Tổng quan nghiên cứu

Xoa bóp trị liệu là phương pháp truyền thống đã tồn tại lâu đời, đặc biệt phổ biến ở các nước phương Đông như Trung Quốc, Nhật Bản và Việt Nam. Theo khảo sát, nhóm tuổi từ 15 đến 45 chiếm phần lớn nhu cầu massage, với khoảng 68% người đi massage nhằm mục đích trị liệu và thư giãn. Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp xoa bóp thủ công đang gặp nhiều hạn chế như áp lực công việc lớn đối với nhân viên massage, nguy cơ lây nhiễm bệnh ngoài da và sự e ngại khi tiếp xúc trực tiếp với người lạ. Trước thực trạng này, việc nghiên cứu và phát triển robot massage tự động là một hướng đi thiết thực nhằm nâng cao hiệu quả trị liệu, giảm tải cho nhân viên y tế và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.

Luận văn tập trung vào thiết kế và chế tạo mô hình robot massage cho người bệnh, đặc biệt là vùng lưng, với phạm vi nghiên cứu tại thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2018. Mục tiêu chính là phát triển một hệ thống robot có khả năng nhận diện vị trí huyệt đạo trên lưng người Việt Nam, điều khiển cánh tay robot di chuyển theo quỹ đạo trị liệu chính xác và tự động. Nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống mà còn mở ra cơ hội ứng dụng công nghệ robot trong lĩnh vực y học cổ truyền và trị liệu hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết huyệt đạo trong y học cổ truyền và lý thuyết động học robot.

  • Lý thuyết huyệt đạo: Huyệt đạo là nơi tập trung khí của tạng phủ, kinh lạc, gân cơ xương khớp, có vị trí cố định trên cơ thể. Các huyệt như Đại Trữ, Phong Môn, Phế Du, Quyết Âm Du, Tâm Du, Cách Du, Đảm Du, Vị Du, Thận Du,... được xác định tọa độ chính xác trên lưng người dựa trên tỉ lệ nhân trắc học người Việt Nam. Việc xác định chính xác vị trí huyệt là cơ sở để robot thực hiện các thao tác massage trị liệu hiệu quả.

  • Lý thuyết động học robot: Robot sử dụng cơ cấu cánh tay song song với ba bậc tự do, bao gồm hai bậc xoay trên mặt phẳng xOy và một bậc tịnh tiến theo trục z. Bài toán động học thuận và nghịch được giải bằng phương pháp hình học và ma trận Jacobian, giúp xác định vị trí đầu công tác và góc quay các khớp nối. Quỹ đạo chuyển động được lập trình để robot di chuyển mượt mà, chính xác theo các điểm trung gian trên lưng người.

Các khái niệm chính bao gồm: huyệt đạo, động học thuận và nghịch, ma trận Jacobian, quỹ đạo chuyển động, xử lý ảnh và tọa độ thực.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu nhân trắc học lưng người Việt Nam, hình ảnh lưng người qua camera và cảm biến độ sâu, dữ liệu huyệt đạo từ y học cổ truyền.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế cơ khí, MATLAB để giải bài toán động học và mô phỏng quỹ đạo, thuật toán xử lý ảnh để nhận diện lưng và xác định tọa độ huyệt đạo, thuật toán điều khiển động cơ PID để vận hành cánh tay robot.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và khảo sát thị trường, thiết kế cơ khí và hệ thống truyền động (tháng 1-3/2018), phát triển thuật toán xử lý ảnh và điều khiển (tháng 4-5/2018), chế tạo mô hình và thử nghiệm thực tế (tháng 6/2018).

Cỡ mẫu khảo sát khoảng 100 người Việt Nam thuộc nhiều độ tuổi khác nhau để thu thập số liệu về kích thước lưng và nhu cầu massage. Phương pháp chọn mẫu là ngẫu nhiên thuận tiện tại thành phố Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế cơ khí cánh tay robot song song: Cánh tay robot có chiều dài các khâu lần lượt là 26 cm và 43 cm, phù hợp với kích thước lưng người Việt Nam (chiều dài lưng dưới 70 cm, chiều rộng vai dưới 50 cm). Vật liệu nhôm được chọn đảm bảo độ cứng chắc và trọng lượng nhẹ, giúp robot vận hành ổn định với lực tác động đầu massage từ 10N đến 15N.

  2. Động học và quỹ đạo chuyển động: Robot có ba bậc tự do, được lập trình di chuyển theo quỹ đạo mượt mà, không có điểm dừng đột ngột nhờ thuật toán bẻ cong quỹ đạo và đồng bộ vận tốc các khớp. Tỉ lệ thành công trong việc di chuyển chính xác đến các huyệt đạo đạt khoảng 95% trong thử nghiệm mô phỏng.

  3. Xử lý ảnh và nhận diện huyệt đạo: Thuật toán xử lý ảnh kết hợp camera và cảm biến độ sâu cho phép xác định biên dạng lưng và tọa độ huyệt đạo với độ chính xác cao, sai số dưới 2 mm. Hệ thống có khả năng nhận diện và cập nhật tọa độ huyệt trong thời gian thực, đảm bảo robot điều chỉnh quỹ đạo kịp thời.

  4. Hiệu quả sử dụng và cảm nhận người dùng: Khảo sát sau khi sử dụng robot massage cho thấy 78% người dùng cảm thấy thoải mái, dễ chịu, giảm đau mỏi lưng hiệu quả. Tỉ lệ người cảm thấy đau hoặc khó chịu chỉ chiếm 22%, chủ yếu do chưa quen với lực massage tự động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng robot massage với cơ cấu cánh tay song song là phù hợp với thể trạng người Việt Nam, vừa tiết kiệm không gian lắp đặt, vừa đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trị liệu. So với các robot massage trên thế giới như Emma (Singapore) hay Rubbing bot (Trung Quốc), robot nghiên cứu có ưu điểm về tính gọn nhẹ, tích hợp camera và cảm biến lực giúp tăng độ chính xác trong quá trình massage.

Việc sử dụng thuật toán xử lý ảnh kết hợp cảm biến độ sâu giúp robot nhận diện huyệt đạo chính xác hơn so với các thiết bị chỉ dùng camera thông thường. Điều này góp phần nâng cao hiệu quả trị liệu và giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành.

Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như lực massage chưa được điều chỉnh linh hoạt theo từng đối tượng, và một số người dùng chưa quen với cảm giác massage tự động. Đây là cơ sở để nhóm nghiên cứu đề xuất cải tiến trong tương lai.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỉ lệ cảm nhận người dùng, bảng số liệu kích thước lưng người Việt Nam, và sơ đồ quỹ đạo chuyển động của robot.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển thuật toán điều chỉnh lực massage tự động: Tích hợp cảm biến lực và thuật toán học máy để robot tự động điều chỉnh lực massage phù hợp với từng người bệnh, nhằm nâng cao trải nghiệm và hiệu quả trị liệu. Thời gian thực hiện dự kiến 6-12 tháng, do nhóm nghiên cứu và kỹ sư phần mềm đảm nhiệm.

  2. Mở rộng phạm vi điều trị ngoài vùng lưng: Nghiên cứu thiết kế thêm các cơ cấu cánh tay phụ trợ để massage các vùng khác như cổ, vai, chân, giúp robot đa năng hơn. Thời gian thực hiện 12-18 tháng, phối hợp với chuyên gia y học cổ truyền.

  3. Tăng cường giao diện người dùng thân thiện: Phát triển phần mềm điều khiển trực quan, tích hợp ứng dụng di động để người dùng dễ dàng lựa chọn liệu trình và theo dõi quá trình massage. Thời gian thực hiện 3-6 tháng, do nhóm phát triển phần mềm đảm nhận.

  4. Thử nghiệm lâm sàng và đánh giá hiệu quả dài hạn: Hợp tác với các cơ sở y tế để tiến hành thử nghiệm trên người bệnh thực tế, thu thập dữ liệu phản hồi và cải tiến sản phẩm. Thời gian thực hiện 12 tháng, do nhóm nghiên cứu phối hợp với bệnh viện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí chế tạo máy, cơ điện tử: Học hỏi quy trình thiết kế robot cơ khí, giải bài toán động học và ứng dụng công nghệ điều khiển trong thực tế.

  2. Chuyên gia và kỹ sư phát triển robot y tế: Tham khảo mô hình robot massage tích hợp cảm biến và xử lý ảnh, áp dụng vào các sản phẩm robot hỗ trợ trị liệu khác.

  3. Bác sĩ và chuyên viên y học cổ truyền, vật lý trị liệu: Hiểu rõ về vị trí huyệt đạo, quỹ đạo massage và ứng dụng công nghệ robot trong hỗ trợ điều trị bệnh nhân.

  4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế và chăm sóc sức khỏe: Nắm bắt xu hướng phát triển robot massage, từ đó đầu tư nghiên cứu và phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Robot massage có thể thay thế hoàn toàn nhân viên massage không?
    Robot massage hỗ trợ giảm tải công việc cho nhân viên nhưng chưa thể thay thế hoàn toàn do cần sự linh hoạt và cảm nhận tinh tế của con người. Robot phù hợp với các liệu trình chuẩn hóa và hỗ trợ trị liệu lâu dài.

  2. Độ chính xác của robot trong việc xác định huyệt đạo như thế nào?
    Hệ thống sử dụng camera và cảm biến độ sâu kết hợp thuật toán xử lý ảnh cho độ chính xác dưới 2 mm, đảm bảo robot di chuyển chính xác đến vị trí huyệt cần trị liệu.

  3. Robot có thể điều chỉnh lực massage theo từng người không?
    Hiện tại robot có cảm biến lực để kiểm soát lực tác động trong khoảng 10-15N, tuy nhiên việc điều chỉnh linh hoạt theo từng người đang được nghiên cứu và phát triển thêm.

  4. Phạm vi hoạt động của robot giới hạn ở đâu?
    Robot tập trung massage vùng lưng với phạm vi dài dưới 70 cm và rộng dưới 60 cm, phù hợp với kích thước lưng người Việt Nam. Các vùng khác sẽ được mở rộng trong các nghiên cứu tiếp theo.

  5. Chi phí và khả năng ứng dụng thực tế của robot như thế nào?
    Robot được thiết kế với chi phí hợp lý, sử dụng vật liệu nhôm nhẹ và cơ cấu cánh tay song song tiết kiệm không gian, có khả năng ứng dụng trong các cơ sở y tế và gia đình, góp phần nâng cao chất lượng trị liệu.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình robot massage tích hợp camera và cảm biến lực, phù hợp với thể trạng người Việt Nam.
  • Robot sử dụng cơ cấu cánh tay song song với ba bậc tự do, vận hành chính xác theo quỹ đạo trị liệu được lập trình.
  • Thuật toán xử lý ảnh và cảm biến độ sâu giúp nhận diện huyệt đạo với độ chính xác cao, hỗ trợ điều khiển robot hiệu quả.
  • Kết quả khảo sát người dùng cho thấy robot mang lại cảm giác thoải mái, giảm đau mỏi lưng hiệu quả.
  • Đề xuất phát triển thêm thuật toán điều chỉnh lực, mở rộng phạm vi massage và thử nghiệm lâm sàng để hoàn thiện sản phẩm.

Next steps: Triển khai phát triển phần mềm điều chỉnh lực massage, mở rộng thiết kế cơ khí cho các vùng cơ thể khác, tiến hành thử nghiệm thực tế tại các cơ sở y tế.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ để hợp tác phát triển và ứng dụng robot massage trong y học và chăm sóc sức khỏe.