Luận văn thiết kế hệ thống Điều khiển mô phỏng chuyển Động cánh tay

Téi xin cam đoan toàn bộ nội đụng được trình bảy trong ban luận văn nay là kết quả tìm hiểu và nghiên cửu của riêng tôi, trong quả trình nghiên cứu dễ tải “Thiết kế hệ thông điều khiển m

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO |

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOT

Pham Quốc Anh

THIẾT KẾ HỆ THÔNG ĐIÊU KHIÊN MO PHONG CHUYEN ĐỘNG

CANH TAY

Chuyên ngành : KỸ THUẬT Y SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1 TS Nguyễn Phan Kiên

Hà Nội — 201 5

Trang 2

Lời Cam Đoan

Téi la PHAM QUỐC ANH, học viên cao học lớp Kỹ Thuật Ÿ 5imh khỏa 2013 -

2015 Thay giáo hưởng dẫn là T8 Nguyễn Phan Kiên

Téi xin cam đoan toàn bộ nội đụng được trình bảy trong ban luận văn nay là

kết quả tìm hiểu và nghiên cửu của riêng tôi, trong quả trình nghiên cứu dễ tải

“Thiết kế hệ thông điều khiển mô phóng chuyển động cánh tay” Cac kết quả và dữ

liêu được riều trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ rằng Mọi thông tị trích

cần đều được tuân theo luật sở hữu tri tuệ, liệt kê rõ ràng các tải liệu tham kháo Lồi

xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội đưng được viết trong luận văn này

Hà nội, ngày 23 tháng 9 năm 2015

Học viên

Phạm Quốc Anh.

Trang 3

Mục Lục Loi Cam Đoan

Chương T: Tổng quan về điều khiến mô phỏng, chuyển động cơ thế

1.1 Định nghĩa vẻ mồ phóng va điều khiến mô phỏng,

2.1 Canh tay và chuyển động cửa các bộ phận trên cánh tay 15

2.1.2 Chuyến động của các phần trên cảnh tay 17

2.2.1 Căm biến biển dạng, cảm biến dịch chuyển 19

2.3 Giải thuật xử lý dữ liệu và lý thuyết điều khiẩn o oi 2S

2.3.1 Giái thuật xứ lý dữ liệu: à cenceiseeeeioieree 26

Chương 3: Thiết kế hệ thông diều khiển mỏ phỏng cho cảnh tay 29 3.1 Giới thiệu chung về bệ thống điều khiến mô phòng chuyển động cánh tay 22 3.2 Khối cảm biển và nhận đạng chuyến déng- B6 cảm biên biến trở trượt và

Trang 4

Danh mục ký hiệu và viết tắt

Digit] Motion Processor Hlectromyo Graphy Interfacing Intergrated Circuit Microclectromechanical systems Pulse Width Modulation Serial Clock for 12C Serial Data for 12C

Trang 5

Danh mục bảng biểu

du diễn phạm vĩ góc hoại động các khớp của chỉ trên

Trang 6

Trang 7

Danh mục hình vẽ

Tình 1-1 Minh hợa cho hệ thống mỗ phẳng lắp rắn mảy cơ khí và hệ

hống mô phỏng chuyển động cánh tay trên máy tỉnh

Tnh 1-2 Bên trái: Cánh tay 22 dùng cho người khuyết tật với 22 bậc

ty do Ban phi

yo Gesture contra] band ciia Myo, M§

Linh 2-1 Cu tao xương cảnh †ay

Hình 2-2 Cầu tạo xuong cang tay

Tình 2-3 Cầu tạo xương bàn tay

linh 2-4 Mô tã nguyên lý làm việc chung cả cảm biến

Tinh 2-5, So sánh bễ mặt tiếp xúc của ngón tay và cang Tay

Tình 2-6 Nguyên

linh 2-7 Nguyên lý hoạt động của cảm biển gia tice MEMS

Tình 2-8 Tiên trình xử lý tín hiệu của hệ thông

Tình 3-1 Sơ dỗ khối của Hệ thống diều khiển mô phỏng chuyển dộng

củnh tny

Tình 3-2 Hình minh hợa chú hộ cảm hiến biến trở thanh trượt

Hình 3-3 Nguyên lý hoạt dộng của biển trở 1 là

trở, 2 là vị frí của con chạy trên biến tré

TBnh 3-5 Sơ đồ Idhối của cảm biến la bàn MPU6050

Tình 3-6 Module cam bién MPU6050

Hình 3-7 Ví diều khiến ATMEGA328

Tình 3-8 Các cổng vào của Arduino Uno

Tình 3-9 Kết núi giữa Arduinn và MPU6050 theo giau thức T2C

Hình 3-10 Minh họa cho kết nỗi giữa biến trở và Arduino

Tĩnh 4-1 Các cử động mô phỏng qua cơ câu chấp hành của ngún tay

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Trang 11

tổ rất tiêm nẵng trong sự phát triển của các cuôơ sống hiện dai Do vậy việc nghiên cứu các vẫn đề về mô phóng chuyển động mang tỉnh thời sự Lễ nghiên cứu và thiết

+é hệ thẳng điều khiến mỏ phỏng chuyền động cho cánh tay bằng sử đụng cảm biến

biển trở trượt và cảm biến la bàn trên nên Arduino, luận văn của tôi gồm bốn chương: Chương 1: Giới thiệu chung về mô phỏng chuyên động của cơ thể Chương 3: Cơ sở lý thuyết về câm biến và điểu khiến, Chương 3: Thiết kế hệ thông điều khiển mô phỏng cho cảnh tay Chương 4: Kết quá vả Bản luận 'Irong luận văn này,

tác giả tập trang chỉnh vào mö phỏng vị trí chuyển động của cảnh tay Dề tải đã

được hoàn thành đúng thời hạn dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Phan Kiên — Giảng viên Viện Điện Tử - Viễn Thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà

Nội vả các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực của bản thân Tôi xin chân thành cảm

ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy giáo, cô giáo thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà

Nội đã giúp đỡ tôi trong quả trình học tập cũng như quá trình nghiền cửu thực hiện

Juan văn Vì nhiều điều kiện khách quan và khả năng của bản thân, luận văn hoàn

thành chắc chắn còn thiểu sót Rất mong sự góp ý của các thây cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Trang 12

3.3.1 Bộ cảm biển biến trở thanh trượt

3.2.2 Cảm biển gia tốc góc/ la bản MPU6050

3.3 Khối xử lý- Arduina Uno

3.3.1 Thông số của đrduino LĨNO HỖ is 3.3.2, Chương trình điều khiển:

Chương 4: Kết quả và Bàn luận

'Tải Liệu tham kháo

Phy Lue

Trang 13

Trang 14

Chương 1: Tổng quan về điều khiển mô phỏng chuyển động cơ thể

1.1 Định nghĩa về mô phông và điều khiên mô phông:

Mô phông là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu được hệ

thống thực, mô phỏng là tiên hành thử nghiệm trên mô hình Đỏ lả quá trình tiến hành nghiên cửu trên vật thật nhân tạo, tai tạo hiện tượng mả người nghiên cửu cân

để quan sát vả làm thực nghiệp, từ đỏ rút ra kết luận tương tự vật thật Ta có thẻ

thực hiện việc mô phỏng từ những phương tiên đơn giản như giấy, bút đến các

nguyên vật liệu tái tạo lại nguyên mẫu (mô hình bằng gỗ, nhựa, sợi thủy tình ) kết

hợp với việc đo đạc đánh giá với mô hình trên máy tỉnh, cũng như các thiết bị đo

đạc chuyên dụng

Hình 1-1 Minh họa cho hệ thông mô phỏng lắp ráp máy cơ khi và hệ thông mô

phỏng chuyễn động cánh tay trên máy tính

Điều khiển mô phông sử dụng mô tả tham số đầu vào, mô hinh của hề thông, thực ở dạng tín hiệu điện tương tự hoặc sé đẻ ứng dụng trong điều khiển một hệ

thống xác định Điều khiển mô phỏng thường được sử dụng rất có hiệu quả để nghiên cửu trạng thải động của nguyên mẫu trong những điều kiên nêu nghiên cửu

trên vật thật sẽ khỏ khăn, tốn kém vả không an toàn Điều khiên mô phỏng chuyên

động cánh tay là điều khiên sử dụng tham số đâu vào hoặc các mô hình của cảnh tay

ở dang tin hiệu điện đẻ điều khiển đặc tả cơ cầu chấp hành theo một chuyên động

Trang 15

Trang 16

Phy Lue

Trang 17

Phy Lue

Trang 18

ty do Ban phi

Tình 2-6 Nguyên

củnh tny

Trang 19

Mở Dầu

Trong giải đoạn phát triển như vũ bão của công nghệ điện tử y sinh noi

chung và chuyên ngành cơ sinh nói riềng, ngành cơ sinh Việt Nam đứng trước rất

hiển thời cơ vận hội và thách thức mới trên can đường hội nhập với nên kinh tế thê

gới Để đáp ñmg nhú câu phát triển của xã hội nhằm bắt kíp bước tiên của khoa học

kỹ thuật đôi hỏi dội ngũ các nhà khoa học, cản bộ kỹ thuật vá công nhân lành nghề

phải không ngừng nghiên cứu, học tập nâng cao trình độ đề kịp thời tiếp cận làm chữ các kiến thức khoa học kỹ thuật hiện đại và công nghệ Hiến tiến Các khoá dào

tạo thạc sỹ tại Trường Dai học Bách Khoa Hà Nội nhằm đáo tạo những cán bộ khoa

học có trình độ cao đề tiếp thu và làm chủ kỹ thuật hiện đại đế phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dạy Để dánh giá kết quả học tập trong toàn khoá học tôi dược giao để tải luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống điều khiển mô phỏng chuyển

động cánh tay” Trong quá trình phát triển của ngành dién tir y sinh, tinh vue ca sinh

dang phát triển hết sức nhanh chớng, nhiều mặt của cuộc sống với nhiều mức, nhiều quy mê vả cêng nghệ hiện đại, tiên tiên nhằm đáp ứng được nhu cảu của xã hội hiện nay Trong đẻ phải kế đến sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, nhật là sự ra

đời của các hệ thông diều khiển mô phòng thông mình đã tạo liền đẻ cho sự phải

triển mạnh mẽ của nên kỹ công nghệ có tính chất tự động hoá cao, đã đân thay thể

sức lau động của cơn người đồng thời hiệu quả của nó dem lại cho cuộc sống là rất lớn Hiện nay sự xuất hiện của các cơ câu diều khiến Robot trong đời sống sinh hoạt

đã trở nên phế biến Chúng được ứng đụng rộng rãi trong nhiều lnh vục khác nhau, đặc biệt nổi lên hiện nay là trong ứng dụng điều khiển thực lại ảo và các ứng dụng điều khiến mô phóng chuyển dộng cơ thể con người Chúng đóng vai trò quan

trọng, chúng vừa đảm bảo độ chính xác vừa đảm bão tính tin cậy và an toàn mả với

cứm người bay những máy móc thông thường khó có thể dạt dược Đẳng Hhời nó có thể thay thể con nguời lâm việc trong những mỗi trường độc hại, nơi con người khỏ

có thể đặt chân tới như vũ trụ Nói chung, ứng đụng điều khiến đựa vào chuyển động,

cơ thể là một mắng công nghệ rất hứa hẹn, vì vậy rà trong tường lại đây sẽ là nhân

Trang 20

Mở Dầu

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Trang 25

ty do Ban phi

Tình 2-6 Nguyên

củnh tny

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Chương 1: Tổng quan về điều khiển mô phỏng chuyển động cơ thể

1.1 Định nghĩa về mô phông và điều khiên mô phông:

Mô phông là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu được hệ

thống thực, mô phỏng là tiên hành thử nghiệm trên mô hình Đỏ lả quá trình tiến hành nghiên cửu trên vật thật nhân tạo, tai tạo hiện tượng mả người nghiên cửu cân

để quan sát vả làm thực nghiệp, từ đỏ rút ra kết luận tương tự vật thật Ta có thẻ

thực hiện việc mô phỏng từ những phương tiên đơn giản như giấy, bút đến các

nguyên vật liệu tái tạo lại nguyên mẫu (mô hình bằng gỗ, nhựa, sợi thủy tình ) kết

hợp với việc đo đạc đánh giá với mô hình trên máy tỉnh, cũng như các thiết bị đo

đạc chuyên dụng

Hình 1-1 Minh họa cho hệ thông mô phỏng lắp ráp máy cơ khi và hệ thông mô

phỏng chuyễn động cánh tay trên máy tính

Điều khiển mô phông sử dụng mô tả tham số đầu vào, mô hinh của hề thông, thực ở dạng tín hiệu điện tương tự hoặc sé đẻ ứng dụng trong điều khiển một hệ

thống xác định Điều khiển mô phỏng thường được sử dụng rất có hiệu quả để nghiên cửu trạng thải động của nguyên mẫu trong những điều kiên nêu nghiên cửu

trên vật thật sẽ khỏ khăn, tốn kém vả không an toàn Điều khiên mô phỏng chuyên

động cánh tay là điều khiên sử dụng tham số đâu vào hoặc các mô hình của cảnh tay

ở dang tin hiệu điện đẻ điều khiển đặc tả cơ cầu chấp hành theo một chuyên động

Trang 30

~10-tổ rất tiêm nẵng trong sự phát triển của các cuôơ sống hiện dai Do vậy việc nghiên cứu các vẫn đề về mô phóng chuyển động mang tỉnh thời sự Lễ nghiên cứu và thiết

Trang 31

Mở Dầu

Trang 32

Mở Dầu

Trang 33

Trang 34

ty do Ban phi

Tình 2-6 Nguyên

củnh tny

Trang 35

Phy Lue

Trang 36

ty do Ban phi

Tình 2-6 Nguyên

củnh tny

Trang 37

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Mô Phỏng Chuyển Động Cánh Tay
Tác giả	Phạm Quốc Anh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Phan Kiền
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Y Sinh
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	688,83 KB