Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh y tế Việt Nam đang được chú trọng đầu tư hiện đại hóa cơ sở vật chất và tiếp cận các kỹ thuật tiên tiến (như phẫu thuật robot, ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán, y tế từ xa và kỹ thuật điện não đồ), nhu cầu phục hồi chức năng vận động cho bệnh nhân sau tai biến, đột quỵ, chấn thương tủy sống hoặc tổn thương thần kinh cơ ngày càng gia tăng. Bàn tay là bộ phận có cấu trúc giải phẫu phức tạp, đảm nhận các chức năng tinh vi như cầm, nắm, bóp, xoay. Khi bị tổn thương, việc phục hồi cử động đòi hỏi các bài tập vật lý trị liệu chuyên biệt và liên tục dưới sự hướng dẫn của chuyên viên y tế hoặc gia đình. Nhằm giảm tải áp lực cho nhân viên y tế và hỗ trợ bệnh nhân chủ động tập luyện đúng phương pháp tại nhà, đề tài "Thiết kế và thi công găng tay phục hồi chức năng" đã được nhóm sinh viên Thái Gia Ân và Nguyễn Tấn Dân thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tâm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (khoá 2019-2023, hoàn thành tháng 07/2023).

Mục tiêu nghiên cứu:

  • Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh thiết bị điều khiển các ngón tay bằng cơ chế truyền động khí nén kết hợp găng tay mềm, nhằm hỗ trợ quá trình tập vật lý trị liệu và phục hồi chức năng vận động cho người bị thương tật bàn tay.
  • Xây dựng hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển ESP32 và giao diện màn hình cảm ứng trực quan, cho phép người dùng tùy chọn linh hoạt các bài tập co/duỗi toàn bàn hoặc từng ngón tay theo các thông số cài đặt.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể (9 nội dung thực hiện):

  1. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bàn tay, các bệnh lý và tổn thương liên quan đến chức năng tay.
  2. Tìm hiểu nguyên lý truyền động khí nén và phương thức hoạt động của giao tiếp SPI.
  3. Kết nối các linh kiện ngoại vi với vi điều khiển ESP32.
  4. Nghiên cứu xây dựng giao diện hiển thị và tương tác trên màn hình cảm ứng TFT LCD.
  5. Thiết kế mô hình cơ khí và vỏ hộp hệ thống.
  6. Lập trình thuật toán điều khiển toàn bộ hệ thống trên môi trường Arduino IDE.
  7. Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm thực tế và hiệu chỉnh hệ thống.
  8. Viết báo cáo tổng kết đồ án tốt nghiệp.
  9. Bảo vệ luận văn trước hội đồng chuyên môn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống găng tay phục hồi chức năng tích hợp bộ truyền động đàn hồi uốn cong (GBBA - Guided Bending Bellows Actuators), mạch điều khiển vi xử lý ESP32, khối van khí điện từ và bơm/hút chân không.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Kích thước găng tay áp dụng cho người trưởng thành có chiều rộng lòng bàn tay từ 76 mm đến 85 mm.
    • Thiết bị hiện tại chỉ thiết kế và hỗ trợ tập luyện cho bàn tay phải.
    • Thời gian thực hiện: Từ ngày 20/02/2023 đến ngày 02/07/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

1. Cơ sở lý thuyết và y sinh học

  • Giải phẫu học bàn tay: Bàn tay người có cấu trúc phức tạp gồm 27 xương, 29 khớp, 34 cơ cùng hệ thống dây chằng, mạch máu và dây thần kinh. Cấu tạo ngón tay gồm ba khớp: khớp đốt gốc, khớp đốt giữa và khớp đốt ngón.
  • Bệnh lý chỉ định: Thiết bị được thiết kế cho các đối tượng bệnh nhân bị liệt dây thần kinh (sau đột quỵ, chấn thương tủy sống, liệt cơ tay), bệnh thần kinh cơ (tổn thương thần kinh ngoại vi, thần kinh liên sườn), tổn thương dây chằng cổ tay/ngón tay, khô cứng khớp, viêm khớp dạng thấp hoặc co rút cơ sau bỏng.
  • Các phương pháp phục hồi chức năng:
    • Tập vận động thụ động: Gồm các bài tập gấp - duỗi bàn tay, dạng - khép ngón tay, gấp - duỗi từng khớp ngón do thiết bị hoặc kỹ thuật viên hỗ trợ thực hiện.
    • Tập vận động với dụng cụ: Bài tập nắm bóng cao su, ép bóng bằng ngón cái và ngón trỏ, kẹp bóng giữa hai ngón, động tác cắt kéo bằng dây thun và kích thích lăn bóng trong lòng bàn tay.
  • Bộ truyền động đàn hồi Guided Bending Bellows Actuators (GBBA): Bộ truyền động dạng ống xếp đàn hồi uốn cong (Bellows) hoạt động dựa trên sự thay đổi áp suất khí nén bên trong. Khi bơm khí nén, áp suất trong ống cao hơn bên ngoài làm ống dãn dài uốn cong ngón tay vào lòng bàn tay (tư thế nắm). Khi hút khí chân không, áp suất giảm làm ống co lại, kéo các ngón tay duỗi thẳng ra.

2. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực hiện

  • Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống: Phân rã cấu trúc hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối nguồn, khối xử lý, khối hiển thị/giao tiếp, khối động cơ khí nén, khối đóng ngắt van).
  • Phương pháp tính toán và thiết kế điện tử: Tính toán dòng tải, công suất tiêu thụ tổng thể của hệ thống ($P = 6154,5\text{ mW}$), tính toán dung lượng và mạch sạc pin Li-ion, thiết kế mạch phân áp giám sát pin, mạch công tắc điều khiển transistor NPN cho van điện từ và mạch cầu H (IC L298N) điều khiển động cơ DC. Sử dụng phần mềm EasyEDA để thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout mạch in PCB.
  • Phương pháp thiết kế cơ khí 3D: Sử dụng phần mềm SolidWorks để dựng mô hình hộp điều khiển 3D 2 tầng ngăn cách nhiệt/rung giữa khối cơ khí động cơ và khối điện tử, sau đó gia công in 3D bằng vật liệu nhựa PETG.
  • Phương pháp phát triển phần mềm nhúng: Viết chương trình điều khiển thời gian thực trên môi trường Arduino IDE (ngôn ngữ C/C++), xây dựng giao diện cảm ứng SPI trên màn hình TFT ILI9341, tối ưu hóa lưu đồ thuật toán phân luồng điều khiển cho từng ngón tay riêng biệt và toàn bàn tay.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

1. Kiến trúc phần cứng và sơ đồ khối

Hệ thống được tổ chức thành 5 khối chức năng chính:

Khối chức năng Linh kiện/Công nghệ chính Chức năng kỹ thuật
Khối xử lý trung tâm Vi điều khiển ESP32 (38 chân, ARM SoC) Nhận dữ liệu cảm ứng từ màn hình TFT qua SPI, xử lý logic điều khiển, xuất tín hiệu đóng ngắt van khí và điều khiển động cơ bơm/hút.
Khối nguồn 4 cell pin 18650 (2200mAh/cell nối tiếp = 14.8V), LM2596 Cung cấp 3 mức điện áp ổn định: 14V (động cơ), 6V (van điện từ), 5V/3.3V (ESP32, màn hình TFT). Tích hợp mạch sạc 16.8V và mạch phân áp đo dung lượng pin.
Khối động cơ 02 động cơ bơm/hút chân không 12V DC, IC L298N Tạo áp suất nén để co ngón tay và áp suất âm chân không để duỗi ngón tay thông qua mạch cầu H kép.
Khối đóng ngắt 07 Transistor NPN 2N2222A, 07 van điện từ 2 chiều DC 6V Đóng vai trò các khóa điện tử điều tiết luồng khí độc lập đến từng ống dẫn khí của từng ngón tay trên găng.
Khối giao tiếp & hiển thị Màn hình TFT LCD ILI9341 3.2 inch (320x240 pixels) Hiển thị giao diện điều khiển, tiếp nhận thao tác chạm cài đặt chế độ, cấp độ, thời gian và vị trí ngón tập.

2. Thông số kỹ thuật của các thành phần cốt lõi

Thông số động cơ bơm hút chân không:

  • Điện áp định mức: DC 12.0V (hoạt động ở dải 9.5V - 14V).
  • Dòng điện tiêu thụ: $\le 900\text{ mA}$ (dòng tải đo thực tế: $400\text{ mA}$).
  • Áp suất tối đa: $> 525\text{ mmHg}$ ($+70\text{ kPa}$); Áp suất hút tiêu chuẩn: $50\text{ kPa}$.
  • Lưu lượng khí: $> 13,0\text{ L/phút}$; Độ ồn: $< 60\text{ dB}$; Trọng lượng: $0,294\text{ kg}$.

Thông số van điện từ 2 chiều DC 6V:

  • Điện áp hoạt động: DC 6V; Dòng điện: $\le 220\text{ mA}$ (dòng tải thực tế: $140\text{ mA}$).
  • Lưu lượng khí: $5 - 6\text{ L/phút}$; Áp suất âm chân không: $\ge -60\text{ kPa}$ ($-450\text{ mmHg}$).
  • Áp suất chuyển tiếp: $> 100\text{ kPa}$ ($750\text{ mmHg}$); Tuổi thọ đóng ngắt: $> 50.000\text{ lần}$.

Tính toán năng lượng và thời lượng pin:

  • Tổng công suất tiêu thụ của hệ thống: $P = 6154,5\text{ mW}$.
  • Bộ pin: 4 pin 18650 mắc nối tiếp, dung lượng $2200\text{ mAh}$, điện áp danh định $14,8\text{ V}$.
  • Thời gian sạc đầy pin với dòng nạp $1\text{ A}$: $T_i = \frac{2200\text{ mAh}}{1000\text{ mA}} = 2,2\text{ giờ}$.
  • Thời gian sử dụng pin liên tục (với hệ số suy hao $\mu = 0,7$): $$T_o = \frac{2200\text{ mAh} \times 14\text{ V} \times 0,7}{6154,5\text{ mW}} \approx 3,7\text{ giờ}$$

Tính toán mạch đóng ngắt Transistor:

  • Sử dụng transistor 2N2222A có hệ số khuếch đại dòng $\beta = 75$.
  • Dòng kích chân Base $I_b = 1\text{ mA}$ tạo dòng cực góp $I_c = \beta I_b = 75\text{ mA}$. Điện trở hạn dòng chân Base được tính toán: $$R = \frac{V_{input} - V_{be}}{I_b} = \frac{3,3\text{V} - 0,7\text{V}}{1\text{mA}} \approx 2,6\text{ k}\Omega \text{ (chọn điện trở chuẩn } 2,7\text{ k}\Omega\text{)}$$

Thiết kế cơ khí hộp điều khiển:

  • Kích thước hộp: Chiều dài $287\text{ mm} \times$ Chiều rộng $172\text{ mm} \times$ Chiều cao $130\text{ mm}$.
  • Độ dày thành hộp: $4\text{ mm}$, độ dày đáy: $6\text{ mm}$, độ dày nắp: $5\text{ mm}$.
  • Kết cấu gồm khoang chứa pin riêng ($80\text{ mm} \times 120\text{ mm} \times 23\text{ mm}$), vách ngăn giữa khối mạch điện 2 tầng và khối động cơ có giá đỡ chống trượt, nắp hộp gài khớp tích hợp màn hình cảm ứng.

3. Thiết kế phần mềm và lưu đồ giải thuật

Hệ thống phần mềm được tổ chức theo cấu trúc module trên Arduino IDE với các lưu đồ thuật toán chính:

  • Chương trình chính: Khởi tạo các cổng I/O, giao tiếp ngoại vi SPI, màn hình TFT LCD; hiển thị màn hình chờ (Tên đề tài, GVHD, SVTH); chuyển sang menu tập luyện thụ động, đọc trạng thái cấu hình và quét nút bấm cảm ứng (Start/Stop).
  • Chương trình con cấu hình thông số tập:
    • Chọn cấp độ tập: Hỗ trợ 3 cấp độ (Cấp 1, Cấp 2, Cấp 3) điều chỉnh qua 2 nút "+" và "-".
    • Chọn số lần tập: Thiết lập số chu kỳ co/duỗi từ 1 đến 99 lần.
    • Chọn thời gian: Cho phép cài đặt riêng biệt thời gian giữ nắm (co) và thời gian giữ duỗi (tính bằng giây).
    • Chọn chế độ ngón: Lựa chọn tập toàn bộ bàn tay (5 ngón đồng thời) hoặc tập riêng lẻ từng ngón (ngón cái, trỏ, giữa, áp út, út) bằng cách điều khiển đóng ngắt van điện từ tương ứng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong công tác điều trị phục hồi chức năng vận động bàn tay cho bệnh nhân sau tai biến và tai nạn. Tác giả khảo sát các công trình liên quan tại trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM như đề tài điều khiển khung xương trợ lực bằng tín hiệu EEG (Nguyễn Thanh Huy – Lê Ngọc Phú, 2020) và cánh tay giả sử dụng tín hiệu EMG (Nguyễn Trọng Thành – Trần Thiện Thanh, 2021). Từ đó, nhóm xác định mục tiêu thiết kế thiết bị găng tay cơ khí mềm sử dụng khí nén điều khiển bởi ESP32, đồng thời nêu rõ 9 nội dung công việc và các giới hạn thực hiện của đề tài.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Tổng hợp kiến thức giải phẫu học bàn tay người (27 xương, 29 khớp, 34 cơ), phân tích các bệnh lý gây tổn thương chi trên và nguyên lý các bài tập vật lý trị liệu (gấp/duỗi, dạng/khép, tập với bóng cao su). Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ truyền động khí nén uốn cong Guided Bending Bellows Actuators (GBBA). Giới thiệu chi tiết thông số kỹ thuật các linh kiện phần cứng sử dụng: găng tay may sẵn (bề rộng 76-85 mm), động cơ bơm hút chân không 12V, van điện từ 6V, màn hình cảm ứng TFT ILI9341 3.2 inch (chuẩn SPI), vi điều khiển ESP32 38 chân, IC nguồn LM2596, IC cầu H L298N, transistor BJT NPN. Giới thiệu các công cụ phần mềm hỗ trợ gồm Arduino IDE và SolidWorks.

Chương 3. Tính toán và thiết kế

Xây dựng sơ đồ khối tổng thể hệ thống gồm 5 khối chức năng. Trình bày chi tiết tính toán mạch điện cho từng khối: khối xử lý ESP32 (gán chân I/O, chân SPI), khối động cơ (mạch cầu H L298N với nguồn nuôi 14V bù sụt áp để duy trì 12V ổn định), khối đóng ngắt van khí (tính toán điện trở $2,7\text{ k}\Omega$ cho transistor 2N2222A), khối nguồn (tính toán công suất tiêu thụ tổng $6154,5\text{ mW}$, chọn 4 pin cell 18650 $2200\text{ mAh}$, tính thời gian sạc $2,2\text{ giờ}$ và thời gian sử dụng $3,7\text{ giờ}$, mạch phân áp $R_1=10\text{ k}\Omega$, $R_2=1\text{ k}\Omega$). Thiết kế bản vẽ cơ khí 2D và mô hình 3D hộp điều khiển kích thước $287 \times 172 \times 130\text{ mm}$ trên SolidWorks.

Chương 4. Thi công hệ thống

Trình bày kết quả thiết kế mạch in PCB bằng phần mềm EasyEDA, quy trình gia công bo mạch (khoan lỗ, hàn linh kiện, rửa mạch, kiểm tra thông mạch bằng đồng hồ VOM). Thực hiện in 3D vỏ hộp bằng nhựa PETG theo kết cấu 2 tầng. Xây dựng lưu đồ giải thuật chi tiết cho chương trình chính và các chương trình con: lưu đồ chọn cấp độ tập (1-3), lưu đồ chọn số lần tập (1-99 lần), lưu đồ chọn thời gian tập nắm/duỗi, lưu đồ điều khiển van ngón tay và kích hoạt động cơ chạy/dừng. Lập trình giao diện tương tác đồ họa trên màn hình LCD TFT ILI9341.

Chương 5. Kết quả, nhận xét và đánh giá

Trình bày sản phẩm thực tế hoàn chỉnh gồm hộp điều khiển và găng tay gắn ống khí. Đánh giá giao diện màn hình cảm ứng TFT hoạt động mượt mà, phản hồi tốt các nút nhấn điều khiển. Kiểm nghiệm thực tế các chế độ hoạt động: chế độ tập cả bàn tay và chế độ tập từng ngón độc lập. Hệ thống thực hiện chính xác chu kỳ bơm (nắm tay) và hút khí (duỗi tay) theo đúng số lần và thời gian cài đặt. Đưa ra các bảng thống kê đánh giá khả năng đáp ứng của thiết bị so với thông số thiết kế.

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết các kết quả đạt được: hoàn thành mô hình phần cứng, bo mạch PCB hoạt động ổn định, điều khiển khí nén chính xác, giao diện thân thiện. Chỉ ra các hạn chế hiện tại và đề xuất hướng phát triển nhằm tối ưu kích thước hộp, giảm tiếng ồn động cơ và tích hợp thêm các chức năng điều khiển thông minh.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm chính

  • Chế tạo thành công phần cứng: Hoàn thiện mô hình hộp điều khiển ($287 \times 172 \times 130\text{ mm}$) in 3D nhựa PETG tích hợp đầy đủ bo mạch điều khiển trung tâm ESP32, mạch công suất L298N, khối van khí, 2 động cơ bơm/hút và bộ nguồn pin 4S 18650 ($14,8\text{ V} - 2200\text{ mAh}$).
  • Hiệu năng hoạt động của nguồn: Bộ nguồn cung cấp thời gian vận hành liên tục đạt khoảng $3,7\text{ giờ}$ và thời gian sạc đầy đạt $2,2\text{ giờ}$, có chức năng đo điện áp qua mạch chia áp nối vào chân ADC G32 của ESP32.
  • Vận hành hệ thống điều khiển khí nén: Hệ thống điều khiển đóng ngắt chính xác 7 van điện từ và 2 động cơ bơm/hút để tạo ra áp suất khí nén uốn cong bộ truyền động GBBA (lực nắm) và hút chân không giải phóng áp suất (lực duỗi).
  • Giao diện và chế độ luyện tập: Màn hình màu cảm ứng 3.2 inch hiển thị trực quan, cho phép người dùng vận hành ổn định 2 phương pháp tập:
    • Tập cả bàn tay: Đồng bộ 5 ngón co/duỗi.
    • Tập từng ngón riêng biệt: Tùy chọn ngón cái, ngón trỏ, ngón giữa, ngón áp út hoặc ngón út.
    • Cấu hình linh hoạt: Chọn 3 cấp độ tập, số lần tập từ 1 đến 99 lần, tùy chỉnh thời gian co và thời gian duỗi theo nhu cầu trị liệu.

2. Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Chế tạo thành công thiết bị găng tay phục hồi chức năng chi phí thấp sử dụng công nghệ vi điều khiển phổ biến ESP32 kết hợp bộ truyền động mềm GBBA, mở ra giải pháp tự luyện tập vật lý trị liệu tại nhà cho bệnh nhân đột quỵ và chấn thương tay.
  • Làm chủ quy trình thiết kế tích hợp cơ - điện tử - y sinh: từ tính toán mạch điện, lập trình nhúng, thiết kế cơ khí 3D đến gia công PCB và đóng gói sản phẩm hoàn chỉnh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của đề tài (được tác giả nêu rõ trong văn bản)

  • Kích thước hộp điều khiển còn tương đối lớn ($287 \times 172 \times 130\text{ mm}$), chưa đạt mức độ tối ưu nhỏ gọn cho việc mang theo bên người.
  • Thiết bị khi hoạt động phát ra tiếng ồn từ hai động cơ bơm và hút chân không.
  • Găng tay phục hồi chức năng hiện tại mới chỉ hỗ trợ thiết kế cho bàn tay phải của người trưởng thành (kích thước bề rộng lòng bàn tay $76 - 85\text{ mm}$), chưa hỗ trợ tập luyện cho tay trái.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tối ưu hóa lại cấu trúc bên trong và bố trí linh kiện để thu nhỏ kích thước của hộp điều khiển.
  • Nghiên cứu các giải pháp tiêu âm hoặc lựa chọn loại động cơ bơm khí nén có độ ồn thấp hơn để cải thiện trải nghiệm người dùng.
  • Mở rộng thiết kế module găng tay để hỗ trợ linh hoạt cho cả tay trái và các cỡ tay khác nhau.
  • Nghiên cứu tích hợp thêm các cảm biến sinh học (như cảm biến điện cơ EMG hoặc cảm biến lực) để theo dõi tiến trình hồi phục của cơ và khớp ngón tay.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật Y sinh (Điện tử Y sinh), Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa; các nhóm nghiên cứu phát triển thiết bị robot mềm (soft robotics) và thiết bị trợ cụ y tế.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao trong tài liệu:
    • Quy trình tính toán nguồn cấp đa mức điện áp ($5\text{V}, 6\text{V}, 14\text{V}$) và tính toán thời lượng pin cho hệ thống nhúng có tải cảm ứng công suất cao (động cơ, van điện từ).
    • Sơ đồ nguyên lý ghép nối vi điều khiển ESP32 với màn hình TFT cảm ứng qua chuẩn SPI và mạch lái transistor 2N2222A điều khiển van khí nén.
    • Mô hình thiết kế cơ khí 3D phân tầng chống rung và tản nhiệt cho hộp thiết bị y tế trên SolidWorks.
    • Thuật toán phân luồng điều khiển khí nén co/duỗi và giao diện người - máy (HMI) trên nền tảng Arduino IDE.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối xử lý trung tâm của găng tay sử dụng loại vi điều khiển nào và giao tiếp với màn hình cảm ứng bằng chuẩn gì?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 phiên bản 38 chân (nhân ARM SoC, tích hợp Wi-Fi/BLE). ESP32 giao tiếp với màn hình cảm ứng điện trở TFT LCD ILI9341 3.2 inch thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ SPI (gồm các chân MOSI/G23, MISO/G19, SCK/G18, CS/G15, D/C/G2, RST/G4, T_CS/G16).

2. Găng tay tạo lực co và duỗi ngón tay dựa trên nguyên lý cơ học nào?
Găng tay sử dụng bộ truyền động đàn hồi Guided Bending Bellows Actuators (GBBA). Khi động cơ bơm khí vào làm áp suất bên trong ống tăng lên, ống đàn hồi dãn ra và uốn cong, kéo ngón tay gập lại (nắm tay). Ngược lại, khi động cơ hút khí tạo áp suất âm chân không ($\ge -60\text{ kPa}$), ống co ngắn lại giúp ngón tay duỗi thẳng ra.

3. Bộ nguồn của thiết bị được thiết kế như thế nào và thời gian sử dụng liên tục là bao lâu?
Bộ nguồn gồm 4 cell pin Li-ion 18650 ($3,7\text{ V} - 2200\text{ mAh}$) mắc nối tiếp tạo điện áp danh định $14,8\text{ V}$, sạc bằng adapter $16,8\text{ V}$ (thời gian sạc khoảng $2,2\text{ giờ}$). Nguồn pin đi qua các mạch giảm áp LM2596 để cấp các mức $14\text{ V}$ (động cơ), $6\text{ V}$ (van khí), $5\text{ V}$ và $3,3\text{ V}$ (ESP32, TFT). Tổng công suất tiêu thụ là $6154,5\text{ mW}$, cho phép thiết bị hoạt động liên tục trong khoảng $3,7\text{ giờ}$.

4. Thiết bị hỗ trợ những chế độ tập luyện và phạm vi cài đặt thông số nào?
Thiết bị hỗ trợ 2 chế độ: tập toàn bộ bàn tay (5 ngón đồng thời) và tập riêng lẻ từng ngón. Người dùng có thể tùy chỉnh: 3 cấp độ tập (Cấp 1, 2, 3), số lần tập từ 1 đến 99 chu kỳ, cùng thời gian giữ nắm và thời gian giữ duỗi độc lập.

5. Thiết bị có những giới hạn phần cứng nào cần lưu ý?
Hộp điều khiển còn khá lớn ($287 \times 172 \times 130\text{ mm}$), động cơ bơm hút tạo ra tiếng ồn khi hoạt động và găng tay chỉ thiết kế sử dụng cho bàn tay phải của người trưởng thành (chiều rộng lòng bàn tay $76 - 85\text{ mm}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công găng tay phục hồi chức năng" của sinh viên Thái Gia Ân và Nguyễn Tấn Dân đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu chế tạo một thiết bị cơ điện tử y sinh hỗ trợ tập vật lý trị liệu bàn tay. Hệ thống ứng dụng thành công vi điều khiển ESP32, bộ truyền động mềm khí nén GBBA và màn hình cảm ứng TFT SPI để triển khai các bài tập co/duỗi đa dạng cho cả bàn tay hoặc từng ngón riêng biệt. Mặc dù còn một số hạn chế về kích thước hộp, tiếng ồn động cơ và phạm vi áp dụng cho tay phải, công trình đã thể hiện tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp một giải pháp trợ cụ phục hồi chức năng vận động an toàn, trực quan và dễ tiếp cận cho người bệnh.