Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Thiết kế và chế tạo cảm biến đo lực bước đi

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là thiết kế và chế tạo cảm biến đo lực bước đi, nhằm cung cấp dữ liệu chính xác về lực và hướng di chuyển của bàn chân. Thiết bị này không chỉ giúp bác sĩ trong việc chẩn đoán tình trạng sức khỏe mà còn hỗ trợ các vận động viên trong việc tối ưu hóa kỹ thuật thi đấu. Đặc biệt, việc sử dụng cảm biến này trong xây dựng sẽ giúp các kỹ sư tính toán chính xác hơn về thiết kế cầu thang và các công trình khác. Nghiên cứu này cũng hướng tới việc phát triển một cơ sở dữ liệu phong phú về lực tác động từ bàn chân, từ đó có thể đưa ra các giải pháp cải thiện sức khỏe và hiệu suất vận động.

Nghiên cứu về cảm biến đo lực bước đi đã có từ hàng thập kỷ trước, bắt nguồn từ những nghiên cứu về phân tích dáng đi của con người. Các thiết bị đầu tiên được phát triển nhằm mục đích nghiên cứu và phân tích dáng đi, từ đó cải tiến dần theo thời gian. Các nhà khoa học như Giovani Borelli và Wilhelm Fischer đã có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển các thiết bị đo lực. Đến nay, nhiều công ty và phòng thí nghiệm đã sản xuất các thiết bị cảm biến đo lực bước đi, phục vụ cho các lĩnh vực y học, thể thao và xây dựng. Những thiết bị này không chỉ giúp theo dõi tình trạng sức khỏe mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các công trình xây dựng an toàn và hiệu quả.

Quá trình tính toán chế tạo loadcell bắt đầu bằng việc lựa chọn strain gauge phù hợp. Các thông số kỹ thuật của strain gauge được phân tích để đảm bảo khả năng đo lực chính xác. Tiếp theo, thiết kế gối đỡ và bàn đo lực bước chân được thực hiện, nhằm tối ưu hóa khả năng chịu tải và độ bền của thiết bị. Các giá trị tải trọng và điểm ứng lực cũng được tính toán cẩn thận, đảm bảo rằng cảm biến có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Cuối cùng, việc xây dựng mạch khuếch đại thuật toán và bộ lọc Kalman giúp cải thiện chất lượng tín hiệu thu thập, từ đó nâng cao độ chính xác của cảm biến.

Các thử nghiệm mô hình được thực hiện với nhiều điều kiện khác nhau để đánh giá hiệu suất của cảm biến. Kết quả cho thấy cảm biến có khả năng đo lực chính xác trong các tình huống thực tế. Các thử nghiệm với vector lực đơn phương và tổng hợp đã được tiến hành, từ đó phân tích được các thông số quan trọng như lực tác động và chiều dài sải chân tối ưu. Những dữ liệu thu thập được sẽ được sử dụng để cải thiện thiết kế và nâng cao hiệu suất của cảm biến trong tương lai. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn trong ứng dụng thực tiễn, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống cho người sử dụng.

Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải tiến công nghệ chế tạo cảm biến đo lực bước đi. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới có thể giúp nâng cao độ bền và độ chính xác của thiết bị. Ngoài ra, việc mở rộng ứng dụng của cảm biến trong các lĩnh vực khác như phục hồi chức năng và thể thao chuyên nghiệp cũng sẽ được xem xét. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ cần tập trung vào việc xây dựng cơ sở dữ liệu lớn từ các thử nghiệm thực tế, từ đó phát triển các thuật toán phân tích dữ liệu hiệu quả hơn. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghệ cảm biến.