بخشی از مقاله
چکیده
عملیات توانبخشی به منظور هدایت بیماران در یک مسیر صحیح و اصلاح خطاهای حرکتی آنان، از یک مسیر مرجع به عنوان پیش فرض استفاده میکنند. این مسیر مرجع اغلب از مطالعات بالینی بر روی حرکت افراد سالم بدست میآید. برای این منظور حرکت اجزای مختلف دست در فضای کارتزین هنگام انجام کارهای مختلف به صورت توابعی از زمان بدست میآید. این توابع در مرحلهی بعد به توابعی از زوایای مفاصل بدن تبدیل میشوند و الگوی حرکت آن قسمت را ایجاد می¬کنند و برای کارهای مختلف مانند درمان می¬توان از آن¬ها بهره برد. در این مقاله یک مکانیزم برای توانبخشی انگشتان دست ارائه گردیده است.
-1 مقدمه
تمرین های مختلفی برای درمان ضایعه¬های وارده بر بدن به کار می¬رود. از جمله این ضایعه¬ها می¬توان به ضایعه¬هایی که مربوط به ضایعه¬های اعصاب محیطی هستند اشاره کرد که برای درمان آن¬ها از تمرین¬های ثابت و مداومی کمک گرفته می¬شود. این تمرین¬ها می¬توانند به صورت حرکاتی منظم با الگوی خاص باشند. بنابراین در این قسمت می¬توان از ربات هایی استفاده کرد که حرکات مربوطه را انجام دهند..
نوآوری
در این مکانیزم روشی استفاده شده است که فرد میتواند به تنهایی توانبخشی خود را انجام دهد و پزشک میتواند فقط بر آن نظارت داشته باشد. در این طرح مکانیزمی استفاده میشود که فرد میتواند به کمک آن توانبخشی انگشتان را انجام دهد.
مروری بر کارهای گذشته در زمینه کنترل
در زمینه توان بخشی در حوزه های مختلف از مکانیک ربات گرفته تا هپتیک کارهای مختلفی انجام گردیده است. برای مثال گاسرت و همکاران [1] از یک دستگاه هپتیکی دارای مکانیزم موازی برای توان بخشی دست استفاده کردند که فقط دست را در حالت مشت کردن قرار می¬داد. بویان اثرات واقعیت مجازی بر بهبود بیماران را بررسی کرده است.[2] او از یک دستکش استفاده کرده که تنها حرکات بند انتهایی را دنبال می¬کرد.
نهاوندی و همکاران [3] دستگاهی ساختند که برای کمک به نوشتن با دست بود. آن ها از دستگاه فانتوم امنی برای این منظور استفاده کردند. آن¬ها از دستگاه فانتوم امنی و سیستم کنترلی آن برای بازگشت نیرو استفاده کردند. اما به گزارش آن¬ها بالازدگی و زمان نشست فانتوم امنی بسیار زیاد بود و برای جبران آن از یک کنترلر مشتقی استفاده کردند. ایتو و همکاران [4] دستگاهی برای توانبخشی همزمان مچ و انگشتان دست ارایه کردند. اما قسمت تحت درمان دست حرکات مربوطه را از قسمت دیگر متناظر فرمان می گرفت و به تنهایی نمی¬توانست حرکت کند.
در سال 2013 لامبرسی و همکارانش [5] دستگاهی ساختند که فقط در توانبخشی انگشت شست کاربرد داشت و کنترل ساده¬ای به کمک نرم افزار لبویو داشت. یک سیستم کابلی برای توانبخشی انگشتان در سال 2014 توسط جونز و همکارانش [6] ابداع گردید که به دلیل پیچیدگی آن، کنترل سیستم را بسیار دشوار نموده است. اساس کنترل آن بر مبنای، امپدانس کنترل بیان گردیده است. شرکت گلوبال اینوویشن اوزاکا [7] یک دست توانبخشی ارائه کرده است که تمامی بندهای انگشتان را در بر می¬گیرد و توانایی توانبخشی بندهای مختلف را به صورت جداگانه ندارد. بنابراین با کنترل موتور قرار گرفته در بند اول انگشت، حرکات سیستم کنترل می¬شوند.
شرکت رها-دیجیت [8] به کمک میله¬های بادامکی سیستمی را ارائه کرده است که انگشتان دست در داخل آن قرار می¬گیرد و باعث حرکت آن¬ها در یک جهت می¬شود. این دستگاه امکان حرکت دادن انگشتان در جهت خلاف جهت اولیه را ندارد.
در سال 2016 گزگین و همکارانش [9] به کمک مکانیزم وات II، سیستمی را طراحی کردند که برای توانبخشی انگشتان دست استفاده می¬شد اما این سیستم هر 4 انگشت را با هم حرکت می¬داد و فقط برای تمرین¬هایی که نیاز به مشت کردن داشتند، کارآیی داشت. کمک های رباتیکی نباید تداخلی در حرکات درست دست ایجاد کنند. تحقیقاتی در این زمینه انجام شده که بیان می¬کنند فیدبک¬های حرکات می¬توانند با خروجی¬های ربات هماهنگ شوند.[10] این همگامی می¬تواند از راه¬های مختلفی ایجاد شود. یک راه این است که حرکات دست دارای مشکل توسط حرکات دست سالم کنترل گردد.
ربات باید طبق موضوع اصلی تمرین موردنظر تنظیم شود.[12] اگر فرد بیمار بتواند وظایفش را به کمک ربات به درستی انجام دهد در تمرین های بعدی به مرور کمک¬های ربات کمتر می¬شود و سیاست حداقل کمک و کمترین خطا را در پیش می¬گیرد.
طراحی سیستم
دستگاه های توانبخشی که تا به اینجا بررسی شد همگی دارای دو قسمت ثابت مکانیزم توانبخشی و الگوریتم کنترلی هستند. مهمترین نکته نحوه پیاده سازی و طراحی سیستم است که از یک سیستم ساده بتوان بهترین کارایی را دریافت کرد. همچنین در آینده می¬توان از این ابزار برای آموزش دانشجویان پزشکی و فیزیوتراپی استفاده کرد .
با توجه به تنوع بسیار زیاد اعمال فیزیوتراپی و تغییر رویکرد آن از شخصی به شخص دیگر و از بیمارستانی به بیمارستان دیگر سعی در استفاده از روش های جدید در بین افراد فعال در عرصه باز توانی به چشم می خورد. با استفاده از وسایل بازتوانی رباتیکی، تراپیست می تواند از تمرین های اتوماتیک و تکرار پذیر با تناوب انجام بالا برای آموزش یک قسمت از سیستم عضلانی اسکلتی شخص استفاده کند. باتوجه به هدف این رساله، نیاز به طراحی مکانیزمی وجود دارد که بندبند انگشتان و مچ دست را حرکت داده و بتواند توانبخشی هرکدام از آن¬ها را به صورت جداگانه انجام دهد. بنابراین ایده¬های مختلفی وجود دارد که پس از بررسی¬های مختلف استفاده از مکانیزم کابلی بخاطر سبکتر کردن مکانیزم و یا استفاده از 4میله¬ای¬ها مدنظر قرار گرفت.
یکی از طرح¬های مورد بررسی بدین صورت بود که دو صفحه در بالا و پایین هر انگشت قرارگیرد و این دو صفحه به یکدیگر بسته شوند. یک کابل از حلقه¬هایی که به صفحات متصلند رد شود و بنابراین با اعمال نیرو و بسته به جهت چرخش موتور انگشتان باز یا بسته شوند. از مزایای این طرح می¬توان به سادگی آن اشاره کرد اما کنترل دقیق آن کمی سخت می¬باشد و تعداد موتورها زیاد می¬باشد. شکل 1 نشان دهنده این مکانیزم است.
شکل1 مکانیزم به کمک کابل
در مکانیزم بعدی انتقال نیرو از موتور به مفاصل به وسیله مکانیزم چهار میله¬ای می¬باشد و کنترل آن از طریق حرکت لینک اول انجام می¬شود و مکانیزم¬های 4 میله¬ای باعث حرکت هر بند می¬شوند. این طرح نیز طرح خوبی بود اما سری قرارگرفتن موتورها به منظور حرکت هر بند مکانیزم را سنگین می¬کرد و مکانیزم نیز بسیار حجیم می¬شد. در شکل 2 طرح اولیه و در شکل 3 طرح ثانویه برای این مکانیزم مشاهده می شود.
شکل 2 مکانیزم به کمک چهار میلهای - طرح اولیه -
شکل 3 مکانیزم به کمک چهار میلهای - طرح ثانویه -
