Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển trượt cho thiết bị tập phục hồi chức năng khớp gối sử dụng khí nén

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu đáp ứng của cơ cấu tập phục hồi khớp gối sử dụng bộ điều khiển Trượt. Phương trình động học của cơ cấu và hàm truyền của hệ được thiết lập. Các tham số được tính toán và lựa chọn để mô phỏng đáp ứng của hệ bằng phần mềm Matlab.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển trượt cho thiết bị tập phục hồi chức năng khớp gối sử dụng khí nén HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển trượt cho thiết bị tập phục hồi chức năng khớp gối sử dụng khí nén Researching, designing the tracking system for gun model using image processing technology Đào Minh Đức1,*, Phạm Đăng Phước1, Trần Xuân Tùy2 1 Trường Đại họcPhạm Văn Đồng 2 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng *Email: dmduc@pdu.edu.vn Mobile: 0905423314 Tóm tắt Từ khóa: Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu đáp ứng Điều khiển Trượt; Khí nén; Khớp của cơ cấu tập phục hồi khớp gối sử dụng bộ điều khiển Trượt. gối; Matlab; Phục hồi chức năng Phương trình động học của cơ cấu và hàm truyền của hệ được thiết lập. Các tham số được tính toán và lựa chọn để mô phỏng đáp ứng của hệ bằng phần mềm Matlab. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển Trượt có thời gian đáp ứng nhanh ( HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 1. GIỚI THIỆU Trên thế giới, trung bình mỗi 40 giây lại có một cơn đột quỵ não xảy ra và mỗi phút lại có 4 người chết vì tai biến mạch máu não. Đây là nguyên nhân gây tử vong và khuyết tật hàng đầu tại Việt Nam nói riêng và trên toàn cầu nói chung.[1] Theo thống kê, có khoảng 90% người bị liệt vận động (liệt nửa người, liệt tay chân, liệt mặt) sau tai biến mạch máu não. Di chứng này gây khó khăn cho bệnh nhân trong sinh hoạt hàng ngày. Đồng thời khi phải nằm lâu một chỗ, bệnh nhân thường gặp biến chứng nguy hiểm như: lở loét da, viêm đường tiết niệu, viêm phổi, viêm đường hô hấp… dễ gây nhiễm trùng, thậm chí tử vong. Bệnh nhân cần phải phục hồi vận động sau tai biến mạch máu não nếu không sẽ phải phụ thuộc gần hoàn toàn vào sự chăm sóc, giúp đỡ của người khác. Sau khi trải qua cơn tai biến, chất lượng cuộc sống của bệnh nhân bị giảm sút trầm trọng. Vì vậy bệnh nhân và người nhà cần có biện pháp phục hồi chức năng phù hợp cho bệnh nhân sau đột quỵ. Biến chứng thường gặp nhất của bệnh nhân sau tai biến là yếu vận động hoặc liệt nửa người. Sau khoảng 6 tháng bị liệt nửa người, bệnh nhân thường không thể tự làm các hoạt động bình thường, phần lớn phải nhờ đến sự chăm sóc của người thân. Việc tập luyện phục hồi chức năng có nhiều phương pháp để điều trị tuy nhiên đối với các bệnh nhân gặp khó khăn về vận động thì chủ yếu tập luyện bằng phương pháp vật lý trị liệu hoặc thông qua thiết bị tập thụ động. Việc điều trị cho bệnh nhân tập phục hồi chức năng ở nước ta vẫn còn ít thiết bị tự động nào hỗ trợ cho việc điều trị, các thiết bị phục vụ cho điều trị thuần túy cơ khí. Bệnh nhân được điều trị theo hướng dẫn của bác sĩ và có các y tá hỗ trợ điều trị. Vì vậy hiệu quả trong điều trị chưa cao thời gian điều trị kéo dài. Ở nước ngoài cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu phục vụ cho việc điều trị bệnh nhân và cũng đã đạt được những thành tựu nhất định. Các máy quan trọng nhất được sử dụng trong nhiều trung tâm y tế phục hồi chức năng và phục hồi chức năng là LOKOMAT [2], ALEX [3] và LOPES [4], tuy nhiên các thiết bị nước ngoài khá cồng kềnh và giá cả cao. Ngày nay, khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống xã hội. Ưu điểm chính của khí nén: Ưu điểm chính của khí nén là công suất lớn, chi phí thấp và khả năng ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt. Những lợi thế này có thể làm cho thiết bị truyền động cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng của kỹ thuật phục hồi chức năng cho những người bị bệnh thần kinh cơ hoặc rối loạn cơ xương. Việc sử dụng khí nén để điều khiển thiết bị tập phục hồi chức năng chi dưới cũng đã được nghiên cứu. [5-6] các tác giả sử dụng khí nén để điều khiển các thiết bị truyền động và cho kết quả rất triển vọng. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Mô hình nghiên cứu Trong bài báo này, chúng tôi đã nghiên cứu động lực khớp gối trong các bài tập gấp và duỗi. Để thực hiện các bài tập gấp và duỗi, nhóm cơ Quadriceps tạo ra sự co và duỗi của khớp gối. Mô hình được thể hiện trong hình 1[7]. Từ mô hình vận động khớp gối, xây dựng mô hình dẫn động cho thiết bị tập vận động khớp gối. Chúng tôi sử dụng xylanh khí nén dẫn động cơ cấu cho khớp gối thực hiện các bài tập gấp và duỗi. Để thực hiện các bài tập gấp và duỗi, xylanh sẽ được điều khiển bằng van tỷ lệ bằng điện áp. Độ mở của van tỷ lệ sẽ cấp lưu lượng khí cần thiết để dẫn động cơ cấu thực hiện các động tác gấp và duỗi. HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình 1. Mô hình vận động khớp gối Hình 2. Mô hình dẫn động của thiết bị 2.2. Thiết lập phương trình động lực học cho thiết bị Hình 3. Mô hình động lực học của thiết bị Tính động năng và thế năng của cơ cấu: = . . = . ; =− . . Hàm Lagrange: = − = . + . . HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Tính các giá trị: ̇ = . ̇; ̇ = . ̈; =− Phương trình động lực học của thiết bị: ̇ − = . ̈+ ...