Exoskeleton Çiyin Reabilitasiyası: 10 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Çiyin bütün insan bədəninin ən mürəkkəb hissələrindən biridir. Onun oynaqları və çiyin birləşməsi çiyin qolunun geniş hərəkətlərinə imkan verir və buna görə də modelləşdirmək olduqca mürəkkəbdir. Nəticədə çiyinin bərpası klassik bir tibbi problemdir. Bu layihənin məqsədi bu reabilitasiyaya kömək edən bir robot dizayn etməkdir.

Bu robot, qolun hərəkətini xarakterizə etmək üçün müvafiq parametrləri ölçəcək müxtəlif sensorlar olan bir ekzoskelet şəklində olacaq və sonra xəstənin çiyin hərəkətinin keyfiyyəti haqqında dərhal rəy vermək üçün əldə edilən nəticələri bir verilənlər bazası ilə müqayisə edəcək.

Cihazı yuxarıdakı şəkillərdən görmək olar. Bu ekzoskelet, xəstənin taxdığı bir qoşquya bərkidilir. Cihazın qolunu xəstənin qoluna bağlamaq üçün kəmərlər də var.

Biz Brüssel Mühəndislik Fakültəsinin (Bruface) tələbələriyik və Mexatronika 1 kursu üçün bir tapşırığımız var: Çiyin reabilitasiya robotunu seçdiyimiz təkliflər siyahısından bir layihə həyata keçiririk.

Mekatronika 1 Qrup 7 -nin üzvləri:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Addım 1: Materiallar

- 3D printer: PLA plastik

- Lazer kəsmə maşını

- MDF 3 mm: səthi 2 m²

- 2 MMA8452Q sürətləndirici

- 2 potensiometr: PC20BU

- Rulmanlar: Daxili diametri 10 mm; Xarici diametri 26 mm

- Xətti bələdçi rayları: eni 27 mm; minimum uzunluğu 300 mm

- Arxa kəmər və kəmərlər

- Arduino Uno

- Arduino kabelləri: Alimentation üçün 2 avtobus (3, 3V Accelerometer və 5V Potientiometer), Accelerometer ölçümü üçün 2 bus, kütlə üçün 1 bus. (çörək taxtası):

- Vintlər:

Rulman üçün: M10 boltlar və qoz -fındıq, Ümumiyyətlə quruluş üçün: M3 və M4 boltlar və qoz -fındıq

Addım 2: Əsas fikir

Çiyin bərpasına kömək etmək üçün bu cihaz prototiplə evdəki əsas hərəkətləri izləyərək çiyinin bərpasına kömək etmək məqsədi daşıyır.

Məşqlər olaraq diqqət yetirməyə qərar verdiyimiz hərəkətlər bunlardır: frontal qaçırma (şəkildə solda) və xarici fırlanma (sağda).

Prototipimiz müxtəlif sensorlar ilə təchiz edilmişdir: iki akselerometr və iki potensiometr. Bu sensorlar şaquli mövqedən qolun və qolun açılarının dəyərlərini kompüterə göndərir. Fərqli məlumatlar daha sonra optimal hərəkəti təmsil edən bir verilənlər bazasına salınır. Bu süjet, xəstənin öz hərəkətini əldə etmək üçün etdiyi hərəkətlə birbaşa müqayisə etməsi və beləliklə mükəmməl hərəkətə mümkün qədər yaxın qalması üçün özünü düzəldə bilməsi üçün real vaxtda edilir. Bu hissə verilənlər bazası addımında müzakirə ediləcək.

Təsvir edilən nəticələr, məlumatları şərh edə bilən və xəstəyə daha çox məsləhət verə bilən peşəkar bir fizioterapevtə də göndərilə bilər.

Daha çox praktiki baxımdan, çiyin insan bədəninin ən mürəkkəb birləşmələrindən biri olduğu üçün, fikrin, hərəkətin pis həyata keçirilməsinin qarşısını almaq üçün müəyyən hərəkət aralığını maneə törətmək idi ki, prototip yalnız bunlara icazə versin. iki hərəkət.

Üstəlik, cihaz xəstənin anatomiyasına mükəmməl uyğun gəlmir. Bu o deməkdir ki, ekzoskeletin fırlanma oxu xəstənin çiyin oxları ilə tam uyğun gəlmir. Bu cihazı poza biləcək torklar yaradacaq. Bunu kompensasiya etmək üçün bir sıra relslər tətbiq edilmişdir. Bu da çox sayda xəstənin cihazı taxmasına imkan verir.

Addım 3: Cihazın müxtəlif hissələri

Bu hissədə istifadə etdiyimiz parçaların bütün texniki rəsmlərini tapa bilərsiniz.

Özünüzdən istifadə etmək istəyirsinizsə, bəzi parçaların yüksək məhdudiyyətlərə məruz qalmasından narahat olun: məsələn, yatağın şaftları yerli deformasiyaya məruz qalır. 3D çap edildikdə, qırılmaması üçün kifayət qədər sıx və qalın hazırlanmalıdır.

Addım 4: Montaj - Arxa plaka

Bu videoda DOF -dan birini düzəltmək üçün istifadə olunan kaydırıcıyı (arxa plakaya dik olan xətti bələdçi) görə bilərsiniz. Bu kaydırıcı da qola taxıla bilər, ancaq videoda təqdim olunan həll, prototipin hərəkətini yoxlamaq üçün 3D proqramında daha yaxşı nəzəri nəticələr verdi.

Addım 5: Quraşdırma - Qaçırma Artikulyasiyası

Addım 6: Montaj - Xarici Rotasiya Artikulyasiyası

Addım 7: Son Quraşdırma

Addım 8: Sirkulyasiya Diaqramı

İndi yığılmış prototip çiyinlərin uyğunsuzluğunu düzgün bir şəkildə düzəldir və xəstənin hərəkətini iki axtarılan istiqamətdə izləməyi bacarır, izləmə hissəsinə və xüsusən də layihənin elektrik hissəsinə keçməyin vaxtıdır.

Beləliklə, sürətölçənlər planın hər istiqamətinin yanında sürətləndirmə məlumatları alacaq və ölçülən məlumatlardan fərqli maraqlı açıları hesablayacaq. Fərqli nəticələr Arduino vasitəsilə bir matlab faylına göndəriləcək. Matlab faylı daha sonra nəticələri real vaxtda çəkir və alınan əyri məqbul hərəkətlərin məlumat bazası ilə müqayisə edir.

Arduino'ya tel komponentləri:

Bu, müxtəlif elementlər arasındakı fərqli əlaqələrin sxematik təsviridir. İstifadəçi əlaqələrin istifadə olunan koddan asılı olduğuna diqqətli olmalıdır. Məsələn, birinci akselerometrin I1 çıxışı yerə, ikincisinin çıxışı isə 3.3V -a bağlıdır. Bu, iki akselerometri Arduino baxımından fərqləndirməyin yollarından biridir.

Kabel qrafiki:

Yaşıl - Accelerometers alimentation

Qırmızı - akselerometrlərdən məlumat toplamaq üçün Arduinonun A5 girişi

Çəhrayı - akselerometrlərdən məlumat toplamaq üçün Arduinonun A4 girişi

Qara - Zəmin

Boz - İlk potansiyometrdən alınan ölçülər (frontal qaçırma rotulunda)

Sarı - İkinci potensiometrdən ölçmələr (xarici fırlanma rotulunda)

Mavi - Potensiometrlərin Alimentasiyası

Addım 9: Verilənlər bazası

İndi kompüter açıları aldıqda, kompüter onları şərh edəcək.

Bu seçilmiş verilənlər bazasının bir nümayəndəsinin fotoşəklidir. Bu verilənlər bazasında mavi əyrilər məqbul hərəkət zonasını, qırmızı əyri isə mükəmməl hərəkəti təmsil edir. Əlbəttə ki, verilənlər bazası dəyişikliklərə açıqdır. İdeal olaraq, verilənlər bazasının parametrləri, həqiqi optimal reabilitasiya parametrləri ilə bağlı məsləhət vermək üçün peşəkar fizioterapevt tərəfindən qurulmalıdır.

Burada qırmızı rəngdə seçilmiş optimal hərəkət təcrübəyə əsaslanır və qolu 2,5 saniyədə 90 ° -ə çatır ki, bu da 36 °/s sabit açısal sürətə (və ya 0, 6283 rad/s) uyğundur.

Qəbul edilə bilən zona (mavi rəngdə) bu vəziyyətdə həm yuxarı həm də aşağı sərhəd üçün 3 -cü hissə funksiyası ilə hazırlanmışdır. Daha yüksək əmr funksiyaları, əyrilərin şəklini və ya məşqin mürəkkəbliyini yaxşılaşdırmaq üçün də düşünülə bilər. Bu nümunədə məşq çox sadədir: 0 -dan 90 ° -ə qədər 3 təkrar.

Kod, bu məlumat bazasında, reabilitasiya məşğələsini aparan maraqlandıranlardan birinin nəticələrini hazırlayacaq. İndi xəstənin oyunu qolunun sürətini və mövqeyini uyğunlaşdırmaqdır ki, qolu mavi zonanın daxilində, məqbul diapazonda və qırmızı əyriyə, mükəmməl hərəkətə mümkün qədər yaxın olsun.