BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG SVTH: VŨ MINH TRUNG MSSV: 11146130 SVTH: HUỲNH VĂN DUY MSSV: 11146231 SVTH: NGUYỄN QUỐC ĐẠT MSSV: 11146234 SVTH: QUÁCH THỊ NAM PHƯƠNG MSSV: 11146259 SKL 0 0 3 9 3 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: CÁI VIỆT ANH DŨNG Sinh viên thực hiện: QUÁCH THỊ NAM PHƢƠNG MSSV: 11146259 NGUYỄN QUỐC ĐẠT MSSV: 11146234 VŨ MINH TRUNG MSSV: 11146130 HUỲNH VĂN DUY MSSV: 11146231 1.
Tên đề tài: MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY 2. Nội dung chính của đồ án: - Thiết kế và mô phỏng chuyển động cho máy sử dụng SolidWorks - Tính toán thông số và lực cho máy - Chế tạo máy - Thiết kế giao diện điều khiển cho máy - Lập trình cho máy vận hành với bài tập cụ thể 3. Các sản phẩm dự kiến: Sản phầm hoàn thiện: “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” 4. Ngày nộp đồ án: 27/07/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY - GVHD: CÁI VIỆT ANH DŨNG - Sinh viên thực hiện: Họ và tên MSSV Lớp SĐT Email QUÁCH THỊ NAM PHƢƠNG 11146259 111463 01697274726 quachnamphuong1 209@gmail.com NGUYỄN QUỐC ĐẠT 11146234 111463 01636661359 quocdatspkt@gma il.com VŨ MINH TRUNG 11146130 111463 01674590194 vuminhtrung2302 @gmail.com HUỲNH VĂN DUY 11146231 111463 01654400558 huynhduy127@gm ail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện.
Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2015 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii do an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin gởi lời cảm ơn tới các thầy cô, gia đình và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em học tập, hƣớng dẫn cho chúng em thực hiện đồ án này. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ Khí Máy – Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã chỉ dạy tận tình những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập.
Cảm ơn Nhà Trƣờng và bộ môn Cơ Điện Tử đã tạo mọi điều kiện cho quá trình học tập và nghiên cứu của chúng em. Cảm ơn tập thể lớp Cơ- Điện Tử 111463 đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án.Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn TS.Cái Việt Anh Dũng đã hƣớng dẫn nhóm tận tình, luôn động viên giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình và chu đáo của thầy giáo TS. Cái Việt Anh Dũng, chúng em đã cố gắng hoàn thành đồ án.
Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Cái Việt Anh Dũng, các thầy cô giáo trong ngành Cơ-Điện Tử trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và tập thể lớp 111463 đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong thời gian qua.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2015 Sinh viên Quách Thị Nam Phƣơng Nguyễn Quốc Đạt Vũ Minh Trung Huỳnh Văn Duy KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY Máy tập vật lý trị liệu cho cổ tay đƣợc thiết kế và chế tạo nhằm hỗ trợ cho việc phục hồi chức năng của khớp cổ tay. Máy tập đƣợc truyền động bằng hai động cơ DC encoder có hợp số thông qua bộ truyền đai dẫn động đến cơ cấu chính của máy tập biến chuyển động quay của động cơ thành các chuyển động phù hợp cho khớp cổ tay.
Ngoài ra, thông qua cảm biến dòng chúng ta có thể tập thêm bài tập về phản hồi lực để hỗ trợ thêm. Máy có hai chế độ tập, chế độ thứ nhất là tập theo chế độ do ngƣời lập trình đặt ra. Chế độ thứ hai là tập theo lực có thể hỗ trợ cho khớp cổ tay quay đi đâu thì máy sẽ quay theo đó hoặc phản lại lực cho khớp cổ tay. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv do an ABSTRACT PHYSIOTHERAPY MACHINE FOR WRIST Belong to the development of the traditional industry, the wellness products are attracting more and more interest.
Among them researching mechatronic rehabilitation devices are one very promising market with growing demand.The Physiotherapy Machine For Wrist operates base on exercises providing rough and fine rotations for the user's wrist. The system applies rotational motions using DC motors controlled by PID algorithms with different amplitudes and frequencies. In this project, we develop a Physiotherapy Wrist Machine, which is expected to help patient restoring their wrist functions after surgery operations. It may also use to help people relaxing after stressful work time.
Therefore, the system need to easy to operate, providing stable control and re-programmable to build different exercise regiments, suitable for each specific patient. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP v do an MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN. I LỜI CAM KẾT. VI DANH MỤC BẢNG BIỂU.
IX DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ. X DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT. XII CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận .2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể .6 Kế t cấ u của ĐATN. 5 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CƢ́U ĐỀ TÀI .1 Giới thiệu sơ lƣợc .1 Khái niệm vật lí trị liệu .2 Lí do chọn đề tài .3 Giới hạn đề tài.4 Tình hình nghiên cứu .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam.
11 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cấu trúc giải giải phẫu của khớp cổ tay .2 Mô tả động học .1 Ma trận biểu diễn. 13 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP vi do an 3.2 Các phép chuyển vị ma trận .3 Đông học thuận Robot .4 Động học nghịch Robot .3 Bộ điều khiển PID. 21 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ ĐỀ TÀI .1 Thiết kế chế tạo khung cơ khí .1 Ý tƣởng thiết kế .2 Yêu cầu kỹ thuật .3 Các phƣơng án thiết kế .2 Các phƣơng án lựa chọn cơ cấu truyền động cho đồ án .3 Các phƣơng án lựa chọn động cơ .4 Các phƣơng án khi lựa chọn bộ truyền lực .5 Các phƣơng án khi lựa chọn điều khiển động cơ .6 Phƣơng hƣớng và các giải pháp thực hiện.1 Lựa chọn giải pháp / Phƣơng án .2 Trình tự công việc tiến hành. 37 CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ .1 Thiết kế chi tiết .2 Chọn vật liệu .3 Tính số bậc tự do cơ cấu .4 Tính toán đai.
42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP vii do an 5.1 Tính toán bộ truyền đai .2 Truyền động đai .5 Tính toán chọn động cơ .6 Chọn mạch điều khiển .7 Tính toán động học. 51 CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM / THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ .1 Lƣu đồ - giải thuật điều khiển.2 Đọc cảm biến dòng .3 Kết quả thực nghiệm .1 Lọc nhiễu cảm biến .2 Đáp ứng của động cơ ở bài tập set .3 Đáp ứng của cảm biến dòng .4 Sản phẩm hoàn thiện. 62 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ .2 Hƣớng phát triển đề tài. 64 TÀI LIÊ ̣U THAM KHẢO.
65 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP viii do an DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của thông số PID .1: Bảng các giải pháp đề xuất .2: Bảng ƣu, nhƣợc điểm các giải pháp .1: Bảng chọn đai.2: Trị số nhỏ nhất của đƣờng kính bánh đai.3: Trị số của hệ số tải trọng động Kđ.4: Tỉ số của chiều dài đai và đƣờng kính bánh đai nhỏ .5: Tỉ số của hệ số k1 và k2 .6: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của góc ôm Cα .7: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của vận tốc Cv .8: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của vị trí bộ truyền C0. 49 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ix do an DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Đối tƣợng nghiên cứu .1: Lí do chọn đề tài .1: Cấu tạo khớp cổ tay .2: Thiết đồ cắt ngang cổ tay .3: Biễu diễn một điểm trong hệ tọa độ .4: Biễu diễn một hệ tọa độ trong một hệ tọa độ .5: Hệ tọa độ tham chiếu .6: Mô tả phép biến đổi tịnh tiến.7: Sự định hƣớng của khâu chấp hành cuối .8: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID.1: Nhựa tổng hợp và mica tấm .3: Kết hợp nhựa, mica và nhôm .4: Cơ cấu truyền động .5: Một số robot song song .6: Cơ cấu khớp cung .9: Bộ truyền xích .10: Bộ truyền đai .11: Tuyền động bánh răng .12: Thiết bị PLC .1: Chi tiết vòng cung .3: Cum chi tiets đỡ .5: Con trƣợt.6: Mô hình hoàn chỉnh 3D .7: Board Arduino Mega 2560. 50 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP x do an Hình 5.8: Tính toán động học .2: Lƣu đồ đọc ADC cảm biến dòng .3: Lƣu đồ xử lý só liệu và lọc trung bình .5: Lƣu đồ gải thuật điều khiển chung .6: Giao diện điều khiển .7: Giao diện vị trí động cơ và giá trị dòng.8: Đồ thị lọc nhiễu cảm biến.9: Đáp ứng động cơ không tải .10: Đáp ứng động cơ có tải .11: Đáp ứng không tải của cảm biến dòng. 63 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP xi do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CAP Computer Aided Planning CNC Computerized Numerical Control APTA ASEAN Free Trade Area WCPT World Confederation for Physical Therapy D-H DenavitHartenberg PID Proportonal Integral Derivative CAE Computer AidedEngineering KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP xii do an CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.