بخشی از مقاله
برسی استفاده از اگزو اسکلت ها در جهت افزایش توانایی افراد
چکیده
امروز استفاده از ربات ها در زمینه هاي پزشکی راه را براي استفاده از آنها در زندگی روزمره انسان ها باز کرده است .اگزو اسکلت نوعی ربات می باشد که همانند لباسی غیر منعطف، ارتباطی مستقیم و مداوم با بدن کاربر دارند و در بخش اعظمی از فعالیت هاي روزانه استفاده می شود.در اگزواسکلت حرکت ربات ، حرکت اندام را تابع خود می کند.این یک روش ایجاد نیرو هاي مکمل براي تامین نیروهاي مورد نیاز بخش هایی ار بدن می باشد، که باید تقویت شود .در این مقاله روند طراحی ، مدل سازي و ساخت این ربات ها براي کاربردهاي مختلف مورد برسی قرار گرفته است .نتایج این برسی نشان می دهد که با استفاده از این ربات ها در آینده می توان بسیاري ازنیاز هاي تکنولوژیکی ناشی محدویت هاي جسمانی افراد را برطرف نمود.
کلمات کلیدي: اگزو اسکلت ها، توان بخشی رباتیک، رباتیک پزشکی، رباتیک نظامی.
-1 مقدمه
در اوایل سال 1970 کارهاي تازه اي در زمینه ي روبات هاي توانبخش انجام شد. یکی از اولین پروژه ها در آن سال ها بوسیله ي Roesler در Heidelberg در غرب آلمان انجام شده است. روبات داراي 5 درجه آزادي و
سازگار با محیط بیرون بوده است. پروژه بعدي در سال 1974 در دانشگاه Johns Hopkins توسط schmeisser و seamone به انجام رسید و توسط وزارت سربازي (Veterans Administration) ایالت متحده مورد
حمایت قرار گرفت. بازوي این روبات با یک موتور الکتریکی به یک بازوي
الکتریکی تبدیل می شود که بر روي یک شیار افقی قرار می گیرد و طراحی بسیار هوشمندانه اي داشته است . در فرانسه روبات Spartacus براي کاربرد در صنایع هسته اي ساخته شد. درهمان حدود در امریکا در پروژه اي که به نیت توانبخشی و کمک به سربازان معلول آغاز شده بود براي اولین بار این سیستم را بروي یک ویلچر افزوده که ابتکار فوق العاده اي بود و درجات آزادي بسیار خوبی به سیستم افزود بطوریکه در مفصل بازو میتوانست 4 درجه آزادي داشته باشد که نشان دهنده طراحی مهندسی بسیار عالی بود.
دانشگاه Axford روبات هاي سري RT را که براي توانبخشی بیماران بسیار راحت و مناسب بودند را ارائه کرد. در این بین سیستم دیگري بنام روبات هاي سري RTX توسط Boeing در سیاتل توسعه یافت. در فرانسه نیز با کمک همین روبات هاي سري RTX پروژه Spartacus را به ایستگاه هاي کاري بیرون گسترش دادند. اما اولین اگزواسکلتون فعال (active exo)
در اواخر دهه 1960 در (General Electric)GE در موسسه ( Mihajlo (pupin در بلگراد نمایان شد.[1-5]
نام این پروژه Hardiman بود. این اگزواسکلتون تمام تنه و بسیار بزرگ
بوده و وزنی بالغ بر 680 kg داشت. سیستم کنترلی این روبات بصورت (master slave system) بود. این روبات پایین تنه و در سایز انسان بوده
و براي توان بخشی طراحی شده بود ولی با توجه به بزرگی و وزن بالاي آن قابلیت سازگاري پایینی با محیط پیرامون داشت. منبع تغذیه روبات جدا از روبات بود. این روبات فقط از برنامه ي راه رفتن مشخصی که برایش تعریف شده بود پیروي می کرد که باعث محدودیت هاي زیادي در کاربري آن می شد. همچنین این روبات در سیستم کنترلی خود از سیستم ZMP
(zeromoment point control) استفاده می کرد.[6,7]
در سال 1973 در دانشگاه Berkeley در کالیفرنیا پروژه ي اگزواسکلتون تمام تنه معرفی شد که شبیه پرژه Hardiman بود و قابلیت هاي انسان را
افزایش می داد. این روبات داراي سنسورهایی بود که سیگنال هاي عصبی دستگاه عصبی انسان را که حاوي فرمان اعمال نیرو به اندام هاي مشخص می بود را تشخیص و آنها را تقویت می کرد و نیروي تقویت شده توسط اگزو به اندام هاي بدن اعمال می شد. ولی در آن زمان این روبات در زمینه شیوه راه رفتن انسان چندان موفقیتی کسب نکرد.[2,3] نمونه اي از اگزواسکلتون در شکل هاي -1الف و -1ب نمایش داده شده است.
شکل : (1 ) نمونه هایی از اگزو اسکلوتون
اما در قرن 21 تحقیقات و پروژه هاي جدیدي در زمینه روبات هاي اگزو اسکلتون مطرح شدند. در ژاپن موسسه تحقیقاتی Kanagawa یک روبات تمام تنه با منبع نیرویی قابل پوشش و قابل حمل به همراه خود روبات طراحی کردند. این روبات داراي موتورهاي پنماتیک بود. 3 موتور این روبات درزانو، کمر و آرنج دست بود که با معیار سفتی عضلات انسان کنترل می شد که این
سیستم باعث محدود شدن موتورها و کاربردهاي روبات می شود. دانشگاه Tsukuba مدل سبکتر شده اي را در سیستم تولید نیرو توسعه داد بنام
HAL که از سنسورهاي EMG روي عضلات انسان براي سیستم کنترلی خود استفاده می کند. HAL موتورهاي الکتریکی خود را در مفاصل زانو و لگن کنترل می کند. این اگزو اسکلتون داراي منبع تغذیه قابل حمل می باشد.
این روبات در راه رفتن می تواند به پاي کاربر کمک کند اما به تنهایی قادر به کمک کردن نیست.
-2 تعریف اگزواسکلت
ترکیبی از سنسورها، محرك ها و کنترلرها، در قالب ربات هاي قابل پوشیدن به کار گرفته می شوند، تا با برقراري تعامل مجموعهاي از رفتارها و حرکات به طور مستقیم با بدن انسان، رباتهایی را شکل دهند که براي رفع ناتوانی و نواقص بدن انسان به کار برده میشوند. به این گونه ربات ها، اگزواسکلتون و یا رباتهاي توان بخش گفته میشود.[5,8,9]
استفاده از این نوع ربات مزایاي زیر را در پی دارد:
• افزایش بار قابل حمل در طول پیاده روي
• بلند کردن بارهاي سنگین از روي سطوح
• افزایش قدرت و تحمل عضلات و مفاصل انسان
• افزایش سرعت و مسافت راه رفتن بدون خستگی
• کاهش بیماري هاي اسکلتی-عضلانی و کاهش خستگی در افراد سالم
• انواع توان بخشی و تقویت اندام ناتوان در پروسه هاي پزشکی
• افزایش ایمنی و بهداشت منابع انسانی و در نتیجه افزایش تولید و بهره وري در واحدهاي تولیدي-صنعتی
استقلال حرکتی افراد مسن
