17873

17873

كنترل مداربسته‌‌ي حركت گام برداشتن با استفاده از تحريك الكتريكي زير جلدي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

شهريور ماه 1396

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

برق

ايجاد گام برداشتن براي بيماران داراي ضايعه نخاعي هميشه يكي از مهم‌ترين اهداف تحريك الكتريكي عملكردي بوده است. رديابي مسير مطلوب در حضور عدم قطعيت‌هايي همچون خواص متغير با زمان و بسيار غيرخطي ماهيچه‌ي تحريك الكتريكي شده، خستگي عضلاني، اسپاسم و اغتشاش‌هاي خارجي مهم‌ترين چالش در بازگرداني حركت است. در اين پايان‌نامه، از كنترل لغزشي مرتبه‌ي بالا كه نيازي به اطلاع از مدل ندارد و همچنين بدون چترينگ است، استفاده‌شد و گام برداشتن روي مدل‌هاي حيواني و با قرار دادن الكترود‌هاي درون عضلاني در ماهيچه‌هاي باز شونده و بسته شونده‌ي مفاصل قوزك، زانو و ران ايجاد شد. در بين عدم قطعيت‌هاي بيان‌شده، خستگي عضلاني يكي از مهم‌ترين محدوديت‌ها براي توليد حركات عملكردي است. بنابراين در كنار كنترل حركت گام برداشتن، برخي روش‌ها براي كاهش خستگي عضلاني و همچنين بالا بردن دقت كنترل، مورد ارزيابي قرار گرفت. براي مثال انواع گوناگون مدولاسيون (دامنه و عرض پالس) و همچنين دو نوع گوناگون تحريك (چندعضله‌اي و يك عضله‌اي) با هم مقايسه شدند. تمامي اين مقايسه‌ها بر روي مفصل قوزك انجام شدند. نتايج آزمايش نشان داد كه خطاي رديابي كنترل مدولاسيون دامنه در مقايسه با مدولاسيون عرض پالس كمتر است و خستگي عضلاني مدولاسيون دامنه و عرض پالس تفاوت معناداري (p=0.54) ندارند. اين نتايج همچنين حاكي از برتري تحريك چندعضله در افزايش دقت كنترل و كاهش خستگي عضلاني بود. با توجه به نتايج حاصل از بررسي انواع گوناگون مدولاسيون، مدولاسيون دامنه انتخاب شد و كنترل دقيقي از گام برداشتن در اندام تحتاني مدل حيواني با ميانگين خطاي (%2/11) °6/0±°2/4، (%3/13) °4/0±°5/2 و (%5/16) °3/0±°1/3 به ترتيب براي مفاصل قوزك، زانو و ران پاي راست و (%6/10) °6/0±°9/3، (%3/13) °3/0±°5/2 و (%4/16) °3/0±°1/3 به ترتيب براي مفاصل قوزك، زانو و ران پاي چپ به دست آمد.

1396/07/15

1/1/1900 12:00:00 AM

The walking is always an important goal in applications of functional electrical stimulation for spinal cord injury patients. Tracking desired trajectory in presence of uncertainties such as highly nonlinear, time-varying properties of electrically stimulated muscle, muscle fatigue, spasticity and external disturbances is a major challenge for restoring locomotion. In this thesis, a robust control strategy for generating walking in animal modelis presented using intramuscular stimulation. A high-order sliding mode (HOSM) is used for tracking control. The experiments were conducted on anesthetized cats. The intramuscular stimulation electrodes were inserted in the flexor and extensor muscles of the hip, knee and ankle joints. Muscle fatigue is one of the most important limitation for producing functional movements. In this study, a methodwas introduced for reducing muscle fatigue and controlperormance was investigated; for example different types of modulation (pulse amplitude modulation (PAM) and pulse width modulation (PWM)) and also two types of stimulation (multimuscle and single muscle) were compared. The experiment results showed that tracking control error with PAM is lower than that with PWM. There is no significant difference (p=0.54) in muscle fatigue between PAM and PWM. The results also showedthat the tracking accuracy increased and muscle fatigue reduced usingMultimuscle stimulation. The results demonste that PAM provides better tracking control compared to the PWM. Using PAM technique, the means of tracking error are 4.2˚± 0.6˚ (11.2%), 2.5˚± 0.4˚ (13.3%), and 3.1˚± 0.3˚ (16.5%) for the ankle, knee, and hip joints of the right leg, respectively; and 3.9˚± 0.6˚ (10.6%), 2.5˚± 0.3˚ (13.3%), and 3.1˚± 0.3˚ (16.4%) for the ankle, knee and hip joints of the left leg, respectively.