(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng fuzzy trong tối ưu hóa bộ điều khiển PID cho hệ con lắc ngược

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH LONG TRIẾT GIANG THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 60520114 S K C0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN : HUỲNH LONG TRIẾT GIANG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 60520114 Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 A BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN : HUỲNH LONG TRIẾT GIANG ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 60520114 Hướng dẫn khoa học: TS CÁI VIỆT ANH DŨNG Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 B C PHẦN A GIỚI THIỆU i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: HUỲNH LONG TRIẾT GIANG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/11/1992 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Ấp Tân Sơn,X.Ngũ Hiệp,H.Cai lậy, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: C4/20 Phạm Hùng, Bình Hưng, Bình Chánh, TP.HCM Điện thoại quan: Điện thoại : 0902412783 E-mail: huynhlong.cdt@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2014 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn, Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ - Điện Tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thang máy song hành bốn điểm dừng Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Đại học Cơng nghệ Sài Gịn Người hướng dẫn: Ths Lê Ngun Trình III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 10/11/2014 Đến Công Ty TNHH MTV Kỹ thuật Phú Thành Kỹ sư phát triển bảo trì thiết bị Học Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Học Viên Cao Học 05/06/2015 04/05/2015 Đến ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 03 năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Huỳnh Long Triết Giang iii LỜI CẢM TẠ Sau thời gian nỗ lực thực hiện, đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị đo khớp cổ chân thụ động” qua chặn đường dài Người thực đề tài xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất Thầy (cơ) Khoa Cơ Khí, Bộ mơn Cơ Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt q trình học tập, nhờ em có sở để thực đề tài Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn TS.Cái Việt Anh Dũng – Giáo viên hướng dẫn đề tài nhiệt tình hướng dẫn đóng góp ý kiến q báu giúp em có định hướng tốt trình thực đề tài Tp.HCM Ngày 08 Tháng 03 Năm 2017 iv TĨM TẮT Nghiên cứu trình bày thiết kế chi tiết thiết bị đo thụ động cho phép đo thông số động học khớp cổ chân Thiết bị cấu nối tiếp gồm bậc tự chuyển động, tất gắn encoder quang học để đo chuyển động, cho phép xác định tất thông số động học khớp trong không gian Trục quay tức thời khớp tính tốn dựa theo thơng số động học Thiết kế không hạn chế chuyển động tự nhiên khớp cung cấp phương pháp đo khả vận động khớp hiệu quả, sử dụng để đo nhiều chức vận động khác cổ chân như: Đi lại, ngồi xuống – đứng lên, lên xuống cầu thang Nguyên lý đo trục quay tức thời kết thực nghiệm ban đầu trình bày thảo luận ABSTRACT This paper presents a passive electro-goniometer which is designed for the kinematic measurement of human ankle joint The device is a serial mechanical linkage having degrees of freedom, all of which are equipped with optical encoders, allowing the measurement of all parameters of movement of the ankle in space The instantaneous helical axis (IHA) of the ankle joint is computed using these kinematic parameters With this special design, the authors aim to provide an effective method for the assessment of ankle joint movement capacity The measurement method, as well as first experimental results will be presented and discussed v MỤC LỤC PHẦN A GIỚI THIỆU i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT v ABSTRACT v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xi PHẦN B NỘI DUNG LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG I: TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN 1.1Tổng quan hướng nghiên cứu 1.2Mục đích nghiên cứu đối tượng nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Khớp cô chân II.Thiết bị đo khớp cổ chân 14 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 18 I.THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂNTHỤ ĐỘNG BẰNG CƠ CẤU DELTA 18 1.1 Thiết kế khí cấu delta 18 1.2 Động học 20 1.3 Kết thực nghiệm 22 1.4 Kết luận 23 II THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN THỤ ĐỘNG BẰNG CƠ CẤU NỐI TIẾP 24 2.1 Giới thiệu 24 vi song với đó, nhóm tiến hành lấy liệu hàng loạt nhiều người khác nhằm mục đích xây dựng sở liệu đủ lớn cho việc phát triển giải thuật cho phép đánh giá khớp với thiết bị Hệ thống tích hợp thêm cảm biến đo lực áp lực bàn chân nhằm cung cấp cho bác sĩ công cụ đánh giá khớp cổ chân hoàn chỉnh hơn, gồm liệu động học lẫn liệu lực khớp Nhóm nghiên cứu tối ưu thiết kế khí thiết bị nhằm giảm thiểu độ rung động trình di chuyển đến mức tối đa Song song với đo, nhóm tác giả tiến hành phát triển thêm thiết bị đo khớp cổ chân chủ động, với động cho phép áp đặt chuyển động lực tác dụng lên khớp cổ chân, nhằm cung cấp cho bác sĩ hệ thống đánh giá khớp hoàn thiện đầy đủ, cho phép đo khớp cổ chân trạng thái: thả lỏng hoạt động 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Zhang LQ, Chung SG, Bai Z, Xu D, Rey EM, Rogers MW, Johnson ME, Roth EJ Intelligent stretching ofankle joints with contracture/spasticity IEEE Trans Rehabil Eng 10: 149–157, 2002 [2] Rydahl SJ, Brouwer BJ Ankle stiffness and tissue compliance in stroke survivors: a validation ofmyotonometer measurements Arch Phys Med Rehabil 85: 1631–1637, 2004 [3] G.L Kinzel, A.S Hall, and B.M Hillberry Measurement of the total motion between two body segments - i.analytical development In Journal of Biomechanics, pages 93-105, 1972 [4] Anindo Roy et al Measurement of passive ankle stiffness in subjects with chronic hemiparesis using a novelankle robot J Neurophysiol 2011 May; 105(5): 2132–2149 [5]Moore, K L., Dalley, A F., and Agur, A M R., 2006 Lower limb In: Clinically orientedanatomy 5th ed ed Philadelphia, Pa ; London: Lippincott Williams & Wilkins, 702706 [6].Leardini, A., O'connor, J J., Catani, F., and Giannini, S., 1999a A geometric model of thehuman ankle joint Journal of Biomechanics, 32 (6), 585-591 [7]Leardini, A., O'connor, J J., Catani, F., and Giannini, S., 1999b Kinematics of the human anklecomplex in passive flexion; a single degree of freedom system Journal of Biomechanics,32 (2), 111-118 [8] C Hurschler, J Emmerich, and N Wulker In vitro simulation of thestance phase gait part 1: Model verification Foot Ankle Int, 24(8):614–622,2003 [9] S K Sarrafian Anatomy of the foot and ankle J.B Lippincott Company,1983 [10] R Putz and R Pabst, editors Sobotta atlas of human anatomy Elsevier GmbH, 2009 [11] Reymond Clavel Conception d'un robot parallele rapide a degres de liberte These No 925, EcolePolytechnique Federale De Lausanne, 1991 [12] Craig, J.J Introduction to Robotics -Mechanics and Control 3rd ed Upper Saddle River: Pearson PrenticeHall, 2005 49 [13]Chao, E.Y.S., An, K.N., Askew, L.J and Morrey, B.F., ‘‘Electrogoniometer for themeasurement of human elbow joint rotation,’’ ASME Journal of Biomechanical Engineering, Vol 102, pp 301–310, 1980 [14]V A Dung Cai,Philippe Bidaud,Vincent Hayward, and Florian Gosselin,Estimation of Complex Anatomical Joint Motions Using a Spatial Goniometer ROMANSY 2010, pp 399406 [15]Kirstukas, S.J., Lewis, J.L and Erdman A.G., ‘‘6R instrumented spatial linkages for anatomicaljoint motion measurement-part 1: design,’’ ASME Journal of Biomechanical Engineering,Vol 114, No 1, pp 92–100, 1992 [16]Craig, J.J Introduction to Robotics ‐Mechanics and Control 3rd ed Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall, 2005 50 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Biểu đồ đứng lên ngồi xuống nhiều người  Người thứ Biểu đồ :Góc biên độ đứng lên ngồi xuống Biểu đồ :Các góc hoạt động đứng lên ngồi xuống Biểu đồ :Biên độ vận tốc đứng lên ngồi xuống 51  Người thứ Biểu đồ :Góc biên độ đứng lên ngồi xuống Biểu đồ :Các góc hoạt động đứng lên ngồi xuống Biểu đồ :Biên độ vận tốc đứng lên ngồi xuống 52  Người thứ Biểu đồ :Góc biên độ đứng lên ngồi xuống Biểu đồ :Các góc hoạt động đứng lên ngồi xuống Biểu đồ:Biên độ vận tốc đứng lên ngồi xuống 53 Phụ lục 2: Biểu đồ 10 bước chân nhiều người  Người thứ  Người thứ 55  Người thứ 56 Người thứ 4: 57 Người thứ 5: Người thứ 6: Phụ lục 3: Thông số liệu Time K1 K2 K3 K4 K5 K6 K1 K2 K3 K4 K5 K6 375323 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375330 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375337 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375344 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375351 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375357 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375365 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375372 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375379 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375386 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375393 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375400 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375407 29 -3 -9 -705 -19 -3 -1 25 -9 268 -4 375414 29 -3 -9 -705 -19 -4 -1 25 -9 268 -4 375421 29 -3 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375428 29 -3 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375435 29 -3 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375442 29 -3 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375449 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375456 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375463 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375470 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375477 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375484 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375492 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375498 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375505 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 60 375512 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375519 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375526 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375534 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375540 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375547 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375554 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375561 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375568 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375576 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375583 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375589 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375596 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 375603 29 -4 -9 -705 -19 -4 -1 24 -9 268 -4 386849 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 15 -8 284 -2 386855 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 15 -8 284 -2 386862 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 15 -8 284 -2 386869 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 15 -8 284 -2 386876 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 15 -8 284 -2 386884 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 16 -8 284 -2 386884 26 -3 -39 -17 -841 -24 -6 16 -8 284 -2 386891 26 -3 -39 -17 -841 -24 -5 16 -8 284 -2 386898 26 -3 -38 -17 -841 -24 -5 17 -8 284 -2 386905 26 -3 -38 -17 -841 -24 -5 17 -8 284 -2 61 ... độ cứng khớp cổ chân cho bệnh nhân liệt nửa người Hệ thống sử dụng thiết kế thiết bị hỗ trợ cổ chân MIT (Massachusetts Institute of Technology)[4], có cấu trúc xương với bậc tự Hệ thống cho phép... cao(2000khung/s), cho phép ghi lại hình ảnh tốt Tuy nhiên, hệ thống hiệu khơng gian trống, khơng có vật cản che tầm quan sát camera d) Phương pháp đo sử dụng cấu đa khớp nối Trong ứng dụng y sinh cấu... nhiệm cho việc thay đổi độ cứng tổng thể bàn chân, để đáp ứng yêu cầu tương tác lực với mơ trường bên ngồi hay cho phép tăng tính linh hoạt khớp Tuy nhiên chức riêng biệt Một số nội sử dụng để