Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo găng tay hỗ trợ thông minh dành cho bệnh nhân nhược cơ

• Tác giả: Nguyen Hai Dang
• Người hướng dẫn: Tran Minh Thien, Ph.
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechatronics Engineering Technology
• Đề tài: Research, Design, and Fabrication of Smart Assistive Gloves for Myasthenia Patients
• Loại tài liệu: Graduation thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Motivation
• 1.2. Research subjects and scope
• 1.2.1. Research subjects
• 1.2.2. Research scopes
• 1.3. Structure of the report
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Introduction to the device's target users
• 2.2. Introduction to Myashenia Gravis
• 2.3. Overview of human hand anatomy
• 2.4. A research overview of assistive gloves
• 2.5. The challenges in research and development
• 2.5.1. The challenges in the transmission mechanism design
• 2.5.2. The challenges in designing control system
• 2.6. Solutions for gloves using soft and flexible material
• 2.7. Solutions for mechanical transmission
• 2.8. Solutions for system control
• 3. CHƯƠNG 3: RESEARCH, DESIGN, AND FABRICATION OF THE ASSISTIVE GLOVE
• 3.1. Approach for designing the soft glove
• 3.2. Components of the glove
• 3.3. Initial design concept
• 3.4. Final design proposal - retaining advantages and addressing disadvantages
• 3.5. The kinematic model of the glove with human fingers
• 3.6. Fabricating, testing, and evaluating of the assistive glove
• 3.6.1. Design and fabrication process of Assistive Gloves
• 3.6.2. Testing and evaluation
• 4. CHƯƠNG 4: DESIGN AND FABRICATION OF THE MECHANICAL TRANSMISSION
• 4.1. The operating principle of the gloves using tendon-driven transmission
• 4.2. Technical requirements for transmission mechanism
• 4.3. Approaches to design of transmission mechanism
• 4.3.1. Approach 1 – The string-tension mechanism using spring elastic force
• 4.3.2. Approach 2 – The tendon-controlling transmission mechanism
• 4.4. Calculate and design the transmission mechanism
• 4.4.1. Choose the tendon wire
• 4.4.2. Calculate the dimension of the main coil and the feeding coil
• 4.4.3. Calculate and choose the motor
• 4.4.4. Select the ball bearings
• 4.5. The fabrication of the mechanical transmission
• 4.5.1. Details fabrication and assembly
• 5. CHƯƠNG 5: THE DEVELOPMENT OF CONTROL PROGRAM AND DEVICE OPERATION EXPERIMENTS
• 5.1. Device control purposes
• 5.2. Actuator controlling system
• 5.2.1. The system overview
• 5.2.2. Components in the control system
• 5.2.3. Interface with the STMCubeMonitor application
• 5.3. Responses of the system
• 5.3.1. Read and filter signal noise from bending sensors (Flex sensors)
• 5.3.2. Finger’s range of movement calibration feature
• 5.3.3. DC motor position control responses
• 5.3.4. The controller flowchart
• 5.3.5. The device's responses in finger contraction and extension support
• 6. CHƯƠNG 6: CONCLUSIONS AND FUTURE DEVELOPMENT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về găng tay thông minh và bệnh nhân nhược cơ

Phần này giới thiệu về mục tiêu của đồ án, tập trung vào việc thiết kế và chế tạo găng tay thông minh hỗ trợ bệnh nhân nhược cơ. Găng tay thông minh được làm từ vật liệu TPU (Thermoplastic Polyurethanes), thân thiện với da và môi trường. Đồ án nhằm giải quyết khó khăn của bệnh nhân trong việc cầm nắm vật dụng hàng ngày, thông qua cơ chế truyền động dây (tendon-driven mechanism).

1.1. Mục tiêu của đồ án

Đồ án hướng đến việc thiết kế găng tay mềm, an toàn và tiện lợi cho người dùng. Nghiên cứu và phát triển hệ thống truyền động sử dụng một động cơ duy nhất để điều khiển vị trí của ngón trỏ và ngón giữa. Đánh giá khả năng co duỗi và cầm nắm của găng tay thông qua các thử nghiệm thực tế.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là găng tay y tế hỗ trợ bệnh nhân nhược cơ. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, chế tạo và thử nghiệm cơ chế truyền động dây, không yêu cầu lực căng trước, đảm bảo an toàn và thoải mái cho người dùng.

II. Thiết kế găng tay và công nghệ hỗ trợ

Phần này tập trung vào quá trình thiết kế găng tay và các công nghệ hỗ trợ được áp dụng. Găng tay được thiết kế với cấu trúc mềm, sử dụng vật liệu TPU và tích hợp cảm biến uốn (flex sensors) để thu thập tín hiệu phản hồi. Cơ chế truyền động dây được nghiên cứu để đảm bảo khả năng co duỗi linh hoạt và an toàn.

2.1. Cấu trúc và vật liệu của găng tay

Găng tay được làm từ TPU, một vật liệu mềm, không gây kích ứng da và thân thiện với môi trường. Cấu trúc mềm giúp găng tay linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh theo kích thước tay của từng bệnh nhân.

2.2. Cơ chế truyền động dây

Cơ chế truyền động dây được thiết kế để điều khiển sự co duỗi của ngón tay. Hệ thống sử dụng một động cơ DC để điều khiển vị trí của ngón trỏ và ngón giữa, đảm bảo sự đồng bộ và an toàn trong quá trình sử dụng.

III. Chế tạo găng tay và thử nghiệm

Phần này mô tả quá trình chế tạo găng tay và các thử nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu quả của sản phẩm. Găng tay được chế tạo thông qua công nghệ in 3D, đảm bảo độ chính xác và tùy chỉnh theo nhu cầu của người dùng. Các thử nghiệm tập trung vào khả năng co duỗi và cầm nắm của găng tay.

3.1. Quy trình chế tạo

Găng tay được chế tạo bằng công nghệ in 3D, sử dụng vật liệu TPU. Quy trình bao gồm thiết kế mô hình 3D, in ấn và lắp ráp các thành phần của găng tay.

3.2. Thử nghiệm và đánh giá

Các thử nghiệm được thực hiện để đánh giá khả năng co duỗi và cầm nắm của găng tay. Kết quả cho thấy găng tay có hiệu quả cao trong việc hỗ trợ bệnh nhân thực hiện các hoạt động hàng ngày.

IV. Giải pháp công nghệ và ứng dụng thực tế

Phần này phân tích các giải pháp công nghệ được áp dụng trong đồ án và ứng dụng thực tế của găng tay thông minh. Găng tay không chỉ hỗ trợ bệnh nhân nhược cơ mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực y tế khác, như phục hồi chức năng và hỗ trợ người già.

4.1. Giải pháp công nghệ

Đồ án áp dụng các công nghệ tiên tiến như cảm biến uốn, cơ chế truyền động dây và điều khiển bằng động cơ DC. Các giải pháp này đảm bảo tính linh hoạt, an toàn và hiệu quả của găng tay.

4.2. Ứng dụng thực tế

Găng tay thông minh có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, đặc biệt là hỗ trợ bệnh nhân nhược cơ và phục hồi chức năng. Sản phẩm cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ người già trong các hoạt động hàng ngày.