Thiết kế cánh tay hỗ trợ trị liệu phục hồi chức năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÁNH TAY HỖ TRỢ TRỊ LIỆU PHỤC HỒI CHỨC NĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S VÕ THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Tấn Đạt 1811730043 18DYSA1 Trần Mạnh Tuấn 1811730061 18DYSA1 Huỳnh Văn Đức Huy 1811730044 18DYSA1 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÁNH TAY HỖ TRỢ TRỊ LIỆU PHỤC HỒI CHỨC NĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S VÕ THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Tấn Đạt 181170043 18DYSA1 Trần Mạnh Tuấn 1811730061 18DYSA1 Huỳnh Văn Đức Huy 1811730044 18DYSA1 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu chúng em Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có đồ án liệt kê nêu rõ phần tài liệu tham khảo Đồng thời số liệu hay kết trình bày đồ án mang tính chất trung thực, khơng chép, đạo nhái Nếu sai chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu tất kỷ luật môn nhà trường đề Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Ký tên Trần Mạnh Tuấn Nguyễn Tấn Đạt Huỳnh Văn Đức Huy i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, thực đồ án tốt nghiệp, chúng em nhận nhiều hướng dẫn tận tình quý thầy cơ, anh chị bạn Với lịng biết ơn sâu sắc chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu nhà trường Đại học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh (HUTECH) Viện kỹ thuật HUTECH tạo điều kiện tốt để nhóm chúng em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn giáo ThS Võ Thị Bích Ngọc, hướng dẫn hết lòng giúp đỡ, bảo ban, động viên tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn gia đình ln bên động viên giúp đỡ việc học tập chúng để ngày hơm hồn thành đồ án quan trọng đời sinh viên Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn góp ý, dẫn q Thầy/Cơ hỗ trợ bạn để nhóm chúng em hồn thành tốt đồ án ii TÓM TẮT Giới thiệu Thiết bị kích thích hỗ trợ phục hồi chức công cụ đầy hứa hẹn cho phục hồi bệnh nhân sau chấn thương Bài báo cáo trình bày thiết bị phục hồi chức cánh tay Mục tiêu Thiết bị giúp phục hồi chức thần kinh, phục hồi chức vận động sau đột quỵ, chấn thương, cải thiện suy giảm cánh tay, hạn chế hoạt động cánh tay bị ảnh hưởng sống hàng ngày Phương pháp Áp dụng kỹ thuật đo điện để đánh giá chức cánh tay, từ hướng đến nguyên nhân bệnh đưa hướng điều trị hiệu Kết Kích thích cánh tay giúp hỗ trợ phục hồi chức năng, hiển thị thông số EMG số lực Kết luận Sản phẩm dù có ưu điểm cịn nhiều điểm hạn chế, để đạt hiệu cần thiết cần thử nghiệm lâu dài trình phục hồi chức iii ABSTRACT Introduction.Rehabilitation aids are a promising tool for the patient's recovery from trauma This report presents a rehabilitation device in the arm Objective This device helps to restore nerve function, restore motor function after stroke, injury, improved arm impairment, limited arm activity affected in daily life Methods Apply electromechanical measurement techniques to evaluate muscle function in the arm, thereby targeting the cause of the disease and giving effective treatment directions Results Muscle stimulation in the arm helps to support rehabilitation, displaying EMG parameters and force indicators Conclusions Although the product has advantages, there are still many limitations, to achieve the necessary effect will require a long-term test during rehabilitation iv Hình Lưu đồ giải thuật 4.3.2 Giải thích lưu đồ giải thuật Chế độ thủ công: Từ lúc bắt đầu mode = (công tắc gạt giữ trạng thái thủ công), cơng tắc nhấn nút tăng = (nút nhấn thường mở) máy thực hành động servo dây vào, nút tăng = sai khơng đáp ứng điều kiện, bỏ qua hành động tới bước Ngược lại công tắc giảm = (nút nhấn thường mở) servo thả dây cịn sai quay lại điểm bắt đầu, sau thả dây kết thúc trình chạy quay lại kiểm tra xem mode có hay không để bắt đầu lại 54 Chế độ tự động: Từ lúc bắt đầu mode =1, công tắt bật sai, chuyển sang trạng thái tự động, khối kiệu trung tâm đọc giá trị EMG đọc giá trị cảm biến lực để lưu vào biến Sau khối xử lý trung tâm gửi liệu lên LCD để hiển thị thông số Khối xử lý trung tâm sau xem xét hai điều kiện giá trị EMG ≥ SET ( độ nhạy EMG ) lực nhỏ độ nhạy ( SET = 30 độ nhạy lực = 40) Nếu điều kiện đáp ứng servo cuộn dây vào, liệu không đáp ứng đủ đáp ứng sai khối điều khiển trung tâm xét thêm ba điều kiện Ba điều kiện giá trị EMG nhỏ SET ( SET=30 ), lực lớn độ nhạy giá trị công tắc hành trình = ( cơng tắc hành trình đóng ) servo thả dây ra, giá trị EMG khơng đáp ứng điều kiện xét thêm điều kiện cuối Hai điều kiện cuối giá trị EMG nhỏ SET giá trị công tắc hành trình = ( cơng tắc hành trình mở ) đáp ứng đủ servo dừng lại cịn khơng máy reset đọc lại giá trị EMG giá trị lực 55 CHƯƠNG THI CÔNG 5.1 Mơ hình thực tế Mơ hình thực tế có kích thước 50x15 cm , bao gồm phận: - Khung bọc cánh tay - Màn hình LCD - Thiết bị điều khiển - Cảm biến lực - Cảm biến EMG - Cơng tắc hành trình - Jack nguồn EMG Sử dụng động servo để hỗ trợ trình chuyển động cánh tay Động có góc quay 180° có khả điều chỉnh góc quay 56 Hình Mơ hình dạng 3D Hình Khung bọc cánh tay 57 Hình Mơ hình thiết bị thực tế 5.2 Giao diện hình hiển thị Báo trạng thái chế độ thủ công hay tự động Hiển thị thông số EMG lực 5.3 Kết Hình Thiết bị hoạt động chế độ thủ công 58 Hình 5 Màn hình hiển thị số EMG số lực 59 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 6.1 Kết đạt Trong trình nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp, nhóm hồn thành mơ hình hệ thống theo mục tiêu nội dung đề Cụ thể sau: - Tổng quan mơ hình thiết bị hỗ trợ phục hồi trị liệu Đồng thời tìm hiểu tình hình sử dụng, xu hướng phát triển Việt Nam nước giới - Tìm giải pháp để giải vấn đề phục hồi trị liệu cánh tay - Thiết kế thành cơng mơ hình cánh tay hỗ trợ trị liệu phục hồi chức - Viết thành cơng chương trình điều khiển - Thiết bị chạy tương đối ổn định 6.2 Nhược điểm Vì thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên bên cạnh kết đạt được, thiết bị nhiều hạn chế - Vật liệu sử dụng chưa thoải mái, mơ hình chưa đẹp - Chưa thể kết nối WIFI - Chưa thể hiển thị nhiều thơng số khác - Hiện điều chỉnh tốc độ quay thông qua code 6.3 Hướng phát triển cho hệ thống Vì thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên bên cạnh kết đạt được, thiết bị nhiều hạn chế Vì tương lai chúng em cố gắng khắc phục cách: 60 - Cải thiện khung bọc cánh tay vật liệu thoải mái , nhẹ linh hoạt sinh hoạt - Thiết bị điều khiển trung tâm cần nhỏ gọn giúp cho người điều trị cảm giác không cồng kềnh - Màn hình LCD thay đổi thành dễ nhìn hơn, hiển thị thêm biểu đồ EMG thơng số khác - Có thêm chức kết nối WIFI thông báo kết thông số qua điện thoại máy tính - Thiết bị điều khiển trung tâm tự động hóa cơng suất tốc độ quay thông qua thông số nhận từ EMG 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo sách Seladi-Schulman, J., PhD (2018, August 27) Arm Healthline Amirabdollahian, F (n.d.) Design, development and deployment of a hand/wrist exoskeletonfor home-based rehabilitation after stroke SCRIPT project | Robotica Cambridge Core Md, D P C., & Md, B S E., PhD (2012) Electromyography and Neuromuscular Disorders: Clinical-Electrophysiologic Correlations (Expert Consult - Online and Print) (3rd ed.) Saunders Chan, I H L (2016, July 19) Effects of Arm Weight Support Training to Promote Recovery of Upper Limb Function for Subacute Patients after Stroke with Different Levels of Arm Impairments Hindawi Tài liệu tham khảo từ nguồn internet [1] Tổng quan cấu tạo cánh tay người: Arm: Anatomy of Bones, Muscles, Nerves, and More, Diagram, Problems (healthline.com) [2] Tổng quan điện cơ: Electromy – VLOS (thuvienkhoahoc.com) [3] Tác dụng việc tập luyện hỗ trợ trọng lượng cánh tay để thúc đẩy phục hồi chức chi trên: Effects of Arm Weight Support Training to Promote Recovery of Upper Limb Function for Subacute Patients after Stroke with Different Levels of Arm Impairments (hindawi.com) [4] Giới thiệu module ESP32 hướng dẫn cài trình biên dịch Arduino Ide: http://arduino.vn/tutorial/1570-gioi-thieu-module-esp32-va-huong- dan-cai-trinh-bien-dich-tren-arduino-ide 62 PHỤ LỤC Code hoạt động điều khiển thiết bị #define EMG 35 //Chân nhận tín hiệu EMG #define sen 34 //Chân nhận tín hiệu cảm biến lực #include //Thư viện Servo Servo myservo; //Đặt tên cho động servo #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); #define Mode //Chân nhận tín cơng tắc để chuyển chế độ chân D2 #define tang 18 //Chân nhận tín hiệu tăng lực chân D3 #define giam 19 //Chân nhận tín hiệu giảm lực chân D1 #define led 23 //Chân điều khiển trạng thái led chân D0 #define hanhtrinh //Chân nhận tín hiệu cơng tắc hành trình chân D5 int luc = 0; //biến lưu giá trị cảm biến lực int gtEMG = 0; //biến lưu giá trị cảm biến EMG long time1 = 0; //Biến lưu thời gian millis int cuonvao = 180; //Góc cho motor vào float dung = 89.8; int thara = 0; //Góc cho motor dừng //Góc motor thả dây int SET = 30; //Từ -> 4095 esp32 số nhỏ nhạy /////SET độ nhạy EMG int donhay = 40; //Độ nhạy càm biến lực 0-100% void setup() { Serial.begin(9600); //Bật serial với tốc độ baud 9600 63 delay(100); lcd.init(); // initialize the lcd lcd.backlight(); myservo.attach(14); //Set chân servo chân D4 pinMode(Mode, INPUT_PULLUP); //Thiết lập chế độ đọc tín hiệu có điện trở nội kéo lên pinMode(tang, INPUT_PULLUP); //Thiết lập chế độ đọc tín hiệu có điện trở nội kéo lên pinMode(giam, INPUT_PULLUP); //Thiết lập chế độ đọc tín hiệu có điện trở nội kéo lên pinMode(hanhtrinh, INPUT_PULLUP); //Thiết lập chế độ đọc tín hiệu có điện trở nội kéo lên pinMode(led, OUTPUT); //Thiết lập chế độ OUT cho Pin myservo.write(dung); //Khi khởi động dừng motor servo } void thucong() { if(digitalRead(tang) == 0){/////////Nếu nút nhấn tăng nhấn servo kéo dây vào đê tăng lực căng dây myservo.write(cuonvao); //Servo cuộn vào } if(digitalRead(giam) == 0){ /////////Nếu nút nhấn giam luc nhấn servo thả dây để giảm lực căng dây myservo.write(thara); //Servo quay } 64 delay(100); myservo.write(dung); //Sau 100ms servo dừng //Servo dừng } void tudong(){ luc = map(analogRead(sen),0,4095,100, 0); //Đọc cảm biến lực đổi giá trị analog % gtEMG = analogRead(EMG); //Đọc giá trị cảm biến EMG gửi Serial.println("EMG: "); Serial.println(gtEMG); delay(100); if(millis() -time1 > 500){ //Lớn 500ms thfi bắt đầu lại từ đầu time1 = millis(); } if(gtEMG >= SET && luc < donhay ){ //Nếu gía trị EMG lớn giá trị cài đặt giá trị cảm biến không tác động động kéo dây vào myservo.write(cuonvao); Serial.println("CUON VAO EMG >"); } if(gtEMG < SET && luc > donhay && digitalRead(hanhtrinh) == 1){ //Nếu giá trị EMG bé giá trị cài đặt cảm biến lực tác động thả dây myservo.write(thara); Serial.println("THA RA"); } 65 if(digitalRead(hanhtrinh) == && gtEMG < SET){ //Nếu công tắc hành trình tác động giá trị EMG thấp dừng lại đến giá trị EMG lớn kéo lên myservo.write(dung); Serial.println("DUNG"); delay(100); } } void loop() { if(digitalRead(Mode) == 1){ //Nếu cơng tắc tắt mạch chế độ thủ công thucong(); digitalWrite(led, LOW); //Đèn tắt lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("CHE DO THU CONG "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" "); } if(digitalRead(Mode) == 0){ // Nếu bật công tắc mạch chế độ tự động tudong(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("EMG: "); lcd.setCursor(6, 0); lcd.print(gtEMG); 66 lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("LUC: %"); lcd.setCursor(6, 1); lcd.print(luc); digitalWrite(led, HIGH); //Đèn báo chế độ tự động bật } } 67 68 ... đề tài ? ?Thiết kế cánh tay hỗ trợ trị liệu phục hồi chức năng? ?? với mục đích chăm sóc phục hồi chức thần kinh, phục hồi chức vận động sau đột quỵ, chấn thương, cải thiện suy giảm cánh tay, hạn... Tìm hiểu cấu tạo cánh tay người tổn thương phổ biến cánh tay người + Xây dựng ý tưởng thiết kế cánh tay hỗ trợ trị liệu + Tìm hiểu, thiết kế mơ hình phần cứng cánh tay hỗ trợ trị liệu + Viết chương... sử dụng Mỗi cánh tay bao gồm phần chính: - Cánh tay - Cẳng tay - Cổ tay - Bàn tay 10 Hình Cấu tạo cánh tay người 2.3 Chức xương cánh tay khớp 2.3.1 Cánh tay Hình 2 Cánh tay Cánh tay bao gồm vai