Đồ án thiết kế và chế tạo thiết bị phục hồi cơ vai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI

GVHD: TS. DƯƠNG THẾ PHONG
SVTH: LÊ KIM BẢO
TRƯƠNG TRẦN NGUYÊN KHÔI
BÙI VŨ LONG

SKL011 509

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
***********

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC
HỒI CƠ VAI”
GVHD:

ThS. DƯƠNG THẾ PHONG

SVTH:

LÊ KIM BẢO

19146155

TRƯƠNG TRẦN NGUYÊN KHƠI

19146201

BÙI VŨ LONG

19146205

Lớp:

19146CL5B

Khóa:

2019-2023

TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2023


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II/ năm học 2022-2023
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Dương Thế Phong
Sinh viên thực hiện: Lê Kim Bảo

MSSV: 19146155

Hệ đào tạo: CLV

Trương Trần Nguyên Khôi

MSSV: 19146201

Hệ đào tạo: CLV

Bùi Vũ Long

MSSV:

Hệ đào tạo: CLV

19146205

1. Mã số đề tài: 22223DT108
– Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Những người bị hậu tai biến mạch máu não cần luyện tập để phục hồi cơ vai.
3. Nội dung chính của đồ án:
Trong đề tài này, nhóm sẽ nghiên cứu, tính toán cũng như thiết kế thiết bị hỗ trợ phục hồi cơ
vai dành cho những người bị hậu tai biến mạch máu não khó khăn trong việc di chuyển cơ

vai. Ngồi ra, nhóm cịn thiết kế thêm các trị chơi cho người dùng.
4. Các sản phẩm dự kiến
Mơ hình thiết bi hoàn thành
Bản vẽ thiết kế
Bảng báo cáo
Video thuyết minh
5. Ngày giao đồ án: 11/8/2023
6. Ngày nộp đồ án: 11/8/2023
Bản báo cáo:

Tiếng Anh



Tiếng Việt



Trình bày bảo vệ:

Tiếng Anh



Tiếng Việt



7. Ngơn ngữ trình bày:
TRƯỞNG KHOA

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG
DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

i


LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo thiết bị phục hồi cơ vai.
GVHD: Ths. Dương Thế Phong

-

Họ tên sinh viên: Lê Kim Bảo
MSSV: 19146155

-

Số điện thoại: 0792048127

-

Họ tên sinh viên: Trương Trần Nguyên Khôi
MSSV: 19146201
Lớp: 19146CL5B
Số điện thoại: 0528067860
Họ tên sinh viên: Bùi Vũ Long

-

MSSV: 19146205
Số điện thoại:0327884751

-

Ngày nộp KLTN:
Lời cam kết: “ Nhóm xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do
chính nhóm nghiên cứu và thực hiện. Nhóm khơng sao chép từ bất kì một bài viết nào
đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì một sự vi phạm nào,
nhóm sẽ chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Sinh viên kí tên

Lớp: 19146CL5B

Lớp: 19146CL5B

Sinh viên kí tên

ii

Sinh viên kí tên


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm học tập và làm đồ án, nhóm ln được sự quan tâm, hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cơ trong Khoa Cơ Khí Máy cùng với các bạn bè cùng
trang lứa.
Lời đầu tiên nhóm xin bày tỏ lịng sâu sắc đến thầy ThS. Dương Thế Phong đã trực
tiếp giúp đỡ và hỗ trợ nhóm rất nhiều trong q trình hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp này.
Ngồi ra, thầy cịn giải đáp thắc mắc và trao đổi cũng như chia sẻ những kinh nghiệm hữu ích
để nhóm có thể hồn thiện tốt đề tài luận văn tốt nghiệp lần này.
Nhóm cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với Ban giám hiệu Trường Đại
học Sư Phạm Kĩ Thuật, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, gia đình, người thân, bạn
bè cũng như những người đã giúp đỡ nhóm trong q trình hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp
này.
Sau cùng, nhóm xin kính chúc q thầy cơ ln dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục
thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thể hệ mai sau.
Nhóm xin trân trọng cảm ơn!
Sinh viên kí tên

Sinh viên kí tên

iii

Sinh viên kí tên


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CƠ VAI
Hiện nay, theo ước tính, Việt Nam có khoảng 486.000 người cịn sống sau đột quỵ. Tuy

may mắn sống sót nhưng những di chứng mà đột quỵ gây ra khiến cho rất nhiều bệnh nhân
không thể sinh hoạt như người bình thường. Tiêu biểu trong số đó chính là di chứng liệt vận
động cơ thể. Số người bị liệt vận động chiếm khoảng 20-25% trong số 486.000 sống sót. Hiện
tượng liệt vận động này xảy ra chủ yếu ở các vùng có khớp trên cơ thể như vai, chân, cổ,…
Theo nghiên cứu, vùng vai là vùng dễ xảy ra hiện tượng liệt vận động này nhất khi tỉ lệ bệnh
nhân bị ở vùng này chiếm 29-75%. May mắn thay là hiện nay, việc hồi phục là hoàn tồn có
thể tuy nhiên việc này sẽ tốn rất nhiều thời gian, chi phí và nguồn nhân lực để giúp đỡ cũng
như hỗ trợ. Để giải quyết những vấn đề được nêu trên, nhóm đã chọn đề tài “ Thiết kế và chế
tạo thiết bị phục hồi cơ vai”.
Theo nghiên cứu của y tế, cách để lấy lại khả năng vận động của cơ vai là tập những bài
tập di chuyển vai mang tính chất lặp đi lặp lại. Dựa vào cơ sở đó cũng như những máy móc
hiện đã có trên thị trường, nhóm đã thiết kế máy với không gian phù hợp cho việc di chuyển
của cánh tay giúp đảm bảo cho quá trình luyện tập. Cơ cấu máy của nhóm bao gồm một tay
cầm cho bệnh nhân nắm được gắn vào giá đỡ. Người dùng có thể nắm và di chuyển tay cầm
theo hai trục X và Y. Ngồi ra, thiết bị cịn có trang bị thêm một màn hình 7inch, tích hợp các
bài tập và một số trị chơi giúp người bệnh có thể quan sát trực tiếp quá trình luyện tập.

iv


ABSTRACT
DESIGN AND MANUFACTURE OF SHOULDER MUSCLE RECOVERY
EQUIPMENT
At the present time, it is estimated that there are about 486,000 people are still alive after
suffering a stroke in VietNam. Despite the fact that these people are lucky survivors, the
consequences of the stroke make a lot of patients unable to live as normal people. Typical
among them is the paralysis of body movements. People with motor paralysis account for
about 20-25% of the 486,000 survivors. This phenomenon of motor paralysis occurs mainly
in areas with joints on the body such as shoulders, legs, neck, etc. According to research, the
shoulder area is the most prone to this phenomenon of motor paralysis when the proportion

of patients with in this region occupy 29-75%. Fortunately, recovery is completely possible,
but it may takes a lot of time, money and human resources. To solve the above problems, our
team chose the topic "Design and manufacture of shoulder muscle recovery equipment".
According to medical research, the best way to regain shoulder mobility is to do
repetitive shoulder movement exercises. Based on that basis as well as existing machines, our
team designed the machine with the right space for arm movement to help ensure the training
process. The apparatus consists of a patient handle that is attached to the stand. Users can
grasp and move the handle in two X and Y axes. In addition, the device is also equipped with
a 7-inch screen, integrating exercises and some games to help patients observe directly the
traing process.
Sinh viên kí tên

Sinh viên kí tên

v

Sinh viên kí tên


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................................................... i
LỜI CAM KẾT ...................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................................ iv
ABSTRACT ............................................................................................................................ v
MỤC LỤC.............................................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................................... ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. xiv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ................................................................................................... 1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ......................................................................................... 2
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước .............................................................. 2
1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ....................................................................................... 2
1.5. Giới hạn đề tài ............................................................................................................. 2
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp...................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI ................................................. 4
2.1. Yêu cầu thiết kế, tổng quan về dự án ....................................................................... 4
2.2. Lý thuyết về giải phẫu vùng vai ................................................................................ 4
2.3. Chuyển động cơ bản và chức năng của vùng vai ..................................................... 8
2.4. Bệnh tai biến và khả năng phục hồi sau tai biến ................................................... 10
2.5. Phục hồi chức năng (PHCN) các cơ ở vai sau tai biến .......................................... 12
2.6. Các giai đoạn phục hồi Brunnstrom sau đột quỵ .................................................. 16
2.7. Áp dụng máy vào quá trình tập luyện hồi phục cơ vai ......................................... 19
vi


2.8. Kết luận...................................................................................................................... 23
2.9. Thông số bệnh nhân bị liệt cơ vai............................................................................ 23
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.............................................................................. 24
3.1. Thiết kế phần cứng cơ khí........................................................................................ 24
3.2. Thiết kế mạch điều khiển ......................................................................................... 38
3.3. Thuật toán và phần mềm ......................................................................................... 50
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ......................................................................... 74
4.1. Thi công phần cứng .................................................................................................. 74
4.2. Xây dựng giao diện tương tác .................................................................................. 77
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ..................................................... 80
5.1. Kết quả ....................................................................................................................... 80
5.2. Nhận xét và kết luận ................................................................................................. 89
5.3. Hướng dẫn sử dụng .................................................................................................. 93

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 95
6.1. Kết luận...................................................................................................................... 95
6.2. Hướng phát triển....................................................................................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 96
BẢN VẼ CƠ KHÍ................................................................................................................. 98
BẢN VẼ ĐIỆN.................................................................................................................... 122

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Chức năng chính của cơ vai trong cơ Delta ......................................................... 10
Bảng 2.2. Thông số bệnh nhân bị liệt cơ vai ......................................................................... 23
Bảng 3.1. Thông số của động cơ STEP NEMA17 SIZE 42 x 40 mm ..................................... 37
Bảng 3.2. Thông số của Aruino Mega 2560 .......................................................................... 40
Bảng 3.3. Bảng liệt kê linh kiện đã sử dụng .......................................................................... 47
Bảng 3.4. Bảng chế độ điều khiển Step Motor của A4988 .................................................... 49
Bảng 4.1. Các linh kiện sử dụng trong mạch PCB ................................................................ 76
Bảng 5.1. Thống kê lịch sử luyện tập ..................................................................................... 89
Bảng 5.2. Bảng số lần thực nghiệm thành công của khởi chạy giao diện và về điểm gốc .... 90
Bảng 5.3. Bảng độ chênh lệch giữa số bước động cơ tính được và thực tế của X và Y ........ 91
Bảng 5.4 Bảng độ chênh lệch giữa số xung encoder tính được và thực tế đo được của X và Y
................................................................................................................................................ 92
Bảng 5.5. Bảng giới hạn tốc độ động cơ của thiết bị ............................................................ 93

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Tổng quan tỉ lệ đột biến ở Việt Nam ....................................................................... 1

Hình 2.1. Cấu tạo vùng vai[2] .................................................................................................. 5
Hình 2.2. Cấu tạo vùng cơ vai ................................................................................................. 5
Hình 2.3. Cơ trên gai ................................................................................................................ 6
Hình 2.4. Cơ dưới gai .............................................................................................................. 6
Hình 2.5. Cơ trịn bé................................................................................................................. 7
Hình 2.6. Cơ vai dưới .............................................................................................................. 7
Hình 2.7. Cơ trịn lớn ............................................................................................................... 8
Hình 2.8. Các chuyển động cơ bản của vai.............................................................................. 9
Hình 2.9. Cơ Delta ................................................................................................................... 9
Hình 2.10. Bệnh nhân sau tai biến bị suy giảm chức năng ở vai[6] ...................................... 11
Hình 2.11. Tập vận động thụ động ........................................................................................ 13
Hình 2.12. Tập vận động có sự trợ giúp ................................................................................ 14
Hình 2.13. Tập vận động chủ động ........................................................................................ 15
Hình 2.14. Tập vận động có trở kháng .................................................................................. 16
Hình 2.15. Tư thế ngồi đặt tay sau lưng ................................................................................ 20
Hình 2.16. Nâng tay ............................................................................................................... 20
Hình 2.17. Gập khuỷa tay ...................................................................................................... 20
Hình 2.18. Tập xoay ngồi ..................................................................................................... 21
Hình 2.19. Ý tưởng thiết kế[17] ............................................................................................. 23
Hình 3.1. Phương án truyền động kiểu Cartesian. ................................................................. 25
Hình 3.2. Phương án truyền động Delta ................................................................................ 25
Hình 3.3. Phương án truyền động kiểu Polar......................................................................... 26
ix


Hình 3.4. Động cơ DC Servo ................................................................................................. 26
Hình 3.5. Động cơ AC Servo ................................................................................................. 27
Hình 3.6. Động cơ Step .......................................................................................................... 27
Hình 3.7.Dây đai GT2 Timing Belt – 2mm Pitch – 6mm Wide. ........................................... 28
Hình 3.8. Thanh trượt vng ................................................................................................. 29

Hình 3.9. Truyền động core XY ............................................................................................ 30
Hình 3.10. Nhơm định hình .................................................................................................. 30
Hình 3.11. Hợp kim nhơm 6061 ............................................................................................ 31
Hình 3.12. Nhựa PLA ............................................................................................................ 31
Hình 3.13. Nhựa ABS ............................................................................................................ 32
Hình 3.14. Nhựa Peek ............................................................................................................ 32
Hình 3.15. Phân tích lực tác dụng trên thanh x...................................................................... 33
Hình 3.16. Ứng suất trên thanh x ........................................................................................... 33
Hình 3.17. Biễu đồ nội lực ..................................................................................................... 34
Hình 3.18. Đường trung hồ .................................................................................................. 34
Hình 3.19. Ứng suất lên trục Y ............................................................................................. 35
Hình 3.20. Biểu đồ nội lực ..................................................................................................... 36
Hình 3.21. Đường trung hịa .................................................................................................. 36
Hình 3.22.Động cơ STEP NEMA17 SIZE 42 x 40 mm ........................................................ 37
Hình 3.23. Phân tích lực tác dụng lên thanh y ....................................................................... 38
Hình 3.24. Arduino Mega 2560 ............................................................................................. 39
Hình 3.25. Sơ đồ linh kiện của Arduino Mega 2560 ............................................................. 40
Hình 3.26. LPD3806-400BM Rotary Encoder 400 Xung NPN ............................................ 41
Hình 3.27. Thơng số kích thước Encoder .............................................................................. 42
Hình 3.28. Mạch điều khiển động cơ bước A4988 ................................................................ 42
x


Hình 3.29. Jetson Nano .......................................................................................................... 43
Hình 3.30. Màn hình LCD 7INCH ........................................................................................ 44
Hình 3.31. Sơ đồ khối ............................................................................................................ 44
Hình 3.32. Sơ đồ kết nối giữa A4988 và động cơ bước ........................................................ 46
Hình 3.33. Kết nối giữa màn LCD và Jetson Nano ............................................................... 47
Hình 3.34. Driver A4988 và vị trí biến trở ............................................................................ 49
Hình 3.35. Sơ đồ ngun lí của tồn mạch ............................................................................ 50

Hình 3.36. Vẽ đường thẳng trong đồ hoạ máy tính bằng Bresenham ................................... 51
Hình 3.37. So sánh điểm thực y và 2 đầu điểm 𝑦𝑖 + 1 và 𝑦𝑖 ............................................... 52
Hình 3.38. Tính tốn các điểm cần vẽ để đi từ (1;1) đến (8;5) và vẽ .................................... 54
Hình 3.39. So sánh điểm thực y và 2 đầu điểm 𝑦𝑖 − 1 và 𝑦𝑖 ............................................... 54
Hình 3.40. Đường trịn chia đều 8 phần và lấy đối xứng các điểm từ (A) ............................ 55
Hình 3.41. Tính tốn các điểm trên 1/8 đường tròn đầu tiên (A) và vẽ đường tròn .............. 56
Hình 3.42. Suy ra các điểm vẽ trên 7 phần cịn lại từ (A) ..................................................... 57
Hình 3.43. Lưu đồ giải thuật chương trình ............................................................................ 58
Hình 3.44. Luu đồ giải thuật chương trình con ‘So sánh dữ liệu’ ......................................... 59
Hình 3.45. Lưu đồ chạy về gốc .............................................................................................. 60
Hình 3.46. Lưu đồ điều khiển động cơ bước ......................................................................... 61
Hình 3.47. Lưu đồ điều khiển đường thẳng ........................................................................... 62
Hình 3.48. Lưu đồ vẽ đường thẳng ........................................................................................ 63
Hình 3.49. Lưu đồ vẽ xiên ..................................................................................................... 64
Hình 3.50. Lưu đồ vẽ đường trịn .......................................................................................... 66
Hình 3.51. Lưu đồ vẽ đường trịn .......................................................................................... 67
Hình 3.52. Lưu đồ giao diện chính ........................................................................................ 69
Hình 3.53. Lưu đồ Choose game ........................................................................................... 70
xi


Hình 3.54. Lưu đồ trị chơi Pet Game .................................................................................... 71
Hình 3.55. Lưu đồ khởi chạy Pet Game ................................................................................ 72
Hình 3.56. Lưu đồ lưu trữ Pet Game ..................................................................................... 73
Hình 3.57. Lưu đồ Result Statistics ....................................................................................... 73
Hình 4.1.Lắp ráp phần giá đỡ tay người luyện tập: (a) Hình trên thiết kế 3D, (b) Hình thực tế.
................................................................................................................................................ 74
Hình 4.2. Lắp ráp trục X ........................................................................................................ 75
Hình 4.3. Lắp ráp trục Y ........................................................................................................ 75
Hình 4.4. Bố trí các thiết bị trong tủ điện .............................................................................. 76

Hình 4.5. Bo mạch PCB ......................................................................................................... 77
Hình 4.6. Mặt trên của board mạch điều khiển thiết bị ......................................................... 77
Hình 4.7. Quá trình thiết kế giao diện.................................................................................... 78
Hình 4.8. Phác thảo 2D trên Adobe Ilustrator ....................................................................... 78
Hình 4.9. Xây dựng giao diện trên QTDesign ....................................................................... 79
Hình 4.10. Lập trình chức năng hướng đối tượng ................................................................. 79
Hình 5.1. Mơ hình thiết bị hồn chỉnh ................................................................................... 80
Hình 5.2. Cấu trúc hộp điện ................................................................................................... 80
Hình 5.3. Giao diện màn hình bắt đầu ................................................................................... 81
Hình 5.4. Giao diện màn hình chọn chức năng ..................................................................... 81
Hình 5.5. Giao diện chức năng Play ...................................................................................... 82
Hình 5.6. Giao diện ban đầu của game My Pet khi chưa luyện tập....................................... 82
Hình 5.7. Giao diện của game My Pet khi bắt đầu luyện tập ................................................ 83
Hình 5.8. Giao diện hướng dẫn game .................................................................................... 83
Hình 5.9. Giao diện ban đầu của game Bakery khi chưa luyện tập ....................................... 84
Hình 5.10. Giao diện ban đầu của game My Pet khi bắt đầu luyện tập ................................. 84
xii


Hình 5.11. Giao diện game Pacman ...................................................................................... 85
Hình 5.12. Giao diện chức năng Result Statistics.................................................................. 85
Hình 5.13. Bài tập Point – to – point trong tài liệu Neofect .................................................. 86
Hình 5.14. Phương pháp đánh giá My Pet Game .................................................................. 86
Hình 5.15. Bài tập Circle Drawing trong tài liệu Neofect ..................................................... 87
Hình 5.16. Phương pháo đánh giá cho Bakery Game............................................................ 88
Hình 5.17. Cách ngồi tập ....................................................................................................... 94

xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Ý nghĩa

WHO

World Health Organization

HCM

Hồ Chí Minh

DC

Direct Current

AC

Alternalting Current

PWM

Pulse Width Modulation

PID

Proportional Integral Derivative

I/O

Input/Output

UART

Universal Asynchronous Receiver Transmitter

RTC

Real Time Clock

ICSP

In Circuit Serial Programming

USB

Universal Serial Bus

PC

Personal Computer

USART

Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and
Transmitter

CNC

Computer Numerical Control

GFLOPS

Giga Floating Point Operations Per Second

AI

Artificial Intelligence

CPU

Central Processing Unit

BSD

Berkeley Software Distribution

CUDA

Compute Unified Device Architecture

DNN

Deep Neural Network

LCD

Liquid-Crystal Display

HDMI

High-Definition Multimedia Interface

xiv


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Tai biến mạch máu não (đột quỵ) là bệnh lý mạch máu não nguy hiểm nhất, xảy ra đột
ngột, gây tử vong cao hoặc để lại di chứng nặng nề. Tổ chức y tế thế giới WHO báo cáo, hàng
năm trên thế giới có hơn 15 triệu người bị đột quỵ và tim mạch bệnh, trong đó 85% bệnh nhân
đột quỵ bị suy cấp tính cánh tay, và 40% nạn nhân bị suy mãn tính hoặc bị tàn tật vĩnh viễn.
Theo Sở y tế thành phố HCM, tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 200,000 người bị đột quỵ,
khoảng 50% số đó tử vong, 45% số người sống sót bị liệt vận động. Hiện Việt Nam có khoảng
486.000 người cịn sống sau đột quỵ, tuy nhiên chỉ có: 25-30% tự đi lại được 20-25% đi lại
khó khăn, bị liệt vận động, cần sự hỗ trợ 15-25% phụ thuộc hoàn toàn vào người khác. Điều
này dẫn đến gánh nặng cho gia đình, cộng đồng và cả đất nước[1].

Hình 1.1. Tổng quan tỉ lệ đột biến ở Việt Nam
Với sự tiến bộ của y khoa hiện tại thì người bị chết do mắc bệnh đã giảm rất nhiều so
với trước đây. Tuy nhiên di chứng vẫn còn và để lại rất nhiều hệ lụy cho người mắc bệnh
đặc biệt là ở vùng vai. Vùng vai có một sự liên kết với cánh tay là một bộ phận vô cùng
quan trọng của mỗi người, nó giúp chúng ta có thể nâng, kéo vật, cầm nắm mọi thứ, cánh
tay hỗ trợ chúng ta trong mọi việc nên việc phục hồi chức năng cánh tay cho người bị liệt
sau tai biến mạch máu não là một việc làm vơ cùng cấp thiết giúp họ có thể vận động được
những hoạt động hằng ngày như bình thường. Việc ứng dụng khoa học kĩ thuật để mơ hình
hóa các bài tập vận động trị liệu, phục hồi chức năng cho bệnh nhân ở giai đoạn tập vận
động có thể giúp đẩy nhanh tiến độ phục hồi, giảm chi phí điều trị tại trung tâm và khơng
cần nhiều sự hỗ trợ của bác sĩ là điều vô cùng cần thiết.

1


1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Thiết kế và chế tạo một loại thiết bị giúp các bệnh nhân bị liệt ở vùng vai phục hồi một
cách nhanh chóng mà khơng cần q nhiều sự giúp đỡ từ bên ngồi. Tạo thêm các bài tập
và trò chơi để tăng sự hứng thú cũng như vui vẻ trong quá trình luyện tập của bệnh nhân.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Trong nước:
Hiện nay trong nước đã có nhiều thiết bị hỗ trợ phục hồi cơ vai nhưng do hạn chế về cơng
nghệ nên đa số cịn thơ sơ và giá thành cịn khá đắt, điển hình như thiết bị Artromot S3 được
nhập khẩu từ Đức. Đồng thời các thiết bị chỉ tập trung chính vào vấn đề làm sao để phục hồi
nhanh chóng nhưng khơng q chú trọng kết hợp vừa tập vừa giải trí cho người dùng khi tập
nên tương đối gây nhàm chán cho người tập, cồng kềnh và chiếm nhiều diện tích.
Ngồi nước:
Neofect là một doanh nghiệp điển hình nghiên cứu về các thiết bị chuyên về y tế phục vụ
cho các bệnh nhân hoặc những người bị tàn tật. Điển hình nhất là thiết bị phục hồi cơ vai
Neofect Smart Board. Với kết cấu tinh gọn, đầy tính thẩm mỹ cũng như thiết kế các mini
games trong quá trình tập để tránh người dùng bị nhàm chán, chính những yếu tố này là mục
tiêu nhóm đang muốn hướng tới và hiện thực hóa.
1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Giúp ích và góp phần hỗ trợ phát triển các lĩnh vực liên quan đến Y Sinh cũng như Y Tế
của đất nước.
Tạo ra một thiết bị giúp cho các bệnh nhân bị di chứng Tai Biến Mạch Máu Não có thể
hồi phục một cách nhanh chóng nhất, khơng tốn q nhiều chi phí cũng như không gây nhàm
chán và được sử dụng rộng rãi ở mọi nơi.
Giải quyết các vấn đề liên quan đến hao phí nhân lực đang cịn tồn động trong đa số
các bệnh viện hiện nay.
1.5. Giới hạn đề tài

Trong đề tài này, nhóm chỉ tập trung vào việc phục hồi cơ vai Delta dành cho bệnh nhân
tai biến mạch máu não đang ở giai đoạn số 3 là tăng co cứng và số 4 là giai đoạn giảm co
cứng trong phương pháp phục hồi đột quỵ Brunnstrom.
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Chương 1: Giới thiệu
Chương này dùng để trình bày ngắn gọn về tính cấp thiết, mục tiêu nghiên cứu, tình hình
nghiên cứu trong và ngồi nước và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Chương 2: Cơ sở lí thuyết
2


Chương này trình bày những lý thuyết về vùng vai của con người, bệnh tai biến và khả năng
phục hồi tai biến, phương pháp phục hồi bệnh tai biến và các bài tập giúp bệnh nhân phục
hồi.
Chương 3: Phương án thiết kế
Chương này trình bày về thiết kế tồn bộ hệ thống bao gồm phần cứng cơ khí, mạch điều
khiển, các thuật toán và phần mềm.
Chương 4: Chế tạo thử nghiệm
Chương này trình bày thi cơng phần cứng, board mạch và phần mềm.
Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá
Chương này đưa ra kết quả, nhận xét và đánh giá cho toàn bộ hệ thống.

3


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI
2.1. Yêu cầu thiết kế, tổng quan về dự án
Các bài tập vai cho người bị tai biến sẽ giúp họ học lại cách sử dụng các kỹ năng vận
động ở vai. Việc trị liệu bằng cách lặp đi lặp lại cử động vùng bị liệt hay co cứng ở vùng vai
sẽ giúp người bệnh hình thành quá trình giao tiếp mới giữa bộ não và vùng bị đột quỵ. Do đó,

những bệnh nhân bị đột quỵ sẽ cử động lặp lại các bài tập thể dục với vai với mục đích khiến
cho não quen lại với các cử động.
Thiết kế một cơ cấu cho người tập có thể dễ dàng vận động những bài tập thực hiện chức
năng của vai, nhằm lấy lại sức mạnh cho các nhóm cơ vai. Các chuyển động phải hoàn toàn
đúng theo trục sinh lý của khớp. Sử dụng động cơ hỗ trợ luyện tập khi cánh tay của người tập
không đủ sức lực.
2.2. Lý thuyết về giải phẫu vùng vai
Vùng khớp vai là vị trí dễ bị tổn thương nhất trên cơ thể, bởi khớp vai bên trong vùng vai
là khớp có phạm vi vận động lớn nhất, vì vậy nó cũng dễ bị tổn thương hơn các khớp khác.Tổn
thương này có thể khiến cho bệnh nhân bị đau và hạn chế một phần vận động của khớp vai.
Việc hiểu rõ về tổn thương này cũng như phải nắm rõ được đặc điểm cấu tạo và chức
năng của khớp cùng với vùng vai là điều vơ cùng quan trọng. Vì thơng qua đó, con người có
thể biết được vùng cơ bị tổn thương, cách phục hồi hiệu quả và nhanh chóng nhất.
Ở phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về khái niệm và cấu tạo của vai.
2.2.1. Cấu tạo của vùng vai
Vùng vai là khái niệm rộng nhất của vai. Vùng vai có cấu tạo vơ cùng đặc biệt, cấu
trúc xương và tồn bộ phần thân trên của cơ thể chỉ được kết nối với nhau bằng một khớp
đó là khớp ức địn.
Ngồi ra, tồn bộ cấu trúc của vùng vai bao gồm: xương bả vai, xương đòn, xương
cánh tay,… được hỗ trợ bởi các mô mềm gồm cơ và dây chằng. Cấu tạo này cho phép cánh
tay của chúng ta có thể vận động trong phạm vi rất rộng, nhưng đây cũng chính là lý do
khiến cho vùng vai dễ bị tổn thương.

4


Hình 2.1. Cấu tạo vùng vai[2]
2.2.2. Cấu tạo của cơ vai
Trong vùng vai, nhóm cơ vai được chia làm 6 cơ chính bao gồm [3]: Cơ Delta, Cơ
dưới vai, Cơ trên gai, Cơ dưới gai, Cơ tròn bé và Cơ trịn lớn.

Hình 2.2. Cấu tạo vùng cơ vai
Chú thích: (1)-Cơ Delta; (2)-Cơ dưới vai; (3)-Cơ trên gai; (4)- Cơ dưới gai; (5)-Cơ trịn
bé; (6)- Cơ trịn lớn
• Cơ vai Delta (tên khoa học gọi là: Detoild Muscle), là cơ vô cùng quan trọng trong
việc thực hiện các cử động liên quan đến vai, chia làm 3 nhánh cơ chính[4]:
- Cơ vai trước (tên khoa học: Clavicular Part of Deltoid Muscle hay còn gọi là:
Anterior head ): Liên kết từ xương địn đến phần ngồi của xương cánh tay. Khi
cơ co lại, thực hiện cửa động đưa cánh tay sang ngang lên trên.
- Cơ ngang vai (tên khoa học:Acromial Part of Deltoid Muscle hay còn gọi là:
Middle head ): Liên kết từ vị trí phía bên trên xương bả vai xuống dưới xướng
cánh tay. Khi co lại, thực hiện vào cử động.
5


-

Cơ vai sau (tên khoa học: Scapular Spinal Part of Deltoid Muscle hay cịn gọi
là:Posterior head ): Có chức năng tương tự đối xứng với cơ vai trước, tham
gia vào thực hiện 2 cử động đưa cánh tay từ ngang vai lên trước, và xoay cánh
tay.

• Cơ trên gai (Tên khoa học: Supraspinatus Muscle ): Liên kết từ trong xương bả vai
đến đầu xương cánh tay. Khi nó co lại, tạo nên cử động nâng cánh tay sang ngang.

Hình 2.3. Cơ trên gai
• Cơ dưới gai (Tên khoa học: Infraspinatus Muscle ): Liên kết từ trong xương bả vai
đến phần ngồi đầu xương cánh tay. Khi nó co lại, tạo nên cử động xoay cánh tay
ra ngồi.

Hình 2.4. Cơ dưới gai

6


• Cơ tròn bé (Tên khoa học: Teres Minor Muscle): Có chức năng tương tự như cơ
dưới gai.

Hình 2.5. Cơ trịn bé
• Cơ dưới vai (Tên khoa học: Subscapularis Muscle) : Liên kết từ phía trong của
xương bả vai đến phần phía trước của đầu xương cánh tay. Nên khi co lại, tạo nên
chuyển động xoay cánh tay vào trong.

Hình 2.6. Cơ vai dưới

7


• Cơ tròn lớn (Tên khoa học: Teres Major Muscle) : Là cơ ở khu vai sau khớp vai,
bám từ xương bả vai đến xương cánh tay.

Hình 2.7. Cơ trịn lớn
2.3. Chuyển động cơ bản và chức năng của vùng vai
Trong phần này[4], nhóm sẽ trình bày về các chuyển động cơ bản của vai và từng chức
năng của ba nhánh cơ trong cơ Delta.
2.3.1. Các chuyển động cơ bản của vai
Với khớp vai, ta có 8 động tác cơ bản bao gồm:
-

Abduction: Để tay ở sát cơ thể, sau đó giang tay sang ngang.

Adduction: Ngược lại với Abduction.
Extension: Để tay sát cơ thể, sau đó đưa tay ra phía sau
Flexion: Ngược lại với extension.

- Horizontal abduction: Để tay sang ngang, sau đó đưa về phía sau, gần giống với
chuyển động khi thực hiện bài tập rear delt raise.
- Horizontal adduction: Để tay sang ngang và đưa tay về phía trước, gần giống với
chuyển động khi thực hiện bài tập chest fly.
- Lateral rotation: để khủy tay vng góc với cánh tay, sau đó đưa tay ra xa khỏi cơ
thể.
- Medial rotation: ngược lại với Lateral rotation.

8


Hình 2.8. Các chuyển động cơ bản của vai
2.3.2. Các chức năng của nhánh cơ trong cơ Delta
Cơ vai Delta ( Deltoids) có vai đóng vai trị cực kì quan trọng trong các chuyển động
của cánh tay. Hiện tượng bị đau vai sau đột quỵ sẽ diễn ra ở cơ vai này. Vì vậy, việc tìm
hiểu về cơ Delta là rất quan trọng.

Hình 2.9. Cơ Delta

9