Đang tải... (xem toàn văn)
có file cad cho các bạn 1Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu mô phỏng hoạt động cánh tay người 2. Các số liệu ban đầu: Sinh viên tham khảo tài liệu, thực tế và tự chọn. 3. Nội dung : a) Nội dung thiết kế và tính toán: Giới thiệu tổng quan Phương pháp và nội dung nghiên cứu Thiết kế kế cấu Thiết kế hệ thống điều khiển
Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc - -KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Công Bá Lớp: 11CDT2 Ngành: Cơ điện tử Họ tên sinh viên: Đỗ Quang Hào Lớp: 11CDT1 Ngành: Cơ điện tử 1Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu mô hoạt động cánh tay người Các số liệu ban đầu: Sinh viên tham khảo tài liệu, thực tế tự chọn Nội dung : a) Nội dung thiết kế tính toán: - Giới thiệu tổng quan - Phương pháp nội dung nghiên cứu - Thiết kế kế cấu - Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật b) Bản vẽ: - Bản vẽ nguyên lý: 2A0 - Bản vẽ kết cấu máy: 3A0 - Bản vẽ hệ thống điều khiển: 1A0 Ngày giao đề tài: 24/09/2016 Ngày hoàn thành: 20/12/2016 Thông qua Khoa/Bộ môn Đà nẵng, Ngày 15 tháng 12 năm 2016 Ngày tháng năm 2016 TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trần Đình Sơn Kết điểm đánh giá Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp cho khoa Ngày……tháng……năm 2016 Sinh viên ký tên Chủ tịch hội đồng Bảo vệ tốt nghiệp Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÁNH TAY ROBOT CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT 1.1 Giới thiệu chương Bằng cách áp dụng công nghệ vào công việc lại, ăn uống, người khuyết tật mở rộng khả hoạt động mà không bị lệ thuộc Tuy nhiên việc thực công việc sinh hoạt ngày người không tay nhiều rào cản lớn Trong đó, chi phí để lắp đặt cánh tay giả tốn Chương liệt kê cánh tay robot có thị trường nêu giải pháp thiết kế sản phẩm với độ linh hoạt cao chi phí rẻ 1.2 Cuộc sống người không tay Những người khuyết tật cánh tay thường bẩm sinh dị dạng sinh tai nạn Những người thường tay phần cánh tay, vậy, họ gặp nhiều khó khăn sinh hoạt sống Họ thường dùng phận khác ngón chân để gắp cổ kết hợp với vai để kẹp giữ vật Những giải pháp tạm thời giúp người khuyết tật tự cầm nắm, di chuyển vật Nhưng lâu dài, dẫn tới dị tật khác cổ, vai cong, nghiêng vẹo, bàn chân ngón cong, không Bên cạnh khó khăn đó, phương diện thẩm mĩ, người khiếm khuyết cánh tay thường ngại, thiệu tự tin đến nơi đông người Do đó, có cánh tay để cẩm nằm nắm, sinh hoạt dường ước mơ lớn đời họ Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật 1.3 Sản phẩm có thị trường 1.3.1 Cánh tay robot điều khiển Não Cánh tay robot điều khiển điện toán não bộ, vốn thuật toán máy tính cho phép chuyển sóng não thành câu lệnh xác Sau thí nghiệm thành công khỉ, nhà nghiên cứu chuyển sang cấy ghép hai thiết bị vi điện cực vào phần vỏ não trái điều khiển cử động Người ta dùng kỹ thuật quét não trực tiếp, gọi chụp cộng hưởng từ (MRI), để tìm xác phần não có phản ứng sau nữ bệnh nhân bị bại liệt yêu cầu nghĩ đến việc cử động cánh tay Hai thiết bị vi điện cực kết nối với cánh tay robot thông qua máy tính Hệ thống máy tính sau cho chạy thuật toán phức tạp để chuyển sóng não thành câu lệnh cho cánh tay robot Thuật toán mô theo cách não điều khiển thể Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật 1.3.2 Cánh tay robot điều khiển cảm biến Các vật liệu để tạo "bàn tay máy" bao gồm nam châm đất dùng cho hệ thống điều khiển ngón, hợp kim nhôm vốn sử dụng ngành công nghiệp máy bay nhằm giúp cho bàn tay robot nhẹ Các nhà nghiên cứu tạo cấu trúc dựa kiến trúc bàn tay nhỏ thông thường sau lắp chi tiết khí vào nhằm tạo tính xác mặt tổng thể Hình 1.3: Bàn tay robot chịu đựng sức nặng lên đến 45kg Đối với bàn tay robot này, nhà nghiên cứu sử dụng 337 chi tiết khí để hình thành, kích thước thu nhỏ để phù hợp với đối tượng, chủ thể trang bị phụ nữ, bạn tuổi teen người đàn ông nhỏ Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật Hình 1.4: Bàn tay "mô sinh học” Mặc dù lắp nhiều chi tiết khí, tổng khối lượng bàn tay robot chế tạo vào khoảng 400g chịu sức nặng lên đến 45kg, nhờ phát triển theo cấu trúc bàn tay người nên sản phẩm hoạt động tốt, hỗ trợ 14 tư cầm nắm khác Ngoài ra, bên bàn tay lắp đặt nhiều cảm biến khác để đọc cử động người dùng, sau gửi thông tin đến motor ngón tay xử lý để điều khiển ngón tay Bên cạnh đó, bàn tay robot gắn thiết bị có tính tự động cầm nắm, phát vật tuột khỏi tay, thiết bị gửi thông tin xử lý bàn tay nhanh chóng bắt kịp đồ vật để không bị rơi 1.4 Ý tưởng sản phẩm Sản phẩm có thị trường đắt đỏ, không phù hợp với mức sống đại đa số người khuyết tật Do đó, chúng em hình thành ý tưởng thiết kế cánh tay robot với giá thành rẻ, điều khiển đơn giản, gắn vào vị trí cánh tay bị khuyết tật, giúp họ điều khiền đôi tay robot để cầm nắm vật phục vụ sống sinh hoạt hàng ngày Bàn tay năm ngón, sử dụng công nghệ in 3D 1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật Hình 1.5: Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống chia làm khối: khối xử lý trung tâm, cảm biến Muscle, nguồn pin chế độ hoạt động Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật 1.4.2 Phương thức điều khiển cánh tay Đối tượng sử dụng thiết bị người khuyết tật khả điều khiển hai tay hai tay hai chân, dung tín hiệu cánh tay để điều khiển hoạt động cánh tay nhân tạo Quá trình điều khiển cánh tay mô tả sau Cảm biến Muscle đặt cánh tay cẳng tay, người muốn thực hoạt động quy định hoạt động gửi tín hiệu điện trung tâm điều khiển thông qua cảm biến hình….: vị trí cẳng tay Tín hiệu nhận từ cảm biến Muscle tín hiệu analog Surface EMG đánh giá chức bắp cách ghi lại hoạt động từ bề mặt trên da Điện cực bề mặt cung cấp đánh giá hạn chế hoạt động bắp Surface EMG ghi lại cặp điện cực mảng phức tạp nhiều điện cực Hơn điện cực cần thiết EMG ghi hiển thị khác biệt tiềm (điện áp chênh lệch) hai điện cực riêng biệt Hạn chế phương pháp thực tế ghi âm điện cực bề mặt bị hạn chế hời hợt, bị ảnh hưởng độ sâu mô da 10 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán Hình 3.9: lắp cổ tay bàn tay 47 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán hình 3.10: lắp puly 48 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán 49 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán Hình 3.11: sản phẩm hoàn chỉnh 3.3.4 Mạch nguồn Điện áp dòng điện sử dụng cho module hệ thống bao gồm: - Vi điều khiển Arduino Uno: 5V – 15mA - Cảm biến gia tốc Muscle: 18V – 400uA - Hoạt động động servo: 5V – 2.5A Như vậy, ta cần thiết kế mạch nguồn nuôi hệ thống với hai mức điện áp 18V 5V Mức điện áp 18V, nguồn đôi dùng để nuôi cảm biến: sử dụng hai pin 9v Mức áp 5V, tổng dòng cần cung cấp cho mạch hoạt động với công suất tối đa là: I5VMAX = 15mA + * 2.5A (5 servo) = 10.5A (Tổng dòng cung cấp cho động servo) Sử dụng IC nguồn ổn áp MIC24056 Hình 3.6: Mạch nguồn 5V -12A sử dụng IC MIC24056 50 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán MIC24056 IC ổn áp, cấp dòng lên tới 12A, bảo vệ ngắn mạch 14A Thiết kế mạch với thông số Vout = 5V, Iout(max) = 12A, Vin(max) = 12V, fsw = 600kHz Chọn L = 2uH R4 R5 hai trở phân áp Vout = 5V, Vfb = 0.8V, chọn R4 = 2.5k Chọn R5 biến trở 5k τ = (R4//R5//R3)*C8 (*) Hằng số thời gian τ phải nhỏ chu kỳ chuyển mạch Theo nhà sản xuất, 1nF < C8 >3.1k Chọn R3 = 18k 3.3.5 Tính chọn động Servo cho khớp quay Việc tính chọn động mang tính tương đối, đồ án đặt nặng phần thiết kế điều khiển, nên việc chọn động cho phù hợp đáp ứng khả kéo thả ngón tay 51 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán 3.4 Lưu đồ thuật toán 3.4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình Bắt đầu Cầm nắm Đọc liệu cảm biến Xử lí liệu thô Tính toán xung động Kết thúc Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán chương trình Vi điều khiển nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến g, liệu xử lý cấp tín hiệu điều khiển cánh tay 52 Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán 3.4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình 3.4.2.1 OpenHand: Main Finger=1 Yes Finger= 6? End No Openfinger Finger++ Hình 3.9: OpenHand 3.4.2.2 CloseHand: Main Finger=1 Yes Finger= 6? No Finger++ Closefinger Hình 3.10: CloseHand 53 End Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán 3.4.2.2 Openfinger & Closefinger: Main Finger =1; No Yes Yes Finger =2; Servo1.Write Servo2.Write No Finger =3; Yes Servo3.Write No Finger =4; Yes Servo4.Write No No End Finger =5; 54 Yes Servo5.Write Chương 3: Thiết kế, phân tích tính toán 3.5 Kết luận chương Từ thiết kế xây dựng, bắt đầu thi công mạch lập trình Về phần lập trình cần lưu ý lưu đồ thuật toán, điều kiện so sánh hàm xử lí để cho chương trình tối ưu, hạn chế lỗi ngoại lệ phải đáp ứng yêu cầu đưa Về phần thi công mạch, cần ý đường mạch nối chân linh kiện với nhau, đặc biệt làm việc với linh kiện dán 55 Chương 4: Chạy thử đánh giá CHƯƠNG CHẠY THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Giới thiệu chương Sau hoàn thành phần thi công lắp ráp, thiết bị thực tế hoàn thiện Chương cho thấy hình ảnh thực tế thiết bị, hình ảnh phần mềm máy tính, hướng dẫn sử dụng thiết bị đánh giá thực nghiệm 4.2 Hình ảnh thực tế thiết bị Sau hình ảnh thiết bị sau hoàn thiện Hình 4.1 Cánh tay robot 4.3 Đánh giá Mô hình hoạt động tương đối xác với cử động theo ý muốn cầm nắm Nguyên nhân vị trí đặt cảm biến mang tính chất tương đối giá trị trả bị nhiễu nhiều nguyên nhân bên 4.4 Kết luận chương Nhìn chung, thiết bị hoạt động tương đối tốt, thực chức cánh tay người Ở số lần chạy thử ban đầu, hoạt động không xác, nguyên nhân cảm biến bị nhiễu vị trí đặt rung động di chuyển 56 Chương 4: Chạy thử đánh giá KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trải qua trình thiết kế thi công, sản phẩm hoàn thành Với thiết bị này, người khuyết tật thực công việc sinh hoạt ngày thuận tiện Thiết bị đem đến ưu điểm cho người dùng như: + Thực đầy đủ chức cánh tay người cầm nắm + Thiết bị đơn giản, linh động không gây trở ngại sử dụng bên cạnh tồn số nhược điểm: + Chưa thể điều khiển ngón tay + Vấn đề nhiễu chưa giải triệt để + Xoay cổ tay chưa Để hoàn thiện hơn, thiết bị phát triển thêm vài tính như:lọc nhiễu tốt hơn, xác định vị trí đặt cảm biến Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu để phát triển sử dụng nhiều cảm biến để điều khiển toàn cánh tay người giống thật 57 Chương 4: Chạy thử đánh giá Hình ….: cách kết nối nhiều cảm biến với 58 Chương 4: Chạy thử đánh giá hình….: vị trí đặt cảm biến xác Hình : vị trí đặt cảm biến độ xác tín hiệu thu 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đường dẫn tham khảo: [1] https://www.arduino.cc [2] https://www.inmoov.fr [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Electromyography [4] https://en.wikipedia.org/wiki/kalmanfilter [5] https://www.prensilia.com Tài liệu tham khảo: [1] Giáo trình robot công nghiệp – Bách khoa Đà Nẵng [2] Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử– Bách khoa Đà Nẵng [3] Giáo trình điện tử ứng dụng– Bách khoa Đà Nẵng 60 PHỤ LỤC: 61 ... dung tín hiệu cánh tay để điều khiển hoạt động cánh tay nhân tạo Quá trình điều khiển cánh tay mô tả sau Cảm biến Muscle đặt cánh tay cẳng tay, người muốn thực hoạt động quy định hoạt động gửi tín... hưởng độ sâu mô da 10 Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật 1.4.3 Biểu đồ hoạt động Bảng 1.1: Biểu đồ hoạt động Người sử dụng Xử lý trung tâm Cánh tay Thực hoạt động cầm nắm... chế độ hoạt động Chương 1: Giới thiệu cánh tay robot cho người khuyết tật 1.4.2 Phương thức điều khiển cánh tay Đối tượng sử dụng thiết bị người khuyết tật khả điều khiển hai tay hai tay hai