31000

طراحي، مدل‌سازي و بهينه‌سازي يك مكانيزم يك درجه آزادي آموزش‌دهنده گيت با قابليت تنظيم پارامترهاي گيت

دكتري

مهندسي مكانيك

1396

1403/01/27

دكتر برهان بيگ زاده

دكتر محمدرضا حق جو

دانشكده مكانيك

با توجه به افزايش سن جمعيت بنا به دلايلي چون افزايش سطح بهداشت، و به دليل افزايش تعداد بيماران مبتلا به نقص نوروفيزيولوژيكي و سكته¬ي مغزي، امروزه نياز بيشتري به دستگاه¬هاي توانبخشي بويژه براي اندام پايين تنه و راه رفتن، احساس مي¬شود. طبق تحقيقات انجام شده، تمرينات تكراري و فشرده¬ي راه¬رفتن براي بازيابي توانايي راه‌رفتن چنين بيماراني مؤثر است. در چند دهه¬ي اخير، با توجه به اينكه تمرين¬هاي توانبخشي معمولي، گران و سنگين بوده و نيروي انساني زيادي براي آن¬ها مورد نياز است، تلاش¬هايي در جهت توليد سيستم¬هاي توانبخشي رباتيكي صورت گرفته¬است. اما همچنان به دليل هزينه¬هاي بالا، محدوديت¬هاي فيزيكي و نياز به آموزش¬ها و تنظيمات سنگين، استفاده از آن¬ها بسيار محدود مانده¬است. هدف اين رساله ارائه¬ي دستگاهي براي توانبخشي اندام پايين¬تنه مي¬باشد كه در آن يك سري از محدوديت¬هاي سيستم¬هاي توانبخشي موجود، رفع شده¬است. در واقع تلاش شده دستگاهي مبتني بر مكانيزمي با يك درجه¬ي آزادي ارائه گردد به نحوي كه داراي تعداد لينك كمتري نسبت به ساير مكانيزم-ها باشد و مسيري بسيار نزديك به مسير حركت قوزك پا در راه رفتن طبيعي با طول گام¬هاي مختلف و با سرعت مناسب براي توانبخشي (زير 4/0 متر بر ثانيه) را طي نمايد. بدين منظور، از مكانيزم با تعداد لينك كمتر (شش لينك) به عنوان هسته¬ي اصلي دستگاه مورد نظر استفاده شده و ابعاد مكانيزم از لحاظ مكان و زمان طي مسير مطلوب، بهينه¬سازي گرديده. در بهينه¬سازي مكانيزم از الگوريتم¬هاي دقيقي مانند الگوريتم ربات سايه كه اخيراً توسعه يافته، استفاده شده¬است. لازم به ذكر است كه دستگاه مورد نظر قابليت تطبيق‌پذيري و استفاده براي افراد مختلف با طول گام¬هاي متفاوت حين حركت را دارد. بعلاوه بسياري از نقص و ايرادات موجود در دستگاه¬هاي مشابه در آن برطرف شده-است. همچنين دستگاه در يك نرم¬افزار مدل¬سازي ديناميكي مدل شده و سپس مدل اسكلتي-عضلاني ارائه شده¬است. بعلاوه طراحي دستگاه براساس مكانيزم پنج بازويي نيز انجام شده و تطبيق¬پذيري دستگاه مورد بررسي قرار گرفته¬است. در نهايت به منظور بهبود عملكرد و افزايش دقت وكارايي روش سنتز الگوريتم ربات سايه، دو نسخه تعميم يافته از آن ارائه شده¬است.

1403/04/11

Design, Modeling, and Optimization of a One-Degree-of-Freedom Adjustable Parameter Gait Training Mechanism

4/15/2025 12:00:00 AM

Due to the aging population and the increasing number of patients with neurophysiological impairments and stroke, there is a growing need for rehabilitation devices, especially for the lower extremities and gait. Studies have shown that repetitive and intensive gait training is effective in restoring the ability to walk in these patients. In recent decades, there have been efforts to develop robotic rehabilitation systems due to the high cost, weight, and manpower required for traditional rehabilitation exercises. However, their use remains limited due to high costs, physical limitations, and the need for extensive training and adjustments. The objective of this thesis is to present a device for lower extremity rehabilitation that addresses some of the limitations of existing rehabilitation systems. The goal is to develop a device based on a single-degree-of-freedom mechanism that has fewer links than other mechanisms and follows a path very close to the natural ankle motion during walking with different step lengths and at a speed suitable for rehabilitation (less than 0.4 meters per second). To this end, a mechanism with a smaller number of links (six links) is used as the core of the proposed device, and the dimensions of the mechanism are optimized in terms of location and time of travel. The optimization of the mechanism uses precise algorithms such as the recently developed shadow robot algorithm. It is noteworthy that the proposed device has the ability to adapt and be used for people with different step lengths during movement. In addition, many of the flaws and defects found in similar devices have been eliminated. The device is also modeled in a dynamic modeling software and then a musculoskeletal model is presented. In addition, the design of the device is based on a five-arm mechanism and the adaptability of the device is examined. Finally, to improve the performance and accuracy of the shadow robot algorithm synthesis method, two generalized versions of it are presented.

نقص نوروفيزيولوژي , سكته¬ي مغزي , توانبخشي راه¬رفتن , مكانيزم يك درجه آزادي , سنتز مسير

Neurophysiological impairment , Stroke , Gait rehabilitation , Single-degree-of-freedom mechanism , Path synthesis

Ashkan Vali

Dr. Borhan Beigzadeh