CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN pháp điều khiển này, cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các ứng của phương pháp điều khiển này. Qua đó, đề tài không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về robot điều khiển bằng cử chỉ mà còn góp phần vào môi trường nghiên cứu, phát triển robot trong nước nói riêng và trên thế giới nói chung. Việc nghiên cứu và phát triển robot điều khiển bằng cử chỉ không chỉ đóng góp vào việc nâng cao hiệu suất lao động mà còn m ở ra nhiều cơ hội mới trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, để đạt được lợi ích này, cần phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm việc tối ưu hóa thiết kế, cải thiện phần mềm điều khiển và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Chính vì vậy, đề tài "Gesture Control Robot" là một bước đi quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng phương pháp điều khiển vào robot trong tương lai. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính: Thiết kế và lắp ráp mô hình robot delta được điều khiển bằng cử chỉ người dùng. Mục tiêu cụ thể: • Thiết kế và thi công cơ khí, hệ thống điện cho robot. • Tính toán động học và không gian làm việc.
• Lập trình camera nhận diện cử chỉ. • Lập trình điều khiển robot. • Thiết kế giao diện người dùng. Nội dung nghiên cứu Phần còn lại của báo cáo sẽ bao gồm những nội dung sau: • Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Chương này trình bày về các cơ sở nghiên cứu, cơ sở lý thuyết áp dụng vào đề tài như động học robot, giao thức truyền nhận và nhận diện camera.
• Chương 3: Tính toán và thiết kế: Chương này bao gồm tính toán động học robot, không gian làm việc, các bản vẽ, lưu đồ giải thuật. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN • Chương 4: Thi công và kiểm nghiệm: Chương này sẽ thực hiện lắp ráp phần cứng, thiết kế phần mềm và chạy thử nghiệm. • Chương 5: kết luận: Chương này đánh giá lại quá trình chạy của robot, đưa ra hạn chế và hướng phát triển trong tương lai. Giới hạn đề tài Đề tài tập trung vào việc thiết kế, thi công và điều khiển robot bằng cử chỉ nhằm đảm bảo robot có thể thực hiện các công việc chỉ định.
Phạm vi nghiên cứu không mở rộng đến các ứng dụng khác, mà chỉ tập trung vào việc tối ưu hóa khả năng nhận diện cử chỉ và điều khiển robot để đạt được hiệu suất cao nhất. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Điều khiển bằng cử chỉ Công nghệ điều khiển bẳng cử chỉ đã mở ra kỉ nguyên mới về tương tác giữa con người và công nghệ, vượt qua các giao tiếp giao diện truyền thống. Sự đổi mới mang tính biến đổi này cho phép chúng ta giao tiếp với các thiết bị và máy móc một cách dễ dàng hơn thông qua cử động tay, cử chỉ cơ thể và thậm chí cả nét mặt.
Trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển, điều khiển bằng cử chỉ đã nổi lên như một yếu tố thay đổi cuộc chơi. Nó đã xác định lại cách chúng ta tương tác với các thiết bị của mình, giúp trải nghiệm trở nên trực quan và phong phú hơn. Không còn bị giới hạn trong lĩnh vựa khoa học viễn tưởng, cách mạng hóa các nghành công nghiệp và định hướng tương tác trong tương lai. Khái niệm Điều khiển cử chỉ thường được gọi là giao diện cử chỉ hoặc nhận dạng cử chỉ, là một khái niệm mang tính cách mạng thay đổi cách chúng ta tương tác với thế giới kỹ thuật số và các thiết bị khác nhau.
Không giống như các phương thức nhập truyền dữ liệu truyền thống như bàn phím, chuột hoặc màn hình cảm ứng, công nghệ điều khiển bằng cử chỉ cho phép người dùng giao tiếp với máy tính thông qua chuyển động của cơ thể tự nhiên, cử chỉ tay và thậm chí cả nét mặt. Cách tiếp cận sáng tạo này đối với sự tương tác giữa con người và máy tính đã trở nên vô cùng phổ biến trong những năm gần đây nhờ những tiến bộ trong công nghệ cảm biến, học máy và thị giác máy tính. Nguyên lý hoạt động Công nghệ điều khiển bằng cử chỉ hoạt động bằng cách sử dụng các găng tay cảm biến, camera để theo dõi và phân tích chuyển động của cơ thể và tay chân người dùng. Các thiết bị này có khả năng nhận dạng và giải thích các cử chỉ cụ thể và chuyển chúng thành các lệnh hoặc hành động trong hệ thống phần mềm hoặc phần cứng.
[2] 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Công nghệ điều khiển bằng cử chỉ dựa trên sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm để hoạt động hiệu quả. Phần cứng thường bao gồm: Camera, cảm biến, và micro để ghi lại các khía cạnh khác nhau của thông tin đầu vào của người dùng, chẳng hạn như chuyển động tay, cử chỉ và giọng nói. Phần mềm bao gồm các thuật toán phức tạp và mô hình học máy xử lý dữ liệu cảm biến để nhận dạng và diễn giải các cử chỉ cụ thể một cách chính xác. Việc lựa chọn phần cứng và độ phức tạp của phần mềm đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của hệ thống điều khiển cử chỉ.
1: Phương pháp điều khiển bẳng cử chỉ 2. Nhận dạng cử chỉ tay dựa trên thị giác máy tính Trước đây, nhận dạng cử chỉ tay đã đạt được nhờ các cảm biến đeo được gắn trực tiếp vào tay bằng găng tay. Những cảm biến này phát hiện phản ứng vật lý theo chuyển động của tay hoặc uốn cong ngón tay. Dữ liệu thu thập được sau đó được xử lý bằng máy tính kết nối với găng tay bằng dây.
Hệ thống cảm biến dựa trên găng tay này có thể được di chuyển bằng cách sử dụng cảm biến gắn vào vi điều khiển. Nó cung cấp các lệnh đơn giản cho giao diện máy tính. Găng tay sử dụng các loại cảm biến khác nhau để ghi lại chuyển động và vị trí của bàn tay bằng cách phát hiện tọa độ chính xác về vị trí của lòng bàn tay và ngón tay. Các cảm biến khác nhau sử dụng cùng một kỹ thuật dựa trên góc uốn là cảm biến độ cong, cảm biến dịch chuyển góc, đầu dò sợi quang, cảm biến uốn và cảm biến gia tốc.
Những cảm biến này khai thác các nguyên lý vật lý khác nhau tùy theo loại của chúng.[2][3] 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mặc dù các kỹ thuật nêu trên mang lại kết quả tốt nhưng chúng có nhiều hạn chế khiến chúng không phù hợp với người cao tuổi, những người có thể cảm thấy khó chịu và bối rối do sự cố kết nối dây. Ngoài ra, người cao tuổi mắc các bệnh mãn tính dẫn đến mất chức năng cơ bắp có thể không thể đeo và tháo găng tay, gây khó chịu và gò bó nếu sử dụng trong thời gian dài. Những cảm biến này cũng có thể gây tổn thương da, nhiễm trùng hoặc phản ứng bất lợi ở những người có làn da nhạy cảm hoặc những người bị bỏng. Hơn nữa, một số cảm biến khá đắt tiền.
Một số vấn đề này đã được giải quyết trong nghiên cứu của Lamberti và Camastra, những người đã phát triển hệ thống thị giác máy tính dựa trên găng tay được đánh dấu màu. Mặc dù nghiên cứu này không yêu cầu gắn cảm biến nhưng vẫn phải đeo găng tay màu.[2][3] Những hạn chế này đã dẫn đến sự phát triển của các kỹ thuật đầy hứa hẹn và tiết kiệm chi phí mà không cần phải đeo găng tay cồng kềnh. Những kỹ thuật này được gọi là công nghệ cảm biến dựa trên thị giác của máy ảnh. Với sự phát triển của các thư viện phần mềm nguồn mở, việc phát hiện cử chỉ tay có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng như phẫu thuật lâm sàng, ngôn ngữ ký hiệu, điều khiển robot, môi trường ảo, tự động hóa gia đình, chơi game….
Về cơ bản kỹ thuật này thay thế găng tay cảm biến bằng máy ảnh để nhận diện cử chỉ. Các thuật toán đã được phát triển dựa trên phương pháp thị giác máy tính để phát hiện bàn tay ở những loại máy ảnh khác nhau này. Các thuật toán cố gắng phân tích và phát hiện các đặc điểm của bàn tay như màu da, hình dáng, chuyển động, bộ xương, độ sâu,. Điều khiển robot bằng cử chỉ 2.
Khái niệm Gesture control robot là một hệ thống robot được điều khiển bằng các cử chỉ tay hoặc cơ thể của con người thay vì sử dụng các phương pháp truyền thống như bàn phím, chuột, hoặc điều khiển từ xa. Điều này đạt được thông qua việc sử dụng các công nghệ như nhận diện cử chỉ, cảm biến chuyển động và trí tuệ 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT nhân tạo (AI). Các thành phần chính bao gồm Camara, Bộ vi xử lý, Robot, và chương trình điều khiển 2. ứng dụng Ứng dụng gesture control có thể điều khiển robot trong 1 môi trường độc lâp, cách ly hoàn toàn khi robot làm việc trong môi trường phức tạp, có độ nguy hiểm và đòi hỏi có sự linh hoạt cao.
Đối với 1 số ứng dụng robot trong công nghiệp, việc viết 1 chương trình cho robot chạy lặp đi lặp lại có thể không còn khả thi, việc áp dụng xử lý ảnh để phát hiện cử chỉ hoặc phát hiện tọa độ trong không gian 3D của vật nào đó có thể giúp robot hoàn toàn tự động hóa được quy trình làm việc. Trực quan hóa giao diện người dùng, giúp người dùng dễ dàng điều khiển robot hơn chỉ với 1 màn hình và cử động bàn tay trên phạm vi của camera, điều này giúp giảm sự phức tạp và thân thiện với người dùng hơn. Khái niệm Robot delta là một loại robot song song cấu tạo gồm 3 cánh tay có khớp lăng trụ được nối với khớp quay ở bệ cố định. 2: Robot delta (nguồn: phulongtech.com) 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Nguyên lý hoạt động Ý tưởng chính của robot delta là việc sử dụng các hình bình hành để tạo chuyển động cho đầu cuối mà vẫn giữ nguyên hướng của 3 trục tọa độ x,y,z. Bệ trên của robot được gắn với 3 động cơ (toàn bộ cơ cấu chấp hành). Từ bệ, ba cánh tay trung gian được gắn vào. Đầu của những cánh tay này kết nối với một chi tiết hình tam giác nhỏ.
Việc truyền động được thực hiện với các bộ truyền động tuyến tính hoặc quay.[1] Vì robot có kết cấu nhẹ, do đó cho phép chuyển động của robot có quán tính nhỏ. Điều này giúp robot hoạt động với tốc độ rất cao và tăng tốc nhanh.