שיקום כתף שלד חיצוני: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

הכתף היא אחד החלקים המסובכים ביותר של כל גוף האדם. ביטוייו ומפרק הכתף מאפשרים לכתף תנועות טווח רחבות של הזרוע ולכן מורכבות למדי לדגמן. כתוצאה מכך, שיקום הכתף הוא בעיה רפואית קלאסית. מטרת הפרויקט היא לעצב רובוט המסייע לשיקום זה.

רובוט זה יהיה בצורת שלד חיצוני עם חיישנים שונים שימדדו פרמטרים רלוונטיים לאפיין את תנועת הזרוע, ולאחר מכן ישווה את התוצאות שהתקבלו למאגר נתונים כדי לתת משוב מיידי על איכות החולה של תנועת הכתף.

ניתן לראות את המכשיר בתמונות ממש למעלה. שלד חיצוני זה קבוע על רתמה שחובשת החולה. ישנן גם רצועות לחיבור זרוע המכשיר לזרוע המטופל.

אנו סטודנטים בפקולטה להנדסה בבריסל (Bruface) ויש לנו מטלה לקורס Mechatronics 1: לממש פרויקט מתוך רשימת הצעות שממנה בחרנו ברובוט שיקום הכתפיים.

חברי קבוצת מכטרוניקס 1:

ג'אנלוקה קרבון

אינס הנרייט

פייר פריירה אקונה

ראדו רונטו

תומאס וילמט

שלב 1: חומרים

- מדפסת תלת מימד: פלסטיק PLA

- מכונת חיתוך בלייזר

- MDF 3 מ"מ: משטח 2 מ"ר

- 2 מד תאוצה MMA8452Q

- 2 פוטנציומטרים: PC20BU

- מסבים: קוטר פנימי 10 מ"מ; קוטר חיצוני 26 מ"מ

- מסילות קווים ליניאריים: רוחב 27 מ"מ; אורך מינימלי 300 מ"מ

- רתמת גב ורצועות

- ארדואינו אונו

- כבלי ארדואינו: 2 אוטובוסים לאוכל (3, 3V תאוצה ומד פוטנציומטר), 2 אוטובוסים למדידת מד תאוצה, אוטובוס אחד למסה. (קרש לחם):

- ברגים:

למסב: ברגים ואומים M10, למבנה באופן כללי: ברגים ואומים M3 ו- M4

שלב 2: רעיון עיקרי

על מנת לסייע לשיקום כתפיים, מכשיר זה נועד לסייע לשיקום הכתף בעקבות תנועות בסיסיות בבית עם האב טיפוס.

התנועות שהחלטנו להתמקד בהן כתרגילים הן: החטיפה הקדמית (משמאל בתמונה) והסיבוב החיצוני (מימין).

אב הטיפוס שלנו מצויד בחיישנים שונים: שני מדי תאוצה ושני פוטנציומטרים. חיישנים אלה שולחים למחשב את ערכי זוויות הזרוע ושל האמה מהמיקום האנכי. הנתונים השונים משרטטים לאחר מכן במסד נתונים המייצג את התנועה האופטימלית. עלילה זו נעשית בזמן אמת, כך שהמטופל יכול להשוות ישירות את התנועה שלו לתנועה להשיג, וכך יכול לתקן את עצמו להישאר קרוב ככל האפשר לתנועה המושלמת. חלק זה יידון בשלב מסד הנתונים.

ניתן לשלוח את התוצאות המתוכננות גם לפיזיותרפיסט מקצועי שיכול לפרש את הנתונים ולתת עוד עצות למטופל.

יותר מבחינה מעשית, מכיוון שהכתף היא אחד המפרקים המורכבים ביותר בגוף האדם, הרעיון היה למנוע טווח תנועה מסוים על מנת להימנע ממימוש רע של התנועה, כך שאב הטיפוס יכול לאפשר רק אלה שתי הצעות.

יתר על כן, המכשיר לא יתאים באופן מושלם לאנטומיה של המטופל. המשמעות היא שציר הסיבוב של השלד החיצוני אינו תואם באופן מושלם את אלה של כתף המטופל. זה יוצר מומנטים שיכולים לשבור את המכשיר. כדי לפצות על כך, יושמה מערכת מסילות. זה גם מאפשר מגוון רחב של מטופלים ללבוש את המכשיר.

שלב 3: חלקים שונים של המכשיר

בחלק זה תוכלו למצוא את כל הציורים הטכניים של החלקים בהם השתמשנו.

אם אתה רוצה להשתמש בעצמך, דאג לעובדה כי חלקים מסוימים כפופים לאילוצים גבוהים: צירים של המיסב למשל כפופים לעיוות מקומי. אם הם מודפסים בתלת-ממד, הם צריכים להיות עשויים בצפיפות גבוהה ועבים מספיק כדי למנוע ממנו להישבר.

שלב 4: הרכבה - לוח אחורי

בסרטון זה תוכלו לראות את המחוון המשמש לתיקון אחד מה- DOF (המדריך הלינארי בניצב ללוח האחורי). את המחוון הזה אפשר גם לשים על הזרוע, אבל הפתרון המוצג בסרטון נתן תוצאות תיאורטיות טובות יותר על תוכנת התלת -ממד, כדי לבדוק את תנועת האב -טיפוס.

שלב 5: הרכבה - ביטוי חטיפה

שלב 6: הרכבה - ביטוי סיבוב חיצוני

שלב 7: הרכבה אחרונה

שלב 8: תרשים מעגל

כעת, כאשר האב טיפוס המורכב מתקן כראוי את כיוון הכתף, ומצליח לעקוב אחר תנועת המטופל לצד שני הכיוונים המבוקשים, הגיע הזמן לעלות על החלק המעקב ובמיוחד על החלק החשמלי של הפרויקט.

אז מדי התאוצה יקבלו מידע על תאוצות לצד כל כיווני התוכנית, וקוד יחושב את הזוויות המעניינות השונות מהנתונים הנמדדים. התוצאות השונות יישלחו לקובץ matlab דרך ה- Arduino. קובץ Matlab מצייר את התוצאות בזמן אמת ומשווה את העקומה המתקבלת למאגר נתונים של התנועות המקובלות.

רכיבי חיווט לארדואינו:

זהו הייצוג הסכימטי של הקשרים השונים בין אלמנטים שונים. על המשתמש להיזהר שהחיבורים תלויים בקוד המשמש. לדוגמה, יציאת I1 של מד התאוצה הראשון מחוברת לקרקע בעוד הפלט של השני מחובר ל 3.3V. זוהי אחת הדרכים להבחין בין שני מד התאוצה מנקודת המבט של ארדואינו.

תרשים חיווט:

ירוק - תזונה של תאוצה

אדום - קלט A5 של הארדואינו לאיסוף נתונים ממד התאוצה

ורוד - קלט A4 של הארדואינו לאיסוף נתונים ממד התאוצה

שחור - טחון

אפור - מדידות מהפוטנציומטר הראשון (על סיבוב החטיפה הקדמי)

צהוב - מדידות מהפוטנציומטר השני (על סיבוב הסיבוב החיצוני)

כחול - פוטנציומטרים אכילה

שלב 9: מסד נתונים

כעת, כשהמחשב מקבל את הזוויות, המחשב עומד לפרש אותן.

זוהי תמונה של ייצוג של מסד הנתונים שנבחר. במאגר מידע זה הקימורים הכחולים מייצגים את אזור התנועה המקובלת והעקומה האדומה מייצגת את התנועה המושלמת. יש להדגיש כי מסד הנתונים פתוח כמובן לשינויים. באופן אידיאלי, הפרמטרים של מסד הנתונים צריכים להקים על ידי פיזיותרפיסט מקצועי כדי לייעץ לגבי פרמטרי השיקום האופטימליים בפועל.

התנועה האופטימלית שנבחרה כאן באדום, מבוססת על ניסיון והיא כזו שהזרוע מגיעה ל- 90 ° תוך 2.5 שניות, מה שמתאים למהירות זוויתית קבועה של 36 °/s, (או 0, 6283 rad/s).

האזור המקובל (בכחול) תוכנן עם פונקציה של 3 סדרות בקטע זה במקרה זה הן לגבול העליון והן לגבול התחתון. פונקציות של הזמנות גבוהות יותר יכולות להיחשב גם לשיפור צורת הקימורים או אפילו מורכבות התרגיל. בדוגמה זו התרגיל פשוט מאוד: 3 חזרות של תנועה 0 עד 90 °.

הקוד ישרטט את התוצאות של אחד החיישנים - זה שמעניין את תרגיל השיקום הנחשב - במאגר מידע זה. המשחק כעת למטופל הוא להתאים את מהירות הזרוע ואת מיקומה כך שזרועה תישאר בתוך האזור הכחול, הטווח המקובל, וקרוב ככל האפשר לעקומה האדומה, התנועה המושלמת.