Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống rối nước tự động (Đề tài NCKH)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

Tên Đề Tài: Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống rối nước tư động
Mã số đề tài: SV2020-38

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trung Tín


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

Tên Đề Tài: Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống rối nước tư động
Mã số đề tài: SV2020-38
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học ứng dụng
SV thực hiện: Nguyễn Trung Tín

Nam,Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp,khoa: 191461B, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Người hướng dẫn: TS.Mai Đức Đãi

Năm thứ :01/Số năm đào tạo:04

MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG BIỂU
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu…………………………………………………………………………1
1.2. Nghệ thuật múa rối ở Việt Nam và thế giới……………………………………....2
1.3. Tình hình ứng dụng khoa học kỹ thuật vào di sản văn hóa…………………….....7
1.4. Lý do chọn đề tài………………………………………………………………...11
1.5. Tính thiết thực của đề tài………………………………………………………...11
1.6. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài………………………………………………….12
1.7. Giới hạn đề tài…………………………………………………………………...12
1.8. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………...13
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..14
2.2. Lý thuyết điều khiển múa rối nước Việt Nam…………………………………..14
2.3. Kết luận………………………………………………………………………….15
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
3.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..17
3.2. Các phương án thiết kế cơ khí…………………………………………………..17
3.3. Yêu cầu trong thiết kế cơ khí……………………………………………………17
3.4. Ma trận ý tưởng để xác định phương án thiết kế………………………………..18
3.5. Tổng thể…………………………………………………………………………20
3.6. Thiết kế phần khung hệ thống…………………………………………………...21
3.7. Thiết kế cánh tay đòn …………………………………………………………...25
3.8. Thiết kế cơ cấu chuyển động trên con rối……………………………………….32
CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ

THỐNG
4.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..36
4.2. Động học tay rối………………………………………………………………...36
4.3. Động học tay người……………………………………………………………..42


4.4.Tương tác tay rối và tay người…………………………………………………...45
4.5.Động lực học của cả cơ hệ…………………………………………………….…47
4.6.Kết luận……………………………………………………………………….….49
CHƯƠNG 5: THU NHẬN DỮ LIỆU TỪ CẢM BIẾN KINECT
5.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..50
5.2. Cảm biến ngoại vi Kinect……………………………………………………….50
5.3. Kết luận………………………………………………………………………….60
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
6.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..61
6.2.Thiết kế hệ thống điều khiển trung tâm………………………………………….61
6.3. Kết luận………………………………………………………………………….71
CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
7.1. Giới thiệu………………………………………………………………………..72
7.2. Kết quả phần cứng của hệ thống………………………………………………...72
7.3. Kết quả phần mềm của hệ thống………………………………………………...75
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
8.1. Kết luận của đề tài………………………………………………………………80
8.2. Hướng phát triển của đề tài……………………………………………………..80
TÀI LIỆU THAM KHẢO
POSTER


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1:11 di sản văn hóa phi vật thể được UNESCO cơng nhận ( tính đến năm

2017)…………………………………………………………………………………………..…1
Hình 1.2: Thủ tướng Nguyễn Xuấn Phúc tặng hoa Nhà nghiên cứu văn hóa Nguyễn
Hải Liên………………………………………………………………………………………....2
Hình 1.3 : Rối bóng Indonesia và rối Bunraku Nhật Bản…………………………….3
Hình 1.4 : Các nghệ nhân đang điều khiển rối dây Trung Quốc…………………..…4
Hình 1.5: Nhà hát rối quốc gia Bunraku ở Osaka ( Nhật Bản)…………………….....5
Hình 1.6: Múa rối dây và múa rối cạn tại Việt Nam………………………………....6
Hình 1.7: Nhà hát múa rối Thăng Long tại Hoàn Kiếm, Hà nội………………….….7
Hình 1.8: Sân khấu rối nước Rồng vàng (thuộc Bảo tàng TP.HCM)………………...8
Hình 1.9: Sân khấu múa rối nước Thăng Long……………………………………....9
Hình 1.10(a) Chú Tễu và (b) Múa Rồng……………………………………………..9
Hình 1.11: Các nghệ nhân đang ngâm mình trong nước để làm việc……………....10
Hình 2.1.Đại diện cho nhóm rối con người và con vật……………………………..15
Hình 3.1.Sơ đồ phân tích chức năng của hệ thống rối nước tự động…………….....17
Hình 3.2: Hình dạng bên ngồi bản phác thảo hệ thống rối nước tự động………….20
Hình 3.3.Hình dạng tổng qt của phần khung hệ thống…………………………...21
Hình 3.4.Kết quả tính tốn ứng suất trong hệ khi chịu các momen………………...22
Hình 3.5.Kết quả tính tốn khả năng chuyển vị của hệ thống……………………....22
Hình 3.6.Khảo sát sự phân bố lực trên cơ hệ khi chuyển động……………………..23
Hình 3.7.Khảo sát momen lực gây mất đối trọng cho cơ hệ………………………..24
Hình 3.8.Dạng tay địn số 1………………………………………………………....25
Hình 3.9: Hình ảnh motor DC JGY370-160RPM-12V………………………….....28
Hình 3.10: Phân tích lực cánh tay địn cả cơ hệ………………………………….....28
Hình 3.11:Phân tích lực khi chuyển động của cơ hệ………………………………..29
Hình 3.12: Motor DS400-24VDC……………………………………………….….31
Hình 3.13: Dạng tay địn số 2……………………………………………………….31
Hình 3.14: Thiết kế cơ cấu chuyển động cho con rối……………………………….33
Hình 3.15:Servo MG90S…………………………………………………………....33
Hình 3.16: Hộp chứa các servo điều khiển chuyển động con rối…………………...34
Hình 3.17:Thiết kế mút bao phủ động cơ điều khiển con rối……………………….35

Hình 3.18:Tổng thể đế đỡ và con rối sau khi hồn tất……………………….…….35
Hình 4.1.Động học tay địn thứ 1…………………………………………………..36
Hình 4.2.Động học tay địn thứ 2……………………………..………………...….39
Hình 4.3.Vùng giao nhau giữa các tay địn………………………………….…..….41
Hình 4.4: Khơng gian hoạt động của dạng tay rối……………………………….…42
Hình 4.5: Động học của tay người………………………………………………….42
Hình 4.6. Động học nghịch của tay người……………………………………….....44
Hình 4.7:Mơ phỏng khơng gian giao nhau của 2 tay địn…………………………..45
Hình 4.8: Mơ phỏng vùng giao nhau của tay người dưới góc nhìn Kinect……...…46
Hình 4.9. Sơ đồ khối liên hệ động lực học trong hệ………………………………..47
Hình 5.1. Cảm biến ngoại vi Kinect………………………………………………..50
Hình 5.2: Các thành phần cấu tạo của Kienct……………………………………....51
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động của Kinect………………………………………...53
Hình 5.4: Nguyên lý ảnh độ sâu của Kinect…………………………………….….54
Hình 5.5: Một minh họa về ảnh độ sâu………………………………………….….54
Hình 5.6: Thơng tin các bit lưu trữ độ sâu……………………………………….....55
Hình 5.7: Nguyên lý phản chiếu ánh sáng hồng ngoại của Kinect………………....55
Hình 5.8: Bộ xương người và bộ xương mơ phỏng của Kinect…………………....56
Hình 5.9: Nhận dạng và mơ phỏng bộ xương người…………………………….....57
Hình 5.10: Giao diện nhận diện khung xương của Kinect………………………....57
Hình 5.11: Quá trình nhận diện các khớp…………………………………………..58
Hình 5.12. Tọa độ 20 khớp của khung xương……………………………………...59
Hình 5.13: Phân tích tính tốn các góc từ các tọa độ nhận được………………..…59
Hình 6.1.Tổng quan về hệ thống điều khiển……………………………………..…61
Hình 6.2:Sơ đồ ngun lí của mạch điều khiển thủ cơng-tự động………………....62
Hình 6.3: Lưu đồ giải thuật………………………………………………………...63
Hình 6.4:Sơ đồ nhận tín hiệu và mã hóa truyền đi xa……………………………...63
Hình 6.5: Sơ đồ nhận tín hiệu được gửi đến thơng qua sóng RF…………………..64

Hình 6.6: Bộ thu phát tín hiệu RF 433MHz………………………………………..66
Hình 6.7 : Sơ đồ nguyên lý mạch phát RF………………………………………....66
Hình 6.8: Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF…………………………………………...67


Hình 6.9:Sơ đồ khối bộ điều khiển PID…………………………………………....68
Hình 6.10: Đồ thị sai số với 3 giá trị

K (K
d

p

và K i khơng đổi)…………………69

Hình 6.11: Hai ngõ ra của module đọc encoder……………………………………69
Hình 6.12: Module encoder v1……………………………………………………..70
Hình 6.13: Sơ đồ nguyên lý của module đọc encoder v1…………………………..70
Hình 6.14: Lưu đồ giải thuật xử lý xung encoder…………………………………..71
Hình 6.15: Các phản hồi vị trí từ encoder…………………………………………..71
Hình 7.1:Hình ảnh phần trước của hệ thống………………………………………..72
Hình 7.2: Hình ảnh phần sau của hệ thống………………………………………….73
Hình 7.3: Hệ thống điện-điều khiển của hệ thống…………………………………..74
Hình 7.4: Các chi tiết bên trong hệ thống điện……………………………………...74
Hình 7.5: Hình ảnh trích xuất dữ liệu người lúc đứng……………………………...76
Hình 7.6: Hình ảnh trích xuất tọa độ người lúc ngồi………………………………..77
Hình 7.7:Giao diện làm việc chính của hệ thống…………………………………...78
Hình 7.8:Mơ phỏng sai lệch góc quay giữa tay người(Master) và tay rối(Slave)…..79
Hình 7.9: Mơ phỏng sai lệch theo phương x của tay người và tay rối……………...79
Hình 7.10:Mơ phỏng sai lệch theo phương y của tay người và tay rối…………..…79

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1.Bảng phân tích động học các con rối nước Việt Nam…………………….14
Bảng 3.1.Ma trận thiết kế cơ cấu tay địn……………………………………….…...18
Bảng 3.2.Thơng số kỹ thuật động cơ DC JGY370…………………………………..28
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của động cơ DS400…………………………………...31
Bảng 3.4.Thông số kỹ thuật Servo MG90S………………………………………….34
Bảng 6.1. Ma trận các phương pháp điều chế và mã hóa…………………………....65
Bảng 6.2.Thơng số kỹ thuật mạch thu phát RF433MHz………………………….....68
Bảng 6.3: Thông số kỹ thuật module đọc Encoder v1……………………………....70
Bảng 7.1. Bảng thông số hoạt động của hệ thống…………………………………...73
Bảng 7.2:Thống kê số lượng mạch trong hệ thống điện………………………….…75
Bảng 7.3. Thông số làm việc của Kinect…………………………………………….75


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài:Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống rối nước tư động
- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trung Tín
Mã số SV:19146061
- Lớp:191461B
Khoa:Cơ khí- Chế tạo máy
- Người hướng dẫn: TS.Mai Đức Đãi
2. Mục tiêu đề tài: Xây dựng được hệ thống điều khiển tự động các con rối nước, có
thể ứng dụng vào trong biểu diễn để thay thế cho các cách biểu diễn truyền thống.
3. Tính mới và sáng tạo: Ứng dụng dữ liệu từ cảm biến, trích xuất tọa độ khung
xương để điều khiển hệ thống rối nước tự động được mô phỏng trong môi trường thực

tế ảo
4. Kết quả nghiên cứu:
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài: Mô hình đang trong
q trình hồn thành và thử nghiệm
Ngày
tháng
năm
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)


Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày

tháng
Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)

năm


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.Giới thiệu
Cùng với sự phát triển của cách mạng cơng nghiệp 4.0, đó là cuộc cách mạng của
khoa học cơng nghệ, là sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo, công nghệ thông tin được ứng

dụng nhiều trong mọi mặt của đời sống, đem lại sự đổi mới và mang lại giá trị kinh tế
cao hơn trước rất nhiều. Tuy nhiên, cái mới không ngừng phát triển, đồng nghĩa là
những thứ cổ xưa sẽ dần bị thay thế, khơng cịn giá trị nữa. Và một trong những thứ đó
là những di sản văn hóa của thế giới nói chugn và Việt Nam nói riêng. Di sản văn hóa
là những thành tựu văn hóa, truyền thống mà người xưa đã đúc kết rất lâu mới hình
thành được, mà giờ đây lại dần bị mai một theo thời gian và đang đứng trước nguy cơ
bị biến mất.

Hình 1.1:11 di sản văn hóa phi vật thể được UNESCO cơng nhận ( tính đến năm
2017)
Dù di sản văn hóa ngày nay càng ngày càng được chú trọng bảo tồn và phát triển. Đặc
biệt là sự công nhận của UNESCO với các di sản văn hóa của Việt Nam là một nguồn
động viên khích lệ rất lớn, làm tăng lên nhiều lần giá trị cho các di sản văn hóa của
chúng ta.
Tuy vậy, theo thống kê của Cục Di sản Văn Hóa (Bộ Văn hóa Thể thao và Du lịch),
hiện nay có hơn 248 di sản văn hóa phi vật thể trên cả nước đã được đưa vào Danh
mục Di sản văn hóa phi vật thể quốc gia. Từ số liệu trên ta hồn tồn có thể thấy sự
mâu thuẫn giữa cái được quan tâm và biết đến so với tổng thể. Qua đó cho thấy vẫn

1


còn rất nhiều di sản của chúng ta bị bỏ quên, và rồi dần dần ta sẽ dần mất đi từng
bản sắc dân tộc của chúng ta.
Vào ngày 23/11/2019, đúng vào Ngày Di sản Văn Hóa Việt Nam, Thủ tướng
Nguyễn Xuân Phúc dã dự lễ hiễn tặng thành quả nghiên cứu và bảo tồn của các nhà
nghiên cứu văn hóa. Phát biểu tại buổi lễ, Thủ tướng cho rằng: Trải qua hàng ngàn
năm văn hiến của đất nước, văn hóa được coi là một sức mạnh nền tảng trong xây
dựng khối đồn kết tồn dân tộc trong mọi tiến trình dựng nước và giữ nước. Trong đó,
bản sắc văn hóa là một trong những yếu tố cốt lõi tạo nên bản sắc dân tộc. Dân tộc nào

giữ được bản sắc của mình thì dân tộc đó mãi trường tồn. Dựa vào văn hóa, phải biến
văn hóa trở thành di sản và tạo sinh kế cho người dân.

Hình 1.2: Thủ tướng Nguyễn Xuấn Phúc tặng hoa Nhà nghiên cứu văn hóa Nguyễn
Hải Liên
Qua đó ta thấy rằng, việc phải bảo tồn di sản văn hóa nói chung và di sản văn hóa phi
vật thể nói riêng là trách nhiệm của mỗi chúng ta. Phải làm từ di sản văn hóa đó tạo
dựng phát triển nền kinh tế như những nước giàu di sản như ( Trung Quốc, Tây Ban
Nha, Italia) đã làm và họ đã giàu mạnh. Phải làm sao để truyền bá phổ biến qua các thế
hệ các di sản văn hóa đó để bản sắc của một dân tộc có thể trường tồn mãi mãi, tạo
dựng lịng đồn kết vững bền cho cả một dân tộc để rồi cùng nhau hùng mạnh hơn.
2. Nghệ thuật múa rối ở Việt Nam và thế giới
Múa rối là một hình thức trình diễn sân khấu liên quan đến các con rối. Đây là
một nghệ thuật trình diễn cổ xưa, được ghi nhận có nguồn gốc từ 3000 năm

trước

cơng ngun trên tồn thế giới. Hiện nay, múa có rất nhiều biến thể trên toàn thê giới,

2


nhưng điểm chung của chúng là điều khiển những con rối vô tri vô giác, biến
chúng từ vô tri thành chuyển động nhịp nhàng, từ vơ hồn thành có hồn và đầy cuốn hút,
múa rối
được biểu diễn trong các lễ hội truyền thống, trở thành đai diện cho một dân tộc, một
vùng miền hay một quốc gia.
Về nghệ thuât múa rối nói chung thì trên thế giới hiện nay có rất nhiều biến thể, từ rối
bóng Indonesia, múa rối Bunraku Nhật Bản, rối dây Trung Quốc, rối đen Mỹ hay múa
rối nước của Việt Nam ta.

Hình 1.3: Rối bóng Indonesia và rối Bunraku Nhật Bản
Múa rối là một hình thức rất đặc biệt, nó thực sự là một sản phẩm văn hóa đại diện
cho một quốc gia, nó được xuất hiện sớm, là tiền đề cho nghệ thuật trình diễn sân khấu
như bây giờ. Có thể nói rằng thơng qua hình ảnh loại hình đó người ta có thể nhận ra
nó đại diện cho người dân nước nào, cho thấy tín ngưỡng, trang phục hay tính cách đại
diện cho quốc gia đó. Đặc điểm chung của nghệ thuật rối cả thế giới là để điều khiển
chúng phải đòi hỏi sự khéo léo, kỹ thuật điều khiển cao, điêu luyện của người nghệ
nhân. Chính người nghệ nhân sẽ thổi hồn và quyết định sự thành công của vở diễn, họ
sẽ quyết định đến sự sinh động và thu hút của loại hình đó.

1


Hình 1.4: Các nghệ nhân đang điều khiển rối dây Trung Quốc
Tuy đa dạng là thế, rộng rãi là thế nhưng để phát triển, duy trì những sản phẩm nghệ
thuật đó, khơng phải là dễ, vì thế địi hỏi phải có hướng đi phát triển đúng đắn phù hợp
cho từng loại hình riêng của nó, khắc phục được những hạn chế và phát huy những
điệm mạnh thì mới mong nó bền vững và phát triển mạnh mẽ được. Chẳng hạn như
với nghệ thuật rối Bunraku của Nhật bản, Chính phủ Nhật bản đã có những sự hỗ trợ
rất lớn để giúp cho sự phát triển của loại hình này. Đặc điểm của Bunraku, là một hình
thức rối trên cạn, với các con rối được biểu diên bởi một người nghệ nhân đứng ngay
sau, được đội nón đen để che mặt, kích thước rối có thể to bằng người hốc bé hơn, tùy
vào nhân vât rối được diễn, và có một người sẽ đọc hết lời thoại và nội dung câu
chuyện được diễn đó, người nghệ nhân sẽ điều khiển hành động của rối tùy theo âm
điệu và hoàn cảnh lời nói của nhân vật. Với chính sách bảo tồn di sản văn hóa quốc gia,
Nhật Bản đã tạo ra riêng một nhà biểu diễn rối Bunraku ở thành phố Osaka để thu hút
khách du lịch về di sản văn hoa này. Bên cạnh đó, Nhật Bản cịn thành lập các đoàn
diễn mỗi ngày với những vở kịch bé và vài tháng một lần với vở kịch lớn, tổ chức
những tour lưu diễn trên thế giới qua Mĩ, Nga và Austraylia để phổ biến ra thế giới.

Lập các nghành học về Bunraku ở một số

trường Đại học để tiếp tục phát triển loại

hình này. Lập Đồn múa rối truyền thống Nhật Bản đầu tiên ở Bắc Mỹ và đặt trụ sở tại
Đại học Missouri ở Columbia.

1


Hình 1.5: Nhà hát rối quốc gia Bunraku ở Osaka ( Nhật Bản).
Chính những bước đi của Nhật bản về phát triển loại hình di sản văn hóa phi vật
thể, vốn đã bị bỏ quên và có nguy cơ cao bị biến mất, dần dần được sống lại, được tiếp
tục giữ gìn và bảo tồn. Sử dụng những di sản được tổ tiên tích lũy lại để tạo tính
thương mại, tạo nguồn kinh tế để từ đó vừa giữu được truyền thống dân tộc vừa thúc
đẩy tăng trưởng nghành du lịch và nền kinh tế tốt, làm tăng GDP của chính quốc gia
này một cách đáng kể. Đó là một hướng đi rất tốt trong việc bảo vệ các di sản văn hóa.
Cịn ở Việt Nam hiện nay, múa rối có rất nhiều thể loại xuất phát từ xa xưa, từ
những hình thức rối trên cạn chủ yếu ở các dân tộc thiểu số, vùng sâu vùng xa, với ý
nghĩa ban đầu con rối là một nhân vật thiêng liêng và mang nhiều ý nghĩa tâm linh
khác nhau, nhưng dân theo thời gian trở thành di sản văn hóa phi vật thể của nước ta.
Các dân tộc miền núi phía Bắc, Tày, Nùng, Thái, Dao hay diễn những thể loại rối từ
Trung Quốc đi sang. Ở miền Trung và Nam, thì người Chăm có rối tay, rối bóng,
nguồn gốc từ Ấn Độ giáo. Hay các dân tộc Tây Nguyên, Khmer Nam Bộ, diễn nhiều
trò như: Rối dây, rối que, rối bóng… mang nhiều dấu tích vùng Đơng Nam Á du nhập
vào nước ta từ xa xưa, được biến thể và phù hợp với văn hóa truyền thống của dân ta.

5

Hình 1.6: Múa rối dây và múa rối cạn tại Việt Nam
Ngồi hình thức múa rối cạn, thì ở Việt Nam cịn có loại hình rối nước, đã có từ lâu
đời và là một nét thực sự rất riêng của Việt Nam, nghệ thuật rối nước được biết đến và
chơi nhiều ở miền Bắc bộ và cho đến nay đã được phổ biến ra miền Trung và miền
Nam. Hiểu được giá trị của bộ môn nghệ thuật riêng biệt này của nước ta, nước ta đã
có nhiều bước đi rõ nét để khôi phục bộ môn nghệ thuật này.
Vào ngày 10/10/1969, tại Hà Nội, Nhà hát múa rối Thăng Long đã được thành lập
với mục đích đổi mới phục hồi rối nước tạo cơ hội phát triển múa rối trên cả nước. Ban
đầu một tuần 3 buổi phục vụ khán giả trong nước. Dần theo đà phát triển, việc đầu tư
vào Nhà hát Thăng Long đã đem lại những kết quả rất khả quan. Đến năm 2013, theo
thông tin từ nhà hát, doanh thu mỗi năm đạt 37 tỷ đồng, một con số thực sự đáng mơ
ước với một bộ môn nghệ thuật truyền thống, các show diễn liên tục mỗi ngày. Nhà
hát múa rối nước Thăng Long đã đạt được kỷ lục Châu Á, là đơn vị có tần suất dịch vụ
giải trí cao nhất, diễn 365 ngày khơng nghỉ ngày nào.

1


Hình 1.7: Nhà hát múa rối Thăng Long tại Hồn Kiếm, Hà nội
Qua đó cho thấy các di sản văn hóa của Việt Nam nói chung và trên thế giới nói
riêng hồn tồn có thể phát triển giữ gìn và đem lại lợi ích kinh tế nếu như được quan
tâm đúng mức, có đường lối phát triển đúng đắn.
3.Múa rối nước - Di sản văn hóa phi vật thể quốc gia
Di sản văn hóa phi vật thể múa rối nước - Nghệ thuật độc đáo của Việt Nam có
nguồn gốc từ đồng bằng sông Hồng ở thế kỷ thứ 11 vào triều đại nhà Lý.Theo thời
gian nghệ thuật múa rối đã đạt đến trình độ mang lại giá trị cao về tinh thần. Nguồn tài
liệu hiếm hoi ghi lại sự có mặt cảu loại hình này từ rất sớm là được ghi chép trên Bia
“Sùng Thiện Diên linh tự pháp” có niên hiệu Thiên Phù Duệ Vũ thứ 2(1121) thời Lý
Nhân Tơng. Trên bia có ghi rằng: “ Thả rùa vàng đội ba ngọn núi, trên mặt sóng dập
dờn. Phơi mai vân để lộ bốn chân, dưới dịng sơng lờ lững, liếc mắt nhìn lên bờ, cúi

xét bầu trời lồng lộng. Trông vách dựng cheo leo, dạo nhạc thiều réo rắt. Cửa động mở
ra thần tiên xuất hiện. Ðều là dáng điệu thiên cung, há phải phong tư trần thế. Vươn
tay nhỏ dâng khúc Hồi phong, nhăn mày thúy ngợi ca vận tốt. Chim quý từng đàn ca
múa, thú lành từng đội xênh xang”.
Qua đoạn ghi chép trên đã miêu tả một loại hình nghệ thuật trên mặt nước, với sự
xuất hiện của các nhân vật kì lạ từ dưới mặt nước lên, biết cử động tay, biết dạo nhạc
réo rắt, biết hị biết ca. Và cũng kể từ đó người ta biết tới nghệ thuật rối nước, một thú
vui tao nhã để những người nơng dân giải trí vui chơi mỗi khi cánh dồng ngập nước và
hiện nay được trình diễn nhiều trong những dịp lễ hội, là một loại hình đặc trưng cho
vẻ nơng thơn, dân dã của nền văn minh lúa nước. Để biểu diễn được rối nước, cần

1


trung bình một hồ nước cạnh 4m. Sân khấu trình diễn có thể là ao làng ở thơn q dân
dã ở đầu làng hay có đầu tư hơn là lập ra một nhà hát rối để chuyên biểu diễn như ở
bảo tàng, ở các khu trưng bày truyền thống ở nước ta.

Hình 1.8: Sân khấu rối nước Rồng vàng (thuộc Bảo tàng TP.HCM)
Trong múa rối nước, các nhân vật tham gia trình diễn đều mang trong mình những
ý nghĩa tốt đẹp, là đại diện cho con người Việt Nam, dân tộc Việt Nam. Và loại hình
này là sản phẩm duy nhất được phát hiện và duy trì ở Việt Nam, là một di sản văn hóa
phi vật thể riêng biệt trên thế giới.
Nghệ thuật rối nước có những điểm khác với múa rối thông thường. Sân
khấu của múa rối nước là mặt nước (còn gọi là nhà rối hay Thủy đình), phía sau có
phơng tre ( cịn gọi là tấm y môn) dùng để che khuất đi người nghệ sĩ điều khiển rối,
tạo sân khấu biểu diễn như ban thờ lớn ở Đình chùa của người Việt, diện bên ngồi,
với những người nông dân ngày xưa chỉ đơn giản là một bãi cỏ xung quanh cái ao làng,
nhưng với những sân khấu hiện đại ngày nay thì được trang trí thêm voi, ngực, rồng,
cổng hà mã, khói để làm tăng sự mờ ảo và hấp dẫn của phần trình diễn (Hình 1.3(b)).

Con rối được lam bằng gỗ loại nhẹ nổi trên mặt nước, được cốt đẽo để phù hợp cho
nhiều nhân vật với hình thù khác nhau và được trang trí nhiều màu sơn khác nhau.
Hình thù con rối thường tươi tắn ngộ nghĩnh, mỗi con rối đều có tên và ý nghĩa của nó.
Chẳng hạn nhân vật Chú Tễu là đại diện cho sự khỏe khoắn và vui tươi của những
người nông dân, họ tuy nghèo nhưng yêu đời, vui vẻ. Con Trâu thể hiện sự nghị lực

1


kiên cường, bền bỉ của con người Việt nam. Con Rồng thể hiện sự đồn kết giống nịi,
dịng rõi rồng tiên của người Việt Nam. (Hình 1.3(c) và (d)).

Hình 1.9: Sân khấu múa rối nước Thăng Long

Hình 1.10(a) Chú Tễu và (b) Múa Rồng
Trong một nhân vật rối được tạo ra, phần thân rối sẽ nổi trên mặt nước nên được
trang trí đẹp và bắt mắt. Cịn phần chìm dưới nước đó là nơi lắp điều khiển. Để điều
khiển một con rối hoạt động trơn tru, với các cử chỉ đa dạng, đó là nhờ máy sào và
máy dây điều khiển. Với máy sào là một cây gậy được nối với đế của con rối nới ra
sau Thủy đình, và chúng được điều khiển bởi những nghệ nhân phía sau tấm màn đó,
sẽ giúp rối thực hiện được các nhiệm vụ di chuyển qua lại, nhấp nhô hay lên xuống,
thoắt ẩn thoắt hiện trong nước, dựa vào lực đấy của nước để làm nhẹ đi con rối, giúp

1


điều khiển chúng dễ dàng hơn và chúng cũng linh hoạt hơn. Còn với dây điều khiển, sẽ
giúp nghệ nhân phía sau buồng trị, có thể điều khiển cử động tay chân của con rối, có
thể là úp rổ bắt cá, có thể là những cái lắc tay của rối, những cái lắc đầu hay múa quạt
của các tiên nữ. Điều khiển được những điều đó là nhờ dây cót điều khiển, được kéo

dây cùng với gậy sào. Nước ở Thủy Đình thường sẽ được làm đục bằng bùn hoặc màu
để che đi hệ thống dây và sào điều khiển, để che đi tầm nhìn của những khán giả đến
xem, đảm bảo sự bí mật và hấp dẫn cho cả tiết mục.
Nghệ thuật múa rối nước là một dạng truyền tải thông điệp, lời nhắn gửi hay các ý
nghĩa khác, tất cả chỉ bằng hình ảnh. Dựa vào âm nhạc để giữ nhịp điệu điều khiển,
dựa vào những phụ họa âm thanh để tạo cao trào, dựa vào những kỹ xảo về khói, ánh
sáng để tạo nên sự hấp dẫn đặc biệt mà vẫn đậm chất bản sắc dân tộc. Để làm được
điều đó, tất cả đều phụ thuộc vào người nghệ nhân phía sau màn che. Cơng việc của
một người nghệ nhân là sẽ xuống nước, họ sẽ cầm các gậy sào để trình diễn theo nhạc
hay câu chuyện, cho đến khi hết tiết mục. Số lượng nghệ nhân thời gian biểu diễn sẽ
tùy vào từng tiết mục.
Chính vì yếu tố cơng việc đó, u cầu một người nghệ nhân phải có sức khỏe, có thể
chịu được tính chất cơng việc trong mơi trường nước, dù thời tiết có lạnh hay nóng họ
vẫn phải ngâm mình xuống nước để trình diễn. Tuy hiện nay mỗi người nghề nhân đều
được trang bị quần áo bảo hộ, nhưng vẫn ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe, kèm theo đó
là các bệnh về da, về khớp.

Hình 1.11: Các nghệ nhân đang ngâm mình trong nước để làm việc

1


Chính những thiệt thịi trong tính chất nghề nghiệp và cộng thêm yếu tố đây chỉ là
một nành nghề di sản văn hóa nên hiện tại khá khan hiếm những người trẻ bám trù
được với nghề, chỉ cịn lại ít người lớn tuổi theo nghề. Vì đó nên di sản này đang gặp
một vấn đề rất lớn về nhân lực, ảnh hưởng đến sự mai một của di sản này.
1.4.Lý do chọn đề tài
Thực trạng hiện nay, mặc dù là một loại hình nghệ thuật truyền thống lâu đời, các
nhà hát múa rối nước lại đa phần tập trung tại các thành phố lớn, các thành phố đầu tư
phát triển du lịch, chưa phổ biến rộng rãi đến toàn bộ các tỉnh thành trên cả nước. Đây

cũng chính là hệ quả của việc số lượng nghệ sĩ múa rối quá ít (theo thống kê thì chỉ
cịn khoảng 100 người) cộng thêm việc thế hệ trẻ hiện nay khơng có hứng thú với loại
hình nghệ thuật này, làm cho múa rối nước ngày càng bị mai một. Một vấn đề khác nổi
lên đó là về sức khỏe, việc ngâm mình hàng nhiều giờ dưới hồ nước lạnh trong một
khoảng thời gian dài và liên tục sẽ kéo theo nhiều nguy cơ về các bệnh da liễu cũng
như sức khỏe của các nghệ nhân. Xuất phát từ thực tiễn đó mà nhóm em quyết định
chọn đề tài nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống rối nước tự động với hi vọng
đưa cơng nghệ vào múa rối nước nhằm gìn giữ cũng như tiếp tục giữ gìn, mở rộng quy
mơ của loại hình nghệ thuật truyền thống này, tránh gây ảnh hưởng đến sức khỏe của
người làm nghề và giúp thế hệ trẻ có cái nhìn khác hơn về rối nước, từ đó cùng chung
tay bảo vệ và phát triển nghệ thuật rối nước.
1.5.Tính thiết thực của đề tài
Khi bắt đầu tiến hành thực hiện đề tài này, nhóm đã nghiên cứu và khảo sát tình
hình thực trạng của loại hình nghệ thuật múa rối nước hiện nay. Nhóm chọn 2 vấn đề
chính cần khảo sát là đối tượng người xem và hiện trạng vận hành của các nhà hát.
Đầu tiên, quá trình khảo sát cho thấy, đối tượng người xem rối nước hầu như hoàn
toàn là khách du lịch nước ngồi, cịn số khác có lẽ là ở thơn q hay những đồn tham
quan có nhiều cháu bé nhỏ thì mới bị cuốn hút bởi nghệ thuật này, điều này phản ánh
rằng cần được phổ biến nhiều hơn, được luu diễn rộng rãi hơn và phải có thêm một
điều gì đó thực sự mới lạ hơn mới đủ sức hút với tầng lớp đông nhất là giới trẻ.
Tiếp đến, Việt Nam chưa có một viện hay một trung tâm nghiên cứu nào đào tạo
về chuyên ngành nghệ thuật này và cũng khá hạn chế tác giả chuyên nghiệp sáng tác
kịch bản rối, đa phần là những vở kịch rối từ ngày xa xưa truyền lại, số lượng họa sĩ
tạo hình cũng chỉ có ít người, số lượng nghệ sĩ múa rối ở nước ta chỉ khoảng 100

1


người, con số quá ít ỏi để vực dậy cả một nền nghệ thuật chuyên nghiệp. Chính nhờ
vào cuộc khảo sát này mà nhóm càng có cái nhìn tổng quan về múa rối nước cho thấy

việc xây dựng hệ thống múa rối nước tự động là cần thiết, thiết thực cho nhu cầu bảo
tồn, giữ gìn và phát triển rộng rãi nghệ thuật múa rối nước. Hệ thống múa rối nước tự
động cho phép giảm số lượng nghệ nhân ngâm mình dưới nước để điều khiển thủ cơng
các con rối, giảm thiểu chi phí vận hành nhà hát, những người trước đây khơng phải là
nghệ nhân múa rối cũng có thể điều khiển và thực hiện các vở diễn dễ dàng. Qua đó
cũng tạo được những nét mới riêng, thơng qua hệ thống sẽ mở rộng được rất nhiều
đoạn đoạn diễn khó hay kỹ xảo đa dạng hơn, thu hút hơn với giới trẻ khi tồn bộ sẽ
được trình diễn bằng hệ thống tự động.
1.6.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hệ thống múa rối nước tự động. Hệ thống hoạt
động không cần một số lượng lớn nghệ sĩ đắm mình trong nước hàng giờ để thực hiện,
thay vào đó chỉ cần một số lượng nhỏ người vận hành. Hệ thống sẽ sử dụng hình ảnh
được trích xuất từ chuyển động của cánh tay người để truyền dữ liệu được xử lý qua
Internet tới hệ thống, qua đó hệ thống sẽ nhận dữ liệu và truyền tín hiệu điều khiển đến
con rối. Nghiên cứu này được thực hiện với hai yêu cầu chính được tiến hành. Đầu tiên
là thiết kế cấu trúc tương ứng với múa rối nước truyền thống, thứ hai là thiết kế hệ
thống giao tiếp với việc đọc dữ liệu thông qua chuyển động của cánh tay. Chủ đề của
nhóm nghiên cứu dự kiến có thể tạo ra sự phát triển thực tế cho một loại hình nghệ
thuật truyền thống. nguy cơ biến mất
1.7.Giới hạn đề tài
Hệ thống múa rối nước tự động là một hệ thống mới, nghiên cứu đầu tiên được
thực hiện về chủ đề này ở Việt Nam cũng như trên thế giới, vì vậy những thiếu sót và
hạn chế mà nhóm gặp phải là khơng thể tránh khỏi. Thứ nhất, về mặt cấu trúc, có thể
nói rằng những con rối ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung rất đa dạng, có
nhiều chuyển động khác nhau giữa chúng, do đó để ưng dụng được một bộ môn nghệ
thuật truyền thống thành vào khoa học kỹ thuật là một hạn chế rất lớn. Bởi vì tất cả các
chuyển động này không thể được thực hiện, trong chủ đề này, nhóm chỉ có thể tìm
thấy các cấu trúc phổ biến của các con rối hiện nay. Tiếp theo là vấn đề xử lý hình ảnh,
do đọc tín hiệu trực tiếp từ chuyển động của tay người thơng qua các cảm biến, bởi vì
khi con người thực hiện các chuyển động nhỏ, cảm biến không thể được phát hiện và

1


gây ra. Vấn đề lớn là vấn đề nhiễu hình ảnh. Để giải quyết triệt để nhiễu, đây là một
nhược điểm lớn, là hạn chế mà nhóm nghiên cứu gặp phải.
1.8.Phương pháp nghiên cứu
Thực hiện chủ đề này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết
và kết quả thực nghiệm. Tài liệu tham khảo về rối nước Việt Nam, thu thập các chuyển
động có trong rối nước để mơ hình hóa vào hệ thống, tài liệu để xử lý ảnh của cảm
biến ngoại vi Kinect và truyền dữ liệu thơng qua sóng vơ tuyến. Ngồi ra, nhóm
nghiên cứu cũng tiến hành đánh giá qua thực nghiệm để nhận xét và đánh giá những gì
đã đạt được và không đạt được so với các mục tiêu đã đề ra. Cùng với đó là kiến thức
đa ngành với sự hỗ trợ từ các cơng cụ máy tính để thiết kế, mơ phỏng và xây dựng các
mơ hình thử nghiệm để dự đốn kết quả chính xác nhất. Đề tài nghiên cứu bao gồm
chương 1 nghiên cứu tổng quan, chương 2 cơ sở lý thuyết, chương 3 thiết kế cơ khí,
chương 4 bài tốn động học của tay rối và tay người, chương 5 thu nhân dữ liệu hình
ảnh từ cảm biến Kinect, chương 6 thiết kế hệ thống điều khiển, chương 7 mô phỏng
thực tế ảo bằng VRMLPAD, chương 8 thực nghiệm và đánh giá kết quả, chương 9 kết
luận và hướng phát triển

1


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu
Để thực hiện được tốt đề tài này, chúng em đã nghiên cứu lý thuyết về các cơ cấu trên
con rối nước hiện nay, để thơng qua các cơ cấu đó sẽ nghiên cứu phân tích và lập các
cơ cấu trên con rối phù hợp để thực hiện trên hệ thống
2.2. Lý thuyết điều khiển múa rối nước Việt Nam

Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, chúng em chia các nhóm rối nước hiện nay ra
làm 2 loại chính là nhóm rối người và nhóm rối động vật, được chúng em tổng hợp và
phân tích chuyển động qua bảng dưới đây.

Bảng 2.1.Bảng phân tích động học các con rối nước Việt Nam

1


Qua hình ảnh về phân tích động học của các con rối trong hai nhóm, nhóm chúng em
nhận thấy các cơ cấu chuyển động trên con rối về cơ bản là bao gồm các chuyển động
quay và tịnh tiến. Nhưng sự khác biệt nằm ở sự phức tạp về yêu cầu trinh diễn của nó.
Với các con rối người trong trình diễn chỉ đa phần là ở chuyển động ở trạng thái tĩnh,
nghĩa là chỉ cần cử động kết hợp với âm thanh và lời thoại là hoàn tất vai trị, nhưng
với các con rối động vật thì u cầu cao hơn về cách thức trình diễn, phải uyển chuyển,
dứt khốt và nhanh nhẹn hơn mới có thể tạo sự sinh động khi trình diễn. Điều đó cũng
đặt ra những u cầu cho đề tài này của nhóm nghiên cứu.

Hình 2.1.Đại diện cho nhóm rối con người và con vật
Trong hình là hình ảnh một người với hoạt động úp rổ đánh cá, qua đó có thể xét thấy
để điều khiển được con rối này cần có 2 cử động chính là úp rổ và quay đầu, cịn các
bộ phận khác không cần phải chuyển động nên việc điều khiển là tương đối dễ dàng.
Thế nhưng nếu xét cụ thể một con cơng, có thể nói đây là con vật không thể thiếu
trong các vở diễn rối nước Việt Nam, là một hình ảnh quen thuộc với người dân Việt
Nam ta. Nhưng khi phân tích động học các khớp chuyển động của con vật lại khá phức
tạp. Với chuyển động lắc đầu, lắc đuôi, quay đầu sang trái, quay đầu sang phải, ngẩng
lên, úp xuống có thể nói là chuyển động quay quanh cả 3 trục trong không gian nên
ngay cả với các nghệ nhân lão luyện thì điều khiển những con vật thế này là một kỹ
thuật khó và cần sự tâp trung cao nhất. Như vậy có thể thấy sự phức tạp hơn giữa các
con vật trong nhóm rối này, lí do của điều này bởi vì chúng được trình diễn nhờ hành

động chứ khơng thể dựa vào các đoạn hội thoại như nhóm rối người.

1