BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHIỂN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHỚP MẮT CÁ CHÂN BẰNG CƠ CẤU MỀM CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHIỂN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHỚP MẮT CÁ CHÂN BẰNG CƠ CẤU MỀM CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHIỂN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHỚP MẮT CÁ CHÂN BẰNG CƠ CẤU MỀM CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM HUY TUÂN Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Phạm Huy Tuân (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, Ngày 03 tháng 05 năm 2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ Tên: Nguyễn Văn Khiển Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/07/1983 Nơi sinh: Hà Nội Địa liên lạc: 47 Cao Lỗ, Phường 4, Quận 8, TP.HCM Điện thoại: 0977446847 Email: dongpho05@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo: Nơi học: Địa chỉ: Ngành học: Cao học Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo: năm 2011-2013 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: 01-Võ Văn Ngân, P Linh Chiểu, Q Thủ Đức, Tphcm Ngành học: Chế Tạo Máy III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian 11/2009 – 08/2010 08/2010 đến Nơi công tác Tổng công ty công nghiệp ô tô Việt Nam Trường trung cấp kỹ thuật nghiệp vụ Nam Sài Gòn Trang i Công việc đảm nhiệm Nhân viên kỹ thuật Giáo viên khí IV CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI [1] Pham Huy Tuan and Nguyen Van Khien, “A monolithic flexural – based prosthetic for amputee,” The 2012 International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2012), 29th September 2012, Ho Chi Minh University of Technical Education [2] Pham Huy-Tuan, Nguyen Van-Khien, “A Monolithic Flexural-Based Prosthetic Foot For Amputee” Journal of Engineering Technology and Education, National Kaohsiung University of Applied Sciences, Vol 9, 2013, pp 461-467 [3] Huy-Tuan Pham, Van-Khien Nguyen and Van-Trinh Mai, “Shape optimization and fabrication of a parametric curved-segments prosthetic foot for amputee,” Journal of Biomechanical Engineering, (submitted) Trang ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 04 năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trang iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy em suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Cảm ơn quý Thầy, Cô Phòng Đào tạo sau đại học Khoa Cơ Khí Máy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành Thầy - TS Phạm Huy Tuân tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Văn Sơn (Khoa Cơ Khí Máy) giúp đỡ em việc chế tạo máy CNC Trung Tâm Công Nghệ Cao Cảm ơn cô Th.S Vƣơng Thị Ngọc Hân (Phòng thí nghiệm học, Khoa xây dựng dân dụng Cơ học Ứng dụng) với giúp đỡ cô việc đo độ cứng biến dạng Cảm ơn anh Mai Văn Trình Giám đốc Trung Tâm Chỉnh Hình Phục Hồi Chức Năng TP.HCM giúp đỡ cho em thực kiểm nghiệm trực tiếp bệnh nhân Cảm ơn hỗ trợ tài từ Phòng Quản lý Khoa học Quan hệ Quốc tế trường ĐH SPKT TP.HCM, Mã số đề tài T2013-35TĐ Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ, động viên truyền cảm hứng cho em hoàn thành tốt luận văn Trang iv TÓM TẮT Luận văn tập trung nghiên cứu loại khớp mắt cá chân giả cấu mềm dùng cho người khuyết tật Mặc dù sản phẩm chân giả đàn hồi thương mại rộng rãi thị trường, sản phẩn chưa thực tận dụng triệt để ưu điểm nhóm cấu mềm Các thiết kế nghiên cứu giúp giảm chi phí chế tạo lắp ráp trì linh hoạt chân chân thật đặc điểm quan trọng để cải thiện dáng cho người khuyết tật Tác giả xây dựng giải thuật tối ưu hóa hình dạng kích thước dựa thuật toán di truyền mô số để tìm thiết kế phù hợp Sản phẩm mẫu có độ cứng, lượng lưu trữ biến dạng điều chỉnh dễ dàng với phương pháp thiết kế đề xuất Kết nghiên cứu tác giả chế tạo kiểm nghiệm thành công Từ khoá: Cơ cấu mềm, chân giả, lưu trữ lượng đàn hồi, cụt, dáng Trang v ABSTRACT A new type of compliant prosthetic ankle-foot for amputee is developed While current elastic energy storage and return feet have been widely commercialized, those designs still haven’t fully taken advantage of compliant mechanisms The design in this research would help to reduce the fabrication and assembly cost but still preserves the flexibility which is the key characteristic to improve amputee gait A shape and size optimization scheme via genetic algorithm and finite element method is undertaken to design the device Model stiffness and levels of energy stored, deformation could be easily regulated with the proposed design methodology In order to confirm the effectiveness of the device, prototypes of the device are fabricated using a simple milling process and are successfully validated by experiments The ease of fabrication possibilities for this monolithic design is another benefit over some current commercial products which require for troublesome assembly procedures KEYWORDS: compliant mechanism, prosthetic foot, elastic energy storage, amputee, gait Trang vi 5.2 Chế tạo Để chế tạo sản phẩm khớp mắt cá chân giả vật liệu POM tác giả sử dụng thông số thiết kế thu từ trình tối ưu hóa biến thiết kế phần mềm MATLAB, ABAQUS Sau lấy biến thiết kế tối ưu hóa nhập vào phần mềm AUTOCAD để xây dựng vẽ 2D thiết kế kích thước thể chi tiết vẽ Hình 5.1 Sau có thiết kế 2D tác giả sử dụng vẽ truyền vào phần mềm INVENTER để xây dựng mô hình 3D cách sử dụng lệnh Extrude phần mềm, dùng lệnh Extrude với kích thước 60 mm Hình 5.2 Hình 5.1: Bản vẽ thiết kế 2D AUTOCAD Trang 45 Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế 3D Inventer Từ vẽ 3D phần mềm INVENTER xuất file.sat truyền vào phần mềm MasterCAM để lập trình gia công Lập trình gia công phần mềm MasterCAM sau xuất file Code Truyền chương trình file Code vào máy tính kết nối với máy phay CNC (MIKRON UCP 600, GF AgieCharmilles, Thụy Sĩ) Để gia công sản phẩm thiết kế tác giả chọn phôi với kích thước phôi 245x115x60 Quá trình gia công máy phay CNC thực sau: Đầu tiên sử dụng dao phay có đường kính mm chiều dài dao 100 mm với độ sâu phay cho hốc 50 mm Sau sử dụng dao phay có đường kính mm chiều dài dao 100 mm để phay tinh, chỉnh lại mặt góc bo vẽ Bước gia công thứ hai gá đặt lại đổi mặt thành mặt phôi, sau dùng dao phay, phay sâu 10 mm toàn diện tích phôi, kết thúc bước gia công thu sản phẩm Hình 5.3 Tổng thời gian phay sản phẩm hết Hình 5.3 sản phẩm thu trình phay máy phay CNC với biến thiết kế tối ưu hóa giải thuật di truyền Trang 46 Hình 5.3: Sản phẩm thu gia công máy phay CNC Trong Hình 5.4 mô hình kết nối khớp mắt cá chân giả với núm liên kết vít Núm liên kết làm vật liệu kim loại Titan Núm có tác dụng điều chỉnh độ cao thấp ống chân điều chỉnh góc độ khớp mắt cá chân khớp mắt cá gắn chặt với núm liên kết Hình 5.4: Mô hình kết nối với núm liên kết Trong Hình 5.5 quy trình chế tạo vỏ chân giả sử dụng khuôn Silicone để đúc vỏ chân Khuôn Silicone loại khuôn hai mảnh, thời gian khô khuôn từ – Trang 47 tùy thuộc vào chất đóng rắn, sau chế tạo xong khuôn tác giả dùng cao su Silicone 828 để chế tạo vỏ Loại cao su Silicone 828 rẻ tiền phổ biến thị trường Quá trình chế tạo vỏ dùng cao su Silicone 828 trộn chất đóng rắn với hàm lượng chất đóng rắn 1,5 – 2% Tác giả thấy sử dụng hàm lượng chất đóng rắn 2% thu sản phẩm có bọt khí máy hút chân không Để khắc phục tình trạng tác giả nhận thấy rằng, việc sử dụng chất đóng rắn với hàm lượng chất đóng rắn 1,5% cho sản phẩm tốt Quá trình đúc vỏ chân không đơn giản đúc gạt tàn thuốc hay mẫu hình khối khác mà yêu cầu vỏ chân phải rỗng để lắp khớp mắt cá chân giả vào vỏ đường đàn hồi biến dạng tự không bị cản trở Kết trình chế tạo, tác giả đúc thành công vỏ chân giả Hình 5.5: Quy trình chế tạo vỏ chân giả Trang 48 Các chi tiết ống chân lắp chặt với khớp mắt cá chân vít, khớp mắt cá chân bao quanh vỏ bàn chân Hình 5.6 Khớp mắt cá lắp vào vỏ chân có gót chân, ngón chân cố định chặt vỏ chân đàn hồi tự biến dạng bị lực tác dụng Giữa vỏ chân khớp mắt cá chân tháo lắp cách dễ dàng Hình 5.6: Sản phẩm chân giả hoàn thiện chi tiết lắp ráp với Trang 49 5.3 Thực nghiệm 5.3.1 Máy kéo nén thủy lực vạn xử lý vi tính Máy kéo nén thủy lực vạn (CHT4106, SANS Testing Machine Co., Ltd., China) máy thực thí nghiệm kéo, nén, uốn cắt mẫu kim loại, POM Ở lần thực nghiệm tác giả sử dụng chức nén máy để kiểm tra độ cứng độ biến dạng khớp mắt cá chân giả Tiêu chuẩn thí nghiệm sử dụng tiêu chuẩn ISO Kết cấu máy vững gồm có cột (2 trục vít để di chuyển ngang dẫn hướng) Phần mềm PowerTest SANS có giao diện tiếng Anh dễ sử dụng, tất liệu quản lý nằm sở liệu, dễ dàng truy cập chuyển qua phần mềm khác Access, Excel Các thông số như: giới hạn chảy, giới hạn bền, độ dãn dài tương đối, modul đàn hồi E…có thể đo hay tính toán tự động Máy xác định khả chịu uốn kim loại hiển thị lúc đường cong: ứng suất - biến dạng, lực - thời gian, lực - độ dãn dài Cách lấy liệu từ máy vi tính cách xuất file Excel sau sử dụng liệu nhập vào phần mềm MATLAB để vẽ đồ thị Ở trường hợp xuất đồ thị trực tiếp máy vi tính kết nối với máy kéo nén thủy lực vạn 5.3.2 Bố trí thí nghiệm Quá trình thí nghiệm tiến hành máy kéo nén thủy lực vạn xử lý vi tính Hình 5.7 mô hình gá đặt khớp mắt cá chân giả vào máy để đo độ cứng tiếp xúc bàn chân Đây trường hợp tiếp xúc nguyên bàn chân với đất, trường hợp bố trí thực nghiệm sau: gót bàn chân cao mũi bàn chân 10 mm, gót mũi không cố định Đồ gá máy di chuyển tịnh tiến từ xuống dưới, đồ gá không chuyển động tịnh tiến lên/xuống mà quay chỗ nhằm mục đích định vị cho mặt đồ gá mặt đồ gá máy song song với Hai đồ gá máy song song với kẹp chặt khớp mắt cá chân giả lúc máy bắt đầu gia tải (Hình 5.7) Trang 50 Đồ gá Khớp mắt cá chân Đồ gá Hình 5.7: Mô hình gá đặt khớp mắt cá chân giả vào máy thực nghiệm Ban đầu, đồ gá máy kiểm tra từ từ hạ xuống hoàn toàn chạm vào bề mặt liên kết cứng khớp mắt cá chân giả giá trị lực máy không qua quan sát hình máy vi tính kết nối với máy Trọng tâm đồ gá máy giữ cố định Khi đồ gá đồ gá máy kẹp chặt cố định khớp mắt cá chân giả Lúc bàn phím máy vi tính tác giả chọn giá trị lực 80 kg để đo độ cứng chân phẳng sau máy từ từ lực, máy vi tính hiển thị đổ thị biểu diễn lực biến dạng Trang 51 Đồ gá Khớp mắt Đồ gá cá chân Hình 5.8: Mô hình gá đặt khớp mắt cá chân giả vào máy có gia tải Trong Hình 5.8 mô hình gá đặt khớp mắt cá chân giả vào máy có gia tải Ở thực nghiệm tác giả kiểm nghiệm gia lực 80 kg kết thực nghiệm đo biểu diễn Hình 5.9 Hình 5.9: Đồ thị quan hệ khối lượng biến dạng Trang 52 Quan sát Hình 5.9 ta thấy đồ thị biểu diễn hai đường cong: thứ đường cong thực nghiệm thiết kế tối ưu, thứ hai đường cong thu từ kết phân tích phần tử hữu hạn thiết kế tối ưu Từ Hình 5.9 ta thấy kết thực nghiệm biểu diễn đồ thị thấp so với phân tích phần tử hữu hạn Sự khác biệt liên quan đến độ tin cậy chế tạo, điều kiện thí nghiệm, kết cấu hình học trình đặt tải Sản phẩm thu trình chế tạo có đường đàn hồi nhỏ so với giá trị thiết kế sai số trình gia công máy phay Điều kiện biên thực nghiệm mô không giống hoàn toàn Ở hai đầu đường sở hoàn toàn cố định FEM thực nghiệm hai đầu đường sở không cố định Nhờ vào lực ma sát bề mặt đồ gá chi tiết chân giả mà chúng có khả trì vị trí tương Tuy tiếp xúc bề mặt đường cong sở đồ gá máy thực nghiệm xảy tượng trượt điều tránh khỏi Một lý khác việc sử dụng mô hình 2D thiết kế phân tích FEM Sự khác biệt hai mô hình 2D mô mô hình thực nghiệm 3D lý dẫn đến kết thực nghiệm thấp so với phân tích phần tử hữu hạn Trong Hình 5.9 gia lực 80,9 kg trình thực nghiệm thu biến dạng lớn tương ứng 4,6 mm Kết mô phần mềm MATLAB, ABAQUS thu sau gia lực 80 kg thu biến dạng lớn tương ứng 4,4 mm So sánh kết kiểm nghiệm thực tế với kết mô phần mềm MATLAB, ABAQUS ta thấy hai kết sai số 4,4 % Vậy kết sai số 4,4 % trường hợp chấp nhận Trang 53 5.4 Thử nghiệm thực tế bệnh nhân: Thử nghiệm bệnh nhân Trung Tâm Chỉnh Hình Phục Hồi Chức Năng TP.HCM Địa chỉ: 70 Bà Huyện Thanh Quang, P.7, Q.3, Tp.HCM ĐT: (08) 3932584 – (08) 62713579 Tên bệnh nhân: Nguyễn Văn Thành Tuổi: 38 tuổi Chiều cao 1m74, cân nặng 69 kg Tình trạng bệnh nhân: cụt gối mỏm cụt dài có viêm nhẹ Kết thử nghiệm bệnh nhân cho kết tốt, bệnh nhân cảm thấy bước nhẹ nhàng, tiếng kêu phát từ chân giả, bệnh nhân thấy tự tin mỏm cụt đỡ đau Trong toán mô sử dụng trọng lượng 80 kg Ở thử nghiệm bệnh nhân có trọng lượng 69 kg mỏm cụt viêm nhẹ nguyên nhân ảnh hưởng đến kết thử nghiệm Trang 54 CHƢƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 6.1 Các kết đạt đƣợc đề tài: Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất phương pháp đơn giản hiệu cho thiết kế khớp mắt cá chân giả cấu mềm Bằng việc tối ưu hóa hình dạng kết hợp với thuật toán di truyền sử dụng bước thiết kế Sản phẩm thiết kế tác giả đưa khớp mắt cá chân nguyên khối làm cấu mềm, mà không cần dùng khớp động nào, việc sử dụng khớp mắt cá chân nguyên khối thiết kế cho kết giảm mài mòn, bôi trơn độ xác cao Khớp mắt cá chân giả nguyên khối làm cấu mềm có khả lưu trữ lượng đàn hồi giải phóng lượng để hỗ trợ đẩy người phía trước giúp cho người chân giả có cảm giác bước nhẹ nhàng thoải mái chân thật Để chứng minh hiệu khớp mắt cá chân giả cấu mềm, tác giả chứng minh mô so sánh với kết thực nghiệm thấy sai số hai kết 4,4%, kết sai số chấp nhận Để xác định hiệu khớp mắt cá chân giả cấu mềm, mẫu khớp mắt cá chân giả chế tạo đơn giản máy phay CNC kiểm nghiệm thành công thực nghiệm Việc chế tạo đơn giản khớp mắt cá chân giả nguyên khối lợi trình thương mại hóa đơn giản hóa trình lắp ráp, sản phẩm thị trường đòi hỏi lắp ráp phức tạp Việc đơn giản hóa trình chế tạo, lắp ráp sử dụng vật liệu POM nguyên nhân để giảm giá thành sản phẩm Thể trạng bệnh nhân khác nên bệnh nhân sử dụng chân giả có chung độ cứng, vấn đề đặt phải kiểm soát độ cứng Trong nghiên cứu tác giả kiểm soát độ cứng chân giả để phù hợp với Trang 55 thể trạng khách hàng Ngoài nghiên cứu kiểm soát độ biến dạng khớp mắt cá chân giả để phù hợp với giai đoạn chu trình bước Kiềm soát độ cứng độ biến dạng khớp mắt cá chân giả giúp người khuyết tật có dáng tự nhiên, thoải mái giảm tổn hao lượng Nó có khả giảm chấn, làm giảm áp lực trực tiếp lên mỏm cụt, đầu gối xương hông Vậy phương pháp tối ưu hóa sử dụng kết hợp với mô mô tả hoàn toàn chu kỳ bước chân giả cho người giống chân thật Ngoài mô chu kỳ bước đi, nghiên cứu kiểm soát hoàn toàn độ cứng, độ biến dạng phù hợp cho giai đoạn chu kỳ bước Tác giả chế tạo thành công khớp mắt cá chân vỏ chân giả Nghiên cứu độ cứng, độ biến dạng giai đoạn chu kỳ bước hoàn toàn khác Các kết đề tài kiểm chứng thực nghiệm 6.2 Hƣớng phát triển đề tài: - Bằng phương pháp phun ép chế tạo hàng loạt - Khảo sát độ bền mỏi lượng chịu tải tức thời - Sử dụng vật liệu sợi cacbon - Khảo sát thêm thông số tiêu hao lượng trình sử dụng cấu chân giả đàn hồi để hoàn thiện hàm mục tiêu toán tối ưu - Tiếp tục nghiên cứu tính toán tối ưu hóa thiết kế giải thuật di truyền ứng dụng cho toán kỹ thuật thực tế Trang 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình MATLAB ứng dụng, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2006 [2] Phạm Huy Hoàng, Trần Văn Thùy, “Thiết kế hình dạng mô hoạt động cấu dẫn động với độ phân giải micro” Tạp chí Phát Triển Khoa Học Công Nghệ, Tập 11, số 3, 2008 [3] Lê Xuân Huỳnh, Tính toán kết cấu theo lý thuyết tối ưu, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2006 [4] Nguyễn Hữu Lộc, Kỹ thuật CAD/CAE, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2010 [5] Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trọng Hữu, Thiết kế sản phẩm với Autodesk Inventor, NXB Tổng Hợp TP Hồ Chí Minh, 2006 [6] Bùi Qúy Lực, Phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/CAM, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2006 [7] Phan Thị Hoài Phương, Lương Chi Mai (HD), Một giải thuật di truyền giải toán cất vật tư chiều với nhiều kích cỡ vật liệu thô, LA Tiến sỹ, Viện KH & CN Việt Nam, 2011 [8] Nguyễn Hoài Sơn, Vũ Phan Như Thiện, Đỗ Thanh Việt, Phương pháp phần tử hữu hạn với MATLAB, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2001 [9] Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm, ứng dụng MATLAB trong tính toán kỹ thuật tập 1, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2002 [10] Nguyễn Đình Thúc, Lập trình tiến hóa, NXB Giáo Dục, 2001 [11] Phạm Huy Tuân, Nguyễn Văn Khiển, Mai Văn Trình nghiên cứu, Thiết kế, chế tạo khớp mắt cá chân giả cấu mềm cho người khuyết tật, Mã số đề tài T201335TĐ ĐH SPKT TP.HCM Trang 57 [12] Phạm Thúy, Hoàng Hữu Phê cộng sự, Sách hướng dẫn quản lý cung cấp chân giả - thông tin chân giả cho nhóm phẫu thuật chình hình, Trung tâm đào tạo kỹ thuật viên chỉnh hình Việt Nam, 2002 [13] Nguyễn Viết Trung, Thiết kế tối ưu, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2003 [14] Daniel L Wilcox., and Larry L Howell., “Fully Compliant Tensural Bistable Micromechanisms (FTBM)” Journal of MicroElectroMechanical Systems, 2005 [15] Faustini M C., Neptune R R., et al "The quasi-static response of compliant prosthetic socket for transtibial amputees using finite element methods." Medical Engineering & Physics 28, 2006, pp 114-121 [16] Fitzlaff G., Heim S., Lower Limb Prosthetic Components, Verlag Orthopadie – Technik, Dortmund, 2000 [17] Howell L.L., Compliant Mechanisms, John Wiley & Sons, New York, 2002 [18] Pham H.T and Wang D.A., A constant - force bistable mechanism for force regulation and overload protection, Mechanism and Machine Theory, 46, 2011, pp 899 - 909 [19] Pham Huy-Tuan, Nguyen Van-Khien, “A Monolithic Flexural - Based Prosthetic Foot For Amputee” Journal of Engineering Technology and Education, National Kaohsiung University of Applied Sciences, Vol 9, 2013, pp 461-467 Trang 58 [...]... tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khớp mắt cá chân bằng cơ cấu mềm cho người khuyết tật đi với tốc độ bình thường trên nhiều loại địa hình (bằng phẳng, nhấp nhô, lên dốc, lên/xuống cầu thang, …) Các công việc tính toán, thiết kế, chế tạo được triển khai chi tiết Các thiết bị liên quan khác không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích lý thuyết... này Vì một số nguyên nhân trên đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khớp mắt cá chân bằng cơ cấu mềm cho người khuyết tật là cần thiết, được tiến hành với mục đích: Trang 6 - Cải thiện dáng đi cho người khuyết tật - Giảm giá thành sản phẩm - Tiết kiệm vật liệu - Dễ gia công và chế tạo - Giúp giảm chi phí lắp ráp - Tích trữ năng lượng giúp người đi chân giả, đi chân nhẹ nhàng và giảm tổn hao năng lượng... một cơ cấu cứng truyền thống bằng cơ cấu mềm như ở Hình 2.4 cho chi tiết kìm cộng lực Hình 2.4: Kìm cộng lực bằng cơ cấu mềm Cơ cấu mềm có thể phân thành dạng mềm một phần hoặc mềm hoàn toàn Cả hai loại trên đều có cấu tạo bao gồm các khâu cứng (rigid segments) và mềm (flexible segments) xen kẽ nhau Trong khi loại cơ cấu mềm một phần sử dụng sự kết hợp giữa các khớp động học truyền thống (khớp xoay, khớp. .. tổn hao năng lượng - Có khả năng giảm chấn làm giảm áp lực trực tiếp lên mỏm cụt, khớp gối và khớp hông 1.2 Giảm tiếng ồn phát ra từ chân giả, tăng độ chính xác và giảm độ mài mòn Mục đích của đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khớp mắt cá chân bằng cơ cấu mềm cho người khuyết tật - Cải thiện dáng đi cho người khuyết tật - Giảm giá thành sản phẩm thông qua đơn giản hóa quá trình gia công, lắp ráp... giúp người khuyết tật có dáng đi tự nhiên, thoải mái và giảm tổn hao năng lượng - Có khả năng giảm chấn làm giảm áp lực trực tiếp lên mỏm cụt - Giảm tiếng ồn phát ra từ chân giả, tăng độ chính xác và giảm độ mài mòn 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và đối tƣợng nghiên cứu, giới hạn đề tài 1.3.2 Nhiệm vụ của đề tài - Tính toán, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh khớp mắt cá chân bằng cơ cấu mềm cho người khuyết tật. .. và mắt cá chân giả nhằm giúp cả hai cử động nhuần nhuyễn nhờ được trang bị những kích thủy lực siêu nhỏ Được đưa vào sử dụng từ cuối năm 2005 cho những người bị mất chân (phía trên đầu gối) Trang 3 1.1.2 Các loại bàn chân giả [12] 1.1.2.1 Bàn chân với khớp mắt cá đặc và gót chân đàn hồi Hình 1.1: Bàn chân với khớp mắt cá đặc và gót chân đàn hồi Tên của bàn chân được đặt đúng với đặc điểm của nó bàn chân. .. Một số cơ cấu cứng truyền thống (a) cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền, (b) cơ cấu kìm cộng lực Cơ cấu mềm (compliant mechanism) cũng truyền hay thay đổi chuyển động, lực hay năng lượng Tuy nhiên không giống cơ cấu cứng, cơ cấu mềm thực hiện ít nhất một hoặc một vài chuyển động của mình nhờ sự biến dạng của các khâu đàn hồi (flexible members) chứ không chỉ dựa vào các khớp động Một ví dụ minh họa cho Trang... 1.1.1.2 Ngoài nƣớc Chân giả Proprio của Trường đại học Johns Hopkins Mỹ Thiết bị của chân giả này sử dụng các cảm biến, các bộ vi xử lý và điều khiển theo trí thông minh nhân tạo để đo các chuyển động theo chế độ thời gian thực; phản hồi thông tin về cách thức chuyển Trang 2 động và các góc cần quay của các khớp nhân tạo tới cơ cấu chấp hành phù hợp với chuyển động của người sử dụng Ngoài ra thiết bị này... 2.1: Các dạng đường Bezier 11 Hình 2.2: Đồ thị hàm cơ sở của đường cong Bezier bậc ba 12 Hình 2.3: Một số cơ cấu cứng truyền thống (a) cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền, (b) cơ cấu kìm cộng lực 15 Hình 2.4: Kìm cộng lực bằng cơ cấu mềm 16 Hình 2.5: Cơ cấu dẫn động với độ phân giải micro 17 Hình 2.6: Hình ảnh “quả bóng trên đỉnh đồi” mô phỏng cho nguyên lý cơ cấu. .. phỏng cho nguyên lý cơ cấu song ổn định Hình 2.6 là một cơ cấu song ổn định được tổng hợp dựa trên cơ cấu mềm hoàn toàn Loại cơ cấu này có thể được ứng dụng làm các loại công tắc cơ micro trong các hệ thống vi điện cơ do chức năng là có thể duy trì hệ thống ở một trong 2 trạng thái đóng hoặc mở mà không tiêu hao thêm năng lượng nguồn để duy trì nó ở bất cứ trạng thái nào Hình 2.7: Một dạng cơ cấu mềm