Экзоскелет иығын қалпына келтіру: 10 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Иық - адам денесінің ең күрделі бөлігінің бірі. Оның артикуляциясы мен иық түйіні иыққа қолдың кең ауқымды қозғалысына мүмкіндік береді, сондықтан модельдеу өте күрделі. Нәтижесінде иықты қалпына келтіру - бұл классикалық медициналық мәселе. Бұл жобаның мақсаты - бұл оңалтуға көмектесетін робот құрастыру.

Бұл робот қолдың қозғалысын сипаттайтын сәйкес параметрлерді өлшейтін әр түрлі сенсорлары бар экзоскелет түрінде болады, содан кейін пациенттің иық қозғалысының сапасы туралы кері байланыс беру үшін алынған нәтижелерді мәліметтер базасымен салыстырады.

Құрылғыны жоғарыдағы суреттерден көруге болады. Бұл экзоскелет пациент тағатын белдікке бекітілген. Сондай -ақ, құрылғының қолын науқастың қолына бекітуге арналған белдіктер бар.

Біз Брюссельдегі инженерлік факультеттің студенттеріміз (Bruface) және бізде Мехатроника 1 курсының тапсырмасы бар: біз ұсыныстар тізімінен жобаны іске асырамыз, біз сол жерден Иық қалпына келтіру роботын таңдадық.

Мехатроника 1 7 -топ мүшелері:

Джанлука Карбон

Инес Генриетте

Пьер Перейра Акуна

Раду Ронту

Томас Уилмет

1 -қадам: материалдар

- 3D принтер: PLA пластик

- Лазерлік кесу машинасы

- МДФ 3 мм: беті 2 м²

- 2 акселерометр MMA8452Q

- 2 потенциометр: PC20BU

- мойынтіректер: ішкі диаметрі 10 мм; Сыртқы диаметрі 26 мм

- Сызықтық бағыттаушы рельстер: ені 27 мм; ең аз ұзындығы 300 мм

- Арқа белдіктері мен белдіктер

- Ардуино Уно

- Arduino кабельдері: алиментацияға арналған 2 шина (3, 3В акселерометр мен 5В потенциометр), акселерометрді өлшеуге арналған 2 шина, массаға 1 шина. (нан тақтасы):

- бұрандалар:

Мойынтірек үшін: болттар мен гайкалар M10, Жалпы құрылым үшін: М3 және М4 болттар мен гайкалар

2 -қадам: Негізгі идея

Иық реабилитациясына көмектесу үшін бұл құрылғы прототиппен үйдегі негізгі қозғалыстардың арқасында иықты қалпына келтіруге көмектеседі.

Біз жаттығулар ретінде назар аударуды шештік: фронтальді ұрлау (суретте сол жақта) және сыртқы айналу (оң жақта).

Біздің прототипіміз әр түрлі датчиктермен жабдықталған: екі акселерометр мен екі потенциометр. Бұл датчиктер компьютерге білектің және білектің бұрыштарының мәндерін тік күйден жібереді. Әр түрлі мәліметтер оңтайлы қозғалысты көрсететін мәліметтер базасына салынады. Бұл сюжет пациент өзінің қозғалысын алу үшін қозғалысымен тікелей салыстыра алатындай етіп нақты уақытта жасалады және осылайша мінсіз қозғалысқа мүмкіндігінше жақын болу үшін өзін түзете алады. Бұл бөлім дерекқор қадамында талқыланады.

Жоспарланған нәтижелерді кәсіби физиотерапевтке жіберуге болады, ол деректерді түсіндіре алады және пациентке қосымша кеңестер береді.

Практикалық тұрғыдан алғанда, иық адам денесінің ең күрделі буындарының бірі болғандықтан, қозғалыстың нашар жүзеге асуын болдырмау үшін қозғалыстың белгілі бір диапазонының алдын алу идеясы болды, осылайша прототип тек осыларға мүмкіндік береді. екі қозғалыс.

Сонымен қатар, құрылғы науқастың анатомиясына сәйкес келмейді. Бұл экзоскелеттің айналу осі науқастың иығына сәйкес келмейтінін білдіреді. Бұл құрылғыны бұзатын моменттерді тудырады. Мұны өтеу үшін рельстер жиынтығы енгізілді. Бұл сонымен қатар пациенттердің үлкен тобына құрылғыны киюге мүмкіндік береді.

3 -қадам: құрылғының әр түрлі бөліктері

Бұл бөлімде сіз біз қолданған бөлшектердің барлық техникалық сызбаларын таба аласыз.

Егер сіз өзіңіздікін қолданғыңыз келсе, кейбір бөлшектер жоғары шектеулерге ұшырайтынына алаңдаңыз: мысалы, мойынтіректердің біліктері жергілікті деформацияға ұшырайды. Егер 3D басып шығарылған болса, онда олар жоғары тығыздықта және оның сынуына жол бермейтін қалыңдықта жасалуы керек.

4 -қадам: құрастыру - артқы тақта

Бұл бейнеде сіз DOF біреуін түзету үшін қолданылатын сырғытпаны көре аласыз (артқы тақтаға перпендикуляр сызықтық бағыттаушы). Бұл жүгірткіні қолға қоюға болады, бірақ бейнеде ұсынылған шешім прототиптің қозғалысын тексеру үшін 3D бағдарламалық жасақтамасында жақсы теориялық нәтиже берді.

5 -қадам: Ассамблея - ұрлаудың артикуляциясы

6 -қадам: Ассамблея - сыртқы айналу артикуляциясы

7 -қадам: Қорытынды жиналыс

8 -қадам: Айналым диаграммасы

Енді жиналған прототип иықтың сәйкес келмеуін дұрыс түзетіп, науқастың қозғалысын ізделетін екі бағыт бойынша қадағалай алатын болса, бақылау бөлігіне, әсіресе жобаның электрлік бөлігіне өтетін уақыт жетті.

Осылайша, акселерометрлер жоспардың барлық бағыттары бойынша жеделдету туралы ақпарат алады, ал код өлшенген мәліметтерден әр түрлі қызықты бұрыштарды есептейді. Әр түрлі нәтижелер Arduino арқылы matlab файлына жіберіледі. Содан кейін Matlab файлы нәтижелерді нақты уақыт режимінде шығарады және алынған қисықты рұқсат етілген қозғалыстар мәліметтер базасымен салыстырады.

Arduino сымының компоненттері:

Бұл әр түрлі элементтер арасындағы әр түрлі байланыстардың схемалық көрінісі. Пайдаланушы қосылымдар пайдаланылатын кодқа тәуелді екеніне мұқият болуы керек. Мысалы, бірінші акселерометрдің I1 шығысы жерге қосылады, ал екіншісінің шығысы 3,3В кернеуге қосылады. Бұл екі акселерометрді Ардуино тұрғысынан ажыратудың бір әдісі.

Сымдардың диаграммасы:

Жасыл - акселерометрлердің алиментациясы

Қызыл - акселерометрлерден мәліметтерді жинау үшін Arduino A5 енгізу

Қызғылт - акселерометрлерден мәліметтерді жинау үшін Arduino A4 кірісі

Қара - жер

Сұр - бірінші потенциометрден өлшеу (фронтальды ұрлау айналуы бойынша)

Сары - екінші потенциометрден өлшеу (сыртқы айналу айналуы бойынша)

Көк - потенциометрлердің алиментациясы

9 -қадам: мәліметтер базасы

Енді компьютер бұрыштарды алады, компьютер оларды түсіндіреді.

Бұл таңдалған мәліметтер базасының ұсынылған фотосуреті. Бұл мәліметтер базасында көк қисықтар қолайлы қозғалыс аймағын, ал қызыл қисық - мінсіз қозғалысты білдіреді. Дерекқор әрине модификацияға ашық екенін атап өткен жөн. Оңтайлы оңалту параметрлері бойынша кеңес беру үшін кәсіби физиотерапевт мәліметтер базасының параметрлерін орнатуы керек.

Бұл жерде қызыл түспен таңдалған оңтайлы қозғалыс тәжірибеге негізделген және қол 90 секундқа 2,5 секундта жетеді, бұл 36 °/с тұрақты бұрыштық жылдамдыққа сәйкес келеді (немесе 0, 6283 рад/с).

Рұқсат етілген аймақ (көк түспен) бұл жағдайда жоғарғы шекара үшін де, төменгі шекара үшін де 3 реттік бөлшектелген функциямен жасалған. Қисықтардың пішінін немесе жаттығудың күрделілігін жақсарту үшін жоғары тапсырыс функцияларын да қарастыруға болады. Бұл мысалда жаттығу өте қарапайым: 0 -ден 90 ° -қа дейінгі 3 қайталау.

Бұл дерекқорда оңалту жаттығуларын қарастыратын сенсорлардың бірінің нәтижелері жоспарланады. Емделушіге арналған ойын - бұл оның қолының жылдамдығы мен позициясын бейімдеу, оның қолы көк аймақтың ішінде, қолайлы диапазонында және қызыл қисыққа мүмкіндігінше жақын жерде болу үшін.