توصيفگر ها :
ربات توانبخشي , الگوي راه رفتن , كانال مجازي , كمك در صورت نياز , كنترل حركت پنجه پا
چكيده فارسي :
با افزايش حادثهها و بيماريهايي كه منجر به اختلالهاي حركتي ميشوند، نياز به توسعه فناوريهاي نوين توانبخشي به منظور ارتقاي سطح كيفي زندگي بيماران حركتي بيشتر احساس ميشود. اگر فردي نتواند يك الگوي حركتي را به درستي انجام بدهد، به كمك تمرينهاي توانبخشي و اعمال كمك خارجي، الگوي حركت را به مرور اصلاح مينمايد. هدف اين تحقيق، يپيشنهاد و شبيهسازي يك سيستم رباتيكي توانبخشي پايينتنه از نوع مجري نهايي براي اصلاح الگوي راه رفتن، همانند قدم زدن روي سطح صاف است. اين پژوهش از دو بخش، تشكيل شده است: شبيهسازي ربات توانبخشي و تعامل آن با كاربر، و شبيهسازي راه رفتن كاربر توانا و ناتوان بر ربات توانبخشي. سازوكار حركتي ربات توانبخشي پيشنهادي، شامل دو پدال سه درجه آزادي است كه در صفحه مياني حركت ميكنند. كاربر، با كمك يك سازوكار حمايت وزن، همانند طناب، بر روي اين پدالها قرار ميگيرد و كف پا و پدالها با يكديگر حركت ميكنند. ربات توانبخشي پيشنهادي، بر اساس قانون كنترل تعاملي پيشنهادي، به صورت پيوسته حركت پاي كاربر بر روي پدال را پايش ميكند و در صورت نياز به حمايت از حركت، از طريق پدالها، نيروي خارجي لازم را به پاي كاربر وارد ميكند تا حركت به صورت درست انجام شود. براي شبيهسازي حركت كاربر، از يك ساختار مكانيكي سه لينك و سه مفصل براي كينماتيك مستقيم لگن به پدالها استفاده شده است. همچنين، براي شبيهسازي راه رفتن فرد و توليد مسير مرجع حركت پدالها براي الگوي راه رفتن از دادههاي بيومكانيكي راه رفتن افراد سالم استفاده شده است. قانون كنترل تعاملي، از يك كانال مجازي اطراف مسير مرجع با شعاع قابل تنظيم استفاده ميكند. اگر حركت پاي بيمار داخل كانال و به قدر كافي نزديك به مسير مرجع باشد، پدالها حركت پاي بيمار را تعقيب ميكنند. با افزايش انحراف حركت پاي فرد از مسير مرجع، ربات توانبخشي از طريق پدالها و به اندازه نياز، از حركت پاي بيمار در جهت نزديك شدن به مسير بهينه حمايت ميكند. اگر شعاع انحراف بيشتر از دوبرابر شعاع كانال مجازي باشد، پدالها حركت پنجه پاي بيمار را كنترل ميكنند و پاي بيمار را به مسير مرجع هدايت ميكنند. در ادامه، عملكرد سيستم پيشنهادي در حالتهاي انسان توانا، نيمه توانا و ناتوان مورد ارزيابي قرار گرفته و نتايج تحليل شدهاند. نتايج نشاندهنده كارايي و دقت سيستم در رويكرد كنترلي كمك در صورت نياز است.
چكيده انگليسي :
With the increasing prevalence of incidents and diseases leading to motor impairments, there is a growing need for advanced rehabilitation technologies to improve the quality of life for patients with mobility issues. If an individual is unable to perform a gait correctly, rehabilitation exercises and external assistance can gradually help correct the movement. This research proposes and simulates a lower-limb end-effector type robotic rehabilitation system designed to correct walking gait, such as walking on a flat surface. This study consists of two main parts: simulating the rehabilitation robot and its interaction with the user, and simulating the walking gait of both able-bodied and impaired users on the rehabilitation robot. The proposed robotic system features two pedals with three degrees of freedom that move in a sagittal plane. The user, supported by a weight-support mechanism, such as a harness, stands on these pedals, allowing coordinated movement between the feet and pedals. The robot continuously monitors the user's foot movement on the pedals using a proposed interactive control law. If additional support is needed, the robot applies external forces through the pedals to ensure correct movement execution. The user’s movement is simulated using a three-link, three-joint mechanical model for direct kinematics from the hip to the pedals. Additionally, the walking gait is obtained from biomechanical data of healthy individuals to generate the reference trajectory for pedal movement. The interactive control law utilizes a virtual channel around the reference path with an adjustable radius. If the user’s foot movement remains within this channel and close enough to the reference trajectory, the pedals follow the foot’s movement. As deviations from the reference path increase, the robot provides necessary support to guide the foot towards the optimal path. If the deviation exceeds twice the virtual channel’s radius, the pedals control the foot’s movement directly, guiding it back to the reference path. The proposed system's performance was evaluated under different conditions of able-bodied, semi-able, and disabled users and the results demonstrate the system's effectiveness and accuracy in providing assistance as needed.