Рехабилитация на екзоскелет на рамото: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Рамото е една от най -сложните части на цялото човешко тяло. Неговите артикулации и раменната става позволяват на рамото широки движения на ръката и поради това са доста сложни за моделиране. В резултат на това рехабилитацията на рамото е класически медицински проблем. Целта на този проект е да се проектира робот, който да помогне за тази рехабилитация.

Този робот ще бъде под формата на екзоскелет с различни сензори, които ще измерват съответните параметри за характеризиране на движението на ръката, а след това ще сравнява получените резултати с база данни, за да даде незабавна обратна връзка за качеството на движението на рамото на пациента.

Устройството може да се види на снимките точно по -горе. Този екзоскелет е фиксиран върху колана, който се носи от пациента. Има и каишки за закрепване на рамото на устройството към ръката на пациента.

Ние сме студенти от инженерния факултет в Брюксел (Bruface) и имаме задача за курса по мехатроника 1: реализираме проект от списък с предложения, от който избрахме робота за рехабилитация на рамото.

Членове на Мехатроника 1 Група 7:

Джанлука Карбоун

Инес Анриет

Пиер Перейра Акуна

Radu Rontu

Томас Уилмет

Стъпка 1: Материали

- 3D принтер: PLA пластмаса

- Машина за лазерно рязане

- MDF 3 мм: повърхност 2 м²

- 2 акселерометъра MMA8452Q

- 2 потенциометра: PC20BU

- Лагери: Вътрешен диаметър 10 мм; Външен диаметър 26 мм

- Линейни направляващи релси: ширина 27 мм; минимална дължина 300 мм

- Задни колани и презрамки

- Arduino Uno

- Arduino кабели: 2 шина за алиментация (3, 3V акселерометър и 5V потенциометър), 2 шина за измерване на акселерометър, 1 шина за масата. (макет):

- Винтове:

За лагера: M10 болтове и гайки, За конструкцията като цяло: болтове и гайки М3 и М4

Стъпка 2: Основна идея

За да подпомогне рехабилитацията на рамото, това устройство има за цел да подпомогне рехабилитацията на рамото, следвайки основните движения у дома с прототипа.

Движенията, на които сме решили да се съсредоточим като упражнения, са: фронталното отвличане (вляво на снимката) и външното въртене (вдясно).

Нашият прототип е оборудван с различни сензори: два акселерометъра и два потенциометра. Тези сензори изпращат на компютър стойностите на ъглите на ръката и предмишницата от вертикалното положение. След това различните данни се нанасят върху база данни, която представлява оптималното движение. Този сюжет се прави в реално време, така че пациентът да може директно да сравни собственото си движение с движението, за да получи, и по този начин да се коригира, за да остане възможно най -близо до перфектното движение. Тази част ще бъде обсъдена в стъпката на базата данни.

Начертаните резултати могат да бъдат изпратени и до професионален физиотерапевт, който може да интерпретира данните и да даде още някои съвети на пациента.

По -скоро от практическа гледна точка, тъй като рамото е една от най -сложните стави на човешкото тяло, идеята беше да се предотврати определен обхват на движение, за да се избегне лоша реализация на движението, така че прототипът да може да позволи само тези две движения.

Освен това устройството няма да отговаря напълно на анатомията на пациента. Това означава, че оста на въртене на екзоскелета не съвпада перфектно с тези на рамото на пациента. Това ще генерира въртящи моменти, които могат да счупят устройството. За да се компенсира това, са внедрени набор от релси. Това също позволява на широк кръг пациенти да носят устройството.

Стъпка 3: Различни части на устройството

В тази част можете да намерите всички технически чертежи на парчетата, които използвахме.

Ако искате да използвате своя собствена, бъдете обезпокоени от факта, че някои парчета са обект на големи ограничения: валовете на лагера например са подложени на локална деформация. Ако са отпечатани 3D, те трябва да бъдат направени с висока плътност и достатъчно дебела, за да не се счупи.

Стъпка 4: Монтаж - Задна плоча

На това видео можете да видите плъзгача, използван за коригиране на един от DOF (линейния водач, перпендикулярен на задната плоча). Този плъзгач също може да бъде поставен на ръката, но решението, представено във видеото, даде по -добри теоретични резултати за 3D софтуера, за да се тества движението на прототипа.

Стъпка 5: Монтаж - Член на отвличане

Стъпка 6: Монтаж - Външна ротационна артикулация

Стъпка 7: Окончателно сглобяване

Стъпка 8: Схема на кръг

Сега, когато сглобеният прототип правилно коригира отклонението на рамото и успява да проследи движението на пациента заедно с двете желани посоки, е време да преминем към проследяващата част и най -вече към електрическата част на проекта.

Така акселерометрите ще получат информация за ускоренията заедно с всички посоки на плана, а код ще изчисли различните интересни ъгли от измерените данни. Различните резултати ще бъдат изпратени в matlab файл през Arduino. След това файлът Matlab извлича резултатите в реално време и сравнява получената крива с база данни с допустимите движения.

Компоненти за окабеляване към Arduino:

Това е схематичното представяне на различните връзки между различните елементи. Потребителят трябва да внимава връзките да зависят от използвания код. Например изходът I1 на първия акселерометър е свързан към земята, докато изходът на втория е свързан към 3.3V. Това е един от начините да се разграничат двата акселерометъра от гледната точка на Arduino.

Схема на окабеляване:

Зелено - хранене с акселерометри

Червено - вход A5 на Arduino за събиране на данни от акселерометрите

Розово - вход A4 на Arduino за събиране на данни от акселерометрите

Черно - Земя

Сиво - Измервания от първия потенциометър (на ротулата за челно отвличане)

Жълто - Измервания от втория потенциометър (на външната ротационна ротула)

Синьо - Потенциометри Хранене

Стъпка 9: База данни

Сега, когато компютърът получи ъглите, компютърът ще ги интерпретира.

Това е снимка на представяне на избраната база данни. В тази база данни сините криви представляват зоната на приемливо движение, а червената крива представлява перфектното движение. Трябва да се подчертае, че базата данни, разбира се, е отворена за промени. В идеалния случай параметрите на базата данни трябва да бъдат установени от професионален физиотерапевт, който да посъветва за действителните оптимални параметри за рехабилитация.

Избраното оптимално движение тук в червено се основава на опит и е такова, че рамото достига 90 ° за 2,5 секунди, което съответства на постоянна ъглова скорост от 36 °/s (или 0, 6283 rad/s).

Приемливата зона (в синьо) е проектирана с 3 -та част на парче в този случай както за горната граница, така и за долната граница. Функциите с по -високи поръчки също могат да бъдат разгледани за подобряване на формата на кривите или дори сложността на упражнението. В този пример упражнението е много просто: 3 повторения от 0 до 90 ° движение.

Кодът ще нанесе резултатите от един от сензорите - този, който представлява интерес, за да се вземе предвид рехабилитационното упражнение - в тази база данни. Играта сега за пациента е да адаптира скоростта и позицията на ръката си, така че ръката й да остане в синята зона, допустимия диапазон и възможно най -близо до червената крива, перфектното движение.