Σχεδιασμός και ανάπτυξη cyberphysical γαντιού με στόχο την ψηφιακή καταγραφή και απεικόνιση των κινήσεων του χεριού του χρήστη (δημιουργία ψηφιακού avatar)

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός cyber physical γαντιού το οποίο θα μπορεί να παρακολουθεί και να καταγράφει τις κινήσεις του χεριού του χρήστη. Για την υλοποίηση του cyberphysical γαντιού έχει χρησιμοποιηθεί η ενσωματωμένη πλατφόρμα frdm mbed kl25z η οποία περιέχει ενσωματωμένο τον αισθητήρα επιτάχυνσης mma8451q. Η πλατφόρμα έχει ενσωματωθεί σε ένα κοινό γάντι ώστε να του προσδώσει την απαιτούμενη «εξυπνάδα». Πιο συγκεκριμένα ο αλγόριθμος που έχει αναπτυχθεί κινείτε σε δυο βασικούς άξονες. Ο πρώτος άξονας αφορά την απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της γωνιακή θέση του γαντιού, προσομοιώνοντας το με έναν τρισδιάστατο κύβο (ψηφιακό κλισίμετρο). Ο δεύτερος άξονας στοχεύει στην παρακολούθηση των αλλαγών της γωνιακή θέση του γαντιού με τελικό σκοπό την αναγνώριση δυο διαφορετικών σεναρίων περιστροφικής κίνησης (pattern recognition). Αρχικά στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζετε ένας απλός τρόπος για την συλλογή των μετρήσεων ενός αισθητήρα επιτάχυνσης από έναν υπολογιστή γενικού σκοπού μέσω της σειριακής θύρας. Στην συνεχεία αναλύονται διεξοδικά κατάλληλα μαθηματικά μοντέλα καθώς και διαφορετικές τεχνικές σχετικά με την καταγραφή της γωνιακής περιστροφής (rotation) και τον προσδιορισμός της γωνιακής θέσης (orientaton) ενός άκαμπτου σώματος στον τρισδιάστατο χώρο. Επιπλέον παρουσιάζονται εκτενώς οι ενσωματωμένες συναρτήσεις του αισθητήρα mma8451q. Μια εξ αυτών, και συγκεκριμένα η συνάρτηση tap ή pulse event έχει παραμετροποιηθεί μέσω κατάλληλου αλγορίθμου που έχει αναπτυχθεί στην επεξεργαστική μονάδα της ενσωματωμένης πλατφόρμας και έχει χρησιμοποιηθεί. Η λειτουργικότητα που της έχει δοθεί είναι να αναγνωρίζει την ξαφνική επαφή μεταξύ δυο πολύ συγκεκριμένων σημείων του γαντιού και ενός οποιουδήποτε εξωτερικού αντικείμενου με σκοπό να αποφασίζει κάθε φορά ποιο από τα δυο μονοπάτια αναγνώρισης θα θέσει προς αναγνώριση. Επίσης στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζετε η αξιολόγηση της απόδοση του γαντιού και στους δύο βασικούς άξονες που έχουν τεθεί ως στόχοι της διπλωματικής εργασίας. Στο πρώτο πείραμα η κλίση της πλατφόρμα ταυτίστηκε με διαφορετικές γωνίες ενός μοιρογνωμονίου, και έπειτα από επαναλαμβανόμενες μετρήσεις αξιολογήθηκε η ακρίβεια του υπολογισμού των γωνιών από τον αλγόριθμο. Στο δεύτερο πείραμα ανατέθηκε στην πλατφόρμα να αναγνωρίσει δυο διαφορετικά σενάρια κίνησης. Από πλευράς λογισμικού έχει αναπτυχθεί αλγόριθμος στην επεξεργαστική μονάδα της ενσωματωμένης πλατφόρμας με την χρησιμοποίηση των προγραμματιστικών γλωσσών c και c++. Επίσης αλγόριθμος με την γλώσσα προγραμματισμού python και την βιβλιοθήκης pygame (που προσδίδει στην γλώσσα το γραφικό περιβάλλον) έχει αναπτυχθεί στην πλατφόρμα προγραμματισμού Atom η οποία και «τρέχει» σε έναν υπολογιστική γενικού σκοπού. Ο αλγόριθμος παρουσιάζετε αναλυτικά μέσω της χρήσης διαγραμμάτων ροής (flow chars).