Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO MINH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHI DƯỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO MINH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHI DƯỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số ngành: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Xuân Tùy Hướng dẫn 2: PGS.TS Phạm Đăng Phước Đà Nẵng - Năm 2023 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết mô thực nghiệm nêu luận án trung thực, thông số tham khảo tạp chí, sách chun khảo ngồi nước Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Nghiên cứu sinh thực luận án (Ký ghi rõ họ tên) Đào Minh Đức i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ tình cảm tập thể cán hướng dẫn giúp đỡ phương pháp, nội dung, hướng nghiên cứu đánh giá kết nghiên cứu trình thực luận án Cảm ơn tập thể Ban lãnh đạo cán Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng góp ý tạo điều kiện để thực luận án Cảm ơn tập thể Ban giám hiệu Trường Đại học Phạm Văn Đồng tạo điều kiện thuận lợi cho triển khai đánh giá thực nghiệm luận án Cảm ơn Lãnh đạo Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam tập thể bác sĩ, kỹ thuật viên, bệnh nhân Khoa Phục hồi chức - Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam giúp đỡ trình thực nghiệm thiết bị NCS Đào Minh Đức ii TÓM TẮT Ngày nay, số người bị bệnh tai biến mạch máu não ngày tăng giới Việt Nam Tai biến mạch máu não ảnh hưởng lớn đến bệnh nhân không chữa trị kịp thời, tỷ lệ tử vong tai biến mạch máu não ngày tăng, bệnh xảy nhiều lứa tuổi khác nhau, thông thường tai biến mạch máu não gây liệt nửa người, liệt chi… Do phục hồi chức sau di chứng tai biến mạch máu não yêu cầu cấp bách để phục hồi chức vận động cho bệnh nhân tai biến mạch máu não Qua tham khảo nhiều báo sách chuyên khảo quốc tế nước công bố năm gần nội dung “Nghiên cứu thiết bị phục hồi chức chi dưới” nhiều tác giả quan tâm Ngoài ra, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị y tế phục vụ cộng đồng nước nhà nước khuyến khích nghiên cứu phát triển Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức chi có bậc tự phục vụ điều trị cho bệnh nhân tai biến mạch máu não (có bậc đến 3), với tập thụ động gấp duỗi khớp háng, khớp gối khớp cổ chân Về lý thuyết nghiên cứu thiết lập phương trình động học động lực học mơ hình Thiết lập mối quan hệ tín hiệu vào tín hiệu cấu chấp hành, áp dụng điều khiển PID điều khiển Trượt để nghiên cứu đáp ứng mơ hình vị trí góc quay khớp so với giá trị góc quay cài đặt Mơ đáp ứng mơ hình máy vi tính phần mềm Matlab, với kết mơ phân tích lựa chọn điều khiển phù hợp cho mơ hình Về nghiên cứu thực nghiệm thiết kế kết cấu thiết bị, tính toán chọn cấu dẫn động khớp động chiều kết hợp với cấu truyền động tịnh tiến khí Tiến hành gia cơng chi tiết thiết bị với vật liệu nhôm, sử dụng công nghệ in 3D để in phận che đỡ cho bệnh nhân tránh tiếp xúc trực tiếp với kim loại Thiết kế lắp ráp mạch điều khiển cấu chấp hành, mạch đọc tín hiệu cảm biến đo góc quay đo dịng điện tải Thực lắp ráp chi tiết khí, ghép nối tương thích mạch điều khiển, phần mềm theo dõi điều khiển thiết bị iii với cấu chấp hành để thành thiết bị nghiên cứu thực nghiệm đảm bảo yêu cầu trang thiết bị y tế Trên sở kết nghiên cứu lý thuyết, thiết lập thông số cho điều khiển xây dựng giải thuật điều khiển Viết chương trình điều khiển giao diện phần mềm điều khiển từ máy tính cho mơ hình phần mềm Visual Basic Với phần mềm thông số tập luyện bệnh nhân hiển thị đồ thị theo thời gian thực, nhờ bệnh nhân kỹ thuật viên theo dõi đánh giá trình tập luyện Mơ hình vận hành với chế độ khơng tải với người tình nguyện để kiểm tra tính an tồn tham số kỹ thuật Thiết bị đạt giấy chứng nhận Thử nghiệm thiết bị Viện trang thiết bị cơng trình y tế - Bộ Y tế đánh giá Mơ hình cho phép triển khai khảo sát đánh giá tính an tồn hiệu vận hành Khoa Phục hồi chức Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam Thiết bị lấy ý kiến đánh giá bác sĩ kỹ thuật viên, thử nghiệm đánh giá 10 bệnh nhân Khoa Phục hồi chức Kết Hội đồng Y đức Y sinh học Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam cơng nhận thiết bị đảm bảo tính an toàn vận hành Ngoài thiết bị triển khai đánh giá hiệu điều trị cho bệnh nhân Khoa Phục hồi chức Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam Kết đề tài thúc đẩy phát triển lĩnh vực nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi dưới, kết bước tiến quan trọng việc nghiên cứu làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị y tế Công nghệ chế tạo thiết bị tương đương với thiết bị nước ngoài, giao diện phần mềm điều khiển Việt hóa nên dễ dàng việc vận hành thiết bị ưu điểm lớn so với thiết bị ngồi nước Góp phần nâng cao tiềm lực nghiên cứu chế tạo thiết bị y tế nước ta, bước hạn chế phụ thuộc vào công nghệ chế tạo nước tiên tiến giới Các kết nghiên cứu liên quan đến đề tài công bố gồm: 04 báo đăng tạp chí nước ngồi 03 thuộc tạp chí ISI Ngồi ra, tác giả công bố 04 báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế Scopus 01 báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị chuyên ngành nước iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Khái quát phục hồi chức 1.1.1 Khái niệm phục hồi chức 1.1.2 Mục đích phục hồi chức 1.1.3 Kỹ thuật tập luyện phục hồi chức 1.1.4 Nhu cầu tập phục hồi chức bệnh nhân tai biến 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3.1 Các cơng trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho khớp chi 10 v 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho khớp chi 16 1.3.3 Các thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi thương mại hóa…… 23 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 28 2.1 Tầm vận động khớp chi 28 2.1.1 Khớp cổ chân 28 2.1.2 Khớp gối 29 2.1.3 Khớp háng 30 2.1.4 Thông số sinh học chi 30 2.2 Cơ sở lý thuyết tập phục hồi chức chi .32 2.3 Lý thuyết động học động lực học robot 36 2.3.1 Phương trình động học robot 36 2.3.2 Phương trình động lực học robot 40 2.4 Lý thuyết điều khiển Trượt 44 2.4.1 Đối tượng điều khiển 44 2.4.2 Mặt trượt 44 2.4.3 Luật điều khiển Trượt 45 2.5 Xây dựng mơ hình nghiên cứu 45 2.6 Thiết lập phương trình động học 47 2.6.1 Gắn hệ tọa độ lên khâu 48 2.6.2 Lập bảng thông số động học Denavit – Hartenberg .48 2.6.3 Xác định ma trận A 49 2.6.4 Phương trình động học thuận mơ hình nghiên cứu 49 vi 2.7 Tính tốn động học khớp 50 2.7.1 Khớp háng 51 2.7.2 Khớp gối 53 2.7.3 Khớp cổ chân 53 2.8 Thiết lập phương trình động lực học mơ hình 54 Chương MƠ PHỎNG ĐÁP ỨNG QUÁ ĐỘ MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 59 3.1 Mơ hình hóa hàm truyền khâu dẫn động khớp 59 3.1.1 Mơ hình nghiên cứu dẫn động khớp 59 3.1.2 Thiết lập phương trình động lực học hàm truyền cấu tịnh tiến………… 61 3.2 Mơ đáp ứng mơ hình nghiên cứu 67 3.2.1 Mô đáp ứng với điều khiển PID 67 3.2.2 Kết mô đáp ứng với điều khiển PID 71 3.2.3 Mô đáp ứng với điều khiển Trượt 75 3.2.4 Kết mô đáp ứng với điều khiển Trượt 83 3.2.5 So sánh đáp ứng điều khiển 86 Chương THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 90 4.1 Thiết kế thiết bị 90 4.1.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị 90 4.1.2 Thiết kế kết cấu khí 91 4.1.3 Thiết kế mạch điều khiển 94 4.1.4 Thiết kế phần mềm điều khiển 99 vii 4.1.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán 101 4.1.6 Lắp ráp thiết bị 104 4.2 Thử nghiệm thiết bị 108 4.2.1 Thử nghiệm người bình thường 108 4.2.2 Thử nghiệm thiết bị bệnh nhân 112 4.3 Kết bàn luận 117 4.3.1 Kết 117 4.3.2 Bàn luận 118 KẾT LUẬN CHUNG 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC viii