نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه مریلند و دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22041/ijbme.2020.129143.1601

چکیده

با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماری‌های عروق مغزی و سکته مغزی که نتیجه‌ی آن فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست می‌باشد و هم‌چنین محدودیت‌هایی که در روش‌های سنتی توانبخشی وجود دارد، نیاز به ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری می‌باشد. در این پژوهش، در ابتدا با توجه به چالش‌هایی که در طراحی یک برون‌پوش دست وجود داشت، طراحی اولیه مکانیزمی برای استفاده به صورت حرکت غیرفعال پیوسته برای توانبخشی انگشتان دست صورت گرفت. این مکانیزم مبتنی بر تاندون می‌باشد و هر دو حرکت باز و بسته شدن انگشتان را پوشش می‌دهد. به این منظور در برون‌پوش از دو عملگر فعال و غیرفعال به ترتیب جهت بستن و باز کردن انگشتان دست استفاده شده است. ویژگی بارز این طراحی، سبک و کم‌حجم بودن آن، قابلیت تنظیم برای دست‌های متفاوت و سازگاری و راحتی آن برای بیمار می‌باشد. هم‌چنین، روابط سینماتیکی و دینامیکی برون‌پوش برای انگشتان دست بغیر از انگشت شست به روش لاگرانژ مدل‌سازی شده است. حرکت برون‌پوش در تعامل با انگشت به کمک نرم افزار سیم‌مکانیک متلب شبیه‌سازی شد. در نهایت با استفاده از نتایج شبیه‌سازی و مدل‌سازی، طراحی نهایی با در نظر گرفتن نیروی 40 نیوتون در طول تاندون انجام و برون‌پوش برای انگشت اشاره ساخته شد. هم‌چنین نتایج حاصل از مدل‌سازی تحلیلی و شبیه‌سازی مقایسه شد و میزان خطای مدل‌سازی برای تغییر زوایای مفاصل به دست آمد. این مقدار در بدترین حالت برای مفصل اول و دوم انگشت 15 درصد و برای مفصل سوم 20 درصد محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling, Design, and Manufacture of Tendon-based Exoskeleton for Finger Rehabilitation

نویسندگان [English]

  • Elaheh Kafashi 1
  • Mohammad Ali Ahmadi-Pajouh 2
  • Firooz Bakhtiari Nejad 3

1 M.Sc, Mechatronics, Mechanical Engineering Department, Amirkabir University,

2 Biomedical Eng Dep, Amirkabir University of Tech.

3 Mechanical Engineering Department, University of Maryland and Amirkabir University

چکیده [English]

Due to the high number of patients with cerebrovascular disease and stroke, which results in paralysis of organs on one side of the body, including the hand, as well as limitations in traditional rehabilitation methods, it is necessary to build devices to help these people. In this study, initially, given the challenges involved in designing an exoskeleton, the initial design was a mechanism for using it as a continuous passive motion to rehabilitate the fingers. This mechanism is tendon-based and covers both the flexion and extension of the fingers. For this purpose, two active and passive actuators have been used in the exoskeleton, respectively, to flex and extend the fingers. The distinctive feature of this design is its lightness, low volume, adjustability for different hands, compatibility, and comfort for the patient. Also, the kinematics and dynamics relationships modeled on the Lagrange method. The exoskeleton movement simulated in interaction with the finger with MATLAB sim-mechanics software. Finally, using simulation and modeling results, the final design was performed by considering the force of 40 N along the tendon, the exoskeleton made for the index finger. Also, the results of analytical modeling and simulation compared; the error rate of modeling obtained. In the worst case, this value was 15% for the first and second finger joints and 20% for the third joint.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exoskeleton
  • Rehabilitation. Passive motion
  • Tendon. Modeling. Fingers