طراحی بهینه، مدلسازی و ساخت یک ارتز فعال خارجی جهت تونبخشی اندام تحتانی افراد ناتوان

امروزه با پیشرفت علوم مهندسی در زمینه‌ی پزشکی، استفاده از سیستم‌های توانبخشی رباتیکی جهت درمان ناتوانی حرکتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. برخی از سیستم‌های رباتیکی برای احیای مکانیک و اصلاح الگوی حرکتی افراد ناتوان از جمله مبتلایان به سکته‌ی مغزی به‌کار گرفته شده‌اند و نتایج امیدوارکننده‌ای از آنها حاصل شده است. محور اصلی این تحقیق نیز، کمک به تامین استقلال حرکتی این بیماران بوده تا ضمن حذف فیزیوتراپ، امکان بهبودی و اصلاح حرکت در اعضایی که دچار فقر حرکتی شده‌اند، فراهم شود. هدف اصلی در این مقاله، طراحی و ساخت یک اُرتز فعال خارجی یک درجه آزادی مبتنی بر ساختار مکانیزم چهارمیله‌ای برای ایجاد حرکت مطلوب پای بیمار می‌باشد. در همین راستا، طراحی بهینه‌ی سینماتیکی مکانیزم بر مبنای ایجاد حرکتی مشابه با الگوی صحیح راه رفتن برای پای بیمار انجام شده است. همچنین پس از استخراج معادلات حرکت ربات توانبخش، توان و گشتاور بهینه‌ی موتور الکتریکی محرک مکانیزم با حل دینامیک معکوس ربات، محاسبه و تعیین می‌شود. پس از طراحی و ساخت یک نمونه‌ی اولیه از اُرتز پیشنهادی، کارایی و عملکرد آن بر روی یک کاربر سالم مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفته است. آزمایشات به عمل آمده‌ نشان می‌دهد که این دستگاه، حرکت شبیه‌سازی شده‌ی بهینه را برای کاربر فراهم می‌نماید. به‌علاوه نتایج تست ضربان قلب کاربر، گویای کاهش قابل توجه سرعت ضربان قلب کاربر در هنگام استفاده از اُرتز نسبت به حالت عادی ( بدون اتصال دستگاه) و به دنبال آن کاهش مصرف انرژی کاربر میباشد.

Design, Modeling and Fabrication of an Active External Orthosis for Rehabilitation of Lower of Peolple with Disability

Today, with advancements of engineering sciences in the medical field, the use of robotic rehabilitation systems for treating motor disabilities has been widely considered. There are some robotic systems for mechanical rehabilitation and revival of motion pattern of stroke patients. In this research, the main purpose is to designing a new robotic system with one degree of freedom (DOF) to move lower legs of patient without any physiotherapist’s help during rehabilitation. For presented model of system, an optimal kinematic design according to the normal pattern of human motion has been performed. Also, the equations of motion for rehabilitation system have been extracted and the minimum torque of the actuator of the mechanism with solution of inverse dynamic problem has been obtained. In next step, the prototype of orthosis is fabricated and its function is tested on a healthy subject. The experiments show that the proposed device provides optimum simulated motion for the user. In addition, the results of test of heart beat indicate a significant reduction in heart rate and energy consumption of user during using orthosis system comparing to normal motion (without device).