Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo lực cho quá trình nẹp xương theo phương pháp cố định ngoài dùng cảm biến biến dạng

Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP - LUN VN THC S K THUT NGNH: CễNG NGH CH TO MY NGHIấN CU THIT K H THNG O LC CHO QU TRèNH NP XNG THEO PHNG PHP C NH NGOI DNG CM BIN BIN DNG NGUYN H QUANG Thỏi nguyờn - 2010 I HC THI NGUYấN S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -1- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy I HC THI NGUYấN TRNG HKT CễNG NGHIP CNG HềA X HI CH NGHA VIT NAM c lp - T - Hnh phỳc LUN VN THC S K THUT NGHIấN CU THIT K H THNG O LC CHO QU TRèNH NP XNG THEO PHNG PHP C NH NGOI DNG CM BIN BIN DNG Hc viờn: Nguyn H Quang Lp: Cao hc K11 Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy Ngi HD khoa hc: PGS.TS Nguyn ng Hũe KHOA O TO SH NGI HNG DN HC VIấN PGS.TS Nguyn ng Hũe Nguyn H Quang S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -2- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy MC LC Trang MC LC Danh mc cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt Danh mc cỏc hỡnh v, th M U Chng Tng quan 11 Chng Phng phỏp o lc thụng qua cỏc i lng in 14 Chng 3: Thit k mụ hỡnh h thng o lc cho quỏ trỡnh np xng bng tensomet( strain gauge rosettes) 21 3.1 S h thng o lc cho quỏ trỡnh np xng 21 3.2 Thit k c cu np xng 21 3.3 Thit k load cell dựng tensomet lp trờn c cu np xng 23 3.3.1 Phn t bin dng 23 3.3.2 Tensomet( cm bin bin dng) 24 3.3.3 Thit k cu Wheatstone 30 3.3.4 Thit k mch khuch i 33 3.4 Xõy dng cụng thc biu th mi liờn h gia lc ti v trớ cn o v bin dng ca phn t bin dng ti v trớ gn cm bin da trờn phn mm Ansys lm c s cho vic lp trỡnh 3.5 Card thu nhn d liu kt ni mỏy tớnh 38 45 3.6 ng dng Phn mm Labview lp trỡnh v quan sỏt kt qu 55 Chng 4: Thớ nghim v kt qu 60 4.1 Cỏc kt qu thớ nghim S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 60 http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy 4.2 ỏnh giỏ kt qu v nhn xột 62 4.3 Kt lun v hng nghiờn cu tip theo 62 PH LC 64 Ph lc 64 Ph lc 81 TI LIU THAM KHO 92 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy DANH MC CC Kí HIU, CC CH VIT TT ADC B chuyn i tớn hiu tng t thnh tớn hiu s UART Bộ truyền nhận liệu vi điều khiển Strain gauge Cm bin bin dng Strain gauge rosettes Cm bin bin dng a nhỏnh Loadcell Cm bin o lc S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1: o bin dng xng s dng triaxial rosette gauges Hỡnh 1.2 Mt h thng o lc in hỡnh ca National Instruments Hỡnh 2.1 S h thng o lc Hỡnh 2.2 Cỏch c nh u o trờn b mt kho sỏt Hỡnh 2.3 Mt s loadcell ca hóng Siemens Hỡnh 2.4 Nguyờn lý hot ng cm bin ỏp in Hỡnh 2.5 Cm bin t gio cú t thm bin thiờn Hỡnh 2.6 Cm bin xỳc giỏc Hỡnh 3.1 S h thng o lc cho quỏ trỡnh c nh xng Hỡnh 3.2.Khung Hoffman II ca Stryker Hỡnh 3.3 Mụ hỡnh khung c nh xng Hỡnh 3.4 Khung c nh xng chp bng X-Quang Hỡnh 3.5 Cỏc loi phn t bin dng Hỡnh 3.6 Phn t bin dng- ni khung c nh xng Hỡnh 3.7.Cm bin in tr kiu lc cng Hỡnh 3.8 V trớ strain gauge chu ti trng kộo nộn ỳng tõm Hỡnh 3.9 Mt s loi strain gauge thụng dng ca hóng Omega Hỡnh 3.10 V trớ strain gauge rosettes trng hp ti trng phc Hỡnh 3.11 Hỡnh 3.12 c tớnh Strain gauge FLA-6-11 Hỡnh 3.13 Cu o vai tớch cc Hỡnh 3.14 Mch cu Wheastone Hỡnh 3.15 S mch cu Hỡnh 3.16 Khuch i o du S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -6- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy Hỡnh 3.17 Khuch i o du thc t Hỡnh 3.18 Khuch i o du cú bin tr Hinh 3.19 Mch khuch i o lng Hỡnh 3.20 Mch khuch i tng Hỡnh 3.21 Mch khuch i tng 2, Hỡnh 3.22 Mch cm bin v khuch i tớn hiu Hỡnh 3.23 Mụ hỡnh h thng khung c nh xng lin xng Hỡnh 3.24 Li hoỏ kt cu khung c nh xng Hỡnh 3.25 Ti u hoỏ quỏ trỡnh li hoỏ kt cu khung c nh xng Hỡnh 3.26 Tớnh toỏn v mụ phng bin dng Hỡnh 3.27 Tớnh toỏn v mụ phng ng sut phỏp Hỡnh 3.28 Tớnh toỏn v mụ phng ng sut tip Hỡnh 3.29 Bin dng ca khung c nh xng cha lin xng Hỡnh 3.30 Phõn vựng bin dng Hỡnh 3.31 Phõn b ng sut phỏp Hỡnh 3.32 Phõn b ng sut tip Hỡnh 3.33 S h thng thu nhn, x lý d liu Hình 3.34: mô hình Atmega8 Hình 3.35 Sơ đồ khối ADC Hình 3.36 Thanh ghi ADMUX Hình 3.37 Thanh ghi trạng thái điều khiển Hình 3.39 Thanh ghi điều khiển so sánh tín hiệu analog Hinh 3.40 Thanh ghi I/O Hình 3.41 Sơ đồ khối truyền thông nối tiếp UART Hình 3.42 Thanh ghi điều khiển trạng thái đ-ờng truyền Hình 3.43 Thanh ghi điều khiển trạng thái S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy Hình 3.44 Thanh ghi điều khiển trạng thái đ-ờng truyền Hình 3.45 Thanh ghi UBRRH v UBRRL Hình 3.46 Thanh ghi UDR Hỡnh 3.47 Mạch ghép nối vi điều khiển Atmega8 Hỡnh 3.48 Mch in mch ghộp ni vi iu khin Hỡnh 3.49 S mch Max232 Hỡnh 3.50 Ci t cu hỡnh Labview truyn thụng Hỡnh 3.51 Lp trỡnh trờn Labview Hỡnh 3.52 Giao din lp trỡnh trờn Labview Hỡnh 3.53 Mụ phng kt qu trờn Labview Hỡnh 4.1 Mch o lng Hỡnh 4.2 Mụ hỡnh h thng o lc np xng Hỡnh 4.3 Kt qu o lc hin th trờn mỏy tớnh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -8- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy M U Phu thut chnh hỡnh c sinh l mt lnh vc bao gm vic phõn tớch ti trng tỏc dng lờn h thng xng, nhng k thut hng n vic nghiờn cu c tớnh ca mụ sinh hc, v c vic la chn nhng h thng thay th cỏc mụ chỳng b hng ú l mt ngnh cụng nghip rng ln lnh vc chm súc sc kho v mang n nhiu c hi cho cỏc nh k thut quan tõm n nhng v y hc cng nh sinh hc Cú rt nhiu k thut lý thỳ liờn quan n s la chn vt liu cy mụ, bn v kh nng tng thớch ca vt liu c th, v vic thit k vt liu c khớ gn lin vi vt liu sinh hc Mt nhng cn quan tõm l vic phõn tớch ti trng tỏc dng lờn cỏc chi ca bnh nhõn b góy xng Khi mt ngi b góy v xng chõn thỡ cỏc ng dng cỏc sn phm ỳc bng nha hoc si thu tinh thay th s khụng cũn hiu qu cho phộp tỏi to v hn gn xng Xng l dng mụ sng v nú cú th hon ton c tỏi to v thay th Thc t, ng sut l yu t rt quan trng vic bt u cng nh trỡ quỏ trỡnh hn gn xng Vớ d nh nh du hnh v tr trng thỏi khụng trng lng khụng gian mt thi gian di s dn n gim xng thiu ng suõt ca lc hp dn i vi xng b góy trm trng nh l v thnh nhiu mnh thỡ nhng phỏt minh v h thụng c sinh s thng c s dng v nú c bit n nh l h thng np xng phớa ngoi Nú bao gm mt thộp khụng g nm phớa ngoi c th, c lp cht vi cỏc cht cng lm bng thộp khụng g Cỏc cht ny xuyờn qua v gi on xng b góy cho n mụ xng c hn gn V vỡ th kt cu ny cú th mang ti trng ca bn thõn ngi di chuyn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -9- Lun thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh ch to mỏy Mt quan trng c t liờn quan n vic xỏc nh ti trng tỏc dng lờn b np xng bnh nhõn di chuyn Vỡ thụng tin ny rt cn thit xỏc nh kớch thc ca b np nú khụng bin dng quỏ mc v ngn cn s hn gn ca xng Mt nhng nột c trng ca quỏ trỡnh hn gn xng l nu tt c ng sut khụng cú xng v khụng cú s chuyn ng tng i xy gia cỏc on xng b góy thỡ xng s khụng c hn gn nhng nu s chuyn ng tng i ú quỏ nhiu thỡ li cn tr s hn gn ca xng o lng ln ca ti trng lm d liu cho vic nghiờn cu cu s lin xng, giỏm sỏt lc tỏc dng lờn h thng np quỏ trỡnh di chuyn m khụng cn n chp X-Quang thỡ cn thit k mt h thng o lc phự hp Tớn hiu lc o c cú th dựng d bỏo s di ca xng v can xng(callus), lm tớn hiu phn hi t ng iu chnh thng np cho phự hp, hoc cú th quyt nh thi gian thỏo np Ngoi ra, ta cú th bit c s hi phc ca xng bng cỏch kho sỏt moment un ti v trớ góy cú gim i hay khụng thụng qua s bin dng ca np xng nh vo vic o lc Rừ rng, h thng o lc np xng s l mt cụng c h tr mnh m cho lnh vc chn thng chnh hỡnh y hc Tuy nhiờn, vic nghiờn cu, ch to, ng dng h thng ny cũn khỏ mi m ngnh c sinh ca nc ta i tng, phm vi nghiờn cu: i tng nghiờn cu: H thng o lc bng tensmột Phm vi nghiờn cu: o lc np xng theo phng phỏp c nh ngoi Phng phỏp nghiờn cu: Lý thuyt kt hp thc nghim Nhim v nghiờn cu S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -10- data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... CH NGHA VIT NAM c lp - T - Hnh phỳc LUN VN THC S K THUT NGHIấN CU THIT K H THNG O LC CHO QU TRèNH NP XNG THEO PHNG PHP C NH NGOI DNG CM BIN BIN DNG Hc viờn: Nguyn H Quang Lp: Cao hc K11 Chuyờn... qua cỏc i lng in 14 Chng 3: Thit k mụ hỡnh h thng o lc cho quỏ trỡnh np xng bng tensomet( strain gauge rosettes) 21 3.1 S h thng o lc cho quỏ trỡnh np xng 21 3.2 Thit k c cu np xng 21 3.3 Thit... gia lc ti v trớ cn o v bin dng ca phn t bin dng ti v trớ gn cm bin da trờn phn mm Ansys lm c s cho vic lp trỡnh 3.5 Card thu nhn d liu kt ni mỏy tớnh 38 45 3.6 ng dng Phn mm Labview lp trỡnh