إعادة تأهيل كتف الهيكل الخارجي: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

الكتف هو أحد أكثر أجزاء جسم الإنسان تعقيدًا. تسمح مفاصلها ومفصل الكتف للكتف بحركات واسعة النطاق للذراع ، وبالتالي فهي معقدة للغاية في النموذج. ونتيجة لذلك ، فإن إعادة تأهيل الكتف هي مشكلة طبية تقليدية. الهدف من هذا المشروع هو تصميم روبوت يساعد في إعادة التأهيل.

سيأخذ هذا الروبوت شكل هيكل خارجي بأجهزة استشعار مختلفة ستقيس المعلمات ذات الصلة لتوصيف حركة الذراع ، ثم سيقارن النتائج التي تم الحصول عليها بقاعدة بيانات لتقديم ملاحظات فورية حول جودة حركة الكتف لدى المريض.

يمكن رؤية الجهاز على الصور أعلاه. يتم تثبيت هذا الهيكل الخارجي على حزام يرتديه المريض. يوجد أيضًا أحزمة لربط ذراع الجهاز بذراع المريض.

نحن طلاب في كلية الهندسة في بروكسل (Bruface) ولدينا مهمة لدورة Mechatronics 1: تنفيذ مشروع من قائمة الاقتراحات التي اخترنا منها روبوت إعادة تأهيل الكتف.

أعضاء Mechatronics 1 Group 7:

جيانلوكا كاربوني

إيناس هنرييت

بيير بيريرا أكونا

رادو رونتو

توماس ويلميت

الخطوة 1: المواد

- طابعة ثلاثية الأبعاد: بلاستيك PLA

- آلة القطع بالليزر

- MDF 3 مم: السطح 2 م²

- 2 مقياس تسارع MMA8452Q

- 2 مقاييس فرق الجهد: PC20BU

- المحامل: القطر الداخلي 10 مم ؛ القطر الخارجي 26 مم

- قضبان التوجيه الخطية: العرض 27 مم ؛ الحد الأدنى لطول 300 مم

- حزام الظهر والأشرطة

- اردوينو أونو

- كابلات Arduino: 2 حافلة للتغذية (3 ، 3V Accelerometer و 5 V Potientiometer) ، 2 حافلة لقياس التسارع ، 1 حافلة للكتلة. (اللوح):

- مسامير:

للمحمل: مسامير وصواميل M10 ،

للهيكل بشكل عام: مسامير وصواميل M3 و M4

الخطوة 2: الفكرة الرئيسية

من أجل المساعدة في إعادة تأهيل الكتف ، يهدف هذا الجهاز إلى المساعدة في إعادة تأهيل الكتف بعد الحركات الأساسية في المنزل باستخدام النموذج الأولي.

الحركات التي قررنا التركيز عليها كتمارين هي: الاختطاف الأمامي (يسار الصورة) والدوران الخارجي (اليمين).

تم تجهيز نموذجنا الأولي بأجهزة استشعار مختلفة: مقياسان للتسارع واثنين من مقاييس الجهد. ترسل هذه المستشعرات إلى الكمبيوتر قيم زوايا الذراع والساعد من الوضع الرأسي. ثم يتم رسم البيانات المختلفة في قاعدة بيانات تمثل الحركة المثلى. تتم هذه المؤامرة في الوقت الفعلي بحيث يمكن للمريض مقارنة حركته مباشرة بالحركة للحصول على ، وبالتالي يمكنه تصحيح نفسه للبقاء أقرب ما يمكن إلى الحركة المثالية. سيتم مناقشة هذا الجزء في خطوة قاعدة البيانات.

يمكن أيضًا إرسال النتائج المرسومة إلى أخصائي علاج طبيعي يمكنه تفسير البيانات وتقديم المزيد من النصائح للمريض.

أكثر من وجهة النظر العملية ، حيث أن الكتف هو أحد أكثر مفاصل جسم الإنسان تعقيدًا ، كانت الفكرة هي منع نطاق معين من الحركة لتجنب الإدراك السيئ للحركة ، بحيث يمكن للنموذج الأولي أن يسمح بذلك فقط. حركتين.

علاوة على ذلك ، لن يتطابق الجهاز تمامًا مع تشريح المريض. هذا يعني أن محور دوران الهيكل الخارجي لا يتطابق تمامًا مع محور كتف المريض. هذا سوف يولد عزم دوران يمكن أن يكسر الجهاز. ولتعويض ذلك ، تم تنفيذ مجموعة من القضبان. يسمح هذا أيضًا لمجموعة كبيرة من المرضى بارتداء الجهاز.

الخطوة 3: أجزاء مختلفة من الجهاز

في هذا الجزء ، يمكنك أن تجد جميع الرسومات الفنية للقطع التي استخدمناها.

إذا كنت ترغب في استخدام قطعك الخاصة ، فكن قلقًا من حقيقة أن بعض القطع تخضع لقيود عالية: فعمود المحمل على سبيل المثال عرضة للتشوه المحلي. إذا كانت مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، فيجب صنعها بكثافة عالية وسميكة بدرجة كافية لمنعها من الانكسار.

الخطوة 4: التجميع - اللوح الخلفي

في هذا الفيديو ، يمكنك مشاهدة شريط التمرير المستخدم لتصحيح أحد DOF (الدليل الخطي المتعامد على اللوحة الخلفية). يمكن أيضًا وضع شريط التمرير هذا على الذراع ، لكن الحل المقدم في الفيديو أعطى نتائج نظرية أفضل على البرنامج ثلاثي الأبعاد ، لاختبار حركة النموذج الأولي.

الخطوة 5: التجميع - التعبير المفصلي

الخطوة 6: التجميع - مفصلية الدوران الخارجي

الخطوة 7: التجميع النهائي

الخطوة 8: مخطط الدائرة

الآن بعد أن قام النموذج الأولي المُجمع بتصحيح اختلال الكتف بشكل صحيح ، وتمكن من متابعة حركة المريض جنبًا إلى جنب مع الاتجاهين المطلوبين ، فقد حان الوقت للحصول على جزء التتبع وخاصة الجزء الكهربائي من المشروع.

لذلك سوف تتلقى مقاييس التسارع معلومات التسارع جنبًا إلى جنب مع كل اتجاهات الخطة ، وسيقوم الكود بحساب الزوايا المختلفة المثيرة للاهتمام من البيانات المقاسة. سيتم إرسال النتائج المختلفة إلى ملف matlab من خلال Arduino. ثم يرسم ملف Matlab النتائج في الوقت الفعلي ويقارن المنحنى الذي تم الحصول عليه بقاعدة بيانات للحركات المقبولة.

مكونات الأسلاك لاردوينو:

هذا هو التمثيل التخطيطي للصلات المختلفة بين العناصر المختلفة. يجب على المستخدم توخي الحذر من أن الاتصالات تعتمد على الكود المستخدم. على سبيل المثال ، يتم توصيل خرج I1 لمقياس التسارع الأول بالأرض بينما يتم توصيل خرج الثاني بـ 3.3 فولت. هذه إحدى طرق التمييز بين مقياسي التسارع من وجهة نظر Arduino.

مخطط الأسلاك:

أخضر - أجهزة قياس التسارع

الأحمر - إدخال A5 من Arduino لجمع البيانات من مقاييس التسارع

الوردي - إدخال A4 من Arduino لجمع البيانات من مقاييس التسارع

أسود - أرضي

الرمادي - القياسات من مقياس الجهد الأول (على دوران الاختطاف الأمامي)

أصفر - قياسات من مقياس الجهد الثاني (في دوران الدوران الخارجي)

الأزرق - موازين الجهد

الخطوة 9: قاعدة البيانات

الآن بعد أن تلقى الكمبيوتر الزوايا ، سيقوم الكمبيوتر بتفسيرها.

هذه صورة لتمثيل قاعدة البيانات المختارة. في قاعدة البيانات هذه ، تمثل المنحنيات الزرقاء منطقة الحركة المقبولة ويمثل المنحنى الأحمر الحركة المثالية. يجب التأكيد على أن قاعدة البيانات بالطبع مفتوحة للتعديل. من الناحية المثالية ، يجب إنشاء معلمات قاعدة البيانات من قبل أخصائي علاج طبيعي متخصص لتقديم المشورة بشأن معايير إعادة التأهيل الفعلية المثلى.

تعتمد الحركة المثلى المختارة هنا باللون الأحمر على الخبرة ، بحيث يصل الذراع إلى 90 درجة في 2.5 ثانية ، وهو ما يتوافق مع سرعة زاوية ثابتة تبلغ 36 درجة / ثانية ، (أو 0 ، 6283 راديان / ثانية).

تم تصميم المنطقة المقبولة (باللون الأزرق) بوظيفة متعددة التعريف من 3 أوامر في هذه الحالة لكل من الحد الأعلى والحد الأدنى. يمكن أيضًا اعتبار وظائف الطلبات العليا لتحسين شكل المنحنيات أو حتى تعقيد التمرين. في هذا المثال ، يكون التمرين بسيطًا جدًا: 3 تكرارات من 0 إلى 90 درجة من الحركة.

سيقوم الكود برسم نتائج أحد المستشعرات - التي تهمك مع مراعاة تمرين إعادة التأهيل - في قاعدة البيانات هذه. اللعبة الآن للمريض هي تعديل سرعة ذراعه وموضعه بحيث تبقى ذراعه داخل المنطقة الزرقاء ، النطاق المقبول ، وأقرب ما يمكن من المنحنى الأحمر ، الحركة المثالية.