Đồ án Máy tập vật lí trị liệu cho cổ tay (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Máy tập vật lí trị liệu cho cổ tay (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG SVTH: VŨ MINH TRUNG MSSV: 11146130 SVTH: HUỲNH VĂN DUY MSSV: 11146231 SVTH: NGUYỄN QUỐC ĐẠT MSSV: 11146234 SVTH: QUÁCH THỊ NAM PHƯƠNG MSSV: 11146259 S K L 0 0 3 9 3 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: CÁI VIỆT ANH DŨNG Sinh viên thực hiện: QUÁCH THỊ NAM PHƢƠNG MSSV: 11146259 NGUYỄN QUỐC ĐẠT MSSV: 11146234 VŨ MINH TRUNG MSSV: 11146130 HUỲNH VĂN DUY MSSV: 11146231 1. Tên đề tài: MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY 2. Nội dung chính của đồ án: - Thiết kế và mô phỏng chuyển động cho máy sử dụng SolidWorks - Tính toán thông số và lực cho máy - Chế tạo máy - Thiết kế giao diện điều khiển cho máy - Lập trình cho máy vận hành với bài tập cụ thể 3. Các sản phẩm dự kiến: Sản phầm hoàn thiện: “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” 4. Ngày giao đồ án: 27/02/2015 5. Ngày nộp đồ án: 27/07/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i
3. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY - GVHD: CÁI VIỆT ANH DŨNG - Sinh viên thực hiện: Họ và tên MSSV Lớp SĐT Email QUÁCH THỊ NAM PHƢƠNG 11146259 111463 01697274726 quachnamphuong1 209@gmail.com NGUYỄN QUỐC ĐẠT 11146234 111463 01636661359 quocdatspkt@gma il.com VŨ MINH TRUNG 11146130 111463 01674590194 vuminhtrung2302 @gmail.com HUỲNH VĂN DUY 11146231 111463 01654400558 huynhduy127@gm ail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2015 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii
4. LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên chúng em xin gởi lời cảm ơn tới các thầy cô, gia đình và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em học tập, hƣớng dẫn cho chúng em thực hiện đồ án này. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ Khí Máy – Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã chỉ dạy tận tình những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập. Cảm ơn Nhà Trƣờng và bộ môn Cơ Điện Tử đã tạo mọi điều kiện cho quá trình học tập và nghiên cứu của chúng em. Cảm ơn tập thể lớp Cơ- Điện Tử 111463 đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án.Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn TS.Cái Việt Anh Dũng đã hƣớng dẫn nhóm tận tình, luôn động viên giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình và chu đáo của thầy giáo TS. Cái Việt Anh Dũng, chúng em đã cố gắng hoàn thành đồ án. Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Cái Việt Anh Dũng, các thầy cô giáo trong ngành Cơ-Điện Tử trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và tập thể lớp 111463 đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong thời gian qua. TP.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2015 Sinh viên Quách Thị Nam Phƣơng Nguyễn Quốc Đạt Vũ Minh Trung Huỳnh Văn Duy KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii
5. TÓM TẮT ĐỒ ÁN MÁY TẬP VẬT LÍ TRỊ LIỆU CHO CỔ TAY Máy tập vật lý trị liệu cho cổ tay đƣợc thiết kế và chế tạo nhằm hỗ trợ cho việc phục hồi chức năng của khớp cổ tay. Máy tập đƣợc truyền động bằng hai động cơ DC encoder có hợp số thông qua bộ truyền đai dẫn động đến cơ cấu chính của máy tập biến chuyển động quay của động cơ thành các chuyển động phù hợp cho khớp cổ tay. Ngoài ra, thông qua cảm biến dòng chúng ta có thể tập thêm bài tập về phản hồi lực để hỗ trợ thêm. Máy có hai chế độ tập, chế độ thứ nhất là tập theo chế độ do ngƣời lập trình đặt ra. Chế độ thứ hai là tập theo lực có thể hỗ trợ cho khớp cổ tay quay đi đâu thì máy sẽ quay theo đó hoặc phản lại lực cho khớp cổ tay. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv
6. ABSTRACT PHYSIOTHERAPY MACHINE FOR WRIST Belong to the development of the traditional industry, the wellness products are attracting more and more interest. Among them researching mechatronic rehabilitation devices are one very promising market with growing demand.The Physiotherapy Machine For Wrist operates base on exercises providing rough and fine rotations for the user's wrist. The system applies rotational motions using DC motors controlled by PID algorithms with different amplitudes and frequencies. In this project, we develop a Physiotherapy Wrist Machine, which is expected to help patient restoring their wrist functions after surgery operations. It may also use to help people relaxing after stressful work time. Therefore, the system need to easy to operate, providing stable control and re-programmable to build different exercise regiments, suitable for each specific patient. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP v
7. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN I LỜI CAM KẾT II LỜI CÁM ƠN III TÓM TẮT ĐỒ ÁN IV ASTRACT V MỤC LỤC VI DANH MUC̣ BẢ NG BIỂ U IX DANH MUC̣ SƠ ĐỒ , HÌNH VẼ X DANH MUC̣ TƢ̀ VIẾ T TẮ T XII CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 4 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 4 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 4 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 5 1.6 Kết cấu của ĐATN 5 CHƢƠNG 2: TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀ I 7 2.1 Giới thiệu sơ lƣợc 7 2.1.1 Khái niệm vật lí trị liệu 7 2.1.2 Giới thiệu đồ án 9 2.2 Lí do chọn đề tài 9 2.3 Giới hạn đề tài 10 2.4 Tình hình nghiên cứu 11 2.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11 2.4.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 11 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 3.1 Cấu trúc giải giải phẫu của khớp cổ tay 12 3.2 Mô tả động học 13 3.2.1 Ma trận biểu diễn 13 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP vi
8. 3.2.2 Các phép chuyển vị ma trận 15 3.2.3 Đông học thuận Robot 18 3.2.4 Động học nghịch Robot 19 3.3 Bộ điều khiển PID 20 3.3.1 Khâu P 21 3.3.2 Khâu I 21 3.3.3 Khâu D 21 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚ NG VÀ CÁ C GIẢ I PHÁ P VỀ ĐỀ TÀI 24 4.1 Thiết kế chế tạo khung cơ khí 24 4.1.1 Ý tƣởng thiết kế 24 4.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 24 4.1.3 Các phƣơng án thiết kế 24 4.1.3a Phƣơng án 1 24 4.1.3b Phƣơng án 2 25 4.1.3c Phƣơng án 3 26 4.2 Các phƣơng án lựa chọn cơ cấu truyền động cho đồ án 27 4.2.1 Phƣơng án 1 28 4.2.2 Phƣơng án 2 29 4.3 Các phƣơng án lựa chọn động cơ 29 4.3.1 Phƣơng án 1 29 4.3.2 Phƣơng án 2 30 4.4 Các phƣơng án khi lựa chọn bộ truyền lực 31 4.4.1 Phƣơng án 1 31 4.4.2 Phƣơng án 2 32 4.4.3 Phƣơng án 3 32 4.5 Các phƣơng án khi lựa chọn điều khiển động cơ 33 4.5.1 Phƣơng án 1 33 4.5.2 Phƣơng án 2 34 4.6 Phƣơng hƣớng và các giải pháp thực hiện 35 4.6.1 Lựa chọn giải pháp / Phƣơng án 36 4.6.2 Trình tự công việc tiến hành 37 CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 38 5.1 Thiết kế chi tiết 38 5.2 Chọn vật liệu 41 5.3 Tính số bậc tự do cơ cấu 41 5.4 Tính toán đai 42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP vii
9. 5.4.1 Tính toán bộ truyền đai 42 5.4.2 Truyền động đai 42 5.5 Tính toán chọn động cơ 49 5.6 Chọn mạch điều khiển 49 5.7 Tính toán động học 51 CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM / THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 53 6.1 Lƣu đồ - giải thuật điều khiển 53 6.2 Đọc cảm biến dòng 54 6.3 Kết quả thực nghiệm 60 6.3.1 Lọc nhiễu cảm biến 60 6.3.2 Đáp ứng của động cơ ở bài tập set 61 6.3.3 Đáp ứng của cảm biến dòng 62 6.4 Sản phẩm hoàn thiện 62 CHƢƠNG 7: KẾ T LUÂṆ - ĐỀ NGHỊ 64 7.1 Kết luận 64 7.2 Hƣớng phát triển đề tài 64 TÀI LIÊỤ THAM KHẢ O 65 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP viii
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của thông số PID 22 Bảng 4.1: Bảng các giải pháp đề xuất 36 Bảng 4.2: Bảng ƣu, nhƣợc điểm các giải pháp 37 Báng 5.1: Bảng chọn đai 42 Bảng 5.2: Trị số nhỏ nhất của đƣờng kính bánh đai 43 Bảng 5.3: Trị số của hệ số tải trọng động Kđ 46 Bảng 5.4: Tỉ số của chiều dài đai và đƣờng kính bánh đai nhỏ 46 Bảng 5.5: Tỉ số của hệ số k1 và k2 47 Bảng 5.6: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của góc ôm Cα 48 Bảng 5.7: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của vận tốc Cv 48 Bảng 5.8: Trị số của hệ số kể đến ảnh hƣởng của vị trí bộ truyền C0 49 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ix
11. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Đối tƣợng nghiên cứu 3 Hình 2.1: Lí do chọn đề tài 10 Hình 3.1: Cấu tạo khớp cổ tay 12 Hình 3.2: Thiết đồ cắt ngang cổ tay 13 Hình 3.3: Biễu diễn một điểm trong hệ tọa độ 14 Hình 3.4: Biễu diễn một hệ tọa độ trong một hệ tọa độ 15 Hình 3.5: Hệ tọa độ tham chiếu 15 Hình 3.6: Mô tả phép biến đổi tịnh tiến 16 Hình 3.7: Sự định hƣớng của khâu chấp hành cuối 19 Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 20 Hình 4.1: Nhựa tổng hợp và mica tấm 25 Hình 4.2: Nhôm 25 Hình 4.3: Kết hợp nhựa, mica và nhôm 26 Hình 4.4: Cơ cấu truyền động 27 Hình 4.5: Một số robot song song 28 Hình 4.6: Cơ cấu khớp cung 29 Hình 4.7: Động cơ điện 30 Hình 4.8: Động cơ bƣớc 30 Hình 4.9: Bộ truyền xích 31 Hình 4.10: Bộ truyền đai 32 Hình 4.11: Tuyền động bánh răng 33 Hình 4.12: Thiết bị PLC 34 Hình 4.13: Mạch aduino 35 Hình 5.1: Chi tiết vòng cung 38 Hình 5.2: Thanh chống 38 Hình 5.3: Cum chi tiets đỡ 39 Hình 5.4: Khớp nối 39 Hình 5.5: Con trƣợt 40 Hình 5.6: Mô hình hoàn chỉnh 3D 41 Hình 5.7: Board Arduino Mega 2560 50 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP x
12. Hình 5.8: Tính toán động học 51 Hình 6.1: Sơ đồ tổng thể 53 Hình 6.2: Lƣu đồ đọc ADC cảm biến dòng 54 Hình 6.3: Lƣu đồ xử lý só liệu và lọc trung bình 55 Hình 6.4: Lƣu đồ đọc encoder 56 Hình 6.5: Lƣu đồ gải thuật điều khiển chung 57 Hình 6.6: Giao diện điều khiển 58 Hình 6.7: Giao diện vị trí động cơ và giá trị dòng 59 Hình 6.8: Đồ thị lọc nhiễu cảm biến 60 Hình 6.9: Đáp ứng động cơ không tải 61 Hình 6.10: Đáp ứng động cơ có tải 61 Hình 6.11: Đáp ứng không tải của cảm biến dòng 62 Hình 6.12: Sản phẩm 63 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP xi
13. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CAP Computer Aided Planning CNC Computerized Numerical Control APTA ASEAN Free Trade Area WCPT World Confederation for Physical Therapy D-H DenavitHartenberg PID Proportonal Integral Derivative CAE Computer AidedEngineering KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP xii
14. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Mọi hoạt động của con ngƣời gần nhƣ liên quan đến đôi bàn tay và đôi bàn tay có thể cử động khéo léo đƣợc là nhờ khớp tay có thể quay linh hoạt. Đây cũng là khớp chịu nhiều tác động, vì thế nó có nguy cơ bị nhiều bệnh lý liên quan mà triệu chứng dễ nhận ra nhất là đau khớp .Bác sĩ Phan Trọng Anh, giảng viên Trƣờng đại học y dƣợc Phạm Ngọc Thạch (TP.Hồ Chí Minh), cho biết đau khớp tay là hội chứng đau mà ngƣời bệnh thƣờng nhức buốt vùng khớp, buốt lan lên cổ tay, cảm giác tê các đầu ngón tay, cử động tay khó khăn Đây cũng là lý do tại sao ngƣời dân dễ mắc nhiều bệnh ở khớp cổ tay gây nhiều ảnh hƣởng đến công việc cũng nhƣ các hoạt động thƣờng ngày của cuộc sống. Vì thế, đề tài “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” là rất cần thiết cho việc chăm sóc sức khỏe của con ngƣời. Bệnh thoái hóa khớp cổ tay có nhiều nguyên nhân khác nhau nhƣng có hai nguyên nhân chính là do tuổi tác và giới tính. Các bệnh thoái hóa khớp nói chung và thoái hóa khớp cổ tay nói riêng, tỉ lệ nữ mắc bệnh luôn cao hơn nam, do phải thƣờng xuyên làm các công việc nội trợ nhƣ giặt giũ, nấu ăn, các công việc tay chân trong gia đình đồng thời phụ nữ đến đỗ tuổi tiền mãn kinh và mãn kinh thƣờng thiếu hụt canxi lớn hơn. Vì vậy dễ bị thoái hóa khớp hơn. Bên cạnh đó có thể nói bệnh thoái hóa khớp là một bệnh liên quan mật thiết với tuổi tác, tuổi càng cao thì bệnh càng gia tăng do hiện tƣợng lão hóa các chức năng của cơ thể, lúc này lƣợng máu đến nuôi các vùng khớp nói chung và khớp tay nói riêng giảm sút một cách đáng kể khiến có các đĩa sụn thiếu chất dinh dƣỡng, suy giảm chức năng, dần dần tác động tới hệ thống xƣơng khớp, gây bệnh thoái hóa khớp. Ngoài ra còn có một số nguyên nhân khác nhƣ tai nạn lao động, gãy xƣơng hoặc chấn động mạnh làm rạn, nứt xƣơng hoặc mắc các bệnh nhƣ tiểu đƣờng, gút làm xƣơng tay bị tổn thƣơng, dẫn tới hiện tƣợng thoái hóa khớp tay. Ít vận động ở ngƣời cao tuổi cũng là một nguyên nhân gây bệnh cần đƣợc chú ý. Ta có thể thấy rất nhiều nguyên nhân dẫn đến các bệnh về khớp bàn tay từ đơn giản đến phức tạp.Để phòng ngừa và tránh những biến chứng nghiêm trọng các bệnh cơ – xƣơng – khớp ở tay tốt nhất mà tiết kiệm đƣợc thời gian, nhóm em đã nghiên cứu và chế tạo “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay”. Ngoài ra, việc tập luyện phục hồi chức năng cho các bệnh nhân bại liệt, sau tai biến, tai nạn để sớm hòa nhập với cuộc sống sinh hoạt KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1
15. thƣờng ngày là một nhu cầu quan trọng, đồng thời cũng là thách thức đƣợc đặt ra cho chính họ và những ngƣời thân xung quanh. Rất nhiều trƣờng hợp, do thiếu công cụ và phƣơng tiện hỗ trợ tập luyện hiệu quả mà ngƣời bệnh có tâm lý chán nản, mệt mỏi và mất đi niềm tin vào việc điều trị, dẫn đến kết quả không đạt nhƣ mong muốn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu, đổi mới sáng tạo để đƣa ra những sáng chế, giải pháp công nghệ mới hỗ trợ việc luyện tập phục hồi chức năng cho ngƣời bị bại liệt, sau tai biến, tai nạn là một yêu cầu mang tính cấp thiết, không những giúp nâng cao hiệu quả việc điều trị mà còn tạo ra các sản phẩm kinh doanh mới trên thị trƣờng. Khi chăm sóc và chứng kiến những khó khăn mà ngƣời thân gặp phải khi vất vả tập luyện phục hồi chức năng cho cơ thể, nhóm đã nghiên cứu và chế tạo thành công giải pháp công nghệ: Máy tập vật lý trị liệu tự động.Nhờ thiết kế và cơ chế làm việc tự động, máy tập giúp ngƣời bệnh tập luyện một cách dễ dàng mà không cần phải lo lắng bị mất sức và chán nản nhƣ các loại máy tập cơ học thông thƣờng. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Nhƣ chúng ta đã biết, các bệnh về xƣơng khớp ở cổ tay ảnh hƣởng lớn đến công việc cũng nhƣ các sinh hoạt hằng ngày của con ngƣời.Mặt khác, vấn đề chăm sóc sức khỏe luôn là một trong những vấn đề hang đầu đƣợc xã hội quan tâm. Vì thế “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” góp một phần nhỏ vào vấn đề sức khỏe cộng đồng. Bên cạnh đó, hòa nhập theo sự phát triển của các ngành khoa học và công nghệ hiện đại, kéo theo các máy móc ngày càng ra đời từ đơn giản đến phức tạp nhằm thay thế sức lao động cho con ngƣời và cải thiện cuộc sống của con ngƣời. “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” đã áp dụng các kiến thức khoa học kỹ thuật mà nhóm chúng em đã đƣợc học ở trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM vào việc nghiên cứu và chế tạo. Máy là sản phẩm tích hợp kiến thức đã học giúp sinh viên ôn lại kiến thức và có cái nhìn khái quát về tầm quan trọng của giáo dục để ứng dụng vào thực tế. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài  Tính toán, thiết kế và mô phỏng hoạt động cho “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay” sử dụng phần mềm SolidWorks  Tính toán và lựa chọn các thiết bị, mạch, nguyên liệu chế tạo, lắp ráp cho máy có cơ cấu cơ khí đơn giản và hoạt động hiệu quả KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2
16.  Nghiên cứu động học thuận và động học nghịch cho “Máy Tập Vật Lí Trị Liệu Cho Cổ Tay”.  Tạo giao diện điều khiển cho máy sao cho dễ điều khiển và hiệu quả  Lập trình hoạt động cho máy  Kiểm tra và thử nghiệm hoạt động 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu Hình 1.1: Đối tƣợng nghiên cứu Phục vụ cho các đối tƣợng thƣờng xuyên hoạt động cổ tay nhƣ: nhân viên văn phòng, nhân viên đánh máy, nhân viên vi tính, nhà văn, nhà báo, biên tập viên, ngƣời thu tiền quầy tạp hóa, nhân viên thu ngân, ngƣời buôn bán, công nhân làm việc trong các dây chuyền công nghiệp, công nhân làm đƣờng, cắt đƣờng bằng máy rung Những ngƣời KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3
17. làm việc trong dây chuyền thực phẩm, thợ mộc, thợ cơ khí, vận động viên bóng bàn, nghệ sĩ chơi đàn Những công việc có nguy cơ bị bệnh liên quan đến dụng cụ và cách cầm dụng cụ, tƣ thế của bàn tay, tƣ thế của cơ thể có ảnh hƣởng trong việc gây triệu chứng gồm các công việc về băm chặt, quay guồng dây câu cá, sử dụng máy cƣa, máy vi tính, máy đánh chữ, máy thu tiền. Những ngƣời có sở thích nhƣ làm vƣờn, chơi golf, bơixuồng hoặc ngay cả những ngƣời làm việc nội trợ cũng có nhiều nguy cơ mắc phải hội chứng này. Đặc biệt là những ngƣời thƣờng xuyên tiếp xúc với máy vi tính khi cầm nắm con chuột thƣờng xuyên trong tƣ thế sai khiến sự căng giãn lặp đi lặp lại ở vùng cổ tay gây chấn thƣơng. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về cấu trúc thần kinh cổ tay và sơ lƣợc về giải phẩu học để có các bài tập phù hợp với từng đối tƣợng Nghiên cứu tổng quan về nhân trắc học xƣơng khớp Nghiên cứu động học tay máy, tổng quan bài toán động học thuận và động học nghịch cho máy. Nghiên cứu chuyển động tay máy, nguyên lí chi tiết máy 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận Tìm hiểu tài liệu: nhóm tìm hiểu các tài liệu liên quan đến máy vật lí trị liệu, thiết kế cơ khí, điện tử, tài liệu về PID, điều khiển servo, nguyên lí chi tiết máy, và datasheet của các IC đƣợc sử dụng trong đề tài. Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: các đồ án, các thiết kế mạch có liên quan đã đƣợc thi công đƣa vào sử dụng ổn định, và sự tham vấn trực tiếp của các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Phƣơng pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: qua những lần thử nghiệm trên test board, kết hợp với tính toán giải tích mạch để rút ra giải pháp mạch điện tốt nhất. Quá trình tính toán góc lệch, hƣớng đi cho Robot cũng đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyết và các số liệu thực tế từ kết quả những lần thực nghiệm Vận dụng các kiến thức đã học, áp dụng các phƣơng pháp luận và nghiên cứu khoa học nhóm đã thực hiện lần lƣợt các phƣơng pháp nghiên cứu sau đây: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4
18.  Phân tích, nghiên cứu từ các máy vật lí trị liệu sẵn có trên thị trƣờng và sách báo trong và ngoài nƣớc  Lên kế hoạch và hoạch định hƣớng phát triển cho đồ án  Tính toán, phân tích lực, moment .và thiết kế  Tiến hành thực hiện đồ án  Giám sát điều khiển  Đánh giá và nhận xét kết quả Ngoài ra, nhóm còn nghiên cứu cấu trúc thần kinh cồ tay và giải phẩu học khớp tay. 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể Nhóm đã vận dụng tất cả các kiến thức đã học trên giảng đƣờng đại học cùng với việc tự nghiên cứu và sửu dụng các phƣơng tiện sau để hoàn thành đồ án:  Tham khảo tài liệu, sách, báo và truy cập internet nghiên cứu sản phẩm  Sử dụng SolidWorks trong việc thiết kế mô hình 3D cùng với việc xuất bản vẽ 2D phục vụ cho việc gia công cơ khí  Sử dụng công nghệ CNC để gia công cơ khí cho đồ án  Dùng giao diện và ngôn ngữ C# hỗ trợ điều khiển động cơ và giám sát hoạt động  Lập trình dùng Aduino 2560 điều khiển động cơ 1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án gồm 6 chƣơng với các nội dung sau: Chƣơng 1: Giới thiệu Tính cấp thiết của đề tài Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cơ sở phƣơng pháp luận Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 5
19. Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Giới thiệu sơ lƣợc vật trị liệu và đồ án Lí do chọn đề tài Giới hạn đề tài Tình hình nghiên cứu Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết (Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài) Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và các giải pháp về đề tài (đƣa ra ý tƣởng các phƣơng án thực hiện, đua ra nhận định ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng án và chọn phƣơng án tối ƣu nhất). Chƣơng 5: Đề xuất công nghệ, tính toán và thiết kế Chƣơng 6: Chế tạo thử nghiệm, thực nghiệm và đánh giá KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 6
20. CHƢƠNG 2: TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀ I 2.1 Giới thiệu sơ lƣợc 2.1.1 Khái niệm vật lí trị liệu Vật lí trị liệu là phƣơng pháp phòng và chữa bệnh bằng cách sử dụng các tác nhân vật lí tự nhiên hay nhân tạo nhƣ: nƣớc, không khí, nhiệt độ, khí hậu, độ cao, điện, tia X, tia cực tím, tia hồng ngoại, siêu âm, các chất đồng vị phóng xạ, xoa bóp, thể dục – thể thao, đi bộ, dƣỡng sinh Theo từ điển Oxford, vật lý trị liệu là điều trị bệnh, tổn thƣơng và thƣơng tật bằng các phƣơng tiện vật lý nhƣ xoa bóp, nhiệt độ và vận động hơn là thuốc và phẫu thuật. Còn từ điển Merriam-Webster, thuộc Công ty từ điển và bách khoa toàn thƣ Britannica lừng danh, thì định nghĩa vật lý trị liệu là điều trị bệnh, tổn thƣơng hoặc tàn tật bằng các công cụ vật lý hoặc cơ học, nhƣ xoa bóp, vận động, nƣớc, ánh sáng, nhiệt và điện. Cho tới tận đầu thế kỷ XXI, ngay tại các nƣớc phát triển, vật lý trị liệu cũng chƣa phát triển và chƣa đƣợc thừa nhận nhƣ mong muốn. Một trong những nguyên nhân của tình trạng đó là chƣa có sự đồng thuận cao về khái niệm và nội dung của vật lí trị liệu cả trong giới chuyên môn và nhà quản lý. Chẳng hạn ngay tại Mỹ, nơi vật lý trị liệu phát triển hàng đầu thế giới, tuy từng tiểu bang đều có quan niệm riêng về nội dung học thuật và cách quản lý đối với vật lý trị liệu, nhƣng cho đến năm 2009, Hội vật lý trị liệu Mỹ APTA(ASEAN Free Trade Area) mới đƣa ra định nghĩa và cách phân loại chuyên ngành dựa trên quan điểm của Hội liên hiệp vật lý trị liệu thế giới WCPT (World Confederation for Physical Therapy) năm 2007. Năm 2002, Hội vật lý trị liệu Anh CSP định nghĩa vật lý trị liệu là một chuyên ngành y tế liên quan với chức năng và vận động của con ngƣời và tối ƣu hóa tiềm năng. Nó dùng các tiếp cận vật lý để khuyến khích, duy trì và phục hồi các sức khỏe thể chất, tâm lý và xã hội trong sự lƣu tâm tới những thay đổi của tình trạng sức khỏe. Nó dựa trên khoa học, hƣớng tới việc mở rộng, áp dụng, đánh giá và tổng kết các bằng chứng vốn là nền tảng và minh chứng cho ứng dụng thực tiễn và hoạt động triển khai. Vận động liệu pháp với sự kiểm soát về lâm sàng và sự giải đoán giầu tính thông tin là thành phần cốt lõi của vật lý trị liệu. Bên cạnh đó, CSP cũng phân loại các phƣơng pháp can thiệp, nhƣ vận động liệu pháp, các tác nhân điện vật lý, trị liệu bằng tay và giáo dục sức khỏe. Tuy nhiên hiện định nghĩa này không còn đƣợc CSP sử dụng. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 7