Chương 1: Tổng quan Trong chương này, đồ án được trình bày tổng quan về robot cũng như robot hỗ trợ trong y tế và một số ứng dụng robot vào thực tế. Từ đó, đi đến làm rõ mục tiêu, giới hạn và bố cục đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, thiết bị, phần cứng sử dụng thiết kế. Chương 3: Tính toán và thiết kế Trong chương này mô hình xe robot vận chuyển mẫu xét nghiệm được nêu rõ các yêu cầu chi tiết về kỹ thuật.
Từ đó, thực hiện thiết kế sơ đồ khối hóa hệ thống, chọn lựa thiết kế và chọn lựa phần cứng phù hợp cũng như thiết kế phần mềm. Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày về kết quả mô hình robot vận chuyển mẫu xét nghiệm sau khi thực hiện, các thử nghiệm robot theo các mục tiêu đã đặt ra. Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá Chương này nêu kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá hệ thống. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Chương này đưa ra những kết luận về quá trình nghiên cứu và khả năng phát triển cho robot vận chuyển ở bệnh viện trong tương lai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 3 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. ROBOT VẬN CHUYỂN PHỤC VỤ TRONG LĨNH VỰC Y TẾ 2. Giới thiệu Robot là một loại hình máy móc có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ thống cơ khí – điện tử.
Ngày nay, robot được sử dụng trong nhiều ngành nghề, hỗ trợ và dần thay thế con người ở một số vị trí, nâng cao năng suất và hiệu quả làm việc. [15] Robot đã bước vào lĩnh vực y tế rất đa dạng, muôn hình muôn vẻ. Từ những loại robot chăm sóc người cao tuổi, trẻ em, đến các loại robot phức tạp hơn, có thể làm công việc như một điều dưỡng bệnh viện. [6] Một số robot làm việc trong bệnh viện ở Hoa Kì, Anh hay Nhật Bản đã cho thấy sự hoạt động hiệu quả của mình khi hoàn thành tốt các nhiệm vụ vận chuyển chất thải y tế, vận chuyển tài liệu, thuốc, giúp bác sĩ thăm khám bệnh nhân thông qua camera,…[6] Theo SlashGear, việc có quá ít y tá làm việc ban đêm khiến hoạt động tìm kiếm vật dụng y tế trở nên vất vả hơn.
Triển khai robot sẽ lấp đầy khoảng trống đó, giúp vận chuyển thuốc, mẫu và các vật dụng khác giữa các điểm đến trong bệnh viện. Một số robot vận chuyển trong bệnh viện 2. Robot Noah Robot Noah được đưa vào thử nghiệm tại Bệnh viện Nhi và Phụ nữ Quảng Châu, Quảng Đông, Trung Quốc giúp giảm quãng đường đi bộ của y tá lên đến 1. Mỗi robot có thể mang tài liệu và thuốc nặng tới 330kg.
Tuy nhiên, người đứng đầu bệnh viện dự đoán robot có thể mang được khối lượng nặng hơn thế. [7] Mỗi robot Noah có thể làm thay công việc của 4 người. Sử dụng công nghệ GPS, các robot này có thể di chuyển và cầm theo số đồ dùng gấp 10 lần một nhân viên bình thường. Với việc đưa Noah vào hỗ trợ, y tá bệnh viện sẽ giảm được hơn 1.900 km quãng đường đi bộ bên trong khuôn viên mỗi năm.
[7] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1: Robot Noah ở Trung Quốc. Robot Noah được lập trình với các cụm từ như: "Tôi đi đây", "Tôi đang vào thang máy", "Tôi bị cản trở" để thông báo cho các y tá trong bệnh viện.[7] Noah tiện lợi nhờ các bánh xe để dễ dàng di chuyển và ngăn kéo có thể khóa tránh cho các thiết bị và tài liệu bị nhiễm bẩn như khi con người mang vác. Mỗi robot Noah có giá 600.000 nhân dân tệ (hơn 2 tỷ đồng).
Các nhà sáng chế vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để robot này có thể giao tiếp cơ bản với nhân viên y tế. Robot RP7 Ở Anh, một "robot bác sĩ" với sứ mệnh cứu người đã chính thức bắt tay vào nhiệm vụ tại một bệnh viện thuộc Vương quốc Anh và sắp tới có thể sẽ trở thành thành viên túc trực thường xuyên với đội ngũ bác sĩ ở các bệnh viện khác trên khắp xứ sở sương mù.2: Robot chuẩn đoán bệnh RP7. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT RP7 được trang bị các bánh xe nên nó có thể di chuyển khắp bệnh viện với tốc độ 8km/h.
Nhờ vậy, một bác sĩ đang ở xa nhiều cây số cũng có thể "lệnh" cho RP7 tiến đến bên giường bệnh nhân để thăm khám bằng cách sử dụng một thiết bị điều khiển từ xa. Bệnh nhân có thể nhìn thấy chuyên gia y tế qua màn hình và nhận được sự tư vấn trực tiếp từ họ. "Chiếc camera của robot RP7 không chỉ hiển thị khuôn mặt của chúng ta cho bệnh nhân thấy, mà còn cho phép các bác sĩ nhìn gần hơn vào bất cứ bộ phận nào trên cơ thể bệnh nhân, chẳng hạn như phóng to mắt của họ lên toàn màn hình để có thể chẩn đoán họ có dấu hiệu của bệnh vàng da hay không", Tiến sĩ Charles MacAllister ở bộ phận ICU Bệnh viện Craigavon, một trong các bệnh viện ứng dụng robot vào khám chữa bệnh ở Anh, cho biết. [14] Robot RP7 đầu tiên ở Anh hiện đang hoạt động như một chuyên gia tư vấn khẩn cấp tại bệnh viện Daisy Hill ở Bắc Ireland và theo kế hoạch, các "đồng nghiệp" của chúng cũng sẽ được triển khai tại hai bệnh viện ở Shropshire và Kent & Canterbury.
Robot vận chuyển chất thải y tế ở Anh Bệnh viện Hoàng gia Forth Valley (NHS) là cơ sở y tế đầu tiên tại Anh triển khai đội quân robot này với tổng trị giá 300 triệu bảng.3: Robot vận chuyển chất thải y tế trong bệnh viện ở Anh. Tùy theo nhiệm vụ mà có loại robot với cấu hình tương ứng, chúng sẽ vận chuyển chất thải lâm sàng và các chất bẩn khác; cung cấp thực phẩm phù hợp với tình trạng bệnh nhân hoặc giúp phân chia liều thuốc theo y lệnh. Robot đi dọc theo hành lang dành BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT riêng cho chúng ở tầng dưới của bệnh viện.
Khi cần, các nhân viên bệnh viện sẽ sử dụng một thiết bị kỹ thuật số cầm tay để gọi chúng đến. Mỗi robot được trang bị chùm tia laser để giúp chúng dò tìm đúng nơi cần đến, hệ thống cảm biến của chúng giúp nhặt những đồ vật theo yêu cầu. Robot TUG Tại bệnh viện Aethon, robot TUG dùng để vận chuyển thuốc, dụng cụ y tế và các loại hàng hóa nhằm giảm thiểu sai sót và chi phí hoạt động. Robot được trang bị nhiều ăng-ten nhỏ xíu để phát hiện con người và chướng ngại vật.
Những chiếc ăng-ten có thể phát ra sóng siêu âm, tia hồng ngoại và tia laser để dò tìm các vật thể xung quanh robot. Với khối lượng 25kg, TUG hoạt động nhờ hai motor điện một chiều có khả năng tự sạc khi chúng không hoạt động. Khi lượng điện trong pin đạt mức tối đa, TUG sẽ hoạt động liên tục trong 10 tiếng đồng hồ. TUG có thể mang vô số vật nặng lên tới 453kg, làm những công việc nguy hiểm như tiếp xúc với các chất độc hại.4: Robot TUG Khả năng giao tiếp với nhau của các robot ngày càng được nâng cao và TUG cũng không phải trường hợp ngoại lệ.
Chúng có thể “nói chuyện” với nhau trong hành lang để trao đổi thông tin về lộ trình hiệu quả nhất để tới đích. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LINE 2. Giới thiệu Nhận dạng ảnh là giai đoạn quan trọng của một hệ thống xử lý ảnh. Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô hình nào đó.
Ảnh được chụp sẽ được phân tích thành các đặc trưng riêng biệt, với những đặc trưng đó ta đem đi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT nhận dạng. [4] Như vậy, để nhận dạng được line cần xác định các đặc điểm đặc trưng riêng biệt của line như màu sắc, toạ độ trong khung hình để trích xuất vùng cần xử lý ảnh. Thuật toán Contour 2.
Giới thiệu Contour là thuật toán được sử dụng trong xử lý ảnh nhằm tách, trích xuất các đối tượng, tạo điều kiện để các xử lý sau được chính xác.[16] Trong OpenCV, tìm đường viền cũng giống như tìm đối tượng màu trắng từ nền đen. Vì vậy, đối tượng được tìm thấy nên có màu trắng và nền nên có màu đen.5: Ví dụ về đường viền (Contour) Đường viền có thể được giải thích đơn giản là một đường cong nối tất cả các điểm liên tục (dọc theo đường biên), có cùng màu hoặc cường độ. Các đường viền là một công cụ hữu ích để phân tích hình dạng, phát hiện và nhận dạng đối tượng. Thuật toán Có 4 thuật toán thông dụng nhất được sử dụng trong Contour tracking, gồm: Square Tracing Algorithm.
[16] Moore – Neighbor Tracing. [16] Theo Pavlidis’ Algorithm. [16] Trong số đó, Square Tracing Algorithm và Moore – Neighbor Tracing dễ triển khai nên được sử dụng phổ biến hơn cả. [16] Square Tracing algorithm: [16] Thuật toán: Duyệt từ pixel ngoài cùng bên trái phía dưới, đi lên cho tới khi gặp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT pixel có giá trị bằng 1 (pixel này sẽ được gọi là pixel start) thì bắt đầu di chuyển theo quy tắc sau: Nếu gặp Pixel có giá trị bằng 1 thì rẽ trái. Nếu gặp Pixel có giá trị bằng 0 thì rẽ phải. Di chuyển cho tới khi quay lại pixel start thì dừng lại. Hình sau mô tả cách hoạt động của thuật toán: Hình 2.6: Mô tả quá trình tìm contour của thuật toán Square Tracing Điều kiện kết thúc: Thuật toán kết thúc khi gặp một trong hai điều kiện sau: Di chuyển vào pixel start lần thứ 2 sau khi đi qua n pixel khác.
Nếu điều kiện này xảy ra, có nghĩa rằng thuật toán chạy sai, xem ví dụ như hình 2.7: Ví dụ trường hợp thuật toán chạy sai Di chuyển vào pixel start lần thứ 2 sau khi đi qua n pixel khác và theo đúng hướng đi vào pixel start lần đầu tiên, điều kiện này còn được gọi là Jacob’s stopping BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 9 do an CHƯƠNG 2.