I. Tổng quan
Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và thi công bộ điều khiển xe lăn điện sử dụng cảm biến gia tốc" nhằm phát triển một hệ thống điều khiển cho xe lăn điện, giúp người khuyết tật có thể di chuyển dễ dàng hơn. Hệ thống này sử dụng cảm biến gia tốc MPU6050 để thu thập dữ liệu từ các cử động của người dùng, từ đó điều khiển xe lăn thông qua vi điều khiển Arduino. Việc sử dụng cảm biến gia tốc không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn nâng cao tính thẩm mỹ cho thiết bị. Theo thống kê, hơn 7% dân số Việt Nam là người khuyết tật, cho thấy nhu cầu cấp thiết về các thiết bị hỗ trợ di chuyển. Đề tài này không chỉ mang tính ứng dụng cao mà còn thể hiện sự quan tâm đến cộng đồng người khuyết tật.
1.1 Đặt vấn đề
Người khuyết tật thường gặp khó khăn trong việc di chuyển, đặc biệt là những người không thể tự điều khiển xe lăn. Việc phát triển một bộ điều khiển xe lăn điện sử dụng cảm biến gia tốc sẽ giúp họ có thể tự do di chuyển mà không cần sự trợ giúp từ người khác. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng cảm biến để điều khiển xe lăn có thể cải thiện đáng kể khả năng di chuyển của người khuyết tật. Tuy nhiên, nhiều thiết bị hiện tại vẫn còn tồn tại những nhược điểm như thiết kế không thân thiện, khó sử dụng và chi phí cao. Đề tài này hướng đến việc khắc phục những vấn đề đó.
II. Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về cảm biến gia tốc và các công nghệ liên quan. Cảm biến gia tốc MPU6050 là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển xe lăn. Nó có khả năng đo lường gia tốc và góc quay, từ đó cung cấp thông tin cần thiết để điều khiển xe lăn. Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là công nghệ nền tảng cho việc phát triển các cảm biến này. MEMS cho phép tích hợp các thành phần cơ và điện trong một thiết bị nhỏ gọn, giúp giảm kích thước và chi phí sản xuất. Việc hiểu rõ về MEMS và cảm biến gia tốc là rất quan trọng để thiết kế một hệ thống điều khiển hiệu quả.
2.1 Tổng quan về hệ thống vi cơ điện tử MEMS
Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là công nghệ cho phép chế tạo các thiết bị nhỏ gọn với khả năng cảm nhận và điều khiển. MEMS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ô tô, y tế và điện tử tiêu dùng. Các thiết bị MEMS như cảm biến gia tốc có thể được sản xuất với chi phí thấp và hiệu suất cao. Việc sử dụng vật liệu silicon trong chế tạo MEMS giúp tăng độ bền và giảm trọng lượng của thiết bị. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hỗ trợ cho người khuyết tật, giúp họ có thể di chuyển dễ dàng hơn.
III. Thiết kế và thi công
Chương này tập trung vào việc thiết kế và thi công bộ điều khiển cho xe lăn điện. Việc thiết kế bao gồm việc lựa chọn các linh kiện phù hợp như cảm biến gia tốc MPU6050, vi điều khiển Arduino và các mô-đun điều khiển động cơ. Quá trình thi công bao gồm việc lắp ráp các linh kiện, kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống. Mục tiêu là tạo ra một bộ điều khiển dễ sử dụng, an toàn và hiệu quả cho người khuyết tật. Việc tích hợp cảm biến khoảng cách VL53L0X cũng được thực hiện để giúp xe lăn tránh va chạm, nâng cao tính an toàn cho người sử dụng.
3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối hệ thống được thiết kế để thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ điều khiển. Cảm biến gia tốc MPU6050 sẽ thu thập dữ liệu từ các cử động của người dùng và truyền tín hiệu đến vi điều khiển Arduino. Vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu và gửi lệnh điều khiển đến động cơ thông qua mô-đun điều khiển động cơ. Sơ đồ này giúp dễ dàng hình dung cách thức hoạt động của hệ thống và là cơ sở để thực hiện thi công. Việc thiết kế sơ đồ khối rõ ràng sẽ giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình lắp ráp và kiểm tra hệ thống.
IV. Kết quả và đánh giá
Chương này tổng hợp các kết quả đạt được sau khi thi công mô hình. Hệ thống điều khiển xe lăn điện đã được thử nghiệm và đánh giá về hiệu suất hoạt động. Các thử nghiệm cho thấy rằng bộ điều khiển hoạt động ổn định và chính xác, giúp người khuyết tật có thể di chuyển dễ dàng hơn. Việc sử dụng cảm biến gia tốc và cảm biến khoảng cách đã giúp nâng cao tính an toàn và hiệu quả của hệ thống. Đánh giá cũng chỉ ra rằng thiết kế này có thể được cải tiến thêm để nâng cao trải nghiệm người dùng.
4.1 Nhận xét và đánh giá
Kết quả thử nghiệm cho thấy bộ điều khiển hoạt động hiệu quả trong việc điều khiển xe lăn. Người dùng có thể dễ dàng điều khiển xe bằng các cử động đầu, nhờ vào cảm biến gia tốc MPU6050. Hệ thống cũng đã được trang bị cảm biến khoảng cách VL53L0X để phát hiện vật cản, giúp tăng cường an toàn cho người sử dụng. Tuy nhiên, vẫn cần có những cải tiến về giao diện người dùng và tính năng để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người khuyết tật.
V. Kết luận và hướng phát triển
Đề tài đã thành công trong việc thiết kế và thi công bộ điều khiển xe lăn điện sử dụng cảm biến gia tốc. Hệ thống không chỉ giúp người khuyết tật di chuyển dễ dàng mà còn đảm bảo tính an toàn trong quá trình sử dụng. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc cải tiến giao diện điều khiển, tích hợp thêm các tính năng thông minh như điều khiển bằng giọng nói hoặc ứng dụng di động. Việc nghiên cứu và phát triển thêm các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng cuộc sống cho người khuyết tật.
5.1 Hướng phát triển
Trong tương lai, có thể nghiên cứu thêm về việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo để cải thiện khả năng điều khiển của xe lăn. Việc phát triển ứng dụng di động để người dùng có thể điều khiển xe từ xa cũng là một hướng đi tiềm năng. Ngoài ra, việc mở rộng khả năng tương tác giữa các thiết bị cũng sẽ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng, tạo ra một hệ sinh thái hỗ trợ cho người khuyết tật.
