Pemulihan Bahu Exoskeleton: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Bahu adalah salah satu bahagian yang paling rumit dari seluruh tubuh manusia. Artikulasi dan sendi bahu membolehkan bahu melakukan gerakan yang luas dan dengan demikian cukup kompleks untuk dimodelkan. Akibatnya, pemulihan bahu adalah masalah perubatan klasik. Matlamat projek ini adalah untuk merancang robot yang membantu pemulihan ini.

Robot ini akan berbentuk exoskeleton dengan pelbagai sensor yang akan mengukur parameter yang relevan untuk mencirikan pergerakan lengan, dan kemudian akan membandingkan hasil yang diperoleh dengan pangkalan data untuk memberi maklum balas segera mengenai kualiti pergerakan bahu pesakit.

Peranti boleh dilihat pada gambar di atas. Exoskeleton ini dipasang pada tali pinggang yang dipakai oleh pesakit. Terdapat juga tali untuk melekatkan lengan alat ke lengan pesakit.

Kami adalah pelajar Fakulti Kejuruteraan Brussels (Bruface) dan kami mempunyai tugasan untuk kursus Mekatronik 1: merealisasikan projek dari senarai cadangan dari mana kami memilih robot pemulihan Bahu.

Ahli-ahli Kumpulan Mekatronik 1:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Langkah 1: Bahan

- Pencetak 3D: plastik PLA

- Mesin pemotong laser

- MDF 3mm: permukaan 2m²

- 2 pecutan MMA8452Q

- 2 potensiometer: PC20BU

- Galas: Diameter dalaman 10 mm; Diameter luar 26mm

- Rel panduan linier: lebar 27mm; panjang minimum 300 mm

- Harness dan tali belakang

- Arduino Uno

- Kabel Arduino: 2 bas untuk Alimentasi (3, Accelerometer 3V dan Potientiometer 5V), 2 bas untuk pengukuran Accelerometer, 1 bas untuk jisim. (papan roti):

- Skru:

Untuk galas: bolt dan mur M10, Untuk struktur secara umum: bolt dan mur M3 dan M4

Langkah 2: Idea Utama

Untuk membantu pemulihan bahu, alat ini bertujuan untuk membantu pemulihan bahu berikutan pergerakan asas di rumah dengan prototaip.

Usaha yang telah kami putuskan untuk difokuskan sebagai latihan adalah: penculikan frontal (kiri pada gambar) dan putaran luaran (kanan).

Prototaip kami dilengkapi dengan pelbagai sensor: dua pecutan dan dua potensiometer. Sensor ini menghantar ke komputer nilai sudut lengan dan lengan bawah dari kedudukan menegak. Data yang berbeza kemudian diplotkan pada pangkalan data yang mewakili gerakan optimum. Plot ini dilakukan secara real time sehingga pesakit dapat membandingkan geraknya sendiri dengan gerakan yang diperolehnya, dan dengan demikian dapat membetulkan dirinya agar tetap sedekat mungkin dengan gerakan yang sempurna. Bahagian ini akan dibincangkan dalam langkah pangkalan data.

Hasil diplot juga dapat dikirimkan kepada ahli fisioterapi profesional yang dapat menafsirkan data dan memberikan beberapa nasihat lagi kepada pesakit.

Lebih dari sudut pandang praktikal, kerana bahu adalah salah satu sendi tubuh manusia yang paling kompleks, idenya adalah untuk mencegah jarak gerakan tertentu untuk mengelakkan kesedaran pergerakan yang tidak baik, sehingga prototaip hanya dapat membenarkan ini dua gerakan.

Lebih-lebih lagi, alat ini tidak akan sesuai dengan anatomi pesakit. Ini bermaksud bahawa paksi putaran exoskeleton tidak sesuai dengan yang sama dengan bahu pesakit. Ini akan menghasilkan daya kilas yang boleh mematahkan peranti. Untuk mengimbanginya, satu set rel telah dilaksanakan. Ini juga membolehkan sebilangan besar pesakit memakai alat ini.

Langkah 3: Bahagian Peranti yang berbeza

Di bahagian ini, anda boleh mendapatkan semua lukisan teknikal kepingan yang kami gunakan.

Sekiranya anda ingin menggunakan barang anda sendiri, bimbangkan kenyataan bahawa beberapa keping dikenakan kekangan tinggi: poros galas misalnya boleh mengalami ubah bentuk tempatan. Sekiranya dicetak 3D, ia harus dibuat dengan ketumpatan tinggi dan cukup tebal untuk mengelakkannya pecah.

Langkah 4: Pemasangan - Plat Belakang

Pada video ini, anda dapat melihat slaid yang digunakan untuk membetulkan salah satu DOF (panduan lurus tegak lurus dengan plat belakang). Slider itu juga dapat dipakai, tetapi penyelesaian yang ditunjukkan pada video memberikan hasil teoritis yang lebih baik pada perisian 3D, untuk menguji gerakan prototaip.

Langkah 5: Perhimpunan - Artikulasi Penculikan

Langkah 6: Perhimpunan - Artikulasi Putaran Luar

Langkah 7: Perhimpunan Akhir

Langkah 8: Gambarajah Circut

Setelah prototaip yang dipasang betul memperbaiki ketidaksejajaran bahu, dan berjaya mengikuti gerakan pesakit di sepanjang dua arah yang dikehendaki, sudah tiba masanya untuk mendapatkan bahagian pelacakan dan terutama pada bahagian elektrik projek.

Jadi pecutan akan menerima maklumat pecutan di sepanjang setiap arah rancangan, dan kod akan mengira sudut menarik yang berbeza dari data yang diukur. Hasil yang berbeza akan dihantar ke fail matlab melalui Arduino. Fail Matlab kemudian memperoleh hasilnya dalam masa nyata dan membandingkan lengkung yang diperoleh dengan pangkalan data mengenai gerakan yang boleh diterima.

Komponen pendawaian ke Arduino:

Ini adalah gambaran skematik hubungan yang berbeza antara elemen yang berbeza. Pengguna harus berhati-hati agar sambungan bergantung pada kod yang digunakan. Sebagai contoh, output I1 pecutan pertama disambungkan ke tanah sementara output yang kedua disambungkan ke 3.3V. Ini adalah salah satu cara untuk membezakan dua pecutan dari sudut pandang Arduino.

Carta pendawaian:

Hijau - Alimentasi akselerometer

Merah - masukan A5 Arduino untuk mengumpulkan data dari pecutan

Pink - masukan A4 Arduino untuk mengumpulkan data dari pecutan

Hitam - Tanah

Kelabu - Pengukuran dari potensiometer pertama (pada putaran penculikan frontal)

Kuning - Pengukuran dari potensiometer kedua (pada putaran putaran luaran)

Biru - Alimentasi Potensiometer

Langkah 9: Pangkalan Data

Sekarang komputer menerima sudut, komputer akan menafsirkannya.

Ini adalah gambar representasi dari pangkalan data yang dipilih. Pada pangkalan data ini lengkung biru mewakili zon gerakan yang boleh diterima dan lengkung merah mewakili gerakan yang sempurna. Perlu ditegaskan bahawa pangkalan data tentu terbuka untuk pengubahsuaian. Sebaik-baiknya parameter pangkalan data harus ditentukan oleh ahli fisioterapi profesional untuk memberi nasihat mengenai parameter pemulihan optimum sebenar.

Gerakan optimum yang dipilih di sini berwarna merah, berdasarkan pengalaman dan sehingga lengan mencapai 90 ° dalam 2.5 saat, yang sepadan dengan kelajuan sudut tetap 36 ° / s, (atau 0, 6283 rad / s).

Zon yang boleh diterima (berwarna biru) telah dirancang dengan fungsi urutan searah 3 dalam kes ini untuk kedua-dua batas atas dan sempadan bawah. Fungsi pesanan yang lebih tinggi juga dapat dipertimbangkan untuk memperbaiki bentuk lekukan atau bahkan kerumitan latihan. Dalam contoh ini latihan sangat mudah: 3 pengulangan gerakan 0 hingga 90 °.

Kod ini akan memplot hasil dari salah satu sensor - yang berminat untuk memberi latihan pemulihan yang dipertimbangkan - pada pangkalan data ini. Permainan sekarang untuk pesakit adalah menyesuaikan kelajuan dan kedudukan lengannya sehingga lengannya tetap berada di dalam zon biru, jarak yang boleh diterima, dan sedekat mungkin dengan lekukan merah, gerakan yang sempurna.