Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển chế độ làm việc máy gắn sức

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--o0o--

NGUYỄN VĂN THẢNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
MÁY GẮNG SỨC

Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngành : 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2004


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
--o0o--

Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS. THÁI THỊ THU HÀ

Cán bộ chấm nhận xét 1

: GS.TSKH NGUYỄN AN VĨNH

Cán bộ chấm nhận xét 2

: TS. PHẠM NGỌC TUẤN

Luận văn thạc só được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ngày tháng12 năm 2004
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư Viện Cao Học – trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh.


Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cộng hòa xã hội chủ nghóa Việt Nam
Độc lập – Tư do – Hạnh phúc
Tp.HCM, ngày

tháng

năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên :NGUYỄN VĂN THẢNG
Ngày, tháng, năm sinh : 15 . 06 .1964
Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Phái: NAM.
Nơi sinh: TP.HCM.
Mã số: 2.01.00.

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC MÁY GẮNG SỨC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
• Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình máy gắng sức, hệ
thống điều khiển chế độ làm việc máy gắng sức .
• Phân tích và nghiên cứu điện tâm đồ ECG , nghiên cứu
mạch thu nhận tín hiệu điện tim .
• Phần mềm điều khiển chế độ hoạt động của máy gắng sức
và thu nhận tín hiệu điện tim bằng máy tính .
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 09/02/2004
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/10/2004
VI. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS THÁI THỊ THU HÀ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS THÁI THỊ THU HÀ

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS NGUYỄN NGỌC TUẤN

PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

Nội dung và đề cương luận văn thạc só được hội đồng chuyên ngành
thông qua.
Ngày tháng năm 2004

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LUẬN VĂN CAO HỌC

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô ở trường đã truyền đạt những kiến
thức cho tôi trong suốt quá trình học tập .
Đặc biệt tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn : TS.
Thái Thị Thu Hà , đã giành nhiều thời gian quý báu hướng dẫn cho tôi hoàn
thành luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn quý thầy , cô đã giành thời gian để chấm phản
biện cho đề tài, đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp cho tôi hoàn thiện đề tài
.
Tôi xin cảm ơn các bạn học cùng lớp đã giúp đỡ tôi, cảm ơn các bạn đồng
nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 2004
Tác giả

NGUYỄN VĂN THẢNG

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG

LUẬN VĂN CAO HỌC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Chúng ta biết rằng tình trạng bệnh lý của cơ thể người đôi lúc không rõ
ràng và có thể vẫn tiềm ẩn những nguy cơ bên trong một cơ thể có bề ngoài vẫn
khỏe mạnh. Những thiếu xót trong hoạt động của hệ hô hấp và hệ tuần hoàn
thường có quan hệ chặt chẽ với nhau. Ở trạng thái bình thường nhu cầu về oxy
và quá trình trao đổi chất không cao nên các tình trạng bệnh lý do chức năng hô
hấp và tuần hoàn là tiềm ẩn. Ở trạng thái gắng sức, nhu cầu về oxy và trao đổi
chất tăng cao. Khi đó có thể xuất hiện các khiếm khuyết và tình trạng bệnh lý.
Các bài tập với máy gắng sức, đòi hỏi cả hệ tuần hoàn và hệ hô hấp phải gia
tăng hoạt động để đáp ứng kịp với quá trình trao đổi chất tăng cao. Khả năng
đáp ứng lại tình trạng gắng sức chính là số đo thể chất sinh lý học và tình trạng
sức khoẻ của mỗi cơ thể.
Máy dùng để tạo ra trạng thái gắng sức, khi đó kiểm tra vàø ghi nhận
những thông số và các tín hiệu có liên quan đến hoạt động của hệ hô hấp và
hệ tuần hoàn của con người được gọi là máy kiểm tra gắng sức
Vì đây là mảng đề tài tương đối mới và liên quan đến nhiều lónh vực nên
chúng ta chỉ nghiên cứu giới hạn ở mảng máy gắng sức đó là :
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẾ
ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY GẮNG SỨC

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

ABSTRACT

It is fact that human’s pathology is sometimes not clear and implicit risks
in a body with a healthy appearance. Shortcomings of respiratory and circulatory
operations often have tightly relationships. In normal sense, oxygen need and
metabolism are not high thereby the pathology caused from respiratory and
circulatory functions is implicit. In ergonomic sense, the oxygen need and
metabolism are increased enabling defects and pathologies. Ergonomic exercises
require operation of respiratory and circulatory systems to meet the metabolic
process. Response on the ergology is a measurement of physiology and heath
status of each body.
A machine is utilized to make ergonomic sense , then, checking and
recording parameters and signals relevant to the human’s respiratory and
circulatory operations called Treatmill Ergometer .
It is seen that this topic is considerably new and concerned with many
sectors. Researched scope of the treatmill ergometer is limited as follows.
RESEARCH ON DESIGNING AND FABRICATING THE CONTROL
SYSTEM OF THE TREATMILL ERGOMETER

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

MỤC LỤC
CHƯƠNG I . TỔNG QUAN

01

I.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

01

I.2

MÁY KIỂM TRA GẮNG SỨC-NHỮNG GIẢI PHÁP ĐÃ CÓ TRÊN

THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

04

I.2.1

Các giải pháp đã có trên thế giới

04

I.2.2

Các dạng máy kiểm tra gắng sức

06

I.2.2.1 Máy gắng sức dùng trong thể thao

06

I.2.2.2 Máy gắng sức dùng trong y học

08

I.2.3

Tình hình máy kiểm tra gắng sức ở Việt Nam

10

I.3

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT TRONG ĐỀ TÀI

11

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ
CỦA MÁY GẮNG SỨC

12

II.1

YÊU CẦU CỦA MÁY GẮNG SỨC

12

II.2

CÁC SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY GẮNG SỨC DẠNG CHẠY

II.2.1

Phương án thiết kế I

12

II.2.2

Phương án thiết kế II

14

II.2.3

Phương án thiết kế III

15

II.3 .

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

17

II.3.1

Tính toán phần băng chạy

17

II.3.1.1 Tính băng tải

17

II.3.1.2 Tính bộ truyền đai răng

20

II.3.2

23

Tính toán phần nâng

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

II.3.2.1 Tính vít me

23

II.3.2.2 Tính toán công suất động cơ kéo vít me

25

II.3.2.3 Tính bộ truyền xích truyền chuyển động kéo vít-me

28

II.4

CÁC HÌNH ẢNH MÁY GẮNG SỨC ĐƯC THIẾT KẾ VÀ CHẾ

TẠO

31

CHƯƠNG III :THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY
GẮNG SỨC

32

III.1

CÁC CHẾ ĐỘ KIỂM TRA GẮNG SỨC

32

III.2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY GẮNG SỨC

37

III.2.1

Điều khiển động cơ kéo băng chạy

38

III.2.1.1 Các chế độ vận tốc kéo băng chạy

38

III.2.1.2 Diều khiển tốc độ động cơ băng chạy dùng thyristor

39

III.2.2

43

Điều khiển động cơ nâng

III.2.2.1 Định thì động cơ để điều khiển độ nâng

43

III.2.2.2 Mạch điều khiển động cơ nâng

48

III.2.3

49

GIAO TIẾP ĐIỀU KHIỂN CÁC ĐỘNG CƠ VỚI MÁY TÍNH

III.2.3.1 Mạch điểu khiển relay giao tiếp với máy tính

50

III.2.3.2 Điều khiển các relay tạo ra chế độ kiểm tra gắng sức

51

III.3

CÁC HÌNH ẢNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY GẮNG SỨC

ĐƯC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

55

CHƯƠNG IV :ĐO ĐIỆN TÂM ĐỒ TRONG QUÁ TRÌNH
KIỂM TRA GẮNG SỨC

56

IV.1

56

ĐIỆN TÂM ĐỒ LÀ GÌ?

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

IV.2

QUI ƯỚC THỂ HIỆN ĐIỆN TÂM ĐỒ

58

IV.3

HỆ THỐNG ĐIỆN TÂM ĐỒ 12 CHUYỂN ĐẠO CHUẨN

59

IV.4

NGUYÊN TẮC DẪN TRUYỀN VÀ ĐỊNH LÝ ECG

61

IV.5

QUÁ TRÌNH KHỬ CỰC VÀ TÁI PHÂN CỰC

62

IV.6

VỊ TRÍ ĐẶT CÁC ĐIỆN CỰC

63

IV.7

CẤU TẠO ĐIỆN CỰC

65

IV.8

NGHIÊN CỨU MẠCH NHẬN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

67

IV.8.1 Mạch nhận tín hiệu

68

IV.8.2 Mạch khuếch đại

69

IV.8.3 Mạch xử lý tín hiệu

78

IV.8.4 Các hình ảnh của các mạch thu nhận và xử lý tín hiệu điện tim

81

CHƯƠNG V : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY GẮNG SỨC
VÀ HIỂN THỊ ĐIỆN TÂM ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH

83

V.1

GIỚI THIỆU

83

V.2

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ CHO MÁY GẮNG SỨC

V.2.1 . Lưu dồ lập trình tiến trình điều khiển chế độ làm việc của máy gắng sức
81
V.2.2. Lập trình điều khiển chế độ làm việc máy gắng sức bằng ngôn ngữ
VISUAL BASIC

83

V.2.3 Giao diện điều khiển của máy gắng sức

101

V.3. LẬP TRÌNH XỬ LÝ VÀ THU NHẬN TÍN HIỆU ĐIỆN TIM

103

V.3.1.

Lưu đồ lập trình xử lý và thu nhận tín hiệu điện tim

103

V.3.2

Lập trình xử lý và thu nhận tín hiệu điện tim bằng ngôn ngữ VISUAL

BASIC
V.3.3

104
Giao diện nhận tín hiệu điện tim

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

114

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

KẾT LUẬN

116

PHỤ LỤC

121

TÀI LIỆU THAM KHẢO

129

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

1

1
TỔNG QUAN
I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ :
Chúng ta biết rằng trên thế giới ngày nay khoa học và công nghệ phát
triển không ngừng, biết bao nhiêu thành tựu khoa học đã đạt được nhằm mang
lại cho con người cuộc sống hoàn thiện hơn hay nói cách khác giúp cho con
ngươi có cuộc sống tốt đẹp hơn và sống lâu hơn. Vậy nền khoa học và công nghệ
thế giới đã làm gì để cải thiện vấn đề này.?
Thực ra, trong bất cứ lónh vực nào cho dù nó quan trọng hay không quan
trọng đối với sự phát triển của một đất nước thì con người vẫn là nhân tố quyết

định, chính con người đã tạo ra của cải xã hội, tạo ra những điều kiện chăm sóc
sức khoẻ lại cho con người.Với mục tiêu bảo vệ sức khoẻ cộng đồng con người
đã chế ra các loại thuốc chữa trị các bệnh tật và đặc biệt là thiết kế , chế tạo ra
các loại máy giúp chuẩn đoán ,ø chửa trị , ngăn ngừa sự tiến triển của các căn
bệnh mà ở điều kiện bình thường con người không thể phát hiện được
Chính điều này con người đã ứng dụng các công nghệ hiện đại nhất mà
con người ngày nay nghiên cứu được chế tạo ra các máy như : MRI, CT, Nội soi,

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

2

Điện tim, ….Nói chung nghành y tế thế giới đã giúp cho con người có cuộc sống
tốt hơn, ít bệnh tật hơn và sống lâu hơn.
Qua đó ta thấy mục tiêu của nghành y tế đã rõ, nhưng thiết bị dùng trong
nghành y tế là rất nhiều, mỗi loại có chức năng riêng. Vậy máy kiểm tra gắng
sức là gì, chức năng của nó làm gì ?.
Để hiểu rõä máy tra gắng sức trước hết ta tìm hiểu thế nào là gắng sức ?
Khi nói đến bài tập gắng sức, mọi người sẽ liên tưởng ngay đến hình ảnh
một người chạy trên một máy thể thao hoặc một xe đạp chạy tại chỗ với rất
nhiều dây nối được nối trên cơ thể !
Thực vậy, tình trạng bệnh lý của cơ thể người đôi lúc không rõ ràng và có
thể vẫn tiềm ẩn những nguy cơ bên trong một cơ thể có bề ngoài vẫn khỏe
mạnh. Những thiếu xót hoạt động của hệ hô hấp và hệ tuần hoàn thường có quan
hệ chặt chẽ với nhau. Ở trạng thái bình thường nhu cầu về oxy và quá trình trao

đổi chất không cao nên các tình trạng bệnh lý do chức năng hô hấp và tuần hoàn
là tiềm ẩn. Ở trạng thái gắng sức, nhu cầu về oxy và trao đổi chất tăng cao. Khi
đó có thể xuất hiện các khiếm khuyết và tình trạng bệnh lý. Các bài tập với máy
gắng sức, đòi hỏi cả hệ tuần hoàn và hệ hô hấp phải gia tăng hoạt động để đáp
ứng kịp với quá trình trao đổi chất tăng cao.
Trong suốt quá trình hoạt động gắng sức, cả hệ tuần hoàn và hệ hô hấp
luôn hoạt động ở mức cao. Khả năng đáp ứng lại tình trạng gắng sức chính là số
đo thể chất sinh lý học và tình trạng sức khoẻ của mỗi cơ thể.
Với mỗi khối lượng bài tập, hệ tuần hoàn và hệ hô hấp tương ứng tăng
dần khối lựơng hoạt động để đáp ứng tình trạng gắng sức của cơ thể. Bằng cách
nghiên cứu quá trình gắng sức, ta có thể xác định được giới hạn trao đổi chất
trong mỗi cơ thể.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

3

Qua tìm hiểu về khái niệm gắng sức như trên ta có thể nói mục đích của
việc nghiên cứu tình trạng gắng sức của cơ thể là :
• Kiểm tra bệnh nhân có những nghi ngờ về tình trạng bệnh lý hoặc các
thiếu xót trong hoạt động của hệ hô hấp và hệ tuần hoàn mà ở điều kiện
bình thường không thể phát hiện được.
• Tiến tới việc xác định một chương trình luyện tập phù hợp.
Sau đây là sơ đồ nguyên lý của máy kiểm tra gắng sức ( hình 1.1 )

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy kiểm tra gắng sức

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

4

Hình 1.2 Hình ảnh máy kiểm tra gắng sức
I.2 MÁY KIỂM TRA GẮNG SỨC – NHỮNG GIẢI PHÁP ĐÃ CÓ
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
I.2.1 Các giải pháp đã có trên thế giới
Máy kiểm tra gắng sức bao gồm những thành phần cơ bản sau :
• Máy gắng sức : Dùng để tạo ra trạng thái gắng sức
• Các sensor nói kết với một số cơ phận trên cơ thể : dùng để ghi
nhận các tín hiệu phát sinh từ hệ hô hấp và hệ tuần hoàn .
• Các mạch điện : dùng để kết nối, chuyển đổi các tín hiệu ghi nhận
được từ các sensor thành các tín hiệu có thể giao diện được với máy
tính
• Các phần mềm chuyển đổi các tín hiệu từ các mạch điện thành các
thông số hoặc các tín hiệu mà quá trình kiểm tra gắng sức cần quan
tâm
• Các monitor hiển thị các thông số và tín hiệu ghi nhận được

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG

LUẬN VĂN CAO HỌC

5

• Ngoài ra còn có thêm một số phần phụ khác (tùy theo hãng sản
xuất và nước sản xuất )
Hiện nay trên thế giới các máy kiểm tra gắng sức được nghiên cứu và chế
tạo rất hiện đại, với một máy gắng sức đầy đủ các chức năng cần có theo yêu
cầu của quá trình tạo ra gắng sức như :
• Điều khiển được các chế độ cho việc tạo gắng sức : thay đổi tốc độ chạy,
thay đổi lực cản, thay đổi độ dốc, tạo ra những môi trường gần đúng với
môi trường thực tế,…
• Các thông số về tốc độ, độ dốc, nhịp thở, nhịp tim,… được hiển thị trên
màn hình monitor hoặc LCDø, các thông số này có thể điều khiển và giao
tiếp từ xa được .
• Với kiểu dáng thiết kế gọn nhẹ thẩm mỹ cao, hòa hợp gần gủi với không
gian luyện tập
• Hệ thống ghi nhận, chuyển đổi và hiển thị các thông số , các tín hiệu rất
tinh vi và hiệu quả với các phần mềm mà các chuyên gia về lónh vực y
sinh học về cơ thể con người viết sẵn để hổ trợ cho quá trình chẩn đoán ra
các bệnh lý mà hệ hô hấp, hệ tuần hoàn,…mắc phải khi ở trạng thái gắng
sức.
Với các giải pháp cụ thể như sau :
• Đối với máy gắng sức các nhà nghiên cứu đã xác lập được một số thông
số cơ bản để thục hiện các bài tập gắng sức như: thông số tốc độ,thông số
độ dốc, thông số lực cản (xe đạp gắng sức), thông số thời gian,….Các
thông số này được lập trình cài đặt sẵn mà các bác só hoặc chuyên gia về
lónh vực kiểm tra gắng sức sẽ xử dụng khi thực hiện các bài tập kiểm tra

gắng sức.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

6

• Đối với việc đưa tín hiệu nhận được từ các sensor thông qua các mạch kết
nối và chuyển đổi lên màn hình monitor mà chúng ta có thể nhận diện
được các tín hiệu và các thông số mà quá trình gắng sức cần có . Hiện
nay có rất nhiều giải pháp đã thực hiện tùy mỗi hãng, tùy thế hệ máy, tùy
nước sản xuất nhưng nhìn chung chúng được thực hiện theo các bước cơ
bản như sau :
1. Đặt các sensor vào đúng các vị trí theo qui định mà các sensor làm
việc một cách hiệu quả nhất theo yêu cầu của nhà chế tạo
2. Các tín hiệu nhận được từ các sensor này phải được lọc, chóng
nhiểu ,sau đó khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu để giao tiếp được với
các màn hình monitor
3. Các phần mềm hổ trợ tùy theo mỗi nhà sản xuất mà có cụ thể.
I.2.2 Các dạng máy kiểm tra gắng sức
Dựa vào công dụng ta có thể chia máy gắng sức ra thành 2 loại:
• Máy gắng sức dùng trong luyện tập thể thao thông thường.
• Máy gắng sức dùng trong y học.
I.2.2.1 Máy gắng sức dùng trong thể thao
Máy gắng sức dùng trong luyện tâp thể thao có mục đích chủ yếu là luyện
tập nâng cao sức khỏe, giảm cân. Máy gắng sức trong luyện tập thể thao thường

đơn giản hơn rất nhiều so với các máy gắng sức dùng trong kiểm tra y học. Cần
lưu ý các đặc điểm chủa yếu của loại máy này là:
• Trước hết máy phải đơn giản, rẻ tiền phù hợp với qui mô sử dụng trong
gia đình.
• Máy gọn nhẹ, dể sử dụng.
• Sử dụng an toàn.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

7

Các loại máy thể thao thường có một bảng điều khiển, trên đó cho phép
người tập có thể chọn lựa các chế độ tập. Ngoài ra nó còn hiển thị một số thông
số như: calori tiêu thụ, nhịp tim, thời gian, vận tốc, quảng đường chạy..
Sau đây sẽ giới thiệu hình ảnh và các thông số kỹ thuật của một số máy
tập thể thao tiêu biểu.

Hình 1.3 Máy mercury 4.0 dùng luyện tập thể thao của hãng H-P-COSMOS
Thông số kỹ thuật :
• Kích thước máy : 210 x 95 x 136 ( cm )
• Khối lượng : 190 kg.
• Kích thước đường chạy : 150 x 50 ( cm )
• Khối lượng cho phép trên đường chạy tối đa : 200 kg.
• Vận tốc : 0..22 km/h.
• Độ nâng : 0 %.

• Động cơ : 2.2 kW (3 Hp), 220 – 240 V / 15 A.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

8

Hình 1.4 Hệ thống máy tập dùng trong thể thao của hãng H-P-COSMOS.
Thông số kỹ thuật:
• Kích thước: 210 x 95 x 136 ( cm )
• Khối lượng: 190 kg.
• Kích thước đường chạy: 150 x 50 ( cm )
• Vận tốc: 0..22 km/h.
• Độ nâng: 0..24%.
• Động cơ: 2.2 kW, 220/240 V, 15A.
I.2.2.2 Máy gắng sức dùng trong y học
Máy kiểm tra gắng sức trong y học được chia ra làm hai loại:
• Kiểm tra sinh học cơ thể, khả năng luyện tập của vận động viên chuyên
nghiệp.
• Kiểm tra gắng sức để phát hiện bệnh lí tim mạch bệnh nhân.
Kiểm tra gắng sức dùng trong y học là một hệ thống gồm nhiều máy và
thiết bị. Hệ thống này sẽ giúp bệnh nhân đạt đến trạng thái gắng sức và đo các
thông số có liên quan.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

9

Hệ thống kiểm tra giành cho vận động viên chuyên nghiệp thường sử
dụng máy và bài tập tương thích với môn thể thao của vận động viên. Ví dụ như
các vận động viên đua xe đạp sẽ kiểm tra gắng sức trên những máy gắng sức
dạng đạp, vận động viên chèo thuyền sẽ dùng máy gắng sức dạng chèo, các vận
động viên ở những môn thể lực khác như: điền kinh, bóng đá, bóng ném.. có thể
kiểm tra bằng máy chạy. Máy kiểm tra gắng sức dùng chẩn đoán cho bệnh nhân
thường dùng máy gắng sức dạng chạy. Sau đây sẽ giới thiệu một số loại máy và
hệ thống kiểm tra gắng sức dùng trong y học.

Hình 1.5 Máy kiểm tra gắng sức dạng đạp của hãng MEDGRAPHICS
Thông số kỹ thuật:
• Kích thước: 125 x 60 x 128 ( cm)
• Cân nặng: 91 kg.
• Công suất tải tạo ra: 10..1300 Watt.
• Vận tốc quay: 0..180 vòng/phút.
• Động cơ: 110V, 220V, 240V, 50-60 Hz, 1000 Watt.

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

10

Hình 1.6 Máy kiểm tra gắng sức của hãng HMI.
Thông số kỹ thuật:
• Kích thứớc đường chạy : 50 x165 (cm )
• Không có chế độ nâng.
• Vận tốc: 0..12 km/h.
• Có 12 chế độ kiểm tra gắng sức.
• Hệ thống đo 12 chuyển đạo chuẩn.(xem chương IV )
• Hiển thị 3, 6, 9 hoặc 12 chuyển đạo điện tâm đồ.
• Có thể lưu trữ dữ liệu điện tâm đồ và các bệnh án bằng đóa mềm.
I.2.3 Tình hình máy kiểm tra gắng sức ở Việt Nam
Nhìn chung ở Việt Nam chúng ta hầu hết tất cả các bệnh viện nhất là các
bệnh viện ở các thành phố lớn đều có trang bị một hoặc một vài máy kiểm tra
gắng sức, chúng chủ yếu là hàng nhập từ nước ngoài với giá thành khá cao.
Thực tế ở Việt Nam chúng ta , vấn đề máy gắng sức còn mới lạ thậm chí
một số người khi nghe nói tới máy gắng sức họ không biết chức năng của nó làm

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

11

gì . Cho nên khi đặt vấn đề nghiên cứu thiết kế ,chế tạo một máy gắng sức là
một điều mới mẻ và rất đáng được xã hội cần quan tâm .

Vì đây là mảng đề tài liên quan đến nhiều lónh vực như y học ,cơ điện tử
,cơ khí chế tạo,.. Cho nên chúng ta chỉ nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống
điều khiển chế độ làm việc của máy gắng sức dạng chạy và nghiên cứu thêm
phần điện tim .
I.3 . NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN PHẢI GIẢI QUYẾT TRONG ĐỀ TÀI
Để nghiên cứu thiết kế máy kiểm tra gắng sức chúng ta cần thực hiện
những vấn đề sau :
Tham khảo một vài máy kiểm tra gắng sức của các hãng nổi tiếng trên
thế giới . Qua đó áp dụng vào nghiên cứu thiết kế máy gắng sức ở điều kiện
Việt Nam, những công việc cần thực hiện như sau :
• Thiết kế và chế tạo mô hình máy gắng sức với đầy đủ chức năng tạo trạng
thái gắng sức như điều khiển thay đổi tốc độ, điều khiển thay đổi độ dốc,
định thời gian thực hiện chế độ gắng sức. Đây là nhiệm vụ chính của đề
tài
• Phân tích và nghiên cứu điện tâm đồ ECG , nghiên cứu mạch thu nhận tín
hiệu điện tim .
• Phần mềm điều khiển chế độ hoạt động của máy gắng sức và thu nhận tín
hiệu điện tim bằng máy tính .

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

12

2
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

PHẦN CƠ KHÍ CỦA MÁY
GẮNG SỨC
II.1 YÊU CẦU CỦA MÁY GẮNG SỨC
Qua những vấn đề được nêu về máy gắng sức trong chương I, ta nhận thấy
yêu cầu chính của máy gắng sức là : Tạo ra trạng thái gắng sức cho mỗi bệnh
nhân khi cần kiểm tra bệnh lý. Cho nên máy gắng sức cần thiết kế sao cho tạo
trạng thái gắng sức ,về vấn đề này có nhiều phương án, cách thức tạo được yêu
cầu như trên. Song trong đề tài này chúng ta thiết kế máy gắng sức dạng chạy
nên chúng ta thiết kế chủ yếu là thay đổi tốc độ và độ nâng của băng chạy kết
hợp với việc duy trì thời gian.
II.2

CÁC SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY GẮNG SỨC DẠNG

CHẠY
II.2.1 Phương án thiết kế I :
Máy nâng độ nghiêng mặt băng bằng vít me- đai ốc

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

13

9

12

10 11

1
2

3

4

5

6

7

8

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phương án thiết kế I
•

1 Vít me.

•

2 Đai ốc.

•

3 Động cơ kéo băng tải.

•

4 Bộ truyền đai răng.

•

5, 8 Cặp con lăn.

•

6 Băng chạy.

•

7 Tấm chịu lực.

•

9 Động cơ kéo nâng.

•

10 Hộp giảm tốc.

•

11 Bộ truyền xích.

•

12 Bộ phận nâng.
Nguyên lý hoạt động:
Động cơ 3 quay truyền động quay cho cặp con lăn 5,8 thông qua bộ

truyền đai răng 4, khi đó con lăn quay kéo theo tấm băng di chuyển và người
đứng trên tấm băng sẽ chạy theo phản xạ tự nhiên tương ứng với tốc độ di

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

14

chuyển của băng để không bị té. Tùy theo chương trình mà ta có nhiều cấp tốc
độ chạy khác nhau tương ứng với thể trạng của mỗi người. Muốn thay đổi tải
trọng khi chạy, ta thay đổi góc nghiêng của tấm băng. Động cơ 9 truyền chuyển
động quay cho vít me 1 bằng bộ truyền xích và hợp giảm tốc. Khi động cơ quay
kéo theo vít me 1 quay tròn làm đai ốc 2 tịnh tiến, khi đai ốc 2 tịnh tiến tay
chống , chống thanh nâng làm cho máy được nâng lên hay hạ xuống tùy theo
chiều động cơ 9 quay thuận hay nghịch. Góc nâng của máy chỉ thay đổi từ 0 →
110
Ưu điểm:
•

Kết cấu đơn giản.

•

Dể điều khiển.

•

Chi phí thấp.
II.2.2 Phương án thiết kế II
Máy nâng độ nghiêng mặt băng bằng thanh răng- bánh răng
8

9 10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương án thiết kế II

GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG


LUẬN VĂN CAO HỌC

•

1 Trục bánh răng.

•

2 Động cơ kéo băng tải.

•

3 Bộ truyền đai răng.

•

4 và 7 Cặp con lăn.

•

5 Băng chạy.

•

6 Tấm chịu lực.

•

8 Bánh răng.

•

9 Thanh răng.

•

10 Động cơ nâng.

•

11 Hộp giảm tốc.

•

12 Bộ truyền xích.

15

Nguyên lý hoạt động:
Với phương án này, ta cũng có nguyên tắc truyền chuyển động cho băng
di chuyển tương tự như phương án 2.1.1. Phương án này chỉ khác ở nguyên tắc
tạo tải trọng khi chạy. Ở phương án này, ta nâng độ nghiêng của máy bằng cặp

thanh răng – bánh răng. Động cơ 10 truyền chuyển động quay bánh răng 2 bằng
bộ truyền xích và hợp giảm tốc. Khi động cơ quay kéo bánh răng 8 quay ăn khớp
với thanh răng 9 khi đó thanh răng 9 tịnh tiến lên xuống mang theo khung máy
và tạo ra độ nghiêng cho mặt băng.
Ưu điểm
•

Chi phí chế tạo máy thấp.

•

Dể sử dụng.

•

Tính linh hoạt cao.

Nhược điểm:
•

Kết cấu phức tạp hơn phương án 1.
II.2.3 Phương án thiết kế III
GVHD: TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: NGUYỄN VĂN THẢNG