Đặt vấn đề 6 Luan van Mục đích nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết cấu của nghiên cứu Chương 2: Nền tảng giải phẫu học Giới thiệu Giải phẫu cổ Giải phẫu hàm Giải phẫu môi Giải phẫu mắt Chương 3: Thiết kế cơ khí Giới thiệu Thiết kế cơ cấu cổ robot Thiết kế cơ cấu hàm robot Thiết kế cơ cấu môi robot Thiết kế cơ cấu mắt robot Thiết kế các điểm điều khiển Mô hình đầu robot Chương 4: Da nhân tạo của robot Giới thiệu Nền tảng giải phẫu học da Lý thuyết da nhân tạo Quá trình chế tạo da nhân tạo Đánh giá da nhân tạo Chương 5: Hệ thống điện-điều khiển Giới thiệu Cấu trúc của hệ thống điện-điều khiển 7 Luan van Hệ thống các thiết bị Hệ thống giao tiếp Phương pháp điều khiển Hệ thống biểu cảm và khẩu hình miệng Chương 6: Hệ thống tương tác giữa người và robot Giới thiệu Cấu trúc của hệ thống tương tác giữa người và robot Xử lý phân loại văn bản Xử lý văn bản tìm kiếm Xử lý văn bản hội thoại Kết quả phản hồi Đánh giá hệ thống Chương 7: Thực nghiệm Chương 8: Kết luận 8 Luan van CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG GIẢI PHẪU HỌC 2. Giới thiệu Khi nhắc đến cơ, hầu hết mọi người khi nghĩ đến cơ bắp. Chúng ta nghĩ đến các cơ có thể nhìn thấy ngay dưới da, đặc biệt là ở các chi. Tuy nhiên có đến 3 nhóm cơ với tên gọi và chức năng khác nhau.
Theo [1] cơ xương chiếm đa phần các cơ trong cơ thể, với chức năng chính là tạo chuyển động các khớp xương trong cơ thể. Nhưng có hai loại cơ khác trong cơ thể, với các chức năng khác nhau. Cơ tim, đảm nhiệm chức năng bơm máu qua hệ thống tuần hoàn. Cơ trơn liên quan đến các chuyển động không tự chủ khác nhau, chẳng hạn như dựng tóc khi lạnh hoặc sợ hãi.
Tại chương này sẽ trình bày về nền tảng giải phẫu học ở các nhóm cơ xương trên bộ phận đầu người. Từ điều đó làm tiền đề để đưa ra phương án thiết kế các bộ phận cơ khí và các chuyển động cho robot ở chương sau. Giải phẫu cổ Phần đầu người được gắn với đỉnh của cột sống, sự cân bằng đầu và các hoạt động của đầu thực hiện bởi các cơ cổ. Tất cả các cơ này đều góp phần tạo ra chuyển động quay của đầu.
Khi các cơ hai bên cổ hoạt động đồng thời, phần đầu sẽ cúi xuống hoặc ngửa lên. Có 4 bó cơ chính đảm nhiệm các chức năng của cổ là cơ đòn chủm, cơ gai, cơ gối đầu và cơ cổ dài.1: Các cơ trên cổ ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của phần đầu người a) Cổ thực hiện chuyển động nghiêng đầu, b) Cổ thực hiện chuyển động quay đầu c) Cổ thực hiện chuyển động ngửa ra sau, d) Cổ thực hiện chuyển động cúi xuống Các chuyển động cơ bản của đầu người do bộ phận cổ tạo ra được thể hiện trong hình 2. Những quá trình chuyển động của cổ người được các nhóm cơ nêu trên phối hợp thực hiện như sau: 9 Luan van Nghiêng đầu: Khi cơ đòn chủm bên trái, cơ gối đầu trái và cơ cổ dài bên trái co đồng thời thì sẽ khiến cho đầu nghiêng sang trái, tương tự như vậy đối với bên phải Xoay đầu: Khi sự co cơ diễn ra ở cơ đòn chủm bên trái, các nhóm cơ gối đầu phải, cơ cổ dài phải và cơ gai phải thì sẽ tạo ra chuyển động xoay đầu sang bên phải. Khi đầu xoay sang trái thì các bó cơ trên sẽ hoạt động ngược lại.
Cúi đầu và ngửa đầu: Khi cả 2 bó cơ đòn chủm co đồng thời và 3 nhóm cơ còn lại duỗi ở cả 2 bên trái phải thì sẽ tạo ra chuyển động cúi đầu, chuyển động ngửa đầu được tạo thành khi các bó cơ trên hoạt động ngược lại. [3] Với các nhóm cơ và chuyển động của cổ người đã được phân tích ở trên ta có thể xác định được số bậc tự do của cơ cấu cổ người là 3 bậc. Bậc tự do thứ nhất cho phép phần đầu thực hiện chuyển động cúi và ngửa. Bậc tự do thứ 2 cho phép cổ điều khiển chuyển động nghiêng trái và phải của phần đầu.
Cuối cùng, bậc tự do thứ 3 giúp đầu người linh hoạt trong chuyển động xoay trái và phải. Giải phẫu hàm a) b) c) d) e) f) Hình 2.2: Các nhóm cơ tạo ra chuyển động cho hàm a) cơ nhai, b) cơ thái dương, c) cơ chân bướm ngoài, d) cơ chân bướm trong, e) hàm chuyển động ra phía trước, f) hàm chuyển động về phía sau Các bó cơ tham gia vào hoạt động nhai cần phải có khả năng tạo ra lực đủ để cắn xuyên qua thức ăn và nghiền chúng trước khi nuốt xuống dạ dày. Có 4 nhóm cơ chính đảm nhiệm hoạt động nhai là cơ nhai (Masseter), cơ thái dương (Temporalis), cơ chân bướm ngoài (Lateral pterygoid), cơ chân bướm trong (Medial pterygoid) được thể hiện trên hình 2. Có thể chia chuyển động của hàm ra làm 3 chuyển động chính: Thứ nhất, nâng hàm dưới (đóng mở hàm): Cơ thái dương (Temporalis), cơ nhai (Masseter) và cơ chân bướm trong (Medial pterygoid).
10 Luan van Thứ hai, dịch chuyển hàm sang trái hoặc phải: Cơ chân bướm ngoài (Lateral pterygoid) và cơ chân bướm trong (Medial pterygoid). Thứ ba, dịch chuyển hàm dưới về phía trước hoặc sau: Phía trước: Cơ chân bướm ngoài (Lateral pterygoid) và cơ chân bướm trong (Medial pterygoid). Phía sau: Cơ thái dương (Temporalis). Dưới sự tác động tổng hợp của các bó cơ đã trình bày ở trên, phần hàm sẽ thực hiện được các chuyển động: Dịch trái phải: Khi cơ chân bướm trong bên trái và cơ chân bướm ngoài bên trái co đồng thời, các cơ chân bướm trong bên phải và cơ chân bướm ngoài bên phải duỗi đồng thời thì sẽ tạo ra chuyển động dịch hàm qua phải.
Khi các bó cơ trên hoạt động theo chiều ngược lại thì sẽ tạo ra chuyển động dịch hàm qua trái. Đóng mở hàm: Khi cơ chân bướm trong, cơ nhai và cơ thái dương ở cả hai bên cùng co thì sẽ kéo phần hàm dưới lên từ đó tạo ra chuyển động đóng hàm Dịch chuyển trước sau: Khi cả 2 bó cơ chân bướm trước và cơ chân bướm sau đồng thời co, chúng sẽ kéo theo cả phần hàm dưới và đẩy ra phía trước, từ đó tạo ra chuyển động dịch chuyển hàm ra phía trước. Khi các cơ khác ở trạng thái duỗi và 2 bó cơ thái dương co đồng thời thì phần hàm dưới sẽ bị kéo về phía sau và tạo ra chuyển động dịch chuyển hàm về phía sau. Từ các phân tích cho thấy hàm của người có ba bậc tự do chính để thực hiện các chuyển động di chuyển trái phải, trước sau và đóng mở hàm.
Trên thực tế, hàm của người có nhiều bậc tự do hơn nhưng không ảnh hưởng quá nhiều đến chuyển động của hàm. Do đó trong phần này chỉ tập trung phân tích các bậc tự do chính ảnh hưởng đến khẩu hình môi. Giải phẫu môi Sự di chuyển của môi trong khi nói chuyển hoặc nhai đều được tạo ra do sự co duỗi của 10 bó cơ chính: cơ nâng góc miệng (Levator anguli oris), cơ gò má bé (Zygomaticus minor), cơ gò má lớn (Zygomaticus major), cơ cười (Risorius), cơ hạ góc miệng (Depressor anguli oris), cơ hạ môi dưới (Depressor labii inferioris), cơ cằm (Mentalis), cơ mút (Buccinator) và cơ vòng miệng (Orbicularis oris). [1] 11 Luan van Hình 2.3: Cơ nâng môi trên cánh mũi, cơ nâng môi trên, cơ nâng góc miệng, cơ gò má bé và cơ gò má lớn Cơ nâng môi trên cánh mũi (Levator nasolabialis) là một bó cơ nằm đối xứng nhau qua phần mũi (hình 2.
Chức năng chính của cơ nâng môi trên cánh mũi là nâng phần cơ vòng miệng lên, kéo theo phần môi và tạo biểu cảm giận dữ. Cơ nâng góc miệng (Levator anguli oris) cũng bao gồm hai bó cơ nằm hai bên trái và phải của miệng. Chức năng chính của cơ nâng góc miệng là kéo phần khóe miệng lên trên theo hướng xiên, từ đó tạo ra biểu cảm mỉm cười. Tương tự như hai bó cơ trên, cơ gò má bé (Zygomaticus minor) cũng bao gồm hai bó cơ nằm ở hai bên trái và phải.
Cơ gò má bé có chức năng giống với cơ nâng góc miệng, chủ yếu tạo ra biểu cảm mỉm cười. Cơ gò má lớn (Zygomaticus major) cũng bao gồm hai bó cơ nằm ở hai bên trái và phải. Cơ gò má bé có nhiệm vụ kéo phần góc miệng lên trên và theo chiều ngang một phần nhỏ, nhờ đó tạo ra biểu cảm cười lớn.4: Cơ cười, cơ hạ góc miệng và cơ hạ môi dưới Cơ cười (Risorius), giống như các bó cơ bên trên, cơ cười cũng có hai bó cơ nằm hai bên trái và phải. Chức năng chính của cơ cười là kéo góc miệng sang hai bên, tạo chuyển động cười nhe răng (hình 2.
Cơ hạ góc miệng (Depressor anguli oris) nằm đối xứng qua phần cằm dưới bao gồm hai bó cơ trái và phải. Chức năng chính của cơ hạ góc miệng là kéo phần góc miệng xuống dưới và một chút sang hai bên, từ đó tạo ra biểu cảm buồn. Tương tự như cơ hạ góc miệng, cơ hạ môi dưới (Depressor labii inferioris) cũng có hai bó cơ nằm đối xứng nhau qua hai bên cằm. Chức năng chính mà cơ hạ môi dưới đảm nhận là tham gia vào quá trình nhai và tạo biểu cảm buồn cho khuôn mặt.
12 Luan van Cơ cằm (Mentalis) (hình 2.5) là một bó cơ nhỏ có hai phần trái và phải. Chức năng chính của cơ cằm là nâng phần môi dưới lên trên và đẩy phần môi ra ngoài, hành động này của cơ thương diễn ra khi con người uống nước và biểu hiện một vài cảm xúc trên khuôn mặt như khinh bỉ và buồn bã. Cơ vòng miệng (Orbicularis oris) bao gồm một phần là bề mặt ngoài và một phần nằm sâu bên dưới. Về cơ bản, bó cơ này có chức năng kéo và đẩy môi về phía trước, tạo ra chuyển động chu môi.5: Cơ cằm và cơ vòng miệng 2.
Giải phẫu mắt Sự di chuyển của nhãn cầu trong hốc mắt được quyết định bởi sự co dãn của 6 nhóm cơ ổ mắt với nguyên ủy tại phần xương hốc mắt và bám tận tại bề mặt của cầu mắt. Mỗi một nhóm cơ đều có tên liên quan trực tiếp đến vị trí cũng như chức năng của chúng. Sáu nhóm cơ trên bao gồm: cơ trực trên (Superior rectus), cơ trực dưới (Inferior rectus), cơ trực trong (Medial rectus), cơ trực ngoài (Lateral rectus), cơ chéo trên (Superior oblique) và cơ chéo dưới (Inferior oblique).