Luận Văn Nâng cao thực thi điều khiển thiết bị tập cổ chân sử dụng cơ cấu chấp hành PAM

TÓM TẮT: Nhu cầu phục hồi chức năng do các bệnh về thần kinh, tai nạn giao thông,
tai nạn lao động, các họat động thể dục thể thao và tuổi già, hiện nay rất lớn và quá tải trong
tất cả các bệnh viện, trung tâm chấn thương chỉnh hình và các trung tâm thể dục thể thao. Bên
cạnh đó, nguồn nhân lực về vật lý trị liệu, phục hồi chức năng và một số thiết bị tập phục hồi
chức năng khớp cổ chân hiện có tại các bệnh viện lớn như Chợ Rẫy, Thống Nhất và doanh
nghiệp sản xuất dụng cụ vật lý trị liệu - phục hồi chức năng như Phana còn rất nhiều hạn chế
như: thiết bị thiếu nhiều tính năng, họat động đơn giản, không thể thay đổi các tham số vật lý
trị liệu để phù hợp với những điều kiện khác nhau của người bệnh nhằm giúp người bệnh đạt
được sự tiến bộ nhanh nhất trong phục hồi chức năng. Sản phẩm mang tính cơ khí thuần túy,
thiếu khả năng tự động và cần chuyên gia vật lý trị liệu hướng dẫn liên tục. Trên cơ sở đó,
nghiên cứu chế tạo và điều khiển thiết bị tập phục hồi chức năng khớp cổ chân sử dụng cơ cấu
chấp hành PAM (Pneumatic Artificial Muscle – Cơ bắp nhân tạo dùng khí nén) được giới
thiệu nhằm hướng đến: hiện đại hóa trang thiết bị phục vụ ngành y tế, nâng cao năng suất và
hiệu quả công việc, thay thế dần các thiết bị đã lỗi thời, thiếu nhiều tính năng hiện đang được
sử dụng trong hầu hết các bệnh viện, trung tâm chấn thương chỉnh hình, các trung tâm huấn
luyện thể dục thể thao, hoặc thay thế các thiết bị nhập ngọai, giá thành rẻ. Thiết bị tập cổ chân
được điều khiển thông qua PC và sử dụng bộ điều khiển PID. Các tính năng hỗ trợ tốt nhất có
thể cho các chuyên gia trong việc ra y lệnh cũng được trình bày thông qua phần mềm điều
khiển đề xuất.
Từ khóa: Cơ cấu chấp hành PAM, Vật lý trị liệu - Phục hồi chức năng, Cổ chân, PID
1.GIỚI THIỆU
Hiện nay, nhu cầu về vật lý trị liệu, phục hồi chức năng trong các bệnh viện, trung tâm
chấn thương chỉnh hình, trung tâm thể dục thể thao rất lớn. Bên cạnh đó, các thiết bị hiện có
thiếu nhiều tính năng, hoạt động đơn giản, sản phẩm mang tính cơ khí thuần tuý và đòi hỏi có
chuyên gia vật lý trị liệu hướng dẫn hỗ trợ. Nghiên cứu ứng dụng các cơ cấu tác động truyền
thống như động cơ điện và thủy lực trong lĩnh vực y tế phục hồi chức năng đã và đang được
hoàn thiện. Tuy nhiên những hạn chế về tính an toàn, độ trơ cứng cao, không mềm dẻo và linh
hoạt, tỉ số khối lượng/công suất thấp, khối lượng cơ cấu tác động lớn, khả năng lặp đi lặp lại,
v.v luôn là những thách thức đối với các nhà khoa học.
Một trong những giải pháp mới lạ đầy hứa hẹn thay thế các cơ cấu tác động truyền thống
là cơ cấu chấp hành PAM [1]. Với tính năng an toàn cố hữu của khí nén, cơ cấu chấp hành
PAM mang lại những tính năng ưu việt như: tính an toàn và khả năng chiều theo chuyển động,
mềm dẻo, linh hoạt và khả năng lặp đi lặp lại tốt, khối lượng nhẹ, lực kéo lớn, tỉ số công
suất/khối lượng cao, giá thành rẻ, dễ bảo trì, sạch sẽ, tiêu tốn năng lượng ít và nguồn năng
lượng sạch, có sẵn trong tự nhiên. Từ những ưu điểm vượt trội đó, một số nghiên cứu ứng
dụng như nghiên cứu ứng dụng cơ cấu chấp hành PAM trong thiết bị hỗ trợ những bệnh nhân
không có khả năng cầm nắm [2], hệ thống hỗ trợ đi lại [3-5], hệ thống tay máy một bậc phục
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 09 - 2008
Trang 43
vụ phục hồi chức năng [6-8], tay máy nhiều bậc tập phục hồi chức năng [9-11] và hệ thống hỗ
trợ đi lại [12-13].
Trên cơ sở đó, nghiên cứu chế tạo và điều khiển thiết bị tập phục hồi chức năng khớp cổ
chân được giới thiệu. Giải thuật điều khiển PID được sử dụng, phần mềm điều khiển được xây
dựng trên ngôn ngữ Visual Basic với các tính năng hỗ trợ tốt nhất có thể cho các chuyên gia
trong việc ra y lệnh và những kết quả đạt được sẽ minh chứng cho việc ứng dụng các cơ cấu
tác động này trong lĩnh vực y tế phục hồi chức năng.