MỤC LỤC

Mục lục ........................................................................................................................... 1
Danh mục viết tắt........................................................................................................... 4
Danh mục hình ảnh ....................................................................................................... 5
Tóm tắt đề tài ................................................................................................................. 7
Phần 1:Đặt vấn đề ........................................................................................................ 8
1.1 Tính cấp thiết đề tài ................................................................................................... 8
1.2 Lí do chọn đề tài ....................................................................................................... 9
Phần 2:Tổng quan nghiên cứu ................................................................................... 10
2.1 Tổng quan đề tài ...................................................................................................... 10
2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí ............................................................................. 10
2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp. ......................................................................... 10
2.1.3 Giao diện não trực tiếp ......................................................................................... 11
2.2 Tình hình trong nước. .............................................................................................. 12
2.3 Tình hình trên thế giới. ............................................................................................ 13
2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề. ............................................................. 15
2.4.1 Thiết kế vật lý. ...................................................................................................... 15
2.4.2 Kế hoạch kiểm soát. ............................................................................................. 15
2.4.3 Thực tiễn ............................................................................................................... 15
2.4.4 Giá cả phải chăng . ............................................................................................... 15
Phần 3:Mục tiệu và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 16
3.1 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................. 16
3.2 Phương pháp nghiên cứu. ........................................................................................ 16
1


Phần 4: Cơ sở lý thuyết. .............................................................................................. 17
4.1 Tay người................................................................................................................. 17
4.2 Khả năng của bàn tay giả: ....................................................................................... 19
4.3 Cánh tay robot.. ....................................................................................................... 19

7.10 Kiểm soát ............................................................................................................... 43
Phần 8: Thi công mô hình ........................................................................................... 45
8.1 Lắp ráp phần cơ khí ................................................................................................. 45
8.1.1 Bước 1 .................................................................................................................. 45
8.1.2 Bước 2 .................................................................................................................. 53
8.2 Hoàn thành phần điện tử vào phần cơ khí ............................................................... 54
Phần 9 :Kết luận và hướng phát triển ....................................................................... 56
9.1 Kết luận ................................................................................................................... 56
9.2 Đề xuất và kiến nghị ................................................................................................ 56
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 58
Phụ lục code lập trình vi điều khiển .......................................................................... 59

3


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EMg – ( Electro Myography) Cảm biến điện cảm.
ABS – (Acrylonitrile butadiene styrene) nhựa ABS.
PLA – ( Polyactic Acid) chất dẻo PLA.
PIC – (Peripheral Interface Controller) Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi.
DOF – (Degree of Freedom) Bậc tự do.

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Người khuyết tật ở Việt Nam .............................................................................. 8
Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp .................................................................... 10
Hình 2. 2: Hệ thống điều khiển bằng cơ bắp qua mạnh EMG ........................................... 11
Hình 2. 3: Điều khiển bằng sóng não ................................................................................. 11

Hình 7. 9: biểu đồ sóng cảm biến cơ EMG ........................................................................ 39
Hình 7. 10: pin 9v ............................................................................................................... 40
Hình 7. 11: xung tín hiệu .................................................................................................... 41
Hình 7. 12: sơ đồ năm đường xung tìn hiệu ....................................................................... 42
Hình 7. 13: sơ đồ khối ........................................................................................................ 43
Hình 7. 14: cảm biến lực được gắn vào tay ........................................................................ 44
Hình 7. 15: phần mềm đo giá tri lực trung bình ................................................................ 44
Hình 8. 1: cánh tay hoàn chỉnh ........................................................................................... 51
Hình 8. 2: động cơ được lắp hoàn chỉnh ............................................................................ 52
Hình 8. 3: Đường dây gân nối với servo ............................................................................ 53
Hình 8. 4: sơ đồ nối dây của servo và mạch điện ............................................................... 54
Hình 8. 5: kết nối cánh tay với mạch điện .......................................................................... 54
Hình 8. 6: mạch cảm biến được kết nối với tay người ....................................................... 55

6


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong suốt toàn bộ luận án này, nó đã được tiếp cận như là một nỗ lực toàn thời
gian. Sản xuất, lắp ráp và thử nghiệm đã được thực hiện trong ngày tháng qua ,để có được
nghiên cứu, thiết kế và tài liệu. Một thiết kế in 3D cho một bộ phận giả tạo được đưa ra.
Cánh tay điện tử hoạt động và kiểm soát bởi một người sử dụng uốn cơ của mình. Các
cánh tay robot trình bày có tiềm năng sẽ được sử dụng bởi một cảm biến cơ bắp hoặc
người bị khuyết tật một chi. Loại công nghệ này có tồn tại mặc dù nó là đắt tiền và nói
chung không có sẵn cho người dân trong việc phát triển quốc gia.
Tăng trưởng nhanh và tiến bộ của ngành công nghiệp in ấn 3D cho phép các cá
nhân trở thành các nhà sản xuất quy mô nhỏ. Những tiến bộ gần đây cho thấy những cánh
tay giả giả 3D được in gắn liền với nạn nhân chiến tranh khắp thế giới. Các thiết bị như
vậy là hoàn toàn cơ khí và ít phức tạp hơn các thiết bị điện cơ. Tuy nhiên, chúng ta có thể
thấy rằng 3D in thiết bị có tiềm năng tích cực ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. In

nhiều chức năng càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày
có thể hoàn toàn thay thế chân tay bị thiếu.
Giúp người khuyết tật có thể hòa nhập với cộng động, giúp họ có thực hiện những
hoạt động sinh hoạt thường ngày như cầm, nắm một cách thuận lợi ,họ có thể có được
việc làm ,tang them thu nhập cho bản than và gia đình.
Ý tưởng để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng in 3D đem lại nhiều hiệu quả và ưu
điểm là rất khả thi và hoàn toàn có thể thành hiện thực. Trong một tương lai gần, nếu
được đầu tư, nghiên cứu nghiêm túc và ứng dụng vào lĩnh vực y học, trước tiên là để
nghiên cứu học tập tại các phòng thí nghiệm, và sau khi cánh tay robot đi vào hoạt động
sản xuất mang lại giá trị xã hội và kinh tế tạo ra các bộ phận nhân tạo phục vụ cho người
khuyết tật hiện nay là điều quan trọng và cấp bách nhất.
Vì vậy, nhóm tác giả quyết định chọn đề tài
“NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT DÀNH
CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT”

9


PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quan đề tài
Có một số loại cơ cấu cánh tay giả đã được tạo ra trên thế giới. Chúng thường được
nhóm với cách thức kiểm soát thiết bị như sau.
2.1.1 Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí
Thiết bị được điều khiển bằng dây nịt nối với người sử dụng. Đây nói chung là
một thiết bị đơn giản như một móc cơ học được liên kết với khuỷu tay/vai. Mặc dù các
thiết bị này tương đối đơn giản nhưng chúng vẫn là loại phổ biến nhất hiện nay.

Hình 2. 1: Hệ thống điều khiển bằng dây cáp
2.1.2 Khớp giả kiểm soát bằng cơ bắp
Các bộ phận giả giả thần kinh cơ đo tín hiệu electromyography (EMG) được tạo ra

nạn lao động, hậu quả thiên tai…
Đã có nhiều học sinh ,sinh viên đã thực hiện nghiên cứu và cho ra sản phẩm về
cánh tay robot , cụ thể là em hoc sinh cấp ba Phạm Huy, học sinh lớp 11 trường THPT

Quảng Trị.

Hình 2. 4: Học sinh Phạm Huy và sản phẩm cánh tay robot

12


Chiến sĩ quả cảm Đinh Văn Dương - người sống sót duy nhất vụ rơi máy bay
Mi171 được trao tay giả.

Hình 2. 5: Chiến sĩ sống sót vụ rơi máy bay Mi171 đã có tay giả

2.3 Tình hình trên thế giới
Sang-won Leigh, một nghiên cứu sinh của Học viện Massachusetts (MIT), đã cùng
với giáo sư của mình là Pattie Maes phát triển một thiết bị đeo tay có thể gắn vào cổ tay
của bạn và giúp bạn có thêm vài ngón tay robot.

13


Hình 2. 6: cánh tay robot
Mẫu Robot in 3d bằng nhựa dẻo với kích thước có tỉ lệ 1~1 của công ty Inmoov
với người thật của Geal có khả năng phản hồi, làm theo những lệnh bằng Tiếng Anh. Hơn
nữa, nó còn có thể có thể nhặt và thả những trái bóng nhỏ và xoay đầu để nhìn theo con
người. Thật đặc biệt. Robot này đã xuất hiện lần đầu tiên tại hội chợ công nghệ tại
Rumani trong tháng trước. Ý tưởng về con Robot này được hình thành từ chính cánh tay

15


PHẦN 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu tổng quát của một bộ phận giả là thực hiện lại càng nhiều chức năng
càng tốt cho một người khuyết tật. Mục tiêu cuối cùng sẽ đến một ngày có thể hoàn toàn
thay thế chân tay bị thiếu.
Mục đích của công việc này là thiết kế và xây dựng một cánh tay giả thông qua
công nghệ in 3D. Người sử dụng thiết bị này sẽ có thể kiểm soát cánh tay bằng cách uốn
cong cơ thể phát hiện bằng cách sử dụng bộ cảm biến cơ bắp.
Máy in 3D hiện đại cho phép tạo ra các chi tiết cơ khí chi tiết và lắp ráp tương đối
nhanh. Việc chế tạo các thiết kế phức tạp bằng các phương pháp khác sẽ còn nhiều đắt
tiền và sẽ không thể có trong một thời gian ngắn như vậy. Lợi ích của hệ thống này là nó
là một chi phí thấp và cách tương đối đơn giản kiểm soát ngón tay.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Rất khó để tạo ra một thiết kế đặc biệt từ những bước đầu tiên. Nhiều giải pháp có
thể có vẻ hợp lý lúc đầu nhưng sau đó dẫn đến những vấn đề không được giải quyết.
Qua nhiều tháng không chỉ lãng phí thời gian quý báu, nhóm đã tìm ra được hướng
giải quyết ,một phương pháp tốt nhất là tạo ra nguyên mẫu các chi tiết của bàn tay bằng
công nghệ in 3D. In 3D cho phép chúng tôi dễ dàng tạo ra chi tiết và thuận lợi trong việc
lắp ráp.

16


PHẦN 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4.1 Tay người
Bàn tay con người bao gồm ít nhất 27 xương (tùy thuộc vào cá nhân) , nhiều hơn
30 cơ cá thể và trên 100 dây chằng dây thần kinh, dây thần kinh và động mạch.

bày dưới đây.
Vấn đề với kiểu thiết kế này là không có sự kiểm soát đối với khớp ngón tay cá
nhân.Tất cả các khớp trong ngón tay được kiểm soát thông qua một bộ truyền động duy
nhất có nghĩa là toàn bộ ngón tay chỉ có một mức độ tự do - những ngón tay chỉ có thể mở
/ đóng theo một cách duy nhất. Trong thực tế một ngón tay của con người có thể kiểm
soát các khớp cá nhân nên có khả năng uốn cong trong nhiều cách, được hiển thị bên
dưới,do thiếu kiểm soát tốt trong các ngón tay như cố gắng để đan, may hoặc chơi một
nhạc cụ như một cây đàn guitar với một cánh tay robot hiện đại sẽ là một việc cực kỳ khó
khăn.
4.3 Cánh tay robot.
Sử dụng hoạt động của cơ xung quanh cẳng tay trên. Người sử dụng cơ bản không
kiểm soát các cử động ngón tay cá nhân, thay vào đó họ có thể chọn một mô hình nắm và
giản ra.
Cánh tay robot được điều khiển qua điện cực đồ thị điện (EMG) đặt trên bề mặt
của da người sử dụng. Vị trí của các điện cực này phụ thuộc vào mức độ cắt cụt nhưng
thường là ở phần trên cẳng tay. Phần mềm máy tính cân bằng có thể là được sử dụng để
điều chỉnh một số cài đặt để tăng cường kiểm soát của người dùng về thiết bị và điều
chỉnh hệ thống với tín hiệu thần kinh của người sử dụng.
Mức độ kiểm soát EMG phụ thuộc vào việc cắt cụ thể nhưng thường giới hạn ở chỉ
có một vài lệnh khác nhau mà không thể được thực hiện đồng thời.Trên thực tế, nó là do
hạn chế này trong kiểm soát mà một hệ thống nắm bắt được xác định trước và một cách
thủ công ngón tay điều chỉnh được thiết kế. Nếu một hệ thống phức tạp hơn được thiết kế,
người dùng sẽ chỉ đơn giản là không có cách kiểm soát nó.
4.4 Cánh tay robot và công nghệ in 3D.
Trong vài năm qua phát triển công nghệ in 3D chân tay giả với vật liệu nhựa đã
trở nên khá phổ biến .Kết hợp kiến thức về thiết kế cơ khí vào sản xuất in 3D cho ra ý
19


tưởng ngón tay được điều khiển bằng các gân hoạt động thông qua động cơ servo và dây


Hình 5. 1: Động cơ lắp ở khủy tay
21


Thể hiện trên trang sau đây là một số phác thảo khái niệm đầu tiên phác thảo một
số bắt đầu quan trọng ý tưởng. Sự lựa chọn sử dụng động cơ servo tiêu chuẩn để kéo gân
được thực hiện rất sớm. Servo Motors được điều khiển động cơ điện DC có thể được điều
khiển để xoay để cụ thể vị trí góc cạnh.ông mô hình cuối cùng vẫn còn kết hợp một số
trong những tính năng thiết kế ban đầu tuy nhiên nhiều phím các điểm thiết kế đã thay đổi
như vị trí servo và việc sử dụng các bánh lái. Những hình ảnh dưới đây là một số thiết kế
sớm hơn phát triển. Hình ảnh ở phía dưới bên cho thấy lắp ráp các thành phần cơ học
riêng lẻ của bàn tay.

Hình 5. 2: Cánh tay thi công thực tế

22


5.1.2 Thiết kế hỗ trợ máy tính
Solidworks là một gói phần mềm thiết kế máy tính được làm cho mô hình cơ học
rắn ,linh kiện và bộ phận lắp ráp. Solidworks là một công cụ phổ biến trong ngành công
nghiệp kỹ thuật và cóđược sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế và phân tích các thành
phần cơ khí


Ngón tay.
Mỗi ngón tay bao gồm ba thành phần được in cùng với vật liệu polypropylene.

Gân nhân tạo vòng quanh đầu bên trong của ngón tay để tạo ra một điểm khóa gân. Gân


24




Lòng bàn tay

Mỗi ngón tay kết nối với lòng bàn tay bằng trục kim loại.

Hình 5. 5: Lòng bàn tay


Hệ thống điều khiển.

Các dây chằng quấn xung quanh sườn servo tạo ra một vòng khép kín được hiển thị
phía dưới. Khi động cơ servo quay một chiều, nó kéo trên gân và đóng ngón tay. Đến
mở ngón tay động cơ được xoay theo hướng đối diện.

25