Hình 5.8: Tính toán động học
𝑅0 = (0, 𝑋 0 ,𝑌 0 , 𝑍 0 ) Ràng buộc cơ cấu:
𝑍4 . 𝑃 = 00 𝑍3 . 𝑃 = 00 𝑃0 = 𝑋𝑝 𝑌𝑝 𝑍𝑝 / 𝑅0 (𝑍 4 = 𝑌 1 , 𝑍 3 = - 𝑌 2 ) Mặt khác:
52
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
𝑍 = −1 1 2. 𝑋 − 0 1 2. 𝑌0 𝑍2 = 1 2. 𝑋0 − 1 2. 𝑌0 𝑌 = −01 1 2. 𝑋 +0 1 2. 𝑌0 𝑌02 = 1 2. 𝑋 +0 1 2. 𝑌0 𝑌1 = − sin 𝜃1. 𝑍 + cos 𝜃0 1. 𝑌 01 − 𝑌 = sin 𝜃2 2. 𝑍 + cos 𝜃0 2. 𝑌 02 =≫ 𝑍4 = 𝑌 = − sin 𝜃1 1. 𝑍 +0 1 2cos 𝜃1. 𝑋 +0 1 2cos 𝜃1. 𝑌 0 𝑍3 = − 𝑌 = sin 𝜃2 2. 𝑍 +0 1 2cos 𝜃2. 𝑋 +0 1 2cos 𝜃2. 𝑌 0 (1) =≫ 𝑍4 . 𝑃 = −0 1 2cos 𝜃1. 𝑋𝑝 + 1 2cos 𝜃1. 𝑌𝑝 − sin 𝜃1. 𝑍𝑝 = 0 𝑍3 . 𝑃 =0 1 2cos 𝜃2. 𝑋𝑝 + 1 2cos 𝜃2. 𝑌𝑝 + sin 𝜃2. 𝑍𝑝 = 0 (2) (1) =≫ tan 𝜃1= 1 2.(−𝑋𝑝+𝑌𝑝) 𝑍𝑝 (2)=≫ tan 𝜃2 = - 1 2.(𝑋𝑝+𝑌𝑝) 𝑍𝑝 =≫ 𝜃1 = arctan ( 1 2.(−𝑋𝑝+𝑌𝑝) 𝑍𝑝 ) =≫ 𝜃2 = arctan (- 1 2.(𝑋𝑝+𝑌𝑝) 𝑍𝑝 )
53
54
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM / THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 6.1 Lƣu đồ - giải thuật điều khiển
Với yêu cầu của đề tài là điều khiển hai động cơ DC encoder để tạo ra các bài tập cơ bản theo chế độ tự tập có tần số và biên độ khác nhau thông qua việc đọc cảm biến dòng điều khiển hai động cơ quay theo ý muốn và chế độ tập do nhóm lập trình sẵnbằng cách điều khiển vị trí động cơ.
Hình 6.1: Sơ đồ tổng thể của máy
Nguyên lý hoạt động:Vi điều khiển giá trị encoder, cảm biến dòng và công tắc hành trình xử lý số liệu. Tùy theo chế độ chọn lựa nếu chọn chế độ tự tập vi điều khiển sẽ đọc giá trị cảm biến dòng xử lý thông qua bộ PID cho dòng từ đó điều khiển momen và
55
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
chiều của động cơ theo sự thay đổi của dòng điện vào, nếu chọn chế độ tập lập trình sẵn thì vi điều khiển sẽ đọc giá trị encoder thông bộ PID cho động cơ DC encoder qua đó điều khiển vị trí hai động cơ tạo ra quỹ đạo quay cho máy.
6.2 Đọc cảm biến dòng
Đọc giá trị ADC
56
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Xử lý số liệu và lọc giá trị dòng trả về:
57
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Lƣu đồ đọc encoder động cơ
58
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Lƣu đồ điều khiển chung:
59
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Giao diện kết nối và giám sát
Hình 6.6: Giao diện điều khiển
(1) : Giá trị dòng điện trả về từ cảm biến dòng 1 và 2 (2) : Vị trí động cơ ở bài tập set
(3) : Kết nối với serialPort (4) : Thông số kết nối
60
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Giao diện giám sát:
Hình 6.7: Giao diện vị trí động cơ và giá trị dòng
- Start: bắt đầu vẽ đồ thị sau khi kết nối cổng COM.
- Pause: tạm dừng vẽ đồ thị.
- Exit: thoát khỏi giao diện.
61
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 6.3 Kết quả thực nghiệm
Nghiên cứu các chuyển động của khớp cổ tay ta thấy khớp cổ tay có thể quay quanh các trục X Y Z trong không gian 3 chiều. Nhƣng chuyển động quay quanh trục X là có tác dụng phục hồi tốt nhất cho khớp cổ tay để tạo ra chuyển động quay của khớp cổ tay thì 2 động cơ quay lệch pha nhau (Hình 6.8).
6.3.1 Lọc nhiễu cảm biến
62
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 6.3.2 Đáp ứng của động cơ ở bài tập set
Hình 6.9: Đáp ứng động cơ không tải
63
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 6.3.3 Đáp ứng của cảm biến dòng
Hình 6.11: Đáp ứng không tải của cảm biến dòng
6.4 Sản phẩm hoàn thiện
Máy có hai bài tập chính nhằm hổ trợ cho việc phục hồi chức năng của khớp cổ tay. Cả hai bài tập đƣợc nhóm lập trình dựa trên tƣ vấn cũa bác sĩ kết hợp với việc nghiên cứu giải phẩu học khớp cổ tay.
Bài tập thứ nhất tập theo chế độ lập trình sẵn. Hai động cơ quay lệch pha nhau tạo ra động tác quay cổ tay.
Bài tập thứ hai tập theo chế độ hỗ trợ. Thông qua hai cảm biến dòng gắn nối tiếp vào hai động cơ các chuyển động của cổ tay sẽ đƣợc hỗ trợ lực hoặc phản lực lại tùy theo chọn lựa của ngƣời sử dụng.
64
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 6.12: Sản phẩm
65
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ
7.1 Kết luận
Trong thời gian cho phép đề tài đã thực hiện xong các yêu cầu đặt ra...
Tuy vậy trong quá trình thực hiện đề tài cũng có một số thiếu sót và khó khăn nhất định nhƣ giới hạn kiến thức chuyên môn, thời gian nghiên cứu… Do vậy, đề tài không tránh khỏi sai sót. Nhƣng với sự đóng góp ý kiến của giáo viên trong khoa và các chia sẻ kiến thức tại một số web, forum chuyên ngành đã giúp ngƣời thực hiện đề tài và tìm biện pháp khắc phục những mặt còn hạn chế trong đồ án.
Đánh giá đồ án.
Ƣu điểm.
Đây là đề tài còn mới hiện nay ở Việt Nam
Dễ dàng sử dụng
Kết hợp giữa điều khiển tự động và cơ khí chính xác
Đơn giản trong điều khiển và giám sát với những thiết bị nhỏ gọn tiện lợi cho ngƣời dùng
Giá thành tƣơng đối phù hợp với ngƣời tiêu dùng
Khuyết điểm.
Đáp ứng tƣơng đối chậm
Thời gian đáp ứng còn lớn
Còn ít bài tập cho ngƣời dùng
7.2 Hƣớng phát triển đề tài
Sau khi thực hiện đề tài, với một số thiếu sót giới hạn về phía ngƣời thực hiện cũng nhƣ về yếu tố kỹ thuật của thiết bị . Để đề tài có thể thực hiện tốt hơn , đem lại kết quả cao thì cần phát triển một số những vấn đề sau:
Phát triển thêm phần cứng, vững chắc cao hơn và đẹp hơn
Tạo thêm nhiều bài tập ứng dụng hơn.
Tối ƣu hóa thời gian đáp ứng để điều khiển chính xác hơn.
Thiết kế giao diện thân thiện ngƣời dùng hơn.
66
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Dương Xuân Đạm (2004), Vật lý trị liệu đại cương: Nguyên lý và Thực hành, NXB Văn hóa Thông tin ( TLTK là SÁCH)
[2] Nguyên lý chi tiết máy, nhà xuất bản khoa học và công nghệ - Đại Học Sư Phạm Ký Thuật TP.HCM ( TLTK là SÁCH)
[3] Điều khiển tự động, nhà xuất bản khoa học và công nghệ - Đại Học Sư Phạm Ký Thuật TP.HCM ( TLTK là SÁCH)
Tiếng Anh
[1] Kisner C, Colby LA (2007), Therapeutic Exercise: Foundations and Techniques,
5thedition, F.A. Davis ( TLTK là SÁCH)
Nguồn khác
[1] http://www.physiotherapy.asn.au
[2] http://www.suckhoedoisong.vn
[3] https://en.wikipedia.org