Az exoskeleton váll rehabilitációja: 10 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

A váll az emberi test egyik legbonyolultabb része. Csuklása és a vállízület lehetővé teszi a váll számára a kar széles mozgását, és így meglehetősen bonyolult modellezni. Következésképpen a váll rehabilitációja klasszikus orvosi probléma. A projekt célja egy olyan robot tervezése, amely segíti ezt a rehabilitációt.

Ez a robot egy exoszkeleton formájában jelenik meg, különböző érzékelőkkel, amelyek mérik a kar mozgását jellemző paramétereket, majd összehasonlítják a kapott eredményeket egy adatbázissal, hogy azonnali visszajelzést kapjanak a beteg vállmozgásának minőségéről.

A készülék a fenti képeken látható. Ez az exoskeleton egy olyan hevederre van rögzítve, amelyet a beteg visel. Vannak hevederek is, amelyek a készülék karját a beteg karjához rögzítik.

A brüsszeli mérnöki kar (Bruface) hallgatói vagyunk, és van egy feladatunk a Mechatronics 1 tanfolyamra: valósítson meg egy projektet a javaslatlistából, amelyből a Váll rehabilitációs robotot választottuk.

A Mechatronics 1 7. csoport tagjai:

Gianluca karbon

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

1. lépés: Anyagok

- 3D nyomtató: PLA műanyag

- Lézervágó gép

- MDF 3mm: felület 2m²

- 2 gyorsulásmérő MMA8452Q

- 2 potenciométer: PC20BU

- Csapágyak: belső átmérő 10 mm; Külső átmérője 26 mm

- Lineáris vezetősínek: szélesség 27 mm; minimális hossza 300 mm

- Hátsó heveder és hevederek

- Arduino Uno

- Arduino kábelek: 2 busz az alimentációhoz (3, 3 V gyorsulásmérő és 5 V potenciométer), 2 busz a gyorsulásmérő méréséhez, 1 busz a tömeghez. (kenyeretábla):

- Csavarok:

A csapágyhoz: M10 csavarok és anyák, A szerkezethez általában: M3 és M4 csavarok és anyák

2. lépés: Fő ötlet

Annak érdekében, hogy segítse a váll rehabilitációját, ez az eszköz célja, hogy segítse a váll rehabilitációját a prototípussal végzett otthoni alapvető mozgások után.

Azok a mozdulatok, amelyekre gyakorlásként összpontosítunk: a frontális elrablás (balra a képen) és a külső forgatás (jobbra).

Prototípusunk különféle érzékelőkkel van felszerelve: két gyorsulásmérő és két potenciométer. Ezek az érzékelők elküldik a számítógépnek a kar és az alkar szögeinek értékeit függőleges helyzetből. A különböző adatokat ezután az optimális mozgást ábrázoló adatbázisban ábrázolják. Ez a cselekmény valós időben történik, hogy a beteg közvetlenül össze tudja hasonlítani saját mozgását az elért mozgással, és így kijavíthatja magát, hogy a lehető legközelebb maradjon a tökéletes mozgáshoz. Ezt a részt az adatbázis lépésben tárgyaljuk.

Az ábrázolt eredményeket el lehet küldeni egy professzionális gyógytornásznak is, aki értelmezni tudja az adatokat, és további tanácsokat ad a betegnek.

Gyakorlati szempontból, mivel a váll az emberi test egyik legösszetettebb ízülete, az ötlet az volt, hogy bizonyos mozgástartományokat megakadályozzunk a mozgás rossz megvalósításának elkerülése érdekében, hogy a prototípus csak ezeket engedje meg két indítvány.

Ezenkívül az eszköz nem felel meg tökéletesen a beteg anatómiájának. Ez azt jelenti, hogy az exoskeleton forgástengelye nem egyezik tökéletesen a beteg vállával. Ez nyomatékokat generál, amelyek megtörhetik a készüléket. Ennek kompenzálására egy sor sínt hajtottak végre. Ez lehetővé teszi továbbá, hogy a betegek széles köre viselje az eszközt.

3. lépés: A készülék különböző részei

Ebben a részben megtalálhatja az általunk használt darabok összes műszaki rajzát.

Ha a sajátját szeretné használni, aggódjon amiatt, hogy egyes darabokra nagy korlátozások vonatkoznak: például a csapágy tengelyei helyi deformációnak vannak kitéve. 3D nyomtatás esetén nagy sűrűségűnek és vastagnak kell lenniük, hogy megakadályozzák a törést.

4. lépés: Összeszerelés - hátlap

Ezen a videón látható az egyik DOF (a hátlapra merőleges lineáris vezető) kijavítására használt csúszka. Ezt a csúszkát a karra is fel lehetne tenni, de a videón bemutatott megoldás jobb elméleti eredményeket adott a 3D szoftverben, a prototípus mozgásának teszteléséhez.

5. lépés: Összeszerelés - elrablás artikuláció

6. lépés: Összeszerelés - Külső forgás artikuláció

7. lépés: Végső összeszerelés

8. lépés: Körvonal diagram

Most, hogy az összeszerelt prototípus megfelelően korrigálja a váll eltolódását, és sikerül követni a beteg mozgását a két kívánt irány mellett, itt az ideje, hogy rátérjünk a nyomkövető részre, és különösen a projekt elektromos részére.

Így a gyorsulásmérők gyorsítási információkat kapnak a terv minden iránya mellett, és egy kód számítja ki a különböző érdekes szögeket a mért adatokból. A különböző eredményeket egy matlab fájlba küldik az Arduino -n keresztül. A Matlab fájl ezután valós időben lerajzolja az eredményeket, és összehasonlítja a kapott görbét az elfogadható mozgások adatbázisával.

Kábelezési alkatrészek Arduino -hoz:

Ez a különböző elemek közötti különböző kapcsolatok sematikus ábrázolása. A felhasználónak óvatosnak kell lennie, hogy a kapcsolatok a használt kódtól függenek. Például az első gyorsulásmérő I1 kimenete a földhöz, míg a második kimenete 3,3 V feszültséghez van csatlakoztatva. Ez az egyik módja annak, hogy megkülönböztessük a két gyorsulásmérőt az Arduino szempontjából.

Kapcsolási rajz:

Zöld - Gyorsulásmérők tápláléka

Piros - az Arduino A5 bemenete, hogy adatokat gyűjtsön a gyorsulásmérőkről

Rózsaszín - az Arduino A4 -es bemenete, hogy adatokat gyűjtsön a gyorsulásmérőkről

Fekete - Föld

Szürke - Mérések az első potenciométerből (az elülső elrabló rotulán)

Sárga - Mérések a második potenciométerből (a külső forgatáson)

Kék - potenciométerek táplálása

9. lépés: Adatbázis

Most, hogy a számítógép megkapja a szögeket, a számítógép értelmezni fogja azokat.

Ez egy fénykép a kiválasztott adatbázis ábrázolásáról. Ebben az adatbázisban a kék görbék az elfogadható mozgás zónáját, a piros görbe pedig a tökéletes mozgást jelenti. Hangsúlyozni kell, hogy az adatbázis természetesen nyitott a módosításokra. Ideális esetben az adatbázis paramétereit egy professzionális fizioterapeuta határozza meg, aki tanácsot ad a tényleges optimális rehabilitációs paraméterekről.

A választott optimális mozgás itt piros színnel, a tapasztalatokon alapul, és olyan, hogy a kar 2,5 másodperc alatt eléri a 90 ° -ot, ami 36 °/s (vagy 0, 6283 rad/s) állandó szögsebességnek felel meg.

Az elfogadható zónát (kék színben) 3 soros darabonkénti funkcióval tervezték ebben az esetben mind a felső, mind az alsó határ számára. A magasabb rendű függvények szintén figyelembe vehetők a görbék alakjának vagy akár a gyakorlat összetettségének javítására. Ebben a példában a gyakorlat nagyon egyszerű: 3 ismétlés 0-90 ° mozgással.

A kód az egyik érzékelő - az adott rehabilitációs gyakorlatot bemutató - érzékelő eredményeit ábrázolja ebben az adatbázisban. A páciens számára most az a játék, hogy a kar sebességét és helyzetét úgy alakítsa ki, hogy karja a kék zónában, az elfogadható tartományon belül maradjon, és a lehető legközelebb legyen a piros görbéhez, a tökéletes mozgáshoz.