Hiện nay trên thế giới và trong nước, có nhiều loại giường và xe hỗ trợ chăm sóc người mất khả năng vận động tay chân bằng cơ và bằng điện. Tuy nhiên, những thiết bị này muốn vận hành được thì luôn cần phải có người điều khiển đứng trực tiếp bên cạnh. Đồng thời, vì phải chăm sóc những nhu cầu thiết yếu cho người bệnh, như: ăn, uống, vệ sinh... nên người thân nhiều khi không thể dành thời gian cho công việc ở cơ quan  hay công ty ở xa.

Chính vì vậy, mà cần phải có một sản phẩm đáp ứng nhu cầu đó cho gia đình có người bị bệnh nặng. Để khi ở xa, thì thông qua hệ thống phần mềm người nhà sẽ hướng dẫn, nhắc nhở người bệnh vận động sinh hoạt đúng giờ, đúng phương pháp bác sỹ yêu cầu mà không cần sự trợ giúp của người thứ hai.

Trong các bệnh viện, đối với những bệnh nhân nặng sản phẩm sẽ giúp cho người bệnh không đau đớn khi phải di chuyển cơ thể đến nơi chụp X quang, phẫu thuật, thăm khám hoặc thay ga, thay đồ hàng ngày.

Nhờ các ứng dụng của mạng máy tính tương tác và kết nối với mọi đối tượng (Internet of things – I.o.T) cho nên dù ở khoảng cách xa cũng không gặp trở ngại, đây chính là thành tố quan trọng trong Cuộc cách mạng công nghệ 4.0.

Với tất cả những yếu tố trên mà nhóm tác giả đã lựa chọn, thiết kế thành công “Giường I.o.T hỗ trợ người mất khả năng vận động tay chân”.

Hệ thống giường I.o.T được thiết kế gồm những thiết bị sau:

1. Vật liệu làm khung giường bằng Inox

2. Động cơ nâng hạ giường;

3. Động cơ di chuyển giường;

4. Hệ thống vệ sinh;

5. Hệ thống bàn ăn (cơ cầu nâng hạ bàn; cơ cấu bàn xoay; bình nước, hộp thuốc; cánh tay robot lấy đồ ăn);

6. Hệ thống mạch điều khiển

7. Chương trình cho Arduino;

8; Hệ thống điều khiển I.o.T qua mạng Internet.

Giường được thiết kế chắc chắn, sạch sẽ, dễ lau chùi, không bị tác động bởi oxi hóa, dễ gia công, tính thẩm mỹ cao.

- Động cơ nâng hạ giường: dùng cơ cấu Vitme, đây là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền động cho cơ cấu trượt dọc trục theo trục vitme. Khi truyền động thì trục Vitme quay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến, ở ddaay dùng Xy lanh điện DTL.200 với thông số cơ bản sau: Hành trình 200mm; Tải trọng 3000N đến 6000N (tương đương 300kg đến 600kg); Tốc độ khoảng 5mm/s; Điện áp 12 hoặc 24VDC.

- Động cơ di chuyển giường: có vòng tua thấp từ 20-30 vòng/phút để tránh lật cà dễ điều khiển, giường I.o.T sử dụng động cơ chổi than hộp số 12v-15w tỷ số truyền 126.

- Hệ thống vệ sinh: tùy theo nhu cầu mà tích hợp hệ thống vệ sinh điều khiển bằng điện hoặc cơ, được tháo lắp linh hoạt.

- Hệ thống bàn ăn: có cơ cấu nâng hạ bàn thiết kế cơ cấu Vitme với bước ren là 2,5mm, dùng động cơ kéo kính của ô tô có điện áp 12v công suất 10w, phần hành trình bằng Inox có kích thước trong là 25x25 cm, ngoài là 30x30 cm. Cơ cấu xoay bàn dùng cảm biến khoảng cách và động cơ DC 12v có rơ le nhiệt tự ngắt khi động cơ chịu tải lớn, hoạt động một cách chính xác để đưa bàn chứa nước, đồ ăn, thuốc đến trước miệng của người bệnh.

- Bình nước và hộp thuốc: Hộp thuốc được chia ngăn và có cảm biến hồng ngoại cùng động cơ bước đi kèm để guồng thuốc rơi xuống miệng; Bình chứa nước được gắn viên bi ở đầu vòi, khi người bệnh ghé miệng vào lực tác động từ lưỡi sẽ làm bi xoay và đẩy nước ra cho người bệnh dùng và tự động động khi người dùng không tác động vào bi.

Cánh tay Robot

- Cánh tay Robot lấy đồ ăn: dùng động cơ Servo để điều khiển các khớp của cánh tay chuyển động quay đến các vị trí khác nhau trên thiết bị, để gắp đồ thay thế cho con người. Servo là một dạng động cơ đặc biệt không giống như động cơ thông thường cứ cắm là chạy, Servo chỉ quay khi được điều khiển qua Driver với góc quay trong khoảng bất kỳ từ 0-180⁰.

- Hệ thống mạch điều khiển: được thiết kế tích hợp các Arduino, máy tính nhúng, các cảm biến, modul rơ le, động cơ để người sử dụng máy tính hoặc điện thoại thông minh (Smartphone) thông qua mạng Internet gửi các lệnh điều khiển về giường theo quy trình. Lệnh trên Internet truyền đến máy tính nhúng Raspberry Pi, rồi truyền dữ liệu tới các Arduino thông qua cáp kết nối, Arduino sẽ xử lý dưc liệu và điều khiển hoạt động của động cơ Servo điều khiển cánh tay robot thực hiện gắp đồ ăn một cách chính xác, an toàn theo lập trình.

- Hệ thống truyền hình ảnh: máy tính nhúng được kết nối với Camera Logitech C270 với độ phân giải 1280x720 pixels và chụp ảnh nhanh lên tới 3 megapixe, kết hợp với modem wifi đã được lập trình sẵn sẽ truyền hình ảnh trực tiếp lên trang web điều khiển, giúp người dùng thuận tiện trong việc chăm sóc người bệnh.

Các Arduino được nạp các chương trình xử lý hệ thống, giao diện của Arduino IDE gồm: Vùng lệnh: có các nút menu lệnh File, Edit, Sketch, Tool, help; Vùng viết chương trình: các chường trình nạp cho Arduino được viết tại đây. Vùng thông báo (debug): gồm những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị trong vùng này.

Ở dưới cùng bên phải hiển thị loại Board Arduino và cổng COM được sử dụng trong hệ thống.

- Hệ thống điều khiển I.o.T qua mạng Internet: ngôn ngữ HTML là ngôn ngữ được sử dụng trong hệ thống, các code được thiết kế xây dựng những lệnh điều khiển truyền tới máy tính nhúng thông qua mạng Internet.

Hệ thống được vận hành từ xa và tương tác thông qua mạng Internet một cahs linh hoạt. Hệ thống di chuyển chính xác, an toàn, cảnh báo kịp thời về nhịp tim của người bệnh về Email cho người thân. Giúp người sử dụng cho người bệnh ăn uống, vệ sinh nhanh chóng, linh hoạt và thuận tiện. Camera kết nối trên hệ thống đã truyền hình ảnh trực tiếp, tương tác với người thân bệnh nhân. Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, dễ sử dụng, thích hợp cho nhiều đối tượng.

Giải pháp đạt giải Đặc biệt của Cuộc thi Sáng tạo dành cho Thanh, Thiếu niên và Nhi đồng tỉnh Ninh Bình lần thứ X, năm 2019.

Đông Hà