نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

IRAN -Shahrood

10.22041/ijbme.2021.123422.1610

چکیده

امروزه یکی از وسیله‌های موثر برای بازگردانی قوای حرکتی و ماهیچه‌ای بیماران استفاده از تمرینات دوچرخه ثابت و عمل پدال‌زنی است. در این پژوهش با طراحی، پیاده‌سازی کنترلی و ساخت یک دوچرخه تمرینی هوشمند، انجام دو روش تمرینی-درمانی در حوزه توانبخشی اندام-های پایین تنه امکان‌پذیر شده است. بیمار با توجه به میزان آسیب دیدگی در یکی از دو گروه تمرینی غیرفعال و یا کمک فعال جای می‌گیرد. در برنامه تمرینی غیرفعال بیمار قوای لازم برای پدال زدن روی دوچرخه را به خوبی دارا نمی‌باشد، بنابراین موتور به کمک وی می‌آید و تمام بار رسیدن به یک سرعت پدال زنی مشخص را برعهده می‌گیرد. پای بیمار در این برنامه با سرعت ثابتی که بالاتر از توانایی وی در پدال زدن آن سرعت است، به صورت اجباری می‌چرخد. در برنامه تمرینی کمک فعال که بیمار توانایی بالاتری از حالت اول درمانی پیدا کرده است، هدف همان پدال زنی بیمار در یک سرعت مشخص است با این تفاوت که وی توانایی نیرو وارد کردن را نیز دارد. میزان کمک رسانی موتور در این روش را مقدار نیروی اعمالی بیمار مشخص می‌کند. در این پژوهش تئوری کنترلی برای این دو روش درمانی و این دوچرخه، طراحی و ارائه می‌گردد. کنترل سرعت نیز با استفاده از بازخوردهای نیرویی و سرعتی صورت می‌گیرد. نتایج تجربی و تئوری نشان دادند پیاده‌سازی و تجهیز دوچرخه ثابت با روش گفته شده، پژوهش را به اهداف کنترل سرعتی برای استفاده توانبخشی رسانده است. در نهایت نتایج تجربی دقت متوسط 98.71% برای روش غیرفعال در نمونه تست گزارش شده در این پژوهش و 98.24% برای شش تست پس از رسیدن سرعت به حالت ماندگار را نشان می‌دهند. همچنین این نتایج برای حالت کمک فعال 96.33% برای تست گزارش شده و 95.59% برای چهار تست در رسیدن به سرعت مطلوب پدال زنی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Mechatronical Design and Control Implementation of a Fixed Smart Exercise Bike

نویسندگان [English]

  • Mahdi Bamdad
  • , Mohammad Khavary

Mechanic Engineering Faculty

چکیده [English]

Nowadays, one of the most effective tools for restoring patients' mobility and muscles strength is the use of stationary cycling exercises and pedaling. In this study, two methods for the treatment of lower limbs are made possible by the design, control implementation, and construction of an intelligent exercise bike. According to the damage level, the patient will fall into the active-assisted training or passive training group. In a passive training program, patients do not have enough ability to pedal on the bike, so the motor will provide the power to reach a predefined pedaling speed. In this program, feet of patients will pedal at a constant speed above the speed patient is able to achieve compulsorily. In an active-assisted training program, the patient is already improved enough to have a higher ability to pedal at the same constant speed and the motor will provide less power according to the pedaling power of the patient. Hence, the provided power by the motor is set based on the provided force by the patient. In this study, it is aimed to design the control theory for these two treatment methods and this bike. Furthermore, speed control was done by force and speed feedback. Experimental and theoretical results showed that the implementation and equipping of the stationary bike with the mentioned method has led the research to the goals of speed control for rehabilitation use. Eventually, the experimental results show an average accuracy of 98.71% for the passive method in the test sample reported in this study and 98.24% for the six tests after reaching a steady-state speed. Also, these results are 96.33% for the active-assisted mode and for the test reported in this study; and 95.59% for four tests to reach the desired pedaling speed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fixed rehabilitation bike
  • pedal speed control
  • passive therapy
  • active-assisted therapy
  • pedal force