Xây dựng giao diện thân thiện điều khiển ô tô từ xa

iv iv XỂY DNG GIAO DIN THỂN THIN ĐIU KHIN Ọ TỌ T XA Tóm tắt Công nghệ điều khiển xe từ xa không ngừng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ngoài các trang thiết bị phần cứng và phần mềm phải mạnh, thuật toán tối ưu thì bên cạnh đó một giao diện điều khiển thân thiện với các thao tác của con người cũng sẽ góp phần nâng cao được hiệu quả cho quá trình điều khiển xe từ xa. Chính vì vậy đề tài này đưa ra một giao diện đề xuất khác với các kiểu giao diện thông thường trước đó, giúp cho người điều khiển cảm nhận được rõ như đang điều khiển xe trực tiếp. Sau 5 tháng nghiên cứu, tác giả đã thiết kế chế tạo thành công giao diện mới điều khiển xe từ xa qua mạng không dây có phản hồi cảm giác lái sát thực. Khi điều khiển xe từ xa qua mạng không dây, các tín hiệu về tốc độ xe, góc quay rẽ trái, phải và tín hiệu từ cảm biến khoảng cách gắn trên thân xe sẽ được phản hồi về phía giao diện. Từ các tín hiệu này bộ xử lý sẽ tính toán tạo ra các phản hồi lực tương ứng lên giao diện giúp cho người điều khiển cảm nhận rõ hoạt động của xe. Qua quá trình thiết kế chế tạo và thực nghiệm, giao diện đề xuất trong đề tài đã cho thấy hiệu quả cao hơn so với kiểu giao diện điều khiển thông thường. Cùng một quãng đường cho trước, giao diện đề xuất giúp xe rút ngắn được thời gian di chuyển và số lần va chạm chướng ngại vật ít hơn so với giao diện thông thường. Các cảm biến khoảng cách gắn trên xe còn có tác dụng cảnh báo người lái khi xe ở gần vật cản. Do đó có thể hạn chế được các rủi ro về va chạm trong trường hợp người điều khiển không quan sát thấy vật cản. Ngoài ra các phản hồi lực theo góc lái và vận tốc xe của giao diện đề xuất cũng giúp tăng cao hiệu quả điều khiển xe so với các giao diện thông thường không có phản hồi cảm giác lái. v iv Abstract Technology for vehicle teleoperation is progressed continuously and applied widely in many fields. In addition to the hardware and software equipments have to be powerful and the optimal algorithms, an intuitive control interface with the human manipulations will contribute to enhance the effecacy for the teleoperation process. Therefore this thesis proposed an interface different from the ordinary interfaces before to support the operator for the effective feeling as driving directly. After five months for researching, the author designed and made the new teleoperation interface by a wireless network with the intuitive steering force feedback successfully. When take a teleoperation by a wireless network, the signal of the vehicle speed and turn-left, turn- right angle and distance sensor mounted on the vehicle will be returned to the interface. From this signals, the processor will calculate the force feedback generated corresponding to the interface to enable the operator get the effective feeling of vehicle's operating. Through the process of designing, manufacturing and testing, the proposed interface themes showed higher efficiency than the conventional normal console. Along a given distance, the proposed interface shortened the moving time and the number of collisions less obstacles than the conventional interface. The distance sensor mounted on the vehicle also work to alert the driver when the vehicle near obstructions. Therefore it could limit the risk of the collision in case of the driver is not observed the obstructions. In addition, the force feedback for steering angle and vehicle speed signals of the proposed interface also increase the efficiency compared with the conventional interfaces without feeling steering feedback. v MC LC  TRANG   i  ii  iii  iv  v   vi Danh sách các hình vii Danh sách các bng và bi viii Chng 1. TNG QUAN 1 1.1. Tng quan v tình hình nghiên cu 1 1.1.1. Gii thiu 1 1.1.2. Tình hình nghiên cc 3 1.1.3. Tình hình nghiên cc 4 1.2. Lý do chn đ tài 7 1.3. Mc đích nghiên cu 7 1.4. Nhim v nghiên cu 8 1.5. Đi tng nghiên cu 8 1.6. Đim mi ca đ tài 8 1.7. Gii hn ca đ tài 9 1.8. Phng pháp nghiên cu 9 vi 1.9. K hoch thc hin 9 v Chng 2. C SỞ LÝ THUYT XÂY DNG GIAO DIN THÂN THIN ĐIU KHIN Ô TÔ T XA 11 2.1. Điu khin t xa 11 u khin t xa là gì? 11 2.1.2. Các thành phu khin t xa 11 2.2. Thit k giao din 12 2.2.1. Giao di ha 12 2.2.2. Tiêu chung án thit k 14 n hi t h thng 15 2.2.4. Thit k ngõ vào và dòng lnh 16 2.2.5. Cho phép x lý linh hot 17 2.2.6. Làm vic vi các v v li, sa li và an toàn 18 2.3. Phân loi giao din điu khin t xa 19 2.3.1. Phân loi 19 2.3.2. Giao din Haptic 21 2.3.2.1. Chn Haptic 22 2.3.2.2. Các ng dng ca giao din Haptic 22 2.3.3. Kho sát mt s giao diu khin t xa 26 2.3.3.1. Kho sát giao din loi 2 vu khin Joystick 26 2.3.3.2. Kho sát giao din lou khin giám sát xe t xa 30 2.3.3.3. Kho sát giao din lou khin xe t xa có phn hi Haptic 33 vi 2.4. Thut toán tái to cm giác xúc giác trong điu khin t xa 36 2.4.1. Khái nim v cu khin t xa 36 v 2.4.2. H thu khin t xa 37 o cm giác lái 41  xung hc chuyng lái 41  xua trên bi mô men lái 41  xua trên cm bin mô men xon 43  xu n. 44 2.4.3.4.1. Gii thin 44 2.4.3.4.2. S tái to cm giác lái 49 2.4.3.4.3. u khin t  51 2.5. Ngôn ng lp trình LabVIEW 51 2.5.1. Gii thiu 51 2.5.2. Lp trình vi LabVIEW 54 2.5.3. Lý thuyu khin PID 58 2.5.4. Giao thc TCP/IP 61 Chng 3. XỂY DNG GIAO DIN THÂN THIN ĐIU KHIN Ô TÔ T XA 63 3.1. Tng quan v giao din đ xuất trong đ tài 63 3.2. Yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thut khi thit k 64 3.3. Thit k phần c khí 65 3.3.1u khin t xa 65 3.3.2. Mô hình giao di xut 66 3.3.2.1. Thit k n 66 3.3.2.2. Hoàn chnh 69 vi 3.4. Thit k phần mch đin 72 3.4.1. Giao diu khi 72 [...]... Hình 1.3: Giao diện haptics được đề xuất 5 Hình 2.1: Sơ đồ khối điều khiển từ xa 12 Hình 2.2: Giao diện điều khiển từ xa có hiển thị định vị 13 Hình 2.3: Giao diện điều khiển trang bị laptop và giao tiếp âm thanh 20 Hình 2.4: Thiết bị Haptic Handshake hỗ trợ giao diện điều khiển chính 23 Hình 2.5: Giao diện trò chơi bắn súng có thiết bị Haptic 24 Hình 2.6: Mô phỏng cánh tay 3D với giao diện Haptic 6-DOF... khi ôm cua  Viết chương trình điều khiển động cơ DC giao tiếp giữa giao diện và xe  Viết chương trình điều khiển xe từ xa qua mạng không dây chuẩn TCP/IP  Thiết kế mạch điện điều khiển trên giao diện và xe  Thực nghiệm và ghi nhận kết quả 10 Ch C ng 2 SỞ LÝ THUY T XÂY D NG GIAO DI N THÂN THI N ĐI U KHI N Ô TÔ T XA 2.1.Kỹ thu t đi u khi n t xa 2.1.1 Kỹ thu t đi u khi n t xa là gì? Xuất phát từ những... quanh, giao diện điều khiển, băng thông điều khiển như máy thu phát sóng radio tín hiệu hoặc modem mạng không dây wireless LAN, 3G  Phần mềm: các ngôn ngữ lập trình như C, Assembly, Apache HTTP web serverhoặc LabVIEW sẽ thực hiện việc giao tiếp giữa người điều khiển và phương tiện điều khiển từ xa 11 Trên hình 2.1 mô tả sơ đồ khối của một quá trình điều khiển từ xa Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển từ xa. .. thời có những điều chỉnh thích hợp, do đó phải tích hợp các cảm biến là điều cần thiết Một giao diện điều khiển từ xa điển hình được trình bày trên hình 2.2 Hình 2.2 Giao diện điều khiển từ xa có hiển thị định vị Qua khảo sát các giao diện thực tế thì một số thông số sau đây trên giao diện đồ họa giữ vai trò quan trọng trong việc giao tiếp trao đổi thông tin giữa người điều khiển và xe từ xa: 13  Bản... khiển. [1]  Xây dựng thuật toán điều khiển xe từ xa qua mạng không dây  Chế tạo phần cơ khí giao diện haptic điều khiển từ xa  Thiết kế mạch điện điều khiển xe từ xa qua mạng không dây  Thực nghiệm và ghi nhận kết quả đạt được 1.5.Đ I T NG NGHIÊN C U  Giao diện haptic điều khiển xe từ xa qua mạng không dây  Động cơ DC  Thiết bị thu phát không dây  Card giao tiếp máy tính HDL 9090  Các cảm biến... không có phản hồi cảm giác xúc giác 88 Bi u đ 4.1: Kết quả thí nghiệm giao diện điều khiển xe từ xa qua mạng không dây không có phản hồi cảm giác xúc giác 89 B ng 4.2: Kết quả thí nghiệm giao diện điều khiển xe từ xa qua mạng không dây có phản hồi cảm giác xúc giác 90 Bi u đ 4.2: Kết quả thí nghiệm giao diện điều khiển xe từ xa qua mạng không dây có phản hồi cảm giác xúc giác 90 viii Ch ng 1 T NG QUAN 1.1.T... thực khi ôm cua  Xây dựng thuật toán điều khiển xe từ xa qua mạng không dây  Thiết kế chế tạo giao diện haptic điều khiển xe từ xa Đề tài này được ứng dụng để:  Thực hiện giám sát an ninh cho các tòa nhà, công trình, khu nhà xưởng  Thực hiện thăm dò trong vùng độc hại  Giúp người điều khiển xe từ xa cảm nhận rõ ràng hơn về ảnh hưởng của mặt đường và cảm giác sát thực khi ôm cua như đang điều khiển. .. Nghiên cứu tài liệu để tìm ra ưu nhược điểm của các loại giao diện điều khiển từ xa, từ đó lựa chọn các tính năng cần thiết cho giao diện haptic đề xuất  Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình LabVIEW, công nghệ Haptic, lý thuyết cơ học chuyển động và dao động của ô tô, ứng dụng điều khiển từ xa qua mạng không dây  Phác thảo mô hình trên máy tính 9  Chế tạo mô hình, kiểm tra các chi tiết và thay đổi lại cho phù... được giao diện điều khiển từ xa qua mạng không dây 1.4.NHI M V NGHIÊN C U  Vận dụng lý thuyết cơ học chuyển động của ô tô và ứng dụng công nghệ Haptic để đưa ra thuật toán phản hồi cảm giác lái và cảm giác quay vòng sát thực  Nghiên cứu lý thuyết điều khiển động cơ DC  Nghiên cứu thuật toán PID điều khiển động cơ DC  Tìm hiểu phần mềm LabVIEW để lập trình điều khiển. [1]  Xây dựng thuật toán điều khiển. .. tiếp, điều khiển từ xa và phản hồi giữa người và máy thì kỹ thuật điều khiển từ xa được nghiên cứu và phát triển nhằmđáp ứng được các yêu cầu này 2.1.2 Các thành phần c b n trong h th ng đi u khi n t xa Một điều khiển từ xa về cơ bản phải có đầy đủ các thành phần:  Thiết bị phần cứng: phương tiện điều khiển từ xa, các camera quan sát hoặc cảm biến có chức năng cung cấp thông tin về điều kiện môi trường . đó một giao diện điều khiển thân thiện với các thao tác của con người cũng sẽ góp phần nâng cao được hiệu quả cho quá trình điều khiển xe từ xa. Chính vì vậy đề tài này đưa ra một giao diện đề. mới điều khiển xe từ xa qua mạng không dây có phản hồi cảm giác lái sát thực. Khi điều khiển xe từ xa qua mạng không dây, các tín hiệu về tốc độ xe, góc quay rẽ trái, phải và tín hiệu từ cảm. XÂY DNG GIAO DIN THÂN THIN ĐIU KHIN Ô TÔ T XA 11 2.1. Điu khin t xa 11 u khin t xa là gì? 11 2.1.2. Các thành phu khin t xa 11 2.2. Thit k giao