Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Thiết kế chế tạo cảm biến đo lực bước đi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu đề tài là thiết kế chế tạo cảm biến đo lực bước đi dựa trên cơ cấu dùng loadcell đo biến dạng trên bề mặt tác dụng lực, từ đó xuất dữ liệu ra máy tính giúp bác sĩ chẩn đoán tình trạng sức khỏe bệnh nhân. Ứng dụng vào lĩnh vực thể thao nhằm giúp các vận động viên có thể kiểm soát được tình trạng cơ thể để các huấn luyện viên có thể đưa ra các bài tập tối ưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Thiết kế chế tạo cảm biến đo lực bước đi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO CẢM BIẾN ÐO LỰC BƯỚC ÐI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ÐIỆN TỬ- 8520114 S K C0 0 5 9 5 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018
ống BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TẠOTHUẬT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO KỸ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU TRƢỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO LỰC BƢỚC ĐI THIẾT KẾ CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO LỰC BƢỚC ĐI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 8520114 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ-8520114 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU TRƢỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO LỰC BƢỚC ĐI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ - 8520114 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ VĂN THUYÊN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 i
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Hữu Trường Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08-07-1992 Nơi sinh: Quãng Ngãi Quê quán: Quãng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 735 Quốc lộ 1A, An Phú Đông, Quận 12, TP.Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0908608411 Fax: E-mail: linhkienmachdien@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 7/ 2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn, TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Điện Tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy ép gạch Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn, TP.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS. Hồ Triết Hưng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2015 Công Ty Cổ Phần Bảo Chánh Thiết kế kệ công nghiệp 2016 Công Ty Cổ Phần Sản Xuất Oai Hùng Điều khiển máy ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của PGS.TS. Ngô Văn Thuyên. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Hữu Trường iii
LỜI CẢM TẠ Đầu tiên, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Ngô Văn Thuyên, Thầy là người trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài ngay từ lúc bắt đầu xây dựng cho đến khi thực hiện và hoàn thành. Trong quá trình thực hiện đề tài thầy thường xuyên đặt ra các bài toán với mức độ tăng dần và có những gợi ý giúp tôi giải quyết các vấn đề khó khăn gặp phải. Thầy luôn theo sát kiểm tra tận tình và chu đáo tiến độ thực hiện đề tài. Đồng thời, học viên xin cảm ơn quý Thầy, Cô bộ môn trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã là chỗ dựa, nguồn động viên tinh thần và đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Hữu Trường iv
T M TẮT Nghiên cứu này trình bày thiết kế của cảm biến đo lực bước đi. Thiết bị cho phép đo các thông số cơ bản là lực và hướng di chuyển của lực bước chân. Sử dụng các dữ liệu được thu thập bởi các tấm lực cùng với hình học cơ thể và vận tốc, nó đã có thể tìm ra chiều dài sải chân tối ưu cho từng cá nhân. Mục đích của dự án này là để tìm hiểu cách thay đổi chiều dài của sải chân của con người ảnh hưởng đến tổng thể của dáng đi. Với một tấm lực ba trục được nghiên cứu và thiết kế chế tạo, có thể xác định dữ liệu bước chân của từng cá nhân và đưa ra chiều dài sải chân tối ưu cho họ. Tấm lực này có thể được sử dụng trong y học, khi mà các bác sĩ cần chẩn đoán thương tích chân cho bệnh nhân thông qua các dữ liệu thu nhận được. Tấm lực này cũng được ứng dụng trong xây dựng khi mà các kỹ sư cần tính toán thiết kế cầu thang cho công trình. Sau khi tính toán, thiết kế thì học viên đã lựa chọn chế tạo cảm biến lực dạng nhẫn để ứng dụng vào chế tạo cảm biến đo lực bước đi. Phần mềm Solidworks được sử dụng để thiết kế cảm biến lực và tác giả mô phỏng cảm biến trên phần mềm Ansys. Tiếp theo, tác giả tính toán các giá trị tải trọng, điểm ứng lực, thay đổi tọa độ hệ thống, thay đổi của hệ quy chiếu, tính toán tâm áp lực, tấm đệm, ma trận lý tưởng của thiết bị cảm biến đo lực bước đi. Sử dụng bộ lọc Kalman để khử nhiễu tín hiệu thu thập được từ thiết bị cảm biến đo lực bước đi. Tác giả trình bày các kết quả thực nghiệm khi đo các kết quả thử nghiệm mô hình với các vector lực đơn phương, thử nghiệm mô hình với một vector lực tổng hợp và thử nghiệm mô hình với bước chân di chuyển của con người. v
ABSTRACT This paper presents the design of the stepping force sensor. The device allows the measurement of the basic parameters of force and direction of movement of the foot. Using the data collected by the force plate together with the body geometry and velocity, it was able to find the optimal stride length for each individual. The purpose of this project is to learn how to change the length of human stride that affects the overall gait. With a triaxial sheet designed and researched, it is possible to identify individual footprint data and provide the optimal stride length for them. This force can be used in medicine, where doctors need to diagnose foot injury to the patient through the data obtained. This force is also used in construction where engineers need to calculate the design of the stairs for the building. After design, the students chose to make ring force sensor for use in m aking stepping force sensor. Solidworks software is used to design force sensors and sensor emulators on ANSYS software. Next, the author calculates load values, stress points, change of system coordinates, change of reference frame, calculation of pressure center, pad, ideal matrix of sensor force walk. Use the Kalman filter to suppress the signal collected from the stepper force sensor. The author presents empirical results when measuring modeling results with unidirectional force vectors, testing the model with a synthetic force vector, and testing the model with human movement footprints. vi
MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ..............................................................................................................iv LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................................iv LỜI CẢM TẠ............................................................................................................................iv T M T T..................................................................................................................................v ABSTRACT..............................................................................................................................vi DANH SÁCH CH VI T T T ..................................................................................................x DANH SÁCH CÁC H NH .........................................................................................................xi DANH SÁCH CÁC BẢNG......................................................................................................xiii CH NG 1: T NG QUAN CẢM BI N ĐO LỰC B ỚC ĐI.......................................................1 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu.............................................................................................1 1.2 Mục tiêu đề tài ......................................................................................................................3 1.3 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................................3 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài ..................................................................................4 1.5 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................................4 1.6 Nội dung đề tài......................................................................................................................4 CH NG 2: C SỞ LÝ THUY T..............................................................................................6 2.1 Lịch sử phát triển ..................................................................................................................6 2.2 Các cơ cấu hỗ trợ chân khác ................................................................................................. 10 2.3 Đặc tính vật liệu nhôm A7075 .............................................................................................. 12 2.3.1 Đặc tính kỹ thuật .............................................................................................................. 12 2.3.2 Ứng dụng thực tiễn ........................................................................................................... 12 2.4 Cảm biến lực loadcell .......................................................................................................... 13 2.3.1 Khái niệm về loadcell .................................................................................................... 13 2.3.2 Khái niệm về strain gauge .............................................................................................. 14 2.3.2 Mạch cầu Wheatstone.................................................................................................... 15 2.3.2 Tính toán các thông số đặc trưng của cảm biến lực (loadcell) ........................................... 16 2.5 Bộ lọc Kalman .................................................................................................................... 20 2.5.1 Giới thiệu ..................................................................................................................... 20 vii
2.5.2 Bộ lọc Kalman rời rạc................................................................................................... 21 2.5.2.1 Quá trình ước lượng ............................................................................................. 21 2.5.2.2 Bản chất tính toán của bộ lọc ................................................................................ 22 2.5.2.3 Bản chất thống kê của bộ lọc ................................................................................ 23 2.5.2.4 Giải thuật lọc Kalman rời rạc ................................................................................ 24 CH NG 3: CÔNG NGH T NH TOÁN VÀ THI T K .......................................................... 27 3.1 Tính toán chế tạo loadcell và tấm đo lực ............................................................................... 27 3.1.1 Chọn lựa strain gauge .................................................................................................... 27 3.1.2 Tính toán và thiết kế gối đỡ............................................................................................ 28 3.1.2 Thiết kế bàn đo lực bước chân........................................................................................ 30 3.2 Các giá trị tính toán thiết bị cảm biến đo lực bước đi.............................................................. 31 3.2.1 Tính toán các giá trị tải trọng.......................................................................................... 31 3.2.2 Tính toán điểm ứng lực .................................................................................................. 32 3.2.3 Thay đổi tọa độ hệ thống................................................................................................ 33 3.2.4 Thay đổi của hệ quy chiếu ............................................................................................. 35 3.2.5 Tính toán tâm áp lực ...................................................................................................... 36 3.2.6 Tấm đệm ...................................................................................................................... 40 3.2.7 Ma trận lý tưởng ........................................................................................................... 42 3.2.8 Tính toán trên nhiều tấm lực .......................................................................................... 45 3.3 Tính toán thiết kế mạch khuếch đại thuật toán ....................................................................... 49 3.4 Xây dựng bộ lọc Kalman ..................................................................................................... 50 3.5 Thử nghiệm với loadcell ...................................................................................................... 52 3.6 Chương trình mạch chủ thu thập dữ liệu................................................................................ 52 CH NG 4: MÔ H NH CỦA CẢM BI N ĐO LỰC B ỚC ĐI................................................. 54 4.1 Giới thiệu mô hình .............................................................................................................. 54 4.2 Hình ảnh thực tế thiết bị cảm biến đo lực bước đi .................................................................. 54 4.3 Thử nghiệm mô hình với vector lực đơn phương ................................................................... 55 4.3.1 Mô tả thí nghiệm .......................................................................................................... 55 4.3.2 Kết quả và đánh giá ...................................................................................................... 57 4.4 Thử nghiệm mô hình với một vector lực ................................................................................ 58 viii
4.4.1 Mô tả thí nghiệm........................................................................................................... 58 4.4.2 Kết quả và đánh giá....................................................................................................... 58 4.5 Thử nghiệm mô hình với bước đi chuyển động của người ...................................................... 60 4.5.1 Mô tả thí nghiệm ........................................................................................................... 60 4.5.2 Kết quả và đánh giá ....................................................................................................... 60 4.5 Kết luận .............................................................................................................................. 63 CH NG 5: K T LU N VÀ H ỚNG PHÁT TRI N............................................................... 64 5.1 Kết quả đạt được của đề tài .................................................................................................. 64 5.2 Hạn chế .............................................................................................................................. 64 5.3 Hướng phát triển ................................................................................................................. 64 TÀI LI U THAM KHẢO ......................................................................................................... 66 PHỤ LỤC................................................................................................................................. 68 ix
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT HAL: Hybrid Assistive Limb IAROM: Iowa ankle range of motion MIT: Massachusetts Institute of Technology CP: Center of Pressure x
DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Một số ứng dụng của cảm biến đo lực bước đi...............................................................1 Hình 1.2: Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Kistler ..................................................................2 Hình 1.3: Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Bertec ..................................................................2 Hình 1.4: Thiết bị cảm biến đo lực của phòng thí nghiệm Kwon3d ................................................3 Hình 2.1: Thiết bị cảm biến đo lực bước đi của công ty Contemplas ..............................................7 Hình 2.2: Thiết bị cảm biến đo lực của phòng thí nghiệm Kwon3d ................................................8 Hình 2.3: Thiết bị cảm biến đo lực bước đi của công ty Bertec ......................................................9 Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động cảm biến đo lực bước đi ...............................................................9 Hình 2.5: Bộ khung xương HAL ............................................................................................... 10 Hình 2.6: Thiết bị đo khớp thụ động IAROM ............................................................................. 11 Hình 2.7: Thiết bị đo khớp cổ chân chủ động của Roy ................................................................ 11 Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của một loadcell ........................................................................ 13 Hình 2.9: Cấu tạo của một strain gauge điển hình ....................................................................... 14 Hình 2.10: Cấu trúc của strain gauge ......................................................................................... 14 Hình 2.11: Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động...................................................................... 15 Hình 2.12: Sơ đồ mạch cầu Wheatstone ..................................................................................... 16 Hình 2.13: Loadcell khi không có lực tác động........................................................................... 16 Hình 2.14: Loadcell khi có lực tác động ..................................................................................... 16 Hình 2.15: Sơ đồ điện cho cảm biến Loadcell............................................................................. 16 Hình 2.16: Sơ đồ điện áp ra....................................................................................................... 17 Hình 2.17: Sơ đồ tương đương .................................................................................................. 18 Hình 2.18: Sơ đồ tính tổng trở ................................................................................................... 19 Hình 2.19: Quy trình của bộ lọc Kalman .................................................................................... 25 Hình 2.20: Quy trình hoàn chỉnh của bộ lọc Kalman ................................................................... 26 Hình 3.1: Chọn phương án thiết kế ............................................................................................ 28 Hình 3.2: Kích thước cảm biến .................................................................................................. 28 Hình 3.3: Chia lưới dùng Ansys ................................................................................................ 29 xi
Hình 3.4: Kết quả mô phỏng Ansys ........................................................................................... 29 Hình 3.5: Mối tương quan giữa các bề mặt bị ảnh hưởng và phương của lực tác động ................... 29 Hình 3.6: Cảm biến dạng nhẫn, vị trí đặt và mạch cầu Wheatstone .............................................. 30 Hình 3.7: Loadcell sau khi được chế tạo hoàn thiện .................................................................... 30 Hình 3.8: Cách bố trí loadcell trong tấm đo lực .......................................................................... 31 Hình 3.9: Hệ tọa độ tính tải trọng .............................................................................................. 32 Hình 3.10: Lực F và điểm của các ứng lực ................................................................................. 33 Hình 3.11: Các phản ứng tải lên bề mặt...................................................................................... 35 Hình 3.12: Tâm áp lực .............................................................................................................. 37 Hình 3.13: Thời điểm lực tác động ban đầu ................................................................................ 37 Hình 3.14: Lực tác dụng tương đương ....................................................................................... 39 Hình 3.15: Hệ tọa độ tấm đệm................................................................................................... 41 Hình 3.16: Hệ tọa độ nhiều tấm lực ........................................................................................... 46 Hình 3.17: Sơ đồ khối IC Hx711 ............................................................................................... 50 Hình 3.18: Sơ đồ khối mạch điện............................................................................................... 51 Hình 3.19: Kết quả thử nghiệm với bộ lọc Kalman ..................................................................... 52 Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật ..................................................................................................... 53 Hình 4.1: Mô hình thiết bị cảm biến đo lực bước đi .................................................................... 54 Hình 4.2: Thiết bị cảm biến đo lực bước đi ................................................................................ 55 Hình 4.3: Máy nén MQSY 500 ................................................................................................. 57 Hình 4.4: Khi lực tác động theo phương x .................................................................................. 57 Hình 4.5: Khi lực tác động theo phương y .................................................................................. 58 Hình 4.6: Tấm đo lực với các thử nghiệm các lực tác động ở các góc độ khác nhau ...................... 59 Hình 4.7: Kết quả thực nghiệm bước đi (bước 1) ........................................................................ 61 Hình 4.8: Kết quả thực nghiệm bước đi (bước 2) ........................................................................ 62 Hình 4.9: Kết quả thực nghiệm bước đi (bước 3) ........................................................................ 63 xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Tính chất cơ học của hợp kim Nhôm A7075 ............................................................... 12 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật máy nén thủy lực MQSY 100 ......................................................... 56 xiii
Chƣơng 1. Tổng Quan về Cảm Biến Đo Lực Bƣớc Đi 1.1 Tổng qu n ề hƣớng nghiên cứu Cảm biến đo lực bước đi là thiết bị dùng để đo lực bàn chân con người đưa ra các cơ sở dữ liệu, từ đó phân tích dáng đi con người. Các lực tác dụng từ bàn chân con người lên cảm biến đo lực bước đi của mỗi người khác nhau. Tuy nhiên, t ừ những dữ liệu thu thập được trên hàng lo ạt thí nghiệm sẽ đưa ra được các biểu đồ lực, dựa vào đó ta có phân tích dáng đi của con người, tình trạng sức khỏe của mỗi người. Hiện nay, trên thế giới đã có những nghiên cứu về phát triển cảm biến đo lực bước đi và được ứng dụng chủ yếu trong y học và thể thao. Trong y học, các bác sĩ dựa vào lực bước chân của bệnh nhân tác động lên cảm biến đo lực bước đi, từ đó phân tích các dữ liệu có được để chẩn đoán tình trạng sức khỏe khớp chân của bệnh nhân. Trong thể thao, các vận động viên điền kinh sẽ bước trên các tấm lực, huấn luyện viên dựa vào lực tác dụng lên cảm biến đo lực bước đi để phân tích, đánh giá và đưa ra kết quả sải chân tối ưu cho từng vận động viên, để họ có thể bước đi nhanh và ít tốn lực nhất giúp họ giữ được thể trạng tốt cho những bước chạy đường dài. Hình 1.1 mô tả ứng dụng của cảm biến đo lực bước đi: Hình 1.1: Một số ứng dụng của cảm biến đo lực bước đi 1
Với sự phát triển của máy tính, những người nghiên cứu dáng đi đã có thể tạo ra các mô hình phức tạp và mô phỏng các loại hình di chuyển khác nhau. Hiện tại, khoa học về phân tích dáng đi dựa hoàn toàn vào việc sử dụng máy tính. Có rất nhiều nghiên cứu lâm sàng được tiến hành trên dáng đi những người có thể chất suy yếu của các bệnh nhân. Hiện nay, trên thế giới có những cảm biến đo lực bước đi như sau: - Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Kistler được sản xuất ứng dụng trong thể thao, giúp các huấn luyện viên và bác sĩ theo dõi tình trạng sức khỏe cũng như có những bài tập cho vận động viên như Hình 1.2: Hình 1.2: Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Kistler - Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Bertec là s ản phẩm được sản xuất nhằm ứng dụng trong y học, thể thao và xây dựng như Hình 1.3: Hình 1.3: Thiết bị cảm biến đo lực của công ty Bertec - Thiết bị cảm biến đo lực ở phòng thí nghiệm Kwon3d, ứng dụng nghiên cứu tập 2
trung vào các vận động viên thể thao như điền kinh, bóng chày như Hình 1.4: Hình 1.4: Thiết bị cảm biến đo lực của phòng thí nghiệm Kwon3d Hiện nay, các công ty hay phòng thí nghiệm ngày càng hướng tới cải tiến những tấm lực đều dựa vào loadcell. u điểm của loadcell là có thể đo được những tải trọng lớn và chính xác. Tuy nhiên, bên c ạnh đó nhược điểm là những tín hiệu điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ (thường không quá 30mV) vì vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu. 1.2 Mục iêu đề tài Mục tiêu đề tài là thiết kế chế tạo cảm biến đo lực bước đi dựa trên cơ cấu dùng loadcell đo biến dạng trên bề mặt tác dụng lực, từ đó xuất dữ liệu ra máy tính giúp bác sĩ chẩn đoán tình trạng sức khỏe bệnh nhân. Ứng dụng vào lĩnh vực thể thao nhằm giúp các vận động viên có thể kiểm soát được tình trạng cơ thể để các huấn luyện viên có thể đưa ra các bài tập tối ưu. Ngoài ra, chúng ta còn có thể ứng dụng vào lĩnh vực xây dựng như làm bậc thang trong các công trình xây dựng. 1.3 Đối ƣợng nghiên cứu Thiết bị dùng để hỗ trợ bác sĩ nghiên cứu, chẩn đoán bệnh về xương khớp của người và 3
ứng dụng trong thể thao để giúp các vận động viên có thể nắm bắt tình trạng cơ thể và đưa ra các bài tập tối ưu vì vậy đối tượng nghiên cứu tập trung chủ yếu tới bệnh nhân và vận động viên thể thao. 1.4 Nhiệ ụ nghiên cứu giới hạn đề i Đề tài thực hiện theo nội dung “Thiết kế chế tạo cảm biến đo lực bước đi” với mục đích dùng thiết bị này để giúp ích trong lĩnh vực y tế, thể thao và xây dựng. Vì yêu cầu độ chính xác cao, nên đề tài cần thực nghiệm nhiều lần và sử dụng nhiều thiết bị khác nhau trên bệnh nhân, từ đó hình thành cơ sở dữ liệu cho tính toán và tìm được phương pháp tìm giá trị gần sát với thực tế nhất. Đề tài được thực hiện trong phòng thí nghiệm và chỉ thực hiện thiết kế chế tạo một thiết bị cảm biến đo lực bước đi vì vậy tập trung nghiên cứu vào những ứng lực tác động lên thiết bị và được hiển thị trên máy tính. 1.5 Phƣơng ph p nghiên cứu a) Phương pháp tham khảo tài liệu: Dùng phương pháp này để thu thập thông tin những đề tài đã nghiên cứu, tham khảo phương pháp và quá trình thực hiện, kết quả đạt được từ đó làm cơ sở cho đề tài đang nghiên cứu. b) Phương pháp thực nghiệm: Kết quả thực nghiệm làm cơ sở cho quá trình chứng minh mô hình và cũng là nhân tố xây dựng cơ sở dữ liệu cho các biểu đồ thể hiện giá trị các thông số mong muốn. 1.6 Nội dung đề tài Nội dung phần còn lại của đề tài gồm các chương như sau:  Chương 2: Cơ sở lý thuyết 4
Tác giả giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển nghiên cứu, chế tạo cảm biến đo lực bước đi. Các thiết bị hỗ trợ chân khác đang được nghiên cứu và sản xuất hiện nay. Phần tiếp theo là giới thiệu về nhôm A7075, trình bày tổng quan về cảm biến lực, bộ lọc Kalman.  Chương 3: Công nghệ tính toán và thiết kế Phần đầu chương 3 trình bày thiết kế chế tạo cảm biến lực dạng nhẫn, thiết kế và mô phỏng cảm biến trên phần mềm Ansys. Tiếp theo tính toán các giá trị tải trọng, điểm ứng lực, thay đổi tọa độ hệ thống, thay đổi của hệ quy chiếu, tính toán tâm áp lực, tấm đệm, ma trận lý tưởng của thiết bị cảm biến đo lực bước đi. Tính toán thiết kế mạch khuếch đại thuật toán và xây dựng bộ lọc Kalman.  Chương 4: Mô hình của cảm biến đo lực bước đi Tác giả giới thiệu mô hình được thiết kế trên phần mềm Solidworks và mô hình thực tế chế tạo. Tác giả trình bày các kết quả thực nghiệm mô hình.  Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Nội dung chương 5 trình bày tóm tắt các kết quả mà đề tài đã đạt được, hạn chế và hướng phát triển để khắc phục những giới hạn nhằm hoàn thiện đề tài tốt hơn. 5