Chương 1. TONG QUAN DE TÀI. Giới thiệu để tài. Lý do chọn để tai scccccccscccssssssesssssseessssseessssssesesssssseesssseeessssesessssecesssseessees 1 1.
Máy bay không người lái trong lĩnh vực y tế trong và ngoài nước. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của dé tài 1. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu. Pham vi nghiên cứu. Thuận lợi và khó khăn. Các khái niệm liÊn quaH.-- -- ¿+ + eee SSE}k‡E‡EEEEEkEkEkEEEEEkEkk tr ưy9 AL.
Khái niệm điều khiển tự động. Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiền. Các bài toán cơ bản trong lĩnh vực điều khiển tự động. CƠ SỞ LY THUYET.
Lý thuyết điều khiển máy bay không người lái. Nguyên lý cân bằng. Nguyên lý di chuyỀn. Mô hình toán học của hệ thống.--- Sàn HH HH HT HH hit 5 2.
Khí động hoc .-- + St HH re 7 2. Động lực hOC .---¿- + kh HH HH HH1”, T0 H010 1g. Bộ lọc cảm biến Mahony. Lý thuyết về bộ lọc Mahony.
So sánh Mahony và các bộ lọc khác. Bộ điều khiển PID. Khái niệm bộ điều khiển PID. Áp dụng bộ điều khiển PID số.
Phương pháp điều chỉnh các thông số. PHAN TÍCH VA THIET KE HỆ THÓNG. Các thành phan cấu tạo chính. Hệ thống truyền lực.
BO xử lí trung tâm. Thiết bị truyền nhận và điều khién máy bay không người lái. THIET KE VA CHE TẠO DRONE. Tính toán thông số chế tạo.
Công suất tiêu thụ. Ước lượng thời gian bay. Thiết kế túi y tẾ. Thiết kế tổng quan hệ thống.
Thiết kế phần cứng. Thiết kế phần mềm. Mô hình bay hoàn chỉnh.-------222222222EEEEEkvvrkrrrrrrerrrrrrrrrrrte 71 Chương 5. KET QUA THUC NGHIEM VÀ ĐÁNH GIA.
Ý nghĩa của việc đánh giá hệ thống 5. Đánh giá khả năng tải và thời gian sử dụng. Đánh giá các chức năng điều khiển và hiền thị. Đánh giá khả năng cân bằng theo trục.
Đánh giá bộ lọc và thuật toán điều khiển cân bằng. Đánh giá hiệu suất bay thực té .---2¿-+2+2+++2CE++etrrrrreerrrrrscee 90 Chương 6. KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIEN. Kết quả đạt được 87222277.
Kết quả chưa dat được. Hướng phát triỂn.-----:¿¿¿-©22222222++222222E2222222222211112 222cc94 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống vận chuyển y tế bằng Drone tai Ghana.2: Máy bay không người lái Johns Hopkins Medicine tai Maryland.3: Máy bay không người lái DHIS2 tai Rwanda.4: Hệ thống điều khiển vòng kín cơ bản Hình 2.1: Lý thuyết điều khiển máy bay không người lái .2: Nguyên lý di chuyền.3: Góc roll trong hệ tọa đỘỘ.4: Góc pitch trong hệ toa đỘ.5: Góc yaw trong hệ tọa đỘ.-- + ng it 16 Hình 2.6: Tổng quan về bộ lọc Mahonyy.7: Bộ điều khiển PID.oooooccvcccc+EE2tEEEEEEEEiiiiiiiirrrrrrrrrrrrrrree 31 Hình 2.8: Hình đáp ứng biên độ PID .1: Khung máy bay không người lái QAV250.2: Động cơ không chồi than (BLDC).--2¿2£©22+zz+2222+zz+222szczez 38 Hình 3.3: Cánh quạt 5 inch .---¿-¿- + St + kề E11 112 110121011 010121 tu40 Hình 3.4: Bộ điều tốc ESC.cc2 Hee 4I Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của ESC.6: Sơ đồ hệ thống MPU6050.7: MPU6050 mô-đun. -- ¿+ 6 S532 SE HT tư44 Hình 3.8: MPU6050 pinout Hình 3.9: Mô-đun cảm biến MS5611 Tổng quan về phan cứng.10: Mô-đun cảm biến MS5611 Tổng quan về phần cứng.11: Mô-đun cảm biến MS5611 Tổng quan về phần cứng.12: Mô-đun hệ thống định vị toàn cầu GPS.13: Các chân pinout của cảm biến GPS.14: Các thành phan trên cảm biến GPS NEO-6M .15: Mô-đun NEO-6M.16: Ăng-ten NEO-6M.17: Vi điều khiển STM32F103C8T6.---:--2222222czcc2ccvvvvecccez 51 Hình 3.18: Thiết bị truyền nhận Lora .20: Nguồn tổ ong 30A 12V.1: Hộp đựng các vật phẩm y tế trên máy bay không người lái .2: Vị trí túi y tế khi dang bay.3: Sơ đồ phần cứng toàn hệ thống.4: Bồ trí các thành phan phần cứng trên mạch.5: Sơ đồ phần cứng kết nối trạm điều khiển .6: Cấu hình cho Mô-đun LoraE32.---2¿¿©2+++222++z++2vzv+ersrzxscee 67 Hình 4.7: So đồ khối tong quát phan mềm hệ thống .8: Sơ đồ khối hàm main.---2222+¿£2222EEE+vvrettrEEEEkrrrrrrrrrrrrrrrerree 69 Hình 4.9: Sơ đồ khối công việc 01.-----+£222222vv+rrrrtttrvrvvrrrrrrrrrrrrrrrrcee 70 Hình 4.10 Sơ đồ khói công việc (2.----¿-222+222E++++222EE+2222112222212rrrrkrvee 72 Hình 4.11: Sơ đồ khối công việc 03.12: GUI của hệ thống bay .---22¿2222+2++2VE2++tEEEEEreetErvrrerrrrrrrrrr 74 Hình 4.13: Debug hệ thống bay bằng phần mềm STM Studio.14: Sử dung Hercules dé điều khién/nhan tín hiệu từ hệ thống.15: Mô hình may bay không người lái hoàn chỉnh không tai.16: Mô hình may bay không người lái hoàn chỉnh có tải .17: Máy bay không người lái vận chuyển túi y tẾ.1: Biểu đồ biểu diễn tự tác động của tải trong lên tải thời bay.2: Giao diện điều khiển dùng cho quá trình debug.3: Giao diện sử dung chính .4: Công cu Realterm terminal .------ - + +55 + 2£ +++x+xexe£erzxzkerersrx 84 Hình 5.5: Cân bằng thiết bị bay theo từng trục.6: Theo dõi chất lượng bộ loc Mahony ở điều kiện không tác động.7: Theo dõi chat lượng bộ loc Mahony ở điều kiện có tác động .8: Kết quả bộ loc Mahony và tác động của giải thuật điều khiển PID .9: Kich ban cu thé Hình 5.10: Hình ảnh bay thực tÊ. -- ¿5-5 55+ S*2*2E+S xe 92 DANH MỤC BANG Bang 2.1: So sánh các thuật toán lọc nhiễu thông dụng cho drone.2: Ảnh hưởng của ba tham số Kp, Ki, Ka.----522cccccc+cccccvveeercee 31 Bảng 3.1: Chức năng các chân cảm biến MPU6050.2: Các pinout của cảm biến áp suất MS56I l.-cc¿+cc5scceccz 41 Bang 5.1: Mối quan hệ mật thiết giữa tải trọng và thời gian bay trong hệ théng.2: Đánh giá độ trễ lệnh bằng phần mềm Realterm.------- 85 DANH MỤC TU VIET TAT UAV Unmanned Aerial Vehicle UAS Unmanned Aerial System RPAS Remotely Piloted Aircraft System GCS Ground Control Station GUI Graphical User Interface DC Direct Current BLDC Brushless DC ESC Electronic Speed Controller IMU Inertial Measurement Unit PID Proportional Integral Derivative MEMS Micro Electro-Mechanical System GPS Global Positioning System DMA Direct Memory Access USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter SPI Serial Peripheral Interface I2C Inter-Integrated Circuit ADC Analog-to-Digital Converter PWM Pulse Width Modulation USB Universal Serial Bus CAN Controller Area Network LoRa Long Range radio LiPo Lithium-Polymer battery TÓM TÁT KHÓA LUẬN Ứng dụng của máy bay không người lái trong lĩnh vực y tế là một sự tiễn bộ đáng kế trong việc cải thiện chất lượng, các nhu cầu chăm sóc sức khỏe và giúp tiết kiệm thời gian cũng như chỉ phí.
Máy bay không người lái có thể được sử dụng để tham gia vận chuyên thuốc, máu, mẫu xét nghiệm và các vật dụng y tế khác đến các khu vực khó tiếp cận hoặc khẩn cấp. Việc sử dụng máy bay không người lái trong lĩnh vực y tế giúp tăng tốc độ và độ chính xác của việc vận chuyển hàng hóa y tế, giảm thiểu thời gian chờ đợi và đảm bảo tính an toàn và bảo mật của hàng hóa. Tìm hiểu các yêu cầu kỹ thuật và tính năng sẽ giúp đảm bảo rằng máy bay không người lái có thể hoạt động hiệu quả cũng như đáp ứng được các yêu cầu của ngành y tế. Các yêu cầu kỹ thuật và tính năng cần được xác định bao gồm khả năng tải trọng của máy bay không người lái, thời gian bay, tầm bay, khả năng tự động hóa, khả nang bay trong điều kiện thời tiết xấu và hệ thống định vị và điều khiển từ xa.
Thiết kế cơ khí, điện tử và phần mềm cho chiếc máy bay không người lái là một quá trình rất phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm việc thiết kế khung máy bay không người lái, cánh quạt, động cơ, bộ điều khiển và các bộ phận khác dé đảm bao máy bay không người lái có thé vận hành một cách ổn định và an toàn trong quá trình bay. Các bước thiết kế này bao gồm việc thiết kế mạch điện, điều khién, tích hợp cảm biến và các bộ phận điện tử khác. Cuối cùng, thiết kế phần mềm cho máy bay không người lái cũng rất quan trọng đề giúp drone hoạt động một cách thông minh và hiệu quả. Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của máy bay không người lái trong việc vận chuyển túi y tế là quan trọng để đảm bảo tính khả thi và độ an toàn của công nghệ này.
Cần kiểm tra chức năng, khả năng tải trọng, thời gian bay và tính năng khác của drone. Đề đảm bảo tính khả thi, cần thử nghiệm các kịch bản khác nhau. Sau đó, đánh giá năng suất, độ chính xác và độ tin cậy của máy bay không người lái trong quá trình vận chuyên túi y tế. TONG QUAN DE TÀI 1.
Giới thiệu đề tai 1. Ly do chọn đề tài Việc sử dụng máy bay không người lái cho việc vận chuyển túi y tế khẩn cấp có thể giúp tăng cường sự khả dụng của y tế khẩn cấp, đặc biệt là trong những khu vực khó tiếp cận hoặc khân cấp. Sử dụng máy bay không người lái để vận chuyển túi y tế khan cấp có thé giảm thiểu rủi ro cho các nhân viên y tế và bệnh nhân, đồng thời tăng cường hiệu quả của việc vận chuyền. Ngoài ra, máy bay không người lái có thể di chuyển nhanh chóng và linh hoạt hơn so với phương tiện vận chuyền truyền thống, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
Việc sử dung máy bay không người lái để vận chuyền túi y tế khan cấp không chỉ giúp nâng cao chat lượng cuộc sống của con người mà còn có tiềm năng đề ứng dụng Tộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác trong y tế, chang hạn như vận chuyền mau xét nghiệm hoặc thuốc men và vật pham y tế. Đề tài đòi hỏi sự kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực như cơ khí, khí động học, động lực học, toán học, truyền nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu SỐ V. Những kiến thức trên sẽ được tổng quan và phân tích nguyên lý hoạt động, cơ sở lý thuyết và thiết kế chế tạo mô hình bay vận chuyển túi y tế. Máy bay không người lái trong lĩnh vực y tế trong và ngoài nước 1.
Lich sử phát triển của máy bay không người lái Máy bay không người lái hay một số tên gọi phổ biến khác được sử dụng như: UAV (Unmanned Aerial Vehicle), RPAS (Remotely Piloted Aircraft System), UAS (Unmanned Aerial System), hay còn gọi là drone. Công nghệ nay đã được phát triển từ rất sớm, vào những thập niên 90 của thế kỷ 19. Người Áo đã sử dụng một quả bom bằng bong bóng bay để tắn công vào thành phố Venice vào giữa những năm 1800. Ý tưởng đó đã trở thành nền tảng cho các phát minh về sau, bao gồm máy bay không người lái, được phát triển trong những năm 1900 và liên tục được cải tiến trong Chiến tranh Thế giới lần thứ I (1914-1918).
Năm 1916, một kỹ sư người Anh đã thành công trong việc chế tạo mẫu máy bay không người lái đầu tiên trên thế giới. Chiếc máy bay không người lái này có tên gọi là "Aerial Target" và ra đời sau nhiều nỗ lực của kỹ sư người Anh. Tại Việt Nam, quân đội Mỹ đã chính thức xác nhận về việc sử dụng máy bay không người lái trong chiến tranh miền Nam Việt Nam cho đến năm 1973.