CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
3.4. Phân tích bài toán động học cơ hệ
Cánh tay của con người là một cấu trúc phức tạp được tạo thành từ các thành phần gồm xương và cơ bắp và các mô mềm. Cấu trúc cánh tay người có nhiều bậc tự do và khó mô hình hóa. Với mục đích thiết kế hệ thống tập luyện vật lý trị liệu cần phải xác định cấu hình vật lý cũng như số khâu và số khớp phù hợp. Mô hình này chúng ta bỏ qua các nhóm bó cơ và mô mềm, như vậy chi trên được mô hình hóa bằng cách sử dụng các liên kết cứng và khớp xoay tròn. Mô hình này có 7 bậc tự do (DOF) là đủ để đại diện cho chuyển động và động lực chi trên của con người. Mô hình 7- DOF được tạo thành từ 3 khớp ở vai, một ở khuỷu tay và 3 ở cổ tay.
Hình 17: Các hệ trục được gắn vào cánh tay, sơ đồ góc quay ở vị trí khớp cùi trỏ.
Mô hình cánh tay người bệnh với 7 DOF. Nếu như tay người để hoạt động và thao tác chỉ cần 6 DOF. Do đó vị trí bàn tay và hướng có khá nhiều phương pháp giải. Các giá trị góc quay có thể xác định vị trí khuỷu tay hoặc bàn tay. Với điều này, một điểm nằm ở bàn tay có thể được xác định là tham số xác định để tính toán vị trí của khớp thông qua quỹ đạo tiếp cận.
Mô hình động học của tay người có gắn 8 hệ trục theo phương pháp Denavot- Hartenberg trong đó có 1 hệ trục cố định tham chiếu toàn cục và 7 hệ trục tham chiếu cục bộ cho mỗi khớp. Hệ trục cố định này nằm ở tâm của vai của tập luyện vật lý trị liệu.
Ánh xạ giữa không gian khớp và không gian tác vụ có thể được xác định bằng mô hình động học của hệ thống. Để có thể xác định vị trí của tay người, cần có bài toán động học thuận để giải các giá trị biến khớp dựa trên giá trị vị trí và góc quay định hướng của tay người. Mặt khác, bài toán động học nghịch ngược lại của bài toán thuận trong đó các vị trí khớp được xác định trước để tìm vị trí và hướng tay gắp.
Hình 18: Mô hình thiết bị tập vật lý trị liệu cho bệnh nhân sau tai biến mạch máu não.