Exoskelet -skouerrehabilitasie: 10 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Die skouer is een van die mees ingewikkelde dele van die hele menslike liggaam. Sy artikulasies en die skouergewrig laat die skouer 'n wye bewegings van die arm toe en is dus taamlik ingewikkeld om te modelleer. Gevolglik is die rehabilitasie van die skouer 'n klassieke mediese probleem. Die doel van hierdie projek is om 'n robot te ontwerp wat hierdie rehabilitasie help.

Hierdie robot sal die vorm aanneem van 'n eksoskelet met verskillende sensors wat relevante parameters sal meet om die beweging van die arm te kenmerk, en dan die resultate vergelyk met 'n databasis om onmiddellik terugvoer te gee oor die kwaliteit van die skouerbeweging van die pasiënt.

Die toestel kan op die foto's net hierbo gesien word. Hierdie eksoskelet is vasgemaak aan 'n harnas wat die pasiënt dra. Daar is ook bande om die arm van die toestel aan die pasiënt se arm vas te maak.

Ons is studente van die Brusselse Fakulteit Ingenieurswese (Bruface) en ons het 'n opdrag vir die Mechatronics 1 -kursus: maak 'n projek uit 'n voorstellys waaruit ons die skouerrehabilitasie -robot gekies het.

Lede van die Mechatronics 1 Groep 7:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Stap 1: materiaal

- 3D -drukker: PLA -plastiek

- Laser snymasjien

- MDF 3 mm: oppervlak 2m²

- 2 versnellingsmeters MMA8452Q

- 2 potensiometers: PC20BU

- Laers: Binnediameter 10 mm; Buitendiameter 26 mm

- Lineêre geleidingsrails: breedte 27 mm; minimale lengte 300 mm

- Ruggordel en bande

- Arduino Uno

- Arduino -kabels: 2 bus vir voeding (3, 3V versnellingsmeter en 5V potensiometer), 2 bus vir versnellingsmeter meting, 1 bus vir die massa. (broodbord):

- Skroewe:

Vir die laer: M10 boute en moere, Vir die struktuur in die algemeen: M3 en M4 boute en moere

Stap 2: Hoofgedagte

Om die skouerrehabilitasie te help, het hierdie toestel die doel om die rehabilitasie van die skouer te help na basiese bewegings tuis met die prototipe.

Die bewegings waarop ons as oefeninge gefokus het, is: die frontale ontvoering (links op die foto) en eksterne rotasie (regs).

Ons prototipe is toegerus met verskillende sensors: twee versnellingsmeters en twee potensiometers. Hierdie sensors stuur die waardes van die hoeke van die arm en van die voorarm vanaf 'n vertikale posisie na 'n rekenaar. Die verskillende data word dan op 'n databasis geplot wat die optimale beweging voorstel. Hierdie plot word in reële tyd gedoen, sodat die pasiënt sy eie beweging direk kan vergelyk met die beweging om te verkry, en homself dus kan regstel om so na as moontlik aan die perfekte beweging te bly. Hierdie gedeelte sal in die databasisstap bespreek word.

Die uiteengesit resultate kan ook gestuur word aan 'n professionele fisioterapeut wat die data kan interpreteer en meer advies aan die pasiënt kan gee.

In die praktiese oogpunt, aangesien die skouer een van die mees komplekse gewrigte van die menslike liggaam is, was dit die idee om sekere bewegingsreikwydte te voorkom om 'n slegte besef van die beweging te vermy, sodat die prototipe slegs hierdie twee mosies.

Boonop pas die toestel nie perfek by die pasiënt se anatomie nie. Dit beteken dat die rotasie -as van die eksoskelet nie perfek by die pasiëntskouer pas nie. Dit genereer wringkragte wat die toestel kan breek. Om dit te vergoed, is 'n stel relings geïmplementeer. Dit laat ook 'n groot aantal pasiënte toe om die toestel te dra.

Stap 3: verskillende dele van die toestel

In hierdie deel vind u al die tegniese tekeninge van die stukke wat ons gebruik het.

As u u eie wil gebruik, moet u nie bekommerd wees oor die feit dat sommige stukke aan groot beperkings onderhewig is nie: die skagte van die laer is byvoorbeeld onderhewig aan plaaslike vervorming. As dit 3D-gedruk is, moet dit met 'n hoë digtheid en dik genoeg gemaak word om te voorkom dat dit breek.

Stap 4: Montering - agterplaat

Op hierdie video kan u die skuifbalk sien wat gebruik word om een van die DOF (die lineêre gids loodreg op die agterplaat) reg te stel. Die skuifbalk kan ook op die arm gesit word, maar die oplossing op die video het beter teoretiese resultate op die 3D -sagteware gegee om die beweging van die prototipe te toets.

Stap 5: Vergadering - ontvoering artikulasie

Stap 6: Montering - Artikulasie van eksterne rotasie

Stap 7: Finale vergadering

Stap 8: Omskakel diagram

Noudat die gekombineerde prototipe die skouerverstelling behoorlik regstel en die pasiënt se beweging langs die twee gewenste rigtings kan volg, is dit tyd om die opsporingsgedeelte en veral die elektriese deel van die projek te volg.

Die versnellingsmeters ontvang dus versnellingsinligting langs elke rigting van die plan, en 'n kode sal die verskillende interessante hoeke uit die gemete data bereken. Die verskillende resultate word via die Arduino na 'n matlab -lêer gestuur. Die Matlab -lêer trek dan die resultate intyds en vergelyk die verkregen kurwe met 'n databasis van die aanvaarbare bewegings.

Bedradingskomponente na Arduino:

Dit is die skematiese voorstelling van die verskillende verbindings tussen verskillende elemente. Die gebruiker moet versigtig wees dat die verbindings afhang van die gebruikte kode. Die I1 -uitset van die eerste versnellingsmeter is byvoorbeeld aan die grond gekoppel terwyl die uitset van die tweede een aan 3,3V gekoppel is. Dit is een van die maniere om die twee versnellingsmeters van die Arduino -oogpunt te onderskei.

Bedradingskaart:

Groen - versnellingmeters

Rooi - voer A5 van die Arduino in om data van die versnellingsmeters te versamel

Pink - voer A4 van die Arduino in om data van die versnellingsmeters te versamel

Swart - Grond

Grys - Metings vanaf die eerste potensiometer (op die voorste ontvoeringsrotule)

Geel - Metings vanaf die tweede potensiometer (op die rotasie van die eksterne rotasie)

Blou - Potensiometers Voeding

Stap 9: Databasis

Noudat die rekenaar die hoeke ontvang, gaan die rekenaar dit interpreteer.

Dit is 'n foto van 'n voorstelling van die gekose databasis. Op hierdie databasis verteenwoordig die blou kurwes die sone van aanvaarbare beweging en die rooi kurwe stel die perfekte beweging voor. Dit moet beklemtoon word dat die databasis natuurlik oop is vir wysigings. Ideaal gesproke moet die parameters van die databasis deur 'n professionele fisioterapeut opgestel word om advies te gee oor die werklike optimale rehabilitasieparameters.

Die gekose optimale beweging hier in rooi, is gebaseer op ervaring en is sodanig dat die arm 90 ° bereik in 2,5 sekondes, wat ooreenstem met 'n konstante hoeksnelheid van 36 °/s, (of 0, 6283 rad/s).

Die aanvaarbare sone (in blou) is in hierdie geval ontwerp vir 'n funksie van 3 orde, beide vir die boonste grens en die onderste grens. Funksies van hoër ordes kan net so oorweeg word om die vorm van die krommes of selfs die kompleksiteit van die oefening te verbeter. In hierdie voorbeeld is die oefening baie eenvoudig: 3 herhalings van 0 tot 90 ° beweging.

Die kode sal die resultate van een van die sensors - die interessantste vir die rehabilitasie -oefening - op hierdie databasis teken. Die spel vir die pasiënt is om die spoed en posisie van sy arm so aan te pas dat sy arm binne die blou sone, die aanvaarbare omvang, en so na as moontlik aan die rooi kurwe, die perfekte beweging bly.