Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

PHẦN MỘT: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG CHẤN
THƯƠNG KHUỶU TAY-KHỚP VAI & THIẾT BỊ PHỤC
HỒI CHỨC NĂNG
1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Khảo sát thực trạng chấn thương khuỷu tay khớp vai ở Việt
Nam.
1.1.1. Khuỷu tay khớp vai.
1. Xương đòn
2. Mỏm quạ xương vai
3. Chỏm xương cánh tay
4. Xương vai
5. Xương cánh tay
6. Mỏm trên ròng rọc xương cánh tay
7. Xương trụ
8. Mỏm trâm trụ
9. Xương cổ tay
10. Xương đốt bàn tay
11. Xương đốt ngón tay
12. Mỏm trâm quay
13. Xương quay
14. Đài quay
15. Hố trên rồi cầu
16. Mấu động to xương cánh tay

vận động quá mạnh hoặc cầm vật quá nặng hoặc bị ngã, kéo co, làm trở ngại
sự vận hành của kinh khí, gân mạch khớp bị tổn thương.
1.2. Các phương pháp điều trị.
1.2.1. Điều trị truyền thống.
Y học cổ truyền có nhiều cách chữa như xoa bóp bấm huyệt, châm cứu;
thuốc đắp, chườm và ẩm thực hỗ trợ trong đó xoa bóp bấm huyệt là phương
pháp hiệu quả, an toàn để chữa bệnh này.
Nguyên tắc: lấy huyệt nơi đau là chính. Bệnh mới thì tác động mạnh.
Nếu bị đau đã lâu thì dùng phép bổ kết hợp cứu bằng điếu ngải cứu.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 2


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

Phương pháp day bấm huyệt: Gập khuỷu tay đau để lên đùi, dùng đầu
ngón tay cái của tay kia bấm lần lượt các huyệt, bấm rồi thả liên tục 15 lần
cho mỗi huyệt. Tác dụng hành khí thông kinh lạc làm cho công năng của
khuỷu tay bị thương hồi phục trở lại bình thường. Khi day bấm huyệt cần
phối hợp động tác co duỗi, quay cánh tay để khớp khuỷu được vận động. Mỗi
ngày có thể tiến hành bấm 1- 2 lần.
1.2.2. Điều trị theo hướng máy phục hồi chức năng thụ động liên tục.
Các máy tập phục hồi chức năng thụ động liên tục - Continuous passive
motion (CPM) là các thiết bị được sử dụng trong giai đoạn đầu của điều trị
phục hồi chức năng sau các chấn thương mô mềm, phẫu thuật hoặc chấn

cứu nội địa hóa chế tạo máy phục hồi chức khuỷu tay khớp vai phục vụ chăm
sóc sức khỏe cho người Việt. Đó cũng chính là ý nghĩa nhân văn của đề tài.
1.3.3. Xu hướng phát triển của các máy trong tương lai
Có 2 xu hướng phát triển của máy là nâng cấp các máy đã có hoặc tạo
ra máy mới hoàn toàn. Máy phục hồi chức năng đa năng hiện đại hơn nữa sẽ
kết hợp vào các robot chăm sóc sức khỏe con người.
-

Với xu hướng cải tiến phục hồi chức năng hiện tại cung cấp các chương

trình hoạt động phức tạp hơn mô phỏng toàn diện cử động co duỗi. Cải tiến
giao diên thân thiện hơn nữa phù hợp mọi đối tượng bệnh nhân. Kết hợp thêm
các biện pháp y dược vào máy: như có thêm bộ phận ủ đắp thuốc. Trong điều
trị tại Việt Nam xu hướng này nên được áp dụng.
-

Xu hướng thứ hai thiết kế máy phục hồi đa năng kết hợp phục hồi

nhiều loại chấn thương, như phục hồi khuỷu tay khớp vai với phục hồi khớp
chân. Máy phục hồi đa năng cho người bị liệt toàn thân, hoặc kết hợp cho
những robot chăm sóc sức khỏe con người.
2.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài : “Nghiên cứu chế tạo máy phục hồi chức năng khuỷu tay khớp

vai KTKV ” lấy đối tượng nghiên cứu chính là người Việt Nam, trên cơ sở
nhân trắc học của người Việt Nam nghiên cứu thiết kế đưa ra sản phẩm là
máy phục hồi chúc năng phục vụ chăm sóc sức khỏe người Việt.
Các thiết bị tập phục hồi chức năng đã và đang được sử dụng tại các

hạn chế. Giao diện chưa thân thiên khó sử dụng,một số máy đòi hỏi có khả
năng trình độ điều khiển nhất định.
- Đối tượng sử dụng hạn chế với một nhóm nhỏ. Tùy theo chức năng được
xác định của thiết kế.
3.2. Nghiên cứu thực tiễn:
Thực tế thị trường máy phục hồi chức năng Khuỷu tay khớp vai rất
nhiều hãng đã sản xuất thành công, nhiều mẫu mã với chức năng khác nhau
đáp ứng phần nào chăm sóc người bệnh.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 5


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

3.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài KTKV:
Trên cơ sở thực lý luận, cơ sở thực tiễn đặt ra nhiệm vụ của đề tài
“Nghiên cứu chế tạo máy phục hồi chức năng khuỷu tay khớp vai KTKV”:
- Xây dựng lý thuyết điều trị phục hồi chức năng bằng máy tập phục hồi
chức năng xương chi trên.
- Xây dựng mô hình tính toán cho riêng xương chi trên của người Việt Nam,
mô phỏng thành công toàn bộ quá trình, tính toán kiểm nghiệm trên máy…
- Đưa ra quy trình chế tạo máy phục hồi chức năng phù hợp với điều kiện
sản xuất nội địa tại nước ta
- Sản xuất thành công đơn chiếc máy phục hồi chức năng khuỷu tay khớp
vai hoạt động tốt, từ đó đưa vào sản xuất cung cấp thị trường trong nước.


Góc xoay trục khớp tay:

-90 tới 90 °

Góc xoay ngang khớp vai:

0 tới 125 °

Góc gập duỗi:

30 tới125 °

Thời gian vận hành một bài tập:

1-300 phút.

Số cấp tốc độ:

20 cấp.

Lưu dữ liệu bệnh nhân:

Có.

Trọng lượng:

25Kg.

Số bài tập đáp ứng cơ bản:


-10 tới 135 °

Thời gian vận hành một bài tập:

1phút tới 24 giờ

Số cấp tốc độ:

5 cấp.

Lưu dữ liệu bệnh nhân:

Tùy phiên bản

Trọng lượng:

23Kg.

Số bài tập đáp ứng cơ bản:

6

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật máy tập của hãng CENTURA
Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 8



Lưu dữ liệu bệnh nhân:

Không

Trọng lượng:

~20Kg.

Số bài tập đáp ứng cơ bản:

6

Ngoài ra thông số kỹ thuật sẽ được tiến hành điều chỉnh cho phù hợp
dựa theo khảo sát về vật lý trị liệu và nhân trắc học con người Việt Nam.
4.2. Tham khảo thực tế:
Máy KTKV với đặc thù là một thiết bị y tế, do đó ngoài việc tham khảo
mô hình của các hãng trên thế giới, máy KTKV còn cần được xây dựng để
phù hợp với con người và điều kiện ở Việt Nam. Để đáp ứng đòi hỏi đó,
phương pháp nghiên cứu được đề ra là khảo sát con người và dựa trên các tiêu
chuẩn cũng như yêu cầu điều trị để xây dựng mô hình và không gian làm việc
cho máy.
Chúng em đã tham khảo ý kiến chuyên môn của các chuyên gia chấn
thương chỉnh hình tại bệnh viện quân y 108 và bệnh viện bạch mai, đồng thời
tiến hành đo đạc trực tiếp trên con người Việt Nam để lấy các thông số nhân
trắc học

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 9

đề tài. Các cơ sở này lần lượt giải quyết các yêu cầu đặt ra của hệ thống lần
lượt từ thấp đến cao.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 10


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

Cơ sở Y
Học
Cơ sở Nhân
Trắc Học
Cơ sở thiết
kế máy
Cơ sở điều
khiển

Hình 2.1. Các cở sở nghiên cứu áp dụng cho thiết kế máy tập KTKV

Bốn cơ sở này như sau:
1.1. Cơ sở y học:
Cơ sở y học là nền tảng quan trọng nhất trong các cơ sở nghiên cứu. Cơ
sở này đưa ra định hướng, đối tượng, chức năng và yêu cầu vận hành của thiết
bị. Việc xác định rõ ràng phương pháp điều trị là mục tiêu chính trong đề tài
này. Các bài tập phục hồi chức năng là kết quả của cơ sở y học.

Ngành y tế là một ngành đặc thù đòi hỏi những máy móc,thiết bị phục

vụ trong ngành phải được kiểm duyệt qua những tiêu chuẩn hết sức ngặt
nghèo vi nó trực tiếp làm ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng của con
người.vì vậy khi nghiên cứu, thiết kế và chế taọ một thiết bị y tế đòi hỏi phải
dựa trên những cơ sở y học cụ thể.
Sự vận động theo sinh lý bình thường của chi phụ thuộc vào sự toàn
vẹn của khớp,các bó cơ và thần kinh chi phối.Các nguyên nhân gây tổn
thương khớp,xương,các cơ,thần kinh đều làm giảm hoặc mất hoàn toàn vận
động cơ năng của các khớp dẫn tới ảnh hưởng đến sinh hoạt thường ngày của
bệnh nhân.
Trong các chán thương đó thì hơn 50% là các chấn thương cho chi trên,
trong đó các tai biến do điều trị (như cứng khớp,teo cơ là rất cao) tỉ lệ bệnh
nhân hồi phục cơ năng bình thường sau chấn thương là thấp do vậy phải điều
trị chỉnh hình là rất quan trọng.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 12


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

Mục đích điều trị phục hồi chức năng là làm tăng cường lưu thông máu
trong các hệ cơ, xương, tăng biên độ hoạt động và kích thích thần kinh dẫn tới
làm giảm sự vận động thụ động của cơ và khớp.
2.1. Đối tượng nghiên cứu:


2.2.2. Bài tập 2: Phối hợp.
Với bài tập này ta sẽ phối hợp
chuyển động co duỗi cẳng tay góc giới hạn
từ 200 đến 1600 và quay khớp vai khoảng
giới hạn từ -300 đến 900

Hình 2.3. Bài tập 2.

2.2.3. Bài tập 3: Xoay cẳng tay.
Ở bài tập này ta qua chỉ có chuyển
động vặn cánh tay vào trong góc -300 và ra
ngoài góc 900
Hình 2.4. Bài tập 3.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 14


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

2.2.4. Bài tập 4:Duỗi thẳng tay.
Ở bài tập này máy sẽ hỗ trợ người bệnh
tạo ra chuyển động xoay khớp vai theo
phương dọc 1góc từ 200 đến 1800
Hình 2.5. Bài tập 4.

tương quan giữa thành phần lớn đối với thành
phần tổng cộng, lớn và nhỏ– tức toàn thể và
tất cả chỉ có một giá trị tương quan duy nhất:
0,6180389 hay 61,8% .
Nói một cách khác,thành phần thứ 1 tỷ
lệ với thành phần thứ 2, thành phần thứ 2 tỷ lệ

với thành phần thứ 3 là tổng của hai thành phần 1&2, và cứ thế ta có một
chuỗi thành phần vô tận mà tất cả đều tuân theo một tỷ số 61,8%

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 16


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

3.1.1. Nguồn gốc tỷ lệ vàng:
“Người ta đã phát hiện các di bút về Tỷ Lệ Vàng xuất hiện khá sớm
trong các kim tự tháp ở Memphis- Ai Cập cách đây gần 300 năm”.
Từ đó về sau như ta đã biết đã có khá nhiều phát hiện về sự tồn tại của
Tỷ Lệ Vàng trong các hình kỹ hà tự nhiên như hình ngôi sao 5 cánh,hình đa
giác

10

cạnh…

khác nhau)… song tất cả chỉ có một Tỷ Lệ Vàng chuẩn mực.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 17


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

3.1.2. Phương pháp xác định của LE CORBUSIER:
Vẽ một hình vuông rồi chia đôi hình vuông đó ra, rồi lấy trung điểm
của cạnh vuông làm tâm vẽ một cung tròn có bán kính bằng đường chéo của
hình chữ nhật nửa hình vuông, sẽ giúp ta kéo dài cạnh vuông ra thành một
chiều dài cân đối Tỷ Lệ Vàng với cạnh vuông. Ngoài ra ta còn có diện tích
của hình vuông Tỷ Lệ Vàng với diện tích của hình chữ nhật mới hình thành
bởi cạnh kéo dài.
Phương pháp LE CORBUSIER xem như có tính tổng hợp các phương
pháp có trước đó, cho nên khá phong phú, toàn diện: một chiều dài hoặc một
diện tích có sẵn, ta có thể tìm ra các thành phần lớn hơn và nhỏ hơn mà cân
đối với nhau.
“Như thế,Tỷ Lệ Vàng đã tồn tại như là một quy luật tự nhiên gắn liền
với tâm lý thị giác thẫm mỹ tự nhiên của con người, con người đã phát hiện
giá trị cụ thể của nó bằng toán học, hình học và cho đến ngày nay cũng chưa
xác định được rõ ràng Tỷ Lệ Vàng đã xuất hiện từ lúc nào! Song có một điều
mà chúng ta thấy rõ ràng, đó là: Tỷ Lệ Vàng– cây đũa thần của người kiến
trúc” [3].
3.2. Tỉ lệ vàng và cơ thể con người.(kí


y. Độ dài 1 dang tay gọi là a. Nếu x/y = a/(x+y) = 1,618 = Ф, thì đó là thân
hình của các siêu người mẫu. Điều này hoàn toàn là sự thật vì các hãng thời
trang lớn đều tuân thủ nghiêm ngặt quy định này khi tuyển người mẫu.
3.3. Cách thức tiến hành đo cho tay người
Đối tượng hoạt động của máy:
- Người có chiều cao trong khoảng 155 cm180 cm
Đối tượng đo:
- Nam hoặc nữ có chiều cao trong dải hoạt động của máy
Dụng cụ đo:
- Thước 100 cm
Phương pháp xác định kết quả:
- Từ kết quả đo được ở đối tượng đo và áp dụng tỉ số vàng ta sẽ
đưa ra một tỉ lể giữa chiều cao con người với chiều dài cánh tay

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 19


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

Hình 2.9. Quan hệ tỉ lệ vàng trên cánh tay .

Bảng kết quả đo:
Stt


Tống Thanh Tú
Trần Văn Thanh
Nguyên Như Ngọc

172 cm
152 cm
170cm
170cm

51 kg
58kg
58kg
56kg

nam
nam
nam
nam

587
524
582
581

647
570
639
641

406

học và có tỉ lệ hằng số với nhau(chiều cao-chiều dài cánh tay-chiều dài từ bả
vai đến khuỷu tay- Chiều dài từ khuỷu tay đến vị trí bàn tay nắm)
Như vậy với dải chiều cao từ 155cm-180 cm ta có được kích thước
min,max của tay như sau.
155 cma1=217 mm,a2=312 mm
180 cma1=252 mm,a2=362 mm
Dải kích thước :
a1=217252 mm
a2=312362mm
3.4. Kết quả đo xác định chiều dài tay trong khoảng cho phép của
máy.
Chiều dài từ bả vai đến khuỷu tay:
a1=217252 mm
Chiều dài từ khuỷu tay đến vị trí bàn tay nắm.
a2=312362mm
Đây là 2 thông số cần thiết để từ đó đi đến thiết kế kích thước và không
gian của tay máy.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 21


Bộ môn GCVL & DCCN
4.

[2012]

CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

định hướng trong trường vận động của nó (range of motion). Ba bậc tự do
Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 22


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

xác định vị trí thuần tuý và ba bậc tự do khác xác định hướng mong muốn.
T6 sẽ là ma trận trình bày cả hướng và vị trí của cơ cấu. Hình 3.1 mô tả quan
hệ đó với bàn tay máy. Ta đặt gốc toạ độ của hệ mô tả tại điểm giữa của các
ngón tay. Gốc toạ độ nầy được mô tả bởi vectơ

(xác định vị trí của bàn

tay). Ba vectơ đơn vị mô tả hướng của bàn tay được xác định như sau :

Hình 2.10. Các vectơ định vị trí và định hướng của bàn tay máy.

Vectơ có hướng mà theo đó bàn tay sẽ tiếp cận đến đối tượng, gọi là
vectơ a (approach).
Vectơ có hướng mà theo đó các ngón tay của bàn tay nắm vào nhau khi
cầm nắm
đối tượng, gọi là vectơ o (Occupation).
Vectơ cuối cùng là vectơ pháp tuyến n (normal), do vậy ta có :
(2.3)
Chuyển vị T6 như vậy sẽ bao gồm các phần tử :

Một cơ cấu nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếp nhau thông qua
các khớp động. Gốc chuẩn (Base) của một cơ cấu là khâu số 0 và không tính
vào số các khâu. Khâu 1 nối với khâu chuẩn bởi khớp 1 và không có khớp ở
đầu mút của khâu cuối cùng. Bất kỳ khâu nào cũng được đặc trưng bởi hai
kích thước :
Độ dài pháp tuyến chung : an .
Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với an : αn.

Nghiên cứu – Thiết kế - Chế tạo máy tập phục hồi chức năng
Khuỷu tay khớp vai - KTKV

Page 24


Bộ môn GCVL & DCCN

[2012]

an

Hình 2.11. Chiều dài an và góc xoắn αn của 1 khâu.

Thông thường, người ta gọi an là chiều dài và αn là góc xoắn của khâu
(Hình 2.11). Phổ biến là hai khâu liên kết với nhau ở chính trục của khớp
(Hình 2.12).

Hình 2.12. Các thông số hình học θ, d, a và α của khâu thứ n.

Mỗi trục sẽ có hai pháp tuyến với nó, mỗi pháp tuyến dùng cho mỗi
khâu (trước và sau một khớp). Vị trí tương đối của hai khâu liên kết như thế