Bại não là dạng khuyết tật vận động nặng nề nhất, chiếm 31,7% tổng số trẻ khuyết tật tại Việt Nam 1. Bại não ảnh hưởng đến vận động tinh và trương lực cơ của bàn tay, gây nhiều hạn chế vận động trong cuộc sống hằng ngày 2. Theo khuyến cáo, phục hồi chức năng (PHCN) cho trẻ bại não phải được tiến hành sớm ngay sau khi chẩn đoán 2. Tuy nhiên, PHCN chi trên hiện nay tại các bệnh viện thiếu đi sự đa dạng trong trò chơi cho các bé dẫn đến nhàm chán và giảm hiệu quả phục hồi 3. Do vậy, nhóm hướng đến xây dựng bộ công cụ tương tác và trò chơi nhằm kích thích sự hứng thú của trẻ trong PHCN, giúp trẻ tập luyện tích cực và duy trì trong thời gian dài. Giải pháp xây dựng hướng đến ba bài tập: (1) di chuyển đồ chơi trong không gian; (2) dùng bàn tay ấn đồ chơi và (3) đập gõ lên 1 mặt phẳng. Các cảm biến khác nhau bao gồm: cảm biến IMU 9 bậc tự do (DOF), cảm biến chạm điện dung và cảm biến lực được gắn trên các vật tượng tác để nhận biết các vận động của trẻ trong ba bài tập trên. Các vật cũng được thiết kế với kích thước vừa vặn và trang trí phù hợp với trẻ nhỏ, sử dụng công nghệ kết nối không dây với các trò chơi 2D được đa dạng hóa theo nhiều chủ đề với các nhân vật thường được trẻ yêu thích. Liệu trình phục hồi chức năng sử dụng thiết bị cũng được xây dựng đã và đang thử nghiệm trên tổng cộng 12 trẻ bại não (phiên bản trước: 4, phiên bản hiện tại: 8) tại bệnh viện Sản Nhi Quảng Ninh, tuổi từ 25, được lượng giá cơ lực chi trên trước tập mức 23, và được tập 2030 phútngày. Qua một thời gian nghiên cứu, nhóm đã chế tạo thành công bộ thiết bị gồm 3 dụng cụ tương tác và 3 chủ đề trò chơi, là thành quả kết hợp của nhiều lĩnh vực công nghệ gồm điện tử, viễn thông, lập trình, cơ khí, kỹ thuật y sinh và đồ họa. Kết quả thử nghiệm tại bệnh viện cho đến nay cho thấy (1) thiết bị đã và đang hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy tại phòng tập PHCN và (2) thiết bị kích thích sự hứng thú ở trẻ, giúp trẻ chủ động tham gia vào các bài tập phục hồi. Trong tương lai, hệ thống sẽ tiếp tục mở rộng thử nghiệm và hướng tới trở thành thiết bị tại nhà, hỗ trợ phụ huynh tập luyện PHCN cho trẻ
Xây dựng thiết bị tương tác không dây mơ hình trị chơi 2D hỗ trợ phục hồi chức sớm chi cho trẻ bại não từ 2-5 tuổi Chu Minh Phượng- ĐTVT 05- K62 Nguyễn Xuân Trường- ĐTVT 04- K62 Đặng Văn Trường- ĐTVT 05- K62 Đoàn Ngọc Sơn- CTTT ĐT01- K65 TS.Nguyễn Minh Đức – Bộ môn Công nghệ điện tử Kỹ thuật y sinh Tóm tắt - Bại não dạng khuyết tật vận động nặng nề nhất, chiếm 31,7% tổng số trẻ khuyết tật Việt Nam [1] Bại não ảnh hưởng đến vận động tinh trương lực bàn tay, gây nhiều hạn chế vận động sống ngày [2] Theo khuyến cáo, phục hồi chức (PHCN) cho trẻ bại não phải tiến hành sớm sau chẩn đoán [2] Tuy nhiên, PHCN chi bệnh viện thiếu đa dạng trò chơi cho bé dẫn đến nhàm chán giảm hiệu phục hồi [3] Do vậy, nhóm hướng đến xây dựng cơng cụ tương tác trị chơi nhằm kích thích hứng thú trẻ PHCN, giúp trẻ tập luyện tích cực trì thời gian dài Giải pháp xây dựng hướng đến ba tập: (1) di chuyển đồ chơi không gian; (2) dùng bàn tay ấn đồ chơi (3) đập/ gõ lên mặt phẳng Các cảm biến khác bao gồm: cảm biến IMU bậc tự (DOF), cảm biến chạm điện dung cảm biến lực gắn vật tượng tác để nhận biết vận động trẻ ba tập Các vật thiết kế với kích thước vừa vặn trang trí phù hợp với trẻ nhỏ, sử dụng công nghệ kết nối không dây với trị chơi 2D đa dạng hóa theo nhiều chủ đề với nhân vật thường trẻ yêu thích Liệu trình phục hồi chức sử dụng thiết bị xây dựng thử nghiệm tổng cộng 12 trẻ bại não (phiên trước: 4, phiên tại: 8) bệnh viện Sản Nhi Quảng Ninh, tuổi từ 2-5, lượng giá lực chi trước tập mức 2-3, tập 20-30 phút/ngày Qua thời gian nghiên cứu, nhóm chế tạo thành công thiết bị gồm dụng cụ tương tác chủ đề trò chơi, thành kết hợp nhiều lĩnh vực công nghệ gồm điện tử, viễn thơng, lập trình, khí, kỹ thuật y sinh đồ họa Kết thử nghiệm bệnh viện cho thấy (1) thiết bị hoạt động hiệu đáng tin cậy phòng tập PHCN (2) thiết bị kích thích hứng thú trẻ, giúp trẻ chủ động tham gia vào tập phục hồi Trong tương lai, hệ thống tiếp tục mở rộng thử nghiệm hướng tới trở thành thiết bị nhà, hỗ trợ phụ huynh tập luyện PHCN cho trẻ độ chăm sóc thai sản trước sau sinh cịn hạn chế, tỉ lệ bại não cho cao [5] Bại não ảnh hưởng đến chức vận động tinh ngón tay lực co bóp bàn tay phần lớn trẻ bại não bị thêm co rút (chiếm 70%) [2] Theo năng, trẻ hạn chế vận động tay bị ảnh hướng, dẫn đến co rút bị ngắn dần lại sau thời gian dài không vận động, gây biến dạng cổ, bàn ngón tay Do PHCN chi cho trẻ bại não phải tiến hành sớm tốt, thường sau chẩn đoán năm đầu đời bé [2] PHCN sớm giúp tối ưu hóa phát triển thần kinh vận động giảm thiểu thay đổi có hại tăng triển phát triển cơ, xương [6] Hiện giới, Hoạt động trị liệu (HĐTL) phương pháp PHCN cho chi sử dụng phổ biến bao gồm: (1) Trị liệu phối hợp hai tay, (2) Trị liệu hướng mục tiêu, nhiệm vụ, (3) Trị liệu vận động đồng cưỡng [7] Các tập nêu hướng tới cải thiện PHCN chi tập trung vào kỹ quan trọng sống ngày Tuy nhiên, hiệu phương pháp không rõ ràng, với chứng lâm sàng trái ngược hầu hết rõ cải thiện vượt trội PHCN cho bệnh nhân bại não [8] Bên cạnh đó, nhà nghiên cứu phát triển Cơng nghệ Rơ-bốt Thực tế ảo để bổ sung cho phương pháp HĐTL [4] Những hệ thống mang lại nhiều hứa hẹn, đặc biệt kịch thực tế ảo thú vị thử thách gia tăng động lực để người bệnh tích cực tập luyện mơi trường điều trị vui vẻ [4] Dù chưa có nhiều hệ thống hỗ trợ máy tính, rơbốt, chương trình thực tế ảo đánh giá kỹ lưỡng trẻ bại não cịn thiếu nghiên cứu ngẫu nhiên có đối chứng thiết kế tốt lĩnh vực [4] Hơn nữa, đối tượng thử nghiệm đa số nghiên cứu hướng đến trẻ từ 6-8 tuổi trở lên, phát triển đủ nhận thức để thực hành theo tập thực tế ảo phức tạp nhiều quy trình [3] Việc trẻ nhỏ tuổi (2-5 tuổi), độ tuổi thích hợp có tỉ lệ phục hồi cao chức vận động giảm thiểu tối đa biến dạng, thích nghi với trò thực tế ảo xây dựng dấu hỏi Còn Việt Nam, chưa có nghiên cứu phát triển trị chơi hỗ trợ PHCN cho trẻ bại não PHCN cho chi chủ yếu thông qua phương pháp HĐTL chia làm hai giai đoạn: (1) Huấn luyện kỹ sử dụng hai tay sớm: cầm, nắm, di chuyển đồ vật, … (2) Huấn luyện kỹ sinh hoạt ngày sớm: ăn uống, mặc quần áo, giày dép, vệ sinh cá nhân, … Các tập HĐTL thường sử dụng dụng cụ đồ chơi để thu hút trẻ thực lặp lại động Từ khóa - Bại não; phục hồi chức năng; vận động tinh; trương lực cơ; lượng giá lực chi I ĐẶT VẤN ĐỀ Bại não nguyên nhân phổ biến gây tàn phế trẻ nhỏ dạng khuyết tật vận động nặng nề [2] Tỷ lệ mắc bại não nước phát triển 1,4 - 2,1 1.000 trẻ sơ sinh sống [4] Tại Việt Nam, tỉ lệ mắc tương đương ước tính 1000 trẻ có khoảng trẻ bị bại não [1].Tuy nhiên, với thiếu sót cung cấp kiến thức thai kỳ chế tác nắm, bóp di chuyển cách tự nhiên chủ động Những tập dễ nhàm chán khiến trẻ không hứng thú, không chủ động tham gia tập luyện dẫn đến giảm hiệu phục hồi Liệu trình PHCN phụ thuộc vào kỹ thuật viên (KTV), gia đình phải đưa trẻ đến viện tập ngày nội trú, gây tốn thời gian tiền bạc Do đó, nghiên cứu diễn toàn cầu tập trung vào giải pháp kích thích hứng thú trẻ, giúp trẻ chủ động tham gia vào tập phục hồi, nâng cao hiệu PHCN sớm cho trẻ bại não lực bóp bóng để tương tác với trị chơi có tên Bắt sâu vườn Ý nghĩa trò vận động sau: (1) Di chuyển gậy không gian giúp trẻ cải thiện khả cầm, nắm đồ vật cách chắn Ngoài ra, vận động cánh tay liên tục theo trục ngang dọc giúp trẻ có tiến việc cải thiện tầm vận động (2) Bài tập bóp bóng cải thiện cường lực ngón bị ảnh hưởng Do vậy, nghiên cứu này, nhóm đề xuất giải pháp ba tập: (1) di chuyển đồ chơi không gian; (2) dùng bàn tay ấn đồ chơi (3) đập/ gõ lên mặt phẳng Mỗi tập có dụng cụ tương tác gắn cảm biến để nhận biết vận động trẻ Các dụng cụ tương tác không dây thiết kế đa dạng, nhiều kích cỡ để phù hợp với đối tượng trẻ khác Bên cạnh mơ hình trị chơi 2D tương ứng với đa dạng hóa chủ đề nhân vật mà trẻ yêu thích, nhiên đủ đơn giản phù hợp với nhận thức sơ khai trẻ nhỏ, giúp trẻ vừa chơi vừa phát triển dần nhận thức giới quan xung quanh Phương pháp tập trung kích thích ham muốn tham gia tập luyện trẻ để tăng hiệu phục hồi chức Đồng thời, thiết bị phải hiệu mặt chi phí để phù hợp với nước phát triển Việt Nam, hướng tới trở thành thiết bị nhà, hỗ trợ phụ huynh tập luyện PHCN cho trẻ Tính đến nay, nghiên cứu trải qua giai đoạn phát triển thiết bị Do đó, phần trình bày phương pháp nghiên cứu, chi tiết thiết kế kết chế tạo thử nghiệm giai đoạn Hình Liệu trình PHCN sử dụng thiết bị (GĐ1) Hình Trẻ tập HĐTL 2) Giai đọan Trong giai đoạn 2, mô hình Phục hồi chức mở rộng (Hình 4) tập trung vào tập vận động chính: cầm nắm di chuyển đồ vật không gian, lực ấn bàn tay, đập/ gõ lên mặt phẳng, thực qua vật tương tác hình minh họa gậy điều khiển, bóng nén, ma trận cảm biến búa đồ chơi Ý tưởng vật tương tác lựa chọn để khuyến khích trẻ thực vận động phía trên, trình bày cụ thể bảng Các trò chơi để trẻ tương tác hình là: Chiếc gậy thần kỳ; Khu vườn bí ẩn Vườn diệu kỳ Hình Dụng cụ HĐTL II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu nhóm đặt ba mục tiêu chính: 1) Thiết kế chế tạo thành cơng thiết bị tương tác khơng dây mơ hình trò chơi phù hợp với trẻ em từ 2-5 tuổi 2) Mơ hình PHCN sử dụng thiết bị hướng tới PHCN chi bao gồm cải thiện vận động tinh ngón tay, lực cổ tay, bàn tay cánh tay 3) Thử nghiệm đánh giá tính khả thi, hiệu thiết bị đối tượng trẻ bại não III PHƯƠNG PHÁP A Mơ hình PHCN tổng qt 1) Giai đọan Tổng quan mơ hình PHCN giai đoạn thể Hình tập trung vào tập vận động: (1) Di chuyển đồ chơi không gian (2) Lực bóp bàn tay Trẻ phải đưa gậy theo hướng ngang/ dọc đeo găng tay có gắn cảm biến Hình Liệu trình PHCN sử dụng thiết bị (GĐ2) Bảng Mơ hình trị chơi ý nghĩa với vận động Trò chơi Chiếc gậy thần kỳ Vật tương tác Mơ hình trị chơi Vịng tay cảm ứng & gậy điều khiển Trẻ đưa gậy theo hướng thị in bong bóng (trái, phải, lên, xuống) trước bóng bay khỏi hình bóng nổ vật Ý nghĩa vận động Lực nắm di chuyển đồ vật cải thiện qua thời gian trẻ bắt phần thưởng dành cho trẻ (rau, củ, quả, thức ăn, …) Khu vườn bí ẩn Vườn diệu kỳ Bóng nén Trẻ dùng tay ấn bóng với lực tương ứng level để nhân vật game nhảy lên tránh chướng ngại vật ăn vật phẩm Ma trận cảm biến & búa đồ chơi Một nhân vật xuất ngẫu nhiên 16 ô đám mây ma trận cảm ứng báo đèn màu ô tương ứng Trẻ dùng búa đập trúng vào ô cảm ứng chứa đèn sáng nhân vật biến khỏi hình ghi điểm bong bóng bay nhanh Cải thiện lực nén sức bền qua việc ấn bóng đủ nhanh để tránh chướng ngại vật ăn phần thưởng Tăng lực khỏe cơ, khéo léo cầm búa với kích thước, độ nặng khác Độ linh hoạt xoay cổ tay xác đập búa vào ô tương ứng B Yêu cầu kỹ thuật Từ mơ hình PHCN, nhóm đưa yêu cầu kỹ thuật cho thiết bị sau: 1) Nhận biết chuyển động tương ứng tập, chuyển đổi thành tín hiệu tương tác với trò chơi 2) Thiết kế phù hợp với trẻ nhỏ 2-5 tuổi, vừa tầm với chơi trẻ nhỏ, nhẹ vừa tay trẻ 3) Kết nối không dây chạy pin, để trẻ thoải mái vận động lựa chọn chỗ ngồi/đứng chơi, thời gian chạy pin dài 40 phút để trẻ chơi đủ liệu trình 4) Thiết kế mở, cho phép trẻ sử dụng nhiều đồ chơi với vật tương tác 5) Chủ đề trò chơi phù hợp với nhận thức trẻ nhỏ Đủ đơn giản để trẻ hiểu chơi 6) Hình ảnh, âm thanh, hiệu ứng tương tác, thu hút trẻ Âm thanh, hình ảnh vui nhộn, tương tác rõ nét để trẻ hiểu vận động tạo hiệu ứng gì, nhân vật phù hợp với thị hiếu trẻ 7) Vận hành đơn giản, thao tác để kỹ thuật viên sử dụng C Thiết kế phần cứng 1) Giai đoạn a) Sơ đồ thiết kế tổng quan Trẻ bại não có gấp cẳng tay cứng yếu so với trẻ bình thường Điều làm giảm đáng kể phạm vi chuyển động cánh tay độ cầm nắm bàn tay Tình trạng xấu theo thời gian Do đó, tập trọng bao gồm chuyển động cánh tay, cầm nắm bàn tay Hình thể sơ đồ tổng quát thiết bị, bao gồm đồ chơi tương tác: gậy đồ chơi sử dụng cảm biến gia tốc MPU6050 (IMU) 6-DOF găng tay tích hợp cảm biến lực để bóp bóng Trẻ nhỏ có xu hướng vung gậy bóp bóng, tương ứng với chuyển động gập vai cánh tay nắm, bóp tương ứng Cả hai đồ chơi tương tác nhận phân tích tín hiệu từ IMU cảm biến lực, chuyển chúng thành tham số phản ánh mức độ chuyển động lực bóp Những tín hiệu liên quan đến chuyển động gửi không dây đến module trung tâm hậu xử lý để phân loại tương tác lưu vào thẻ SD để đánh giá tiến trẻ Hình Sơ đồ tổng quan thiết bị hỗ trợ PHCN b) Sơ đồ găng tay cảm biến lực Hình trình bày thiết kế găng tay có cảm biến lực FA400 2kg (FSRTEK, Trung Quốc) Đầu cảm biến được khâu đính vào đầu ngón tay găng tay kết nối với điện trở 100kΩ tạo thành mạch phân áp 3,3V Sự chuyển đổi từ điện áp chia trở thành lực tác dụng (gram) dựa thông số kỹ thuật nhà sản xuất đưa Thiết bị có module tăng áp MT 3608 để chuyển 3,7V (từ pin lithium) thành 5V đầu cung cấp cho ESP 32 Có hai găng tay làm cho hai bên tay Trước tập, cha mẹ giúp trẻ đeo găng tay giữ bóng tay khơng bóp bóng trị chơi bắt đầu Từ đó, lực ban đầu đo 500ms lấy trung bình Do các ngón đứa trẻ bị co cứng, lực giữ bóng trạng thái nghỉ (lực nền) khác 0: ∑49 𝑖=0 𝑓𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 (𝑡 − 𝑖) 𝑓0𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 = 𝑤𝑖𝑡ℎ 𝑥 = ÷ (1) 50 Trong trị chơi, thay đổi lực ngón tay tính tốn so với giá trị lực ban đầu 300ms Tuy nhiên, thay đổi lực ngón tay yếu, lựa chọn trước trò chơi bắt đầu, giữ lại giá trị ngón tay khỏe đặt Mục đích tránh trẻ dùng ngón tay mạnh bù lực vào ngón yếu: ∑29 𝑖=0 ∆𝑓𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 (𝑡 − 𝑖) ̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ∆𝑓 = 𝑘 ∗ 𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 𝑥 30 ∑29 𝑖=0 (𝑓𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 (𝑡 − 𝑖) − 𝑓0𝑛𝑔ó𝑛 𝑥 ) = 𝑘𝑥 ∗ (2) 30 Lực ban đầu tính trung bình sau 500ms sau trò chơi bắt đầu nhận tín hiệu “hiệu chuẩn lại lực” từ xử lý trung tâm ESP32 đọc tín hiệu lực ngón tay 10ms chia level theo lực ấn đo gửi tín hiệu game Các bước xử lý tín hiệu găng tay thực bước sau: Bước 1: lựa chọn ngón tay yếu gửi từ khối trung tâm Bước 2: đọc giá trị lực ngón tay 10ms Bước 3: nhận tín hiệu “bắt đầu chơi” “hiệu chỉnh lại” tính giá trị trung bình ngón tay 500ms theo cơng thức (1) Bước 4: bắt đầu trị chơi tính lực trung bình ngón 300ms theo cơng thức (2) Bước 5: gửi tín hiệu lực tốt trung tâm Bước 1: nhận tín hiệu “bắt đầu chơi” từ khối trung tâm đọc gia tốc góc vận tốc góc 10ms Bước 2: để làm mượt nhiễu gia tốc vận tốc góc, nhóm áp dụng simple moving average - tính giá trị trung bình 100ms: 𝑎𝑥 ̅̅̅, ̅̅̅, 𝑎𝑦 ̅̅̅, 𝑎𝑧 ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑉𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ , ̅̅̅̅̅̅ 𝑉𝑅𝑜𝑙𝑙 , ̅̅̅̅̅̅ 𝑉𝑌𝑎𝑤 (𝑡) ∑𝑖=0 𝑎𝑥 , 𝑎𝑦 , 𝑎𝑧 , 𝑉𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ , 𝑉𝑅𝑜𝑙𝑙 , 𝑉𝑌𝑎𝑤 (𝑡 − 𝑖) = (3) 10 Bước 3: tính giá trị góc quay quanh trục vận tốc trục cách áp dụng tích phân rời rạc bậc cho góc quay quanh trục: ̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅ 𝑌𝑎𝑤(𝑡) = (𝑉 𝑌𝑎𝑤 (𝑡) − 𝑉𝑌𝑎𝑤 (𝑡 − 1)) ∗ ∆𝑡 (4) ̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ(𝑡) = 𝑤 ∗ ((𝑉 𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ (𝑡) − 𝑉𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ (𝑡 − 1)) ∗ ∆𝑡) + (1 − 𝑤) ∗ 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ(𝑡) (5) ̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅ 𝑅𝑜𝑙𝑙(𝑡) = 𝑤 ∗ ((𝑉 𝑅𝑜𝑙𝑙 (𝑡) − 𝑉𝑅𝑜𝑙𝑙 (𝑡 − 1)) ∗ ∆𝑡) + (1 − 𝑤) ∗ 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑅𝑜𝑙𝑙(𝑡) (6) Hình Sơ đồ khối găng tay có cảm biến lực c) Sơ đồ gậy điều khiển Hình mơ tả thiết kế gậy đồ chơi Nó có IMU MPU6050 6-DOF (TDK Corporation, Hoa Kỳ) để theo dõi thay đổi chuyển động cánh tay trê, vi điều khiển ESP32(Hệ thống ESPRESSIF, Trung Quốc) để xử lý tín hiệu giao tiếp khơng dây, khối nguồn cung cấp bao gồm pin lithium 3.7V 1200mAh (Bihuade Technology Co LTD, Trung Quốc), sạc khối bảo vệ pin lithium TP4056 (NanJing Top Power ASICCorp., Trung Quốc) khối chuyển đổi tăng áp MT3608 (Olimex LTD, Bulgaria) Sự lựa chọn tất linh kiện, đặc biệt pin, để làm cho gậy đồ chơi nhẹ giảm mỏi mệt trẻ chơi thời gian dài Một đèn led đỏ gắn gậy để đánh dấu hướng IMU Cha mẹ điều dưỡng viên hướng dẫn để hướng dẫn trẻ cầm gậy hướng lên lúc đầu Khi nhận tín hiệu trị chơi đọc giá trị gia tốc vận tốc góc 10ms tính trung bình 100ms, sau tính góc thay đổi theo trục dọc, ngang cập nhật góc 200ms Hình Sơ đồ khối gậy điều khiển Các bước xử lí tín hiệu gậy thực bước: AccePitch, AcceRoll góc thay đổi góc quay quanh trục tính tốn dựa gia tốc: 𝑎𝑥 ̅̅̅ 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ = atan ( √𝑎 ̅̅̅𝑧 + ̅̅̅ 𝑎𝑦 (7) ) 𝑎𝑧 ̅̅̅ 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑅𝑜𝑙𝑙 = atan ( √𝑎 ̅̅̅𝑥 + ̅̅̅ 𝑎𝑦 (8) ) Bước 4: Các thơng số nhóm quan tâm bao gồm góc thay đổi theo phương dọc (trục x hay pitch) ngang (trục y hay yaw) tính 200ms sau: ∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ = 𝑘 ∗ (𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ(𝑡) − 𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ(𝑡 − 19)) (9) ∆𝑌𝑎𝑤 = 𝑘 ∗ (𝑌𝑎𝑤(𝑡) − 𝑌𝑎𝑤(𝑡 − 19)) (10) k=1 góc thay đổi theo trục y hay roll nhỏ 30 độ trường hợp cịn lại Bước 5: gửi thơng số thay đổi góc trung tâm 2) Giai đoạn a) Sơ đồ khối tổng quát Hình sơ đồ tổng quan thiết bị hỗ trợ phục hồi chức với ba vật tương tác vòng tay điều khiển, ma trận cảm ứng bóng nén Vịng tay điều khiển sử dụng cảm biến MPU 9250 9-DOF để chuẩn hóa hướng di chuyển cánh tay trẻ theo hướng “trái, phải, lên, xuống” Ma trận cảm ứng sử dụng cảm biến điện dung TTP223 để phát chuyển động đập trẻ dùng búa đồ chơi có gắn giấy bạc để đập lên cảm ứng Đối với bóng nén để nhận biết lực trẻ ấn, sử dụng cảm biến lực Loadcell có tải trọng 5kg Tất kết nối không dây với xử lí trung tâm, thơng số trẻ chơi số lần đập, hướng di chuyển… lưu vào thẻ SD để đánh giá tiến trẻ khối xử lí trung tâm kết nối với máy tính thơng qua cổng USB để truyền nhận tín hiệu với game Bước 2: cập nhật giá trị loadcell 100ms Bước 3: đo lực ấn lớn 150g+lv*40g gửi tín hiệu nhảy trung tâm Hình 10 Thiết kế vỏ ngồi bóng nén Hình Sơ đồ khối thiết bị hỗ trợ phục hồi chức b) Thiết bị bóng ấn Hình trình bày thiết kế hộp bóng ấn sử dụng cảm biến lực Loadcell (Flintec, Sri Lanka) có tải trọng 5kg để đo lực ấn trẻ, tín hiệu từ cảm biến mạch chuyển đổi HX71124bit ADC (Shenzhen Efortune Trading Company Limited, Trung Quốc) tinh chỉnh khối ESP32 thu nhận xử lí trước đẩy tín hiệu lên game Pin lithium 3,7V 3000mah (NanJing Top Power ASICCorp., Trung Quốc) ghép nối với khối mạch nạp CD42 (Import, Trung Quốc), mục đích để sạc pin có đầu 5V ổn định cung cấp cho khối ESP32 Về thiết kế vỏ ngồi tồn mạch gắn xuống mica hình vng (10*10cm) dùng hai mica vít vào cảm biến Loadcell để tạo bàn cân cho trẻ ấn Phía nhóm thiết kế hệ thống lị xo giúp tạo lực cản vừa đủ tạo kích thích trẻ ấn Tất đươc đặt hộp có kích thước 12*12*7.5cm c) Ma trận cảm biến Hình 11 miêu tả chi tiết sơ đồ khối ma trận cảm biến Ma trận cảm ứng gồm có 16 có cảm biến điện dung TTP223 (Zhejiang Xianfu Electric Co, Trung Quốc) đèn led màu WS2812(Hangzhou Yongdian Illumination Co Trung Quốc) Modul ESP32 thu nhận tín hiệu cảm biến thơng qua IC CD4501 (Shenzhen Mygroup Electronics Limited, Trung Quốc) nhằm tiết kiệm chân vi điều khiển, ESP32 dùng chân để điều khiển 16 đèn led Mạch sử dụng pin lithium (3,7V 4000mah) mạch nạp pin CD 42 để nạp pin cung cấp 5V cho ESP 32 Khi bật nguồn lên nhận tín hiệu “bắt đầu” từ trò chơi, quét cảm biến 1ms đèn sáng ô nhân vật xuất Trẻ cầm búa có gắn giấy bạc đầu đập vào ô phát sáng Nếu đập đèn tắt gửi tín hiệu “đập đúng” trị chơi Tín hiệu ma trận cảm ứng xử lí qua bước trước gửi trung tâm: Bước 1: nhận tín hiệu game quét tất cảm biến 1ms Bước 2: cho đèn sáng ô mà nhân vật xuất Bước 3: trẻ đập ô, đèn tắt gửi tín hiệu đập trung tâm Hình Sơ đồ khối bóng nén Tín hiệu hộp bóng nén xử lí bước: Bước 1: nhận tín hiệu trị chơi hiệu chỉnh loadcell Để cố định vị trí cảm biến nhóm thiết kế khối nâng cảm biến với kích thước 14*12*7.5mm (hình 12) để nâng cảm biến cách mặt đập 2.5mm để nhận biết trẻ đập Đồng thời để tăng cảm ứng cho cảm biến nhóm gắn giấy bạc vào đầu búa búa đồ chơi, trẻ dùng búa để đập lên mặt cảm ứng (hình 13) Hình 11 Sơ đồ khối chi tiết ma trận cảm biến Hình 12 Khối nâng cảm biến Hình 13 Búa đồ chơi gắn giấy bạc d) Vòng tay gậy điều khiển Hình 14 sơ đồ khối vịng tay sử dụng ESP8266(Hệ thống ESPRESSIF, Trung Quốc) có kích thước nhỏ để dễ dàng đặt lên tay trẻ, giao tiếp với cảm biến gia tốc MPU9250 giao thức SPI (Serial Peripheral Interface) Vịng tay có đèn led đỏ báo hiệu vòng tay sẵn sàng chơi Vật tương tác sử dụng pin lithium (3.7V 1200mah) modul sạc pin CD 42 để có đầu 5V cho ESP8266 Vì mục đích trị chơi trẻ vải cầm đồ vật chơi nhóm gắn nam châm vào gậy hình 15 để cảm biến MPU nhận biết từ trường đủ gần, bắt đầu nhận tín hiệu trị chơi, tín hiệu MPU9250 xử lí qua bước sau: Bước 1: bật nguồn lên tính giá trị offset gia tốc vận tốc góc quay 2s Bước 2: nhận tín hiệu từ trị chơi trẻ cầm đồ chơi cho phép bắt đầu chơi Bước 3: xử lí tín hiệu giống bước 2,3,4 giai đoạn Ở nhóm phân biệt hiệu chỉnh hướng di chuyển trẻ khơng gian sau: Nếu góc quay quanh trục Y hay roll 40° : o ∆𝑌𝑎𝑤 >40° tín hiệu bên phải o ∆𝑌𝑎𝑤 30°: o ∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ >30° tín hiệu lên o ∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ 450 cảm biến tư nằm ngang phương hướng xác định sau: Nếu |∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ |>40°: o ∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ >40° tín hiệu bên phải o ∆𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ 30°là tín hiệu lên o |∆𝑌𝑎𝑤