(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng fuzzy trong tối ưu hóa bộ điều khiển PID cho hệ con lắc ngược

TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN

Tổng quan về hướng nghiên cứu

Trong quá trình phục hồi chức năng khớp cổ chân, kỹ thuật viên cần xác định chính xác những thay đổi về khả năng vận động của khớp để đánh giá kết quả điều trị Đánh giá này đã được áp dụng lâu dài trong chấn thương chỉnh hình và phục hồi chức năng, chủ yếu thông qua các phương pháp thủ công Một trong những phương pháp thủ công phổ biến bao gồm nhiều bước cụ thể để đảm bảo hiệu quả điều trị.

1 Bệnh nhân được yêu cầu đứng thẳng và co chân sao cho đầu gối chạm vào tường mà không được nhấc gót chân

2 Một cảm biến đo độ nghiêng được đặt phía trước xương chày dùng để đo góc tương đối của xương chày với mặt đất

3 Góc giữa bàn chân và cẳng chân được đo bằng thước đo góc

Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp thủ công khiến cho độ tin cậy của dữ liệu hoàn toàn phụ thuộc vào kỹ thuật viên

Gần đây, thiết bị tự động hỗ trợ kỹ thuật viên y tế ngày càng phổ biến, nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán Năm 2002, Zhang và cộng sự phát triển thiết bị kéo dãn điều trị co cứng cổ chân cho bệnh nhân suy giảm thần kinh, cho phép kiểm tra khả năng vận động của khớp cổ chân trong quá trình hoạt động Tiếp theo, năm 2004, Rydahl và Brouwer nghiên cứu hệ thống đo độ cứng và dịch chuyển góc của khớp cổ chân cho bệnh nhân đột quỵ, sử dụng cảm biến lực cơ để đo phạm vi di chuyển của khớp cổ chân.

Jason Wilkin và nhóm nghiên cứu tại Đại học Iowa đã phát triển thiết bị IAROM (Iowa ankle range of motion) để đo biên độ khớp cổ chân Thiết bị bao gồm một tấm lót bàn chân kích thước 30x30 cm gắn với giá đỡ 30x40 cm, cùng với hai dây đai Velcro rộng 10 cm để cố định vào chân bệnh nhân Một khối bọt cứng cao 3 cm được đặt dưới cổ chân để hỗ trợ xương chày Cảm biến góc nghiêng và cảm biến lực được lắp đặt dưới tấm lót bàn chân, cho phép kỹ thuật viên tác dụng lực tăng dần lên tấm lót trong quá trình đo, từ đó cảm biến góc nghiêng ghi nhận góc giữa bàn chân và cẳng chân.

IAROM cung cấp khả năng kiểm tra cổ chân với độ chính xác tương đối, nhưng thiết bị này vẫn gặp một số hạn chế Cụ thể, nó chỉ đo khả năng vận động của khớp cổ chân theo một hướng duy nhất và không thể ghi nhận sự di chuyển chủ động của người bệnh.

Hình 1.1 Thiết bị đo khớp thụ động IAROM

Vào năm 2011, Roy cùng các đồng nghiệp đã phát triển một thiết bị đo độ cứng khớp cổ chân dành cho bệnh nhân liệt nửa người Thiết bị này được thiết kế dựa trên hệ thống hỗ trợ cổ chân của MIT, với cấu trúc bộ xương ngoài và 3 bậc tự do Hệ thống cho phép đo các góc giữa bàn chân và cổ chân một cách chính xác.

Hình 1.2 Thiết bị đo khớp cổ chân chủ động của Roy

Nhóm nghiên cứu đã phát triển thiết bị đo khớp cổ chân thụ động, cho phép ghi nhận cả 6 bậc tự do chuyển động của khớp trong không gian Thiết bị này được thiết kế với cơ cấu nối tiếp, nhằm nâng cao độ chính xác trong việc đo lường chuyển động.

Hệ thống 6 bậc tự do giúp tiết kiệm không gian và mang lại sự thoải mái cho bệnh nhân trong quá trình vận động, đồng thời rút ngắn thời gian lắp ráp thiết bị Phương pháp đo lường dựa trên sự so sánh chuyển động giữa hai cổ chân trái và phải, từ đó xác định khớp bị bệnh Việc so sánh này nâng cao khả năng chẩn đoán, vì chênh lệch giữa hai chân khỏe mạnh thường không lớn, do đó việc lấy số liệu từ chân khỏe để so sánh với chân bệnh là hợp lý và hiệu quả.

Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu

Thiết bị đo động học khớp cổ chân được phát triển nhằm hỗ trợ chuẩn đoán và theo dõi tình trạng khớp cổ chân của bệnh nhân sau phẫu thuật tại bệnh viện Chợ Rẫy, Tp.HCM Với khả năng đo chuyển động 6 bậc tự do trong không gian, thiết bị này giúp tính toán các thông số động học như góc, vận tốc, gia tốc quay và trục quay tức thời (IHA), từ đó đánh giá chính xác khả năng vận động của khớp cổ chân trong các hoạt động hàng ngày.

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài

Đề tài "Thiết kế và chế tạo thiết bị đo khớp cổ chân" nhằm phục vụ cho lĩnh vực chấn thương chỉnh hình và phục hồi chức năng, cho phép đo góc quay của khớp người sử dụng Để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong chẩn đoán, thiết bị cần được thử nghiệm nhiều lần trên nhiều bệnh nhân, từ đó xây dựng cơ sở dữ liệu cho nghiên cứu Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo thiết bị đo khớp cổ chân thụ động và thử nghiệm trên người khỏe mạnh để chứng minh độ ổn định và chính xác của thiết bị trước khi áp dụng trên bệnh nhân.

Phương pháp nghiên cứu

a) Phương pháp tham khảo tài liệu:

Tác giả áp dụng phương pháp thu thập thông tin từ các đề tài đã được nghiên cứu trước đó Bằng cách tham khảo phương pháp, quy trình thực hiện và kết quả của các tác giả khác, tác giả xây dựng cơ sở cho đề tài nghiên cứu của mình Bên cạnh đó, phương pháp thực nghiệm cũng được sử dụng để hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu.

Kết quả thực nghiệm chứng minh tính chính xác và ổn định của mô hình, đồng thời hỗ trợ xây dựng cơ sở dữ liệu để đánh giá chất lượng khớp cổ chân Các thí nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện từng bước để phát triển cơ sở dữ liệu cho thiết bị.

- So sánh dữ liệu nhiều người

- Thiết lập một phương pháp đánh giá chất lượng khớp thông qua các dữ liệu thu thập được

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khớp cô chân

Khớp cổ chân (talocrural region) là một khớp bản lề một trục, bao gồm xương chày (Tibia) và xương mác (Fibula) tạo thành khớp chày mác, cùng với xương chày và xương sên (Talus) tạo thành khớp chày sên Khớp này có cấu trúc vững chắc, với xương chày và xương mác tạo thành một ổ sâu cho ròng rọc xương sên Bề mặt phía trong của mắt cá trong và bề mặt phía trong của mắt cá ngoài tạo thành lỗ mộng, trong đó mắt cá ngoài thấp hơn mắt cá trong, giúp bảo vệ các dây chằng bên ngoài cổ chân và ngăn ngừa khớp di lệch ra phía ngoài.

Xương chày và xương mác kết nối với nhau qua ròng rọc xương sên, trong đó xương sên có phần trước rộng hơn phần sau Sự khác biệt về độ rộng này giúp tạo ra chuyển động khép mở của bàn chân (inversion/eversion) Tư thế khớp khóa của cổ chân là gập mu (dorsi-flexion) Theo nhiều tài liệu về giải phẫu, chuyển động xoay quanh trục cẳng chân (abduction/adduction) là không đáng kể.

Hình 2.1: Khớp cổ chân như là một khớp mộng của thợ mộc

Cổ chân được cấu tạo từ nhiều dây chằng bên trong và bên ngoài, giúp giữ vững và hạn chế các chuyển động như gập mu, gập lòng, di chuyển trước và sau của bàn chân, cũng như sự nghiêng của xương sên theo hai hướng trong và ngoài.

Hình 2.2: Bố trí dây chằng trên các xương

Sự ổn định của cổ chân phụ thuộc vào hướng dây chằng, loại lực tải và tư thế của cổ chân khi chịu tải Mặt ngoài khớp cổ chân dễ bị tổn thương, chiếm đến 85% trường hợp bong gân cổ chân.

Trục xoay của khớp cổ chân là một đường thẳng giữa hai mắt cá, chạy chéo so với xương chày Gập mu bàn chân (dorsi-flexion) xảy ra khi bàn chân di chuyển về phía cẳng chân, như khi nâng ngón chân và bàn chân khỏi sàn, hoặc khi cẳng chân di chuyển về phía bàn chân, ví dụ như khi hạ thấp người với bàn chân cố định Tầm vận động của khớp cổ chân thay đổi tùy thuộc vào lực tải lên khớp.

Tầm vận động gấp mu bàn chân bị giới hạn bởi sự tiếp xúc giữa cổ xương sên và xương chày, bao khớp, dây chằng, và các cơ gấp lòng bàn chân Trung bình, tầm vận động gấp mu đạt khoảng 20°, trong khi dáng đi bình thường chỉ cần khoảng 10° gấp lòng Khi ngồi xổm, tầm gấp mu có thể vượt quá 40°.

Gấp lòng bàn chân bị giới hạn bởi xương sên, xương chày, các dây chằng, bao khớp và cơ gấp mu, với tầm vận động trung bình khoảng 50° Trong dáng đi bình thường, tầm gấp lòng bàn chân dao động từ 20° đến 25° (Lundberg et al 1989b).

Khớp cổ chân có 2bậc t plantarflexion) và nghiêng trong ngoài (inversion/eversion) Chuy cẳng chân nếu có thì cũng là 1 chuy

Với sự kết hợp của cẳng chân, chuy chuyển động gấp/mở (dorsi-flexion/planta

(inversion/eversion) so với mặ

Gấp lòng bàn chân và gấp mu bàn chân c tự do chủ động bao gồm các chuyển động như gấp/du plantarflexion và nghiêng trong ngoài (inversion/eversion) Chuyển động này chủ yếu là thụ động, với biên độ không đáng kể.

Chuyển động của cổ chân bao gồm gập (flexion) và duỗi (plantar-flexion), cùng với khả năng nghiêng trong và nghiêng ngoài trong mặt phẳng thẳng Các khớp cổ chân cho phép thực hiện những chuyển động này, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự linh hoạt và ổn định của bàn chân.

Chuyển động của cổ chân bao gồm nghiêng trong và nghiêng ngoài, cũng như duỗi và gập (dorsiflexion và flexion) Các chuyển động này cho phép chân linh hoạt hơn trong việc điều khiển và duy trì thăng bằng Đồng thời, sự xoay trục của cổ chân diễn ra một cách không đáng kể, nhưng vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các hoạt động hàng ngày.

Hình 2.6: Chuyển động cơ bản có thể của cổ chân

1.1 Khớp cổ chân a) Điều khiển bó cơ

Cơ bắp ở cẳng chân được phân chia thành hai nhóm: cơ bên trong (cơ nội tại) và cơ bên ngoài Cơ bên ngoài lớn hơn và gắn với xương cẳng chân và xương bàn chân, đóng vai trò chính trong việc di chuyển các khớp Ngược lại, cơ nội tại nằm ở chân và chịu trách nhiệm điều chỉnh độ cứng của bàn chân để đáp ứng với lực từ môi trường bên ngoài, đồng thời tăng cường tính linh hoạt của khớp Một số cơ nội tại giúp di chuyển ngón chân, trong khi cơ bên ngoài hỗ trợ ổn định hệ cơ khớp cổ chân Cơ lớn nhất trong nhóm cơ bên ngoài là cơ Tam đầu (M Triceps surae), tạo ra chuyển động xoay theo hướng gan bàn chân, trong khi cơ Chày trước (M tibialis anterior) là cơ đối kháng giúp tạo ra chiều xoay ngược lại.

Hình 2.7: Các bó cơ trong ho chân, phía sau chân và nhìn t

Các bó cơ Mác dài và Mác ngược nằm ở giữa, kết nối với các đầu xương bàn chân, giúp xoay và di chuyển nghiêng ra ngoài Hai bó cơ g hỗ trợ co các ngón chân, trong khi cơ duỗi dài ngón cái và cơ du tam đầu góp phần quan trọng vào hoạt động của các cơ Mác khác Cổ chân cũng tham gia tích cực trong quá trình chuyển động này.

Chuyển động gấp lòng bàn chân đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các ngón chân Các cơ gấp lòng bàn chân không chỉ hỗ trợ trong việc kiểm soát chuyển động mà còn đặc biệt giúp trong việc thực hiện các chuyển động xoay ra ngoài.

Cổ chân hoạt động nhờ vào sự phối hợp của các bó cơ khác nhau Hình ảnh minh họa từ trái sang phải thể hiện cấu trúc cơ ở chân, bao gồm cả phía sau và góc nhìn sâu từ phía sau Thông tin này được điều chỉnh từ nguồn Putz và Pabst.

Cơ Mác dài và Mác ngắn (Peroneus longus và brevis) đóng vai trò quan trọng trong việc kéo bàn chân nghiêng ra ngoài Hai cơ này cùng với các cơ gấp dài ngón cái và cơ gấp ngón chân giúp thực hiện các chuyển động của ngón chân, trong khi cơ duỗi ngón chân hỗ trợ sự duỗi dài của ngón cái và các ngón dài Sự liên kết giữa các sợi cơ là cần thiết cho hoạt động gấp mở cổ chân và các cơ Mác khác Trong quá trình di chuyển, lòng bàn chân không chỉ giúp đẩy cơ thể về phía trước mà còn tạo ra lực đẩy khi nhấc gót, đồng thời làm chậm chuyển động để kiểm soát sự tiến lên của xương chày trên bàn chân.

Thiết bị đo khớp cổ chân

Động học là lĩnh vực nghiên cứu chuyển động trong không gian, bao gồm các đại lượng như khoảng tịnh tiến và vận tốc góc Việc đo đạc các thông số này thường được thực hiện bằng giác kế, cho phép ghi lại thông tin về góc quay.

Phương pháp đo bằng giác kế sử dụng thiết kế với tấm gắn vào kim đo áp vào lòng bàn chân trong chu kỳ bước đi của con người (Sarrafian, 1983) Trong giai đoạn đánh chân, chân tăng tốc nhờ tác động của cơ đùi, giúp chân di chuyển và lòng bàn chân uốn cong Tiếp theo, bàn chân chuyển động gập lên, và trong giai đoạn cuối của pha đánh chân, tốc độ bắt đầu giảm cho đến khi gót chân tiếp xúc với mặt đất, hoàn thành chu kỳ bước đi.

Thiết bị đo khớp cổ chân được sử dụng để nghiên cứu, theo dõi và định lượng các chuyển động động học, bao gồm vị trí, độ dài, góc và vận tốc thẳng Việc thu thập dữ liệu động học cho phép ghi lại thông tin về góc quay, vận tốc và gia tốc của khớp sinh học.

Phương pháp đo bằng giác kế sử dụng thiết kế có một tấm gắn vào kim đo, giúp theo dõi áp lực lên lòng bàn chân (Sarrafian, 1983) Thiết kế này cho phép chân di chuyển tự do trong quá trình đánh chân, từ đó giải phóng bàn chân và thu thập dữ liệu động học một cách hiệu quả Việc theo dõi và định lượng chuyển động của vật bao gồm độ dài và góc quay, cung cấp thông tin quan trọng cho các nghiên cứu liên quan.

Phương pháp đo bằng giác kế với thiết kế có một tấm gắn vào kim đo áp vào lòng bàn

Hình 2.10 : Đo khớp cổ chân bằng giác kế (Hinh ảnh của Donnery and Spencer 1988)

Các tính năng của thiết bị giác kế:

 Thanh đo được cặp sát vào lòng bàn chân

 Vòng chia độ trong suốt tạo thuận lợi cho việc đo đạc

 Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra cổ chân khi cần đo nằm ngửa hoặc nằm sấp

 Tay người đo phải di chuyển trong hoạt động gấp mở

 Người vận hành phải giữ thiết bị ở vị trí chân của người đo

 Chỉ có thể xấp xỉ hóa kết quả đo

 Chỉ đo được chuyển động gấp mở trong mặt phẳng b) Thiết bị đo góc và moment xoắn

Thiết bị này sở hữu một bậc tự do chuyển động thông qua một khớp bản lề, kết hợp với cảm biến lực và thiết bị phân áp, nhằm đo lường độ cứng và biên độ góc của cổ chân.

Hình 2.11: Thiết bị đo góc và mô-men xoắn (Sử dụng hình ảnh của Trevino et al 2004)

Các tính năng của thiết bị:

 Sử dụng ốp nẹp cẳng chân bằng nhựa mềm và dẻo, có độ bền cao

 Thanh nẹp được nối với tấm ốp trên cẳng chân và đo góc xoay của cổ chân dụng biến điện trở đo góc

Thanh nẹp chân được trang bị cảm biến lực (Load cell) nhằm đo lường chuyển động và lực tác động lên cổ chân khi các kỹ thuật viên thực hiện các thao tác ép cổ chân.

 Kết nối với cẳng chân với cổ chân là khớp bản lề với 1 bậc tự do nhằm đo chuyển động gấp mở

 Không thể kiểm soát được tư thế chân

 Khi đặt vào bàn chân 1 vật thể cứng khiến cho kết quả đo trở nên khác đi

Việc sử dụng dây dẫn trong quá trình đo lường có thể gây bất tiện; dây quá dài có thể làm giảm chất lượng tín hiệu, trong khi dây quá ngắn lại cản trở hoạt động đo Một giải pháp hiệu quả là sử dụng camera để hỗ trợ trong quá trình này.

Có nhiều cách đo chuyển động sử dụng camera khác nhau, nhưng phương pháp được

Hệ thống sử dụng từ 4 camera trở lên, chủ yếu là các thiết bị có tốc độ khung hình cao (2000 khung/s), giúp ghi lại hình ảnh chất lượng tốt nhất Tuy nhiên, hiệu quả của hệ thống chỉ đạt được trong không gian trống, không có vật cản che khuất tầm quan sát của camera Phương pháp đo lường áp dụng cơ cấu đa khớp nối.

Trong lĩnh vực ứng dụng cơ y sinh, cơ cấu cơ khí có cảm biến đo góc đã được sử dụng từ lâu để đo lường chuyển động và độ cứng của xương khớp Các thiết bị này bao gồm các khâu được kết nối thông qua các khớp cơ học cơ bản, tạo thành một cơ cấu 6 bậc tự do Điểm đầu-cuối của cơ cấu được gắn vào cơ thể, cho phép đo chuyển động khớp khi khớp hoạt động Ứng dụng đầu tiên của cơ cấu 6 bậc tự do để đo khớp sinh học được báo cáo vào năm 1972 bởi Kinzel Các thiết kế này cho phép đo toàn bộ chuyển động của khớp trong không gian 3 chiều Một số nghiên cứu đã giới thiệu cơ cấu đo cho khớp khuỷu tay và khớp đầu gối Hướng dẫn thiết kế cơ cấu 6 bậc tự do được trình bày bởi Kirstukas et al., trong đó tổng hợp kinh nghiệm và định lượng bằng phần mềm máy tính cùng các phương pháp số để tối ưu hóa thiết kế cho các khớp sinh học khác nhau, đồng thời chứng minh hiệu quả của phương pháp qua thực nghiệm.

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂNTHỤ ĐỘNG BẰNG CƠ CẤU DELTA

1.1 Thiết kế cơ khí cơ cấu delta

Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu, tác giả đã thiết kế một thiết bị đo khớp cổ chân với cơ cấu 6 bậc tự do Để tối ưu hóa thiết kế, tác giả đã sử dụng cơ cấu Delta thay thế 3 khớp trượt bằng một cơ cấu song song, bao gồm 3 bậc tự do tịnh tiến và 3 bậc tự do xoay Cơ cấu song song được đặt trên xương chày, cho phép đo 3 bậc tự do trượt của bàn chân so với cẳng chân thông qua các cảm biến đo góc quay đơn giản, được lắp đặt tại trục quay của các cánh tay cơ cấu.

Thiết bị được thiết kế để đảm bảo số bậc tự do phù hợp với độ linh hoạt của khớp sinh học Một vật rắn trong không gian được coi là tự do khi có 6 bậc tự chuyển động không bị hạn chế Do đó, khi kết nối một cơ cấu cơ khí với khớp sinh học, cơ cấu cần có ít nhất sáu bậc tự do, bao gồm cả khớp thụ động và chủ động, nhằm di chuyển theo chuyển động tự nhiên của con người mà không gây cản trở.

Độ cứng vững của cơ cấu cao được đảm bảo nhờ vào cấu trúc hình học của chúng, cho phép chia sẻ đồng thời tất cả các lực tác dụng trên các đường động học Cấu trúc này tách biệt các thành phần chuyển động tịnh tiến và chuyển động xoay, từ đó nâng cao độ chính xác của dữ liệu đo được nhờ vào tính chất gần đẳng hướng của cơ cấu.

Thao tác phức tạp có thể được thực hiện với độ chính xác cao, với sai số chỉ phụ thuộc vào sai số dọc trục của các cụm cơ cấu riêng lẻ và không có sự tích lũy sai số.

- Có thể thiết kế với kích thước khác nhau

- Thiết bị có khối lượng nhỏ

Cơ cấu Delta có thiết kế với 3 bậc tự do tịnh tiến và 3 bậc tự do xoay, tạo ra một thiết bị với tổng cộng 6 bậc tự do Thiết bị này cho phép đo lường tất cả các thành phần chuyển động của khớp cổ chân trong không gian một cách chính xác.

Thiết bị được thiết kế 3D với cơ cấu song song dạng delta và ba khớp bản lề bố trí trực giao, như mô tả trong Hình 3.1 Thiết bị được gắn cố định vào cẳng chân và bàn chân bằng hai miếng ốp composite, cho phép bàn chân di chuyển tự do mà không bị cản trở Để đo dịch chuyển góc, sáu encoder được lắp đặt tại ba khớp xoay của cơ cấu delta và ba khớp bản lề (Hình 3.9) Dữ liệu từ encoder được truyền về máy tính để xử lý và tính toán.

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí cảm biến

Sơ đồ động học của thiết bị đo khớp cổ chân bao gồm cơ cấu quay 3 bậc tự do RRR, được kết nối với khâu tác động cuối của cơ cấu song song delta Thiết kế của cơ cấu delta trong thiết bị này khác với truyền thống, với 3 cánh tay đòn được bố trí trên nửa đường cong tròn, trong đó cánh tay thứ nhất lệch 90 độ so với cánh tay thứ hai và 180 độ so với cánh tay thứ ba.

Cơ cấu song song delta, theo Theo Reymond Clavel, là một hệ thống hình bình hành không gian với 3 bậc tự do tịnh tiến, được điều khiển thông qua 3 chuyển động quay tại mặt đế Bằng cách sử dụng các góc quay ở mặt đế, chúng ta có thể xác định tọa độ của điểm đầu công tác P(x,y,z).

Hình 3.3: Sơ đồ động học cơ cấu Delta

Theo sơ đồ động học của cơ cấu, điểm P = {x,y,z} T là giao điểm của ba đường tròn (A1',l), (A2',l), (A3',l) Với:

Góc quay tại Bi được ký hiệu là θ i, chiều dài cánh tay đòn là L, và chiều dài cơ cấu bình hành là l Trong sơ đồ động học (hình 3.4), cơ cấu delta có thể được đơn giản hóa thành ba khâu tịnh tiến theo ba phương trực giao.

Trong hình 3.4, sơ đồ động học của thiết bị cơ cấu song song được trình bày Tác giả áp dụng quy ước Denavit-Hartenberg để xác định hệ trục tọa độ và các thông số động học cho cơ cấu Phương trình 2 mô tả ma trận chuyển đổi D-H, thể hiện mối liên hệ giữa khớp thứ i và khớp i+1.

Khoảng cách từ Xi-1 đến Xi theo trục Z được ký hiệu là Zi, trong đó θ là góc quay quanh trục Z từ Xi-1 đến Xi, được viết tắt là Sin θ Đồng thời, khoảng cách từ Zi-1 đến Zi theo trục Xi-1 được ký hiệu là di, và α là góc quay quanh trục Xi-1 từ Zi-1 đến Zi.

Theo sơ đồ động học, thiết bị đo khớp cổ chân bao gồm 6 khâu nối tiếp Điểm gốc được xác định tại vị trí nối giữa mặt đế của cơ cấu delta và tấm ốp cẳng chân Từ phương trình (2), có thể xác định 6 ma trận chuyển đổi cho từng khớp.

Từ 6 ma trận quay cho từng khớp trên ta dễ dàng tính được bài toán động học thuận cho thiết bị dựa bào phương trình 4

Ma trận Jacobian của cơ cấu được tính dựa theo phương trình 5 [2]:

Trong đó :Với khớp quay : J i = × ( )

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm ban đầu với thiết bị, trong đó người tham gia đeo thiết bị và thực hiện các động tác gập và duỗi mu bàn chân Hình 3.5 minh họa quá trình thực nghiệm này.

Hình 3.5: Quá trình thực nghiệm thiết bị đo khớp cổ chân kiểu song song

Thiết bị được gắn trên chân phải của người dùng để đánh giá khả năng vận động khớp cổ chân thông qua quá trình di chuyển tự nhiên Dữ liệu từ 6 cảm biến góc quay sẽ được truyền về máy tính, cho phép tính toán chuyển động giữa bàn chân và cẳng chân Thông số này sẽ được so sánh với các chỉ số của người bình thường, từ đó giúp đánh giá mức độ phục hồi khả năng vận động của khớp cổ chân.

Trong giai đoạn đầu, nhóm tác giả đã áp dụng thiết bị đo khớp cổ chân thụ động kiểu cơ cấu song song để thực hiện các phép đo Họ cũng đã tính toán các bài toán động học bằng cách sử dụng ma trận chuyển đổi theo các phương trình đã được thiết lập.

THIẾT BỊ ĐO KHỚP CỔ CHÂN THỤ ĐỘNG BẰNG CƠ CẤU NỐI TIẾP

Việc áp dụng cơ cấu "nối tiếp" trong thiết kế thiết bị đo khớp cổ chân giúp giảm trọng lượng và tăng tính tiện lợi trong quá trình đo Cơ cấu nối tiếp này mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện khả năng sử dụng của thiết bị.

Trong không gian, có 6 bậc tự do bao gồm 5 chuyển động xoay và 1 chuyển động tịnh tiến, cho phép người sử dụng thiết bị chẩn đoán sự khác biệt giữa hai chân trong quá trình hoạt động.

Hình 3.6: Thiết bị thiết kế trên phần mềm

Thiết bị đo khớp cổ chân được thiết kế trên phần mềm 3D (Hình 3.6) bao gồm:

Cơ cấu được trang bị 5 khớp xoay, bao gồm 2 khớp Cardan, giúp giảm trọng lượng nhờ diện tích nhỏ gọn Việc lựa chọn khớp Cardan không chỉ làm cho cơ cấu nhẹ hơn mà còn đơn giản hóa quá trình tính toán động học nhờ vào việc các vector dọc trục của hai góc cắt nhau.

Hình 3.7 : Phân rã khớp Cardan ở khớp 5 và 6

Khớp tịnh tiến (khớp 4) được thiết kế để thay đổi kích thước theo chiều dài, mang lại sự linh hoạt cho thiết bị khi sử dụng cho nhiều người có kích thước xương khác nhau Kết nối giữa thiết bị và chân người được thực hiện qua hai tấm ốp nhựa composite, tạo thành một vòng động học kép kín Việc sử dụng tấm ốp composite cho phép dễ dàng thay đổi để phù hợp với từng cá nhân.

Hình 3.8 : Hình tấm óp composite 3D

Cảm biến đo góc quay được lắp đặt trên cả 6 khớp của cơ cấu, cho phép theo dõi chuyển động của các khớp trong quá trình hoạt động Thiết bị sử dụng encoder 800 xung với khả năng đọc trên 2 kênh liên tục, mang lại độ phân giải 0.45 độ mỗi xung cho mỗi góc đo.

Sơ đồ động học của thiết bị đo khớp cổ chân thụ động bao gồm cơ cấu quay 5 bậc tự do và

Cơ cấu tịnh tiến tạo ra thiết bị đo 6 bậc tự do trong không gian, với thiết kế khớp nối liên tiếp giúp thiết bị trở nên nhỏ gọn và linh hoạt hơn trong quá trình sử dụng.

Khớp Cardan được sử dụng giúp tri gọn hơn, dễ tính toán hơn Với khối lượng cơ cấu được thu gọ

Theo sơ đồ động học, thiết bị tiếp Điểm gốc được chọn là v phương trình (2), ta có thể dẫn ra 6 ma tr

Ma trận Jacobian của cơ cấu thu

J = [ thiết bị trở nên nhỏ gọn hơn và linh hoạt hơn trong quá trình n được sử dụng giúp triệt tiêu khoảng cách giữa 2 khớp, giúp

Với 2 khớp cardan trong thiết bị đo khớp cổ chân ọn khá nhiều

Sơ đồ động học của thiết bị đo khớp cổ chân thể hiện vị trí nối giữa mặt đế của cơ cấu và tấm Hệ thống này bao gồm 6 ma trận chuyển đổi cho từng khớp thuộc cơ cấu, được tính toán dựa theo phương trình cụ thể.

Thiết bị hiện nay ngày càng nhỏ gọn và linh hoạt, giúp cải thiện cấu trúc cổ chân và kích thước của bộ phận mốp cẳng chân Sản phẩm bao gồm 6 khâu nối, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

 Tính ma trận chuyển vị cho thiết bị đo khớp cổ chân phải:

Bảng 3.1: Ma trận Denavit-Hartenberg

- Ma trận chuyển đổi của chân phải:

 Tính toán động học của chân phải :

Ta có: cos(q1) cos(pi/2 + q2) cos(q1) sin(pi/2 + q2) cos(pi/2 + q2) sin(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) sin(q1) cos(q1)

0 0 0 1 cos(q4) cos(q5 pi/2) cos(q4) sin(q5 pi/2) cos(q5 pi/2) sin(q4) sin(q4) sin(q5 pi/2) sin(q4) cos(q4)

(207 cos(q4) d3 + (207 sin(q sin(q5 pi/2) cos(q5 pi/2) 0 75

Theo ma trận (8), các phần tử được xác định như sau: a = sin(q4) sin(q6) + cos(q4) cos(q6) cos(q5 pi/2); a = cos(q6) sin(q4) cos(q4) cos(q5 pi/2) sin(q6); a = cos(q4) sin(q5 pi/2); a = (207 cos(q4))/2; a = cos(q4) sin(q6) cos(q6) cos(q5 pi/2) sin(q4); a = cos(q4) cos(q6) + cos(q5 pi/2) sin(q4) sin(q6); a = sin(q4) sin(q5 pi/2).

* Khoảng cách tọa độ giữa 2 tọa độ OiOi-1 trong hệ quy chiếu Ri-1 đo trong hệ tọa độ R2

* Vec-tor Ziđo trong hệ qui chiếu Ri

* Ta chuyển khoảng cách tọa độ giữa 2 gốc OiOi-1 trong hệ quy chiếu R2 về hệ R0

* Vetor Z i trong hệ qui chiếu R 2

; Z6_R2 = cos(q4) sin(q5 pi/2) sin(q4) sin(q5 pi/2) cos(q5 pi/2) 0

* Chuyển khoảng cách tọa độ giữa 2 tọa độ OiOi-1 trong hệ quy chiếu R2 về hệ R0

45 d3 sin(q1) sin(pi/2 + q2) d3 cos(pi/2 + q2)

Theo ma trận (9) ta có các phần tử : a = (207 cos(q1) cos(q4) cos(pi/2 + q2))/2 cos(q1) sin(pi/2 + q2)

(d3 (207 sin(q4))/2) 75 sin(q1) a = 75 cos(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 (207 sin(q4))/2) + (207 cos(q4) cos(pi/2 + q2) sin(q1))/2 + 45 a = (207 ( 4) ( /2 + 2))/2 + ( /2 + 2) ( 3 (207

Theo ma trận (10) ta có các phần tử : a = 75 sin(q1) cos(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2)

(207 cos(q1) cos(q4) cos(pi/2 + q2))/2 a = 75 cos(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) (207 cos(q4) cos(pi/2 + q2) sin(q1))/2 + 45 a = cos(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) (207 cos(q4) sin(pi/2

Theo ma trận (11) ta có các phần tử : a = 75 sin(q1) cos(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2)

(207 cos(q1) cos(q4) cos(pi/2 + q2))/2 a = 75 cos(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) (207 cos(q4) cos(pi/2 + q2) sin(q1))/2 + 45 a = cos(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) (207 cos(q4) sin(pi/2

* Chuyển Vetor Zi trong hệ qui chiếu Ri về hệ qui chiếu R0

Z3_R0 cos(q1) sin(pi/2 + q2) sin(q1) sin(pi/2 + q2)0 cos(pi/2 + q2)

Z5_R0 cos(q1) cos(pi/2 + q2) sin(q4) cos(q1) cos(q4) sin(pi/2 + q2) cos(pi/2 + q2) sin(q1) sin(q4) cos(q4) sin(q1) sin(pi/2 + q2) cos(q4) cos(pi/2 + q2) + sin(q4) sin(pi/2 + q2)

Theo ma trận (12), ta có các phần tử sau: a = cos(q5 π/2) sin(q1) + cos(q1) cos(q4) cos(π/2 + q2) sin(q5 π/2) + cos(q1) sin(q4) sin(π/2 + q2) sin(q5 π/2) Ngoài ra, a còn được biểu diễn là sin(q1) sin(q4) sin(π/2 + q2) sin(q5 π/2) cos(q1) cos(q5 π/2) + cos(q4) cos(π/2 + q2) sin(q1) sin(q5 π/2) Cuối cùng, a cũng có thể được viết dưới dạng cos(q4) sin(π/2 + q2) sin(q5 π/2) cos(π/2 + q2) sin(q4) sin(q5 π/2) và kết quả cuối cùng là a = 0.

* Tính tích có hướng POi và Zi

PO1_R0 150 sin(q1) 3 d3 cos(q1) sin(pi/2 + q2)

* Ma trận Jacobian của cơ cấu được tính dựa theo phương trình 4:

J = [ Tensor1 Tensor2 Tensor3 Tensor4 Tensor5 Tensor6] (4)

35 a = (cos(pi/2 + q2)^2 + sin(pi/2 + q2)^2) (150 cos(q1) 3 d3 sin(q1) sin(pi/2 + q2) + 180 a = (150 sin(q1) + 3 d3 cos(q1) sin(pi/2 + q2)) (cos(pi/2 + q2)^2

Theo ma trận (14) ta có các phần tử: a = sin(q1) a = cos(q1) a = 0 a = 3 d3 cos(q1) cos(pi/2 + q2) a = 3 d3 cos(pi/2 + q2) sin(q1) a = cos(q1) (150 sin(q1) + 3 d3 cos(q1) cos(q2) sin(q1) (150 cos(q1)

Theo ma trận (15) ta có các phần tử: a = 0 a = 0 a = 0 a = cos(q1) sin(pi/2 + q2) a = sin(q1) sin(pi/2 + q2) a = cos(pi/2 + q2)

Theo ma trận (16) ta có các phần tử: a = sin(q1) a = cos(q1) a = 0 a = 2 d3 cos(q1) cos(pi/2 + q2) a = 2 d3 cos(pi/2 + q2) sin(q1) a = sin(q1) (150 cos(q1) 2 d3 sin(q1) cos(q2) + 90) cos(q1) (150 sin(q1) + 2 d3 cos(q1) cos(q2))

Theo ma trận (17), các phần tử được xác định như sau: a = cos(q1) cos(pi/2 + q2) sin(q4), a = cos(pi/2 + q2) sin(q1) sin(q4), và a = cos(q4) cos(pi/2 + q2) + sin(q4) sin(pi/2 + q2) Các công thức này dẫn đến a = (cos(q4) cos(pi/2 + q2) + sin(q4) sin(pi/2 + q2)) (75 cos(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) (207 cos(q4) cos(pi/2 + q2) sin(q1))/2 + 45) (cos(q4) sin(q1).

37 a = (cos(q1) cos(q4) sin(pi/2 + q2) cos(q1) cos(pi/2 + q2) sin(q4))

((207 cos(q4) sin(pi/2 + q2))/2 cos(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2)) + (cos(q4) cos(pi/2 + q2) + sin(q4) sin(pi/2 + q2)) (75 sin(q1) + cos(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) + (207 cos(q1) cos(q4) cos(pi/2 + q2))/2) a = (cos(q1) cos(q4) sin(pi/2 + q2) cos(q1) cos(pi/2 + q2) sin(q4))

(75 cos(q1) sin(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2)

(207 cos(q4) cos(pi/2 + q2) sin(q1))/2 + 45) + (cos(q4) sin(q1) sin(pi/2 + q2) cos(pi/2 + q2) sin(q1) sin(q4)) (75 sin(q1) + cos(q1) sin(pi/2 + q2) (d3 + (207 sin(q4))/2) + (207 cos(q1) cos(q4) cos(pi/2 + q2))/2)

Thiết bị đo gắn trên chân người thu thập dữ liệu từ 6 encoder, gửi về máy tính để phân tích Dữ liệu này được xử lý trên Matlab để tính toán ma trận chuyển vị, jacobian và các tensors Kết quả cho phép tính toán vận tốc của điểm P trên bàn chân so với cẳng chân thông qua một phương trình cụ thể.

Vec-tơ vận tốc được định nghĩa như sau: = được xác định từ giá trị đo được của các encoder.

THỰC NGHIỆM

GIỚI THIỆU

Thiết bị đo khớp cổ chân thụ động với

Hai tấm composite (Hình 4.2) được thiết kế để giảm bớt trọng lượng, giúp cho việc di chuyển trở nên dễ dàng hơn Điều này không chỉ giữ cho họa chân linh hoạt mà còn tăng tốc độ di chuyển cho người sử dụng.

Thiết bị đo khớp cổ chân thụ động có 6 khớp nối tiếp nhau, được gắn vào cẳng chân với thiết kế nhỏ gọn hơn so với mô hình trước Thiết bị này giúp cho hoạt động của người sử dụng trở nên linh hoạt hơn, giảm bớt sự nặng nề khi không đeo thiết bị Nhờ đó, quá trình sử dụng cũng trở nên nhanh chóng hơn, rút ngắn thời gian đo kiểm.

: Cấu tạo thiết bị đo khớp cổ chân thụ động khớp nối tiếp nhau được gắn vào cẳng chân bằng

Hình 3.5) giúp cho t động của người sử dụng ở cổ Quá trình lắp thiết bị cho nhờ vậy mà rút ngắn được thời gian đo kiểm

Quá trình chuyển động của khớp chân được ghi lại bằng thiết bị đo khớp cổ chân theo thời gian, với kết quả được thể hiện qua các biểu đồ.

- Kiểm tra khớp cổ chân trên

- Kiểm tra khớp cổ chân trên

Biểu đồ 4.1 minh họa sự chuyển động của chân trong từng bước đi hàng ngày của con người Theo Sarrafian (1983), chuyển động này chủ yếu là sự thay đổi nghiêng của bàn chân so với cẳng chân, diễn ra xung quanh trục cẳng chân mà không có sự thay đổi lớn.

Cổ chân chuyển động trong một chu kỳ qua biểu đồ đến pha trụ có đến 4 lần giá tr chân của chúng ta thực hiện hoạt động gấp

Quá trình chuyển động của khớp chân được ghi nhận bằng thiết bị đo khớp cổ chân theo thời gian thực Kết quả đo lường được trình bày thông qua các biểu đồ trong những tình huống khác nhau.

Kiểm tra khớp cổ chân trên với bài tập đứng lên ngồi xuống

Kiểm tra khớp cổ chân trên với bài tập đi bộ 10 bước chân

Chu kỳ vận tốc góc của bước chân theo thời gian

Hằng ngày, bước chân của con người được theo dõi qua thiết bị đo, cho thấy sự chuyển động của chân được thể hiện rõ ràng Kết quả từ thiết bị này cho thấy rằng bước đi chủ yếu liên quan đến sự thay đổi của cổ chân và bàn chân so với cẳng chân, trong khi chuyển động quanh trục cẳng chân không đáng kể.

Cổ chân thực hiện chuyển động theo chu kỳ, với biểu đồ 4.1 cho thấy vận tốc góc giảm về 0, điều này chứng tỏ rằng trong mỗi bước, hoạt động gấp mở diễn ra đến 4 lần, đặc biệt với biên độ cao.

Quá trình chuyển động của khớp chân được ghi nhận thông qua thiết bị đo khớp cổ chân trong nhiều trường hợp khác nhau Theo thời gian, dữ liệu thu thập từ thiết bị sẽ thể hiện biên độ chuyển động của khớp.

Chu kỳ bước chân của thiết bị đo được thể hiện trong biểu đồ 4.1, cho thấy sự mở cổ chân và hoạt động trong khi chuyển động xoay diễn ra từ pha xuất phát Điều này chứng tỏ rằng trong một bước, hoạt động với biên độ cao nhất xảy ra ở cuối pha xuất phát và đầu pha trên không (duỗi trên không) Theo nghiên cứu của Sarrafian (1983), giai đoạn lớn nhất chiếm 60% của chu kỳ cũng là giai đoạn này, được thể hiện rõ trong hình 2.9 với giai đoạn tăng tốc và rời đi.

HOẠT ĐỘNG ĐO

 Trường hợp 1: Kiểm tra khớp cổ chân trên bài tập đứng lên ngồi xuống

Khi đứng lên ngồi xuống, biên độ khớp cổ chân thay đổi lớn, cho phép khảo sát sự khác biệt giữa chân trái và chân phải thông qua chuyển động đồng bộ Chấn thương ở một chân sẽ làm giảm biên độ góc so với chân còn lại, phản ánh quá trình hồi phục hoặc tình trạng chấn thương Theo Lundberg et al 1989b, tầm hoạt động khi ngồi xổm có thể đạt hơn 40°, và thiết bị đo khớp chân thụ động cũng cho thấy kết quả tương tự.

Biểu đồ 4.2 : Giá trị 12 encoder đọc về từ 2 chân

Biểu đồ 4.3 : Biên độ góc đứng lên ngồi xuống

Dữ liệu từ 12 encoder trên thiết bị cho thấy góc quay chính tại khớp xoay K3 và khớp tịnh tiến K4 có sự thay đổi lớn nhất, với giá trị trung bình đạt khoảng 40 độ Các chuyển động của bàn chân và cẳng chân được phân tích gồm chuyển động gấp mở, chuyển động trong ngoài và xoay quanh trục cẳng chân Biểu đồ cho thấy nếu có sự khác biệt về biên độ giữa hai chân khi thực hiện động tác đứng lên ngồi xuống, có thể một chân đang gặp vấn đề Biên độ chuyển động của bàn chân so với cổ chân chủ yếu dựa vào ba chuyển động này, trong khi ở tư thế đứng lên ngồi xuống, cổ chân hoạt động như khớp bản lề với giá trị xoay không đáng kể Biểu đồ biên dạng khớp cổ chân được xây dựng dựa trên thông tin về biên độ và vận tốc khớp.

Biểu đồ 4.4: Biên độ vận tốc gốc theo thời gian

Hoạt động của khớp cổ chân được thể hiện qua biểu đồ 4.3, nhưng việc so sánh chỉ bằng phương pháp xét vị trí không phản ánh đầy đủ kết quả đo Do đó, cần bổ sung biểu đồ vận tốc (biểu đồ 4.4) để minh họa biên độ vận tốc, cho thấy quá trình hoạt động của khớp cổ chân Mặc dù khớp cổ chân không đạt đến vị trí giới hạn, nhưng vận tốc lại ổn định theo thời gian Biểu đồ 4.4 ghi nhận 10 lần chuyển động đứng lên ngồi xuống, với hầu hết biên độ vận tốc tương đương Tuy nhiên, chân phải cho thấy hoạt động trong ngoài lớn hơn chân trái, do người này có xu hướng mở lòng bàn chân nhiều hơn khi ngồi xuống Để có cái nhìn rõ hơn, chúng ta sẽ sử dụng nhiều kết quả thí nghiệm khác nhau nhằm quan sát dữ liệu thu thập từ thiết bị ở các cá nhân khác nhau.

Biểu đồ 4.5: Thí nghiệm đứng lên ngồi xuống (góc quay và biên dạng khớp)

Biểu đồ 4.6: Biên độ vận tốc góc đứng lên ngồi xuống

Biên độ đứng lên ngồi xuống của mỗi người có sự khác biệt do cấu trúc khớp sinh học và hoạt động của các bó cơ khác nhau Tuy nhiên, hai chân thường hoạt động tương tự, với kết quả so sánh gần giống nhau Theo biểu đồ 4.5, các đỉnh biên độ góc không hoàn toàn đồng đều, nhưng khi so sánh dữ liệu của hai chân tại ba điểm G1, G2, G3, ta nhận thấy dù có sự không đồng đều, đỉnh của hai chân vẫn tương đồng với giá trị G1 khoảng 34 độ và G3 khoảng 16-18 độ Mặc dù biên độ dao động có sự đồng đều, người này có biên độ góc gấp mở bàn chân trung bình khoảng 29 độ.

 Trường hợp 2: Kiểm tra khớp cổ chân trên bài tập đi bộ 10 bước chân

Khớp chân hoạt động trong quá trình di chuyển nhờ vào ba khớp xoay: nghiêng trong ngoài, xoay quanh trục cẳng chân và gấp mở bàn chân Thiết bị đo đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin từ các cảm biến, sau đó tính toán để người sử dụng có thể nhận được các thông số cần thiết.

Biểu đồ 4.7: Vận tốc góc quay khớp cổ chân

Giá trị theo dõi các hoạt động xoay quanh trục và gấp mở trong quá trình di chuyển được thể hiện qua biểu đồ 4.7 Biểu đồ cho thấy trong di chuyển của cổ chân có sự kết hợp của nhiều góc độ khác nhau Đặc biệt, vận tốc quay lớn nhất tập trung vào hoạt động gấp mở của cổ chân.

Trong quá trình di chuyển, hoạt động xoay quanh trục cẳng chân không đáng kể so với các hoạt động khác Tuy nhiên, khi có hoạt động nghiêng trong ngoài diễn ra ở pha xuất phát, chân sẽ gập lòng để chịu toàn bộ sức nặng của cơ thể, giúp chuẩn bị cho quá trình rời khỏi mặt đất Để nâng được toàn bộ cơ thể, các dây chằng mác gót, dây chằng sên mác trước và dây chằng sên mác sau phải chịu tải Lúc này, xương chày, xương mác và xương sên tạo thành một khớp mộng an toàn cho hoạt động nâng đỡ cơ thể.

Biểu đồ 4.9 :Hoạt động trong ngoài trong quá trình di chuyển

Hoạt động gấp mở cổ chân trong quá trình di chuyển là yếu tố quan trọng nhất, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chu kỳ bước đi Biểu đồ 4.10 cho thấy rằng vận tốc góc của cổ chân ở chân trái ổn định và có biên độ hoạt động tương đối đồng đều trong chu kỳ bước chân Ngược lại, chân phải thể hiện sự khác biệt rõ rệt với các giá trị đo được khác so với chân trái Kết quả từ phụ lục 2 cũng xác nhận những phát hiện tương tự về sự khác biệt này.

Biểu đồ 4.10: Hoạt động gấp mở trong quá trình di chuyển người 1

Biểu đồ 4.11: Hoạt động gấp mở trong quá trình di chuyển người 2

Giá trị thu thập từ người 2 cho thấy chu kỳ hoạt động của chân phải và chân trái tương tự nhau Tuy nhiên, trong quá trình di chuyển 10 bước, nếu có sự thay đổi, giá trị biểu đồ cũng sẽ thay đổi Cụ thể, biểu đồ của người 6 cho thấy vấn đề ở bước chân thứ 3 của chân phải Điều này giúp các chuyên gia chẩn đoán theo dõi và nhận diện những hoạt động bất thường trong bước đi, đặc biệt khi có sự xuất hiện đột ngột hoặc khi bất thường đó lặp lại nhiều lần.

Biểu đồ 4.12: Biên độ 3 góc của khớp cổ chân khi di chuyển

Giá trị 3 góc của chân người khi di chuyển theo Lundberg cho thấy biên độ gấp mở cổ chân chỉ khoảng 10 độ Trong khi đó, thiết bị đo khớp cổ chân cho thấy giá trị gấp mở bàn chân so với cẳng chân dao động từ 8 đến 11 độ Giá trị này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cách gá đặt vào chân người sử dụng, độ rung lắc và dáng đi của từng cá nhân Do đó, hoạt động của khớp cổ chân khi di chuyển không chỉ đơn thuần là một sự thay đổi.