چکیده

پیچ خوردگی مچ پا به وجود آمده و باعث مختل شدن فعالیتهای حرکتی میگردد. بنابراین توان بخشی این مفصلی که به طور موثری در فعالیتهای روزمره مانند راه رفتن نقش مهمی دارد، از اهمیت بالایی برخوردار هدف از انجام این پژوهش، طراحی یک ربات غیر پوشیدنی برای توانبخشی مچ پا است. این ربات پس از بررسی مکانیزمهای مختلف، بر اساس یک مکانیزم موازی دو درجه آزادی به نام Agile Eye طراحی شده است. با بررسی این مکانیزم و تحلیل آن به صورت پارامتری، طراحی نهایی ربات با استفاده از فرایند بهینه سازی تکمیل گردیده است. در ادامه با مدلسازی اسکلتی – عضلانی اندام حرکتی پایینی و اتصال ربات طراحی شده به آن در محیط نرم افزار MATLAB حرکت مجموعه ربات و پا شبیه سازی شده و نتایج آن بررلسی شدهاند. ربات طراحی شده کل فضای کاری مچ پا (در حرکت درسی فلکشن حدود ۳۰ درجه، در حرکت پلنتار فلکشن حدود ۴۵ درجه، در حرکت ایتورژن حدود ۲۲ درجه و در حرکت اورژن حدود ۱۷ درجه) را پوشش داده و در این محدوده، کاملا دور از نقاط تکین می باشد. مدل اسکلتی – عضلانی ساخته شده، روند تغییر گشتاور غیر فعال مفصل مچ را در حرکت فلکشن از Nml 5 تا حدود Nnt ()2- به درستی پیش بینی کرده است. شبیه سازی حرکت پا و ربات، برای پای سالم انجام شده و نتایج ارائه شده است.

کلمات کلیدی: توان بخشی مچ پا، رباتیک، مکانیزم موازی، راه رفتن، بهینه سازی، مدل اسکلتی – عضلانی

فهرست مطالب

فصل اول:مقدمه

۱-۱- مقدمه

در این فصل ابتدا پس از تعریف توان بخشی در بخشی اهمیت و کاربرد موضوع، به شیوع ناتوانی های حرکتی اندام های حرکتی پایینی در جهان و ایران و اهمیت توان بخشی آن پرداخته شده است. در ادامه به معایب فرایند توان بخشی عادی اشاره شده و نقش علم رباتیک در بهبود این فرایند بیان گردیده است. پس از آن در بخش بعدی، اهداف و دورنمای این پژوهشی تبیین شده و در بخش پایانی، ساختار پایان نامه حاضر ارایه شده است.

1-1-مقدمه

1-2-اهمیت وکاربرد موضوع

1-3-اهداف پژوهش

1-4-ساختار پایان نامه

استخوان های ومفاصل مچ پا

استخوان های ومفاصل مچ پا

فصل دوم:مفاهیم پایه

۲- ۴- فرایند راه رفتن

راه رفتن، یکی از مهمترین فعالیتهای روزمره انسان است. حرکت و جابجایی با دو پا شامل یک چرخه از فعالیت ها است که برای هر اندام پایینی دارای دو مرحله نوسان دادن ” و ایستادن ” می باشد .چرخه کاملی راه رفتن تحت عنوان وقوع متوالی مراحل نوسان و ایستادن توسط یک پا تعریف می شود. هر کدام از دو مرحله راه رفتن شامل چندین زیر بخشی هستند. یک چرخه کامل راه رفتن را یک گام” مینامند که با وقوع یکی از زیر بخشهای هر یک از دو مرحله شروع شده و هرگاه به همان زیر بخش با همان پا رسید، یک گام کامل می گردد. به طور مثال از تماسی پاشنه یک پا تا تماس بعدی پاشنه همان پا را یک چرخه کامل راه رفتن یا یک گام می نامند. در شکل ۲-۷، مراحل مختلف یک گام نشان داده شده است.

2-1-مقدمه

2-2-آناتومی مفصل مچ پا

2-3-حرکت های مفصل مچ پا

2-4-فرایند راه رفتن

2-5-توان مچ پا

حرکت پیچش به بیرون و به درون مچ پا

حرکت پیچش به بیرون و به درون مچ پا

فصل سوم:مروری بر کارهای گذشته

۱-۳ – مقدمه

به طور معمولی، برای بازیابی محدوده حرکت و قدرت اندامهای حرکتی، تمرین ها و فعالیتهای بدنی و تمرینهای خاصی به طور مکرر و مداوم زیر نظر یک درمانگر انجام میگیرد. این تمرینها در طول زمان با افزایش انعطاف پذیری عصبی و بهبود سیستم عصبی در اندام متاثر، باعث بهبودی عملکردهای حرکتی می شود. وسایل و تجهیزات مختلفی وجود دارد که میتواند درمان گر و بیمار را در بهبود و تسریع فرایند توان بخشی کمک کند. این تجهیزات از وسیله سادهای مانند یک نوار کشسان تا مکانیزمهای پیچیده رباتیکی را شامل می شوند. از یک دیدگاه، تجهیزات مرتبط با توان بخشی مچ پا را می توان به دو گروه سیستمهای غیر فعال” و سیستمهای فعالی ” تقسیمبندی کرد. اساس کار سیستمهای غیر فعال در تمرینهای افزایش قدرت و دامنه حرکت، ایجاد نیروی مقاوم در مقابل حرکت عضلات کنترل کننده حرکتهای مچ پا با استفاده از عضوهای غیر فعال مثل فنر یا دمپر است. برای تمرینهای تعادلی نیز این سیستمها از عدم تعادل ذاتی خود ابزار استفاده می کنند. در مقابل، در سیستمهای فعالی، تعدادی حسگر و عملگر وجود دارد که حرکت های مورد نیاز برای توان بخشی را ایجاد می نمایند.از نگاه دیگر، این وسیله ها را میتوان به دو دسته دارای عضو ثابت یا غیر پوشیدنی” و بدون عضو ثابت یا پوشیدنی ” تقسیم کرد. در دسته اول، بخشی از دستگاه روی زمین قرار گرفته و ثابت می شود. این سیستم ها عموما دارای یک صفحه متحرک هستند که بیمار پای خود بر روی آن قرار داده و حرکت مچ به ربات و برعکس منتقل میگردد. اما دسته دوم، وسیله هایی را شامل می شود که قابل پوشیدن توسط بیمار هستند و جزء ثابتی بر روی زمین ندارند. در این سیستم ها معمولا بیمار قابلیت راه رفتن به همراه سیستم را خواهد داشت. در ادامه، به بررسی انواع کارهای صورت گرفته در این زمینه پرداخته می شود.

3-4- جمع بندی

در این قسمت، انواع مختلف وسایل و تجهیزانی گه برای تسریع فرایتد توان بخشی مچ پا تاکنون طراحی و ساخته شدهاند، در گروه ها پی تقسیم بندی شده و مختفسری در مورد ساختار کلی آنها داده شد. تلاش گردید.تا به طور خلاصه ویژگی ها و مشکلات هر کدام نیز پیان شود.بررسی روتد پیشرقت این وسایل، حاکی از آن است که دستگاههای توانبخشی به تدریج از مکانیزمهای غیر قعالی، به سمت مکانیزمهای فعال حرکت کردهاند. در مورد برتری سیستمهای پوشیدنی و بیستمهای غیر پوشیدنی نمیتوان نظر کلی داد. اما می توان گفت، برای بیمارانی که به دلیل ناتوانی مچ پای خود، در تحمل وزن خود و ایستادان دچار مشکل هستند، استفاده از وایات های توان بخشی غیر پوشیدنی حداقل در مراحل اولیه توان بخشی مناسب تر خواهد بود.به هر حالی وزن کم، قابلیت انجام انواع مختلف تمر بن های توان بخشی، پوششی تمامی حرکتهای موثر مچ پا در دامنه حرکتی نرمال آن، سادگی مکانیزم، عدم نیاز به تجهیزات جانبی قابل توجه و هزینه کم برای تولید، ویزگیهایی است که نیاز به طراحی دستگاهی با این ویژگی ها هنوز وجود دارد.

3-1-مقدمه

3-2-سیستم های غیرفعال

3-2-1-سیستم های پوشیدنی غیرفعال

3-2-2-سیستم های پوشیدنی غیرفعال

3-3-سیستم های فعال

3-3-1-سیستم های پوشیدنی فعال

3-3-2-سیستم های غیرپوشیدنی فعال

3-4-جمع بندی

حرکت سوپینیشن و پرونیشن مچ پا

حرکت سوپینیشن و پرونیشن مچ پا

فصل چهارم:طراحی مفهومی

۴- ۵- طرح نهایی

برای این که پس از اتصال ربات توان بخشی به پا، مجموعه پاوریات به راحتی حرکت کنند، نیاز است تا مرکز دوران ربات و مچ پا بر هم منطبق باشند، همانطور که دیده شد، مرکز دوران ربات بالا ناilیا، در صفحه قرار گیری عملگرها قرار دارد. به همین دلیل، یا تغییر زوایای فراگیری مفاصل در ربات c با Agile عادی، می توان مرگز دوران مگانیزم را تا حد تیاز بالا آورد. در شگل ۴- ابد. طرح نهایی مگانیزم ربات نشان داده شده است۔در فصل بعدی، یا تحلیل سینمائیکی طرح نہابی در حالت پارامتری و انجام فرایند بھینه سازی، طراحی مفہومی ریات تکمیل می گردد

۱-۴ مقدمه

در این فصل، با توجه به اطلاعاتی که در فصل مفاهیم پایه در مورد حرکت مچ پا و تیز قرایند توان بخشی ان توان بخشی ساخته شده، مسئله طراحی تعریف و ویژگیهای ربات مورد نظر بیان شدهاند. در ادامه، مکانیزمهای موجودی که از آنها میتوان برای تامین حرکت مورد نیاز ربات استفاده نمود، معرفی گردیدهاند. در این مرحله با تعیین معیارهای طراحی، این مکانیزمها را با هم مقایسه نموده و در انتها، مکانیزم برتر انتخاب شده است. هدف از این بخش، طراحی ربانی است که بتواند در عین سادگی، بسیار کارآمد بوده و تمامی هدفهای تعیین شده را تامین نماید. پس از انتخاب مکانیزم، در طراحی آن تغییراتی برای بهبود عملکرد ربات ایجاد شده و طرح کلی ارایه گردیده است. در نهایت با استقاده از نتایج این فصلی، در فصل پنجم که فصل بهینهسازی می باشد، طراحی ربات تکمیل و ارائه شده است.

۴- ۲- تعریف مسئله طراحی

هدف از انجام این پژوهش، طراحی یک ربات توان بخشی برای مچ پا می باشد. همانطور که در فصلهای گذشته به آن اشاره شد. مفصل مچ پا، دارای سه درجه آزادی دورانی است که نتیجه آن، توانایی ایجاد حرکت های درسی قلکشن ” پلانتار فلکشن، اینورژن از اورژن و ایداکشن/ادداکشن حول سه محور عمود بر هم میباشد. با استقاده بررسی فرایندهای توان بخشی، به این نتیجه رسیدیم که تنها دو حرکت اول از اهمیت بیشتری برخوردارند. مطالعه کارهای انجام شده در این زمینه نیز این نتیجه را تایید میکند.بنابراین، نیاز است تا ربات توان بخشی مورد نظر دارای دو درجه آزادی دورانی حول دو محور عمود بر هم منطبق بر محورهای دو حرکت درسی فلکشن پلانتار فلکشن و اینورژن ( اورژن باشد. همان طور که در فصل دوم به ان اشاره شد، دامنه حرکتی مچ پا در این دو حرکت مطابق جدول ۴-۱ میباشد. بنابراین، ربات باید بتواند این محدوده را در فضای کاری خود پوشش دهد.

4-1-مقدمه

4-2-تعریفل مسئله طراحی

4-3-مکانیزم های دودرجه آزادی دورانی

4-4-انتخاب مکانیزم

4-5-طرح نهایی

دستگاه طراحی شده توسط باستو

دستگاه طراحی شده توسط باستو

فصل پنجم:بهینه سازی

5-4-2- عسلکیر دریات ازنظر تکنیکی

همانطور که در رابطه (۵ – ۲۸) نشان داده شد، ماتریس ژاکوبین می تواند سرعت عملگر نهایی در فضای ماتریسی زاگوبین محسفر شده و این ماتریسی، وارون قاپذیر گردد.همان گونه که استرنگ ” نشان داد با ۶۰له عدد حالت” یک ماتریسی در تحلیل عددی، برای تخمین خطای ایجاد شده در حال سیستم معادلات خطی توسط خطای داده های ورودی استفاده میشود، وقتی این عدد در مورد ماتریس زا کوبین یک ریات تعریف شود، عدد حالت معیاری یرای حساسیت عملکرد ربات نسبیت به تغییرات متغیرهای سیتماتیکی ربات خواهد بود، آنچه مطلوب است، طراحی ربات یا عدد حالت نزدیک به یک می باشد زیرا بر اثر وجود خطا در درودی عملگرها، خطای ایجاد شده در عملگر نهایی ربات به حداقل میرسد. کاربرد دیگر عدد حالت، ارزیابی تکینگی های فضای کاری است. عدد حالت یرای پیکر بندی ریات در یک لحظه، به توغی فاصله پیکربندی آن لحظه ربات را از نزدیکترین حالت تکینگی بیان می کند. از دیگر کاربردهای عدد حالت، بررسی سخنی ” عملگر نهایی ناشی از سختی مفاصل مکانیزم است. بنابراین، یکی از مهمترین پارامترهای طراحی بهینه یک ربات را میتوان مقادیر عدد حالت ان ربات در کل فضای کاری دانست.عدد حالت (k)، به صورت نسبت بزرگترین مقدار تکین” به کوچک ترین مقدار تکین مائریس ژاکوبین در یک پیکر بندی مشخصں استہ مقدار عدد حالت بین یک تایی ها تغییر  میکند

5-1-مقدمه

5-2-تحلیل سینماتیکی مکانیزم

5-3-محاسبه ماتریس

5-4-بهینه سازی طراحی ربات

5-4-1-پوشش فضای کاری

5-4-2-عملکرد ربات ازنظر تکنیکی

5-4-3-گشتاور مورد نیاز برای عملگرهای ربات

5-5-روش بهینه سازی

5-6-نتایج بهینه سازی

5-7-طراحی نهایی ربات

دستگاه طراحی شده توسط میکل

دستگاه طراحی شده توسط میکل

فصل ششم:تحلیل سینماتیکی ربات

۱-۶- مقدمه

در این قتسل، به بررسی و تحلیل سینماتیکی ربات طراحی شده می پردازیم. برای این کار، روابط تحلیل سیتماتیک مستقیم و معکوس ریات استخراج شده است. در ادامه، با مدلسازی نرمافزاری ربات، حرکت آن شبیه سازی شده و نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از روابط تحلیلی مقایسه شدهاند.

6-1-مقدمه

6-2-سینماتیک مستقیم

6-3-سینماتیک  معکوس

6-4-شبیه سازی حرکت ربات درنرم افزار

محورهای مفاصل تشکیل دهنده مچ پا

محورهای مفاصل تشکیل دهنده مچ پا

فصل هفتم:مدلسازی وتحلیل

۷ – ۱- مقدمه

در این فصل ابتدا روند ساخت یک مدل اندام حرکتی پایینی بیان شده است. پس از ان، مدل ساخته شده با تتایح موجود در مقالات اعتبارسنجی شده و در نهایت، پس از اتصال مندلی ربات به مدل ساخته شده پا، نتایج شبیه سازی حرکت مجموعه پا و ربات ارائه کردیده است.

۷- ۶- جمع بندی

پس از انجام شبیهسازی در حالت های مختلف، به این نتیجه رسیدیم که در حالت اتصال ایدهآل و انطباق کامل مرکز دوران ربات و مچ پا بر روی هم، اعمال کردن قید اضافی بر روی ران یا ساق، در واقع مصالحهای است بین انتقال دقیق حرکت صفحه متحرک رایات به مچ پا و افزایش نیروهاز ایجاد شده در عضلات و به دخیال آن، افزائشی بروز درد در پائی فرد بیمار۔پا توجه به این موضوع که در واقع پته، هیچگاه انطباق کامل دو مرکز دوران رخ نمی دهد، نتایج شبیهسازی نشان میدهد که در صورت اعمال قید بر روی ساق پاران پا، مجموعه پا و ربات نمیتواند حرکتی داشته باشد و یا به عبارت دیگر، نیروهای بسیار زیادی در محله قیدها به پا اعمال می شود.بینابراین، تنها قید اعمال شده به پاد همان انصال کف پا بر روی صفحه متحرک ریات است. در این حالت، یا وجود خطایی به میزان با ا در هر سه راستای محور مختصات در انطباق مرکز دوران مچ پا و ریات، میزان خطا در بدترین شرایط در حرکت اینورژن در حدود ۲۰ درصد و در حرکت دو سی فلکشن در حدود ۲ درصد خواهد بود.

7-1-مقدمه

7-2-مدلسازی اسکلتی-غضلانی اندام های حرکتی پایینی

7-2-1-ساخت مدل سه بعدی استخوان ها

7-2-2-بررسی ابعاد استخوان ها با داده های آناتومیکی

7-2-3-ایجاد مفصل بین استخوان ها

7-2-4-عضلات موثردرحرکت اندام های حرکتی پایین

7-2-5-تعیین محل اتصال عضلات برروی مدل استخوانی

7-2-6-مدلسازی عضلات به شکل فنر واتصال آن ها به استخوان مربوطه

7-3-ارزیابی مدل

7-4-شبیه سازی عملکرد ربات درپای سالم

7-4-1-شبیه سازی حرکت اینورژن/لورژن

7-4-2-شبیه سازی حرکت درسی فلکشن/پلنتار فلکشن

7-5-شبیه سازی علمکرد ربات دراتصال غیرایده آل

7-5-1-شبیه سازی حرکت اینورژن/لورژن

7-5-2-شبیه سازی حرکت درسی فلکشن/پلنتار فلکشن

7-6-جمع بندی

نوارهای کشسان

نوارهای کشسان

فصل هشتم:نتیجه گیری

۸ – ۱- مقدمه

در این بخش، پس از مروری پر کارهای انجام شده در این پژوهشی، به بیان نوآوری ها و پرتری های ربات طراحی شده پرداخته شده است. در ادامه با بیان صحدودیتها، پیشنهاداتی برای ادامه پژوهشی حاضر ارائه گردیده است.

۸ – ۲- جمع بندی

در ابتدا قراگیری نانوائی های حرکتی اندام های حرکتی پایینی در اتر بروز سکته یا عواملی نظیر پیج خوردگی مچ پا بررسی شد. در ادامه به معایب فرایتد توان بخشی عادی اشاره شده و برتری های توان بخشی به کمک این پژوهش مانند مغاهیم مربوط به اندام شناسی مفصل مچ پا بیان شده و به طور کوتاه در مورد توان بخشی بیماران با ناتوانی های مقصل مچ توضیح داده شد. پس از آن به بررسی ابزارهای مورد استفاده برای توانبخشی مج با از وسیله های ساده تا رباتهای پیچیده توان بخشی پرداخته شد. از دیدگاه اهداف این پژوهش پس از معرقی هر وسیله، مزایا و معایب آن ذکر شده و بهترین معیارهای طراحی برای ربات تعیین گردید. در ادامه ابتدا تعریق، مسئله طراحتی با توجه موارد ذکر شدت در قصل اخهای گذشته ارائه شد. سپس، مکانیزمهای موجود برای طراحی ربات مطرح شده و از میان این مکانیزمها، بهترین طرح انتخاب گردید. پس از آن، مکانیزم انتخاب شده برای تامین تیازهای موجود تغییر داده شده و طراحی مفهومی ربات ارائه شد. در مرحله بعدی یه ایرانه معیارهایی یرای طراحی بهینه ریات پرداخته شد. پس از بیان و اباضی این معیارها و تعریف یک تایع هدف، قرایند بهینهسازی به کمک نرمافزار صورت گرقته و طرح نهایی ربات ارائه گردید. در ادامه به بیان معادلات مربوط به سینماتیک مستقیم و معکوسه ربات طراحی شده پرداختیم. پس از آن، مدل ربات به صورت ترم افزاری ساخته شده و مقایسه نتایج حرکت شبیه سازی شده آن با روابط تحلیلی ارائه گردید. در تهابیت با بیان رو قد ساخت یک مدل اندام حرکتی پایینی، مدل ساخته شده با نتایج موجود در مقالات اعتبارسنجی شده و در نهایت، پس از اتصال مدل ربات به مدل ساخته شده پا، نتایج شبیه بسازی حرکت مجموعه پا و ربات ارائه گردیده است.

8-1-مقدمه

8-2-جمع بندی

8-3-نوآوری های طرح

8-4-محدودیت ها وپیشنهادات

فصل نهم:پیوست

فصل دهم:مراجع

فهرست شکلها

شکل ۲-۱. استخوان ها و مفاصل مچ پا

شکل ۲- ۲. محورهای مفاصل تشکیل دهنده مچ پا

شکل ۲-۳. حرکت بسته شدن / باز شدن مچ پا

شکل ۲- ۴. حرکت پیچش به بیرونا به درون مچ پا

شکل ۲-۵. حرکت چرخش به بیرون به داخل مچ پا

شکل ۲-۶. حرکت سوپینیشن پرونیشن مچ پا

شکل ۲- ۷. مراحل مختلف یک گام کامل

شکل ۳- ۱. میکل (۱۹۴۹)

شکل ۳- ۲. نوارهای کشسان

شکل ۳- ۳. ویلیامز (۱۹۸۳)

شکل ۳- ۵. باستو (۱۹۹۳)

شکل ۳- ۶. لپلی و همکاران (۱۹۸۴)

شکل ۳- ۷. تروکسل (۱۹۸۶)

شکل ۳-۸. استاجلی (۱۹۹۴)

شکل ۳- ۹. دراگو (۱۹۹۵)

شکل ۳- ۱۰. استوانه های اسفنجی

شکل ۳ – ۱۱. تخته نامتعادل

شکل ۳- ۱۲. ربات ANKLEBOT ا(۲۰۰۴)

شکل ۳- ۱۳. آگراوال و همکاران (۲۰۰۵)

شکل ۳- ۱۴. بارادواج و شوگر (۲۰۰۵)

شکل ۳-۱۵. جموال و همکاران (۲۰۰۸)

شکل ۳- ۱۶. ساتیکی و همکاران (۲۰۰۹)

شکل ۳- ۱۷. روتگرز (۱۹۹۹)

شکل ۳- ۱۸. بازی رایانه با ربات رواتگرز

شکل ۳- ۲۰. دایی و ژاو (۲۰۰۴)

شکل ۳- ۲۱. یون و ریو (۲۰۰۵)

شکل ۳-۲۲. لیو و همکاران (۲۰۰۶)

شکل ۳-۲۳. پن و همکاران (۲۰۰۷)

شکل ۳- ۲۴. ساگلیا و همکاران (۲۰۰۸)

شکل ۴ – ۱. طول بخشهای مختلف بدن

شکل ۴- ۲. نمودار تغییر گشتاورهای غیر فعالی مچ پا بر حسب زاویه دوران در دو حرکت

شکل ۴-۳. مکانیزم مکانیزم پنج میلهای

شکل ۴- ۴. مکانیزم گسلین و همکاران (۱۹۹۹)

شکل ۴- ۵. اسپالتر و همکاران (۲۰۰۴)

شکل ۴- ۶. لی و همکاران (۲۰۰۶)

شکل ۴-۷. کونگ و همکاران (۲۰۱۰)

شکل ۴-۸. طرح نهایی مکانیزم ربات

شکل ۵-۱. طرح کلی مکانیزم (سمت چپ) و محل قرارگیری عملگرهای آن (سمت راست)

شکل ۵- ۲. محورهای مختصات متصل

شکل ۵- ۳. طرح کلی ربات

شکل ۵- ۴. طرح نهایی ربات

شکل ۶- ۱. موقعیت اولیه ربات

شکل ۶- ۲. مدل ربات در نرم افزار MATLAB

شکل ۶-۳. خروجی گرافیکی SIMULINK

شکل ۶-۴. نمودار تغییر زاویه اینورژن / اورژن در ربات بر حسب زاویه عملگر

شکل ۶-۵. نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن در ربات بر حسب زاویه عملگر

شکل ۶- ۶. نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن در ربات بر حسب زاویه عملگر

شکل ۶-۷. نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن در ربات بر حسب زاویه عملگر

شکل ۷ – ۱. مدل استخوانی ساخته شده

شکل ۷ – ۲. طول استخوان ران در مدل

شکل ۷ – ۳. عرض دو کند ایل استخوان ران در مدل

شکل ۷ – ۴. طول استخوان تیبیا در مدل

شکل ۷ – ۵. پهنای سر تیبیا در مدل

شکل ۷ – ۶. پهنای استخوان پاشنه در مدل

شکل ۷ – ۷. مفصل لگن در مدل

شکل ۷ – ۸. مفصل زانو در مدل

شکل ۷ – ۹. مفصل مچ در مدل

شکل ۷ – ۱۰. محل اتصال عضلات لگن و ران از نمای روبرو

شکل7-11.محل اتصال عضلات لگن وران ازنمای پشت

شکل 7-12.محل اتصال عضلات ساق وپا

شکل 7-13.محل اتصال عضلات لگن،ران وساق ازنمای جلو

شکل 7-14.محل اتصال عضلات لگن،ران وساق ازنمای پشت

شکل 7-15.مدل استخوانی درحالت نشسته

شکل 7-16.مجموعه مدل استخوانی وربات در دوحالت ایستاده ونشسته

شکل 7-17.مدل هیل برای مدلسازی عضله وتاندون

شکل 7-18.بلوک تابع درخروجی نیروی فنر و ورودی های مربوط به آن

شکل 7-19.کد مورد استفاده برای ایجاد مدل هیل درفنر

شکل 7-20.مدل نهایی در سیمولینک

شکل 7-21.نمودار مقدار گشتاور غیرفعال مچ پا برحسب زاویه درسی فلکشن/پلنتار فلکشن

شکل 7-22.نتایج آزمایشگاهی گشتاور غیرفعال مچ پا در حرکت درسی فلکشن/پلنتار فلکشن

شکل 7-23.نمودار تغییر زاویه اینورژن/اورژن مچ پا برحسب زاویه عملگر

شکل 7-24.تغییر زاویه زانو در طول حرکت اینورژن

شکل 7-25.تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y,X و Z درطول حرکت اینورژن

شکل 7-26.تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y,X و Z درطول حرکت اورژن

شکل 7-27.جابجایی یک نقطه از کشکک درسه صفحه XZ,XY و YZ در حین انجام حرکت اینورژن

شکل 7-28.جابه جایی یک نقطه ازکشکک در سه صفحه XZ,XY و YZ درحین انجام حرکت اورژن

شکل 7-29.نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/پلنتار فلکشن در طول حرکت اینورژن/اورژن

شکل 7-30.تغییر نیروی غیرفعال ایجاد شده درعضلات درحرکت اینورژن

شکل 7-31.تغییر نیروی غیرفعال ایجاد شده در عضلات درحرکت اورژن

شکل 7-32.نمودار تغییرزاویه درسی فلکشن/پلنتار فلکشن مچ پا برحسب زاویه عملگر

شکل 7-33.تغییر زاویه زانون در طول حرکت درسی فلکشن (شکل بالا) وپلنتار فلکشن(شکل پایین)

شکل 7-34.تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y,X و Z درطول حرکت درسی فلکشن

شکل ۷ – ۳۵تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y ،X و Z در طول حرکت پلنتار فلکشن

شکل ۷-۳۶. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ X۷ و ۷Z در حین انجام حرکت درسی فلکشن

شکل ۷ – ۳۷. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ ،X۷ و YZ در حین انجام حرکت پلنتار فلکشن

شکل ۷ – ۳۸. نمودار تغییر زاویه اینورژن / اورژن در طول حرکت درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن

شکل ۷ – ۳۹. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت درسی فلکشن

شکل ۷ – ۴۰. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت پلنتار فلکشن

شکل ۷ – ۴۱. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت اینورژن در حالت ثابت بودن ران

شکل ۷ – ۴۲. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت درسی فلکشن در حالت ثابت بودن ران

شکل ۷ – ۴۳. نمودار تغییر زاویه اینورژن اورژن مچ پا بر حسب زاویه عملگر +

شکل ۷ – ۴۴. تغییر زاویه زانو در طول حرکت اینورژن (شکل بالا) و اورژن (شکل پایین)

شکل ۷ – ۴۵. تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور X، ۷ و Z در طول حرکت اینورژن

شکل ۷-۴۶. تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y ،X و Z در طول حرکت اورژن

شکل ۷ – ۴۷. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ ،X۷ و YZ در حین انجام حرکت اینورژن

شکل ۷ – ۴۸. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ ،X۷ و ۷Z در حین انجام حرکت اورژن

شکل ۷ – ۴۹. نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن در طول حرکت اینورژن / اورژن

شکل ۷ – ۵۰. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت اینورژن

شکل ۷ – ۵۱. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت اورژن

شکل ۷ – ۵۲. نمودار تغییر زاویه درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن مچ پا بر حسب زاویه عملگر

شکل ۷-۵۳. تغییر زاویه زانو در طول حرکت درسی فلکشن (شکل بالا) و پلنتار فلکشن (شکل پایین)

شکل ۷ – ۵۴. تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y X و Z در طول حرکت درسی فلکشن

شکل ۷- ۵۵. تغییر زاویه مفصل لگن حول سه محور Y X و Z در طول حرکت پلنتار فلکشن

شکل ۷-۵۶. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ ،X۷ و YZ در حین انجام حرکت درسی فلکشن

شکل ۷ – ۵۷. جابجایی یک نقطه از کشکک در سه صفحه XZ X۷ و YZ در حین انجام حرکت پلنتار فلکشن

شکل ۷ – ۵۸. نمودار تغییر زاویه اینورژن / اورژن در طول حرکت درسی فلکشن/ پلنتار فلکشن

شکل 7- ۵۹. تغییر نیروی غیر فعال ایجاد شده در عضلات در حرکت درسی فلکشن

شکل ۷- ۶۰. تغییر نیروی غیر فعالی ایجاد شده در عضلات در حرکت پلنتار فلکشن

فهرست جدول ها

جدول ۲-۱. محدودههای حرکتی مفصل مچ پا

جدول ۲- ۲. حرکتهای مچ پا در طول مرحله ایستادن

جدول ۲-۳. تمرینات توانبخشی مچ پا

جدول ۴- ۱. محدودههای حرکتی مورد نیاز برای طراحی

جدول ۴- ۲. گشتاورهای مورد نیاز برای طراحی

جدول ۵- ۱. پارامترهای طراحی ربات

جدول ۷ – ۱. مقایسه طول استخوانها در مدل با دادههای موجود


Abstract

Some of the most usual problems in rehabilitation are ankle joint disabilities which are caused by stroke or damages like ankle twist and disrupt the movement activities. So rehabilitation of this joint which has important role in daily activities like walking is of high importance, The aim of this research is design of an unwearable robot for rehabilitation of ankle. After the study of several different mechanisms, this robot was designed based on a 2DOF mechanism named “Agile Eye”. Based on the mechanism and parametrical analysis, final design of this robot was drafted using optimization method. Next, the musculoskeletal model of lower limb was created in MATLAB and by using this model, the motion of complex of foot and robot was simulated and the results were analyzed, The designed robot covers all the workspace of the ankle joint (about 30 degree in dorsiflexion, about 45 degree in plantar flexion, about 22 degree in inversion, about 17 degree in eversion) and in this workspace, it is far from singular configuration. The musculoskeletal model anticipates the trend of change of torque in ankle from 5 Nm to -20N. In correctly. Simulation of foot movement and robot is done for a healthy foot and the results are presented

Keywords: Ankle Rehabilitation, Robotics, Parallel Mechanism, Walking, Optimization, Muscluskeletal Model


تعداد صفحات فایل : 180

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید