Sau quá trình nghiên cứu và thiết kế thì các bản vẽ thiết kế cũng như chương trình được chế tạo và sử dụng cho hệ thống này. Trong phần này sẽ trình bày một số kết quả về mơ hình cơ khí, về thu thập dữ liệu trên đầu người và mô tả lại dưới dạng đồ thị miền tọa độ, xây dựng một số quỹ đạo massage chuyển động cơ bản trên đầu người. Ngồi ra trong phần này cũng trình bày những thực nghiệm đánh giá việc trị liệu xoa bóp massage trên người bệnh đồng thời đánh giá các hoạt động này trên người tình nguyện.
6.1. Xây dựng mơ hình robot
Sử dụng phần mềm để mơ hình hóa trước khi tiến hành chế tạo hệ thống robot massage. Với hệ thống cánh tay nhằm triển khai thực thi hoạt động massage với toàn bộ đầu của người bệnh, ngoài ra với hệ thống này nhằm tối ưu khơng gian hoạt động cũng như kích thước của robot phù hợp với người trị bệnh. Và kết quả mơ hình hóa cũng như chế tạo hệ thống robot massage đã được nghiên cứu được thể hiện ở hình
6.1. Ngồi ra các thơng số hệ thống robot massage cụ thể cũng được trình bày cụ thể ở Bảng 6.1.
Hình 6.1 Hình ảnh mơ hình và thực tế với sự tương quan giữa người và bộ cánh tay Bảng 6.1 Thông số của hệ thống robot massage
STT Đặc tính Số
lượng Thơng số Ghi chú
1 Kích thước tồn hệ thống 1 800x640x850 mm
2 Khối lượng 1 40 kg
Giường masaage
1 Giường massage 1 Vật liệu inox, vải nhựa
2 Chiều cao 1800 mm Có thể thay
48
3 Chiều dài 1800 mm
Hệ thống cánh tay hoạt động
1 Vật liệu 2 Inox
2 Số bậc tự do 3 x 2 2 xoay Mỗi tay
3 Cánh tay 1 1 300x300x20 (mm) Tay trong
4 Cánh tay 2 1 400x260x720 (mm) Tay ngoài
Bồn gội đầu & massage
1 Vật liệu 1 Nhựa
2 Kích thước Dài 500mm, rộng 300mm
Bộ điều khiển
1 Máy tính Core i5, ram 4Gb,
2 Vi điều khiển 3 Chip ATM, Arduino Mega
3 Cảm biến lưu lượng 1 Cảm biến lưu lượng một
chiều
4 Hệ thống thị giác máy 1 Camera HD
Huyệt tiên đoán
1 Số lượng vùng huyệt
nhận biết 34 Trên đầu người
2 Lực tác động trên vùng
huyệt 20 N Lớn nhất
6.2. Hệ thống cơ khí và khơng gian hoạt động thực của robot
Dựa vào không gian hoạt động đã được chạy trên phần mềm, từ đó chúng em đã đưa vào người trực tiếp để chắc chắn robot có thể đến được các vị trí trên đầu người. Như hình 6.2 ta thấy được phạm vi hoạt động của robot đáp ứng được các vị trí huyệt trên cơ thể người, với sự giao thoa giữa vùng hoạt động 2 cánh tay lớn, ta có thể tập trung massage vùng phân bố ở sống đầu để tạo ra liệu pháp trị liệu tốt nhất.
49
Hình 6.2 Hình ảnh mơ tả khơng gian hoạt động thiết bị trên đầu người
6.3. Hệ thống điện - điều khiển
Do đặc điểm robot cần xử lý ảnh và bộ nhớ đủ để chứa cơ sở dữ liệu về nhiều loại đầu khác nhau nên ta chọn bộ xử lý trung tâm là máy tính. Mạch điều khiển tập trung vào việc điều khiển các động cơ để tạo sự di chuyển và nó khơng phụ thuộc q nhiều vào sức mạnh của vi điều khiển nên chúng em quyết định chọn vi điều khiển chạy cho chip ATM. Chức năng chính của chip này là nhận tín hiệu từ máy tính gồm dữ liệu tọa độ từ camera, sau đó thơng qua thuật tốn đã được nạp sẵn nó sẽ phân tích và cho ra các tọa độ thực tế để từ đó tính tốn các góc xoay của động cơ và điều khiển cánh tay chạy theo đúng tọa độ thực trên vùng đầu. Việc điều khiển theo số xung đòi hỏi phải tần số gửi xung phải hợp lí để tránh hiện tượng dao động trong lúc quay của motor. Do đó, cần lựa chọn vi điều khiển có bộ định thời Timer phù hợp. Vì vậy trong đề tài này chọn Arduino mega 2560, vi điều khiển này được tích hợp 5 bộ timer, với 4 bộ 16 bit và xung nhịp 16Mhz, thích hợp để chia tần cấp xung và sở hữu bộ mã nguồn mở giúp dễ dàng trong việc nghiên cứu thông tin. Mạch điều khiển Arduino mega cũng được trang bị các cổng giao tiếp cần thiết cụ thể là cổng UART giao tiếp với máy tính. Giúp dễ dàng trong việc nạp lệnh code cũng như truyền tải dữ liệu qua lại giữa vi điều khiển và máy tính. Ngoài ra với việc tạo chuyển động cho các động cơ và đối tượng cần điều khiển là đầu massage. Do đó đầu massage cần được điều khiển đến đúng vị trí các huyệt đạo và vùng huyệt trên đầu, để mang lại hiệu quả tốt nhất cho người dùng. Do đó, cần thiết chọn được driver động cơ phù hợp để đảm bảo tính chính xác của hệ thống. Chúng ta chọn các mạch điều khiển động cơ DC servo với cầu H (H- Bridge), PWM DC.
6.4. Xử lý ảnh và tọa độ huyệt
Dựa vào kết quả này, ta thấy được biên dạng cũng như độ lồi lõm mà cảm biến độ sâu thu về trên cơ thể người, từ đó làm cơ sở dữ liệu cho trục z có thể di chuyển đến từng độ sâu trên cơ thể người một cách linh hoạt (hình 6.4). Để chắc chắn hơn về vấn đề trên, chúng em cịn tích hợp thêm cảm biến lực ở đầu robot massage nhằm đảm bảo chính xác vị trí của trục z và ngắt mọi q trình ngay lập tức nếu cảm biến lực trả về giá trị nguy hiểm đến sức khỏe con người. Dựa vào cơ sở đó, ta tìm được vị trí các
50
huyệt còn lại trên ảnh và vẽ lên ảnh để phục vụ cho việc xác định các phương pháp mát-xa và đường đi của đầu mát-xa qua các huyệt đạo như hình 6.5.
Hình 6.5 Các đường mát-xa đi qua các điểm huyệt đạo
6.5. Chương trình điều khiển trên máy tính
Sử dụng các kiến thức đã học từ mơn Lập trình C#. Chúng em đã viết nên một phần mềm trên máy tính để có thể thực hiện được các công việc: Xử lý ảnh, AI, giao tiếp với vi điều khiển để yêu cầu thực hiện cũng như nhận tín hiệu phản hồi. Chương trình có tên là Masa và có giao diện như hình 8.7 dưới đây.
51
Hình 6.6 Màn hình tương tác của robot massage và màn hình điều khiển
6.6. Kết quả AI:
Theo kết quả khảo sát như hình 8.8 thì tỷ lệ dài rộng 79-40 (hình a) và 60 - 40 (phải). % sai lệch quỹ đạo (quỹ đạo (20 điểm khảo sát) của tỉ lệ dài chia rộng 2 là 1.273%,
Lấy giá trị sai số trung bình của 60 mẫu thử theo tỉ lệ dài rộng ta được bảng giá trị sai số như hình 6.7 theo tỉ lệ dài rộng của đầu (bệnh 1)
Hình 6.7 Biểu đồ giá trị kiểm nghiệm sai số trung bình của AI
* Nhận xét: Khi dữ liệu đưa vào nằm ngoài phạm vi của dữ liệu training càng lớn sẽ gây ra sự sai lệch càng lớn. 6.7. Thực nghiệm 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 Sai số(%) 4.875 3.153 2.142 1.65 1.245 3.211 4.36 5.27 0 1 2 3 4 5 6 Sai số ( % ) Dài/Rộng
52
Hình 6.8 Tình nguyện viên đang được hệ thống robot massage thử nghiệm.
Giá trị khảo sát là giá trị tác động lực lên cơ thể người với các giá trị khác nhau bằng cách di chuyển trục Z và đo phản hồi lực, cho lực tác động từ 0 đến 15N. Thì chúng ta thấy rằng 10 người tính nguyện thấy đau khi tác động lực từ 11- 15N và 0 có người nào cảm thấy không đau. Nếu mà giá trị dưới 5N thì người thực nghiệm cảm thấy có sự tác động không gây ra đau. Nếu từ 6 đến 10N thì người tình nguyện thử nghiệm cảm giác có sự tác động, đau nhẹ và có cảm giác buồn ngủ. Nếu mức tác động cao hơn tức là từ 10 đến 15N thì người tính nguyện cảm thấy đau, khơng chịu được. Các số liệu thử nghiệm ngưỡng đau của người massage chỉ ra trong bảng 6.2.
Bảng 6.2 Đánh giá ngưỡng đau trên hệ thống massage robot
Lực tác động (N) 0 0-5 5-10 11-15
Cảm giác* Không đau Cảm giác có
tác động
Cảm giác tác
động vừa đủ Đau
*Cảm giác là định tính khơng có giá trị cụ thể
Ngồi ra chúng em cũng thử nghiệm trên những sinh viên ngồi nhiều do học tập, cảm thầy nhức mỏi đầu thì trước khi massage thì mức độ đau đầu ở mức độ trung bình là 6.6 (chia làm 10 mực độ), nhưng sau khi massage với bài massage đau nửa đầu như phần trên trong 5 phút thì mực độ đau đầu đã giảm xuống cịn 3 (Hình 6.2).
53
54
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
Ngày nay, song song với việc phát triển kinh tế xã hội thì khơng những bệnh nhân bị bệnh nằm liệt giường mới cần được hỗ trợ trong việc vệ sinh cũng như thư giãn khi điều trị mà nhu cầu chăm sóc sức khỏe của con người đang ngày càng được nâng cao. Và Massage và gội đầu thực hiện bằng tay hoặc bằng tia nước là một trong những phương pháp truyền thống nhưng vẫn được phổ biến rộng rãi nhằm phục vụ con người thư giãn hoặc để trị liệu. Vì hiện nay số lượng bệnh nhân quá tải ở các bệnh viện là khá cao, hộ lý với số lượng về hưu lại càng có số lượng nhiều dần, việc chăm sóc cho người già, người bệnh liệt giường phải được thực hiện khá lâu và tốn thời gian, công sức và tiền bạc, khơng những tạo cảm giác khó chịu cho người bệnh mà cịn làm người bệnh ủ them bệnh da đầu do tóc cịn ướt hoặc cịn lưu lại dầu gội trên tóc, mặc khác, hiện này massage dường như đã bị biến thể vì ngày càng nhiều điểm massage trá hình hiện hữu trên tất cả tỉnh thành. Điều này làm mất đi giá trị nguyên bản của việc massage và đẩy từ này vào một từ nhạy cảm trong xã hội. Chẳng những thế mà phương pháp massage cổ truyền của Việt Nam cũng ngày một mai một, đơn giản vì khơng có cầu thì làm sao có cung. Ngồi ra, massage cũng rất quan trọng việc đảm bảo an toàn, hiệu quả, tránh nhiễm bệnh và cả yêu cầu về kỹ thuật nữa. Điều này rất khó khăn và tốn kém nếu đào tạo một kỹ thuật viên. Thế nhưng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ thì những điều này có thể dần thay thế được bằng robot.
Chính vì những lý do hiện hữu ở trên, chúng em rất mong qua đồ án này có thể cải thiện được phần nào giúp người bệnh được chữa trị tốt hơn và nâng tầm giá trị của massage cổ truyền Việt Nam. Chúng em muốn đưa những kiến thức mình học tập được để xây dựng quá trình phát triển khoa học công nghệ của nước nhà, đồng thời cải thiện một giá trị văn hóa của y học cổ truyền Việt Nam và tránh được những tai tiếng không cần thiết của từ massage.
Mặc dù ý tưởng và thực hiện là vậy, nhưng trong quá trình tìm hiểu với vốn kiến thức cũng như kinh nghiệm ít ỏi, tất nhiên sẽ có rất nhiều sai sót. Nên việc mơ hình hóa ý tưởng chắc chắn sẽ cịn rất nhiều thiếu sót. Trên ý kiến cá nhân, để việc thực hiện được mơ hình này vào thực tiễn để phục vụ hay thương mại cần cải thiện rất nhiều về: vật liệu làm robot, kiến thức y học cổ truyền, kiến thức massage, chương trình điều khiển, trang thiết bị cho robot.
Cuối cùng em xin cảm ơn các quý thầy cô đã đọc và nhận xét để chúng em mai sau có thể đóng góp thêm sức lực của mình vào quá trình cải tiến cũng như phát triển khoa học công nghệ. Đồng thời giúp cải thiện các giá trị văn hóa và duy trì, phát triển của nền y học Việt Nam
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh
[1] Gibbons, Ann. "Why modern humans have round heads." (2018): 1229-1229. [2] Miomir K. Vukobratović and Yuri Ekalo (1996). New approach to control of robotic manipulators interacting with dynamic environment. Robotica, 14, pp 31-39, Cambridge University Press, Aug 30, 2008.
[3] Ren C. Luo, Chien-Wei Hsu, and Shen-Yu Chen, Electroencephalogram Signal Analysis as Basis for Effective Evaluation of Robotic Therapeutic Massage, 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, Korea.
[4] Yoshikiyo Yamasaki, Shinichiro Fujimoto, Patent USA 5247925A: Chair for office work with vibration structure
[5] Sungil Yi, Dongju Moon, Yongju Yang, Kangeun Kim, Healthcare Robot Technology Development, Proceedings of the 17th World Congress he International Federation of Automatic Control Seoul, Korea, July 6-11, 2008
[6] Daily Mail, Singapore's robo-masseuse 'Emma' begins work to treat back and knee pain. Truy cập Web site: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article- 4963902/Singapore-s-robot-masseuse-Emma-begins-work.html
[7] Lei Hu Yun, Wang Jie Zhang, Jun Zhang, Yan Cui, Lvzhong Ma, Junyuan Jiang, Liming Fang, Bangcheng Zhang, (2013),"A massage robot based on Chinese massage therapy", Industrial Robot: An International Journal, Vol. 40 Iss 2 pp. 158 - 172.
[8] Ren C. Luo, Chien-Wei Hsu, and Shen-Yu Chen Electroencephalogram Signal Analysis as Basis for Effective Evaluation of Robotic Therapeutic Massage, 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2016, Daejeon, Korea
[9] Christopher A. Moyer, James Rounds, and James W. Hannum, A Meta-Analysis of Massage Therapy Research, Psychological Bulletin, Vol. 130, No. 1, pp.3–18, 2004. [10] Bennett C, Underdown A, Barlow J. Massage for promoting mental and physical health in typically developing infants under the age of six months. Cochrane Database of Systematic Review. 2013; (4):CD005038.
[11] Bureau of Labor Statistics. Occupational Outlook Handbook. Massage Therapists. Bureau of Labor Statistics. Truy cập Web site: www.bls.gov/ooh/Healthcare/Massage- therapists.htm on April 23, 2013.
56
[12] Corbin L. Safety and efficacy of massage therapy for patients with cancer. Cancer Control. 2005; 12(3):158–164.
[13] Hillier SL, Louw Q, Morris L, et al. Massage therapy for people with HIV/AIDS. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2010;(1):CD007502. Accessed at www.thecochranelibrary.com on January 2, 2014.
[14] Kalichman L. Massage therapy for fibromyalgia symptoms. Rheumatology International. 2010; 30(9):1151–1157.
[15] Lee MS, Kim JI, Ernst E. Massage therapy for children with autism spectrum disorders: a systematic review. Journal of Clinical Psychiatry. 2011; 72(3):406–411. [16] Perlman AI, Ali A, Njike VY, et al. Massage therapy for osteoarthritis of the knee: a randomized dose-finding trial. PLoS One. 2012; 7(2):e30248.
[17] Sherman KJ, Ludman EJ, Cook AJ, et al. Effectiveness of therapeutic massage for generalized anxiety disorder: a randomized controlled trial. Depression and Anxiety. 2010; 27(5):441–450.
[18] Yin Xiaoqin, Xu Yonggen, Design and Simulation of Chinese Massage Robot Based on Parallel Mechanism, 2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering
[19] Yohanan, Steven John Yohanan. The Haptic Creature Social Human-Robot Interaction through Affective Touch. The University of British Columbia, August 2012.
[20] Sungil Yi, Dongju Moon, Yongju Yang, Kangeun Kim. Healthcare Robot Technology Development. The International Federation of Automatic Control Seoul, Korea, July 6-11, 2008
[21] Ryan A. Beasley MedicalRobots: Current System sand Research Directions. Journal of Robotics Volume 2012, Article ID 401613, 14 pages.
[22] Hiroki Koga, Yuichi Usuda, Masao Matsuno, Yu Ogura, Hiroyuki Ishii, Jorge Solis, Atsuo Takanishi , Akitoshi Katsumata. Development of Oral Rehabilitation Robot for Massage Therapy. 6th International Special Topic Conference on ITAB, Tokyo
[23] Yin Xiaoqin, Xu Yonggen. Design and Simulation of Chinese Massage Robot Based on Parallel Mechanism. 2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering ,Wuhan, China.
[24] Yuancan Huang, Philippe Souères, Jian Li. Contact Dynamics of Massage Compliant Robotic Arm and Its Coupled Stability. 2014 IEEE International
57
Conference on Robotics & Automation (ICRA) Hong Kong Convention and Exhibition Center May 31 - June 7, 2014. Hong Kong, China
[25] Lin Wang, Hongguang Wang, Donghua Ma, Yong Chang, Yifeng Song. Trajectory Planning for a Foot Massage Robot Based on Chinese Massage Therapy. The 6th Annual IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control and Intelligent Systems June 19-22, 2016, Chengdu, China
[26] Ren C. Luo, Chien-Wei Hsu, and Shen-Yu Chen. Electroencephalogram Signal Analysis as Basis for Effective Evaluation of Robotic Therapeutic Massage. 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Daejeon Convention Center October 9-14, 2016, Daejeon, Korea.
[27] Hansong Zeng, Timothy A. Butterfield, Sudha Agarwal, Furqan Haq Thomas M. Best, Yi Zhao. AnEngineering Approachfor QuantitativeAnalysisofthe Lengthwise Strokesin Massage Therapies. 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 3-7 May 10.
[28] A Cappozzo, F Catani, U Della Croce, A Leardini. Position and orientation in space of bones during movement: anatomical frame definition and determination. Clinical Biomechanics Vol.10, No. 4, pp.171-178,1995 Copyright 1995 Elsevier Science Ltd Printer in Great Britain.
[29] Lei Hu Yun Wang Jie Zhang Jun Zhang Yan Cui Lvzhong Ma Junyuan Jiang Liming Fang Bangcheng Zhang, (2013),"A massage robot based on Chinese massage therapy", Industrial Robot: An International Journal, Vol. 40 Iss 2 pp. 158 - 172