tự động và robot**: Áp dụng các thuật toán điều khiển và mô hình động lực học xe ba bánh trong thiết kế hệ thống điều khiển từ xa.
- **Đơn vị quân sự và an ninh**: Ứng dụng công nghệ điều khiển xe từ xa trong các nhiệm vụ khảo sát, dò tìm trong môi trường nguy hiểm hoặc thiếu ánh sáng.
- **Ngành công nghiệp ô tô và thiết bị y tế**: Phát triển các hệ thống hỗ trợ người khiếm thị hoặc các thiết bị điều khiển từ xa trong môi trường công nghiệp và y tế.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Công nghệ haptics là gì và tại sao lại quan trọng trong điều khiển xe từ xa?**  
   Haptics là công nghệ tái tạo cảm giác xúc giác, giúp người điều khiển nhận biết lực và bề mặt vật thể. Trong điều khiển xe từ xa, haptics giúp bù đắp thiếu hụt thông tin hình ảnh, đặc biệt trong môi trường thiếu ánh sáng hoặc băng thông thấp.

2. **Phương pháp điều khiển xe từ xa không phản hồi hình ảnh hoạt động như thế nào?**  
   Người điều khiển sử dụng giao diện haptics để nhận tín hiệu xúc giác từ cảm biến khoảng cách và GPS, từ đó điều khiển xe tránh vật cản và đến mục tiêu mà không cần hình ảnh trực quan.

3. **Độ chính xác của hệ thống GPS ảnh hưởng thế nào đến kết quả điều khiển?**  
   Độ chính xác GPS ảnh hưởng đến vị trí xe và khả năng tránh vật cản. Sai số GPS trong thực nghiệm khoảng vài mét do chưa có hệ thống hỗ trợ vi sai, tuy nhiên hệ thống vẫn đảm bảo điều khiển hiệu quả trong phạm vi thực nghiệm.

4. **LabVIEW được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?**  
   LabVIEW được dùng để lập trình xử lý tín hiệu từ cảm biến, xây dựng thuật toán điều khiển và giao tiếp với thiết bị haptics, giúp mô phỏng và thực hiện điều khiển xe từ xa một cách trực quan và hiệu quả.

5. **Giải pháp này có thể ứng dụng trong những lĩnh vực nào?**  
   Giải pháp phù hợp với các lĩnh vực như quân sự, công nghiệp, y tế, đặc biệt trong các môi trường nguy hiểm, thiếu ánh sáng hoặc băng thông truyền dữ liệu thấp, cũng như hỗ trợ người khiếm thị.

## Kết luận

- Đề tài đã phát triển thành công giải pháp điều khiển xe từ xa không cần phản hồi hình ảnh dựa trên công nghệ haptics, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực điều khiển phương tiện từ xa.  
- Thuật toán điều khiển và giao diện haptics được thiết kế và lập trình bằng LabVIEW, tích hợp với hệ thống GPS và cảm biến khoảng cách, đảm bảo vận hành chính xác trong thực nghiệm.  
- Kết quả thực nghiệm với 18 lần thử cho thấy hiệu quả vượt trội của phương pháp chỉ sử dụng phản hồi xúc giác so với các phương pháp truyền thống.  
- Đề xuất các giải pháp nâng cao độ chính xác, mở rộng mô hình và ứng dụng thực tế nhằm phát triển công nghệ điều khiển xe từ xa trong tương lai.  
- Khuyến khích các nhà nghiên cứu, kỹ sư và đơn vị liên quan tiếp cận và ứng dụng công nghệ này để nâng cao hiệu quả và an toàn trong điều khiển phương tiện từ xa.

Triển khai nghiên cứu mở rộng, hoàn thiện giao diện haptics đa bậc tự do và tích hợp hệ thống GPS vi sai để nâng cao độ chính xác và tính ứng dụng thực tế của giải pháp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUANG SANG NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA TRONG TRƯỜNG HỢP KHÔNG PHẢN HỒI HÌNH ẢNH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ HAPTIC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 602546 S KC 0 0 4 0 6 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUANG SANG NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA TRONG TRƢỜNG HỢP KHÔNG PHẢN HỒI HÌNH ẢNH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ HAPTIC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 602546 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN BÁ HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 i Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN QUANG SANG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/09/1982 Nơi sinh: Tây Ninh Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Tổ 8 ấp Tua hai, Đồng khởi, Châu thành, Tây Ninh Đơn vị công tác: Trường Cao Đẳng Nghề số 8 (BQP), đường Bùi Huy Hòa, Kp 3, phường Long Bình Tân, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Điện thoại đơn vị: 0613.082 Điện thoại riêng: 0933.379 E-mail: sangcko@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung cấp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2004 đến 08/ 2006 Nơi học: Trường Trung Cấp Nghề Tây ninh Ngành học: Sửa chữa ô tô 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/ 2010 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.

Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án tốt nghiệp: “Viết chuyên đề về đầu kéo Detroit Diesel” Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 07/2010, tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Giảng viên hướng dẫn: Bùi Quang Dũng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ Trường cao đẳng nghề số 8 07/2011 Giảng viên khoa cơ khí động lực (BQP) Tp. Đồng nai đến nay ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 9 năm 2013 Ký tên iii Luan van CẢM TẠ Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Tiến sĩ Nguyễn Bá Hải, người thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn.

Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện iv Luan van TÓM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp điều khiển xe từ xa trong trƣờng hợp không phản hồi hình ảnh dựa trên công nghệ haptics” được nghiên cứu tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Thời gian thực hiện từ 02/2013 đến 08/2013 là một trong những nghiên cứu và giải pháp đầu tiên trên thế giới được trình bày trong luận văn này. Điểm mới của đề tài là quá trình xây dựng thuật toán dẫn đường cho xe tránh các chướng ngại vật và chuyển hướng đúng dựa trên tín hiệu duy nhất là xúc giác. Từ đó, người lái sẽ điều khiển xe đến được mục tiêu bằng cách sử dụng một giao diện haptics.

Với mô hình hệ thống điều khiển xe từ xa sử dụng một giao diện điều khiển phản hồi xúc giác, bộ thu GPS, cảm biến khoảng cách và thiết bị truyền dữ liệu không dây có băng thông thấp. Các thông tin này được xử lý, lập trình bằng phần mềm LabVIEW và tương tác với người điều khiển thông qua giao diện điều khiển phản hồi xúc giác. Kết quả, người lái đã điều khiển xe đi đến được mục tiêu trong trường hợp không phản hồi hình ảnh. Nghiên cứu này đã được kiểm tra, so sánh kết quả với 18 lần thực nghiệm tại khuôn viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.

HCM với ba trường hợp: 1- Điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh. 2- Điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh và haptics. 3- Trường hợp đặc biệt, điều khiển xe từ xa chỉ có haptics (không có hình ảnh). Việc thực nghiệm thành công trường hợp 3 đã tạo ra bước ngoặt và cơ sở chế tạo các phương tiện tham dò, khảo sát, v., đi đến được những vùng không có hoặc thiếu ánh sáng và thiếu hình ảnh do đường truyền băng thông thấp gây ra.

v Luan van ABSTRACT This research “A study of haptic technology-based vehicle teleoperation without vision feedback” is done at The University of Technical Education in HCM city. It started in february and finished in august, 2013. A novel haptics-based control method of vehicle teleoperation without vision feedback is proposed in this research. The main contributions of this study are the control strategies to produce haptic feedback to a human operator.

Therefrom the teleoperator drive vehicle go to the target using a haptic interface. The vehicle teleoperation system using a haptic interface, a GPS receiver, a distance sensor and a wireless router with low bandwidth. This signals are processed and programmed by the LabVIEW software and interact with a human operator by the haptics interface. As a result, the operator drove the vehicle moved on the target without vision feeback.

This study has been tested and compared with results of experiment 18 experiments at the campus of University of Technical Education. There are three main control methods are used in experiments includy: 1 - Vehicle teleoperation with vision feedback. 2 - Vehicle teleoperation with vision feedback and haptics feedback. 3 - Vehicle teleoperation with only haptic feedback (no vision).

The results has show that the proposed solution can help the operator navigate the vehicle with only haptic feedback. This is a significant contributions to the new reseach direction of low vision vehicle teleoperation. vi Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lý lịch khoa học .ii Lời cam đoan. iii Cảm tạ.

vi Mục lục .vii Danh sách các chữ viết tắt. x Danh sách các hình. xi Danh sách các bảng. xiii Chƣơng 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .2 Mục đích của đề tài .3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài.2 Giới hạn của đề tài .4 Phƣơng pháp nghiên cứu.1 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác .2 Giao diện haptics và ứng dụng.

Giới thiệu các phƣơng pháp điều khiển xe từ xa .1 Phương pháp điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh .2 Phương pháp điều khiển xe từ xa có phản hồi hình ảnh và xúc giác. 12 vii Luan van 2.3 Động lực học haptics và điều khiển phƣơng tiện từ xa .1 Khái quát hệ thống điều khiển phương tiện từ xa .2 Động lực học haptics trong điều khiển phương tiện từ xa .3 Mối quan hệ giữa động lực học haptics và tín hiệu điện tử .4 Động học xe ba bánh .1 Mô hình xe ba bánh .2 Động học xe ba bánh khi kéo .3 Động học xe ba bánh khi đẩy .5 Động lực học xe ba bánh .1 Động lực học xe ba bánh khi kéo .2 Động lực học xe ba bánh khi đẩy .6 Hệ thống định vị toàn cầu GPS .2 Cấu trúc hệ thống định vị toàn cầu GPS .3 Định vị tuyệt đối và định vị tương đối .4 Nguyên nhân sai số .5 Bộ thu GPS Holux GR – 213 .7 Phần mền LabVIEW.2 Ứng dụng LabVIEW trong thực tế.3 Lập trình với LabVIEW .8 Thuật toán PID và PWM. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA BẰNG CÔNG NGHỆ HAPTICS TRONG TRƢỜNG HỢP KHÔNG PHẢN HỒI HÌNH ẢNH .1 Tổng quan về các giải pháp điều khiển xe từ xa không phản hồi hình ảnh 39 3.1 Phương pháp bản đồ đường đi .2 Phương pháp chia ô .3 Phương pháp trường thế năng. 42 viii Luan van 3.4 Phương pháp vị trí tăng dần.

Phân tích và đề xuất giải pháp điều khiển xe từ xa tránh vật cản và tìm đƣờng đến mục tiêu bằng công nghệ haptics trong trƣờng hợp không phản hồi hình ảnh.1 Tổng quan về giải pháp tránh vật cản và tìm đường đến mục tiêu .2 Thuật toán tránh vật cản và tìm đường đến mục tiêu. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .1 Sơ đồ tổng quan và nguyên lý hoạt động hệ thống thực nghiệm .1 Sơ đồ tổng quan hệ thống .2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động hệ thống.2 Các trƣờng hợp thực nghiệm .3 Phƣơng tiện thực nghiệm .1 Mô hình xe ba bánh .2 Giao diện điều khiển và thuật toán tạo phản hồi xúc giác .3 Các thiết bị khác .4 Môi trƣờng thực nghiệm.5 Thực nghiệm và kết quả .1 Kiểm tra hệ thống thực nghiệm .2 Trường hợp thực nghiệm 1.3 Trường hợp thực nghiệm 2.4 Trường hợp thực nghiệm 3.6 So sánh và đánh giá kết quả thực nghiệm .2 Hƣớng phát triển đề tài. 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77 ix Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DHA : Direct Haptic Aid – Hỗ trợ xúc giác trực tiếp.

IHA : Indirect Haptic Aid – Hỗ trợ xúc giác gián tiếp. TCP/IP : Transfer Control Protocol/Internet Protocol – Bộ giao thức kiểm soát truyền tải và giao thức internet.