توانبخشی شانه اسکلتی بیرونی: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

شانه یکی از پیچیده ترین قسمت های بدن انسان است. مفصل و مفصل شانه به شانه اجازه می دهد تا حرکات وسیعی از بازو را انجام دهد و بنابراین مدل سازی آن بسیار پیچیده است. در نتیجه ، توانبخشی شانه یک مشکل پزشکی کلاسیک است. هدف این پروژه طراحی رباتی است که به این توانبخشی کمک می کند.

این ربات به شکل یک اسکلت خارجی با حسگرهای مختلف است که پارامترهای مربوطه را برای مشخص کردن حرکت بازو اندازه گیری می کند و سپس نتایج بدست آمده را با پایگاه داده مقایسه می کند تا بازخورد فوری در مورد کیفیت حرکت شانه بیمار ارائه دهد.

این دستگاه را می توان در تصاویر بالا مشاهده کرد. این اسکلت بیرونی بر روی مهاری که توسط بیمار استفاده می شود ثابت شده است. همچنین بندهایی برای اتصال بازوی دستگاه به بازوی بیمار وجود دارد.

ما دانشجوی دانشکده فنی مهندسی بروکسل (Bruface) هستیم و برای دوره Mechatronics 1 وظیفه ای داریم: پروژه ای را از لیست پیشنهادی که از آن روبات توانبخشی شانه را انتخاب کرده ایم ، محقق کنید.

اعضای گروه 7 مکاترونیک 1:

جانلوکا کربن

اینس هنریت

پیر پریرا آکونا

رادو رونتو

توماس ویلمت

مرحله 1: مواد

- چاپگر سه بعدی: پلاستیک PLA

- دستگاه برش لیزری

MDF 3 میلی متر: سطح 2 متر مربع

- 2 شتاب سنج MMA8452Q

- 2 پتانسیومتر: PC20BU

- بلبرینگ: قطر داخلی 10 میلی متر ؛ قطر بیرونی 26 میلی متر

- خطوط راهنمای خطی: عرض 27 میلی متر ؛ حداقل طول 300 میلی متر

- کمر بند و بند

- آردوینو اونو

- کابل های آردوینو: 2 باس برای تغذیه (3 ، شتاب سنج 3 ولت و پتانسیومتر 5 ولت) ، 2 باس برای اندازه گیری شتاب سنج ، 1 باس برای جرم. (تخته نان):

- پیچ ها:

برای بلبرینگ: پیچ و مهره M10 ،

به طور کلی برای ساختار: پیچ و مهره M3 و M4

مرحله 2: ایده اصلی

به منظور کمک به توانبخشی شانه ، این دستگاه به منظور کمک به بازسازی شانه در پی حرکات اساسی در خانه با نمونه اولیه است.

حرکاتی که ما تصمیم گرفته ایم به عنوان تمرینات روی آن تمرکز کنیم عبارتند از: ربودن جلو (سمت چپ روی تصویر) و چرخش خارجی (راست).

نمونه اولیه ما مجهز به سنسورهای مختلف است: دو شتاب سنج و دو پتانسیومتر. این سنسورها مقادیر زاویه بازو و ساعد را از حالت عمودی به رایانه ارسال می کنند. سپس داده های مختلف روی پایگاه داده ای که حرکت بهینه را نشان می دهد ترسیم می شود. این طرح در زمان واقعی انجام می شود به طوری که بیمار می تواند حرکت خود را مستقیماً با حرکت برای مقایسه مقایسه کند و بنابراین می تواند خود را تا آنجا که ممکن است به حرکت کامل نزدیک نگه دارد تصحیح کند. این قسمت در مرحله پایگاه داده مورد بحث قرار می گیرد.

نتایج ترسیم شده را می توان به یک فیزیوتراپیست حرفه ای ارسال کرد که می تواند داده ها را تفسیر کرده و توصیه های بیشتری به بیمار ارائه دهد.

بیشتر از نظر عملی ، از آنجا که شانه یکی از پیچیده ترین مفصل های بدن انسان است ، این ایده این بود که از محدوده حرکتی خاصی جلوگیری شود تا از تحقق بد حرکت جلوگیری شود ، به طوری که نمونه اولیه فقط می تواند این موارد را مجاز کند. دو حرکت

علاوه بر این ، دستگاه کاملاً با آناتومی بیمار مطابقت ندارد. این بدان معناست که محور چرخش اسکلت خارجی کاملاً با محورهای شانه بیمار مطابقت ندارد. این باعث ایجاد گشتاورهایی می شود که می تواند دستگاه را بشکند. برای جبران آن مجموعه ای از ریل ها اجرا شده است. این همچنین به طیف وسیعی از بیماران اجازه می دهد تا دستگاه را بپوشند.

مرحله 3: قسمت های مختلف دستگاه

در این قسمت ، می توانید تمام نقشه های فنی قطعاتی را که استفاده کردیم ، بیابید.

اگر می خواهید از دستگاه خود استفاده کنید ، نگران این واقعیت باشید که برخی قطعات در معرض محدودیت های زیادی هستند: به عنوان مثال ، محورهای بلبرینگ تحت تغییر شکل موضعی قرار می گیرند. در صورت چاپ سه بعدی ، آنها باید با چگالی بالا و ضخامت کافی ساخته شوند تا از شکستن آن جلوگیری شود.

مرحله 4: مونتاژ - صفحه پشتی

در این ویدئو ، می توانید اسلایدر مورد استفاده برای تصحیح یکی از DOF (راهنمای خطی عمود بر پشت صفحه) را مشاهده کنید. این نوار لغزنده را نیز می توان روی بازو قرار داد ، اما راه حل ارائه شده روی فیلم نتایج نظری بهتری در نرم افزار سه بعدی برای آزمایش حرکت نمونه اولیه ارائه داد.

مرحله 5: مونتاژ - مفصل ربایش

مرحله 6: مونتاژ - مفصل گردان خارجی

مرحله 7: مونتاژ نهایی

مرحله 8: نمودار دور

اکنون که نمونه اولیه مونتاژ شده ، ناهماهنگی شانه را به درستی اصلاح می کند و می تواند حرکت بیمار را در کنار دو جهت موردنظر دنبال کند ، زمان آن رسیده است که به قسمت ردیابی و به ویژه قسمت الکتریکی پروژه بپردازیم.

بنابراین شتاب سنجها اطلاعات شتاب را در کنار هر جهت طرح دریافت می کنند و یک کد زوایای جالب مختلف را از داده های اندازه گیری شده محاسبه می کند. نتایج مختلف از طریق آردوینو به یک فایل matlab ارسال می شود. سپس فایل Matlab نتایج را در زمان واقعی ترسیم می کند و منحنی بدست آمده را با پایگاه داده ای از حرکات قابل قبول مقایسه می کند.

اجزای سیم کشی آردوینو:

این نمایش شماتیک ارتباطات مختلف بین عناصر مختلف است. کاربر باید مراقب باشد که اتصالات به کد استفاده شده بستگی دارد. به عنوان مثال ، خروجی I1 شتاب سنج اول به زمین متصل است در حالی که خروجی دومی به 3.3 ولت متصل است. این یکی از راههای تشخیص دو شتاب سنج از نقطه نظر آردوینو است.

نمودار سیم کشی:

سبز - تغذیه شتاب سنج

قرمز - ورودی A5 آردوینو برای جمع آوری داده ها از شتاب سنج ها

صورتی - ورودی A4 آردوینو برای جمع آوری داده ها از شتاب سنج ها

سیاه - زمین

خاکستری - اندازه گیری از اولین پتانسیومتر (در روتول ابداکشن جلو)

زرد - اندازه گیری از پتانسیومتر دوم (در روتول چرخش خارجی)

آبی - پتانسیومترهای تغذیه

مرحله 9: پایگاه داده

حالا که کامپیوتر زاویه ها را دریافت می کند ، کامپیوتر قصد دارد آنها را تفسیر کند.

این یک عکس از نمایش پایگاه داده انتخاب شده است. در این پایگاه داده ، منحنی های آبی منطقه حرکت قابل قبول و منحنی قرمز نشان دهنده حرکت کامل است. باید تاکید کرد که پایگاه داده البته برای تغییرات باز است. در حالت ایده آل ، پارامترهای پایگاه داده باید توسط یک فیزیوتراپیست حرفه ای تنظیم شود تا در مورد پارامترهای توانبخشی بهینه واقعی مشاوره دهد.

حرکت مطلوب انتخاب شده در اینجا با رنگ قرمز ، بر اساس تجربه است و به گونه ای است که بازو در 2.5 ثانیه به 90 درجه می رسد ، که با سرعت زاویه ای ثابت 36 درجه در ثانیه ، (یا 0 ، 6283 راد/ثانیه) مطابقت دارد.

ناحیه قابل قبول (به رنگ آبی) با عملکرد تکه ای 3 مرتبه در این حالت برای مرز بالا و پایین طراحی شده است. توابع سفارشات بالاتر را می توان برای بهبود شکل منحنی ها یا حتی پیچیدگی تمرین در نظر گرفت. در این مثال تمرین بسیار ساده است: 3 تکرار حرکت 0 تا 90 درجه.

کد قرار است نتایج یکی از سنسورها - که مورد توجه تمرینات توانبخشی است - را در این پایگاه داده ترسیم کند. در حال حاضر بازی برای بیمار این است که سرعت و موقعیت بازوی خود را به گونه ای تنظیم کند که بازوی آن در داخل منطقه آبی ، محدوده قابل قبول و تا حد امکان نزدیک به منحنی قرمز ، حرکت ایده آل باشد.