Ekzoskelet yelkasini tiklash: 10 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Yelka butun inson tanasining eng murakkab qismlaridan biridir. Uning bo'g'inlari va elkama -elka qo'lning keng harakatlanishiga imkon beradi va shuning uchun modellashtirish juda murakkab. Natijada, elkaning tiklanishi klassik tibbiy muammo hisoblanadi. Ushbu loyihaning maqsadi - bu reabilitatsiyaga yordam beradigan robotni ishlab chiqish.

Bu robot qo'l harakatini tavsiflovchi tegishli parametrlarni o'lchaydigan turli xil sensorlarga ega ekzoskelet shakliga ega bo'ladi, so'ngra bemorning elkasi harakatining sifati to'g'risida darhol fikr bildirish uchun olingan natijalarni ma'lumotlar bazasi bilan taqqoslaydi.

Qurilmani yuqoridagi rasmlarda ko'rish mumkin. Bu ekzoskelet bemor taqadigan jabduqlarga o'rnatiladi. Qurilmaning qo'lini bemorning qo'liga mahkamlash uchun kamarlar ham mavjud.

Biz Bryussel muhandislik fakultetining talabalarimiz (Bruface) va bizda Mexatronika 1 kursi bo'yicha topshiriq bor: takliflar ro'yxatidan loyihani amalga oshiring, shundan biz elkali reabilitatsiya robotini tanladik.

Mexatronika 1 7 -guruh a'zolari:

Janluka Karbon

Ines Genriette

Per Pereyra Akuna

Radu Rontu

Tomas Vilmet

1 -qadam: materiallar

- 3D printer: PLA plastmassa

- Lazerli kesish mashinasi

MDF 3 mm: sirt 2 m²

- 2 ta MMA8452Q akselerometr

- 2 ta potentsiometr: PC20BU

- Rulmanlar: ichki diametri 10 mm; Tashqi diametri 26 mm

- chiziqli raylar: kengligi 27 mm; minimal uzunligi 300 mm

- Orqa jabduqlar va kamarlar

- Arduino Uno

- Arduino kabellari: Alimentatsiya uchun 2 ta avtobus (3, 3V akselerometr va 5V potentsiometr), akselerometrni o'lchash uchun 2 ta avtobus, massa uchun 1 ta avtobus. (non paneli):

- vintlardek:

Rulman uchun: M10 murvat va yong'oqlar, Umuman tuzilish uchun: M3 va M4 murvat va yong'oqlar

2 -qadam: Asosiy fikr

Yelkaning reabilitatsiyasiga yordam berish uchun ushbu qurilma prototip yordamida uydagi asosiy harakatlardan so'ng yelkaning tiklanishiga yordam beradi.

Biz mashqlar sifatida e'tibor qaratishga qaror qilgan harakatlar: frontal o'g'irlash (rasmda chapda) va tashqi burilish (o'ngda).

Bizning prototipimiz turli xil sensorlar bilan jihozlangan: ikkita akselerometr va ikkita potensiometr. Bu sensorlar kompyuterga qo'l va bilak burchaklarining qiymatlarini vertikal holatidan yuboradi. Keyin har xil ma'lumotlar optimal harakatni aks ettiruvchi ma'lumotlar bazasida tuziladi. Bu syujet real vaqtda amalga oshiriladi, shunda bemor o'z harakatini olish harakati bilan to'g'ridan -to'g'ri taqqoslay oladi va shu tariqa o'zini mukammal harakatga iloji boricha yaqinroq qilib tuzatishi mumkin. Bu qism ma'lumotlar bazasi bosqichida muhokama qilinadi.

Rejalashtirilgan natijalar, shuningdek, professional fizioterapevtga yuborilishi mumkin, u ma'lumotlarni sharhlay oladi va bemorga yana bir qancha maslahatlar beradi.

Amaliy nuqtai nazardan qaraganda, elkama -elka inson tanasining eng murakkab bo'g'imlaridan biri bo'lgani uchun, harakatning yomon amalga oshishiga yo'l qo'ymaslik uchun, ma'lum harakat oralig'ini oldini olish g'oyasi, prototip faqat shu narsalarga ruxsat berishi mumkin edi. ikkita harakat.

Bundan tashqari, qurilma bemorning anatomiyasiga to'liq mos kelmaydi. Bu shuni anglatadiki, ekzoskeletning aylanish o'qi bemorning yelkasiga to'g'ri kelmaydi. Bu qurilmani buzishi mumkin bo'lgan momentlarni hosil qiladi. Buning o'rnini bosish uchun relslar majmuasi ishga tushirildi. Bu, shuningdek, bemorlarning katta diapazoniga qurilmani kiyish imkonini beradi.

3 -qadam: Qurilmaning turli qismlari

Ushbu bo'limda biz ishlatgan buyumlarning barcha texnik rasmlarini topishingiz mumkin.

Agar siz o'zingiznikidan foydalanmoqchi bo'lsangiz, ba'zi qismlarga katta cheklovlar qo'yilganidan xavotirlaning: masalan, rulman millari mahalliy deformatsiyaga uchraydi. Agar 3D bosilgan bo'lsa, ular yuqori zichlikda va sinishi oldini oladigan darajada qalin bo'lishi kerak.

4 -qadam: O'rnatish - orqa panel

Ushbu videoda siz DOF (orqa panelga perpendikulyar chiziqli yo'riqnoma) birini to'g'rilash uchun ishlatiladigan slayderni ko'rishingiz mumkin. Bu slayderni ham qo'lga qo'yish mumkin edi, lekin videoda taqdim etilgan yechim prototipning harakatini sinab ko'rish uchun 3D dasturida yaxshiroq nazariy natijalar berdi.

5 -qadam: yig'ilish - o'g'irlash artikulyatsiyasi

6 -qadam: O'rnatish - tashqi rotatsiya artikulyatsiyasi

7 -qadam: Yakuniy yig'ilish

8 -qadam: aylanish sxemasi

Endi yig'ilgan prototip elkaning noto'g'ri joylashishini to'g'ri tuzatadi va bemorning harakatini ikkita kerakli yo'nalish bo'ylab kuzatib bora oladi, kuzatuv qismiga va ayniqsa, loyihaning elektr qismiga o'tish vaqti keldi.

Shunday qilib, akselerometrlar rejaning har bir yo'nalishi bilan bir qatorda tezlashuv haqida ma'lumot oladi va kod o'lchangan ma'lumotlardan turli xil qiziqarli burchaklarni hisoblab chiqadi. Turli xil natijalar Arduino orqali matlab fayliga yuboriladi. Matlab fayli natijalarni real vaqtda chiqaradi va olingan egri chizig'ini maqbul harakatlar ma'lumotlar bazasi bilan taqqoslaydi.

Arduino -ga simlarni ulash:

Bu turli elementlar orasidagi turli xil bog'lanishlarning sxematik tasviri. Foydalanuvchi ulanishlar ishlatilgan kodga bog'liq bo'lishi kerak. Masalan, birinchi akselerometrning I1 chiqishi erga, ikkinchisining chiqishi esa 3,3V ga ulangan. Bu ikkita akselerometrni Arduino nuqtai nazaridan farqlash usullaridan biridir.

Ulanish sxemasi:

Yashil - akselerometrlarning oziqlanishi

Qizil - akselerometrlardan ma'lumotlarni yig'ish uchun Arduino A5 kiritish

Pushti - akselerometrlardan ma'lumotlarni yig'ish uchun Arduino -ning A4 kiritish

Qora - er

Kulrang - birinchi potentsiometrdan o'lchovlar (frontal o'g'irlash rotulida)

Sariq - Ikkinchi potentsiometrdan o'lchovlar (tashqi aylanish rotulida)

Moviy - potentsiometrlarning oziqlanishi

9 -qadam: ma'lumotlar bazasi

Endi kompyuter burchaklarni oladi, kompyuter ularni sharhlaydi.

Bu tanlangan ma'lumotlar bazasi tasvirining fotosurati. Ma'lumotlar bazasida ko'k egri chiziqlar qabul qilinadigan harakat zonasini, qizil egri esa mukammal harakatni ifodalaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, ma'lumotlar bazasi, albatta, o'zgartirishlar uchun ochiq. Ma'lumotlar bazasi parametrlari professional fizioterapevt tomonidan aniqlanishi kerak, bu esa reabilitatsiyaning haqiqiy parametrlari to'g'risida maslahat beradi.

Bu erda qizil rangda tanlangan optimal harakat tajribaga asoslangan va shundayki, qo'l 2,5 soniyada 90 ° ga etadi, bu doimiy burchak tezligi 36 °/s (yoki 0, 6283 rad/s) ga to'g'ri keladi.

Qabul qilinadigan zona (ko'k rangda), bu holda yuqori chegara uchun ham, pastki chegara uchun ham 3 tartibli bo'lak funktsiyasi bilan yaratilgan. Egri chiziqlar shaklini yoki hatto mashqning murakkabligini yaxshilash uchun yuqori darajadagi buyurtmalar vazifasini ham ko'rib chiqish mumkin. Bu misolda mashqlar juda oddiy: 0 dan 90 ° gacha bo'lgan 3 ta takrorlash.

Ushbu ma'lumotlar bazasida reabilitatsiya mashg'ulotlari o'tkaziladigan qiziqtirgan sensorlardan birining natijalari tuziladi. Endi bemor uchun o'yin - bu qo'lning tezligi va pozitsiyasini moslashtirishdir, shunda uning qo'li ko'k zonada qoladi, qabul qilinadigan diapazonda va qizil egri chizig'iga iloji boricha yaqin, mukammal harakat.