Tải bản đầy đủ

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


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EMg – ( Electro Myography) Cảm biến điện cảm.
ABS – (Acrylonitrile butadiene styrene) nhựa ABS.
PLA – ( Polyactic Acid) chất dẻo PLA.
PIC – (Peripheral Interface Controller) Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi.
DOF – (Degree of Freedom) Bậc tự do.

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 hoặc
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 hoặc 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 tôi 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 tôi 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 tôi 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.

Hình 4. 1: cơ cấu xương cánh tay

17


Nhìn vào hình dưới , hãy tưởng tượng một điểm trong không gian. Từ điểm này
chúng ta có thể (di chuyển) dọc theo 3 trục khác nhau, nghĩa là chúng ta có thể di chuyển
về phía trước / phía sau, lên / xuống và sang trái và phải. Tại cùng một điểm chúng tôi
cũng có thể xoay quanh 3 trục khác nhau.Như bộ phận cổ con người có 3 độ tự do luân
phiên - chúng ta có thể nhìn trái / phải, lên / xuống và nghiêng chúng đi ngang và dọc. Vì
vậy, trong một điểm có thể có tối đa là 6 độ tự do (3 chuyển đổi, 3 vòng quay).

Hình 4. 2: Bậc tự do của một điểm
Ngón tay của con người trong tổng số có 4 độ tự do . Ba trong số đó là những vòng
xoay mỗi khớp (DIP, PIP, MCP) kết hợp để kiểm soát việc uốn và mở rộng ngón tay. Các
khớp ngón tay (khớp MCP) cũng cho phép giạng ra (xoắn ngón tay từ bên này sang bên
kia). Ngón tay, và tất cả các khớp trong cơ thể con người được kích hoạt (di chuyển) qua
sự co lại của cơ và gân.

Hình 4. 3: Mức độ tự do của một ngón tay
18


4.2 Khả năng của bàn tay giả
Phần lớn các ngón tay giả được kích hoạt thông qua một mối liên kết chung là hệ
thống động cơ điện DC . Mô hình động học cho các ngón tay giả khác nhau được trình
bày dưới đây.
Vấn đề với kiểu thiết kế này là không có sự kiểm soát đối với khớp ngón tay cá
nhân.Tất cả các khớp trong ngón tay được kiểm soát thông qua một bộ truyền động duy
nhất có nghĩa là toàn bộ ngón tay chỉ có một mức độ tự do - những ngón tay chỉ có thể mở
/ đóng theo một cách duy nhất. Trong thực tế một ngón tay của con người có thể kiểm
soát các khớp cá nhân nên có khả năng uốn cong trong nhiều cách, được hiển thị bên
dưới,do thiếu kiểm soát tốt trong các ngón tay như cố gắng để đan, may hoặc chơi một
nhạc cụ như một cây đàn guitar với một cánh tay robot hiện đại sẽ là một việc cực kỳ khó
khăn.
4.3 Cánh tay robot.
Sử dụng hoạt động của cơ xung quanh cẳng tay trên. Người sử dụng cơ bản không
kiểm soát các cử động ngón tay cá nhân, thay vào đó họ có thể chọn một mô hình nắm và
giản ra.
Cánh tay robot được điều khiển qua điện cực đồ thị điện (EMG) đặt trên bề mặt
của da người sử dụng. Vị trí của các điện cực này phụ thuộc vào mức độ cắt cụt nhưng
thường là ở phần trên cẳng tay. Phần mềm máy tính cân bằng có thể là được sử dụng để
điều chỉnh một số cài đặt để tăng cường kiểm soát của người dùng về thiết bị và điều
chỉnh hệ thống với tín hiệu thần kinh của người sử dụng.
Mức độ kiểm soát EMG phụ thuộc vào việc cắt cụ thể nhưng thường giới hạn ở chỉ
có một vài lệnh khác nhau mà không thể được thực hiện đồng thời.Trên thực tế, nó là do
hạn chế này trong kiểm soát mà một hệ thống nắm bắt được xác định trước và một cách
thủ công ngón tay điều chỉnh được thiết kế. Nếu một hệ thống phức tạp hơn được thiết kế,
người dùng sẽ chỉ đơn giản là không có cách kiểm soát nó.
4.4 Cánh tay robot và công nghệ in 3D.
Trong vài năm qua phát triển công nghệ in 3D chân tay giả với vật liệu nhựa đã
trở nên khá phổ biến .Kết hợp kiến thức về thiết kế cơ khí vào sản xuất in 3D cho ra ý
19


tưởng ngón tay được điều khiển bằng các gân hoạt động thông qua động cơ servo và dây
cước đặt trong khủy tay.
Đây là một giải pháp đơn giản có lợi thế lớn trên bàn tay nhân tạo khác mà đó là
thiết kế này là chi phí thấp và dễ dàng được sản xuất qua in 3D
4.5 Kiểm soát thông qua bộ cảm biến cơ
Cảm biến điện cảm
Các tín hiệu là các xung điện bên trong cơ thể được tạo ra bởi các cơ co bóp.Bộ
cảm biến sẽ tiếp nhận giá trị lực trung bình do cơ của cơ thể người tạo ra và sẽ đưa ra tín
hiệu tần số vào mạch arduino .Từ tần số đó mạch arduino sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển các
servo.

20


PHẦN 5 - Thiết kế và sản xuất
5.1 Thiết kế cơ.
Để tạo ra một bộ phận giả giả thần kinh hữu ích, cần phải có một thiết bị cơ khí
được thiết kế tốt hệ thống bắt chước chức năng của cánh tay con người càng tốt càng tốt.
Giữa nhiều thứ các thiết kế cơ học khác liên quan đến việc các khớp được kích hoạt như
thế nào và các loại lực hiện tại trong hệ thống. Thiết kế cánh tay bionic được trình bày
trong phần này có thể hoàn toàn được sản xuất bằng máy in 3D và các công cụ cơ bản.
5.1.1 Ý tưởng ban đầu và Bản vẽ Khái niệm.
Sau khi nghiên cứu một số phương pháp khởi động cho tay giả, một thiết kế gân
nhân tạo đã được chọn. Gân nhân tạo là một cách hữu hiệu để kích hoạt cánh tay robot
.Gân có thể là những đường dây sức mạnh không căng . Những đường này kết nối với các
ngón tay và được căng bằng động cơ trong cẳng tay. Kéo trên gân làm cho ngón tay mở
và đóng lại.
Động cơ điện lái những gân này phải được đặt hoàn toàn bên trong cánh tay robot
,cụ thể là ở khủy tay . Chúng tôi muốn những động cơ này đặt càng gần ngón tay càng tốt,
tuy nhiên do kích thước tương đối lớn của chúng tôi, chúng tôi không thể cất giữ động cơ
được sử dụng bên trong phần bàn tay. Thay vào đó, động cơ nằm trong khủy tay.

Hình 5. 1: Động cơ lắp ở khủy tay
21


Thể hiện trên trang sau đây là một số phác thảo khái niệm đầu tiên phác thảo một
số bắt đầu quan trọng ý tưởng. Sự lựa chọn sử dụng động cơ servo tiêu chuẩn để kéo gân
được thực hiện rất sớm. Servo Motors được điều khiển động cơ điện DC có thể được điều
khiển để xoay để cụ thể vị trí góc cạnh.ông mô hình cuối cùng vẫn còn kết hợp một số
trong những tính năng thiết kế ban đầu tuy nhiên nhiều phím các điểm thiết kế đã thay đổi
như vị trí servo và việc sử dụng các bánh lái. Những hình ảnh dưới đây là một số thiết kế
sớm hơn phát triển. Hình ảnh ở phía dưới bên cho thấy lắp ráp các thành phần cơ học
riêng lẻ của bàn tay.

Hình 5. 2: Cánh tay thi công thực tế

22


5.1.2 Thiết kế hỗ trợ máy tính
Solidworks là một gói phần mềm thiết kế máy tính được làm cho mô hình cơ học
rắn ,linh kiện và bộ phận lắp ráp. Solidworks là một công cụ phổ biến trong ngành công
nghiệp kỹ thuật và cóđược sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế và phân tích các thành
phần cơ khí


Ngón tay.
Mỗi ngón tay bao gồm ba thành phần được in cùng với vật liệu polypropylene.

Gân nhân tạo vòng quanh đầu bên trong của ngón tay để tạo ra một điểm khóa gân. Gân
này chạy qua các kênh bên trong ngón tay để tạo thành một vòng kín. Khi gân được kéo
lực quay được áp dụng cho tất cả các khớp và ngón tay lượn lên.

Hình 5. 3: Cấu tạo 1 ngón tay robot
Điểm khóa gân là điều cần thiết để khi dây chằng căng nó kéo đầu của ngón tay và
gây ra tất cả các khớp để xoay. Nếu gân không khóa nó sẽ trượt khi căng thẳng và ngón
23


tay không cử động. Để mở ngón tay từ một vị trí khép kín căng thẳng được áp dụng cho
đầu kia của gân.
Chất lượng cao đánh bắt đường dây đánh cá đã được sử dụng như nó cung cấp
căng tối thiểu khi căng thẳng.
Dây cước cá bằng nylon sẽ kéo dài theo thời gian dẫn tới sự mất mát căng thẳng
ảnh hưởng tiêu cực đến chuyển động của ngón tay. Mũi trong công việc của con người
bằng tay sinh học tương tự, tuy nhiên,có rất nhiều tuyến gân sinh học gắn liền với xương
khác nhau - cho phép để kiểm soát chính xác hơn các ngón tay.


Ngón tay cái
Ngón cái cũng được thiết kế theo cách tương tự. Có ít nhất hai độ tự do trong ngón

tay cái. Ngón tay cái này tuy nhiên chỉ cung cấp một mức độ tự do duy nhất - nó chỉ có
thể mở / đóng theo một cách duy nhất.
Lỗ hướng dẫn đã được kết hợp vào việc thiết kế của các ngón tay và ngón tay cái
để tối ưu hóa hướng gân và ngăn cản các đường gân bị mắc kẹt trên một cạnh sắc nét lòng
bàn tay
Mỗi ngón tay kết nối với lòng bàn tay bằng trục kim loại.

Hình 5. 4: Ngón tay cái

24




Lòng bàn tay

Mỗi ngón tay kết nối với lòng bàn tay bằng trục kim loại.

Hình 5. 5: Lòng bàn tay


Hệ thống điều khiển.

Các dây chằng quấn xung quanh sườn servo tạo ra một vòng khép kín được hiển thị
phía dưới. Khi động cơ servo quay một chiều, nó kéo trên gân và đóng ngón tay. Đến
mở ngón tay động cơ được xoay theo hướng đối diện.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×