Đồ án Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết bị phục hồi chức năng bàn 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 THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG BÀN TAY GVHD: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG SVTH: NGUYỄN VĂN ĐẠI MSSV: 11146027 SVTH: DƯƠNG VĂN THẮNG MSSV: 11146264 SVTH: TRẦN QUỐC TUẤN MSSV: 11146272 S K L 0 0 4 2 2 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài “THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨCNĂNG BÀN TAY” Giảng viên hướng dẫn: TS. CÁI VIỆT ANH DŨNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN ĐẠI MSSV: 11146027 Sinh viên thực hiện: DƯƠNG VĂN THẮNG MSSV: 11146264 Sinh viên thực hiện: TRẦN QUỐC TUẤN MSSV: 11146272 Lớp: 111463 Khoá: 2011 – 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TP. HCM 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 hướng dẫn: TS. Cái Việt Anh Dũng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đại MSSV: 11146027 Dương Văn Thắng MSSV: 11146264 Trần Quốc Tuấn MSSV: 11146272 1. Tên đề tài: THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG BÀN TAY 2. Nhiệm vụ đề tài - Xác định các cơ cấu cần có của máy. - Tính toán và chọn công suất động cơ phù hợp với từng cơ cấu. - Thiết kế, gia công và lắp ráp máy. - Tìm hiểu nguyên lý, công dụng của các module điều khiển. - Lắp ráp nguồn điện, các module điều khiển vào tủ điện. - Lập trình PI điều khiển vận tốc và vị trí của động cơ DC servo. - Lập trình các bài tập cho máy. 3. Ngày giao đồ án: Ngày tháng năm 2015 4. Ngày nộp đồ án:Ngày 08 tháng 01 năm 2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ (GVHD ký và ghi rõ họ tên)
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay. - GVHD: TS. Cái Việt Anh Dũng - Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Đại - MSSV: 11146027 Lớp: 111463A - Địa chỉ sinh viên: Quận 9, TPHCM - Số điện thoại liên lạc: 0977775614 - Email: 11146027@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/01/2016 - 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 8 tháng 01 năm 2016 Ký tên
5. LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô và ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, đặt biệt là bộ môn Cơ-Điên Tử đã tạo cho chúng em có một môi trường học tập và rèn luyện vô cùng bổ ích. Bước vào một môi trường hoàn toàn mới sau ba năm học phổ thông chúng em còn rất bỡ ngỡ nhưng được sự dìu dắt và chỉ dạy của thầy cô chúng em đã không ngừng nỗ lực và phấn đấu trong suốt bốn năm học tại trường và đạt được kết quả như ngày hôm nay. Tiếp theo, chúng em gởi lời cám ơn chân thành đến thầy Cái Việt Anh Dũng người đã hướng dẫn,chỉ bảo, giúp đỡ tận tình để chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp một cách tốt nhất. Cám ơn các bạn trong lớp 111463 đã nhiệt tình đóng góp những ý kiến quý báu của mình trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp nhiệt tình từ các thầy (cô) trong bộ môn cơ điện tử nói riêng, khoa cơ khí máy nói chung và các bạn sinh viênđể chúng em đúc kết được kinh nghiệm cần thiết, hiểu biết thêm và hoàn thiện hơn trong quá trình làm việc sau này. Chúng em chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đại Dương Văn Thắng Trần Quốc Tuấn
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay với sự tiến vộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ tiên tiến, đặt biệt là trong lĩnh vựt vật lý trị liệu, điều trị sức khỏe cho con người. Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay thật sự cần thiết để điều trị các bệnh về khớp ngón tay, thái hóa ngón tay. Vấn đề sức khỏe của con người là một trong những vấn đề quan trọng nhất hiện nay. Số lượng bệnh nhận bị viêm khớp, hay trật khớp cần được điều trị phục hồi chức năng sau khi trị bệnh ngày càng cần thiết.Nhận thấy tính cấp bách của vấn đề trên, nhóm đã chọn và thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo thiết bị phục hồi chức năng bàn tay”. Việc chế tạo ra máy sẽ hỗ trợ cho việc điều trị nhanh chóng và hiệu quả hơn nhờ có khả năng làm việc chính xác.Bệnh nhân có thể tự sử dụng mà không cần sự trợ giúp của người khác.Giúp cho các y bác sĩ thêm phương pháp, thêm hướng điều trị cho bệnh nhân. ABSTRACT Nowadays with the advancement of science and technology and advanced technology, especially in Throw physiotherapy, treatment for human health. Equipment for hand rehabilitation is really necessary to treat diseases of the knuckles, finger degeneration. The issue of human health is one of the most important issues today. The number of patients suffering from arthritis, or dislocation should be treated rehabilitation after medical treatment is increasingly necessary. Realizing the urgency of the problems above, the selected group and perform the theme: "The design and manufacture of equipment rehabilitation of hand". The machine will be created to support the treatment quickly and more efficiently thanks to the ability to work accurately. Patients can use without the help of others. Help physicians more methods, more ways to treat patients.
7. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 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. 1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. 2 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. 2 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu 3 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận 3 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 3 1.6. Kết cấu của ĐATN 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 5 2.1 Giới thiệu sơ lược 5 2.1.1 Khái niệm vật lí trị liệu 5 2.1.2 Giới thiệu đồ án 7 2.2 Lí do chọn đề tài 7 2.3 Giới hạn đề tài 10 2.4. Tình hình nghiên cứu 10 2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 10 2.4.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 11 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 3.A. Giới thiệu về cơ sinh học của bàn tay và khớp của bàn tay. 13 3.1. Vùng Gan Tay (Regio palmaris manus) 13 3.1.1 Cấu tạo lớp nông 13 3.1.2. Lớp sau và các ô gan tay. 13 3.1.3. Mạch và thần kinh. 17 3.2. Vùng mu tay (Regio dorsalis manus). 18 3.3. Hệ thống xương. 21 3.4. Khớp tay. 22 3.B. Lực ngón tay khả năng: đo lường và sử dụng biện pháp nhân trắc học và y học (Finger force capability: measurement and prediction using 22
8. anthropometric and myoelectric measures) 22 3.1. Biện pháp nhân trắc học 22 3.2. Cách tính lực các ngón tay. 23 3.C. Cơ sở lý thuyết động học. 25 3.3.1. Ma trận biểu diễn. 25 3.3.2 Các phép chuyển vị ma trận 28 3.3.3 Động học thuận Robot 31 3.3.4 Động học nghịch robot 33 3.4 Bộ truyền đai răng 33 3.4.1 Giới thiệu 33 3.4.2Cơ sở lý thuyết 34 3.4.2.1 Thông số hình học chủ yếu 34 3.4.2.2 Vận tốc và tỷ số truyền 35 3.4.2.3 Lực tác dụng trong bộ truyền 35 3.3.2.4Ứng suất trong đai 37 3.4 Bộ điều khiển PID 37 3.4.1 Khâu P: 38 3.4.2 Khâu I: 38 3.4.3 Khâu D: 39 3.5. Giới thiệu sơ lượt về thành phần trong đồ án. 40 3.5.1. Board cầu H-Bridge 40 3.5.2. Encoder 41 3.5.3 Bo mạch Arduino. 46 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHẢP CHO ĐỀ TÀI 49 4.1. Yêu cầu của đề tài và thông số thiết kế. 49 4.1.1. yêu cầu của đề tài. 49 4.1.2. Thông số thiết kế. 49 4.2. Phương hướng và giải pháp thực hiện 49 4.2.1. Phương pháp 1: cơ cấu hình tam giác và cơ cấu chuyển động gập xoay. 51 4.2.2. Phương án 2: Lựa chọn bộ truyền bánh răng, hay bộ truyền đai. 52 4.3. Đánh giá và lựa chọn giải pháp. 53 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ 54 5.1. Tính toán bậc tự do cơ cấu 54 5.2. Tính toán động học thuận 55 5.3 Tính toán đai 58 5.3.1 Tính toán bộ truyền đai 58 5.3.2 Truyền động đai 59 5.4 Tính Toán Chọn Động Cơ 67 5.5. Các chi tiết trong phần khớp ngón tay. 67 5.5.1Phần khớp ngoài cùng. 68
9. 5.5.2. Phần giữa của khớp ngón tay. 71 5.5.3.Phần cuối của khớp. 74 5.6. Phần vỏ hộp và bệ đỡ động cơ. 75 CHƯƠNG 6: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 77 6.1. Sơ đố khối tổng thể hệ thống điều khiển của thiết bị 77 6.2. Tổng quan về hệ thống điều khiển của cơ cấu 77 6.2.1 Lưu đồ đọc encoder 80 6.2.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển chung 81 6.3. Nhập mã lệnh điều khiển 82 6.3.1. Nhập mã lệnh trên máy tính từ Form C 82 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ - ÐÁNH GIÁ. 84 7.1.Kết quả đạt được. 84 7.1.1. Thiết kế cơ khí 84 7.1.2. Thiết kế hệ thống điện. 84 7.2 Đánh giá kết quả. 86 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN. 88 8.1. Tổng kết đề tài. 88 8.2. Định hướng phát triển 88 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1: Ảnh hưởng của thông số PID 39 Bảng 3. 2: So sánh 2 encoder. 46 Bảng 4. 1: Bảng so sánh 2 phương án thiết kế lựa chọn cơ cấu. 52 Bảng 4. 2.: So sánh 2 phương án thiết kế. 53 Bảng 4. 3. Trình tự công việc trong quá trình hình thành. 54 Bảng 5. 1: Bảng chọn đai 59 Bảng 5. 2: Trị số nhỏ nhất của đường kính bánh đai 60 Bảng 5. 3: Trị số của hệ số tải trọng động Kđ 64 Bảng 5. 4: Tỉ số của chiều dày đai và đường kính bánh đai nhỏ 64 Bảng 5. 5: Trị số của hệ số k1 và k2 65 Bảng 5. 6: Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm Cα 66 Bảng 5. 7: Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc Cv 66 Bảng 5. 8: Trị số của hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền C0 67
10. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2. 1: Tổng quan về bàn tay 9 Hình 2. 2: Máy tập cổ tay thụ động. 11 Hình 3. 1: Các cơ gan tay. 14 Hình 3. 2: Thiết đồ cắt ngang bàn tay. 16 Hình 3. 3: Các cơ gian cốt bàn tay. 17 Hình 3. 4: Bao hoạt dịch ở ngón tay. 18 Hình 3. 5: Vùng mu bàn tay ( mạch máu và thần kinh nông). 20 Hình 3. 6: Hệ thống xương của bàn tay. 21 Hình 3. 7: Minh họa cách tính lực ngón tay trỏ. 23 Hình 3. 8: Minh họa kéo ngoại biên 900 sử dụng ngón trỏ. 24 Hình 3. 9: Minh hoa của nhấn ngoại biên 1800 sử dụng ngón trỏ 24 Hình 3. 10: Minh họa của nhiều ngón tay kẹp ngang. 24 Hình 3. 11: Minh họa của hai ngón tay kẹp. 25 Hình 3. 12: Biểu diễn một điểm trong hệ tọa độ 26 Hình 3. 13: Biểu diễn một hệ tọa độ trong một hệ tọa độ 27 Hình 3. 14: Hệ tọa độ tham chiếu 28 Hình 3. 15: Mô tả phép biến đổi tịnh tiến 29 Hình 3. 16: Sự định hướng của khâu chấp hành cuối 32 Hình 3. 17: Góc ôm đai 34 Hình 3. 18: Lực căng đai ban đầu 35 Hình 3. 19: Lực căng đai khi làm việc 36 Hình 3. 20: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 37 Hình 3. 21: Board Cầu H-Bridge: 40 Hình 3. 22: Cấu tạo đĩa encoder. 41 Hình 3. 23: Nguyên lí hoạt động. 42 Hình 3. 24: Encoder tuyệt đối. 43 Hình 3. 25: Số vòng quay encoder. 44 Hình 3. 26: Encoder có lỗ vị trí. 45 Hình 3. 27: Mã nhị phân và mã Gray. 45 Hình 3. 28: Bo mạch arduino Mega 2560. 47 Hình 4. 1: Sơ đồ khối thiết kế. 50 Hình 4. 2: Cơ cấu hình tam giác. 51 Hình 4. 3:Cơ cấu tịnh tiến xoay. 51 Hình 4. 4:Cơ cấu bộ truyền bánh răng 52
11. Hình 4. 5: Cơ cấu bộ truyền đai. 52 Hình 5. 1: Tổng quan phần cơ khí ngón tay. 68 Hình 5. 2: Hình dáng 2 trục Ø3mm. 68 Hình 5. 3: Bạc trược.Hình 5. 4: Con trược tịnh tiến ngoài 69 Hình 5. 5: Miếng đỡ chặn ngoài. Hình 5. 6: Miếng đỡ chặn 2 trục. 69 Hình 5. 7: Miếng khớp xoay ngoài. 70 Hình 5. 8:Tấm Mica cơ cấu xoay. 71 Hình 5. 9: Miếng Mica quay. 71 Hình 5. 10:Hình giữa của khớp ngón tay. 72 Hình 5. 11:Hai con trược nằm ở giữa khớp. 72 Hình 5. 12: Miếng Xoay khớp giữa 73 Hình 5. 13: Miếng xoay phía dưới 74 Hình 5. 14: Con xoay phần đầu và phần giới hạn khớp. 74 Hình 5. 15: Phần gắn với vỏ hộp. 75 Hình 5. 16: Hệ thanh dẫn động và kéo lò xo. 75 Hình 5. 17: Phần vỏ hộp và phần nâng đỡ động cơ. 76 Hình 6. 1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển. 77 Hình 6. 2: Sơ đồ thuật toán điều khiển 78 Hình 6. 3:Lưu đồ đọc encoder 80 Hình 6. 4: Lưu đồ giải thuật điều khiển chung 81 Hình 6. 5 : Form C 82 Hình 7. 1: Mạch cầu H. 84 Hình 7. 2: Mạch kết nối điều khiển. 85 Hình 7. 3: Sơ đồ nút bấm và KeyBoard 85 Hình 7. 4: Sơ đồ động cơ và bộ truyền động. 86
12. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DC Động Cơ UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter PID Proportional-Integral-Derivative Controller PI Proportional-Integral Controller USB Universal Serial Bus PC Personal Computer
13. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ trong mọi lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu và chết tạo các sản phẩm nâng sức khỏe, phục hồi sức khỏe cho con người nói chung và thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng bàn tay nói riêng. Hiện nay cũng có rất nhiều loại máy, hay nhiều thiết bị phục hồi chức năng nhằm giúp con người phục hồi những bộ phận trên cơ thể, giúp cho hồi phục một cách nhanh chóng và có hiệu quả tốt nhất. Hiện nay ở Việt Nam, và nhiều quốc gia trên Thế giơi. Số lượng tai biến dẫn tới co rút xương khớp, đặt biệt là các cơ khớp bàn tay ngày càng nhiều, tỉ lệ người cần phục hồi chức năng bàn tay cũng ngày càng tăng cao. Các bệnh về xương khớp ở bàntay ảnh hưởng lớn đến công việc cũng như các sinh hoạt hằng ngày của con người. Mặt khác, vấn đề chăm sóc sức khỏe luôn là một trong những vấn đề hang đầu được xã hội quan tâm. Vì thế “thiết bị phục hồi chức năng bàn 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 người và cải thiện cuộc sống của con người. “thiết bị phục hồi chức năng bàn tay” đã áp dụng các kiến thức khoa học kỹ thuật mà nhóm chúng em đã được học ở trường Đại Học Sư 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. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. - Giúp đỡ cho những người bệnh về vấn đề chức năng khớp bàn tay được chữa trị và phục hồi một cách nhanh chóng, nhằm nâng cao sức khỏe. Hỗ trợ các bác sĩ trong phác đồ điều trị được nhanh nhất, hiệu quả nhất. - Vậng dụng những kiến thức khoa học của bản than để đạt được mục tiêu và ứng dụng thành quả nghiên cứu giúp đỡ cho cộng đồng và xã hội.Góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển. - Đóng góp công trình nghiên cứu cho việc phục hồi và tập luyện chức năng bàn tay ở Việt Nam. Page 1
14. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. - Tính toán, thiết kế và mô phỏng hoạt động cho “Máy thiết bị phục hồi chức năng bàn 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. - 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. - Xin tư vấn về vấn đề trị liệu của Bác sĩ trị liệu. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. - Các vi điều khiển Arduino atmega 2560. - Giải thuật tìm thông số hàm truyền động cơ, khối PI điều khiển vận tốc của động cơ DC servo. - Cchương trình tạo C-form bằng . - Động cơ DC servo, động cơ bước, các cơ cấu truyền động. - Mạch PID vị trí dò tay và tự động, mạch cảm biến, mạch driver động cơ bước.v v. - Phần mềm thiết kế kỹ thuật SolidWork 2014. - Phần mềm thiết mạch điện Proteus. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. - Nghiên cứu và thiết kế thiết bị phục hồi chức năng bàn tay theo các góc quay định trước. - Thiết kế bài tập mẫu và bài tập có thể được thiết kế nhanh và đơn giản. - Thiết bị phục hồi chức năng được thực hiện trong nhà, dưới sự giám sát của các thành viên trong nhóm. - Thời gian hoàn thành thiết bị là 4 tháng. Page 2
15. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay 1.5. Phương pháp nghiên cứu 1.5.1. Cơ sở phương 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 được 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 được thi công đưa vào sử dụng ổn định, và sự tham vấn trực tiếp của các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Phương 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, hướng đi cho Robot cũng được 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 phương pháp luận và nghiên cứu khoa học nhóm đã thực hiện lần lượt các phương pháp nghiên cứu sau đây: Phân tích, nghiên cứu từ các máy vật lí trị liệu sẵn có trên thị trường và sách báo trong và ngoài nước: - Lên kế hoạch và hoạch định hướng 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 phương pháp nghiên cứu cụ thể Nhóm đã vận dụng tất cả các kiến thức đã học trên giảng đường đại học cùng với việc tự nghiên cứu và sử dụng các phương tiện sau để hoàn thành đồ án: - Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: các đồ án các khóa trước, tài liệu viết tay của sinh viên nước ngoài, tài liệu trên Internet, và sự tham vấn trực tiếp của các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Page 3
16. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay - Tìm hiểu tài liệu: tìm hiểu các tài liệu liên quan động cơ DC, xây dựng hàm truyền cho động cơ DC, thuật toán PI vận tốc, datasheet các IC hoặc mạch đã được sử dụng. - Phương pháp quan sát: dựa vào các hiện tượng và biên dạng đồ thị từ động cơ, biên dạng xung từ oscillocope, các hiện tượng chạy khởi động và bài tập của máy để rút ra kết luận cải tiến hoặc tìm lỗi sai. - Phương pháp phân tích: dựa trên các kết quả thực nghiệm so sánh lại với yêu cầu đề ra và kết luận giải quyết được các vấn đề gì, chưa giải quyết được gì và cách khắc phục. - Phương pháp lập kế hoạch: lập kế hoạch cụ thế cho từng công việc, đề ra các mục tiêu nhỏ cần hoàn thành và hoàn thành trong thời gian bao lâu, dự trù các phương án dự phòng, chi phí thời gian cho từng phương án, báo cáo tiến độ, những khó khăn và cách giải quyết liên tục. - 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 laser 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 ĐATN Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Thiết kế cơ khí Chương 5: Mạch điện Chương 6: Giải thuật điều khiển và lập trình cho máy Chương 7: Thực nghiệm và kết quả thực tế Chương 8: Kết luận và hướng phát triển Page 4
17. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu sơ lược 2.1.1 Khái niệm vật lí trị liệu Vật lí trị liệu là phương pháp phòng và chữa bệnh bằng cách sử dụng các tác nhân vật lí tự nhiên hay nhân tạo như: nước, 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, dưỡng sinh Theo từ điển Oxford, vật lý trị liệu là điều trị bệnh, tổn thương và thương tật bằng các phương tiện vật lý như 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 thư Britannica lừng danh, thì định nghĩa vật lý trị liệu là điều trị bệnh, tổn thương hoặc tàn tật bằng các công cụ vật lý hoặc cơ học, như xoa bóp, vận động, nước, ánh sáng, nhiệt và điện. Cho tới tận đầu thế kỷ XXI, ngay tại các nước phát triển, vật lý trị liệu cũng chưa phát triển và chưa được thừa nhận như mong muốn. Một trong những nguyên nhân của tình trạng đó là chưa 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, nhưng cho đến năm 2009, Hội vật lý trị liệu Mỹ APTA (ASEAN Free Trade Area) mới đưa 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 người và tối ưu 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 lưu tâm tới những thay đổi của tình trạng sức khỏe. Nó dựa trên khoa học, hướng 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 Page 5
18. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay 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 phương pháp can thiệp, như 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 được CSP sử dụng. Theo Hội vật lý trị liệu Nam Phi SASP, vật lý trị liệu liên quan với việc đánh giá, điều trị và phòng ngừa các rối loạn vận động của con người, với việc khôi phục chức năng bình thường hoặc tối thiểu hóa sự giảm chức năng và đau ở người lớn và trẻ em bị khiếm khuyết thể chất để giúp họ đạt được sự độc lập cao nhất khả dĩ trong cuộc sống; với việc ngăn ngừa sự tái phát tổn thương và sự suy giảm chức năng tại nơi làm việc, tại nhà, hoặc trong các hoạt động giải trí và với việc tăng cường sức khỏe cộng đồng cho mọi lứa tuổi.Để làm được điều đó, các nhà vật lý trị liệu dùng các đánh giá quy chuẩn và bàn tay có kỹ năng về các phương pháp điều trị như di động, kéo nắn, xoa bóp và bấm huyệt, các chương trình vận động được thiết kế cho từng bệnh nhân, các kỹ thuật thư giãn, các thiết bị tinh tế, thủy trị liệu và phản hồi sinh học, các thiết bị điện trị liệu chuyên biệt, nhiệt, lạnh và kéo cột sống để giảm đau và trợ giúp quá trình lành tổ chức và hồi phục, các phương pháp hỗ trợ đi lại, nẹp và dụng cụ, và giáo dục sức khỏe cho bệnh nhân. Đến năm 2007, trong tài liệu hướng dẫn đào tạo vật lý trị liệu mức độ đầu vào, Hội liên hiệp vật lý trị liệu thế giới WCPT quan niệm, vật lý trị liệu là chuyên ngành y tế cung cấp các dịch vụ cho bệnh nhân và cộng đồng để phát triển, duy trì và khôi phục khả năng vận động và các hoạt động chức năng tối đa trong suốt cuộc đời, bao gồm các can thiệp khi khả năng vận động và hoạt động chức năng bị đe dọa do các nguyên nhân tuổi tác, tổn thương, bệnh tật, rối loạn, cũng như do các điều kiện và yếu tố môi trường; trong đó vận động chức năng được xem là vấn đề cốt lõi của sức khỏe. Tất cả các bệnh lý viêm không do nhiễm khuẩn đều có chỉ định điều trị bằng các phương pháp vật lý hoặc đơn thuần hoặc kết hợp với dùng thuốc. Các kỹ thuật vật lý được sử dụng tại khoa gồm: sóng ngắn, sóng cực ngắn, siêu âm điều trị, siêu âm dẫn thuốc, điện một chiều đều (Galvanic), điện di ion thuốc, điện xung, paraffin. Bên cạnh các tiêu chí về kiểm tra, đánh giá và lượng giá, WCPT cũng tiến hành phân loại các phương pháp điều trị. Theo đó vật lý trị liệu bao gồm nhưng không giới hạn trong các loại hình can thiệp như sau: 1. Điều phối, truyền thông và tư liệu hóa. Page 6
19. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay 2. Giáo dục sức khỏe. 3. Vận động liệu pháp. 4. Rèn luyện chức năng trong tự chăm sóc và tập luyện tại nhà. 5.Rèn luyện chức năng tại nơi làm việc (làm việc/học tập/vui chơi), trong cộng đồng và lúc thư nhàn. 6. Trị liệu bằng tay 7. Chỉ định, ứng dụng và chế tạo dụng cụ và trang thiết bị cần thiết, khi có điều kiện. 8. Kỹ thuật thông đường thở. 9. Kỹ thuật bảo vệ và sửa chữa da. 10. Điện trị liệu. 2.1.2 Giới thiệu đồ án Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, máy móc ngày càng được sử dụng rộng rãi, không chỉ trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp mà còn trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đặc biệt là sự xuất hiện của các máy móc trong lĩnh vực y học. Các máy này đã và đang được tập trung nghiên cứu phát triển, ngày càng trở nên thân thiện và hữu dụng hơn với con người. Áp dụng khoa học công nghệ kỹ thuật hiện đại kết hợp với phương pháp vật lí trị liệu hữu dụng giúp chăm sóc và phục hồi chức năng vào máy móc nhằm chăm sóc sức khỏe là một trong những tiêu chí quan trọng hàng đầu trong nghiên cứu khoa học. Hướng y sinh luôn luôn được quan tâm hàng đầu. Nhận thức được xu hướng và tầm quan trọng của công nghệ cùng với đặc điểm vượt trội cả phương pháp vật lí trị liệu trong y học, nhóm đã quyết định chọn thực hiện đề tài “thiết bị phục hồi chức năng bàn tay ” với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ mới ở mức độ cơ bản vào y học, đồng thời hy vọng có thể áp dụng kiến thức này vào thực tế trong việc chăm sóc sức khỏe cho mọi người trong lĩnh vực y tế nói chung và chăm sóc tại nhà nói riêng. 2.2 Lí do chọn đề tài Hiện nay chất lượng cuộc sống xã hội ngày càng được nâng cao nên nhu cầu chăm sóc sức khỏe được đặt lên hàng đầu đòi hỏi cần phải có các thiết bị y tế tự phục vụ thay vì đến Page 7
20. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay các phòng chăm sóc sức khỏe hằng ngày. Một trong các nhu cầu lớn trong việc chăm sóc sức khỏe hiện nay là hồi phục lại chức năng sau khi bị chấn thương hay mắc bệnh nghề nghiệp lâu năm. Nhận thấy sự cần thiết của việc phục hồi chức năng cho khớp cổ tay của nạn nhân mắc bệnh ở khớp tay, cùng với việc nhận ra tầm quan trọng của các thiết bị, công cụ tập luyện hỗ trợ cho người bệnh mà nhóm đã quyết định nghiên cứu và chế tạo “thiết bị phục hồi chức năng bàn tay” làm đề tài cho khóa luận tốt nghiệp Cơ-Điện Tử. Nhóm nghiêm cứu và phát triển thiết bị trị liệu cho bàn tay với mong muốn ứng dụng trong thời gian tới giúp các bệnh nhân hồi phục chức năng bàn tay và giảm bớt chi phí, thời gian đển các phòng tập. Phục vụ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và có thể sử dụng hỗ trợ hồi phục chức năng cho bệnh nhân trong thực tế. Ngoài ra, đây còn là sản phẩm hỗ trợ chăm sóc sức khỏe cho nhân viên văn phòng và những người có việc làm liên quan đến hoạt động các khớp tay. Page 8
21. Đồ án tốt nghiệp Thiết bị phục hồi chức năng bàn tay Hình 2.1: Tổng quan về bàn tay Page 9