تعیین غیر مخرب محورهای دوران مچ پا با استفاده از یک مکانیزم ژیروسکوپی رباتیک

در میان چهار مفصلی که در ناحیه مچ پای انسان قرار دارد، مفاصل تیبیوتالر و سابتالر بیشترین نقش را در ایجاد امکان لازم برای اجرای حرکات دورانی پا دارا هستند به طوریکه رفتار سینماتیکی پا کاملا تحت تاثیر جهت گیری محورهای دوران این مفاصل است. انحراف این محورهای دوران از وضعیت نرمال باعث می‌شود تا عملکرد مچ پا و به تبع آن عملکرد پایین تنه دستخوش تغییر شود. در این تحقیق، یک روش غیر مخرب جدید ارائه شده‌است به طوریکه از طریق آن و با استفاده از یک مکانیزم ژیروسکوپی رباتیک برای داده‌برداری غیر مستقیم از رفتار سینماتیکی پا، علاوه بر جهت گیری محورهای دوران مفاصل تیبیوتالر و سابتالر می‌توان موقعیت آنها را نیز تعیین نمود. پس از داده‌برداری، با محاسبه ماتریسهای دوران و بردار انتقال و انجام عملیات بهینه‌سازی، جهتگیری و موقعیت محورهای دوران با دقت زیادی محاسبه می‌شوند. این نتایج با ساخت مدل مکانیکی پا و یک مکانیزم ژیروسکوپی رباتیک که در مرحله توانبخشی مچ پا به عنوان ربات توانبخش نیز به کار گرفته می-شود به صورت عملی مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده بیشترین خطا در محاسبه جهت گیری محورهای دوران حدود 2 درجه است.

non-invasive determination of ankle rotation axes using a robotic gyroscopic mechanism

among four joints of human foot in the ankle area, the tibiotalar and subtalar joints play the most important role in making it possible for the foot to perform rotational movements such that kinematic behavior of foot is almost completely affected by orientation of their rotation axes. deviation of the axis of rotation from the normal position can impair the function of the ankle and even the lower extremity. in this study, a new non-invasive method has been proposed, through which, using a gyroscopic mechanism, the orientation of the rotation axes of the tibiotalar and subtalar joints can be determined. this method is based on indirect data acquisition from the kinematic behavior of the foot. using the calculated matrices and through the optimization method, the orientation and position of the rotation axes were respectively calculated at relatively high precision. these results were also assessed in practice by building an ankle mechanical model and a robotic gyroscopic mechanism which is used as a robotic rehabilitation device for ankle rehabilitation. obtained results show that the maximum error in determining the orientation of the rotation axes is about 2 degrees.