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

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Tai biến mạch máu não (đột quỵ) là một trong những bệnh lý mạch máu não nguy hiểm nhất, xảy ra đột ngột và có tỷ lệ tử vong cao cũng như để lại di chứng nặng nề Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hàng năm có hơn 15 triệu người trên toàn cầu mắc đột quỵ, trong đó 85% bệnh nhân gặp phải tình trạng suy cấp tính cánh tay và 40% chịu di chứng mãn tính hoặc tàn tật vĩnh viễn Tại Việt Nam, mỗi năm khoảng 200.000 người bị đột quỵ, với khoảng 50% trong số đó tử vong và 45% số người sống sót gặp khó khăn trong vận động Hiện tại, Việt Nam có khoảng 486.000 người sống sót sau đột quỵ, nhưng chỉ có 25-30% có thể tự đi lại, trong khi 20-25% gặp khó khăn và 15-25% hoàn toàn phụ thuộc vào sự hỗ trợ của người khác, gây gánh nặng cho gia đình và cộng đồng.

Hình 1.1 Tổng quan tỉ lệ đột biến ở Việt Nam

Với sự tiến bộ của y khoa, tỷ lệ tử vong do bệnh tật đã giảm đáng kể, nhưng di chứng vẫn để lại nhiều hệ lụy, đặc biệt là ở vùng vai Vùng vai liên kết chặt chẽ với cánh tay, một bộ phận quan trọng giúp chúng ta thực hiện các hoạt động hàng ngày như nâng, kéo và cầm nắm Do đó, phục hồi chức năng cánh tay cho người bị liệt sau tai biến mạch máu não là rất cần thiết để họ có thể quay lại với cuộc sống bình thường Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật trong mô hình hóa các bài tập vận động trị liệu sẽ giúp đẩy nhanh tiến độ phục hồi và giảm chi phí điều trị, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào bác sĩ.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi cho bệnh nhân liệt vùng vai, giúp họ hồi phục nhanh chóng mà không cần nhiều sự trợ giúp từ bên ngoài Thiết bị còn tích hợp các bài tập và trò chơi, tạo sự hứng thú và niềm vui trong quá trình luyện tập của bệnh nhân.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Hiện nay, thị trường Việt Nam có nhiều thiết bị hỗ trợ phục hồi cơ vai, nhưng phần lớn vẫn còn thô sơ và có giá thành cao, như thiết bị Artromot S3 nhập khẩu từ Đức Các thiết bị này chủ yếu tập trung vào việc phục hồi nhanh chóng, nhưng chưa chú trọng đến việc kết hợp giữa tập luyện và giải trí, khiến người dùng cảm thấy nhàm chán Hơn nữa, nhiều thiết bị còn cồng kềnh và chiếm nhiều diện tích sử dụng.

Neofect là một doanh nghiệp tiên phong trong nghiên cứu và phát triển thiết bị y tế hỗ trợ cho bệnh nhân và người khuyết tật Sản phẩm nổi bật nhất của họ là Neofect Smart Board, một thiết bị phục hồi chức năng cho cơ vai Với thiết kế tinh gọn và thẩm mỹ, cùng với các mini game thú vị trong quá trình tập luyện, Neofect hướng tới việc tạo ra trải nghiệm thú vị và hiệu quả cho người dùng.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Giúp ích và góp phần hỗ trợ phát triển các lĩnh vực liên quan đến Y Sinh cũng như Y Tế của đất nước

Thiết bị này được thiết kế nhằm hỗ trợ bệnh nhân phục hồi nhanh chóng sau di chứng Tai Biến Mạch Máu Não, với chi phí hợp lý và dễ dàng sử dụng ở mọi nơi, giúp quá trình phục hồi trở nên thú vị và không gây nhàm chán.

Giải quyết các vấn đề liên quan đến hao phí nhân lực đang còn tồn động trong đa số các bệnh viện hiện nay.

Giới hạn đề tài

Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc phục hồi cơ vai Delta cho bệnh nhân tai biến mạch máu não ở giai đoạn 3, khi tăng co cứng, và giai đoạn 4, khi giảm co cứng, theo phương pháp phục hồi đột quỵ Brunnstrom.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Chương này tóm tắt tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu, đồng thời đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, nhấn mạnh ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương này khám phá lý thuyết về vùng vai của con người, bệnh tai biến và khả năng phục hồi sau tai biến Nó cũng đề cập đến các phương pháp phục hồi bệnh tai biến và những bài tập hữu ích giúp bệnh nhân nhanh chóng hồi phục.

Chương 3: Phương án thiết kế

Chương này trình bày về thiết kế toàn bộ hệ thống bao gồm phần cứng cơ khí, mạch điều khiển, các thuật toán và phần mềm

Chương 4: Chế tạo thử nghiệm

Chương này trình bày thi công phần cứng, board mạch và phần mềm

Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá

Chương này đưa ra kết quả, nhận xét và đánh giá cho toàn bộ hệ thống

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI

Yêu cầu thiết kế, tổng quan về dự án

Các bài tập vai cho người bị tai biến rất quan trọng trong việc phục hồi kỹ năng vận động Thông qua việc lặp lại các cử động ở vai, liệu pháp này giúp tạo ra sự kết nối mới giữa não bộ và vùng bị ảnh hưởng do đột quỵ Nhờ đó, bệnh nhân sẽ dần quen với các chuyển động, từ đó cải thiện khả năng vận động và phục hồi chức năng.

Thiết kế một cơ cấu hỗ trợ người tập thực hiện các bài tập chức năng cho vai nhằm phục hồi sức mạnh cho nhóm cơ vai Các chuyển động cần tuân theo trục sinh lý của khớp để đảm bảo hiệu quả Sử dụng động cơ hỗ trợ khi người tập không đủ sức lực để thực hiện các bài tập.

Lý thuyết về giải phẫu vùng vai

Vùng khớp vai là khu vực dễ bị tổn thương nhất trên cơ thể do khớp vai có phạm vi vận động lớn, dẫn đến nguy cơ chấn thương cao hơn so với các khớp khác Tổn thương này có thể gây đau và hạn chế vận động của khớp vai Việc hiểu rõ về tổn thương này cùng với cấu tạo và chức năng của khớp vai là rất quan trọng, giúp người bệnh nhận biết vùng cơ bị tổn thương và tìm ra phương pháp phục hồi hiệu quả và nhanh chóng Trong phần này, chúng ta sẽ khám phá khái niệm và cấu tạo của khớp vai.

2.2.1 Cấu tạo của vùng vai

Vùng vai là khu vực quan trọng nhất của cơ thể, với cấu trúc xương độc đáo Toàn bộ phần thân trên chỉ được kết nối qua một khớp duy nhất, khớp ức đòn, tạo nên sự linh hoạt và chức năng cho vùng vai.

Cấu trúc vùng vai bao gồm xương bả vai, xương đòn và xương cánh tay, được hỗ trợ bởi các mô mềm như cơ và dây chằng Sự kết hợp này cho phép cánh tay vận động linh hoạt trong phạm vi rộng, nhưng cũng làm cho vùng vai dễ bị tổn thương.

Hình 2.1 Cấu tạo vùng vai[2]

2.2.2 Cấu tạo của cơ vai

Trong vùng vai, có 6 cơ chính cấu thành nhóm cơ vai, bao gồm Cơ Delta, Cơ dưới vai, Cơ trên gai, Cơ dưới gai, Cơ tròn bé và Cơ tròn lớn.

Hình 2.2 Cấu tạo vùng cơ vai

Chú thích: (1)-Cơ Delta; (2)-Cơ dưới vai; (3)-Cơ trên gai; (4)- Cơ dưới gai; (5)-Cơ tròn bé; (6)- Cơ tròn lớn

Cơ vai Delta, hay còn gọi là cơ Deltoid, đóng vai trò quan trọng trong các cử động của vai và được chia thành ba nhánh cơ chính.

- Cơ vai trước (tên khoa học: Clavicular Part of Deltoid Muscle hay còn gọi là:

Anterior head ): Liên kết từ xương đòn đến phần ngoài của xương cánh tay Khi cơ co lại, thực hiện cửa động đưa cánh tay sang ngang lên trên

- Cơ ngang vai (tên khoa học:Acromial Part of Deltoid Muscle hay còn gọi là:

Middle head ): Liên kết từ vị trí phía bên trên xương bả vai xuống dưới xướng cánh tay Khi co lại, thực hiện vào cử động

Cơ vai sau, hay còn gọi là phần vai sau của cơ delta (Scapular Spinal Part of Deltoid Muscle), có chức năng đối xứng với cơ vai trước Cơ này tham gia vào hai động tác chính: đưa cánh tay từ ngang vai lên phía trước và xoay cánh tay.

Cơ trên gai (Supraspinatus Muscle) là một cơ quan quan trọng, kết nối từ xương bả vai đến đầu xương cánh tay Khi cơ này co lại, nó giúp thực hiện cử động nâng cánh tay sang ngang, đóng vai trò thiết yếu trong các hoạt động hàng ngày.

Cơ dưới gai (Infraspinatus Muscle) là một cơ quan quan trọng kết nối từ xương bả vai đến đầu ngoài của xương cánh tay Khi cơ này co lại, nó giúp thực hiện cử động xoay cánh tay ra ngoài, đóng vai trò thiết yếu trong các hoạt động vận động của tay.

• Cơ tròn bé (Tên khoa học: Teres Minor Muscle): Có chức năng tương tự như cơ dưới gai

Cơ dưới vai (Subscapularis Muscle) kết nối từ bên trong xương bả vai đến phía trước đầu xương cánh tay, giúp thực hiện động tác xoay cánh tay vào trong khi co lại.

• Cơ tròn lớn (Tên khoa học: Teres Major Muscle) : Là cơ ở khu vai sau khớp vai, bám từ xương bả vai đến xương cánh tay

Chuyển động cơ bản và chức năng của vùng vai

Trong phần này[4], nhóm sẽ trình bày về các chuyển động cơ bản của vai và từng chức năng của ba nhánh cơ trong cơ Delta

2.3.1 Các chuyển động cơ bản của vai

Với khớp vai, ta có 8 động tác cơ bản bao gồm:

- Abduction: Để tay ở sát cơ thể, sau đó giang tay sang ngang

- Adduction: Ngược lại với Abduction

- Extension: Để tay sát cơ thể, sau đó đưa tay ra phía sau

- Flexion: Ngược lại với extension

- Horizontal abduction: Để tay sang ngang, sau đó đưa về phía sau, gần giống với chuyển động khi thực hiện bài tập rear delt raise

- Horizontal adduction: Để tay sang ngang và đưa tay về phía trước, gần giống với chuyển động khi thực hiện bài tập chest fly

- Lateral rotation: để khủy tay vuông góc với cánh tay, sau đó đưa tay ra xa khỏi cơ thể

- Medial rotation: ngược lại với Lateral rotation

Hình 2.8 Các chuyển động cơ bản của vai

2.3.2 Các chức năng của nhánh cơ trong cơ Delta

Cơ vai Delta (Deltoids) đóng vai trò quan trọng trong các chuyển động của cánh tay và thường bị đau sau đột quỵ Do đó, việc tìm hiểu về cơ Delta là rất cần thiết để hiểu rõ hơn về tình trạng này.

Các chức năng chính của nhánh cơ vai trong cơ Delta:

Bảng 2.1 Chức năng chính của cơ vai trong cơ Delta

Cơ vai Vị trí Chức năng cô lập Chức năng tích hợp

Nằm ở phía trước với với cơ thể, kéo dài từ xương quai xanh tới xương cánh tay

Tăng tốc cho chuyển động shoulder flexion và internal rotation

Hỗ trợ giảm tốc duỗi cơ cho chuyển động shoulder extension, external rotation và ổn định cơ vai

Cơ vai ngang Ở giữa của cơ vai, kéo dài từ xương bả vai tới xương cánh tay

Tăng tốc chuyển động shoulder abduction

Giảm tốc cho chuyển động shoulder adduction và ổn định vai

Là phần cuối cùng của nhóm cơ vai, kéo dài từ xương bả vai tới xương cánh tay

Tăng tốc cho chuyển động shoulder extension và external rotation

Giảm tốc cho chuyển động flexion and internal rotation, ổn định cơ vai

Bệnh tai biến và khả năng phục hồi sau tai biến

2.4.1 Khái niệm bệnh tai biến mạch máu não

Bệnh tai biến mạch máu não là một trong những căn bệnh nguy hiểm nhất hiện nay, để lại nhiều hậu quả nặng nề và biến chứng nghiêm trọng Sau cơn tai biến, người bệnh thường gặp phải các di chứng như đau đớn, tê bì, và cảm giác lạ ở các bộ phận bị ảnh hưởng Họ có thể bị liệt nửa người, dẫn đến hạn chế cử động và dễ mắc các biến chứng như co rút cơ, cứng khớp, thường gặp ở khớp khuỷu, gối, cổ tay, cổ chân, và các ngón tay Ngoài ra, tình trạng gối duỗi quá, giảm cảm giác, và liệt mặt kéo dài cũng ảnh hưởng đến khả năng ăn uống của người bệnh.

Có hai loại tai biến mạch máu não như sau:

Chiếm 80% tổng số ca bệnh, tai biến mạch não thường xảy ra do lưu lượng tuần hoàn máu lên não bị hẹp hoặc tắc, dẫn đến việc một phần não không được cung cấp máu Nếu tình trạng này kéo dài, khu vực não đó sẽ bị hoại tử Bệnh nhân bị tai biến do nhồi máu não cần được cấp cứu trong vòng 4 tiếng kể từ khi phát bệnh Tuy nhiên, việc đưa bệnh nhân đến bệnh viện càng sớm càng tốt là rất quan trọng để hạn chế tổn thương não và giảm nguy cơ để lại di chứng cho cơ thể.

Chỉ chiếm 20% tổng số ca bệnh, nhưng tai biến do xuất huyết não có tỷ lệ tử vong rất cao do máu tràn vào mô gây tổn thương não và phù não Áp lực tăng lên trong các mô xung quanh dẫn đến cái chết của tế bào não và có thể gây vỡ mạch não Thời gian cấp cứu cho bệnh nhân tai biến xuất huyết não chỉ tính bằng phút, vì vậy nguy cơ tử vong rất cao nếu không có biện pháp sơ cứu và cấp cứu kịp thời.

2.4.2 Khả năng phục hồi sau tai biến

Tai biến mạch máu não là một bệnh lý nguy hiểm và là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu tại Việt Nam và trên thế giới Những người mắc tai biến, đặc biệt là dạng nặng, thường phải đối mặt với các di chứng nghiêm trọng như liệt nửa người và rối loạn nhận thức Tuy nhiên, sau khi điều trị thành công, bệnh nhân vẫn có khả năng sống, sinh hoạt bình thường và phục hồi chức năng sau tai biến mạch máu não.

Việc phục hồi chức năng sau tai biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm mức độ bệnh, tuổi tác, tình trạng sức khỏe và yếu tố tâm lý Những bệnh nhân trẻ tuổi với tai biến nhẹ có khả năng phục hồi cao, trong khi người lớn tuổi hoặc mắc bệnh nặng thì khả năng sống sót và phục hồi rất thấp Sức khỏe tổng quát cũng ảnh hưởng lớn; những người có cơ thể khỏe mạnh và bệnh nhẹ thường có khả năng hồi phục tốt hơn Cuối cùng, tâm lý lạc quan và kiên trì của bệnh nhân cũng góp phần quan trọng vào quá trình hồi phục, giúp họ vượt qua khó khăn tốt hơn so với những người luôn cảm thấy chán nản.

Hình 2.10 Bệnh nhân sau tai biến bị suy giảm chức năng ở vai[6]

Phục hồi chức năng (PHCN) các cơ ở vai sau tai biến

Hiện nay, các bác sĩ vẫn chưa hoàn toàn chắc chắn về khả năng hồi phục của bệnh nhân mất khả năng vận động Tuy nhiên, họ thường khuyến nghị áp dụng phương pháp phục hồi chức năng nhằm nâng cao tỷ lệ hồi phục cho bệnh nhân.

Phục hồi chức năng là phương pháp quan trọng giúp khôi phục khả năng vận động của các bộ phận cơ thể như tay, chân và cổ sau chấn thương do tai nạn, đột quỵ hoặc bại liệt do bệnh lý xương khớp Các phương pháp phục hồi chức năng phổ biến bao gồm nhiều kỹ thuật và liệu pháp khác nhau, nhằm cải thiện sức khỏe và chất lượng cuộc sống cho người bệnh.

Vận động trị liệu là phương pháp được y tế công nhận là tối ưu và hiệu quả nhất cho các bệnh hoặc biến chứng liên quan đến cơ và khớp.

2.5.1 Khái niệm vận động trị liệu

Vận động trị liệu là phương pháp phục hồi chức năng thông qua việc thực hiện các hoạt động thể lực và tư thế một cách có hệ thống, nhằm mục đích phòng ngừa, điều trị và khôi phục chức năng cơ thể.

Mục đích của vận động của trị liệu là[8]:

- Duy trì và phục hồi tầm hoạt động của khớp, tính mềm dẻo của mô mềm, phòng ngừa các thương tật thứ cấp do bất động

- Làm tăng sức mạnh, sức bền và khả năng kiểm soát vận động của cơ, cải thiện sự vững khớp

- Cải thiện sức khỏe và sức bền tim mạch

- Cải thiện điều hợp thần kinh-cơ, cảm thụ bản thể, thăng bằng

- Gia tăng khả năng hoạt động và các kỹ năng chức năng

Có 4 loại bài tập vận động trị liệu bao gồm: tập vận động thụ động, tập vận động chủ động, tập vận động có trợ giúp và tập vận động có trở kháng

2.5.2 Tập vận động thụ động

Tập thụ động là phương pháp tập luyện sử dụng lực từ bên ngoài, do người khác hoặc dụng cụ hỗ trợ thực hiện Vận động thụ động không yêu cầu sự tham gia chủ động của người bệnh trong việc co cơ Kỹ thuật này thường được áp dụng khi người bệnh không thể tự thực hiện các động tác vận động của mình.

- Tư thế người bệnh thoải mái phù hợp với khớp cần tập

- Không dùng lực bắt khớp cần tập vận động

- Người làm kỹ thuật thực hiện vận động theo mẫu, theo tầm vận động bình thường của khớp, đoạn chi hoặc phần cơ thể đó

- Tần suất thời gian một lần tập 15-20 phút cho một khớp, 1- 2 lần/ ngày, tùy theo bệnh cảnh lâm sàng và tình trạng thực tế của người bệnh

• Theo dõi trong khi tập:

- Phản ứng của người bệnh: khó chịu, đau

- Các dấu hiệu chức năng sống: mạch, huyết áp, nhịp thở

- Các thay đổi bất thường: nhiệt độ, màu sắc đoạn chi, tầm vận động, chất lượng vận động

Hình 2.11 Tập vận động thụ động

• Theo dõi sau khi tập:

- Các dấu hiệu sống: mach, huyết áp, nhịp thở, tình trạng toàn thân chung

- Khó chịu, đau kéo dài quá 3 giờ coi như tập quá mức

- Nhiệt độ, mằu sắc da, tầm vận động, chất lượng vận động của đoạn chi cần tập

2.5.3 Tập vận động có trợ giúp

Vận động có trợ giúp là hình thức vận động chủ động, trong đó người bệnh thực hiện các động tác với sự hỗ trợ từ người khác hoặc các dụng cụ tập luyện Mục tiêu của loại vận động này là giúp người bệnh hoàn thiện các kỹ năng vận động của mình.

Trong mọi trường hợp người bệnh chưa tự thực hiện được hết tầm vận động của khớp, một phần động tác vận động của mình

- Người bệnh ở các tư thế thích hợp cho bài để tập

- Người tập ở các tư thế phù hợp

Tập luyện phục hồi chức năng là quá trình quan trọng, yêu cầu người bệnh chủ động vận động các bộ phận cơ thể như chân, tay mà họ có thể tự thực hiện Người điều trị sẽ hỗ trợ để người bệnh đạt được tối đa tầm vận động của khớp cho những động tác họ chưa tự làm được Ngoài ra, có thể sử dụng các dụng cụ phục hồi chức năng để hỗ trợ quá trình vận động của người bệnh.

- Mỗi ngày tập 1 đến 2 lần, mổi lần tập 20 đến 30 phút

Hình 2.12 Tập vận động có sự trợ giúp

• Theo dõi trong khi tập:

- Phản ứng của người bệnh: khó chịu, đau

- Các dấu hiệu chức năng sống: mạch, huyết áp, nhịp thở

- Các thay đổi bất thường: nhiệt độ, màu sắc đoạn chi, tầm vận động, chất lượng vận động

• Theo dõi sau khi tập:

- Các dấu hiệu sống: mach, huyết áp, nhịp thở, tình trạng toàn thân chung

- Khó chịu, đau kéo dài quá 3 giờ coi như tập quá mức

2.5.4 Tập vận động chủ động

Động tác vận động tự thực hiện bởi người bệnh không cần sự trợ giúp, là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất Mục tiêu chính của phương pháp này là duy trì và tăng cường tầm vận động của khớp, đồng thời nâng cao sức mạnh cơ bắp.

Người bệnh đã tự thực hiện được vận động; Kết quả thử cơ từ bậc 2 trở lên, cần làm tăng sức mạnh của cơ

Người bệnh nên chọn tư thế thoải mái và phù hợp với mục đích cũng như kỹ thuật điều trị, đồng thời chú ý đến các phần cơ thể cần tập luyện Tư thế này phải cho phép vận động các khớp và chi trong tầm vận động bình thường Hãy động viên người bệnh chủ động vận động hết khả năng của mình để đạt hiệu quả tốt nhất.

- Người hướng dẫn tập: tư thế thoải mái thuận tiện cho các thao tác, làm động tác mẫu hướng dẫn người bệnh tập

- Kỹ thuật: tập vận động theo các mẫu và tầm vận động bình thường của khớp, chi, phần cơ thể

Mỗi động tác nên được lặp lại nhiều lần tùy theo khả năng của người bệnh, bắt đầu từ 5 đến 10 lần Thời gian tập luyện và mức độ vận động cần tăng dần, với vận động hết tầm là mức bình thường cho phép Người bệnh nên tập luyện 1 đến 2 lần mỗi ngày để đạt hiệu quả tốt nhất.

Hình 2.13 Tập vận động chủ động

• Theo dõi trong khi tập:

- Chất lượng của vận động, phản ứng của người bệnh, mạch, huyết áp, nhịp thở

• Theo dõi sau khi tập:

- Các dấu hiệu sống: mach, huyết áp, nhịp thở, tình trạng toàn thân chung

- Khó chịu, đau kéo dài quá 3 giờ coi như tập quá mức

2.5.5 Tập vận động có kháng trở

Tập vận động có kháng trở là hình thức luyện tập chủ động, trong đó sự co cơ bị kháng lại bởi lực từ bên ngoài Mục tiêu của phương pháp này là nâng cao sức mạnh, sức bền và hiệu suất hoạt động của cơ bắp.

Cần làm tăng sức mạnh và sức bền của cơ

➢ Tư thế người bệnh: Người bệnh ở tư thế thoải mái, phù hợp với vị trí cần tập, không làm hạn chế tầm vận động trong khi tập

- Lực kháng cản được đặt cố định ở đầu xa của cơ cần được làm mạnh hoặc ở điểm xa của khối cử động

- Hướng kháng cản đối diện thẳng (vuông góc) với hướng vận động ở đầu và cuối tầm vận động lực kháng cản được sử dụng ít nhất

- Người bệnh không được nín thở trong khi tập

- Tập vận động có kháng trở đẳng trương (isotonic)

- Bài tập vận động có kháng trở đẳng trường (isometric)

➢ Nguyên tắc chung: Đúng kỹ thuật, an toàn, hiệu quả

Hình 2.14 Tập vận động có trở kháng

• Theo dõi trong khi tập:

- Phản ứng của người bệnh: khó chịu, đau

- Các dấu hiệu chức năng sống: mạch, huyết áp, nhịp thở

- Các thay đổi bất thường: nhiệt độ, màu sắc đoạn chi, tầm vận động, chất lượng vận động

• Theo dõi sau khi tập:

- Các dấu hiệu sống: mach, huyết áp, nhịp thở, tình trạng toàn thân chung

- Khó chịu, đau kéo dài quá 3 giờ coi như tập quá mức.

Các giai đoạn phục hồi Brunnstrom sau đột quỵ

2.6.1 Giới thiệu Để việc phục hồi diễn ra hiệu quả, quy trình phục hồi cần được chia ra thành nhiều giai đoạn nhỏ để mọi người có thể dễ dàng theo dõi, đánh giá đúng và qua đó tạo ra những phương pháp khác nhau theo từng giai đoạn để việc phục hồi trở nên hiệu quả

Các giai đoạn Brunnstrom, do nhà trị liệu vật lý Signe Brunnstrom phát triển, là một trong những phương pháp đánh giá phục hồi đột quỵ nổi tiếng nhất Phương pháp này được áp dụng rộng rãi để theo dõi quá trình hồi phục của bệnh nhân sau đột quỵ.

Năm 1960, khi đột quỵ xảy ra, nó thường ảnh hưởng đến một bên cơ thể Phương pháp Brunnstrom mô tả quá trình phát triển vận động và tái tổ chức não bộ sau đột quỵ Do đó, mọi người có thể đánh giá tình trạng phục hồi sau đột quỵ của mình thông qua các giai đoạn này.

Brunnstrom và đưa ra những bài tập dựa trên những phương pháp đã có để luyện tập và hồi phục một cách hiệu quả và nhanh chóng nhất

2.6.2 Các giai đoạn phục hồi Brunnstrom

Giai đoạn phục hồi Brunnstrom bao gồm 7 giai đoạn, mỗi giai đoạn có những phương pháp phục hồi phù hợp với biến chứng của bệnh nhân Giai đoạn thứ nhất, gọi là giai đoạn mềm nhũn, không liên quan đến cử động hay trương lực cơ ở bên bị ảnh hưởng, khiến các cơ trở nên lỏng lẻo và mềm Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy không phải tất cả bệnh nhân đều bắt đầu từ giai đoạn này Khi hoàn thành giai đoạn thứ 7, bệnh nhân sẽ đạt được sự phục hồi hoàn toàn.

Dấu hiệu để nhận biết bệnh nhân ở giai đoạn này là họ không thể di chuyển phần cơ thể của họ theo ý muốn

Phương pháp phục hồi chức năng hiệu quả nhất cho bệnh nhân ở giai đoạn này là thực hiện các bài tập thụ động, tập trung vào việc di chuyển và kéo cơ một cách an toàn, không gây đau đớn Giai đoạn này thường liên quan đến sự xuất hiện của co cứng.

Khi não và cơ bắp tái kết nối nhờ vào sự dẻo dai của hệ thần kinh, điều này cho thấy quá trình phục hồi đang diễn ra Tuy nhiên, đôi khi sự kết nối vẫn còn yếu, dẫn đến việc các cơ bắp chưa thể hoàn toàn liên kết với não.

Dấu hiệu nhận biết ở giai đoạn này bao gồm các tín hiệu co thắt hoặc giãn ra của cơ bắp, thường xuyên bị gián đoạn, dẫn đến việc di chuyển không theo ý muốn.

Phương pháp phục hồi ở giai đoạn này bao gồm việc luyện tập các bài tập thụ động một cách nhất quán để kích thích sự co cứng của thần kinh Việc duy trì lặp lại và nhất quán là rất quan trọng để tăng cường sự dẻo dai thần kinh và thúc đẩy quá trình phục hồi Trong giai đoạn tăng co cứng, co cứng đạt đỉnh điểm, khiến bệnh nhân gần như không thể cử động phần cơ bị co cứng Mặc dù cơ bắp có thể không cải thiện hoặc trở nên tệ hơn, nhưng đây là dấu hiệu cho thấy kết nối thần kinh giữa não bộ và cơ bắp đang được cải thiện.

Phương pháp phục hồi ở giai đoạn này siêng năng luyện tập các bài tập chức năng thụ động và chủ động d Giai đoạn giảm co cứng

Khi người bệnh kiên trì thực hiện các bài tập phục hồi chức năng, tình trạng co cứng sẽ dần giảm, đánh dấu sự chuyển biến tích cực trong quá trình hồi phục Đây chính là giai đoạn thứ 4 trong hành trình phục hồi của bệnh nhân.

Bệnh nhân bắt đầu lấy lại quyền kiểm soát cơ bắp và có khả năng di chuyển tự nguyện hơn Để tiếp tục hồi phục, việc luyện tập các bài tập phục hồi chức năng là cần thiết nhằm duy trì sự dẻo dai của thần kinh Các bài tập lặp đi lặp lại sẽ tối đa hóa sự dẻo dai và cải thiện chuyển động Giai đoạn co cứng tiếp tục giảm, cho phép bệnh nhân thực hiện các hành động như chải tóc và cầm đũa, cũng như các chuyển động phức tạp hơn Mặc dù tình trạng co cứng vẫn tồn tại, nhưng nó không ảnh hưởng nhiều đến khả năng di chuyển Dấu hiệu hồi phục thể hiện ở tay và chân, trong khi bàn tay và bàn chân vẫn chưa hoàn toàn hồi phục do vị trí xa trung tâm cơ thể.

Để phục hồi chức năng cho tay và chân, bệnh nhân có thể thực hiện các bài tập chuyên biệt cho từng bộ phận Việc tập luyện này giúp cải thiện sự linh hoạt và giảm co cứng.

Ở giai đoạn 6, co cứng hoàn toàn biến mất và bệnh nhân có khả năng kiểm soát hành động gần như tuyệt đối Họ có thể di chuyển các khớp mà không cần sự trợ giúp bên ngoài Giai đoạn này khuyến khích bệnh nhân tham gia các hoạt động yêu thích như bóng đá, bóng rổ, cầu lông hoặc bơi lội để tiếp tục phát triển Đây là giai đoạn cuối cùng, khi bệnh nhân đã phục hồi hoàn toàn và có thể trở lại cuộc sống bình thường như trước.

2.6.3 Các hạn chế của phương pháp Brunnstorm

Phương pháp Brunnstrom, mặc dù được sử dụng phổ biến trong việc đánh giá quá trình phục hồi sau đột quỵ, vẫn tồn tại một số hạn chế cần lưu ý.

Các giai đoạn Brunnstrom không thích hợp cho một số bệnh nhân, đặc biệt là những người bị tổn thương ngoại biên thần kinh, bệnh nhân Parkinson và những người có tình trạng sức khỏe nghiêm trọng.

Các giai đoạn Brunnstrom không phân biệt rõ giữa cơ mạnh và yếu, dẫn đến việc tập luyện có thể trở nên không hiệu quả và không mang lại cải thiện chức năng cho bệnh nhân.

Áp dụng máy vào quá trình tập luyện hồi phục cơ vai

Việc áp dụng máy hỗ trợ luyện tập phục hồi cơ vai mang lại nhiều lợi ích cho bệnh nhân, bác sĩ và xã hội, dựa trên các lý thuyết về cơ vai, bệnh đột quỵ, quá trình phục hồi và các bài tập phục hồi đã được nêu.

Trong quá trình hồi phục, không phải giai đoạn nào bệnh nhân cũng có thể sử dụng máy luyện tập, vì vậy việc xác định rõ giai đoạn thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn Phân tích các giai đoạn phục hồi không chỉ giúp người dùng biết khi nào có thể sử dụng máy mà còn hỗ trợ các nhà chế tạo máy thiết kế các bài tập phù hợp, từ đó tạo ra thiết bị giúp bệnh nhân luyện tập hiệu quả hơn.

2.7.1 Phân tích giai đoạn phục hồi có thể dùng máy

Theo nghiên cứu của giai đoạn Brunnstrom, giai đoạn 1 là mềm nhũn và giai đoạn 2 xuất hiện co cứng, yêu cầu luyện tập các bài tập thụ động để tăng cường kết nối giữa não bộ và cơ bắp Những bài tập này cần được thực hiện an toàn và không gây đau đớn Do đó, trong giai đoạn này, bệnh nhân nên tập luyện dưới sự hướng dẫn của bác sĩ, y tá hoặc người thân để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Giai đoạn số 3 và số 4 là thời điểm bệnh nhân tiếp tục thực hiện các bài tập thụ động và bắt đầu chuyển sang các bài tập chủ động mà không cần sự hỗ trợ từ người khác Đây là giai đoạn lý tưởng để bệnh nhân bắt đầu sử dụng máy tập.

Từ giai đoạn 5 trở đi là giai đoạn vai đã hoàn toàn bình phục và bắt đầu quá trình phục hồi các cơ ở xa đường giữa của cơ thể

 Kết luận: Giai đoạn 3 và giai đoạn 4 là giai đoạn bệnh nhân có thể sử dụng máy vào quá trình hỗ trợ luyện tập

2.7.2 Phân tích các động tác luyện tập a Theo phương pháp Brunnstorm

Theo phân tích của giai đoạn Brunnstorm, đối với chi trên ở giai đoạn 3 và 4, người bệnh có thể tập những động tác sau[10]:

• Tư thế ngồi, đưa tay ra sau lưng Đối với động tác này, bệnh nhân sẽ ngồi thẳng và đưa tay ra phía sau lưng

Hình 2.15 Tư thế ngồi đặt tay sau lưng

• Nâng tay Đối với động tác này, người bệnh sẽ nâng cánh tay cho đến khi cánh tay vuông góc với cơ thể

• Gập khuỷa tay Đối với động tác này, bệnh nhân sẽ gập cẳng tay một góc 90 độ

21 b Theo phương pháp phục hồi từng nhóm cơ

Cơ delta là nhóm cơ cần phục hồi ở vùng vai, được chia thành ba phần: cơ Delta trước, cơ Delta ngang và cơ Delta sau Để phục hồi cơ Delta hiệu quả, có thể thực hiện các bài tập phù hợp.

Tay lành bám vào bàn, ghế hoặc một vật chắc chắn, để hỗ trợ động tác Tay bệnh có thể vận động được tự do ở bên thân mình

Dao động tay nhẹ nhàng đau theo hướng trước sau, ngang và vòng tròn

• Vắt chéo tay trước ngực

Cơ chính tác động: Cơ Delta phần sau

Để tập luyện hiệu quả, hãy đưa cánh tay bị đau vắt chéo trước ngực Sử dụng bàn tay của cánh tay không đau để nắm lấy vùng cánh tay trên khuỷu tay bên đau, sau đó kéo tối đa về phía bên lành Hành động này sẽ giúp kéo căng cơ deltoid phần sau, mang lại cảm giác thư giãn và giảm đau.

Giữ tư thế kéo căn này 30 giây, rồi thư giãn cơ 30 giây và tập động tác tiếp theo

Cơ chính chịu tác động: Cơ trên gai, cơ tròn nhỏ, cơ Delta phần trước

Để tập luyện hiệu quả, bạn có thể sử dụng một dây thun buộc vào tường hoặc một vị trí vững chắc Ngoài ra, bạn cũng có thể tập tại các trung tâm thể hình có trang bị dây thun hoặc dây lò xo.

Tập bằng cách giữ dây thun và kéo ra phía ngoài Giữ khoảng 30 giây, thư giãn và tập động tác tiếp theo

Cơ chính chịu tác động: Cơ thang, cơ Delta, cơ trên gai

Cách tập: Quỳ gối trên giường với lưng cúi hoặc bám vào một vật đỡ với lưng cúi

Từ từ dang ngang cánh tay với tạ tay khoảng 1-3kg Giữ khoảng 3-5 giây, sau đó đưa về vị trí ban đầu rồi tập động tác tiếp theo

Cơ chịu tác động trong bài tập này bao gồm cơ thang giữa và dưới, cơ trên gai, cơ tròn nhỏ, và cơ Delta ngực Để thực hiện bài tập, bạn nằm sấp trên bàn hoặc giường, với cánh tay đau treo tự do bên ngoài mép giường, giúp tăng cường khả năng vận động.

Nâng cánh tay từ từ với khuỷu tay thẳng, đưa tay lên ngang tầm mắt nếu có thể Giữ vị trí này trong khoảng 2-5 giây, sau đó thư giãn và trở về vị trí ban đầu.

• Tập xoay trong và ngoài trong tư thế nằm

Cơ chính chịu tác động: Cơ Delta trước, cơ ngực, cơ dưới vai

Cách tập: Nằm ngửa trên nệm cứng

Để thực hiện bài tập, hãy giữ cánh tay vuông góc với cẳng tay, với khuỷu tay gập 90 độ và các ngón tay hướng lên trên Thực hiện chuyển động từ từ, nâng và hạ cẳng tay với góc tối đa khoảng 45 độ.

• Xoay ngoài vai tư thế nằm nghiêng

Cơ chính chịu tác động: Cơ trên gai, cơ tròn nhỏ, cơ Delta phần sau

Nằm nghiêng trên mặt phẳng cứng, tay đau ở phía trên, cánh tay sát thân mình, cẳng tay tạo với cánh tay một góc 90 độ, bàn tay cầm tạ tập

Từ từ nâng cẳng tay lên, cho cánh tay và khớp vai xoay, lên đến ngang mặt trên của cơ thể, rồi từ từ hạ xuống

2.7.3 Tổng kết Đối với phương pháp Brunnstorm, các dạng bài tập chưa có sự cụ thể và rõ ràng Còn đối với phương pháp phục hồi theo từng nhóm cơ, các bài tập đa dạng và có sự cụ thể Ngoài ra chương trình tập luyện này chỉ kéo dài từ 4-6 tuần trừ khi có sự điều trị khác Nhóm quyết định chọn phương pháp phục hồi theo từng nhóm cơ

Các bài tập như dao động cánh tay, vắt chéo tay trước ngực và tập xoay ngoài là những bài tập đơn giản và hiệu quả nhất cho bệnh nhân Dựa trên các động tác này, nhóm đã thiết kế một máy hỗ trợ giúp bệnh nhân có thể di chuyển tay trên một mặt phẳng, thực hiện động tác vắt chéo tay trước ngực và kéo tay ra phía ngoài.

Kết luận

Bài viết này trình bày cơ sở lý thuyết về bệnh đột quỵ và các giai đoạn phục hồi, đặc biệt tập trung vào phục hồi cơ vai trong giai đoạn tăng co cứng và giảm co cứng Nhóm nghiên cứu đã đề xuất các phương án thiết kế bài tập vận động thụ động và chủ động, mang tính chất lặp đi lặp lại, theo đúng hướng dẫn của Bộ Y tế và các trung tâm phục hồi chức năng trên thế giới Hơn nữa, việc ứng dụng các trò chơi trong quá trình tập luyện không chỉ giúp giảm sự nhàm chán mà còn hỗ trợ theo dõi và đánh giá hiệu quả phục hồi cho bệnh nhân.

Thông số bệnh nhân bị liệt cơ vai

Bảng 2.2 Thông số bệnh nhân bị liệt cơ vai

Bệnh nhân Tuổi Giới tính Cân nặng(kg) Chiều cao

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Thiết kế phần cứng cơ khí

3.1.1 Tiêu chí và yêu cầu thiết kế a Tiêu chí thiết kế

Tạo ra các bài tập được mô phỏng trên một mặt phẳng ngang dựa trên các bài tập đã phân tích chương 2

Cơ cấu thiết kế cần đảm bảo êm ái, mượt mà, giảm thiểu độ ma sát, bền bỉ và không có phản ứng dội lại Nó phải phù hợp với chuyển động hàng ngày của khớp vai, bao phủ toàn bộ khu vực gập, duỗi vai ngang của người trưởng thành trung bình trong khoảng 135 độ.

Thiết kế cơ cấu và các bài tập chuyển động cánh tay trên mặt phẳng ngang XY cần đảm bảo vùng hoạt động của thiết bị bao phủ toàn bộ chuyển động của khớp vai Độ mở và đóng của khớp vai và khớp khuỷu tay phải linh hoạt, phù hợp với chức năng tự nhiên của khớp để tránh xung đột trong quá trình vận động.

Tập trung các chuyển động có chức năng lặp đi lặp lại để tăng phạm vi chuyển động Cần tính thẩm mỹ

3.1.2 Phương án truyền động a Kiểu Cartesian:

Khác với máy in 3D sử dụng đầu phun nhựa di chuyển theo ba phương X, Y, Z, tay cầm trong cơ cấu hỗ trợ phục hồi cơ vai chỉ chuyển động trên hai phương X, Y, trong khi phương Z được cố định và không di chuyển lên xuống Thiết bị này sử dụng bộ truyền đai để thực hiện chuyển động.

- Dễ dàng tháo lắp và sửa chữa

- Cơ cấu khá vững vàng, độ chính vừa

- Không gian hoạt động cho tay lớn

- Chiếm nhiều diện tích, cồng kềnh

Hình 3.1 Phương án truyền động kiểu Cartesian b Kiểu Delta:

Truyền động như máy in 3D dựa trên nguyên lý robot song song Ưu điểm:

- Cơ cấu êm và chuyển động linh hoạt

- Tập trung tịnh tiến lên xuống theo phương Z

- Lắp ráp gặp nhiều phức tạp

- Cơ cấu bị hạn chế về phương X và Y dẫn đến các bài tập cho cơ vai không đạt hiệu quả tối ưu

Trong kiểu truyền động Polar, tay cầm trên cơ cấu hỗ trợ phục hồi cơ vai chỉ di chuyển theo hai phương Y và Z Ưu điểm của phương án này là khả năng kiểm soát chính xác và linh hoạt trong các chuyển động, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động.

- Chỉ thực hiện được các bài tập chuyển động dao động cánh tay cơ bản

- Không thể thực hiện các bài tập duỗi tay vì hạn chế phương X

- Lắp ráp gặp nhiều phức tạp và giá thành cao

Hình 3.3 Phương án truyền động kiểu Polar

Các bài tập cần được tối ưu hóa để giúp người tập hồi phục nhanh chóng, đồng thời giá thành phải phù hợp với sinh viên và dễ dàng lắp đặt.

=> Nhóm lựa chọn kiểu truyền động Catersian

3.1.3 Phân tích chọn động cơ

Có 3 loại động cơ phổ biến: DC Servo, AC Servo và Step:

Tốc độ của động cơ nhanh Gần như không có dao động Điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác cao

Mạch điều khiển phức tạp

Các thông số đĩa cần phải điều chỉnh các thông số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn

Hình 3.4 Động cơ DC Servo

Có momen xoắn lớn, phù hợp trong ứng dụng cánh tay robot hay điều khiển bánh lái

Nhanh và chính xác trong góc quay giới hạn

Khó thiết lập khi điều khiển bằng PWM

Hình 3.5 Động cơ AC Servo

Tốc độ thấp và dễ lắp đặt

Phù hợp với những ứng dụng cần tốc độ thấp

Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác

Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình

Thiết bị hỗ trợ phục hồi cơ vai được thiết kế với tiêu chí hoạt động chậm, giúp người tập dễ dàng hồi phục Với kích thước nhỏ gọn, thiết bị không yêu cầu động cơ điều khiển độ chính xác cao như máy CNC hay cho các cơ cấu phức tạp như cánh tay robot Do đó, loại động cơ Step là sự lựa chọn phù hợp cho cơ cấu này.

3.1.4 Lựa chọn cơ cấu dẫn động trục X và trục Y a Bộ truyền động

Bộ truyền đai răng dẹt, đặc biệt là dây đai GT kết hợp với bulley, đáp ứng yêu cầu chi phí thấp, hoạt động êm ái và dễ dàng trong việc lắp đặt cũng như bảo dưỡng cho cơ cấu trục X.

Y sẽ được nhóm sử dụng

Dựa trên các yếu tố :

- Động cơ có công suất nhỏ, phù hợp cho các máy in 3D, CNC cũng như đề tài

- Cần 1 bộ truyền đơn giản, hoạt động êm, có tính giảm chấn và dễ thay thế

- Truyền động ở các thanh X và Y là loại truyền động tuyến tính.Chọn bộ truyền đai được thiết kế riêng cho truyền động tuyết tính: GT2 Timing Belt – 2mm Pitch –

Hình 3.7.Dây đai GT2 Timing Belt – 2mm Pitch – 6mm Wide

Thông số dây đai GT2 :

- Chiều cao răng : 0,75mm b Cơ cấu dẫn hướng

Về cơ cấu dẫn hướng, nhóm sử dụng con trượt vuông nhằm đạt hiệu quả cũng như ổn định và chính xác cao

Thanh trượt vuông (thanh ray vuông) là thiết bị dẫn hướng chính xác, có khả năng chịu tải trọng cao Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến giữa con trượt vuông và thanh trượt vuông, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội cho các ứng dụng công nghiệp.

- Rất ít ma sát khi chuyển động tịnh tiến

- Có độ chính xác cao cùng khả năng chịu được tải trọng gấp 1,5 lần so với các thiết bị trượt tuyến tính theo cơ học truyền thống

- Không bị trơn, không có hiện tượng dính khi trượt

- Giúp cho hệ thống các cơ cấu máy được chuyển động tới lui thẳng mượt, êm ái, trơn tru và chính xác

Với thiết kế đơn giản, việc lắp đặt thanh trượt vào các cơ cấu và chi tiết của hệ thống máy móc công nghiệp tự động trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.

- Quá trình bảo trì, bảo dưỡng diễn ra nhanh chóng, đơn giản và dễ dàng

Sản phẩm có tuổi thọ cao và độ bền tốt, giúp giảm thiểu hỏng hóc và sự cố, từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí cho việc sửa chữa hoặc thay thế.

- Có giá thành vừa phải nên phù hợp với nhiều mục đích sử dụng

Sản phẩm của chúng tôi có đầy đủ kích thước và size số, đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng cho các thiết bị máy móc tự động hiện có tại Việt Nam.

Với những ưu điểm cũng như sự thông dụng, thanh trượt vuông sẽ được sử dụng để làm thanh trượt cho cơ cấu

3.1.5 Vật liệu thiết kế cơ cấu a Vật liệu thiết kế khung

Phương án truyền động Cartesian, cụ thể là core XY, yêu cầu phối hợp đồng thời hai phương X và Y để xác định vị trí tọa độ của tay đặt Cơ cấu này có thiết kế đơn giản, chi phí lắp đặt thấp và tính linh hoạt cao Đặc biệt, nó sử dụng ba động cơ để truyền động (một cho trục X và hai cho trục Y), tạo ra mô-men lớn, giúp việc truyền động dễ dàng hơn khi tay đặt có khối lượng lớn Tuy nhiên, việc đồng bộ ba động cơ là một thách thức phức tạp, và có thể gặp hiện tượng nhiễu khi cấp xung cho động cơ, ảnh hưởng đến quá trình vận hành của thiết bị.

Hình 3.9 Truyền động core XY

Nhôm định hình là yếu tố quan trọng trong việc tạo khung cho các cấu trúc, cần đảm bảo kích thước, độ vuông, độ bền và tính thẩm mỹ Các thanh nhôm được gia công bề mặt để hỗ trợ chuyển động trượt, đặc biệt là nhôm định hình 20x20mm, phù hợp cho thiết bị nhỏ với yêu cầu chịu lực thấp Sản phẩm này thường được sử dụng trong máy mô hình, lắp ráp điện tử, đồ gia dụng, may mặc, thực phẩm, và các thiết bị trong phòng thí nghiệm, phòng học Do đó, việc lựa chọn nhôm định hình 20x20mm là hợp lý.

Nhôm định hình, đặc biệt là hợp kim nhôm 6061, được lựa chọn để thiết kế các chi tiết đồ gá nhằm đảm bảo độ chính xác cao Hợp kim này nổi bật với độ bền cao, tính dẻo dai, dễ gia công và khả năng hàn tốt, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng Những ưu điểm vượt trội này đã khiến nhôm 6061 trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp.

- Cường độ từ trung bình đến cao

- Khả năng định hình tốt

- Khả năng chống ăn mòn trong những điều kiện môi trường khác nhau

- Bề mặt vật liệu tốt, bền

- Khả năng đánh bóng bề mặt tốt

- Chống ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường nước biển

- Có thể xử lý anodized nhuộm màu đa dạng theo nhu cầu sử dụng của khách hàng

Trong thiết kế cơ cấu, có nhiều chi tiết phức tạp hoặc không thể gia công truyền thống, như tay cầm, do đó cần sử dụng công nghệ in 3D bằng nhựa để tạo ra những chi tiết này Dưới đây là ba loại nhựa in 3D phổ biến nhất hiện nay.

Nhựa PLA có cấu tạo từ bột bắp và được sử dụng khá rộng rãi, đặc biệt là các thiết bị trong gia đình Ưu điểm:

- Không độc hại và không có mùi

- Phù hợp để tạo hình dạng cho các chi tiết kim loại hay gỗ

- Dễ bị nóng và độ bền không được cao

Nhựa ABS thường được in tại môi trường kín Rất phổ biến trong những sản phẩm công nghiệp, dân dụng như mũ bảo hiểm, đồ chơi lego,… Ưu điểm:

- Chịu được nhiệt độ cao

- Chịu lực tốt Nhược điểm:

- Nặng mùi và độc hại

- Khó in vì nhiệt độ cao, dễ nứt

Nhựa Peek thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ hay công nghiệp ô tô Ưu điểm:

- Khả năng chịu nhiệt và ứng suất cao

- Có thể tiếp xúc trực tiếp với tia gamma hay bức xạ X

Dựa vào các yếu tố trên, ta chọn loại nhựa PLA cho các chi tiết in 3D

3.1.6 Tính toán chọn động cơ a Ứng suất lên trục X

Trung bình 1 cánh tay người sẽ chiếm 6% trọng lượng cơ thể Lấy cơ thể 100kg làm chuẩn

Tổng khối lượng khi đặt tay lên : 𝑚 𝑡𝑜𝑛𝑔 = 6kg

Tốc độ di chuyển của tay cầm: 𝑣 = 52,3 𝑚𝑚/𝑠 Đường kính của Puly: 𝑑 = 12,22𝑚𝑚

Tổng khối lượng tay cầm và thanh x : 𝑚 𝑡𝑜𝑛𝑔_𝑥 = 6.5𝑘𝑔

Hình 3.15 Phân tích lực tác dụng trên thanh x

Lực tác dụng lên trục x là :𝐹 = 𝐹 𝑡𝑑𝑥 = 𝑔 ∗ 𝑚 𝑡𝑜𝑛𝑔 = 9,8 ∗ 6.5 = 63,7 𝑁

Hình 3.16 Ứng suất trên thanh x

- F : lực tác dụng trên từng thanh thép tròn đặc

- 𝑌 𝐴 = 𝑌 𝐵 : lực tác dụng ở 2 đầu thanh X

Momen xoay xung quanh điểm A là :

=> 𝑌 𝐵 = 𝑌 𝐴 = 31,85 𝑁 Phương trình cân bằng tĩnh học : Σ𝑍 = 0 => 𝑁 = 0

Hình 3.17 Biễu đồ nội lực

Từ biểu đồ trên, ta có thể thấy momen uốn max là 8,6 Nm

12 = 13333𝑚𝑚 4 Ứng suất uốn lớn nhất của từng trục x bằng ứng suất kéo lớn nhất:

Với giới hạn bền là 6,45𝑀𝑃𝑎, ta thấy thanh nhôm định hình 2020 là sự lựa chọn hợp lí và thỏa điều kiện bền là từ 200𝑀𝑃𝑎 đến 600𝑀𝑃𝑎 b Ứng suất lên trục Y

Do lực tác dụng lên thanh Y1 = Y2 nên khi tính ứng suất 1 thanh sẽ suy ra được ứng suất của thanh còn lại :

Lực tác dụng trên thanh thép nhôm:

𝑌 𝐴 = 𝑌 𝐵 : lực tác dụng ở 2 đầu thanh Y

Hình 3.19 Ứng suất lên trục Y

Momen xoay xung quanh điểm A là :

=> 𝑌 𝐵 = 𝑌 𝐴 = 15,925 𝑁 Phương trình cân bằng tĩnh học : Σ𝑍 = 0 => 𝑁 = 0 Σ𝑌 = 0 => 𝑄 = 𝑌𝑎 = 15,925 𝑁𝑚𝑚 Σ𝑚 = 0 => 𝑀 − 15,925 ∗ 180 = 0 => 𝑀 = 2866,5 𝑁𝑚𝑚

Hình 3.20 Biểu đồ nội lực

Từ biểu đồ trên, ta có thể thấy momen uốn max là 2,8665 Nm

12 = 13333𝑚𝑚 4 Ứng suất uốn lớn nhất trên thanh bằng ứng suất kéo lớn nhất trên thanh :

Thiết kế mạch điều khiển

3.2.1 Giới thiệu phần cứng a Vi điều khiển Arduino Mega 2560

Arduino Mega2560 là vi mạch điều khiển dựa trên ATmega2560, nổi bật với thiết kế hệ thống I/O lớn, bao gồm 16 bộ chuyển đổi tương tự và 54 bộ chuyển đổi digital hỗ trợ UART cùng các chế độ giao tiếp khác Ngoài ra, bo mạch này còn tích hợp RTC và nhiều tính năng hữu ích như bộ so sánh, timer, và ngắt, giúp tối ưu hóa hoạt động, tiết kiệm năng lượng và nâng cao tốc độ với xung thạch anh 16 MHz.

Bo mạch này hỗ trợ JTAG cho lập trình, gỡ lỗi và xử lý sự cố, cho phép quản lý chương trình hệ thống lớn nhờ vào bộ nhớ FLASH và SRAM rộng rãi Ngoài ra, nó còn tương thích với các loại bo mạch khác nhau, bao gồm tín hiệu mức cao (5V) và tín hiệu mức thấp (3.3V) thông qua chân nạp I/O.

Brownout và watchdog giúp hệ thống đáng tin cậy và mạnh mẽ hơn Nó hỗ trợ ICSP cũng như lập trình vi điều khiển USB với PC

Arduino Mega 2560 là một sự thay thế của Arduino Mega cũ Nó thường được sử dụng cho các dự án rất phức tạp

Các đặc điểm kĩ thuật:

Bảng 3.2 Thông số của Aruino Mega 2560

Aruino Mega 2560 Tính năng, đặc điểm

Vi điều khiển AVR AT Mega 2560(8bit)

Nguồn cung cấp 7-12V( Bộ điều chỉnh sẵn có cho bộ điều khiển)

Giao tiếp USB( Lập trình với Atmega 8), ICSP( lập trình),

Bộ Timer 2 ( 8bit) + 4( 16bit) = 6 Timer

Hình 3.25 Sơ đồ linh kiện của Arduino Mega 2560 b Encoder

Encoder LPD3806-400BM 400 Xung NPN là thiết bị lý tưởng cho việc điều khiển thông minh trong các phép đo dịch chuyển khác nhau, đặc biệt là trong máy da lộn tự động Với khả năng cung cấp 400 xung, sản phẩm này đảm bảo độ chính xác cao và hiệu suất ổn định cho các ứng dụng công nghiệp.

41 có chiều dài cố định tự động, bộ điều khiển cắt chiều dài cố định bằng thép, đo chiều cao cơ thể người, robot…

Hình 3.26 LPD3806-400BM Rotary Encoder 400 Xung NPN

Encoder LPD3806-400BM 400 Xung 2 pha AB/ 5-24V với ngõ ra NPN cực thu hở, có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, dễ dàng cài đặt và tiết kiệm chi phí Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đo tốc độ quay, góc, gia tốc và chiều dài.

- Tốc độ cơ khí tối đa 5000 vòng / phút

- Tần số đáp ứng điện 20K / giây

- Tích hợp tốc độ 2000 vòng / phút

- Kích thước: Encoder kích thước thân: φ38mm; trục φ6 × 13mm; trục nền: Cao 5mm, φ20mm; cố định lỗ cho: vít M3

- Ba lỗ gắn trên vòng tròn 30, và ba lỗ gắn khác trên vòng tròn 28

Động cơ bước NEMA 17, với kích thước 42 x 40 mm, là một loại động cơ đồng bộ sử dụng điện, khác biệt so với động cơ điện 1 pha và 3 pha Nó chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các xung điện rời rạc, tạo ra chuyển động góc quay và giúp cố định rôto ở vị trí cần thiết Động cơ này thường được sử dụng trong các thiết bị như máy in 3D và laser mini, với dòng chịu tải 1,6A, mô men xoắn 0,45Nm và góc bước 1,8°/step Để điều khiển động cơ bước, cần có driver như A4988, giúp mã hóa tín hiệu từ vi điều khiển và xác định thứ tự pha cũng như cấp dòng cho từng pha Trong các máy CNC, module A4988 được sử dụng hiệu quả để điều khiển động cơ bước trục X,Y.

Hình 3.28 Mạch điều khiển động cơ bước A4988 e NVIDIA Jetson Nano Developer Kit

NVIDIA Jetson Nano Developer Kit là một máy tính nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ, cho phép bạn thực hiện song song nhiều mạng neural, phục vụ cho các ứng dụng như phân loại hình ảnh.

43 phát hiện đối tượng, phân đoạn và xử lý giọng nói Tất cả trong cùng một nền tảng dễ sử dụng cũng như tiêu tốn ít hơn 5 watts

Jetson Nano cung cấp 472 GFLOPS cho việc chạy nhanh chóng các thuật toán AI hiện đại, với CPU quad-core 64-bit ARM và GPU NVIDIA 128-core tích hợp Nó đi kèm với bộ nhớ 4GB LPDDR4, cho phép xử lý song song nhiều mạng neural và đồng thời quản lý các cảm biến có độ phân giải cao.

Jetson Nano được hỗ trợ bởi NVIDIA JetPack, cung cấp các gói hỗ trợ board (BSP), CUDA, cuDNN và thư viện phần mềm TensorRT cho deep learning, computer vision, GPU computing, multimedia processing và nhiều ứng dụng khác SDK của Jetson Nano còn cho phép cài đặt các framework Machine Learning (ML) mã nguồn mở như TensorFlow, PyTorch, Caffe/Caffe2, Keras và MXNet, giúp các nhà phát triển dễ dàng tích hợp các mô hình AI và framework ưa thích vào sản phẩm của họ.

Để giúp bệnh nhân không cảm thấy nhàm chán trong quá trình luyện tập, nhóm đã phát triển các trò chơi tương tác thông qua màn hình LCD 7 inch, kết hợp với Jetson Nano, nhằm tạo ra trải nghiệm thú vị và hấp dẫn hơn cho người dùng.

Với mục tiêu thông dụng, tiện lợi và giảm chi phí, nhóm đã chọn sử dụng mà hình LCD 7inch thay vì màn hình Tivi

Hình 3.30 Màn hình LCD 7INCH

3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển a Sơ đồ khối

Nhóm đã xác định các phần cứng cần thiết cho đề tài, bao gồm Arduino, Encoder, Driver, Step motor, Jetson Nano và màn hình LCD Dựa trên các thành phần này, nhóm đã xây dựng một sơ đồ khối để thể hiện mối liên kết và chức năng của từng phần trong hệ thống.

Trong sơ đồ khối tổng quan, Encoder xác định vị trí tay nắm, trong khi Driver mã hóa tín hiệu từ Arduino Mega để điều khiển motor Màn hình LCD cho phép bệnh nhân tương tác với thiết bị thông qua Jetson Nano Dữ liệu giữa Jetson Nano và Arduino được truyền qua giao thức UART.

❖ Thiết kế vi điều khiển

Vi điều khiển là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống sơ đồ mạch, đóng vai trò điều khiển chính Nhiệm vụ của vi điều khiển bao gồm đọc dữ liệu từ Encoder để xác định vị trí tay nắm và xuất dữ liệu cho driver nhằm điều khiển motor Bên cạnh đó, vi điều khiển còn kết nối với Jetson Nano để phát triển các trò chơi hỗ trợ bệnh nhân trong quá trình luyện tập.

Với nhu cầu sử dụng nhiều chương trình ngắt, nhóm đã chọn sử dụng Arduino Mega

Arduino Mega 2560 là một lựa chọn tuyệt vời với nhiều chân và tính năng mạnh mẽ, giúp dễ dàng điều khiển các động cơ DC nhờ vào bộ thư viện phong phú và dễ sử dụng.

Mô tả kết nối giữa các thiết bị và các chân của Arduino Mega 2560 như sau:

- Chân 59,60 kết nối với công tắc hành trình

- Chân 61,62 kết nối lần lượt với 2 kênh A và B của Encoder trục Y

- Chân 69,70 kết nối lần lượt với 2 kênh A và B của Encoder trục X

- Chân 71,74 và 76 kết nối với 3 chân EN̅̅̅̅ của 3 driver A4988 để bật tắt động cơ

- Chân 72 kết nối với chân Step của driver A4988 trục Y để điều khiển bước của động cơ

- Tương tự chân 77 kết nối với chân Step của driver A4988 trục X

- Chân 73,75 kết nối với 2 chân DIR của driver A4988 để điều khiển chiều quay của động cơ trục Y

- Tương tự với chân 78 kết nối với driver của trục X

❖ Thiết kế khối cơ cấu chấp hành

Trong đề tài này, cơ cấu chấp hành có tổng cộng 3 step motor, 2 motor cho trục Y và

Motor cho trục X cần một driver tương ứng, như module driver A4988 Chân EN̅̅̅̅ cho phép motor hoạt động ở mức Low và dừng ở mức High, trong khi chân STEP cấp xung điều khiển cho motor, với mỗi xung tương ứng với một bước di chuyển Chân DIR điều khiển chiều quay của động cơ Để motor hoạt động, cần xác định cặp dây 1A-1B và 2A-2B, sau đó kết nối chúng với các chân tương ứng của driver.

Hình 3.32 Sơ đồ kết nối giữa A4988 và động cơ bước

❖ Thiết kế khối tương tác

Nhóm đã chọn màn hình LCD 7 inch của hãng Waveshare cho sự tương tác giữa người dùng và máy, nhờ vào kích thước hợp lý, chức năng cảm ứng điện dung và độ phân giải 1024 × 600 pixels, mang lại chất lượng hình ảnh và chữ rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng tương tác Để lập trình trò chơi cho bệnh nhân, nhóm lựa chọn Jetson Nano Developer Kit, một máy tính AI nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ, có khả năng chạy song song nhiều mạng neural cho các ứng dụng xử lý ảnh, rất phù hợp cho việc phát triển trò chơi.

Jetson Nano được kết nối với màn hình LCD thông qua cổng USB và cổng HDMI

Hình 3.33 Kết nối giữa màn LCD và Jetson Nano

CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM

Thi công phần cứng

4.1.1 Lắp ráp giá đỡ tay

Sau khi hoàn thiện thiết kế và chỉnh sửa mô hình cánh tay Robot trên phần mềm Solidworks, quá trình gia công và in 3D từng chi tiết của mô hình được tiến hành để lắp ráp Đặc biệt, phần giá đỡ tay của người tập được lắp ráp bằng bu lông và đai ốc, như thể hiện trong hình 4.1 bên dưới.

Hình 4.1.Lắp ráp phần giá đỡ tay người luyện tập: (a) Hình trên thiết kế 3D, (b) Hình thực tế

Để đảm bảo độ cân bằng và chính xác, trục X được chế tạo từ hợp kim nhôm 6061 với độ gia công chính xác Việc lắp đặt được thực hiện theo hình 4.2, tương tự như đối với động cơ step và encoder.

Đầu tiên, lắp gá đỡ động cơ trục X với con trượt vuông bằng 04 ốc lục giác M3, đảm bảo gá đỡ có bật định vị Tiếp theo, lắp động cơ bước vào gá bằng 04 ốc lục giác M3 Encoder ở phía bên kia được lắp đặt tương tự như động cơ bước Cuối cùng, đặt thanh nhôm định hình lên gá đỡ và cố định bằng 03 ốc lục giác M5.

4.1.3 Lắp ráp trục Y Ở trục Y, lắp động cơ bước với gá động cơ trục Y thông qua 04 ốc lục giác M3, sau đó lắp cụm này vào thanh nhôm định hình trục Y qua 02 ốc lục giác M5 Lắp tương tự cho động cơ còn lại Đối với Encoder, lắp và gá Encoder thông qua 03 ốc lục giác M3

Các thiết bị trong tủ điện được bố trí như hình phía dưới (hình 4.4)

Hình 4.4 Bố trí các thiết bị trong tủ điện

4.1.5 Thi công board mạch Để nâng cao sự thẩm mỹ cũng như tăng sự gọn gàng của máy, nhóm đã chọn cách hạn chế dây điện bằng việc thiết kế bo mạch PCB

Bảng 4.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch PCB

STT Tên linh kiện Số lượng Chú thích

Bài viết trình bày về việc sử dụng 4 jack cắm tín hiệu 7, trong đó 3 jack kết nối với động cơ bước, 2 jack kết nối với Encoder và 2 jack kết nối với công tắc hành trình Dựa trên các linh kiện đã liệt kê, nhóm đã sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế mạch PCB.

Sau khi hoàn tất thiết kế mạch PCB, nhóm bắt đầu in mạch và kiểm tra hiệu suất hoạt động cùng độ ổn định của các chân tín hiệu bằng đồng hồ đo VOM Tiếp theo, nhóm kết nối các module như Arduino Mega và A4988 lên mạch PCB, sau đó hàn chân các module để đảm bảo sự cố định Cuối cùng, nhóm thực hiện kết nối jack nguồn và cổng kết nối trên mạch PCB để cung cấp nguồn điện và gắn các thiết bị ngoại vi.

Hình 4.6 Mặt trên của board mạch điều khiển thiết bị

KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

Kết quả

5.1.1 Mô hình phần cứng của hệ thống

Sau khi hoàn tất lắp ráp phần cứng và board mạch điều khiển, tiến hành kết nối tất cả các thiết bị để tạo thành một mô hình máy hoàn chỉnh Các thiết bị điện tử được sắp xếp gọn gàng trong hộp điện, đảm bảo tính thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng.

Hình 5.1 Mô hình thiết bị hoàn chỉnh

Hình 5.2 Cấu trúc hộp điện

5.1.2 Giao diện a Giao diện màn hình bắt đầu

Hình 5.3 Giao diện màn hình bắt đầu

Khi khởi động hệ thống, màn hình cảm ứng sẽ hiển thị giao diện như hình 5.3 Để tiếp tục, người tập cần nhấn vào nút “Start Now” và sau đó sẽ xuất hiện giao diện màn hình để chọn chức năng.

Hình 5.4 Giao diện màn hình chọn chức năng

Sau khi nhấn “Start Now”, giao diện sẽ chuyển qua hình 5.4 cho người dùng chọn

1 trong 2 chức năng được định nghĩa bằng nút nhấn như sau :

Nút nhấn “Play” : Chọn game để luyện tập

Nút nhấn “Result Statistics” : Xem lại lịch sử luyện tập

Ngoài ra còn có nút nhấn kí hiệu “Back” để trở về giao diện ban đầu

82 c Giao diện chức năng Play

Hình 5.5 Giao diện chức năng Play

Trong giao diện chức năng Play, người dùng có thể chọn một trong ba trò chơi để luyện tập bằng cách nhấn vào nút “Start”.

“Back” để đưa về giao diện chọn chức năng d Giao diện game “My Pet”

Game My Pet là trò chơi cho thú cưng ăn, trong đó người chơi di chuyển đồ xúc đến tô thức ăn và phục vụ thú cưng Khi bắt đầu, người dùng có thể chọn chế độ luyện tập là Manual (không cần động cơ trợ lực) hoặc Auto (có động cơ trợ lực), và nếu chọn Auto, cần xác định tốc độ (chậm hoặc nhanh) Sau khi chọn chế độ, nhấn nút “Start” để bắt đầu luyện tập và đồng thời đếm thời gian Sau khi hoàn thành, người dùng cần nhấn “Lưu trữ” để lưu lại thời gian và mức độ hoàn thành Ngoài ra, còn có các nút “xem hướng dẫn”, “Home” và “Back” để hỗ trợ người chơi.

Hình 5.6 Giao diện ban đầu của game My Pet khi chưa luyện tập

Hình 5.7 Giao diện của game My Pet khi bắt đầu luyện tập

Hình 5.8 Giao diện hướng dẫn game e Giao diện game “Bakery”

Game Bakery là trò chơi trộn bánh, nơi người chơi bắt đầu từ đỉnh bát đựng bột và cần di chuyển đồ trộn theo hình tròn để hoàn thành bài tập Giống như My Pet Game, trò chơi có chế độ Manual và Auto cho người tập lựa chọn Sau khi nhấn nút Start, bài tập sẽ bắt đầu và thời gian sẽ được đếm Sau khi hoàn thành, người chơi cần bấm lưu trữ để ghi lại thời gian và kết quả luyện tập.

Hình 5.9 Giao diện ban đầu của game Bakery khi chưa luyện tập

Hình 5.10 Giao diện ban đầu của game My Pet khi bắt đầu luyện tập f Giao diện game “Pacman”

Game Pacman là một trò chơi thú vị, nơi người chơi điều khiển nhân vật Pacman để thu thập các trái táo được bố trí ngẫu nhiên trong mê cung Trò chơi cung cấp hai chế độ chơi, Manual và Auto, cho phép người dùng lựa chọn cách thức điều khiển Khi nhấn nút Start, quá trình chơi sẽ bắt đầu và thời gian sẽ được đếm ngược Sau khi hoàn thành, người chơi cần bấm lưu trữ để ghi lại thời gian và kết quả luyện tập của mình.

Hình 5.11 Giao diện game Pacman g Giao diện chức năng Result Statistics

Khi sử dụng chức năng Thống kê Kết quả, người dùng có thể xem lại thông tin về Ngày luyện tập, Thời gian hoàn thành bài tập và Mức độ hoàn thành bài tập.

Hình 5.12 Giao diện chức năng Result Statistics

Cả 3 game được thiết kế gần giống với các bài tập của máy tập phục hồi chức năng cơ vai trên thế giới là Neofect Smart Board Mặc dù đã tham khảo các cách đánh giá trong các tài liệu nghiên cứu Neofect Smart Board, nhóm vẫn chưa thể đưa ra phương pháp đánh giá chuẩn xác nhất do Neofect chỉ công bố một vài tài liệu đánh giá nhỏ, không đủ cơ sở để có thể tính toán phương pháp đánh giá Đồng thời nhóm cũng chỉ mới hoàn thành cơ bản được 2/3 bài tập và chưa có thực nghiệm trên bệnh nhân thật nên nhóm quyết định thực nghiệm trên người tập bình thường dựa theo 1 vài tiêu chuẩn đánh giá nhỏ trong tài liệu Neofect

Theo tài liệu đánh giá, mỗi bài tập cần hoàn thành trong 60 giây, với thời gian tập luyện hàng ngày là 30 phút, 5 ngày mỗi tuần trong vòng 1 tháng Chế độ Auto mức chậm được lập trình để kết thúc một bài tập sau 60 giây, trong khi chế độ Auto mức nhanh chỉ mất 45 giây Nhóm nghiên cứu đã đề xuất phương pháp đánh giá phục hồi của người tập dựa trên so sánh giữa Manual và Auto, cụ thể là phương pháp đánh giá bài tập My Pet.

Hình 5.13 Bài tập Point – to – point trong tài liệu Neofect

My Pet Game được thiết kế dựa trên bài tập point – to - point giúp người tập có thể làm chủ các động tác vươn xa của cơ vai

Trong trò chơi My Pet, người chơi cần di chuyển để cho 4 thú cưng ăn ở 4 hướng khác nhau Mỗi lần cho ăn một thú cưng, mức độ phục hồi sẽ tăng 25% Khi đạt 100%, người chơi có thể phục hồi hoàn toàn và thực hiện các động tác vươn xa của cơ vai.

Hình 5.14 Phương pháp đánh giá My Pet Game

Giai đoạn 1: Người mới bắt đầu luyện tập nên sử dụng chế độ Auto mức chậm để làm quen với chuyển động và phục hồi dần dần Khi cảm thấy tốt hơn, người tập có thể chuyển sang chế độ Manual để so sánh với chế độ Auto, từ đó đánh giá quá trình phục hồi Chế độ Auto với thời gian hoàn thành bài tập chuẩn 60 giây cho thấy mức độ phục hồi đạt 100%.

Người tập ở chế độ Manual nếu hoàn thành trong 60 giây sẽ đạt 100% phục hồi, tuy nhiên đây chỉ là tiêu chuẩn thông thường Để cải thiện nhanh hơn, cần chuyển sang giai đoạn 2 luyện tập.

• Nếu vượt quá 60s chưa hoàn thành, đánh giá dựa trên số thú cưng được cho ăn :

- 1 thú cưng – mức phục hồi 25% : người tập còn yếu, cần luyện tập thêm nhiều

- 2 thú cưng – mức phục hồi 50% : người tập đã có thể cử động vai nhẹ nhàng

- 3 thú cưng – mức phục hồi 75% : người tập đã có tiến triển, tuy nhiên cần tập thêm để có thể hoàn thành giai đoạn 1

Giai đoạn 2: Trong giai đoạn này, người dùng sẽ thực hành ở chế độ Auto với tốc độ nhanh, được lập trình để hoàn thành bài tập trong 45 giây và đạt độ phục hồi 100%.

Nếu người tập sử dụng chế độ Manual và hoàn thành bài tập trong 45 giây, họ sẽ đạt được 100% Điều này cho thấy người tập đã phục hồi hoàn toàn và làm chủ động tác vươn xa của cơ vai.

• Nếu vượt quá 45s chưa hoàn thành thì cũng đánh giá tương tự như vượt quá 60s chưa hoàn thành b Phương pháp đánh giá bài tập Bakery

Hình 5.15 Bài tập Circle Drawing trong tài liệu Neofect

Bakery Game được thiết kế dựa trên bài tập Circle Drawing giúp người tập cải thiện chuyển động phối hợp giữa cơ vai và cánh tay

Trong trò chơi Bakery Game, người chơi cần sử dụng tay cầm để vẽ một hình tròn theo quỹ đạo đã định sẵn trên màn hình nhằm trộn bột làm bánh Quá trình bắt đầu từ đỉnh của đường tròn.

88 ứng 0%, mỗi khi đi qua đường cắt của đường tròn sẽ tăng 25% Hoàn thành 1 hình tròn sẽ đạt 100% độ hoàn thành

Hình 5.16 Phương pháo đánh giá cho Bakery Game

Nhận xét và kết luận

5.2.1 Nhận xét và đánh giá phục hồi

Thiết bị phục hồi cơ vai đã hoàn thiện và sẵn sàng hoạt động, tuy nhiên hiện tại chỉ hỗ trợ hai bài luyện tập là “My Pet Game” và “Bakery Game” Để đánh giá hiệu quả của thiết bị, nhóm đã tiến hành thực nghiệm mô hình trong ba ngày 16, 17 và 18 Dưới đây là bảng lịch sử thực nghiệm luyện tập.

Bảng 5.1 Thống kê lịch sử luyện tập

Do những hạn chế trong phương pháp đánh giá, nhóm chỉ thực hiện thí nghiệm trên người tập bình thường Kết quả được so sánh dựa trên mức độ hoàn thành và thời gian tập của Manual với Auto-Slow.

Vào ngày đầu tiên, người tập chưa hoàn thành 2 bài tập trong thời gian 1 phút, vì vậy việc đánh giá được thực hiện dựa trên mục tiêu hoàn thành từng bài Cụ thể, bài 1 yêu cầu cho ăn 2 con với tỷ lệ hoàn thành đạt 50%, trong khi bài 2 yêu cầu vẽ đường tròn với tỷ lệ hoàn thành đạt 75%.

➢ Ngày thứ 2, người tập vẫn chưa hoàn thành được trong 1 phút và mỗi bài đều đạt 75% độ hoàn thành

➢ Ngày thứ 3, người tập đã hoàn thành được 2 bài trong 1 phút nên độ hoàn thành là 100%

Kết luận từ kết quả thực nghiệm cho thấy máy đã hoạt động hiệu quả và đáp ứng các tiêu chí đánh giá đã đề ra Tuy nhiên, do chưa được thử nghiệm trên bệnh nhân thực tế, nên chưa thể khẳng định mức độ phục hồi mà máy mang lại cho người tập.

5.2.2 Nhận xét và đánh giá thiết bị

Khi nguồn khởi động được cấp, màn hình LCD sẽ hiển thị giao diện và tay cầm sẽ tự động trở về vị trí gốc, bất kể vị trí ban đầu của nó Dưới đây là bảng thống kê số lần thực hiện thành công các hoạt động này.

Bảng 5.2 Bảng số lần thực nghiệm thành công của khởi chạy giao diện và về điểm gốc

Số lần thực nghiệm Số lần thành công

Sử dụng Puly có đường kính 12,22 mm, cùng với chiều dài trục thanh X là 52 cm và thanh Y là 31 cm, ta có thể tính toán số vòng quay cần thiết để di chuyển hết chiều dài của thanh X.

𝜋 ∗ 1,222 = 8 𝑣ò𝑛𝑔 Với thông số góc bước của động cơ là 1,8°/𝑏ướ𝑐 ở chế độ full step, ta tính được để quay hết 1 vòng 360° thì số bước cần là 360°

Để đạt được độ chính xác vừa phải trong điều khiển, nhóm đã quyết định sử dụng chế độ vi bước 1/8, tương ứng với 200 bước cho mỗi vòng quay 1,8° Mặc dù không yêu cầu độ chính xác quá cao, nhưng việc tính toán cho phép động cơ quay một góc chính xác là 1°.

8∗ 1,8° = 0,225°, đồng thời tính được số bước cần để quay hết 1 vòng là 360°

91 bước Cuối cùng, ta có thể tính được tổng số bước động cơ cần để đi hết thanh X và Y như sau :

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑏ướ𝑐 độ𝑛𝑔 𝑐ơ 𝑋 = 13 ∗ 1600 = 20800 𝑏ướ𝑐 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑏ướ𝑐 độ𝑛𝑔 𝑐ơ 𝑌 = 8 ∗ 1600 = 12800 𝑏ướ𝑐

Ta có được bảng thực nghiệm so sánh giữa tổng số bước lý thuyết tính được ở trên và tổng số bước thực tế đo được dưới đây :

Bảng 5.3 Bảng độ chênh lệch giữa số bước động cơ tính được và thực tế của X và Y

Số bước lý thuyết thanh X

Số bước thực tế thanh X

Số bước lý thuyết thanh Y

Số bước thực tế thanh Y

10 20800 20709 91 10 12800 12691 109 Độ lệch chuẩn 𝝈 = 𝟏𝟎, 𝟓𝟐𝟐𝟒𝟔 Độ lệch chuẩn 𝝈 = 𝟔, 𝟐𝟎𝟒𝟖𝟏𝟕

Nhóm sử dụng encoder với 2 dây pha A và B, có hiệu suất 400 xung/vòng cho mỗi pha Mỗi khi tín hiệu ở pha A hoặc B đạt mức cao, nhóm lập trình để tăng số đếm xung, từ đó tính tổng số xung encoder đo được khi di chuyển qua thanh X và Y.

Ta có được bảng thực nghiệm so sánh giữa tổng số xung encoder lý thuyết tính được ở trên và tổng số xung encoder thực tế đo được dưới đây :

Bảng 5.4 Bảng độ chênh lệch giữa số xung encoder tính được và thực tế đo được của X và Y

Số xung lý thuyết thanh X

Số xung thực tế thanh X

Số xung lý thuyết thanh Y

Số xung thực tế thanh Y

10 10400 10297 103 10 6400 6289 111 Độ lệch chuẩn 𝝈 = 𝟏𝟏, 𝟔𝟒𝟑𝟑𝟏 Độ lệch chuẩn 𝝈 = 𝟏𝟒, 𝟒𝟔𝟗𝟖𝟗

Cuối cùng, nhóm đã xác định giới hạn tốc độ động cơ mà thiết bị có thể hoạt động hiệu quả Qua các thử nghiệm với từng chu kỳ khác nhau giữa các lần chuyển bước của động cơ, nhóm đã thu thập được bảng kết quả với tốc độ được tính toán theo công thức cụ thể.

Bảng 5.5 Bảng giới hạn tốc độ động cơ của thiết bị

Nhóm quyết định chọn hai cấp tốc độ cho động cơ hỗ trợ người tập, với cấp tốc độ chậm có chu kỳ 360μs (3,6 x 10⁻⁴ s) và cấp tốc độ nhanh có chu kỳ 200μs (2 x 10⁻⁴ s).

Kết luận cho thấy rằng khi cấp nguồn, giao diện hoạt động liên tục và tay cầm luôn trở về vị trí gốc Số bước của động cơ và số xung encoder đo được thực tế gần như khớp với lý thuyết đã tính toán Đồng thời, chúng ta cũng xác định được giới hạn tốc độ của thiết bị, từ đó khẳng định rằng thiết bị hoạt động ổn định.

Hướng dẫn sử dụng

Bước 1: Người dùng để máy lên bàn và cung cấp nguồn điện 220VAC cho máy bằng cách cắm dây điện có sẵn vào ổ điện

Người dùng cần ngồi thẳng lưng trên ghế cách mép dưới của thiết bị khoảng 20-25cm, đồng thời đặt tay lên tay cầm Cánh tay cần tập phải thẳng hàng với trọng tâm của máy và được điều chỉnh sao cho nghiêng một góc khoảng 45° so với cơ thể.

Bước 3: Chọn chế độ phù hợp thông qua màn hình LCD và bắt đầu luyện tập

Chu kỳ (s) Tần số Tốc độ (vòng/s) Trạng thái hoạt động

𝟏, 𝟒 𝟏𝟎 −𝟒 − 𝟏, 𝟑 𝟏𝟎 −𝟒 6800 – 7600 4,25 – 4,75 Chạy nhanh, cơ ko theo kịp