Exoskeleton plecu rehabilitācija: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Plecs ir viena no sarežģītākajām cilvēka ķermeņa daļām. Tā locītavas un pleca locītava ļauj plecam veikt plašas rokas kustības, un tāpēc to modelēšana ir diezgan sarežģīta. Līdz ar to pleca rehabilitācija ir klasiska medicīniska problēma. Šī projekta mērķis ir izveidot robotu, kas palīdz šai rehabilitācijai.

Šis robots būs eksoskeleta formā ar dažādiem sensoriem, kas izmērīs attiecīgos parametrus, lai raksturotu rokas kustību, un pēc tam salīdzinās iegūtos rezultātus ar datu bāzi, lai nekavējoties sniegtu atsauksmes par pacienta plecu kustības kvalitāti.

Ierīci var redzēt attēlos, kas atrodas augšā. Šis eksoskelets ir piestiprināts pie zirglietas, kuru nēsā pacients. Ir arī siksnas ierīces rokas piestiprināšanai pie pacienta rokas.

Mēs esam Briseles Inženieru fakultātes (Bruface) studenti, un mums ir uzdevums Mechatronics 1 kursam: realizēt projektu no ieteikumu saraksta, no kura mēs izvēlējāmies plecu rehabilitācijas robotu.

Mechatronics 1 7. grupas dalībnieki:

Gianlukas karbonā

Inese Henriete

Pjērs Pereira Akuna

Radu Rontu

Tomass Vilmets

1. solis: materiāli

- 3D printeris: PLA plastmasa

- Lāzera griešanas mašīna

- MDF 3mm: virsma 2m²

- 2 akselerometri MMA8452Q

- 2 potenciometri: PC20BU

- Gultņi: iekšējais diametrs 10 mm; Ārējais diametrs 26 mm

- lineārās vadotnes sliedes: platums 27 mm; minimālais garums 300 mm

- muguras jostas un siksnas

- Arduino Uno

- Arduino kabeļi: 2 kopnes barošanai (3, 3 V akselerometrs un 5 V potenciometrs), 2 autobusi akselerometra mērīšanai, 1 kopne masai. (rīvdēlis):

- Skrūves:

Gultņiem: M10 skrūves un uzgriežņi, Konstrukcijai kopumā: M3 un M4 skrūves un uzgriežņi

2. solis: galvenā ideja

Lai palīdzētu plecu rehabilitācijai, šīs ierīces mērķis ir palīdzēt plecu rehabilitācijai pēc pamata kustībām mājās ar prototipu.

Kustības, uz kurām mēs esam nolēmuši koncentrēties kā vingrinājumi, ir: frontālā nolaupīšana (pa kreisi attēlā) un ārējā rotācija (pa labi).

Mūsu prototips ir aprīkots ar dažādiem sensoriem: diviem akselerometriem un diviem potenciometriem. Šie sensori nosūta datoram rokas un apakšdelma leņķu vērtības no vertikālā stāvokļa. Pēc tam dažādi dati tiek attēloti datu bāzē, kas attēlo optimālo kustību. Šis sižets tiek veikts reālā laikā, lai pacients varētu tieši salīdzināt savu kustību ar iegūto kustību un tādējādi izlabot sevi, lai paliktu pēc iespējas tuvāk ideālajai kustībai. Šī daļa tiks apspriesta datu bāzes posmā.

Uzzīmētos rezultātus var nosūtīt arī profesionālam fizioterapeitam, kurš var interpretēt datus un sniegt pacientam vēl dažus padomus.

Vairāk no praktiskā viedokļa, tā kā plecs ir viena no vissarežģītākajām cilvēka ķermeņa locītavām, ideja bija novērst noteiktu kustību diapazonu, lai izvairītos no sliktas kustības realizācijas, lai prototips varētu atļaut tikai šos divas kustības.

Turklāt ierīce neatbilst pacienta anatomijai. Tas nozīmē, ka eksoskeleta rotācijas ass perfekti nesakrīt ar pacienta plecu. Tas radīs griezes momentus, kas var salauzt ierīci. Lai to kompensētu, ir ieviests sliežu komplekts. Tas arī ļauj lielam pacientu lokam valkāt ierīci.

3. darbība: dažādas ierīces daļas

Šajā daļā varat atrast visus izmantoto detaļu tehniskos rasējumus.

Ja vēlaties izmantot savu, uztraucieties par to, ka daži gabali ir pakļauti lieliem ierobežojumiem: piemēram, gultņa vārpstas ir pakļautas vietējai deformācijai. Ja tie ir iespiesti 3D formātā, tiem jābūt izgatavotiem ar lielu blīvumu un pietiekami bieziem, lai tie nesaplīst.

4. solis: montāža - aizmugurējā plāksne

Šajā videoklipā varat redzēt slīdni, ko izmanto, lai labotu vienu no DOF (lineārā vadotne perpendikulāri aizmugurējai plāksnei). Šo slīdni varēja arī uzlikt uz rokas, taču videoklipā sniegtais risinājums sniedza labākus teorētiskos rezultātus 3D programmatūrā, lai pārbaudītu prototipa kustību.

5. solis: montāža - nolaupīšanas artikulācija

6. darbība: salikšana - ārējā rotācijas šarnīrsavienojums

7. solis: galīgā montāža

8. solis: shēmas shēma

Tagad, kad samontētais prototips pareizi izlabo plecu novirzi un izdodas sekot pacienta kustībai līdzās diviem vēlamajiem virzieniem, ir pienācis laiks ķerties pie izsekošanas daļas un jo īpaši pie projekta elektriskās daļas.

Tātad akselerometri saņems informāciju par paātrinājumiem līdzās visiem plāna virzieniem, un kods no izmērītajiem datiem aprēķinās dažādus interesantos leņķus. Dažādie rezultāti tiks nosūtīti uz matlab failu, izmantojot Arduino. Pēc tam Matlab fails uzzīmē rezultātus reālā laikā un salīdzina iegūto līkni ar pieņemamo kustību datu bāzi.

Elektroinstalācijas komponenti Arduino:

Šis ir shematisks dažādu savienojumu savienojums starp dažādiem elementiem. Lietotājam jābūt uzmanīgam, lai savienojumi būtu atkarīgi no izmantotā koda. Piemēram, pirmā akselerometra I1 izeja ir savienota ar zemi, bet otrā izeja - ar 3,3 V. Šis ir viens no veidiem, kā atšķirt abus akselerometrus no Arduino viedokļa.

Elektroinstalācijas shēma:

Zaļš - akselerometru uzturs

Sarkans - ievadiet Arduino A5, lai savāktu datus no akselerometriem

Rozā - ievadiet Arduino A4, lai savāktu datus no akselerometriem

Melns - zeme

Pelēks - mērījumi no pirmā potenciometra (uz frontālās nolaupīšanas rotula)

Dzeltens - mērījumi no otrā potenciometra (uz ārējās rotācijas rotula)

Zils - potenciometru barošana

9. darbība. Datu bāze

Tagad, kad dators saņem leņķus, dators tos interpretēs.

Šī ir izvēlētās datu bāzes attēla fotogrāfija. Šajā datu bāzē zilās līknes attēlo pieņemamas kustības zonu, bet sarkanā - perfektu kustību. Jāuzsver, ka datu bāze, protams, ir atvērta izmaiņām. Ideālā gadījumā datu bāzes parametrus vajadzētu noteikt profesionālam fizioterapeitam, lai sniegtu padomus par faktiskajiem optimālajiem rehabilitācijas parametriem.

Šeit sarkanā krāsā izvēlētā optimālā kustība ir balstīta uz pieredzi un ir tāda, ka roka sasniedz 90 ° 2,5 sekundēs, kas atbilst nemainīgam leņķiskajam ātrumam 36 °/s (vai 0, 6283 rad/s).

Pieļaujamā zona (zilā krāsā) šajā gadījumā ir veidota ar 3 secīgu gabalu funkciju gan augšējai, gan apakšējai robežai. Varētu apsvērt arī augstākas kārtas funkcijas, lai uzlabotu līkņu formu vai pat vingrinājuma sarežģītību. Šajā piemērā vingrinājums ir ļoti vienkāršs: 3 atkārtojumi no 0 līdz 90 ° kustībām.

Kods šajā datu bāzē iezīmēs viena no sensoriem - interesējošā - rezultātus, kas atspoguļo rehabilitācijas vingrinājumu. Tagad pacienta spēle ir pielāgot rokas ātrumu un stāvokli tā, lai roka paliktu zilajā zonā, pieņemamā diapazonā un pēc iespējas tuvāk sarkanajai līknei, ideāla kustība.