Rehabilitimi i shpatullave exoskeleton: 10 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Supi është një nga pjesët më të komplikuara të të gjithë trupit të njeriut. Artikulacionet e saj dhe nyja e shpatullës i lejojnë shpatullës një lëvizje të gjerë të krahut dhe kështu janë mjaft komplekse për tu modeluar. Si pasojë, rehabilitimi i shpatullës është një problem klasik mjekësor. Qëllimi i këtij projekti është të krijojë një robot që ndihmon këtë rehabilitim.

Ky robot do të marrë formën e një ekzoskeleti me sensorë të ndryshëm që do të masë parametrat përkatës për të karakterizuar lëvizjen e krahut, dhe pastaj do të krahasojë rezultatet e marra me një bazë të dhënash për të dhënë reagime të menjëhershme mbi cilësinë e pacientit të lëvizjes së shpatullave.

Pajisja mund të shihet në fotot pak më sipër. Ky ekzoskelet është i fiksuar në një parzmore që vesh pacienti. Ekzistojnë gjithashtu rripa për të lidhur krahun e pajisjes në krahun e pacientit.

Ne jemi studentë të Fakultetit të Inxhinierisë në Bruksel (Bruface) dhe kemi një detyrë për kursin Mechatronics 1: realizoni një projekt nga një listë sugjerimesh nga i cili zgjodhëm robotin e rehabilitimit të Supit.

Anëtarët e Grupit 7 të Mekatronikës 1:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Hapi 1: Materialet

- Printer 3D: PLA plastike

- Makinë prerëse me lazer

- MDF 3mm: sipërfaqe 2m²

- 2 akselerometra MMA8452Q

- 2 potenciometra: PC20BU

- Kushineta: Diametri i brendshëm 10 mm; Diametri i jashtëm 26 mm

- Binarët udhëzues linearë: gjerësia 27mm; gjatësi minimale 300 mm

- Mbërthim mbrapa dhe shiritat

- Arduino Uno

- Kabllo Arduino: 2 autobus për ushqim (3, 3V Akselerometër dhe 5V Potientiometër), 2 autobus për matjen e Përshpejtuesit, 1 autobus për masën. (bordi i bukës):

- vida:

Për kushinetën: bulona dhe arra M10, Për strukturën në përgjithësi: bulona dhe arra M3 dhe M4

Hapi 2: Ideja kryesore

Për të ndihmuar në rehabilitimin e shpatullave, kjo pajisje ka për qëllim të ndihmojë në rehabilitimin e shpatullës pas lëvizjeve themelore në shtëpi me prototipin.

Lëvizjet në të cilat kemi vendosur të fokusohemi si ushtrime janë: rrëmbimi frontal (majtas në foto) dhe rrotullimi i jashtëm (djathtas).

Prototipi ynë është i pajisur me sensorë të ndryshëm: dy akselerometra dhe dy potenciometra. Këta sensorë i dërgojnë një kompjuteri vlerat e këndeve të krahut dhe parakrahut nga pozicioni vertikal. Të dhënat e ndryshme vendosen më pas në një bazë të dhënash që përfaqëson lëvizjen optimale. Ky komplot është bërë në kohë reale në mënyrë që pacienti të krahasojë drejtpërdrejt lëvizjen e tij me lëvizjen për të marrë, dhe kështu mund të korrigjojë veten për të qëndruar sa më afër lëvizjes perfekte. Kjo pjesë do të diskutohet në hapin e bazës së të dhënave.

Rezultatet e komplotuara gjithashtu mund t'i dërgohen një fizioterapisti profesionist që mund të interpretojë të dhënat dhe t'i japë disa këshilla më shumë pacientit.

Më shumë nga pikëpamja praktike, pasi shpatulla është një nga nyjet më komplekse të trupit të njeriut, ideja ishte të parandalohej një gamë e caktuar e lëvizjes në mënyrë që të shmanget realizimi i keq i lëvizjes, në mënyrë që prototipi të lejojë vetëm këto dy lëvizje.

Për më tepër, pajisja nuk do të përputhet në mënyrë të përkryer me anatominë e pacientit. Kjo do të thotë që boshti i rrotullimit të ekzoskeletit nuk përputhet në mënyrë perfekte me ato të shpatullës së pacientit. Kjo do të gjenerojë çift rrotullues që mund të prishin pajisjen. Për të kompensuar këtë, një sërë shinash janë zbatuar. Kjo gjithashtu lejon që një gamë e madhe pacientësh të veshin pajisjen.

Hapi 3: Pjesë të ndryshme të pajisjes

Në këtë pjesë, mund të gjeni të gjitha vizatimet teknike të pjesëve që kemi përdorur.

Nëse dëshironi të përdorni tuajin, shqetësohuni nga fakti se disa pjesë i nënshtrohen kufizimeve të mëdha: boshtet e kushinetave për shembull i nënshtrohen deformimit lokal. Nëse printohen 3D, ato duhet të bëhen me densitet të lartë dhe mjaft të trasha për të parandaluar prishjen e tij.

Hapi 4: Montimi - Tabela e pasme

Në këtë video, ju mund të shihni rrëshqitësin e përdorur për të korrigjuar një nga DOF (udhëzuesi linear pingul me pllakën e pasme). Ai rrëshqitës gjithashtu mund të vihej në krah, por zgjidhja e paraqitur në video dha rezultate më të mira teorike në programin 3D, për të testuar lëvizjen e prototipit.

Hapi 5: Asambleja - Artikulimi i Rrëmbimit

Hapi 6: Asambleja - Artikulimi i Rrotullimit të Jashtëm

Hapi 7: Asambleja përfundimtare

Hapi 8: Diagrami qarkor

Tani që prototipi i grumbulluar korrigjon siç duhet shtrirjen e shpatullave dhe arrin të ndjekë lëvizjen e pacientit së bashku me dy drejtimet e kërkuara, është koha për të hyrë në pjesën përcjellëse dhe veçanërisht në pjesën elektrike të projektit.

Pra, akselerometrat do të marrin informacione përshpejtimi së bashku me çdo drejtim të planit, dhe një kod do të llogarisë kënde të ndryshme interesante nga të dhënat e matura. Rezultatet e ndryshme do të dërgohen në një skedar matlab përmes Arduino. Skedari Matlab më pas tërheq rezultatet në kohë reale dhe krahason kurbën e fituar me një bazë të dhënash të lëvizjeve të pranueshme.

Komponentët e telave në Arduino:

Ky është përfaqësimi skematik i lidhjeve të ndryshme midis elementeve të ndryshëm. Përdoruesi duhet të jetë i kujdesshëm që lidhjet të varen nga kodi i përdorur. Për shembull, dalja I1 e përshpejtuesit të parë është e lidhur me tokën ndërsa dalja e të dytit është e lidhur me 3.3V. Kjo është një nga mënyrat për të dalluar dy përshpejtuesit nga pikëpamja Arduino.

Tabela e telave:

E gjelbër - Ushqimi i përshpejtuesve

E kuqe - futni A5 të Arduino për të mbledhur të dhëna nga përshpejtuesit

Rozë - futni A4 të Arduino për të mbledhur të dhëna nga përshpejtuesit

E zezë - Tokë

Gri - Matjet nga potenciometri i parë (në rrotullën e rrëmbimit frontal)

E verdhë - Matjet nga potenciometri i dytë (në rotulin e rrotullimit të jashtëm)

Blu - Potenciometra ushqim

Hapi 9: Baza e të dhënave

Tani që kompjuteri merr këndet, kompjuteri do t'i interpretojë ato.

Kjo është një fotografi e një përfaqësimi të bazës së të dhënave të zgjedhur. Në këtë bazë të dhënash kurbat blu përfaqësojnë zonën e lëvizjes së pranueshme dhe kurba e kuqe përfaqëson lëvizjen perfekte. Duhet theksuar se baza e të dhënave është sigurisht e hapur për modifikime. Në mënyrë ideale, parametrat e bazës së të dhënave duhet të përcaktohen nga një fizioterapist profesionist për të këshilluar mbi parametrat aktualë të rehabilitimit optimal.

Lëvizja optimale e zgjedhur këtu me të kuqe, bazohet në përvojën dhe është e tillë që krahu arrin 90 ° në 2.5 sekonda, që korrespondon me një shpejtësi konstante këndore prej 36 °/s, (ose 0, 6283 rad/s).

Zona e pranueshme (me ngjyrë blu) është projektuar me një funksion të rendit në copë 3 në këtë rast si për kufirin e sipërm ashtu edhe atë të poshtëm. Funksionet e rendit më të lartë gjithashtu mund të konsiderohen për të përmirësuar formën e kthesave apo edhe kompleksitetin e ushtrimit. Në këtë shembull ushtrimi është shumë i thjeshtë: 3 përsëritje me lëvizje 0 deri në 90 °.

Kodi do të paraqesë rezultatet e njërit prej sensorëve - ai me interes duke marrë parasysh ushtrimin e rehabilitimit - në këtë bazë të dhënash. Loja tani për pacientin është të përshtatë shpejtësinë dhe pozicionin e krahut në mënyrë që krahu i tij të qëndrojë brenda zonës blu, diapazoni i pranueshëm dhe sa më afër kurbës së kuqe, lëvizja perfekte.