Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị rô bốt xương tay hỗ trợ người dùng di chuyển tay

03/03/2023

Nhằm mục tiêu nghiên cứu, thiết kế, chế tạo xương tay phản hồi lực cho cảm nhận thực tế, TS. Nguyễn Cao Thắng và nhóm nghiên cứu Viện Cơ học đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo xương tay phản hồi lực cho cảm nhận thực tế” (mã số đề tài là VAST.01.09/20-21). Đề tài đã được nghiệm thu xếp loại Xuất sắc.

Thiết bị rô bốt xương tay (exoskeleton robot) có hình dáng tương đồng với cánh tay người, có thể đeo được lên cánh tay người và có mô tơ điện hoạt động có thể sinh lực điều khiển để phối hợp với cử động của cánh tay người, đã được nhiều trường đại học trên thế giới phát triển như Trung Quốc, Mỹ. Thiết bị rô bốt xương tay có thể áp dụng trong y khoa như phục hồi chức năng cho các bệnh nhân phục hồi tay sau đột quỵ.

Công nghệ cảm nhận thực tế (Virtual Reality) bao gồm mô phỏng theo thời gian thực và tạo ra các cảm nhận thực tế về nghe, nhìn, ngửi, nếm và lực. Trong các cảm nhận trên, phản hồi lực có thể dùng để tạo ra cho người dùng cảm nhận lực.

Hình ảnh cấu tạo thiết bị rô bốt xương tay (exoskeleton robot)

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo xương tay phản hồi lực cho cảm nhận thực tế” đã đề xuất một thiết bị xương tay có thể đeo lên cánh tay người, có thể hoạt động dưới sự điều khiển của tay người để di chuyển theo các phương thẳng đứng, phương ngang và có khả năng phản hồi lực cho cảm nhận thực tế.

Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một mô hình xương tay có ba bậc tự do. Đã phân tích động lực học và điều khiển dùng cho mô phỏng hoạt động của hệ xương tay 3 bậc tự do bằng phần mềm chuyên dụng. Đã xây dựng và thử nghiệm 01 mô hình xương tay có 3 bậc tự do có phản hồi lực cho cảm nhận thực tế. Để thử nghiệm các kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã phát triển mô hình xương tay ba bậc tự do nghiên cứu thành thiết bị xương khủy tay có tích hợp các cảm biến lực, bộ vi xử lý, động cơ. Bộ vi xử lý thu thập lực tương tác đo bởi cảm biến lực và điều khiển động cơ để sinh lực hỗ trợ người dùng.

Thiết bị rô bốt xương tay được thiết kế bao gồm một cụm khung ngoài bằng kim loại có hình dáng tương đồng với cánh tay người, có thể nâng được vật nặng 0,2 kg, có bộ điều khiển nhúng (embedded controller) sử dụng bộ vi xử lý Atmega328P tốc độ 16 MHz. Bộ điều khiển nhúng có thể kết nối với máy vi tính cá nhân (PC) tốc độ cao để mô phỏng hoạt động của thiết bị theo thời gian thực bao gồm lực tương tác đo được của cảm biến lực, góc quay, vận tốc góc của khớp. Đề tài đã áp dụng bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân - vi phân (PID) để điều khiển hoạt động của xương tay. Các tham số của bộ điều khiển được hiệu chỉnh phù hợp nhất để lực tương tác đạt được giá trị mong muốn.

Người dùng đang thực hiện thử nghiệm thiết bị rô bốt xương tay hoạt động. Thiết bị xương tay có thể được lập trình để hỗ trợ thêm lực giúp cho người sử dụng nâng được vật nhẹ, hoặc phục hồi cơ tay theo một chu trình tập luyện đặt trước.