Thiết kế và thi công cánh tay giả hỗ trợ cho người khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG

MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CHI NHÂN TẠO 2.2 CÁNH TAY NHÂN TẠO 2.2.1 Cánh tay nhân tạo bị động 2.2.2 Cánh tay nhân tạo chủ động 2.3 BÀN TAY CON NGƢỜI 2.4 TÍN HIỆU EMG 2.4.1 Khái niệm 2.4.2 Các loại điện cực EMG a Điện cực xâm lấn b Điện cực không xâm lấn 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.5.1 Arduino Nano 2.5.2 Mạch cảm biến Myoware 11 2.5.3 Mạch cảm biến Muscle Sensor V3 12 2.5.4 Servo MG996r 12 2.6 CÔNG NGHỆ IN 3D 13 2.6.1 Khái niệm in 3D 13 2.6.2 Ứng dụng 13 Chƣơng TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 14 3.1 GIỚI THIỆU 14 vi 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 14 a Sơ đồ khối 14 b Giải thích chức khối 15 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 15 a Khối xử lý trung tâm 15 b Khối cảm biến 15 c Khối điều khiển 18 d Khối nguồn 20 e Khối báo hiệu 22 3.2.3 Thiết kế cánh tay 23 a Thiết kế ngón tay 24 b Thiết kế bàn tay 25 c Thiết kế phần cánh tay 26 3.2.4 Thiết kế lọc số 27 3.2.5 Xác định ngƣỡng điện áp 28 3.2.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 30 Chƣơng THI CÔNG HỆ THỐNG 32 4.1 GIỚI THIỆU 32 4.2 THI CƠNG MƠ HÌNH CÁNH TAY GIẢ 32 4.3 THI CÔNG HỆ THỐNG 33 4.3.1 Bo mạch 33 4.3.2 Kiểm tra lắp ráp 34 4.4.1 Lƣu đồ giải thuật 35 a Lƣu đồ hệ thống 35 b Lƣu đồ đếm thời gian 36 4.4.2 Phần mềm lập trình 37 a Giới thiệu phần mềm lập trình 37 b Giới thiệu phần mềm tính toán 38 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 39 Chƣơng KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 41 5.1 KẾT QUẢ 41 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 44 5.3 CẢM BIẾN 46 5.4 BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 47 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 48 vii 6.1 KẾT LUẬN 48 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 48 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1: Chân gỗ làm kỷ 19 Hình 2: Ngón tay giả làm Sillicone Hình 3: Chân giả có cấu tạo phức tạp Hình 4: Móc cho cánh tay giả bị động Hình 5: Tay giả bị động Hình 6: Bàn tay robot điều khiển tín hiệu điện Hình 7: Cánh tay giả điều khiển cử động thể Hình 8: Xương bàn tay Hình 9: Các loại điện cực xâm lấn Hình 10: Điện cực dùng gel Hình 11: Điện cực khơ Hình 12: Sơ đồ chân Arduino Nano Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cánh tay 14 Hình 2: Cảm biến Myoware Muscle 16 Hình 3: Cảm biến Muscle Sensor v3 16 Hình 4: Các mạch lọc khuếch đại cảm biến 16 Hình 5: Tín hiệu sau qua mạch chỉnh lưu 17 Hình 6: Tín hiệu sau qua mạch lọc 17 Hình 7:Momen xoắn trục quay ngón tay 18 Hình 8: Momen xoắn tâm quay servo với d khoảng cách từ tâm đến điểm đặt lực kéo F2 19 Hình 9:Các loại servo 19 Hình 10: Servo Tower MG996r 20 Hình 11: Pin 9V 21 Hình 12: Pin sạc Niken 6V 21 Hình 13: Cơng tắc bập bênh 22 Hình 14: Đèn LED 3mm 23 Hình 15: Mơ hình bàn tay Ryan Gross 23 Hình 16: Thiết kế ngón trỏ, ngón giữa, ngón áp út ngón út 24 Hình 17:Thiết kế ngón tay 24 Hình 18:Thiết kế bàn tay 25 Hình 19:Thiết kế phần chứa thiết bị 26 Hình 20:Thiết kế phần nắp đậy cánh tay 26 Hình 21: Tín hiệu sau qua lọc thông thấp 28 Hình 22: Điện áp bắp tay nam 29 Hình 23: Điện áp bắp tay nữ 29 Hình 24: Điện áp vai nam 29 Hình 25: Điện áp vai nữ 30 Hình 26: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 30 Hình 1: In 3D phương pháp FDM 32 Hình 2: Bulong đai ốc M4 32 Hình 3: Bản lề khóa mỏ vịt 33 ix Hình 4: Miếng dán cao su silicon 33 Hình 5: Đế chân Arduino Nano Shield I/O v1 33 Hình 6: Testboard hàn 4x6cm 34 Hình 7: Domino mạch cảm biến hàn Testboard 34 Hình 8: Arduino Nano gắn lên shield 35 Hình 9: Lưu đồ chương trình hoạt động cánh tay 35 Hình 10: Lưu đồ đếm thời gian 36 Hình 11: Giao diện phần mềm Arduino IDE 37 Hình 12: Chọn board Arduino Nano 38 Hình 13: Cửa sổ Serial Plotter 38 Hình 14: Giao diện Matlab 39 Hình 15: Công tắc ON cánh tay 39 Hình 16: Dán điện cực lên bắp tay vai 39 Hình 17: Công tắc ON/OFF cảm biến 40 Hình 5.1:Bên ngồi cánh tay 41 Hình 2: Bên cánh tay 42 Hình 3: Cánh tay nhìn từ bên cạnh 42 Hình 4: Các ngón tay xách túi có tổng khối lượng 3kg 43 Hình 5: Cầm nắm vật có hình thù đơn giản 43 Hình 6: Cánh tay giữ cục tạ 1kg 43 Hình 7:Tín hiệu ngõ vào cảm biến tín hiệu điều khiển chân digital Arduino 47 x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Kiểu kết nối chức chân Arduino Nano 10 Bảng : Thông số dòng điện tiêu thụ điện áp linh kiện 20 Bảng 2: Kích thước ngón tay 25 Bảng 1: Thời gian tư giữ vật 44 Bảng 2: Khả bốc cầm vật vị trí khác 45 Bảng 3: Độ xác cảm biến Myoware Muscle sensor 46 xi TÓM TẮT Trong thời đại nay, việc ứng dụng in 3D để tạo phận thể thay cho người khuyết tật sử dụng rộng rãi giới Người khuyết tật thường gặp nhiều khó khăn sinh hoạt ngày, việc tạo phận thay cho họ cần thiết Đề tài kết hợp sử dụng tín hiệu điện EMG, servo để điều khiển cử động ngón tay mơ hình Cánh tay bao gồm cảm biến EMG servo Tín hiệu quan sát Arduino để xét ngưỡng điều khiển, đạt ngưỡng Arduino điều khiển servo đóng mở ngón tay Mơ hình cánh tay đạt kết đặt ra:  Các cử động đóng mở đơn giản  Cầm nắm vật có khối lượng 3kg xii CHƢƠNG TỔNG QUAN Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sống tại, có nhiều người may mắn, họ gặp tai nạn, rủi ro nghề nghiệp hay chí bị bẩm sinh nên họ khơng cịn sở hữu cánh tay, chân lành lặn Vì vậy, sống ngày họ gặp nhiều khó khăn việc di chuyển hay sinh hoạt Để khắc phục cho thiếu sót thể người bị khuyết tật, giới có nhiều nhóm nhà khoa học chế tạo thành công việc sử dụng phận cánh tay robot, cánh tay học, cánh tay có móc,… để hỗ trợ họ sinh hoạt ngày Các phận giả dụng cụ hay thiết bị nhân tạo thiết kế để thay phận bị người Các cánh tay giả thực việc đơn giản gần không hỗ trợ cử Các cánh tay giả phức tạp chia làm hai loại, điều khiển học điều khiển tín hiệu điện Cánh tay giả học hoạt động cách sử dụng phận khác thể để điều khiển dây cáp nối liền với cánh tay giả Cánh tay giả sử dụng tín hiệu điện hoạt động dựa vào loại cảm biến để thu tín hiệu điện thể, từ sử dụng tín hiệu để điều khiển cánh tay giả Hai tín hiệu sử dụng nhiều cho việc điều khiển tín hiệu điện não tín hiệu điện cơ, địi hỏi nhiều cơng đoạn lọc tín hiệu phức tạp luyện tập để sử dụng [1-2] Phương pháp sử dụng tín hiệu thể ứng dụng nhiều nhà khoa học sử dụng cơng nghệ cao thiết bị đắt tiền nên giá thành cao Với bệnh nhân khơng có bảo hiểm, cánh tay giả đại có giá giao động từ 20,000-100,000$ [3] Vì nhóm định thiết kế cánh tay robot để hỗ trợ cho người sử dụng với giá nhỏ để phù hợp với thị trường Việt Nam đảm bảo nhu cầu sinh hoạt tối thiểu cho người khuyết tật cầm nắm Hiện có số đề tài cánh tay hỗ trợ cho người khuyết tật thực bạn học sinh khắp nước ta, dự án Phạm Huy với đề tài “Cánh tay robot cho người khuyết tật” sử dụng arduino, cảm ứng nghiêng, servo điều khiển nút bấm chân [4] Đề tài hạn chế việc điều khiển chân, chưa thuận tiện cho người sử dụng trình điều khiển, đặc biệt với người khuyết tật chân Đề tài “Cánh tay robot điều khiển suy nghĩ Mind-arm” Phan Trường Anh Khôi Nguyễn Công Huy, sử dụng thiết bị Emotiv, mạch Raspberry Pi, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG TỔNG QUAN động servo [5], đề tài khắc phục nhược điểm phụ thuộc chi thể, người lúc tập trung hai việc lúc nên việc điều khiển chưa linh hoạt Từ khảo sát trên, nhóm định thực đề tài “Thiết kế thi công cánh tay giả cho ngƣời khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG” Cánh tay sử dụng vi điều khiển trung tâm Arduino cảm biến Sử dụng cảm biến để thu tín hiệu điện cơ, lọc nhiễu tín hiệu dùng để điểu khiển servo động bước để cử động ngón tay 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế thi công cánh tay robot cho người bị khuyết tật, ngón tay robot có khả cử động để hỗ trợ việc cầm nắm đồ vật 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU Trong trình thực Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế thi công cánh tay giả hỗ trợ cho người khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG, nhóm chúng em tập trung giải hoàn thành nội dung sau:  Nội dung 1: Nghiên cứu mẫu cánh tay, bàn tay  Nội dung 2: Thu xử lí tín hiệu EMG  Nội dung 3: Lập trình điều khiển hệ thống Arduino  Nội dung 4: Lắp ráp kiểm tra khả hoạt động cánh tay  Nội dung 5: Viết báo cáo đề tài 1.4 GIỚI HẠN  Thiết kế phần cánh tay bàn tay  Điều khiển thơng qua vi điều khiển Arduino Nano, nhận tín hiệu từ cảm biến điện EMG  Chất liệu cánh tay nhựa PLA  Chịu sức nặng 3kg  Chiều dài cánh tay 30cm, chiều rộng cánh tay 9,3cm 1.5 BỐ CỤC  Chƣơng 1: Tổng quan BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG TỔNG QUAN Chương trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án  Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chương trình bày phận giả, tín hiệu EMG, loại điện cực EMG, cảm biến Myoware  Chƣơng 3: Tính tốn thiết kế Trong chương này, nhóm thực đề tài đưa yêu cầu thiết kế, thiết kế phần cứng phần mềm  Chƣơng 4: Thi cơng hệ thống Chương trình bày trình làm mạch, thiết kế lưu đồ, viết chương trình, hồn thiện sản phẩm  Chƣơng 5: Kết quả, nhận xét đánh giá Chương trình bày kết mơ hình, nhận xét tính hiệu đánh giá  Chƣơng 6: Kết luận hƣớng phát triển Chương nêu lên kết luận chung thực so với tiêu chí đề đồng thời đưa hướng phát triển đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Giải thích lưu đồ: Khi khởi động thiết bị, hai cảm biến bắt đầu đọc tín hiệu Ta đặt cảm biến làm cảm biến điều kiện, cảm biến lại cảm biến điều khiển Ban đầu cảm biến đọc tín hiệu chưa phép điều khiển Khi cảm biến điều kiện thu mức điện áp ngưỡng điều kiện đặt bắt đầu cho phép cảm biến điều khiển bắt đầu đo điện áp để điều khiển servo Khi điện áp cảm biến dùng để điều khiển đạt ngưỡng điều kiện, tức gồng cơ, servo từ trạng thái đóng bàn tay mở bàn tay Việc mở bàn tay gồng để hạn chế việc ta phải gồng liên tục để bàn tay giả nắm giữ vật lâu b Lƣu đồ đếm thời gian Hình 10 Lưu đồ đếm thời gian BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 36 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Giải thích lưu đồ: Khi cảm biến đọc điện áp vượt mức ngưỡng, ta cho biến reading thành trạng thái cao, tương tự nút nhấn bấm giữ Sau biến duration cập nhật thời gian, gán thời gian millis() vào duration thời điểm nhấn Hàm millis() tiếp tục đếm phép millis()-duration>wait time gán cho longOutput trạng thái reading(lúc 1), báo hiệu xảy tượng nhấn giữ Sau longOutput mức ta đảo trạng thái chophep lên mức 1, tức cho phép cảm biến lại điều khiển servo, đồng thời đảo lại biến longOutput cho lần nhấn giữ Nếu giữ trạng thái cao mà chưa đủ thời gian chờ ta thả lỏng reading longOutput lúc 0, tức khơng có trạng thái thay đổi 4.4.2 Phần mềm lập trình a Giới thiệu phần mềm lập trình Đề tài sử dụng phần mềm Arduino IDE Mơi trường phát triển tích hợp (Integrated Development Environment) Arduino ứng dụng đa tảng viết Java Nó thiết kế để dành cho người tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm Nó bao gồm chương trình code editor với chức đánh dấu cú pháp, tự động canh lề, Debugger compile (biên dịch) upload chương trình lên board với cú nhấp chuột Ngôn ngữ sử dụng C C++ Arduino hoạt động tảng: Windows, MAC OS Linux Giao diện phần mềm Arduino IDE thể hình 4.11 Hình 11 Giao diện phần mềm Arduino IDE BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 37 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Mục Tool Menu hình 4.12: Trong mục Tools ta quan tâm mục Board Serial Port Trong mục Board, ta cần phải lựa chọn board mạch cho phù hợp với loại board sử dụng Nếu sử dụng loại board khác phải chọn loại board mà có, sai Upload chương trình vào chip bị lỗi Ở ta sử dụng Arduino Nano nên ta chọn board Arduino Nano Trong mục Tool cịn có cửa sổ Serial Plotter hình 4.13, đóng vai trị quan trọng đồ án hỗ trợ quan sát vẽ tín hiệu điện Hình 12 Chọn board Arduino Nano Hình 13 Cửa sổ Serial Plotter b Giới thiệu phần mềm tính tốn MATLAB phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thơng tin, thực thuật tốn, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Hình 4.14 mơ tả giao diện phần mềm MATLAB BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 38 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 14 Giao diện Matlab Nhóm sử dụng phần mềm Matlab để hổ trợ tính tốn lọc số thông thấp bậc cho cảm biến 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Bƣớc 1: Kết nối Arduino với Laptop để quan sát tín hiệu điện Bƣớc 2: Gạt cơng tắc phía ON cánh tay hình 4.15 Hình 15 Công tắc ON cánh tay Bƣớc 3: Dán điện cực lên vị trí vai, bắp tay hình 4.16 Hình 16 Dán điện cực lên bắp tay vai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bƣớc 4: Gạt công tắc ON cảm biến Myoware Muscle Sensor hình 4.17 Hình 17 Cơng tắc ON/OFF cảm biến Bƣớc 5: Gồng để xem ngưỡng điện áp tối đa lúc không hoạt động để đặt ngưỡng Lƣu ý:  Khi kết nối với cổng USB laptop để quan sát điện áp tín hiệu điện cơ, nên rút chốt nối cấp nguồn từ pin 6V  Trước đo đạc nên vệ sinh da vị trí đặt điện cực  Khi đo, tác động dây nối với điện cực nên tín hiệu bị nhảy cao lên mức tối đa, điều chỉnh dây lại, tránh việc để dây bị rối Điện áp chưa hoạt động thường dao động từ 0.5-1.4V  Việc lựa chọn điện cực tốt vị trí đặt điện cực ảnh hưởng đến kết đo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 40 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Chƣơng KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ Sau 15 tuần nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thi công cánh tay giả cho người khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG”, nhóm đạt kết sau:  Hoàn thiện thiết kế cánh tay bàn tay  Sử dụng cảm biến điện để giao tiếp với Arduino điều khiển servo đóng mở ngón tay  Bộ lọc số lọc tín hiệu cảm biến  Cầm, nắm xách vật nhẹ có khối lượng 3kg Hình 5.1 Bên ngồi cánh tay Bàn tay có kích cỡ gần giống với bàn tay người, phần cánh tay lớn phải có khoảng trống để đựng thiết bị mạch điện hình 5.1 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 41 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình Bên cánh tay Hình Cánh tay nhìn từ bên cạnh Các thiết bị đặt vừa đủ so với thiết kế đưa Vị trí thiết bị thể hình 5.2 5.3 Các thiết bị cố định chắc bulong, đầu kết nối quấn lớp băng keo cách điện tránh trường hợp chạm mạch BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình Các ngón tay xách túi có tổng khối lượng 3kg Hình 5.4 mô tả cánh tay xách túi bao gồm cục ta 1kg chai nước tổng khối lượng 1kg Nhìn hình ta thấy ngón tay bị kéo xuống tác động khối lượng nặng Bên cạnh đó, cánh tay nâng dễ dàng vật có khối lượng kích thước nhỏ hình 5.5 hình 5.6 Hình 5 Cầm nắm vật có hình thù đơn giản Hình Cánh tay giữ cục tạ 1kg BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 43 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Cánh tay dễ dàng giữ cục tạ 1kg phần có bề mặt tạ bám lại với mặt bàn tay 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Nhìn chung, mơ hình nhóm hồn thiện thực 80% yêu cầu thiết kế cách thức hoạt động Các vật mà cánh tay nắm bao gồm:  Vật hình trụ trịn có đường kính nhỏ 4cm lớn 2cm  Vật dẹp có chiều rộng nhỏ 4cm lớn 2cm  Vật nằm ngang có độ dày 2cm trở lên  Khối lượng vật tư cầm dọc nhỏ 1kg Bảng Thời gian tư giữ vật Thời gian giữ Khối lƣợng đƣợc vật nằm lòng bàn tay Thời gian cầm dọc Thời gian xách Dƣới 1kg Trên 20 phút Trên 20 phút Trên 20 phút – kg Trên 20 phút giây 10p – kg Trên 20 phút 0.5 giây Dưới phút Bảng 5.1 kết thực cầm nắm vật điều kiện thuận lợi kích thước vật đáp ứng thông số đề Khối lượng vật để nằm ngang mặt bàn tay tối đa 3.5kg Khi xách vật nặng 2kg, ngón tay giữ vật giữ lâu ảnh hưởng đến độ bền dây cước servo nên thời gian nhóm cho giữ vật tầm 40 giây với vật 2kg 15 giây với vật 3kg Việc thời gian giữ vật liên quan đến ma sát bàn tay vật nên tuỳ thuộc vào kích thước vật điểm tiếp xúc vật với bàn tay ngón tay BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 44 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Bảng Khả bốc cầm vật vị trí khác Các vật Số lần cầm Hộp nha Chai nước đặt Hộp nha Chai nước đặt khoa nằm dọc đường kính khoa đặt đứng, nằm ngang ngang, dày 4.5cm, nặng dài 6cm, rộng đường kính 2cm 400g 5cm 4.5cm, nặng 400g O O X X O O X X X O X O X O O O X O O O O O O X O O O O X O O O O O X O 10 X O O O 50% 100% 60% 70% Tổng Với O lần cầm vật lên X lần không cầm lên Từ bảng 5.2 ta thấy vật nhỏ bàn tay gặp khó khăn bốc vật lên chưa có tính linh hoạt ngón tay, đặc biệt ngón Con người có khả bốc vật nhỏ lên dựa vào ma sát độ linh hoạt ngón tay ngón khác Với thiết kế đơn giản cánh tay giả này, việc bốc vật nhỏ chưa hiệu Các BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ vật có dạng hình trụ trịn vật mà bàn tay có khả bốc lên dễ dàng nhất, đặc biệt để tư đứng Thời gian đáp ứng cánh tay giả nhanh khoảng giây Nguồn cung cấp tương đối ổn định cách sử dụng nguồn pin sử dụng nhiều lần, linh kiện đặt hợp lí Tuy nhiên đơi mơ hình xảy tình trạng giật dây điện cực cảm biến không ổn định 5.3 CẢM BIẾN Đối với cảm biến điện MyoWare: tín hiệu thu xử lý mạch lọc bên cảm biến nên xảy nhiễu (nhiễu chủ yếu từ miếng dán điện cực đặt da) nên tín hiệu từ cảm biến thu tốt Ngưỡng điện áp đặt chung 2.5V so với mức tối đa 5V Đối với cảm biến Myoware Muscle sensor, ta điều chỉnh biến trở cảm biến để tăng độ nhạy nên việc đạt điện áp ngưỡng dễ dàng Bảng Độ xác cảm biến Myoware Muscle sensor Số lần Điện áp đạt ngưỡng (2.5V) 3.2 3.5 4 3.1 2.8 2.8 3.2 10 2.7 Tổng 100% Với O điện áp đạt ngưỡng, X số lần không đạt ngưỡng Đối với cảm biến điện Muscle Sensor v3 tín hiệu đầu không tốt nên phải sử dụng hàm truyền mạch lọc thông thấp thông qua Matlab, đồng thời điện áp không ổn định dây điện cực Mặc dù vậy, tín hiệu sau qua lọc đáp ứng yêu cầu Xét phương diện ứng dụng thực tế tính hiệu khơng cao BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.4 BỘ VI ĐIỀU KHIỂN Arduino Nano nhỏ gọn, thích hợp với mơ hình tích hợp nhiều linh kiện để phục vụ cho thể người Thời gian đáp ứng nhanh Trong trình chạy thử thời gian dài xảy tình trạng sinh nhiệt tải nhiều (servo, led) theo tổng thể arduino Nano hoạt động tốt Hình Tín hiệu ngõ vào cảm biến tín hiệu điều khiển chân digital Arduino Hình 5.7 mơ tả cách thức hoạt động hệ thống điều khiển thông qua Arduino Chân Analog Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến, không gồng điện áp mức thấp, tín hiệu điều khiển Output chân digital chưa đổi trạng thái mức Khi điện áp đạt ngưỡng tín hiệu chân digital đổi thành trạng thái mức bắt đầu điểu khiển servo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 47 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau tổng hợp lại kết đạt so sánh với mục tiêu đề ra, nhóm cho thấy đề tài đáp ứng tương đối đầy đủ với kết sau:  Bàn tay cầm nắm số vật có hình thù đơn giản  Bàn tay xách vật có khối lượng 3kg  Điều khiển cánh tay tín hiệu EMG theo yêu cầu Nhưng số hạn chế mặt kiến thức, thời gian thiết bị nên đề tài số mặt hạn chế như:  Cảm biến mua chưa phải loại tốt nên sử dụng, tín hiệu chưa ổn định dây dẫn mạch điện gây  Bàn tay chưa nắm số vật có hình thù to, phức tạp vật yêu cầu có linh hoạt đầu ngón tay  Chưa tự động đo đặt ngưỡng điện áp  Khối lượng cánh tay nặng 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Sau thực đề tài, nhóm cho thấy thiết kế cánh tay nhóm chưa thực áp dụng vào thực tiễn cần số cải thiện như:  Sử dụng cảm biến tốt hơn, không phụ thuộc vào dây điện cực  Thiết kế hệ thống hình hiển thị riêng để kết nối quan sát tín hiệu điện cơ, không cần phải thông qua laptop để đặt ngưỡng điện áp  Sử dụng thiết bị nhỏ gọn để giảm trọng lượng cánh tay  Sử dụng thiết kế học khác để điều khiển cánh tay bánh răng, motor để tăng tính chắn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1] Amputee Coalition, “How Prosthetic Hands work?”, amputee-coalition.org, 2019 [2] Sarah Leach, “This mind-controlled robotic arm lets you two things at once”, newscientist.com, 2018 [3] “Prosthetic Arm Cost”, health.costhelper.com, 2019 [4] Hoàng Táo, “Cánh tay robot „nam sinh bị từ chối cấp visa‟”, vnexpress.net, 5/2017 [5] Dương Tâm, “Học sinh lớp chế cánh tay robot điều khiển suy nghĩ”, vnexpress.net, 5/2018 [6] Josh Swinehart, “Wooden Things To Get Excited About”, cityladycountrygirl.blogspot.com, 2020 [7] Emily Cook, “An Overview of Finger and Partial-Hand Prostheses”, amputee- coalition.org, 2020 [8] “How to Face the Holidays With Limb Loss”, orthopedicapplianceco.com,2020 [9] Miller-Keane, “Encyclopedia and Dictionary of Medicine, Nursing, and Allied Health”, Seventh Edition S.v "Prosthetic limb.", thefreedictionary.com, 10/2019 [10] Maat, Bartjan, et al "Passive prosthetic hands and tools: A literature review.", Prosthetics and orthotics international 42.1 (2018): 66-74 [11] Lê Hoàn, “Tay giả khuỷu”, dungcuchinhhinh.vn, 2020 [12] Crystal Li, “„It‟s like you have a hand again‟: An ultra-precise mind-controlled prosthetic”, biodesign.berkeley.edu, 2020 [13] Cordella, F., Ciancio, A L., Sacchetti, R., Davalli, A., Cutti, A G., Guglielmelli, E., & Zollo, L (2016) “Literature review on needs of upper limb prosthesis users ”, Frontiers in neuroscience, 10, 209 [14] “How hands work?”, informedhealth.org, 2020 [15] “Hand Facts and Trivia”, eatonhand.com, 2020 [16] Belter, Joseph T,M.S., B.S., J L Segil, Dollar, Aaron M, PhD,S.M., B.S and R F Weir PhD “Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review Journal of Rehabilitation Research and Development” 50(5), pp 599-618 2013 [17] Hồ Thanh Thắng, “Electromyography”, voer.edu.vn, 2019 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [18] Jamal, M Z (2012) Signal acquisition using surface EMG and circuit design considerations for robotic prosthesis In Computational Intelligence in Electromyography Analysis-A Perspective on Current Applications and Future Challenges IntechOpen.com [19] “Giới thiệu ARDUINO NANO”, dientutuonglai.com, 10/2019 [20] Myoware Muscle Sensor Datasheet, Avancer Technologies, 2019 [21] “Động servo MG996r”, hshop.vn, 2020 [22] “Cơng nghệ in 3D gì? Máy in 3d hoạt động sao?”, tinhte.vn, 2020 [23] “The top five 3D printing applications”, makerbot.com, 2020 [24] Ryan Gross, “Robotic Prosthetic Hand”, thingiverse.com, 2021 [25] “Bàn tay có xương?”, vinmec.com, 2021 [26] “Cho thuê máy in 3D – Cho thuê máy in 3D nhựa ABS, PLA, TPU”, chuyentaomau.com, 2020 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 ... ? ?Thi? ??t kế thi công cánh tay giả cho ngƣời khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG? ?? Cánh tay sử dụng vi điều khiển trung tâm Arduino cảm biến Sử dụng cảm biến để thu tín hiệu điện cơ, lọc nhiễu tín hiệu. .. liền với cánh tay giả Cánh tay giả sử dụng tín hiệu điện hoạt động dựa vào loại cảm biến để thu tín hiệu điện thể, từ sử dụng tín hiệu để điều khiển cánh tay giả Hai tín hiệu sử dụng nhiều cho việc... đề tài Thi? ??t kế thi công cánh tay giả hỗ trợ cho người khuyết tật sử dụng tín hiệu EMG, nhóm chúng em tập trung giải hoàn thành nội dung sau:  Nội dung 1: Nghiên cứu mẫu cánh tay, bàn tay  Nội