Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13233-4:2025 (ISO 18646-4:2021) về Rô bốt - Tiêu chí tính năng và phương pháp thử liên quan đến rô bốt dịch vụ - Phần 4: Rô bốt hỗ trợ vùng lưng dưới

Tóm tắt mang tính tham khảo.

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13233-4:2025 (hoàn toàn tương đương với ISO 18646-4:2021) về "Rô bốt - Tiêu chí tính năng và phương pháp thử liên quan đến rô bốt dịch vụ - Phần 4: Rô bốt hỗ trợ vùng lưng dưới" là văn bản kỹ thuật quan trọng quy định các tiêu chí tính năng và phương pháp thử nghiệm đối với các dòng rô bốt dịch vụ hỗ trợ vùng cột sống và thắt lưng. Tiêu chuẩn này hướng tới việc chuẩn hóa quy trình đánh giá hiệu quả trợ lực, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa thiết kế cho các thiết bị hỗ trợ vận động vùng lưng dưới. Phạm vi và đối tượng áp dụng Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các tổ chức thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và các đơn vị đánh giá chất lượng độc lập dành cho dòng rô bốt dịch vụ hỗ trợ vùng lưng dưới (thiết bị đeo hỗ trợ thắt lưng). Đối tượng thử nghiệm tập trung vào các bộ phận giới hạn (restraint part) và các phần cơ thể gắn vào (attached body part) nhằm đảm bảo khả năng tương thích sinh học và cơ học giữa thiết bị và cơ thể người dùng. Phương pháp tính toán chỉ số mô men xoắn hỗ trợ (ATIs) và giảm lực nén thắt lưng (LCRs) Nguyên lý tính toán: Sử dụng các khoảng thời gian quy định để tính toán Chỉ số mô men xoắn hỗ trợ (ATIs) và Chỉ số giảm lực nén thắt lưng (LCRs) dựa trên dữ liệu thu được từ các chuyển động tham chiếu bao gồm: hạ phần thân trên, giữ nguyên tư thế và nâng phần thân trên. Ý nghĩa của các khoảng thời gian trung bình: Giá trị trung bình 1 giây: Được xem là chỉ số đánh giá khả năng tạo ra mô men xoắn hỗ trợ liên tục và giảm áp lực thắt lưng một cách bền vững của rô bốt trong suốt quá trình vận động. Giá trị trung bình 0,2 giây: Là chỉ số phản ánh mức độ phản ứng nhanh (độ nhạy) của rô bốt trong việc giảm mô men xoắn cực đại tức thời và lực nén đột ngột lên các đĩa đệm thắt lưng của người sử dụng. Đặc tính theo chuyển động: Đối với chuyển động hạ thấp thân người, các chỉ số giúp xác định khả năng duy trì lực hỗ trợ liên tục cho đến khi hoàn tất động tác. Đối với chuyển động nâng người lên, các chỉ số tập trung đánh giá khả năng kích hoạt lực hỗ trợ kịp thời ngay tại thời điểm bắt đầu chuyển động. Cấu trúc cơ bản của rô bốt hỗ trợ vùng lưng dưới Theo mô tả kỹ thuật, một rô bốt hỗ trợ vùng lưng dưới tiêu chuẩn thường bao gồm các bộ phận cấu thành cốt lõi sau: Khung trên và khung dưới đóng vai trò định hình và chịu lực chính. Hệ thống đai cố định bao gồm: đai đùi, đai trên và đai dưới giúp liên kết chắc chắn thiết bị vào cơ thể người dùng. Khớp hông vật lý kết hợp với còng (cuff) để truyền động và hỗ trợ lực xoay một cách tự nhiên theo chuyển động của khớp hông sinh học. Quy chuẩn thử nghiệm chuyển động tham chiếu Để đảm bảo tính đồng bộ và chính xác, quá trình thử nghiệm tính năng của rô bốt được thực hiện dựa trên mô hình mô phỏng người dùng tiêu chuẩn: Thông số mô phỏng: Người dùng có chiều cao 170 cm và cân nặng 75 kg. Tần số lấy mẫu dữ liệu: Đạt mức tối thiểu 1 kHz để ghi nhận chính xác các biến động lực học tức thời. Kết quả đầu ra: Ghi nhận chi tiết các giá trị ATI (đơn vị Nm) và LCR (đơn vị kN) tương ứng với từng giai đoạn chuyển động để đưa vào hướng dẫn sử dụng hoặc hồ sơ công bố tính năng sản phẩm. Thiết kế và triển khai thiết bị thử nghiệm chuyên dụng Tiêu chuẩn đưa ra các hướng dẫn chi tiết về việc thiết lập hệ thống thiết bị thử nghiệm (test rig) để đánh giá hiệu năng rô bốt một cách khách quan: Cấu trúc cơ học của thiết bị thử: Sử dụng hệ thống xương thép kết hợp với các trọng lượng thép điều chỉnh được nhằm phân phối khối lượng chính xác. Các tấm phủ bên ngoài được chế tạo bằng công nghệ in 3D mô phỏng hình dạng cơ thể người và được tách rời ở vùng eo nhằm tránh hiện tượng phân bổ sai lệch tải trọng, giúp đo đạc chính xác ứng suất thắt lưng. Hệ thống truyền động và cảm biến: Sử dụng hai bộ truyền động công suất 1,5 kW với mô men xoắn tức thời tối đa 398 Nm và mô men xoắn liên tục tối đa 133 Nm. Lực truyền động được dẫn truyền qua hệ thống dây curoa cam đến khớp gối và khớp hông của thiết bị thử. Tích hợp mô đun cảm biến lực mô men xoắn 2 trục tại khớp thắt lưng (gồm bốn cảm biến lực 1 trục) để đo lường trực tiếp lực tác động. Góc khớp được đo bằng bộ mã hóa tích hợp sẵn trong bộ truyền động. Thuật toán điều khiển thiết bị thử: Áp dụng thuật toán điều khiển PD chuẩn với độ lợi P (Proportional gain) thiết lập ở mức 5000 Nm/rad và độ lợi D (Derivative gain) ở mức 500 Nms/rad cho cả hai bộ truyền động nhằm đáp ứng độ nhạy và độ ổn định cao trong quá trình mô phỏng. Thiết bị thử nghiệm phụ trợ: Bao gồm các bộ phận như thân, đùi, bộ điều khiển, cảm biến lực, thanh trượt đầu gối, động cơ, thanh trượt cổ và vít bi để thực hiện các phép thử động học phức tạp khác. Thông tin hiệu lực và tài liệu viện dẫn Tiêu chuẩn TCVN 13233-4:2025 được xây dựng dựa trên sự kế thừa các nghiên cứu cơ sinh học và an toàn quốc tế, bao gồm công thức NIOSH cải tiến về đánh giá nhiệm vụ nâng thủ công, dữ liệu hình dạng bộ xương người trưởng thành, các nghiên cứu về phản ứng tải trọng đột ngột của cột sống và tiêu chuẩn an toàn thiết bị điện y tế IEC 60601-1. Ngày ban hành, ngày áp dụng và tình trạng hiệu lực cụ thể của tiêu chuẩn này sẽ tuân thủ theo quyết định công bố chính thức của cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền về khoa học và công nghệ.