LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cánh tay robot dành cho người khuyết tật
MỤC LỤC
Mục lục ........................................................................................................................... 1 Danh mục viết tắt........................................................................................................... 4 Danh mục hình ảnh ....................................................................................................... 5 Tóm tắt đề tài ................................................................................................................. 7 Phần 1:Đặt vấn đề ........................................................................................................ 8 1.1 Tính cấp thiết đề tài ................................................................................................... 8 1.2 Lí do chọn đề tài ....................................................................................................... 9 Phần 2:Tổng quan nghiên cứu ................................................................................... 10 2.1 Tổng quan đề tài ...................................................................................................... 10 2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí ............................................................................. 10 2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp. ......................................................................... 10 2.1.3 Giao diện não trực tiếp ......................................................................................... 11 2.2 Tình hình trong nước. .............................................................................................. 12 2.3 Tình hình trên thế giới. ............................................................................................ 13 2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề. ............................................................. 15 2.4.1 Thiết kế vật lý. ...................................................................................................... 15 2.4.2 Kế hoạch kiểm soát. ............................................................................................. 15 2.4.3 Thực tiễn............................................................................................................... 15 2.4.4 Giá cả phải chăng . ............................................................................................... 15 Phần 3:Mục tiệu và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 16 3.1 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................. 16
3.2 Phương pháp nghiên cứu. ........................................................................................ 16 1
Phần 4: Cơ sở lý thuyết. .............................................................................................. 17 4.1 Tay người................................................................................................................. 17 4.2 Khả năng của bàn tay giả: ....................................................................................... 19 4.3 Cánh tay robot.. ....................................................................................................... 19 4.4 Cánh tay robot và công nghệ in 3D. ........................................................................ 19 4.5 Kiểm soát thông qua bộ cảm biến cơ. ..................................................................... 20 Phần 5 : Thiết kế và sản suất ...................................................................................... 21 5.1 Thiết kế cơ khí. ........................................................................................................ 21 5.1.1 Ý tưởng ban đầu và bản vẽ .................................................................................. 21 5.1.2 Thiết kế hỗ trợ máy tính ....................................................................................... 23 Phần 6 : Tính toán thiết kế ......................................................................................... 29 6.1 Tính toán cơ học. ..................................................................................................... 29 6.1.1 Lực ở ngón tay...................................................................................................... 29 6.1.2 Tốc độ kích hoạt ngón tay .................................................................................... 30 Phần 7: Thiết kế điện tử.............................................................................................. 31 7.1 Tổng quan về luồng tín hiệu.. .................................................................................. 31 7.2 Động cơ. .................................................................................................................. 32 7.3 Mạch Arduino R3 .................................................................................................... 32 7.3.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3............................................................... 33 7.3.2 Vi điều khiển. ....................................................................................................... 33 7.3.3 Năng lượng. .......................................................................................................... 35 7.3.4 Các chân năng lượng ............................................................................................ 35 7.3.5 Bộ nhớ. ................................................................................................................. 36 7.3.6 Các cổng vào/ra .................................................................................................... 37
2
7.3.7 Lập trình cho Arduino. ......................................................................................... 38 7.4 Cảm biến cơ bắp.. .................................................................................................... 39 7.5 Nguồn điện. ............................................................................................................. 40 7.6 Tín hiệu Servo ......................................................................................................... 41 7.7 Kiểm soát EMG:...................................................................................................... 42 7.8 Thông tin cảm biến................................................................................................. 42 7.9 Sơ đồ khối ............................................................................................................... 43 7.10 Kiểm soát............................................................................................................... 43 Phần 8: Thi công mô hình........................................................................................... 45 8.1 Lắp ráp phần cơ khí ................................................................................................. 45 8.1.1 Bước 1 .................................................................................................................. 45 8.1.2 Bước 2 .................................................................................................................. 53 8.2 Hoàn thành phần điện tử vào phần cơ khí ............................................................... 54 Phần 9 :Kết luận và hướng phát triển ....................................................................... 56 9.1 Kết luận ................................................................................................................... 56 9.2 Đề xuất và kiến nghị................................................................................................ 56 Tài liệu tham khảo....................................................................................................... 58 Phụ lục code lập trình vi điều khiển .......................................................................... 59
3
EMg – ABS – PLA – PIC – DOF –
( Electro Myography) Cảm biến điện cảm. (Acrylonitrile butadiene styrene) nhựa ABS. ( Polyactic Acid) chất dẻo PLA.
(Peripheral Interface Controller) Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi. (Degree of Freedom) Bậc tự do.
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
4
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Người khuyết tật ở Việt Nam..............................................................................8
Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp ....................................................................10 Hình 2. 2: Hệ thống điều khiển bằng cơ bắp qua mạnh EMG ...........................................11 Hình 2. 3: Điều khiển bằng sóng não .................................................................................11 Hình 2. 4: Học sinh Phạm Huy và sản phẩm cánh tay robot..............................................12 Hình 2. 5: Chiến sĩ sống sót vụ rơi máy bay Mi171 đã có tay giả .....................................13 Hình 2. 6: cánh tay robot....................................................................................................14 Hình 2. 7: cánh tay robot inMoov với công nghệ in 3D.....................................................14
Hình 4. 1: cơ cấu xương cánh tay.......................................................................................17 Hình 4. 2: Bậc tự do của một điểm.....................................................................................18 Hình 4. 3: Mức độ tự do của một ngón tay.........................................................................18
Hình 5. 1: Động cơ lắp ở khủy tay .....................................................................................21 Hình 5. 2: Cánh tay thi công thực tế...................................................................................22 Hình 5. 3: Cấu tạo 1 ngón tay robot ...................................................................................23 Hình 5. 4: Ngón tay cái.......................................................................................................24 Hình 5. 5: Lòng bàn tay......................................................................................................25 Hình 5. 6: Sơ đồ điều khiển................................................................................................26 Hình 5. 7: Sơ đồ đi dây gân................................................................................................27 Hình 5. 8: Cấu tạo cánh tay ................................................................................................28 Hình 5. 9: Cánh tay lắp ráp hoàn thành..............................................................................28
Hình 6. 1: Sơ đồ phân bố lực trên ngón tay........................................................................29
Hình 7. 1: Sơ đồ phân bố lực trên ngón tay........................................................................31 Hình 7. 2: Động cơ RC servo MG996R .............................................................................32 5
Hình 7. 3: vi mạch arduino.................................................................................................32 Hình 7. 4: vi điểu khiển ......................................................................................................33 Hình 7. 5: Chế tạo thủ công...............................................................................................34 Hình 7. 6: Sử dụng mạch in................................................................................................35 Hình 7. 7: Vị trí các cổng ...................................................................................................37 Hình 7. 8: phần mềm lặp trình............................................................................................39 Hình 7. 9: biểu đồ sóng cảm biến cơ EMG ........................................................................39 Hình 7. 10: pin 9v...............................................................................................................40 Hình 7. 11: xung tín hiệu....................................................................................................41 Hình 7. 12: sơ đồ năm đường xung tìn hiệu.......................................................................42 Hình 7. 13: sơ đồ khối ........................................................................................................43 Hình 7. 14: cảm biến lực được gắn vào tay........................................................................44 Hình 7. 15: phần mềm đo giá tri lực trung bình................................................................44
Hình 8. 1: cánh tay hoàn chỉnh...........................................................................................51 Hình 8. 2: động cơ được lắp hoàn chỉnh ............................................................................52 Hình 8. 3: Đường dây gân nối với servo ............................................................................53 Hình 8. 4: sơ đồ nối dây của servo và mạch điện...............................................................54 Hình 8. 5: kết nối cánh tay với mạch điện..........................................................................54 Hình 8. 6: mạch cảm biến được kết nối với tay người .......................................................55
6
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong suốt toàn bộ luận án này, nó đã được tiếp cận như là một nỗ lực toàn thời gian. Sản xuất, lắp ráp và thử nghiệm đã được thực hiện trong ngày tháng qua ,để có được nghiên cứu, thiết kế và tài liệu. Một thiết kế in 3D cho một bộ phận giả tạo được đưa ra. Cánh tay điện tử hoạt động và kiểm soát bởi một người sử dụng uốn cơ của mình. Các cánh tay robot trình bày có tiềm năng sẽ được sử dụng bởi một cảm biến cơ bắp hay người bị khuyết tật một chi. Loại công nghệ này có tồn tại mặc dù nó là đắt tiền và nói chung không có sẵn cho người dân trong việc phát triển quốc gia.
Tăng trưởng nhanh và tiến bộ của ngành công nghiệp in ấn 3D cho phép các cá nhân trở thành các nhà sản xuất quy mô nhỏ. Những tiến bộ gần đây cho thấy những cánh tay giả giả 3D được in gắn liền với nạn nhân chiến tranh khắp thế giới. Các thiết bị như vậy là hoàn toàn cơ khí và ít phức tạp hơn các thiết bị điện cơ. Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy rằng 3D in thiết bị có tiềm năng tích cực ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. In 3D có hạn chế, nhưng tăng trưởng và phát triển trong lĩnh vực này sẽ chỉ dẫn đến những cải tiến hơn thời gian. Đề tài luận án này bao gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Gốc của hệ thống là một sáng tạo cơ khí thiết kế cho một cánh tay giả 3D in. Điện tử ngày nay thiết bị truyền động và mạch điện đã kích hoạt thiết bị và cho phép các chương trình điều khiển phức tạp. Nó là hy vọng rằng công việc này sẽ có giá trị cho một đối tượng đa dạng.
7
PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Tính cấp thiết đề tài
Có thể lập luận rằng tài sản quý báu và giá trị nhất của con người là cơ thể của
họ.Thay thế một bộ phận trên cơ thể của một người đã bị mất đi, đặc biệt là một bàn tay, là một nhiệm vụ đầy thách thức. Thực sự cơ thể của một con người được cấu tạo rất phức tạp. Trong nhiều thế kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng thây thế các bộ phận bị mất trên cơ thể một người với các thiết bị nhân tạo. Cho đến gần đây, thiết kế chân tay giả đã bắt đầu tiến triển. Từ những vật thay thế đơn giản như chân gỗ,tay gỗ.Qua thời gian vật liệu cải tiến và thiết kế bắt đầu kết hợp bản lề và hệ thống ròng rọc. Việt Nam là quốc gia có tỉ lệ người khuyết tật đo chiến tranh ,tai nạn lao động rất cao. Mà giá thành để lắp một cánh tay nhân tạo thì rất cao không phù hợp với hoàn cảnh của họ.Trong suốt quá trình của luận án này, nhóm em sẽ khám phá và thiết kế các bộ phận thay thế giúp cho người khuyết tật với giá thành phù hợp với họ.
Hình 1. 1: Người khuyết tật ở Việt Nam
8
1.2
Lí do chọn đề tài
Mục tiêu tổng quát của đề tài là tạo ra cánh tay nhân tạo có thể thực hiện lại càng nhiều chức năng càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày có thể hoàn toàn thay thế chân tay bị thiếu.
Giúp người khuyết tật có thể hòa nhập với cộng động, giúp họ có thực hiện những hoạt động sinh hoạt thường ngày như cầm, nắm một cách thuận lợi ,họ có thể có được việc làm ,tang them thu nhập cho bản than và gia đình.
Ý tưởng để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng in 3D đem lại nhiều hiệu quả và ưu điểm là rất khả thi và hoàn toàn có thể thành hiện thực. Trong một tương lai gần, nếu được đầu tư, nghiên cứu nghiêm túc và ứng dụng vào lĩnh vực y học, trước tiên là để nghiên cứu học tập tại các phòng thí nghiệm, và sau khi cánh tay robot đi vào hoạt động sản xuất mang lại giá trị xã hội và kinh tế tạo ra các bộ phận nhân tạo phục vụ cho người khuyết tật hiện nay là điều quan trọng và cấp bách nhất.
Vì vậy, nhóm tác giả quyết định chọn đề tài
“NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT DÀNH CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT”
9
PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quan đề tài
Có một số loại cơ cấu cánh tay giả đã được tạo ra trên thế giới. Chúng thường được nhóm với cách thức kiểm soát thiết bị như sau.
2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí
Thiết bị được điều khiển bằng dây nịt nối với người sử dụng. Đây nói chung là một thiết bị đơn giản như một móc cơ học được liên kết với khuỷu tay/vai. Mặc dù các thiết bị này tương đối đơn giản nhưng chúng vẫn là loại phổ biến nhất hiện nay.
Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp
2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp
Các bộ phận giả giả thần kinh cơ đo tín hiệu electromyography (EMG) được tạo ra từ.Sự co lại của các cơ gần phần còn lại của người khuyết tật. Các tín hiệu này được đo thông qua điện cực đặt trên bề mặt da hay nhúng trực tiếp vào cơ. Những tín hiệu được khuếch đại và gửi đến một vi điều khiển phân tích thông tin này và kiểm soát bộ truyền động bên trong. Thiết bị cơ điện cho phép số lượng lớn hơn kiểm soát.
10
Hình 2. 2: Hệ thống điều khiển bằng cơ bắp qua mạnh EMG 2.1.3 Giao diện não trực tiếp
Điều khiển bằng giao diện thần kinh não trực tiếp. Thủ thuật phẫu thuật đặt các mảng điện cực trên bề mặt của não. Được cấy vào hộp sọ của bệnh nhân. Khi bệnh nhân nghĩ đến tín hiệu, được sử dụng để kiểm soát chuyển động của một cánh tay robot. Loại công nghệ này vẫn còn trong thời kỳ sơ khai.
Hình 2. 3: Điều khiển bằng sóng não
11
2.2 Tình hình trong nước
Hiện nay ước tính cả nước có khoảng 5,1 triệu người khuyết tật, chiếm khoảng 6% dân số, trong đó có 1,1 triệu khuyết tật nặng, chiếm 21,5% tổng số người khuyết tật. Bao gồm 29% khuyết tật vận động, 17% tâm thần, 14% tật thị giác, 9% tật thính giác, 7% tật ngôn ngữ, 7% trí tuệ và 17% các dạng tật khác. Tỷ lệ nam là người khuyết tật cao hơn nữ do các nguyên nhân hậu quả chiến tranh, tai nạn lao động, tai nạn giao thông, tai nạn thương tích ....
Nguyên nhân gây nên khuyết tật có tới 36% bẩm sinh, 32% do bệnh tật, 26% do hậu quả chiến tranh và 6% do tai nạn lao động. Dự báo trong nhiều năm tới số lượng người khuyết tật ở Việt Nam chưa giảm do tác động của ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng của chất độc hoá học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh Việt Nam, tai nạn giao thông và tai nạn lao động, hậu quả thiên tai...
Đã có nhiều học sinh ,sinh viên đã thực hiện nghiên cứu và cho ra sản phẩm về cánh tay robot , cụ thể là em hoc sinh cấp ba Phạm Huy, học sinh lớp 11 trường THPT Quảng Trị.
Hình 2. 4: Học sinh Phạm Huy và sản phẩm cánh tay robot
12
Chiến sĩ quả cảm Đinh Văn Dương - người sống sót duy nhất vụ rơi máy bay Mi171 được trao tay giả.
Hình 2. 5: Chiến sĩ sống sót vụ rơi máy bay Mi171 đã có tay giả
2.3 Tình hình trên thế giới
Sang-won Leigh, một nghiên cứu sinh của Học viện Massachusetts (MIT), đã cùng với giáo sư của mình là Pattie Maes phát triển một thiết bị đeo tay có thể gắn vào cổ tay của bạn và giúp bạn có thêm vài ngón tay robot.
13
Hình 2. 6: cánh tay robot
Mẫu Robot in 3d bằng nhựa dẻo với kích thước có tỉ lệ 1~1 của công ty Inmoov với người thật của Geal có khả năng phản hồi, làm theo những lệnh bằng Tiếng Anh. Hơn nữa, nó còn có thể có thể nhặt và thả những trái bóng nhỏ và xoay đầu để nhìn theo con người. Thật đặc biệt. Robot này đã xuất hiện lần đầu tiên tại hội chợ công nghệ tại Rumani trong tháng trước. Ý tưởng về con Robot này được hình thành từ chính cánh tay robot mà Gael Langevin tạo ra vào năm 2011. Con Robot này được tạo ra sử dụng công nghệ in 3D.
Hình 2. 7: cánh tay robot inMoov với công nghệ in 3D 14
2.4 Vấn đề tồn tài và hướng giải quyết vấn đề
Để tạo ra một cánh tay giả , có rất nhiều hướng thiết kế và sản xuất. Những thách thức để vượt qua. Thách thức trong luận án này là tạo ra một cánh tay hợp lý và chất lượng có thể được tiếp tục sử dụng cho nghiên cứu trong lĩnh vực chân tay giả.
Điều quan trọng là người đọc phải lưu ý rằng công việc này bao gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Dưới đây là những lĩnh vực chính sẽ được giải quyết trong suốt luận án này. 2.4.1 Thiết kế vật lý
Sự phức tạp khi kết hợp của hệ thống cơ và điện. Bắt chước cánh tay con người và sự linh hoạt mà nó có thể cung cấp. Thiết kế sẽ nhằm mục đích được như cánh tay thật nhất có thể.
2.4.2 Kế hoạch Kiểm soát
Mục đích chính là chúng tui muốn một bộ phận thay thế dễ dàng và tự nhiên để kiểm soát tốt
Khó khăn nhất trong việc hoàn thành nhiệm vụ cơ bản là lập trình sự tương tác giữa mạch điện tử và phần cơ khí
2.4.3 Thực tiễn
Thiết bị này phải nhằm mục đích hữu ích cho người khuyết tật. Liệu thiết bị này có thực sự là khả năng mang lại lợi ích cho người bị mất một phần cánh tay
2.4.4 Giá cả phải chăng
Chúng tui sẽ nhằm mục đích để giữ cho chi phí vật liệu của thiết bị càng thấp càng tốt.
15
PHẦN 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu tổng quát của một bộ phận giả là thực hiện lại càng nhiều chức năng càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày có thể hoàn toàn thay thế chân tay bị thiếu.
Mục đích của công việc này là thiết kế và xây dựng một cánh tay giả thông qua công nghệ in 3D. Người sử dụng thiết bị này sẽ có thể kiểm soát cánh tay bằng cách uốn cong cơ thể phát hiện bằng cách sử dụng bộ cảm biến cơ bắp.
Máy in 3D hiện đại cho phép tạo ra các chi tiết cơ khí chi tiết và lắp ráp tương đối nhanh. Việc chế tạo các thiết kế phức tạp bằng các phương pháp khác sẽ còn nhiều đắt tiền và sẽ không thể có trong một thời gian ngắn như vậy. Lợi ích của hệ thống này là nó là một chi phí thấp và cách tương đối đơn giản kiểm soát ngón tay.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Rất khó để tạo ra một thiết kế đặc biệt từ những bước đầu tiên. Nhiều giải pháp có thể có vẻ hợp lý lúc đầu nhưng sau đó dẫn đến những vấn đề không được giải quyết.
Qua nhiều tháng không chỉ lãng phí thời gian quý báu, nhóm đã tìm ra được hướng giải quyết ,một phương pháp tốt nhất là tạo ra nguyên mẫu các chi tiết của bàn tay bằng công nghệ in 3D. In 3D cho phép chúng tui dễ dàng tạo ra chi tiết và thuận lợi trong việc lắp ráp.
16
PHẦN 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4.1 Tay người
Bàn tay con người bao gồm ít nhất 27 xương (tùy thuộc vào cá nhân) , nhiều hơn 30 cơ cá thể và trên 100 dây chằng dây thần kinh, dây thần kinh và động mạch.
Cánh tay robot nhằm mục đích sao chép các chức năng của cơ thể con người và trả lại chức năng cho người bị khuyết tật có thể phù hợp với sự khéo léo, linh hoạt
và sự linh động của bàn tay.
7. 6 Tín hiệu Servo
Một tín hiệu điều chế độ rộng xung được sử dụng để điều khiển các động cơ servo. Mỗi 20ms một xung giữa 1ms và 2ms dài được gửi từ vi điều khiển PIC đến bộ điều khiển nội bộmạch điện của servo.
Hình 7. 11: xung tín hiệu
Một xung 1,5ms quay trục servo đến vị trí trung tâm của nó. Độ rộng xung khác
nhau tương ứng với các vị trí trục khác nhau động cơ.
Để tạo PWM chúng ta có thể sử dụng bộ đếm thời gian phần mềm để kiểm soát chính xác thời gian và thời gian của xung. Một lựa chọn khác sẽ được sử dụng các chức năng inbuilt PWM máy phát điện của vi điều khiển. Vấn đề với cả hai lựa chọn này là không có đủ phần mềm giờ để kiểm soát mỗi servo.
Đối với cánh tay robot này, bộ tính giờ phần mềm 16 bit đã được sử dụng để kiểm soát chính xác năm servos. Năm tín hiệu PWM cần được tạo ra trên chân đầu ra cá nhân.Mỗi 3.3ms mỗi bắt đầu của một xung mới được bắt đầu trên một dòng đầu ra mới. Sau năm chu kỳ 20ms đã vượt qua một xung mới bắt đầu trên đường tín hiệu đầu tiên và chu kỳ lặp lại, bộ đếm thời gian phần mềm được sử dụng để kiểm soát khoảng thời gian 3,3ms. Nếu ví dụ chỉ có năm servos được sử dụng sau đó chúng tui sẽ bắt đầu một tín hiệu mới mỗi 4ms.Hình dưới đây phác thảo cách hai bộ tính giờ đã được sử dụng để tạo ra tất cả sáu PWM tín hiệu.
41
Hình 7. 12: sơ đồ năm đường xung tìn hiệu
Có thể điều khiển tối đa 8 servo riêng lẻ bằng cách sử dụng phương pháp này. Một lần nữa và thời gian giữa đầu của mỗi xung trở nên ít hơn độ rộng xung của mỗi tín hiệu. Có nghĩa là một bộ đếm thời gian hay phương pháp khác sẽ phải được sử dụng.
7.7 Kiểm soát EMG
Như đã thảo luận trong phần thiết kế điện tử, mỗi bảng cảm biến cơ sẽ xuất ra mộttín hiệu tương tự (0-3V) vào một chân tương tự trên vi điều khiển. Vi điều khiển thực hiện và tương tự như chuyển đổi kỹ thuật số trên tín hiệu này lưu trữ kết quả như là một giá trị nhị phân 10 bit được sử dụng để kiểm soát vị trí của động cơ servo.
Kiểm soát EMG cơ bản như sau.
Một điện cực thiết lập các tín hiệu thần kinh từ một vùng cơ . Khi một người sử
dụng uốn cong tín hiệu EMG được sử dụng để chuyển đổi giữa các tay cầm khác
nhau trạng thái mô hình của cánh tay.
Cảm biến EMG khác theo dõi các vùng cơ khác như cẳng tay.Việc uốn cong vùng
cơ này kích hoạt trạng thái cụ thể mà thiết bị nằm trong ngón tay đóng hay khớp
xoay để đặt vị trí đặt trước.
7.8 Thông tin cảm biến
Chúng tui muốn đưa cảm biến áp lực lên từng ngón tay để cung cấp phản
hồi.Những cảm biến này cung cấp thông tin cho vi điều khiển về lực lực được áp dụng
42
ở mỗi đầu ngón tay. Thông tin này có thể được sử dụng để điều khiển động cơ rung động nằm trong một dải linh hoạt hơn là có thể được đeo quanh cánh tay trên. Điều này cung cấp một số phản hồi cơ bản cơ bản cho người dùng để họ biết nếu họ đang nắm bắt một đối tượng và họ đang áp dụng bao nhiêu lực lượng.
7. 9 Sơ đồ khối
Cấu trúc cơ bản của chương trình hiện tại được nêu dưới đây.
Hình 7. 13: sơ đồ khối
7.10 Kiểm soát
Kiểm soát EMG cơ bản cho phép các trạng thái khác nhau được đi qua và hoạt động.Có thể hướng tay để đóng, xoay một vị trí nhất định, quay lại và sau đó mở lại. Việc kiểm soát tỉ lệ các ngón tay hoạt động khá tốt - người dùng càng tạo ra lực càng làm cho các ngón tay đóng lại. Vì vậy ta phải lấy giá trị lực trung bình.
43
Hình 7. 14: cảm biến lực được gắn vào tay
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cánh tay robot dành cho người khuyết tật
MỤC LỤC
Mục lục ........................................................................................................................... 1 Danh mục viết tắt........................................................................................................... 4 Danh mục hình ảnh ....................................................................................................... 5 Tóm tắt đề tài ................................................................................................................. 7 Phần 1:Đặt vấn đề ........................................................................................................ 8 1.1 Tính cấp thiết đề tài ................................................................................................... 8 1.2 Lí do chọn đề tài ....................................................................................................... 9 Phần 2:Tổng quan nghiên cứu ................................................................................... 10 2.1 Tổng quan đề tài ...................................................................................................... 10 2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí ............................................................................. 10 2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp. ......................................................................... 10 2.1.3 Giao diện não trực tiếp ......................................................................................... 11 2.2 Tình hình trong nước. .............................................................................................. 12 2.3 Tình hình trên thế giới. ............................................................................................ 13 2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề. ............................................................. 15 2.4.1 Thiết kế vật lý. ...................................................................................................... 15 2.4.2 Kế hoạch kiểm soát. ............................................................................................. 15 2.4.3 Thực tiễn............................................................................................................... 15 2.4.4 Giá cả phải chăng . ............................................................................................... 15 Phần 3:Mục tiệu và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 16 3.1 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................. 16
3.2 Phương pháp nghiên cứu. ........................................................................................ 16 1
Phần 4: Cơ sở lý thuyết. .............................................................................................. 17 4.1 Tay người................................................................................................................. 17 4.2 Khả năng của bàn tay giả: ....................................................................................... 19 4.3 Cánh tay robot.. ....................................................................................................... 19 4.4 Cánh tay robot và công nghệ in 3D. ........................................................................ 19 4.5 Kiểm soát thông qua bộ cảm biến cơ. ..................................................................... 20 Phần 5 : Thiết kế và sản suất ...................................................................................... 21 5.1 Thiết kế cơ khí. ........................................................................................................ 21 5.1.1 Ý tưởng ban đầu và bản vẽ .................................................................................. 21 5.1.2 Thiết kế hỗ trợ máy tính ....................................................................................... 23 Phần 6 : Tính toán thiết kế ......................................................................................... 29 6.1 Tính toán cơ học. ..................................................................................................... 29 6.1.1 Lực ở ngón tay...................................................................................................... 29 6.1.2 Tốc độ kích hoạt ngón tay .................................................................................... 30 Phần 7: Thiết kế điện tử.............................................................................................. 31 7.1 Tổng quan về luồng tín hiệu.. .................................................................................. 31 7.2 Động cơ. .................................................................................................................. 32 7.3 Mạch Arduino R3 .................................................................................................... 32 7.3.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3............................................................... 33 7.3.2 Vi điều khiển. ....................................................................................................... 33 7.3.3 Năng lượng. .......................................................................................................... 35 7.3.4 Các chân năng lượng ............................................................................................ 35 7.3.5 Bộ nhớ. ................................................................................................................. 36 7.3.6 Các cổng vào/ra .................................................................................................... 37
2
7.3.7 Lập trình cho Arduino. ......................................................................................... 38 7.4 Cảm biến cơ bắp.. .................................................................................................... 39 7.5 Nguồn điện. ............................................................................................................. 40 7.6 Tín hiệu Servo ......................................................................................................... 41 7.7 Kiểm soát EMG:...................................................................................................... 42 7.8 Thông tin cảm biến................................................................................................. 42 7.9 Sơ đồ khối ............................................................................................................... 43 7.10 Kiểm soát............................................................................................................... 43 Phần 8: Thi công mô hình........................................................................................... 45 8.1 Lắp ráp phần cơ khí ................................................................................................. 45 8.1.1 Bước 1 .................................................................................................................. 45 8.1.2 Bước 2 .................................................................................................................. 53 8.2 Hoàn thành phần điện tử vào phần cơ khí ............................................................... 54 Phần 9 :Kết luận và hướng phát triển ....................................................................... 56 9.1 Kết luận ................................................................................................................... 56 9.2 Đề xuất và kiến nghị................................................................................................ 56 Tài liệu tham khảo....................................................................................................... 58 Phụ lục code lập trình vi điều khiển .......................................................................... 59
3
EMg – ABS – PLA – PIC – DOF –
( Electro Myography) Cảm biến điện cảm. (Acrylonitrile butadiene styrene) nhựa ABS. ( Polyactic Acid) chất dẻo PLA.
(Peripheral Interface Controller) Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi. (Degree of Freedom) Bậc tự do.
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
4
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Người khuyết tật ở Việt Nam..............................................................................8
Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp ....................................................................10 Hình 2. 2: Hệ thống điều khiển bằng cơ bắp qua mạnh EMG ...........................................11 Hình 2. 3: Điều khiển bằng sóng não .................................................................................11 Hình 2. 4: Học sinh Phạm Huy và sản phẩm cánh tay robot..............................................12 Hình 2. 5: Chiến sĩ sống sót vụ rơi máy bay Mi171 đã có tay giả .....................................13 Hình 2. 6: cánh tay robot....................................................................................................14 Hình 2. 7: cánh tay robot inMoov với công nghệ in 3D.....................................................14
Hình 4. 1: cơ cấu xương cánh tay.......................................................................................17 Hình 4. 2: Bậc tự do của một điểm.....................................................................................18 Hình 4. 3: Mức độ tự do của một ngón tay.........................................................................18
Hình 5. 1: Động cơ lắp ở khủy tay .....................................................................................21 Hình 5. 2: Cánh tay thi công thực tế...................................................................................22 Hình 5. 3: Cấu tạo 1 ngón tay robot ...................................................................................23 Hình 5. 4: Ngón tay cái.......................................................................................................24 Hình 5. 5: Lòng bàn tay......................................................................................................25 Hình 5. 6: Sơ đồ điều khiển................................................................................................26 Hình 5. 7: Sơ đồ đi dây gân................................................................................................27 Hình 5. 8: Cấu tạo cánh tay ................................................................................................28 Hình 5. 9: Cánh tay lắp ráp hoàn thành..............................................................................28
Hình 6. 1: Sơ đồ phân bố lực trên ngón tay........................................................................29
Hình 7. 1: Sơ đồ phân bố lực trên ngón tay........................................................................31 Hình 7. 2: Động cơ RC servo MG996R .............................................................................32 5
Hình 7. 3: vi mạch arduino.................................................................................................32 Hình 7. 4: vi điểu khiển ......................................................................................................33 Hình 7. 5: Chế tạo thủ công...............................................................................................34 Hình 7. 6: Sử dụng mạch in................................................................................................35 Hình 7. 7: Vị trí các cổng ...................................................................................................37 Hình 7. 8: phần mềm lặp trình............................................................................................39 Hình 7. 9: biểu đồ sóng cảm biến cơ EMG ........................................................................39 Hình 7. 10: pin 9v...............................................................................................................40 Hình 7. 11: xung tín hiệu....................................................................................................41 Hình 7. 12: sơ đồ năm đường xung tìn hiệu.......................................................................42 Hình 7. 13: sơ đồ khối ........................................................................................................43 Hình 7. 14: cảm biến lực được gắn vào tay........................................................................44 Hình 7. 15: phần mềm đo giá tri lực trung bình................................................................44
Hình 8. 1: cánh tay hoàn chỉnh...........................................................................................51 Hình 8. 2: động cơ được lắp hoàn chỉnh ............................................................................52 Hình 8. 3: Đường dây gân nối với servo ............................................................................53 Hình 8. 4: sơ đồ nối dây của servo và mạch điện...............................................................54 Hình 8. 5: kết nối cánh tay với mạch điện..........................................................................54 Hình 8. 6: mạch cảm biến được kết nối với tay người .......................................................55
6
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong suốt toàn bộ luận án này, nó đã được tiếp cận như là một nỗ lực toàn thời gian. Sản xuất, lắp ráp và thử nghiệm đã được thực hiện trong ngày tháng qua ,để có được nghiên cứu, thiết kế và tài liệu. Một thiết kế in 3D cho một bộ phận giả tạo được đưa ra. Cánh tay điện tử hoạt động và kiểm soát bởi một người sử dụng uốn cơ của mình. Các cánh tay robot trình bày có tiềm năng sẽ được sử dụng bởi một cảm biến cơ bắp hay người bị khuyết tật một chi. Loại công nghệ này có tồn tại mặc dù nó là đắt tiền và nói chung không có sẵn cho người dân trong việc phát triển quốc gia.
Tăng trưởng nhanh và tiến bộ của ngành công nghiệp in ấn 3D cho phép các cá nhân trở thành các nhà sản xuất quy mô nhỏ. Những tiến bộ gần đây cho thấy những cánh tay giả giả 3D được in gắn liền với nạn nhân chiến tranh khắp thế giới. Các thiết bị như vậy là hoàn toàn cơ khí và ít phức tạp hơn các thiết bị điện cơ. Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy rằng 3D in thiết bị có tiềm năng tích cực ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. In 3D có hạn chế, nhưng tăng trưởng và phát triển trong lĩnh vực này sẽ chỉ dẫn đến những cải tiến hơn thời gian. Đề tài luận án này bao gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Gốc của hệ thống là một sáng tạo cơ khí thiết kế cho một cánh tay giả 3D in. Điện tử ngày nay thiết bị truyền động và mạch điện đã kích hoạt thiết bị và cho phép các chương trình điều khiển phức tạp. Nó là hy vọng rằng công việc này sẽ có giá trị cho một đối tượng đa dạng.
7
PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Tính cấp thiết đề tài
Có thể lập luận rằng tài sản quý báu và giá trị nhất của con người là cơ thể của
họ.Thay thế một bộ phận trên cơ thể của một người đã bị mất đi, đặc biệt là một bàn tay, là một nhiệm vụ đầy thách thức. Thực sự cơ thể của một con người được cấu tạo rất phức tạp. Trong nhiều thế kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng thây thế các bộ phận bị mất trên cơ thể một người với các thiết bị nhân tạo. Cho đến gần đây, thiết kế chân tay giả đã bắt đầu tiến triển. Từ những vật thay thế đơn giản như chân gỗ,tay gỗ.Qua thời gian vật liệu cải tiến và thiết kế bắt đầu kết hợp bản lề và hệ thống ròng rọc. Việt Nam là quốc gia có tỉ lệ người khuyết tật đo chiến tranh ,tai nạn lao động rất cao. Mà giá thành để lắp một cánh tay nhân tạo thì rất cao không phù hợp với hoàn cảnh của họ.Trong suốt quá trình của luận án này, nhóm em sẽ khám phá và thiết kế các bộ phận thay thế giúp cho người khuyết tật với giá thành phù hợp với họ.
Hình 1. 1: Người khuyết tật ở Việt Nam
8
1.2
Lí do chọn đề tài
Mục tiêu tổng quát của đề tài là tạo ra cánh tay nhân tạo có thể thực hiện lại càng nhiều chức năng càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày có thể hoàn toàn thay thế chân tay bị thiếu.
Giúp người khuyết tật có thể hòa nhập với cộng động, giúp họ có thực hiện những hoạt động sinh hoạt thường ngày như cầm, nắm một cách thuận lợi ,họ có thể có được việc làm ,tang them thu nhập cho bản than và gia đình.
Ý tưởng để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng in 3D đem lại nhiều hiệu quả và ưu điểm là rất khả thi và hoàn toàn có thể thành hiện thực. Trong một tương lai gần, nếu được đầu tư, nghiên cứu nghiêm túc và ứng dụng vào lĩnh vực y học, trước tiên là để nghiên cứu học tập tại các phòng thí nghiệm, và sau khi cánh tay robot đi vào hoạt động sản xuất mang lại giá trị xã hội và kinh tế tạo ra các bộ phận nhân tạo phục vụ cho người khuyết tật hiện nay là điều quan trọng và cấp bách nhất.
Vì vậy, nhóm tác giả quyết định chọn đề tài
“NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT DÀNH CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT”
9
PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quan đề tài
Có một số loại cơ cấu cánh tay giả đã được tạo ra trên thế giới. Chúng thường được nhóm với cách thức kiểm soát thiết bị như sau.
2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí
Thiết bị được điều khiển bằng dây nịt nối với người sử dụng. Đây nói chung là một thiết bị đơn giản như một móc cơ học được liên kết với khuỷu tay/vai. Mặc dù các thiết bị này tương đối đơn giản nhưng chúng vẫn là loại phổ biến nhất hiện nay.
Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp
2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp
Các bộ phận giả giả thần kinh cơ đo tín hiệu electromyography (EMG) được tạo ra từ.Sự co lại của các cơ gần phần còn lại của người khuyết tật. Các tín hiệu này được đo thông qua điện cực đặt trên bề mặt da hay nhúng trực tiếp vào cơ. Những tín hiệu được khuếch đại và gửi đến một vi điều khiển phân tích thông tin này và kiểm soát bộ truyền động bên trong. Thiết bị cơ điện cho phép số lượng lớn hơn kiểm soát.
10
Hình 2. 2: Hệ thống điều khiển bằng cơ bắp qua mạnh EMG 2.1.3 Giao diện não trực tiếp
Điều khiển bằng giao diện thần kinh não trực tiếp. Thủ thuật phẫu thuật đặt các mảng điện cực trên bề mặt của não. Được cấy vào hộp sọ của bệnh nhân. Khi bệnh nhân nghĩ đến tín hiệu, được sử dụng để kiểm soát chuyển động của một cánh tay robot. Loại công nghệ này vẫn còn trong thời kỳ sơ khai.
Hình 2. 3: Điều khiển bằng sóng não
11
2.2 Tình hình trong nước
Hiện nay ước tính cả nước có khoảng 5,1 triệu người khuyết tật, chiếm khoảng 6% dân số, trong đó có 1,1 triệu khuyết tật nặng, chiếm 21,5% tổng số người khuyết tật. Bao gồm 29% khuyết tật vận động, 17% tâm thần, 14% tật thị giác, 9% tật thính giác, 7% tật ngôn ngữ, 7% trí tuệ và 17% các dạng tật khác. Tỷ lệ nam là người khuyết tật cao hơn nữ do các nguyên nhân hậu quả chiến tranh, tai nạn lao động, tai nạn giao thông, tai nạn thương tích ....
Nguyên nhân gây nên khuyết tật có tới 36% bẩm sinh, 32% do bệnh tật, 26% do hậu quả chiến tranh và 6% do tai nạn lao động. Dự báo trong nhiều năm tới số lượng người khuyết tật ở Việt Nam chưa giảm do tác động của ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng của chất độc hoá học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh Việt Nam, tai nạn giao thông và tai nạn lao động, hậu quả thiên tai...
Đã có nhiều học sinh ,sinh viên đã thực hiện nghiên cứu và cho ra sản phẩm về cánh tay robot , cụ thể là em hoc sinh cấp ba Phạm Huy, học sinh lớp 11 trường THPT Quảng Trị.
Hình 2. 4: Học sinh Phạm Huy và sản phẩm cánh tay robot
12
Chiến sĩ quả cảm Đinh Văn Dương - người sống sót duy nhất vụ rơi máy bay Mi171 được trao tay giả.
Hình 2. 5: Chiến sĩ sống sót vụ rơi máy bay Mi171 đã có tay giả
2.3 Tình hình trên thế giới
Sang-won Leigh, một nghiên cứu sinh của Học viện Massachusetts (MIT), đã cùng với giáo sư của mình là Pattie Maes phát triển một thiết bị đeo tay có thể gắn vào cổ tay của bạn và giúp bạn có thêm vài ngón tay robot.
13
Hình 2. 6: cánh tay robot
Mẫu Robot in 3d bằng nhựa dẻo với kích thước có tỉ lệ 1~1 của công ty Inmoov với người thật của Geal có khả năng phản hồi, làm theo những lệnh bằng Tiếng Anh. Hơn nữa, nó còn có thể có thể nhặt và thả những trái bóng nhỏ và xoay đầu để nhìn theo con người. Thật đặc biệt. Robot này đã xuất hiện lần đầu tiên tại hội chợ công nghệ tại Rumani trong tháng trước. Ý tưởng về con Robot này được hình thành từ chính cánh tay robot mà Gael Langevin tạo ra vào năm 2011. Con Robot này được tạo ra sử dụng công nghệ in 3D.
Hình 2. 7: cánh tay robot inMoov với công nghệ in 3D 14
2.4 Vấn đề tồn tài và hướng giải quyết vấn đề
Để tạo ra một cánh tay giả , có rất nhiều hướng thiết kế và sản xuất. Những thách thức để vượt qua. Thách thức trong luận án này là tạo ra một cánh tay hợp lý và chất lượng có thể được tiếp tục sử dụng cho nghiên cứu trong lĩnh vực chân tay giả.
Điều quan trọng là người đọc phải lưu ý rằng công việc này bao gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Dưới đây là những lĩnh vực chính sẽ được giải quyết trong suốt luận án này. 2.4.1 Thiết kế vật lý
Sự phức tạp khi kết hợp của hệ thống cơ và điện. Bắt chước cánh tay con người và sự linh hoạt mà nó có thể cung cấp. Thiết kế sẽ nhằm mục đích được như cánh tay thật nhất có thể.
2.4.2 Kế hoạch Kiểm soát
Mục đích chính là chúng tui muốn một bộ phận thay thế dễ dàng và tự nhiên để kiểm soát tốt
Khó khăn nhất trong việc hoàn thành nhiệm vụ cơ bản là lập trình sự tương tác giữa mạch điện tử và phần cơ khí
2.4.3 Thực tiễn
Thiết bị này phải nhằm mục đích hữu ích cho người khuyết tật. Liệu thiết bị này có thực sự là khả năng mang lại lợi ích cho người bị mất một phần cánh tay
2.4.4 Giá cả phải chăng
Chúng tui sẽ nhằm mục đích để giữ cho chi phí vật liệu của thiết bị càng thấp càng tốt.
15
PHẦN 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu tổng quát của một bộ phận giả là thực hiện lại càng nhiều chức năng càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày có thể hoàn toàn thay thế chân tay bị thiếu.
Mục đích của công việc này là thiết kế và xây dựng một cánh tay giả thông qua công nghệ in 3D. Người sử dụng thiết bị này sẽ có thể kiểm soát cánh tay bằng cách uốn cong cơ thể phát hiện bằng cách sử dụng bộ cảm biến cơ bắp.
Máy in 3D hiện đại cho phép tạo ra các chi tiết cơ khí chi tiết và lắp ráp tương đối nhanh. Việc chế tạo các thiết kế phức tạp bằng các phương pháp khác sẽ còn nhiều đắt tiền và sẽ không thể có trong một thời gian ngắn như vậy. Lợi ích của hệ thống này là nó là một chi phí thấp và cách tương đối đơn giản kiểm soát ngón tay.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Rất khó để tạo ra một thiết kế đặc biệt từ những bước đầu tiên. Nhiều giải pháp có thể có vẻ hợp lý lúc đầu nhưng sau đó dẫn đến những vấn đề không được giải quyết.
Qua nhiều tháng không chỉ lãng phí thời gian quý báu, nhóm đã tìm ra được hướng giải quyết ,một phương pháp tốt nhất là tạo ra nguyên mẫu các chi tiết của bàn tay bằng công nghệ in 3D. In 3D cho phép chúng tui dễ dàng tạo ra chi tiết và thuận lợi trong việc lắp ráp.
16
PHẦN 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4.1 Tay người
Bàn tay con người bao gồm ít nhất 27 xương (tùy thuộc vào cá nhân) , nhiều hơn 30 cơ cá thể và trên 100 dây chằng dây thần kinh, dây thần kinh và động mạch.
Cánh tay robot nhằm mục đích sao chép các chức năng của cơ thể con người và trả lại chức năng cho người bị khuyết tật có thể phù hợp với sự khéo léo, linh hoạt
và sự linh động của bàn tay.
7. 6 Tín hiệu Servo
Một tín hiệu điều chế độ rộng xung được sử dụng để điều khiển các động cơ servo. Mỗi 20ms một xung giữa 1ms và 2ms dài được gửi từ vi điều khiển PIC đến bộ điều khiển nội bộmạch điện của servo.
Hình 7. 11: xung tín hiệu
Một xung 1,5ms quay trục servo đến vị trí trung tâm của nó. Độ rộng xung khác
nhau tương ứng với các vị trí trục khác nhau động cơ.
Để tạo PWM chúng ta có thể sử dụng bộ đếm thời gian phần mềm để kiểm soát chính xác thời gian và thời gian của xung. Một lựa chọn khác sẽ được sử dụng các chức năng inbuilt PWM máy phát điện của vi điều khiển. Vấn đề với cả hai lựa chọn này là không có đủ phần mềm giờ để kiểm soát mỗi servo.
Đối với cánh tay robot này, bộ tính giờ phần mềm 16 bit đã được sử dụng để kiểm soát chính xác năm servos. Năm tín hiệu PWM cần được tạo ra trên chân đầu ra cá nhân.Mỗi 3.3ms mỗi bắt đầu của một xung mới được bắt đầu trên một dòng đầu ra mới. Sau năm chu kỳ 20ms đã vượt qua một xung mới bắt đầu trên đường tín hiệu đầu tiên và chu kỳ lặp lại, bộ đếm thời gian phần mềm được sử dụng để kiểm soát khoảng thời gian 3,3ms. Nếu ví dụ chỉ có năm servos được sử dụng sau đó chúng tui sẽ bắt đầu một tín hiệu mới mỗi 4ms.Hình dưới đây phác thảo cách hai bộ tính giờ đã được sử dụng để tạo ra tất cả sáu PWM tín hiệu.
41
Hình 7. 12: sơ đồ năm đường xung tìn hiệu
Có thể điều khiển tối đa 8 servo riêng lẻ bằng cách sử dụng phương pháp này. Một lần nữa và thời gian giữa đầu của mỗi xung trở nên ít hơn độ rộng xung của mỗi tín hiệu. Có nghĩa là một bộ đếm thời gian hay phương pháp khác sẽ phải được sử dụng.
7.7 Kiểm soát EMG
Như đã thảo luận trong phần thiết kế điện tử, mỗi bảng cảm biến cơ sẽ xuất ra mộttín hiệu tương tự (0-3V) vào một chân tương tự trên vi điều khiển. Vi điều khiển thực hiện và tương tự như chuyển đổi kỹ thuật số trên tín hiệu này lưu trữ kết quả như là một giá trị nhị phân 10 bit được sử dụng để kiểm soát vị trí của động cơ servo.
Kiểm soát EMG cơ bản như sau.
Một điện cực thiết lập các tín hiệu thần kinh từ một vùng cơ . Khi một người sử
dụng uốn cong tín hiệu EMG được sử dụng để chuyển đổi giữa các tay cầm khác
nhau trạng thái mô hình của cánh tay.
Cảm biến EMG khác theo dõi các vùng cơ khác như cẳng tay.Việc uốn cong vùng
cơ này kích hoạt trạng thái cụ thể mà thiết bị nằm trong ngón tay đóng hay khớp
xoay để đặt vị trí đặt trước.
7.8 Thông tin cảm biến
Chúng tui muốn đưa cảm biến áp lực lên từng ngón tay để cung cấp phản
hồi.Những cảm biến này cung cấp thông tin cho vi điều khiển về lực lực được áp dụng
42
ở mỗi đầu ngón tay. Thông tin này có thể được sử dụng để điều khiển động cơ rung động nằm trong một dải linh hoạt hơn là có thể được đeo quanh cánh tay trên. Điều này cung cấp một số phản hồi cơ bản cơ bản cho người dùng để họ biết nếu họ đang nắm bắt một đối tượng và họ đang áp dụng bao nhiêu lực lượng.
7. 9 Sơ đồ khối
Cấu trúc cơ bản của chương trình hiện tại được nêu dưới đây.
Hình 7. 13: sơ đồ khối
7.10 Kiểm soát
Kiểm soát EMG cơ bản cho phép các trạng thái khác nhau được đi qua và hoạt động.Có thể hướng tay để đóng, xoay một vị trí nhất định, quay lại và sau đó mở lại. Việc kiểm soát tỉ lệ các ngón tay hoạt động khá tốt - người dùng càng tạo ra lực càng làm cho các ngón tay đóng lại. Vì vậy ta phải lấy giá trị lực trung bình.
43
Hình 7. 14: cảm biến lực được gắn vào tay
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links