Đồ án thiết kế và chế tạo thiết bị phục hồi cơ vai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI GVHD: TS DƯƠNG THẾ PHONG SVTH: LÊ KIM BẢO TRƯƠNG TRẦN NGUYÊN KHÔI BÙI VŨ LONG SKL011 509 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM *********** KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI” GVHD: ThS DƯƠNG THẾ PHONG SVTH: LÊ KIM BẢO 19146155 TRƯƠNG TRẦN NGUYÊN KHÔI 19146201 BÙI VŨ LONG 19146205 Lớp: 19146CL5B Khóa: 2019-2023 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II/ năm học 2022-2023 Giảng viên hướng dẫn: ThS Dương Thế Phong Sinh viên thực hiện: Lê Kim Bảo MSSV: 19146155 Hệ đào tạo: CLV Trương Trần Nguyên Khôi MSSV: 19146201 Hệ đào tạo: CLV Bùi Vũ Long MSSV: Hệ đào tạo: CLV 19146205 Mã số đề tài: 22223DT108 – Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Các số liệu, tài liệu ban đầu: Những người bị hậu tai biến mạch máu não cần luyện tập để phục hồi vai Nội dung đồ án: Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu, tính tốn thiết kế thiết bị hỗ trợ phục hồi vai dành cho người bị hậu tai biến mạch máu não khó khăn việc di chuyển vai Ngồi ra, nhóm thiết kế thêm trò chơi cho người dùng Các sản phẩm dự kiến Mơ hình thiết bi hoàn thành Bản vẽ thiết kế Bảng báo cáo Video thuyết minh Ngày giao đồ án: 11/8/2023 Ngày nộp đồ án: 11/8/2023 Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Ngơn ngữ trình bày: TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo thiết bị phục hồi vai GVHD: Ths Dương Thế Phong - Họ tên sinh viên: Lê Kim Bảo MSSV: 19146155 - Số điện thoại: 0792048127 - Họ tên sinh viên: Trương Trần Nguyên Khôi MSSV: 19146201 Lớp: 19146CL5B Số điện thoại: 0528067860 Họ tên sinh viên: Bùi Vũ Long - MSSV: 19146205 Số điện thoại:0327884751 - Ngày nộp KLTN: Lời cam kết: “ Nhóm xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nhóm nghiên cứu thực Nhóm khơng chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, nhóm chịu hồn tồn trách nhiệm” Sinh viên kí tên Lớp: 19146CL5B Lớp: 19146CL5B Sinh viên kí tên ii Sinh viên kí tên LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình làm học tập làm đồ án, nhóm ln quan tâm, hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Khoa Cơ Khí Máy với bạn bè trang lứa Lời nhóm xin bày tỏ lịng sâu sắc đến thầy ThS Dương Thế Phong trực tiếp giúp đỡ hỗ trợ nhóm nhiều q trình hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Ngồi ra, thầy cịn giải đáp thắc mắc trao đổi chia sẻ kinh nghiệm hữu ích để nhóm hồn thiện tốt đề tài luận văn tốt nghiệp lần Nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, gia đình, người thân, bạn bè người giúp đỡ nhóm q trình hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Sau cùng, nhóm xin kính chúc quý thầy cô dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho thể hệ mai sau Nhóm xin trân trọng cảm ơn! Sinh viên kí tên Sinh viên kí tên iii Sinh viên kí tên TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Hiện nay, theo ước tính, Việt Nam có khoảng 486.000 người cịn sống sau đột quỵ Tuy may mắn sống sót di chứng mà đột quỵ gây khiến cho nhiều bệnh nhân khơng thể sinh hoạt người bình thường Tiêu biểu số di chứng liệt vận động thể Số người bị liệt vận động chiếm khoảng 20-25% số 486.000 sống sót Hiện tượng liệt vận động xảy chủ yếu vùng có khớp thể vai, chân, cổ,… Theo nghiên cứu, vùng vai vùng dễ xảy tượng liệt vận động tỉ lệ bệnh nhân bị vùng chiếm 29-75% May mắn thay nay, việc hồi phục hoàn toàn nhiên việc tốn nhiều thời gian, chi phí nguồn nhân lực để giúp đỡ hỗ trợ Để giải vấn đề nêu trên, nhóm chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị phục hồi vai” Theo nghiên cứu y tế, cách để lấy lại khả vận động vai tập tập di chuyển vai mang tính chất lặp lặp lại Dựa vào sở máy móc có thị trường, nhóm thiết kế máy với không gian phù hợp cho việc di chuyển cánh tay giúp đảm bảo cho q trình luyện tập Cơ cấu máy nhóm bao gồm tay cầm cho bệnh nhân nắm gắn vào giá đỡ Người dùng nắm di chuyển tay cầm theo hai trục X Y Ngoài ra, thiết bị cịn có trang bị thêm hình 7inch, tích hợp tập số trị chơi giúp người bệnh quan sát trực tiếp trình luyện tập iv ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE OF SHOULDER MUSCLE RECOVERY EQUIPMENT At the present time, it is estimated that there are about 486,000 people are still alive after suffering a stroke in VietNam Despite the fact that these people are lucky survivors, the consequences of the stroke make a lot of patients unable to live as normal people Typical among them is the paralysis of body movements People with motor paralysis account for about 20-25% of the 486,000 survivors This phenomenon of motor paralysis occurs mainly in areas with joints on the body such as shoulders, legs, neck, etc According to research, the shoulder area is the most prone to this phenomenon of motor paralysis when the proportion of patients with in this region occupy 29-75% Fortunately, recovery is completely possible, but it may takes a lot of time, money and human resources To solve the above problems, our team chose the topic "Design and manufacture of shoulder muscle recovery equipment" According to medical research, the best way to regain shoulder mobility is to repetitive shoulder movement exercises Based on that basis as well as existing machines, our team designed the machine with the right space for arm movement to help ensure the training process The apparatus consists of a patient handle that is attached to the stand Users can grasp and move the handle in two X and Y axes In addition, the device is also equipped with a 7-inch screen, integrating exercises and some games to help patients observe directly the traing process Sinh viên kí tên Sinh viên kí tên v Sinh viên kí tên MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 1.4 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Yêu cầu thiết kế, tổng quan dự án 2.2 Lý thuyết giải phẫu vùng vai 2.3 Chuyển động chức vùng vai 2.4 Bệnh tai biến khả phục hồi sau tai biến 10 2.5 Phục hồi chức (PHCN) vai sau tai biến 12 2.6 Các giai đoạn phục hồi Brunnstrom sau đột quỵ 16 2.7 Áp dụng máy vào trình tập luyện hồi phục vai 19 vi 2.8 Kết luận 23 2.9 Thông số bệnh nhân bị liệt vai 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.1 Thiết kế phần cứng khí 24 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 38 3.3 Thuật toán phần mềm 50 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 74 4.1 Thi công phần cứng 74 4.2 Xây dựng giao diện tương tác 77 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 80 5.1 Kết 80 5.2 Nhận xét kết luận 89 5.3 Hướng dẫn sử dụng 93 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 95 6.1 Kết luận 95 6.2 Hướng phát triển 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 BẢN VẼ CƠ KHÍ 98 BẢN VẼ ĐIỆN 122 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Chức vai Delta 10 Bảng 2.2 Thông số bệnh nhân bị liệt vai 23 Bảng 3.1 Thông số động STEP NEMA17 SIZE 42 x 40 mm 37 Bảng 3.2 Thông số Aruino Mega 2560 40 Bảng 3.3 Bảng liệt kê linh kiện sử dụng 47 Bảng 3.4 Bảng chế độ điều khiển Step Motor A4988 49 Bảng 4.1 Các linh kiện sử dụng mạch PCB 76 Bảng 5.1 Thống kê lịch sử luyện tập 89 Bảng 5.2 Bảng số lần thực nghiệm thành công khởi chạy giao diện điểm gốc 90 Bảng 5.3 Bảng độ chênh lệch số bước động tính thực tế X Y 91 Bảng 5.4 Bảng độ chênh lệch số xung encoder tính thực tế đo X Y 92 Bảng 5.5 Bảng giới hạn tốc độ động thiết bị 93 viii 60 60 140 T=3 180 240 Yêu cầu kỹ thuật; Phương pháp gia công: Cắt laser Gia cơng theo vẽ STL đính kèm Dung sai 0.5mm bề mặt gia công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm Họ tên K Tra ThS Dương Thế Phong Ký DA-E003 Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:2 Ngày 6/8/2023 Vật liệu: Acrylic Tờ: 19 S lượng: Số tờ: 23 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B 4x 3.50 213 145 60 166.50 T=3 180 240 Yêu cầu kỹ thuật; Phương pháp gia công: Cắt laser Gia cơng theo vẽ STL đính kèm Dung sai 0.5mm bề mặt gia công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm Họ tên K Tra ThS Dương Thế Phong Ký DA-E004 Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:2 Ngày 6/8/2023 Vật liệu: Acrylic Tờ: 20 S lượng: Số tờ: 23 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B 156.90 T=3 114.96 3.50 100.20 148 4x 165 240 Yêu cầu kỹ thuật; Phương pháp gia công: Cắt laser Gia công theo vẽ STL đính kèm Dung sai 0.5mm bề mặt gia công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm Họ tên K Tra ThS Dương Thế Phong Ký DA-E005 Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:2 Ngày 6/8/2023 Vật liệu: Acrylic Tờ: 21 S lượng: Số tờ: 23 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B 180 60 50 25 100 T=3 234 240 Yêu cầu kỹ thuật; Phương pháp gia công: Cắt laser Gia cơng theo vẽ STL đính kèm Dung sai 0.5mm bề mặt gia công ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm Họ tên K Tra ThS Dương Thế Phong Ký DA-E006 Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:2 Ngày 6/8/2023 Vật liệu: Acrylic Tờ: 22 S lượng: Số tờ: 23 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B 100 55 40 48 60 166.5 80 310 44 60 60 T=3 37 28 Yêu cầu kỹ thuật; Phương pháp gia công: Cắt laser Gia công theo vẽ STL đính kèm Dung sai 0.5mm bề mặt gia công 45 60 140 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm Họ tên K Tra ThS Dương Thế Phong Ký DA-E007 Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:2 Ngày 6/8/2023 Vật liệu: Acrylic Tờ: 23 S lượng: Số tờ: 23 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI GVHD: ThS Dương Thế Phong SVTH: Lê Kim Bảo Bùi Vũ Long Trương Trần Nguyên Khôi - 19146155 - 19146205 - 19146201 BR 12 SECTION BR-BR SCALE : 11 310 10 240 140 BR STT CHI TIẾT LCD inch DA-E004 DA-E002 DA-E003 DA-E005 DA-E007 DA-E006 IEC320-C14 S8FS_C10024 10 11 12 Jetson Nano Kit DA-E001 DA-PCB GHI CHÚ Cổng cắm nguồn SL 1 1 1 1 Nguồn tổ ong PCB 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày ThS Dương Thế Phong BAN VE TU DIEN Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 12/7/2023 Vật liệu: Tỉ lệ: 1:1 S lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B (Máy tính nhúng) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỆN ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B Cầu chì Công tắc 24V 4.5A Driver | Động Y-1 Driver | Động Y-2 5V 5A Driver | Động X Driver | Động Y-1 Driver | Động Y-2 Driver | Động X Encoder X Encoder Y Máy tính nhúng (Nguồn cấp driver) (Nguồn cấp động cơ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày BẢN VẼ NGUỒN ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 ARDUINO VÀ KẾT NỐI CƠNG TẮC HÀNH TRÌNH Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày SƠ ĐỒ KẾT NỐI ĐỘNG CƠ Y - Tờ: ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long Tỉ lệ: 1:1 14/07/2023 Số lượng: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày SƠ ĐỒ KẾT NỐI ĐỘNG CƠ Y-2 ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày SƠ ĐỒ KẾT NỐI ĐỘNG CƠ X ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI Tr Nhiệm K Tra Họ tên Ký Ngày SƠ ĐỒ KẾT NỐI ENCODER ThS Dương Thế Phong Duyệt Người vẽ Bùi Vũ Long 14/07/2023 Tỉ lệ: 1:1 Số lượng: Tờ: Số tờ: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Lớp: 19146CL5B S K L 0