I. Thiết kế máy tập khuỷu tay tại HCMUTE Tổng quan và Mục tiêu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và chế tạo máy tập khuỷu tay thụ động tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc giải quyết vấn đề phục hồi chức năng khuỷu tay. Nghiên cứu thiết kế máy tập này hướng đến việc cung cấp một giải pháp hỗ trợ điều trị vật lý trị liệu (VLTL) và phục hồi chức năng (PHCN) cho bệnh nhân bị chấn thương khuỷu tay. Thiết kế máy tập khuỷu tay thụ động này nhắm tới mục tiêu tạo ra một thiết bị an toàn, hiệu quả, dễ sử dụng và phù hợp với thể trạng người Việt Nam. Đồ án đề cập đến việc thiết kế sản phẩm bao gồm thiết kế cơ khí, thiết kế mạch điều khiển, và phần mềm điều khiển. Ứng dụng công nghệ trong y tế được thể hiện rõ nét qua việc tích hợp các thành phần điện tử và cơ khí để tạo ra một thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Chấn thương khuỷu tay rất phổ biến. Phục hồi chức năng khuỷu tay cần thiết sau điều trị. Máy tập khuỷu tay hiện tại chưa phù hợp với người Việt Nam về kích thước và hình dáng. Máy tập khuỷu tay thụ động giải quyết vấn đề này. Đồ án hướng tới việc tạo ra sản phẩm phù hợp với điều kiện Việt Nam, giảm bớt bất tiện cho người bệnh. Thiết kế máy tập vật lý trị liệu khuỷu tay cần đáp ứng các yêu cầu: cài đặt thông số bài tập (tốc độ, góc quay, chu kỳ); hoạt động tuần hoàn; đảm bảo an toàn; hiển thị góc quay; nút dừng khẩn cấp. Dụng cụ tập luyện khuỷu tay này cần thiết để nâng cao hiệu quả điều trị.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo máy tập khuỷu tay thụ động. Bao gồm: tính toán và thiết kế máy tập; gia công chế tạo mô hình; thiết kế bộ điều khiển; và xây dựng phần mềm điều khiển. Đồ án chỉ tập trung vào điều khiển vòng hở, chưa tích hợp phản hồi lực và cơn đau. Thiết kế thiết bị y tế HCMUTE này hướng đến việc tạo ra một nguyên mẫu hoạt động. Sinh viên HCMUTE đã thực hiện nghiên cứu này. Đề tài tốt nghiệp HCMUTE này đóng góp vào lĩnh vực vật lý trị liệu. Thiết kế máy móc tự động được ứng dụng trong đồ án. Quá trình thiết kế được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo. Bản vẽ kỹ thuật máy tập sẽ được cung cấp.
II. Cơ sở lý thuyết và phân tích thiết kế
Phần này tập trung vào cơ sở lý thuyết về khớp khuỷu tay, các loại chấn thương và phương pháp điều trị. Vật lý trị liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình phục hồi. Phục hồi chức năng khuỷu tay đòi hỏi các bài tập phù hợp. Máy tập khuỷu tay thể dục cần đáp ứng các yêu cầu về sinh học và cơ học. Thiết kế máy tập phục hồi chức năng cần xem xét các yếu tố về an toàn và hiệu quả. Mục tiêu thiết kế là tạo ra thiết bị hỗ trợ quá trình phục hồi chức năng khuỷu tay. Chế độ luyện tập được đề cập trong phần này. Bệnh nhân sẽ được hưởng lợi từ việc sử dụng thiết bị này.
2.1 Cấu tạo và chức năng khớp khuỷu tay
Khớp khuỷu tay có cấu trúc phức tạp, bao gồm xương, dây chằng, cơ và dây thần kinh. Chức năng chính là gập, duỗi và xoay cẳng tay. Khuỷu tay dễ bị tổn thương do hoạt động thường ngày và thể thao. Các loại chấn thương khuỷu tay được phân tích, bao gồm viêm gân, bong gân, gãy xương, trật khớp. Chấn thương dây chằng và chấn thương dây thần kinh là những trường hợp nghiêm trọng cần can thiệp phẫu thuật. VLTL và PHCN là phương pháp điều trị chủ yếu. Momen xoắn và góc quay là các thông số quan trọng trong thiết kế máy tập. Hiểu rõ về sinh lý khớp khuỷu tay giúp thiết kế máy tập hiệu quả hơn.
2.2 Lựa chọn giải pháp truyền động và thiết kế cơ khí
Đồ án trình bày quá trình lựa chọn giải pháp truyền động cho máy tập. Phân tích yêu cầu kỹ thuật được thực hiện cẩn thận. Tính toán momen xoắn động cơ và thiết kế bánh răng là những bước quan trọng. Thiết kế trục và lựa chọn ổ lăn đảm bảo độ bền và khả năng hoạt động ổn định. Vật liệu được lựa chọn sao cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và chi phí. Mô hình 3D máy tập được xây dựng để kiểm tra thiết kế. Bản vẽ kỹ thuật cung cấp thông tin chi tiết cho quá trình chế tạo. Thiết kế cấu trúc đảm bảo an toàn khi sử dụng máy tập. Kích thước máy tập phù hợp với người dùng Việt Nam.
III. Thiết kế điều khiển và kết quả thực nghiệm
Phần này trình bày về thiết kế mạch điều khiển và giải thuật điều khiển. Vi điều khiển được lựa chọn để điều khiển hệ thống. Phần mềm thiết kế máy móc được sử dụng để lập trình. Kết quả thực nghiệm chứng minh hiệu quả của thiết kế. Ứng dụng điện thoại có thể được tích hợp. Màn hình hiển thị cung cấp thông tin cho người dùng. So sánh các loại máy tập khuỷu tay khác nhau có thể được thực hiện.
3.1 Thiết kế mạch điều khiển
Sơ đồ khối hệ thống được thiết kế rõ ràng. Lựa chọn vi điều khiển phù hợp. Các module như encoder, driver, màn hình cảm ứng được lựa chọn và kết nối. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Mạch điện được thiết kế để đảm bảo an toàn. An toàn khi sử dụng máy tập được ưu tiên hàng đầu. Giải thuật điều khiển được lập trình trên vi điều khiển. Kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống là bước quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định.
3.2 Kết quả và đánh giá
Kết quả thực nghiệm được trình bày chi tiết. Đánh giá sơ bộ các chức năng của máy tập. Hiệu quả của việc điều khiển được kiểm chứng. Ưu điểm và nhược điểm của thiết kế được phân tích. Đề xuất cải tiến cho các phiên bản tiếp theo. Giá thành sản phẩm được xem xét. Ứng dụng thực tiễn của máy tập được đề cập. Lợi ích của máy tập khuỷu tay thụ động được nhấn mạnh.
