Exoskeleton Shoulder Rehabilitation: 10 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ang balikat ay isa sa pinaka kumplikadong bahagi ng buong katawan ng tao. Ang mga artikulasyon nito at ang magkasanib na balikat ay nagpapahintulot sa balikat ng isang malawak na mga paggalaw ng braso at sa gayon ay medyo kumplikado sa modelo. Bilang resulta, ang rehabilitasyon ng balikat ay isang klasikong problemang medikal. Ang layunin ng proyektong ito ay upang magdisenyo ng isang robot na makakatulong sa rehabilitasyong ito.

Ang robot na ito ay kukuha ng form ng isang exoskeleton na may iba't ibang mga sensor na susukat sa mga nauugnay na parameter upang makilala ang paggalaw ng braso, at pagkatapos ay ihahambing ang nakuha na mga resulta sa isang database upang magbigay ng agarang puna sa kalidad ng paggalaw ng balikat ng pasyente.

Makikita ang aparato sa mga larawan sa itaas lamang. Ang exoskeleton na ito ay naayos sa isang harness na isinusuot ng pasyente. Mayroon ding mga strap upang ikabit ang braso ng aparato sa braso ng pasyente.

Kami ay mga mag-aaral ng Brussels Faculty of Engineering (Bruface) at mayroon kaming isang takdang-aralin para sa kursong Mechatronics 1: mapagtanto ang isang proyekto mula sa isang listahan ng mungkahi kung saan pinili namin ang Shoulder rehabilitation robot.

Mga miyembro ng Mechatronics 1 Group 7:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Hakbang 1: Mga Kagamitan

- 3D printer: PLA plastic

- Laser cutting machine

- MDF 3mm: ibabaw 2m ²

- 2 accelerometers MMA8452Q

- 2 potentiometers: PC20BU

- Mga Bearing: diameter ng Inner 10 mm; Panlabas na diameter 26mm

- Mga riles ng linear na gabay: lapad 27mm; minimal na haba 300 mm

- Back Harness at straps

- Arduino Uno

- Mga Arduino cable: 2 bus para sa Alimentation (3, 3V Accelerometer at 5V Potientiometer), 2 bus para sa pagsukat ng Accelerometer, 1 bus para sa masa. (breadboard):

- Mga tornilyo:

Para sa tindig: M10 bolts at mani, Para sa istraktura sa pangkalahatan: M3 at M4 bolts at mani

Hakbang 2: Pangunahing Idea

Upang matulungan ang rehabilitasyon ng balikat, ang aparatong ito ay may layunin na tulungan ang rehabilitasyon ng balikat kasunod sa mga pangunahing paggalaw sa bahay gamit ang prototype.

Ang mga galaw na napagpasyahan naming pagtuunan ng pansin bilang ehersisyo ay: ang pang-unong pagdukot (kaliwa sa larawan) at panlabas na pag-ikot (kanan).

Ang aming prototype ay nilagyan ng iba't ibang mga sensor: dalawang accelerometers at dalawang potentiometers. Ipinapadala ng mga sensor na ito sa isang computer ang mga halaga ng mga anggulo ng braso at ng bisig mula sa patayong posisyon. Ang magkakaibang data pagkatapos ay naka-plot sa isang database na kumakatawan sa pinakamainam na paggalaw. Ang balangkas na ito ay ginagawa sa real time upang ang pasyente ay maaaring direktang ihambing ang kanyang sariling paggalaw sa paggalaw upang makuha, at sa gayon ay maitama ang kanyang sarili upang manatili hangga't maaari sa perpektong paggalaw. Tatalakayin ang bahaging ito sa hakbang sa database.

Ang mga nakalistang resulta ay maaari ring ipadala sa isang propesyonal na physiotherapist na maaaring bigyang kahulugan ang data at magbigay ng ilang higit pang payo sa pasyente.

Higit sa praktikal na pananaw, dahil ang balikat ay isa sa pinaka kumplikadong pinagsamang katawan ng tao, ang ideya ay upang maiwasan ang ilang saklaw ng paggalaw upang maiwasan ang hindi magandang pagsasakatuparan ng kilusan, upang ang prototype ay maaaring payagan lamang ang mga ito dalawang galaw.

Bukod dito, ang aparato ay hindi ganap na tumutugma sa anatomya ng pasyente. Nangangahulugan ito na ang axis ng pag-ikot ng exoskeleton ay hindi tumutugma nang perpekto sa mga balikat ng pasyente. Lilikha ito ng mga torque na maaaring masira ang aparato. Upang mabayaran iyon, isang hanay ng mga daang-bakal ang naipatupad. Pinapayagan din nito ang isang malaking hanay ng pasyente na magsuot ng aparato.

Hakbang 3: Iba't ibang Mga Bahagi ng Device

Sa bahaging ito, mahahanap mo ang lahat ng mga teknikal na guhit ng mga piraso na ginamit namin.

Kung nais mong gamitin ang iyong sarili, mag-alala sa pamamagitan ng ang katunayan na ang ilang mga piraso ay napapailalim sa mataas na hadlang: ang mga shaft ng tindig halimbawa ay napapailalim sa lokal na pagpapapangit. Kung naka-print sa 3D, dapat gawin ang mga ito sa mataas na density at sapat na makapal upang maiwasan ito sa pagkasira.

Hakbang 4: Assembly - Backplate

Sa video na ito, makikita mo ang ginamit na slider upang itama ang isa sa DOF (ang patnubay na patnubay na patayo sa backplate). Ang slider na iyon ay maaari ring ilagay sa braso, ngunit ang solusyon na ipinakita sa video ay nagbigay ng mas mahusay na mga teoretikal na resulta sa 3D software, upang subukan ang galaw ng prototype.

Hakbang 5: Assembly - Artikulasyon sa Pag-agaw

Hakbang 6: Assembly - Panlabas na Artikulasyon sa Pag-ikot

Hakbang 7: Pangwakas na Assembly

Hakbang 8: Circut Diagram

Ngayon na ang naka-assemble na prototype ay maayos na naitama ang maling pagkakahanay sa balikat, at namamahala na sundin ang paggalaw ng pasyente sa tabi ng dalawang nais na direksyon, oras na upang makapunta sa bahagi ng pagsubaybay at lalo na sa bahagi ng elektrisidad ng proyekto.

Sa gayon ang mga accelerometer ay makakatanggap ng mga pagpapaunlad na impormasyon sa tabi ng bawat direksyon ng plano, at isang code ang makalkula ang iba't ibang mga kagiliw-giliw na mga anggulo mula sa sinusukat na data. Ipapadala ang iba't ibang mga resulta sa isang matlab file sa pamamagitan ng Arduino. Pagkatapos ay iginuhit ng file ng Matlab ang mga resulta sa real time at inihambing ang nakuha na kurba sa isang database ng mga katanggap-tanggap na paggalaw.

Mga bahagi ng kable sa Arduino:

Ito ang eskematiko na representasyon ng iba't ibang mga koneksyon sa pagitan ng iba't ibang mga elemento. Dapat mag-ingat ang gumagamit na ang mga koneksyon ay nakasalalay sa ginamit na code. Halimbawa, ang output ng I1 ng unang accelerometer ay konektado sa lupa habang ang output ng pangalawang isa ay konektado sa 3.3V. Ito ay isa sa mga paraan upang makilala ang dalawang accelerometers mula sa Arduino point of view.

Tsart ng mga kable:

Green - Accelerometers alimentation

Pula - input A5 ng Arduino upang mangolekta ng data mula sa mga accelerometers

Pink - input A4 ng Arduino upang mangolekta ng data mula sa mga accelerometers

Itim - Lupa

Grey - Mga sukat mula sa unang potensyomiter (sa frontal abduction rotule)

Dilaw - Mga sukat mula sa ikalawang potensyomiter (sa panlabas na rotation ng pag-ikot)

Blue - Potentiometers Alimentation

Hakbang 9: Database

Ngayon na natanggap ng computer ang mga anggulo, bibigyan ng interpretasyon ng computer ang mga ito.

Ito ay larawan ng isang representasyon ng napiling database. Sa database na ito ang mga asul na kurba ay kumakatawan sa zone ng katanggap-tanggap na paggalaw at ang pulang kurba ay kumakatawan sa perpektong paggalaw. Dapat itong bigyang diin na ang database ay siyempre bukas sa mga pagbabago. Mainam na ang mga parameter ng database ay dapat na maitatag ng isang propesyonal na physiotherapist upang payuhan ang aktwal na pinakamainam na mga parameter ng rehabilitasyon.

Ang napiling pinakamainam na paggalaw dito sa pula, ay batay sa karanasan at tulad na ang braso ay umabot sa 90 ° sa 2.5 segundo, na tumutugma sa isang pare-pareho ang bilis ng anggular na 36 ° / s, (o 0, 6283 rad / s).

Ang katanggap-tanggap na zone (sa asul) ay dinisenyo na may isang 3 order na magkakasunod na pagpapaandar sa kasong ito para sa parehong itaas na hangganan at mas mababang hangganan. Ang mga pagpapaandar na mas mataas na order ay maaari ding isaalang-alang upang mapabuti ang hugis ng mga curve o kahit na ang pagiging kumplikado ng ehersisyo. Sa halimbawang ito ang ehersisyo ay napaka-simple: 3 pag-uulit ng 0 hanggang 90 ° paggalaw.

Ang code ay magpaplano ng mga resulta ng isa sa mga sensor - ang isa sa interes na nagbibigay ng isinasaalang-alang ang rehabilitasyong ehersisyo - sa database na ito. Ang laro ngayon para sa pasyente ay upang iakma ang bilis at posisyon ng braso nito upang ang braso nito ay manatili sa loob ng asul na zone, ang katanggap-tanggap na saklaw, at mas malapit hangga't maaari sa pulang kurba, ang perpektong paggalaw.