Eksoskeleto pečių reabilitacija: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Pečiai yra viena sudėtingiausių viso žmogaus kūno dalių. Jo sąnariai ir peties sąnarys leidžia petiui plačiai atlikti rankos judesius, todėl yra gana sudėtingi modeliuoti. Todėl peties reabilitacija yra klasikinė medicinos problema. Šio projekto tikslas yra sukurti robotą, kuris padėtų šiai reabilitacijai.

Šis robotas bus egzoskeleto pavidalu su įvairiais jutikliais, kurie išmatuos atitinkamus parametrus, apibūdinančius rankos judesį, ir tada palygins gautus rezultatus su duomenų baze, kad gautų nedelsiant atsiliepimą apie paciento peties judesio kokybę.

Prietaisą galima pamatyti aukščiau esančiose nuotraukose. Šis egzoskeletas yra pritvirtintas prie diržo, kurį nešioja pacientas. Taip pat yra dirželiai prietaiso rankai pritvirtinti prie paciento rankos.

Mes esame Briuselio inžinerijos fakulteto (Bruface) studentai ir turime užduotį Mechatronics 1 kursui: įgyvendinti projektą iš pasiūlymų sąrašo, iš kurio pasirinkome pečių reabilitacijos robotą.

Mechatronics 1 7 grupės nariai:

Gianlukos karbonas

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Tomas Wilmetas

1 žingsnis: medžiagos

- 3D spausdintuvas: PLA plastikas

- Lazerio pjovimo mašina

- MDF 3 mm: paviršius 2m²

- 2 akselerometrai MMA8452Q

- 2 potenciometrai: PC20BU

- Guoliai: vidinis skersmuo 10 mm; Išorinis skersmuo 26 mm

- Linijiniai kreipiamieji bėgeliai: plotis 27 mm; minimalus ilgis 300 mm

- Nugaros diržai ir dirželiai

- Arduino Uno

- „Arduino“kabeliai: 2 maitinimo maitinimui (3, 3 V akselerometras ir 5 V potientiometras), 2 magistralės akselerometro matavimui, 1 magistralės masė. (Bandomoji Lenta):

- Varžtai:

Guoliui: M10 varžtai ir veržlės, Struktūrai apskritai: M3 ir M4 varžtai ir veržlės

2 žingsnis: pagrindinė idėja

Siekiant palengvinti pečių reabilitaciją, šis prietaisas turi padėti reabilituoti petį atlikus pagrindinius judesius namuose naudojant prototipą.

Judesiai, kuriuos nusprendėme sutelkti kaip pratimus, yra šie: priekinis pagrobimas (kairėje paveikslėlyje) ir išorinis sukimasis (dešinėje).

Mūsų prototipas aprūpintas įvairiais jutikliais: dviem akselerometrais ir dviem potenciometrais. Šie jutikliai siunčia į kompiuterį rankos ir dilbio kampų vertes iš vertikalios padėties. Tada skirtingi duomenys nubraižomi duomenų bazėje, kuri atspindi optimalų judesį. Ši schema atliekama realiu laiku, kad pacientas galėtų tiesiogiai palyginti savo judesį su judesiu, kad gautų judesį, ir taip pataisyti save, kad būtų kuo arčiau tobulo judesio. Ši dalis bus aptarta duomenų bazės etape.

Nubraižyti rezultatai taip pat gali būti siunčiami profesionaliam kineziterapeutui, kuris gali interpretuoti duomenis ir duoti daugiau patarimų pacientui.

Praktiniu požiūriu, kadangi petys yra vienas sudėtingiausių žmogaus kūno sąnarių, idėja buvo užkirsti kelią tam tikram judesio diapazonui, kad būtų išvengta blogo judesio suvokimo, kad prototipas galėtų leisti tik du judesiai.

Be to, prietaisas visiškai neatitiks paciento anatomijos. Tai reiškia, kad egzoskeleto sukimosi ašis visiškai neatitinka paciento peties. Tai sukuria sukimo momentus, kurie gali sugadinti įrenginį. Norėdami tai kompensuoti, buvo įdiegtas bėgių rinkinys. Tai taip pat leidžia dėvėti prietaisą daugeliui pacientų.

3 veiksmas: skirtingos įrenginio dalys

Šioje dalyje galite rasti visus mūsų naudojamų detalių techninius brėžinius.

Jei norite naudoti savąjį, būkite susirūpinę dėl to, kad kai kurios dalys yra labai suvaržytos: pavyzdžiui, guolio velenai gali deformuotis. Jei spausdinama 3D, jie turi būti pagaminti didelio tankio ir pakankamai stori, kad nesulūžtų.

4 žingsnis: Surinkimas - galinė plokštė

Šiame vaizdo įraše galite pamatyti slankiklį, naudojamą vienam iš DOF (linijinis kreipiklis, statmenas galinei plokštei) ištaisyti. Tą slankiklį taip pat galima uždėti ant rankos, tačiau vaizdo įraše pateiktas sprendimas davė geresnių teorinių rezultatų naudojant 3D programinę įrangą, kad būtų galima išbandyti prototipo judėjimą.

5 žingsnis: Surinkimas - pagrobimo artikuliacija

6 žingsnis: Surinkimas - išorinis sukimosi artikuliavimas

7 žingsnis: galutinis surinkimas

8 žingsnis: schema

Dabar, kai surinktas prototipas tinkamai ištaiso peties poslinkį ir sugeba sekti paciento judesius kartu su dviem norimomis kryptimis, laikas pradėti sekti sekimo dalį, o ypač - elektrinę projekto dalį.

Taigi akselerometrai gaus informaciją apie pagreitį kartu su visomis plano kryptimis, o kodas apskaičiuos skirtingus įdomius kampus iš išmatuotų duomenų. Skirtingi rezultatai bus siunčiami į „Matlab“failą per „Arduino“. Tada „Matlab“failas realiu laiku piešia rezultatus ir palygina gautą kreivę su priimtinų judesių duomenų baze.

Laidų komponentai prie „Arduino“:

Tai yra schema, vaizduojanti skirtingus ryšius tarp skirtingų elementų. Vartotojas turėtų būti atsargus, kad jungtys priklausytų nuo naudojamo kodo. Pavyzdžiui, pirmojo akselerometro I1 išėjimas yra prijungtas prie žemės, o antrojo - 3,3 V. Tai yra vienas iš būdų atskirti du akselerometrus nuo Arduino požiūrio.

Elektros instaliacijos schema:

Žalia - akselerometrų maitinimas

Raudona - įveskite „Arduino“A5, kad surinktumėte duomenis iš akselerometrų

Rožinė - įveskite „Arduino“A4, kad surinktumėte duomenis iš akselerometrų

Juoda - žemė

Pilka - matavimai iš pirmo potenciometro (ant priekinio pagrobimo rotulio)

Geltona - matavimai iš antrojo potenciometro (ant išorinio sukimosi žiedo)

Mėlyna - potenciometrų maitinimas

9 veiksmas: duomenų bazė

Dabar, kai kompiuteris gauna kampus, kompiuteris ketina juos interpretuoti.

Tai pasirinktos duomenų bazės atvaizdo nuotrauka. Šioje duomenų bazėje mėlynos kreivės reiškia priimtino judesio zoną, o raudona kreivė - tobulą judesį. Reikėtų pabrėžti, kad duomenų bazė, žinoma, yra atvira pakeitimams. Idealiu atveju duomenų bazės parametrus turėtų nustatyti profesionalus kineziterapeutas, kuris patartų dėl optimalių reabilitacijos parametrų.

Čia pasirinktas optimalus raudonos spalvos judesys, pagrįstas patirtimi ir yra toks, kad ranka pasiekia 90 ° per 2,5 sekundės, o tai atitinka pastovų kampinį greitį 36 °/s (arba 0, 6283 rad/s).

Priimtina zona (mėlyna) šiuo atveju suprojektuota naudojant 3 eilės gabalo funkciją tiek viršutinei, tiek apatinei ribai. Aukštesnių užsakymų funkcijos taip pat galėtų būti laikomos pagerinančiomis kreivių formą ar net pratimo sudėtingumą. Šiame pavyzdyje pratimas yra labai paprastas: 3 judesiai nuo 0 iki 90 °.

Kodas šioje duomenų bazėje nubraižys vieno iš jutiklių - dominančio reabilitacijos pratimo - rezultatus. Dabar pacientui reikia pritaikyti rankos greitį ir padėtį taip, kad ranka liktų mėlynoje zonoje, priimtiname diapazone ir kuo arčiau raudonos kreivės.