I. Tổng quan về robot hỗ trợ bệnh nhân
Chương này giới thiệu tổng quan về robot hỗ trợ bệnh nhân, tập trung vào ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Tác giả trình bày tình hình nghiên cứu và phát triển robot y tế trên thế giới và tại Việt Nam. Robot hỗ trợ bệnh nhân đang trở thành giải pháp công nghệ quan trọng, giúp cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe, đặc biệt là trong việc hỗ trợ vệ sinh cá nhân. Luận văn hướng tới việc thiết kế robot chăm sóc tự động, giúp bệnh nhân di chuyển từ giường đến nhà vệ sinh và ngược lại.
1.1. Giới thiệu chung về robot hỗ trợ bệnh nhân
Robot hỗ trợ bệnh nhân đang được ứng dụng rộng rãi trong y tế, giúp giảm gánh nặng cho nhân viên y tế và cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Tại Việt Nam, số lượng bệnh nhân mất khả năng vận động do tai nạn giao thông hoặc bệnh lý ngày càng tăng. Robot y tế được thiết kế để hỗ trợ bệnh nhân trong các hoạt động hàng ngày, đặc biệt là vệ sinh cá nhân. Các giải pháp hiện tại như xe lăn và toilet đặc biệt vẫn còn hạn chế, đòi hỏi sự hỗ trợ từ người khác. Robot chăm sóc tự động sẽ giải quyết vấn đề này, mang lại sự thoải mái và độc lập cho bệnh nhân.
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng robot hỗ trợ y tế trên thế giới
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu về robot hỗ trợ y tế đã được thực hiện. Ví dụ, Toyota giới thiệu robot Independent Walk Assist giúp bệnh nhân đi lại dễ dàng. Các robot như Patient Transfer Assist hỗ trợ di chuyển bệnh nhân từ giường sang xe lăn. Ngoài ra, robot Balance Training Assistance giúp bệnh nhân tập giữ thăng bằng thông qua trò chơi. Những sản phẩm này đã chứng minh hiệu quả trong việc hỗ trợ bệnh nhân, đặc biệt là người già và người khuyết tật. Tuy nhiên, chi phí và kỹ thuật vẫn là rào cản lớn đối với việc phổ biến rộng rãi.
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng robot hỗ trợ y tế trong nước
Tại Việt Nam, nghiên cứu về robot hỗ trợ y tế còn hạn chế do thiếu kinh phí và công nghệ. Một số sản phẩm như xe lăn điều khiển bằng mắt đã được phát triển, nhưng chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế. Nhóm nghiên cứu của GS. Võ Văn Tới đã chế tạo thành công xe lăn thông minh, có khả năng tránh vật cản và di chuyển tự động. Tuy nhiên, việc ứng dụng robot chăm sóc trong y tế vẫn còn nhiều thách thức, đòi hỏi sự đầu tư và phát triển công nghệ mạnh mẽ hơn.
II. Mô hình hóa động học và động lực học
Chương này tập trung vào việc mô hình hóa hệ thống robot để phục vụ cho quá trình điều khiển. Tác giả sử dụng các phương pháp toán học để xác định vị trí, vận tốc và gia tốc của robot trong không gian làm việc. Mô hình động học và động lực học được xây dựng dựa trên các thông số kỹ thuật của robot, bao gồm kích thước, trọng lượng và khả năng di chuyển. Các phương trình được thiết lập để mô phỏng hoạt động của robot, từ đó tối ưu hóa quá trình điều khiển.
2.1. Hệ trục tọa độ và mô hình động học
Để mô hình hóa robot di động, tác giả sử dụng hai hệ trục tọa độ: hệ tọa độ gắn cố định vào robot và hệ tọa độ quán tính. Mô hình động học được xây dựng dựa trên các thông số như vận tốc góc, vận tốc tịnh tiến và góc quay của robot. Các phương trình động học được thiết lập để xác định vị trí và hướng di chuyển của robot trong không gian làm việc. Điều này giúp robot có thể bám theo quỹ đạo định sẵn một cách chính xác.
2.2. Mô hình động lực học
Mô hình động lực học được sử dụng để phân tích lực và mô-men tác động lên robot trong quá trình di chuyển. Tác giả xác định các thông số như khối lượng, ma sát và lực đẩy để tính toán chính xác chuyển động của robot. Các phương trình động lực học được thiết lập để mô phỏng hoạt động của robot trong các điều kiện khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống robot trong quá trình hỗ trợ bệnh nhân.
III. Thiết kế bộ điều khiển
Chương này trình bày quá trình thiết kế bộ điều khiển cho robot, bao gồm các phương pháp điều khiển động học và động lực học. Tác giả sử dụng các giải thuật như PID và computed torque để điều khiển robot bám theo quỹ đạo định sẵn. Các kết quả mô phỏng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều khiển. Bộ điều khiển được thiết kế để đảm bảo robot di chuyển chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của bài toán hỗ trợ bệnh nhân.
3.1. Thiết kế quỹ đạo và bộ điều khiển động học
Tác giả thiết kế quỹ đạo di chuyển cho robot dựa trên yêu cầu của bài toán. Bộ điều khiển động học được sử dụng để điều khiển robot bám theo quỹ đạo định sẵn. Các phương pháp như PID được áp dụng để điều chỉnh vận tốc và hướng di chuyển của robot. Kết quả mô phỏng cho thấy robot có thể di chuyển chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của bài toán hỗ trợ bệnh nhân.
3.2. Thiết kế bộ điều khiển động lực học
Bộ điều khiển động lực học được thiết kế để điều khiển lực và mô-men tác động lên robot. Tác giả sử dụng phương pháp computed torque để tính toán chính xác lực đẩy và mô-men cần thiết cho robot. Các kết quả mô phỏng cho thấy robot có thể di chuyển ổn định và chính xác trong các điều kiện khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống robot trong quá trình hỗ trợ bệnh nhân.
IV. Định vị robot và kết quả thực nghiệm
Chương này trình bày các phương pháp định vị và kết quả thực nghiệm của hệ thống robot. Tác giả sử dụng các phương pháp như dead reckoning và UMBmark để định vị và sửa lỗi sai số hệ thống. Các kết quả thực nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các phương pháp định vị. Robot hỗ trợ bệnh nhân được chứng minh là có khả năng di chuyển chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của bài toán hỗ trợ vệ sinh cá nhân.
4.1. Phương pháp định vị và sửa lỗi sai số
Tác giả sử dụng phương pháp dead reckoning để định vị robot trong không gian làm việc. Phương pháp UMBmark được áp dụng để sửa lỗi sai số hệ thống. Các kết quả thực nghiệm cho thấy robot có thể định vị chính xác và sửa lỗi sai số một cách hiệu quả. Điều này giúp robot di chuyển chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của bài toán hỗ trợ bệnh nhân.
4.2. Kết quả thực nghiệm
Các kết quả thực nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu quả của hệ thống robot. Robot được chứng minh là có khả năng di chuyển chính xác và ổn định, đáp ứng yêu cầu của bài toán hỗ trợ vệ sinh cá nhân. Các kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp công nghệ được đề xuất trong luận văn.
