Rehabilitasi Bahu Eksoskeleton: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Bahu adalah salah satu bagian paling rumit dari seluruh tubuh manusia. Artikulasi dan sendi bahunya memungkinkan bahu melakukan berbagai gerakan lengan dan dengan demikian cukup rumit untuk dimodelkan. Akibatnya, rehabilitasi bahu adalah masalah medis klasik. Tujuan dari proyek ini adalah untuk merancang robot yang membantu rehabilitasi ini.

Robot ini akan berbentuk exoskeleton dengan berbagai sensor yang akan mengukur parameter yang relevan untuk mengkarakterisasi gerakan lengan, dan kemudian akan membandingkan hasil yang diperoleh ke database untuk memberikan umpan balik langsung pada kualitas gerakan bahu pasien.

Perangkat dapat dilihat pada gambar di atas. Exoskeleton ini dipasang pada harness yang dipakai oleh pasien. Ada juga tali pengikat untuk menempelkan lengan perangkat ke lengan pasien.

Kami adalah mahasiswa Fakultas Teknik Brussel (Bruface) dan kami memiliki tugas untuk kursus Mekatronika 1: mewujudkan proyek dari daftar saran dari mana kami memilih robot rehabilitasi Bahu.

Anggota Mekatronika 1 Grup 7:

Gianluca Carbone

Ines Henriette

Pierre Pereira Acuna

Radu Rontu

Thomas Wilmet

Langkah 1: Bahan

- Pencetak 3D: plastik PLA

- Mesin pemotong laser

- MDF 3mm: permukaan 2m²

- 2 akselerometer MMA8452Q

- 2 potensiometer: PC20BU

- Bantalan: Diameter dalam 10 mm; Diameter luar 26mm

- Rel pemandu linier: lebar 27mm; panjang minimal 300 mm

- Tali punggung dan tali pengikat

-Arduino Uno

- Kabel Arduino: 2 bus untuk Alimentasi (3, 3V Accelerometer dan 5V Potensiometer), 2 bus untuk pengukuran Accelerometer, 1 bus untuk massa. (papan tempat memotong roti):

- Sekrup:

Untuk bantalan: baut dan mur M10, Untuk struktur secara umum: baut dan mur M3 dan M4

Langkah 2: Ide Utama

Untuk membantu rehabilitasi bahu, alat ini bertujuan untuk membantu rehabilitasi bahu mengikuti gerakan dasar di rumah dengan prototipe.

Gerakan yang telah kami putuskan untuk fokus sebagai latihan adalah: penculikan frontal (kiri pada gambar) dan rotasi eksternal (kanan).

Prototipe kami dilengkapi dengan berbagai sensor: dua akselerometer dan dua potensiometer. Sensor ini mengirim ke komputer nilai sudut lengan dan lengan bawah dari posisi vertikal. Data yang berbeda kemudian diplot pada database yang mewakili gerakan optimal. Plot ini dilakukan secara real time sehingga pasien dapat langsung membandingkan gerakannya sendiri dengan gerakan yang diperoleh, dan dengan demikian dapat mengoreksi dirinya untuk tetap sedekat mungkin dengan gerakan yang sempurna. Bagian ini akan dibahas pada langkah database.

Hasil yang diplot juga dapat dikirim ke fisioterapis profesional yang dapat menginterpretasikan data dan memberikan beberapa saran lagi kepada pasien.

Lebih dalam sudut pandang praktis, karena bahu adalah salah satu sendi tubuh manusia yang paling kompleks, idenya adalah untuk mencegah rentang gerak tertentu untuk menghindari realisasi gerakan yang buruk, sehingga prototipe hanya dapat mengizinkan ini dua gerakan.

Selain itu, perangkat tidak akan cocok dengan anatomi pasien. Ini berarti bahwa sumbu rotasi kerangka luar tidak cocok dengan sumbu bahu pasien. Ini akan menghasilkan torsi yang dapat merusak perangkat. Untuk mengimbangi itu, satu set rel telah diterapkan. Hal ini juga memungkinkan sejumlah besar pasien untuk memakai perangkat.

Langkah 3: Bagian Perangkat yang Berbeda

Di bagian ini, Anda dapat menemukan semua gambar teknis dari potongan yang kami gunakan.

Jika Anda ingin menggunakan milik Anda sendiri, perhatikan fakta bahwa beberapa bagian tunduk pada batasan tinggi: poros bantalan misalnya tunduk pada deformasi lokal. Jika dicetak 3D, harus dibuat dengan kepadatan tinggi dan cukup tebal agar tidak pecah.

Langkah 4: Perakitan - Pelat Belakang

Pada video ini, Anda dapat melihat penggeser yang digunakan untuk mengoreksi salah satu DOF (panduan linier yang tegak lurus dengan pelat belakang). Slider itu juga bisa diletakkan di lengan, tetapi solusi yang disajikan di video memberikan hasil teoretis yang lebih baik pada perangkat lunak 3D, untuk menguji gerakan prototipe.

Langkah 5: Perakitan - Artikulasi Penculikan

Langkah 6: Perakitan - Artikulasi Rotasi Eksternal

Langkah 7: Majelis Akhir

Langkah 8: Diagram Lingkaran

Sekarang prototipe yang dirakit dengan benar mengoreksi ketidaksejajaran bahu, dan berhasil mengikuti gerakan pasien di sepanjang dua arah yang diinginkan, sekarang saatnya untuk masuk ke bagian pelacakan dan terutama pada bagian listrik proyek.

Jadi akselerometer akan menerima informasi percepatan di samping setiap arah rencana, dan kode akan menghitung sudut menarik yang berbeda dari data yang diukur. Hasil yang berbeda akan dikirim ke file matlab melalui Arduino. File Matlab kemudian menggambar hasilnya secara real time dan membandingkan kurva yang diperoleh dengan database gerakan yang dapat diterima.

Komponen kabel ke Arduino:

Ini adalah representasi skematis dari koneksi yang berbeda antara elemen yang berbeda. Pengguna harus berhati-hati bahwa koneksi bergantung pada kode yang digunakan. Misalnya, output I1 dari akselerometer pertama terhubung ke ground sedangkan output yang kedua terhubung ke 3.3V. Ini adalah salah satu cara untuk membedakan kedua akselerometer dari sudut pandang Arduino.

Bagan pengkabelan:

Hijau - Accelerometer alimentation

Merah - masukan A5 dari Arduino untuk mengumpulkan data dari akselerometer

Pink - masukan A4 dari Arduino untuk mengumpulkan data dari akselerometer

Hitam - Tanah

Abu-abu - Pengukuran dari potensiometer pertama (pada rotule abduksi frontal)

Kuning - Pengukuran dari potensiometer kedua (pada rotule rotasi eksternal)

Biru - Potensiometer Alimentasi

Langkah 9: Basis Data

Sekarang komputer menerima sudut, komputer akan menafsirkannya.

Ini adalah foto representasi dari database yang dipilih. Pada database ini kurva biru mewakili zona gerakan yang dapat diterima dan kurva merah mewakili gerakan sempurna. Harus ditekankan bahwa database tentu saja terbuka untuk modifikasi. Idealnya parameter database harus ditetapkan oleh fisioterapis profesional untuk memberi saran tentang parameter rehabilitasi optimal yang sebenarnya.

Gerakan optimal yang dipilih di sini dengan warna merah, didasarkan pada pengalaman dan sedemikian rupa sehingga lengan mencapai 90° dalam 2,5 detik, yang sesuai dengan kecepatan sudut konstan 36°/s, (atau 0, 6283 rad/s).

Zona yang dapat diterima (berwarna biru) telah dirancang dengan fungsi 3 orde demi sepotong dalam hal ini untuk batas atas dan batas bawah. Fungsi orde yang lebih tinggi juga dapat dipertimbangkan untuk memperbaiki bentuk kurva atau bahkan kompleksitas latihan. Dalam contoh ini, latihannya sangat sederhana: 3 pengulangan gerakan 0 hingga 90°.

Kode akan memplot hasil dari salah satu sensor - salah satu yang menarik untuk dipertimbangkan dalam latihan rehabilitasi - pada database ini. Permainan sekarang bagi pasien adalah menyesuaikan kecepatan dan posisi lengannya sehingga lengannya tetap berada di dalam zona biru, kisaran yang dapat diterima, dan sedekat mungkin dengan kurva merah, gerakan yang sempurna.