Rehabilitacija ramena egzoskeleta: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Rame je jedan od najkompliciranijih dijelova cijelog ljudskog tijela. Njegove artikulacije i rameni zglob omogućuju ramenu širok raspon pokreta ruke i stoga su prilično složeni za modeliranje. Posljedično, rehabilitacija ramena klasičan je medicinski problem. Cilj ovog projekta je dizajnirati robota koji pomaže u ovoj rehabilitaciji.

Ovaj će robot imati oblik egzoskeleta s različitim senzorima koji će mjeriti relevantne parametre za karakteriziranje kretanja ruke, a zatim će usporediti dobivene rezultate s bazom podataka kako bi dao neposrednu povratnu informaciju o pacijentovoj kvaliteti pokreta ramena.

Uređaj se može vidjeti na gornjim slikama. Ovaj egzoskelet pričvršćen je na uprtač koji nosi pacijent. Postoje i trake za pričvršćivanje ruke uređaja na ruku pacijenta.

Studenti smo briselskog Tehničkog fakulteta (Bruface) i imamo zadatak za kolegij Mehatronika 1: realizirati projekt s popisa prijedloga s kojeg smo odabrali robota za rehabilitaciju ramena.

Pripadnici Mehatronics 1 grupe 7:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Korak 1: Materijali

- 3D pisač: PLA plastika

- Stroj za lasersko rezanje

- MDF 3 mm: površina 2 m²

- 2 akcelerometra MMA8452Q

- 2 potenciometra: PC20BU

- Ležajevi: Unutarnji promjer 10 mm; Vanjski promjer 26 mm

- Linearne vodilice: širina 27 mm; minimalna duljina 300 mm

- Stražnji pojas i remeni

- Arduino Uno

- Arduino kabeli: 2 sabirnice za alimentaciju (3, 3V akcelerometar i 5V potenciometar), 2 sabirnice za mjerenje akcelerometra, 1 sabirnica za masu. (oplata):

- vijci:

Za ležaj: vijci i matice M10, Općenito za strukturu: vijci i matice M3 i M4

Korak 2: Glavna ideja

Kako bi pomogao rehabilitaciju ramena, ovaj uređaj ima namjenu pomoći rehabilitaciji ramena nakon osnovnih pokreta kod kuće s prototipom.

Pokreti na koje smo se odlučili usredotočiti kao vježbe su: frontalna otmica (lijevo na slici) i vanjska rotacija (desno).

Naš prototip opremljen je raznim senzorima: dva akcelerometra i dva potenciometra. Ovi senzori šalju računalu vrijednosti kutova kutova ruke i podlaktice iz okomitog položaja. Različiti se podaci zatim unose u bazu podataka koja predstavlja optimalno kretanje. Ova se radnja radi u stvarnom vremenu tako da pacijent može izravno usporediti svoje kretanje s kretnjom kako bi se dobio, te se tako može ispraviti da ostane što je moguće bliže savršenom kretanju. O ovom dijelu će se govoriti u koraku baze podataka.

Iscrtani rezultati mogu se poslati i profesionalnom fizioterapeutu koji može protumačiti podatke i dati još neke savjete pacijentu.

Više s praktičnog gledišta, budući da je rame jedan od najsloženijih zglobova ljudskog tijela, ideja je bila spriječiti određeni raspon pokreta kako bi se izbjegla loša realizacija pokreta, tako da prototip može dopustiti samo ove dva pokreta.

Štoviše, uređaj neće savršeno odgovarati anatomiji pacijenta. To znači da se os rotacije egzoskeleta ne podudara savršeno s onom pacijentovog ramena. To će generirati okretne momente koji mogu slomiti uređaj. Kako bi se to nadoknadilo, implementiran je niz tračnica. To također omogućuje velikom broju pacijenata da nose uređaj.

Korak 3: Različiti dijelovi uređaja

U ovom dijelu možete pronaći sve tehničke crteže komada koje smo koristili.

Ako želite koristiti vlastiti, neka vas zabrine činjenica da su neki dijelovi podložni velikim ograničenjima: na primjer, osovine ležaja podložne su lokalnoj deformaciji. Ako se tiskaju 3D, trebaju biti izrađene u velikoj gustoći i dovoljno debele kako se ne bi slomile.

Korak 4: Montaža - stražnja ploča

Na ovom videu možete vidjeti klizač koji se koristi za ispravljanje jednog od DOF -a (linearni vodič okomit na stražnju ploču). Taj klizač se također mogao staviti na ruku, ali rješenje predstavljeno na videu dalo je bolje teoretske rezultate o 3D softveru, kako bi se testiralo kretanje prototipa.

Korak 5: Montaža - artikulacija otmice

Korak 6: Montaža - Vanjska rotacijska artikulacija

Korak 7: Završna montaža

Korak 8: Kružni dijagram

Sada kada sastavljeni prototip ispravno ispravlja neusklađenost ramena i uspijeva pratiti kretanje pacijenta uz dva željena smjera, vrijeme je da prijeđemo na dio za praćenje, a posebno na električni dio projekta.

Tako će mjerači ubrzanja primati informacije o ubrzanjima uz sve smjerove plana, a kôd će izračunati različite zanimljive kutove iz izmjerenih podataka. Različiti rezultati bit će poslani u matlab datoteku putem Arduina. Matlab datoteka tada crta rezultate u stvarnom vremenu i uspoređuje dobivenu krivulju s bazom podataka prihvatljivih kretnji.

Komponente ožičenja za Arduino:

Ovo je shematski prikaz različitih veza između različitih elemenata. Korisnik treba paziti da veze ovise o korištenom kodu. Na primjer, izlaz I1 prvog akcelerometra spojen je na masu, dok je izlaz drugog spojen na 3,3 V. Ovo je jedan od načina razlikovanja dva akcelerometra od Arduina.

Shema ožičenja:

Zeleno - Ubrzanje mjerača ubrzanja

Crveno - ulaz A5 Arduina za prikupljanje podataka s mjerača ubrzanja

Ružičasta - ulaz A4 Arduina za prikupljanje podataka s mjerača ubrzanja

Crna - uzemljena

Siva - Mjerenja s prvog potenciometra (na rotuli za frontalnu otmicu)

Žuta - Mjerenja s drugog potenciometra (na vanjskoj rotacijskoj rotuli)

Plava - Potenciometri Alimentation

Korak 9: Baza podataka

Sada kada računalo primi kutove, računalo će ih interpretirati.

Ovo je fotografija prikaza odabrane baze podataka. U ovoj bazi podataka plave krivulje predstavljaju zonu prihvatljivog kretanja, a crvena krivulja predstavlja savršeno kretanje. Valja naglasiti da je baza podataka naravno otvorena za izmjene. Idealno bi bilo da parametre baze podataka utvrdi profesionalni fizioterapeut kako bi dao savjete o stvarnim optimalnim parametrima rehabilitacije.

Odabrano optimalno kretanje ovdje u crvenoj boji temelji se na iskustvu i takvo je da ruka dosegne 90 ° za 2,5 sekunde, što odgovara konstantnoj kutnoj brzini od 36 °/s ((ili 0, 6283 rad/s).

Prihvatljiva zona (plavom bojom) je u ovom slučaju projektirana s 3 reda po komadu za gornju i donju granicu. Funkcije viših redova također se mogu uzeti u obzir za poboljšanje oblika krivulja ili čak složenost vježbe. U ovom primjeru vježba je vrlo jednostavna: 3 ponavljanja pokreta od 0 do 90 °.

Kôd će prikazati rezultate jednog od senzora - onog od interesa za razmatranje vježbe rehabilitacije - u ovoj bazi podataka. Igra za pacijenta sada je prilagoditi brzinu i položaj ruke tako da ruka ostane unutar plave zone, prihvatljivog raspona i što je moguće bliže crvenoj krivulji, savršenog pokreta.