Reabilitarea umărului exoschelet: 10 pași

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Umărul este una dintre cele mai complicate părți ale întregului corp uman. Articulațiile sale și articulația umărului permit umărului o gamă largă de mișcări ale brațului și sunt astfel destul de complexe de modelat. În consecință, reabilitarea umărului este o problemă medicală clasică. Scopul acestui proiect este de a proiecta un robot care să ajute la această reabilitare.

Acest robot va lua forma unui exoschelet cu diverși senzori care vor măsura parametrii relevanți pentru a caracteriza mișcarea brațului și apoi va compara rezultatele obținute cu o bază de date pentru a oferi feedback imediat cu privire la calitatea mișcării umărului de către pacient.

Dispozitivul poate fi văzut pe imaginile de mai sus. Acest exoschelet este fixat pe un ham care este purtat de pacient. Există, de asemenea, curele pentru a atașa brațul dispozitivului la brațul pacientului.

Suntem studenți ai Facultății de Inginerie din Bruxelles (Bruface) și avem o sarcină pentru cursul Mecatronică 1: realizăm un proiect dintr-o listă de sugestii din care am ales robotul de reabilitare a umărului.

Membrii grupului 7 Mecatronică 1:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Pasul 1: Materiale

- Imprimantă 3D: plastic PLA

- Mașină de tăiat cu laser

- MDF 3mm: suprafață 2m²

- 2 accelerometre MMA8452Q

- 2 potențiometre: PC20BU

- Rulmenți: diametru interior 10 mm; Diametru exterior 26mm

- Șine de ghidare liniare: lățime 27mm; lungime minima 300 mm

- Ham și curele de spate

- Arduino Uno

- Cabluri Arduino: 2 magistrale pentru alimentație (3, 3V accelerometru și 5V potientiometru), 2 magistrale pentru măsurarea accelerometrului, 1 magistrală pentru masă. (panou de verificare):

- Șuruburi:

Pentru rulment: șuruburi și piulițe M10, Pentru structură în general: șuruburi și piulițe M3 și M4

Pasul 2: Ideea principală

Pentru a ajuta la reabilitarea umărului, acest dispozitiv are scopul de a ajuta la reabilitarea umărului în urma mișcărilor de bază acasă cu prototipul.

Mișcările pe care am decis să ne concentrăm ca exerciții sunt: răpirea frontală (stânga pe imagine) și rotația externă (dreapta).

Prototipul nostru este echipat cu diferiți senzori: doi accelerometri și doi potențiometri. Acești senzori trimit unui computer valorile unghiurilor brațului și ale antebrațului din poziția verticală. Diferitele date sunt apoi trasate pe o bază de date care reprezintă mișcarea optimă. Acest complot se face în timp real, astfel încât pacientul să-și poată compara în mod direct propria mișcare cu mișcarea pe care o obține și, astfel, să se poată corecta pentru a rămâne cât mai aproape posibil de mișcarea perfectă. Această parte va fi discutată în etapa bazei de date.

Rezultatele trasate pot fi trimise și unui fizioterapeut profesionist care poate interpreta datele și poate oferi mai multe sfaturi pacientului.

Mai mult din punct de vedere practic, deoarece umărul este una dintre cele mai complexe articulații ale corpului uman, ideea a fost de a preveni o anumită amplitudine de mișcare pentru a evita realizarea proastă a mișcării, astfel încât prototipul să permită doar aceste două mișcări.

Mai mult, dispozitivul nu se potrivește perfect anatomiei pacientului. Aceasta înseamnă că axa de rotație a exoscheletului nu se potrivește perfect cu cele ale umărului pacientului. Acest lucru va genera cupluri care pot rupe dispozitivul. Pentru a compensa acest lucru, au fost implementate un set de șine. Acest lucru permite, de asemenea, o gamă largă de pacienți să poarte dispozitivul.

Pasul 3: Diferite părți ale dispozitivului

În această parte, puteți găsi toate desenele tehnice ale pieselor pe care le-am folosit.

Dacă doriți să utilizați propriile dvs., fiți îngrijorați de faptul că unele piese sunt supuse unor constrângeri ridicate: arborii rulmentului, de exemplu, sunt supuși deformării locale. Dacă sunt imprimate 3D, acestea ar trebui să fie realizate în densitate mare și suficient de groase pentru a preveni ruperea acestuia.

Pasul 4: Asamblare - Placă posterioară

În acest videoclip, puteți vedea glisorul utilizat pentru corectarea unuia dintre DOF (ghidajul liniar perpendicular pe placa din spate). Acest glisor ar putea fi pus și pe braț, dar soluția prezentată în videoclip a dat rezultate teoretice mai bune pe software-ul 3D, pentru a testa mișcarea prototipului.

Pasul 5: Asamblare - Articulare răpire

Pasul 6: Asamblare - articulație de rotație externă

Pasul 7: Adunarea finală

Pasul 8: Diagrama Circut

Acum, când prototipul asamblat corectează corect nealinierea umărului și reușește să urmărească mișcarea pacientului alături de cele două direcții dorite, este timpul să treci pe partea de urmărire și în special pe partea electrică a proiectului.

Deci, accelerometrele vor primi informații despre accelerații alături de fiecare direcție a planului, iar un cod va calcula diferitele unghiuri interesante din datele măsurate. Diferitele rezultate vor fi trimise într-un fișier matlab prin Arduino. Fișierul Matlab trage apoi rezultatele în timp real și compară curba obținută cu o bază de date a mișcărilor acceptabile.

Cablarea componentelor la Arduino:

Aceasta este reprezentarea schematică a diferitelor conexiuni între diferite elemente. Utilizatorul trebuie să aibă grijă ca conexiunile să depindă de codul utilizat. De exemplu, ieșirea I1 a primului accelerometru este conectată la sol, în timp ce ieșirea celui de-al doilea este conectată la 3,3V. Aceasta este una dintre modalitățile de a distinge cele două accelerometre de punctul de vedere Arduino.

Diagrama cablajului:

Verde - Alimentarea accelerometrelor

Roșu - intrare A5 a Arduino pentru a colecta date de pe accelerometre

Roz - intrare A4 a Arduino pentru a colecta date de pe accelerometre

Negru - sol

Gri - Măsurători de la primul potențiometru (pe rotula de abducție frontală)

Galben - Măsurători de la al doilea potențiometru (pe rotula de rotație externă)

Albastru - Potențiometre Alimentare

Pasul 9: Baza de date

Acum că computerul primește unghiurile, computerul le va interpreta.

Aceasta este o fotografie a unei reprezentări a bazei de date alese. Pe această bază de date, curbele albastre reprezintă zona de mișcare acceptabilă, iar curba roșie reprezintă mișcarea perfectă. Trebuie subliniat faptul că baza de date este desigur deschisă modificărilor. În mod ideal, parametrii bazei de date ar trebui să fie stabiliți de un kinetoterapeut profesionist pentru a oferi sfaturi cu privire la parametrii reali reali de reabilitare.

Mișcarea optimă aleasă aici în roșu, se bazează pe experiență și este astfel încât brațul atinge 90 ° în 2,5 secunde, ceea ce corespunde unei viteze unghiulare constante de 36 ° / s, (sau 0, 6283 rad / s).

Zona acceptabilă (în albastru) a fost proiectată cu o funcție de 3 ordine în bucăți, în acest caz, atât pentru limita superioară, cât și pentru limita inferioară. Funcțiile de ordine superioare ar putea fi, de asemenea, luate în considerare pentru a îmbunătăți forma curbelor sau chiar complexitatea exercițiului. În acest exemplu, exercițiul este foarte simplu: 3 repetări de mișcare de la 0 la 90 °.

Codul va urmări rezultatele unuia dintre senzori - cel de interes care oferă exercițiul de reabilitare luat în considerare - pe această bază de date. Jocul pentru pacient este acum de a-și adapta viteza și poziția brațului astfel încât brațul să rămână în zona albastră, intervalul acceptabil și cât mai aproape posibil de curba roșie, mișcarea perfectă.