Plik PDF - Pomiary Automatyka Robotyka

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
mgr in. Wojciech J. Klimasara, mgr in. Andrzej Bratek,
mgr in. Marek Pachuta, mgr in. Zbigniew Pilat
Przemysowy Instytut Automatyki i Pomiarów
SYSTEMY MECHATRONICZNE W REHABILITACJI RUCHOWEJ
Referat dotyczy systemów mechatronicznych do wspomagania rehabilitacji
ruchowej pacjentów po przebytych udarach mózgu lub schorzeniach
ortopedycznych, które zostay opracowane w Przemysowym Instytucie
Automatyki i Pomiarów. Opisano dwa systemy: RENUS–1 do rehabilitacji
koczyn górnych oraz RENUS–2 do rehabilitacji koczyn dolnych. Oba systemy
s wynikiem realizacji zada badawczych w projekcie PW–004/ITE/02/2004,
objtym Programem Wieloletnim PW–004, koordynowanym przez Instytut
Technologii Eksploatacji PIB w Radomiu.
MECHATRONICS SYSTEMS IN MOTOR REHABILITATION
In this paper are shortly presented the mechatronic systems for support the motor
rehabilitation of patients after stroke or orthopedic illness. The first system called
RENUS–1 is designed for support the upper limb rehabilitation and the second
system – RENUS–2 – is for the rehabilitation of lower limb. Both systems are
created and built in the Industrial Institute for Automation and Measurements.
They are the results of research tasks in the PW–004/ITE/02/2004 project covered
by Multiyear Program that was coordinated by Institute of Operating Technology
PIB in Radom.
1. REHABITRACJA RUCHOWA
1.1. Udar mózgu oraz rehabilitacja po udarze
Udar mózgu jest jedn z trzech najczciej wystpujcych (po nowotworach i zawaach serca)
przyczyn zgonów lub inwalidztwa. Udar mózgu jest nagym upoledzeniem dopywu krwi
(a wic tlenu) do tkanki mózgowej. W wyniku braku tlenu zostaje nieodwracalnie
uszkodzony fragment tkanki mózgu, co skutkuje licznymi powikaniami oraz wystpowaniem
niedowadu poowiczego i afazji. Osoby, które przeyy udar, staj si w wyniku uszkodzenia
mózgu osobami niesamodzielnymi, wyczonymi z ycia zawodowego i spoecznego,
skazanymi na pomoc rodziny lub zakadów opiekuczych.
Wielu przypadkach dziki waciwemu leczeniu oraz rehabilitacji jest moliwa znaczca poprawa stanu chorego. Osoby dotknite skutkami udaru po leczeniu i rehabilitacji staj si osobami samodzielnymi, a nawet wracaj do ycia spoecznego i zawodowego. Wspóczesna
rehabilitacja ruchowa opiera swoje podstawy na doniesieniach literaturowych
i ugruntowanych pogldach dotyczcych tzw. plastycznoci mózgu. Przez plastyczno mózgu rozumie si zdolno uczenia mózgu. Wyniku uczenia zdrowe fragmenty mózgu s zdolne przez wielokrotnie powtarzane wiczenia nauczy si sterowa funkcjami motorycznymi,
które zostay upoledzone na skutek udaru. Istnieje kilka metod rehabilitacji, najczciej stosuje si metod Kabata – proprioceptywnego torowania (PNF, Proprioceptive Neuromuscular
Facilitation) – i metod Bobathów (NDT, NeuroDevelopmental Treatment) wywodzc si
z teorii neurorozwojowej. Stosowane s te inne metody opisane m.in. przez Signe Brunnström, Margaret Rood i Edmunda Jacobsona, jednak dwie wczeniej wymienione stay si
automation 2009
577
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
najbardziej popularne. Metody te zostay opisane w literaturze [2]. Proces rehabilitacji powinien by regularnie i obiektywnie oceniamy w oparciu o jasne, obiektywne kryteria. Istniej
rozmaite testy do weryfikacji postpów rehabilitacji. Najbardziej znane to:
–
Zmodyfikowana Skala Motorycznoci Rivermead (RMI, Rivermead Mobility Index) do
oceny motorycznoci
– Indeks Barthel (BI, Barthel Index) do oceny samodzielnoci w wykonywaniu czynnoci
ycia codziennego
– Pomiar Niezalenoci Funkcjonalnej (FIM, Functional Independence Measure) do oceny
samodzielnoci w wykonywaniu czynnoci ycia codziennego
– Wskanik Aktywnoci Franchay (FAI, Frenchay Activities Index) do oceny
samodzielnoci ycia codziennego i jakoci ycia.
Istniej równie inne testy oceny postpów rehabilitacji np.:
– Czynnociowy test motoryczny Wolfa (Wolf Motor Funcion Test)
– Kwestionariusz oceny funkcji motorycznej (Motor Activity Log), który ocenia 30
czynnoci wchodzcych w zakres tzw. instrumentalnych czynnoci ycia codziennego.
Nieznane s wyniki bada porównawczych wyników rehabilitacji uzyskiwanych
w poszczególnych testach.
1.2. Wspomaganie rehabilitacji za pomoc urzdze mechatronicznych
Rehabilitacja osób po udarach mózgu jest procesem dugotrwaym, wymagajcym
wielokrotnie powtarzanych i systematycznie wykonywanych wicze pod nadzorem
specjalisty rehabilitanta. W pocztkowej fazie rehabilitacji ruchy koczyn podczas wicze
s wykonywane przy czynnej pomocy rehabilitanta. Praca rehabilitanta jest prac
wymagajc znacznego wysiku fizycznego. Od lat osiemdziesitych ub. wieku s czynione
próby zastosowania urzdze, które s zdolne wspomaga, a wielu przypadkach zastpowa
rehabilitanta w wykonywaniu wicze z pacjentem.
Stosowanie systemów wspomagajcych rehabilitacj umoliwia nadzorowanie wicze wielu
pacjentów jednoczenie. Systemy wspomagania rehabilitacji, nazywane potocznie robotami
rehabilitacyjnymi s wyposaone w manipulatory oraz systemy sterowania, które umoliwiaj
programowanie trajektorii ruchu stanowice wzorce do wykonywania wicze. Integraln
czci manipulatorów s sensory si i momentów si, które umoliwiaj realizacj sterowania
ze sprzeniem zwrotnym siowym. Badania kliniczne [3] wskazuj na celowo stosowania
urzdze wspomagajcych w rehabilitacji. W wielu przypadkach postpy rehabilitacji s
wtedy szybsze ni w przypadku pacjentów o podobnym stanie zdrowia, u których
rehabilitacja bya prowadzona bez uycia mechatronicznych urzdze wspomagajcych.
Manipulatory systemów wspomagania rehabilitacji najczciej wystpuj jako konstrukcje
projektowane specjalnie do celów rehabilitacji. Znane s próby zastosowania do celów
rehabilitacji manipulatorów robotów przemysowych. PIAP rozpocz prace nad
urzdzeniami rehabilitacyjnymi pod koniec 2005 r., wykorzystujc swoje bogate
dowiadczenia w zakresie budowy manipulatorów robotów i sterowania, w tym wdroenia,
patenty i publikacje.
W ramach zada badawczych projektu PW–004/ITE/02/2004 opracowano system
mechatroniczny do wspomagania rehabilitacji koczyn górnych, nazwany RENUS–1, oraz
system RENUS–2 do rehabilitacji koczyn dolnych.
578
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
2. SYSTEM WSPOMAGANIA REHABILITACJI RENUS–1
2.1. Struktura systemu
System RENUS–1 skada si z trzech nawzajem przenikajcych si czci:
– struktury sterowania
– struktury oprogramowania
– struktury mechanicznej.
2.2. Struktura oprogramowania
Struktura oprogramowania systemu skada si z trzech podsystemów:
– podsystemu cyfrowych urzdze wykonawczych
– podsystemu kontroli i zarzdzania
– podsystemu baz danych.
Z punktu widzenia oprogramowania system moe pracowa w nastpujcych fazach:
– czynnoci podstawowe (zakadanie bazy danych), wybór trybu pracy)
– zestawienie wiczenia (wybór wiczenia wzorcowego i jego parametrów)
– wykonywanie wiczenia (realizacja zadanej trajektorii ruchu)
– rejestracja wyników (analiza wyników wiczenia i ich rejestracja)
– przegldanie historyczne wyników (analiza zapisanych wyników wicze).
Podsystem cyfrowych urzdze wykonawczych ma struktur blokow i skada si z piciu
bloków, m.in.:
– blok sygnaów pomiarowych – do obsugi sygnaów obiektowych. Odczytuje sygnay
z czujnika si i momentów i pooenia ramion manipulatora,
– blok przeliczania wartoci skadowych si – na podstawie informacji z czujnika si
i momentów wyznacza wartoci si i momentów w bazowym ukadzie wspórzdnych,
– blok sterowania ruchem manipulatora – w oparciu o zapisane parametry ruchu generuje
sygnay sterujce do ukadów wykonawczych manipulatora.
Podsystem kontroli i zarzdzania skada si z omiu moduów, m.in.:
– modu zarzdzajcy – penicy funkcje nadrzdne, dokonujcy wyboru trybu na
podstawie instrukcji operatora systemu
– modu interfejsu operatorskiego – do komunikacji podsystemu z operatorem
– modu tworzenia wzorca wicze – w oparciu o zarejestrowany przebieg trajektorii ruchu
wykonywanego w trybie pasywnym, buduje cyfrowy opis tej trajektorii, który moe by
wprowadzony do biblioteki wicze wzorcowych
– modu wykonywania wiczenia – sprawuje nadzór nad przebiegiem wiczenia.
Podsystem baz danych – skada si z baz danych:
– baza danych pacjentów – identyfikujcych pacjenta i rodzaj schorzenia
– baza danych wicze wzorcowych
– baza danych wyników wicze
oraz moduu dostpu do baz danych – zapewniajcego komunikacj pomidzy systemem
kontroli i bazami danych.
2.3. Struktura mechaniczna
Manipulator systemu jest przedstawiony na rys. 1. Umoliwia on wykonywanie przestrzennej
trajektorii ruchu doni koczyny górnej. Zakresy ruchów manipulatora odpowiadaj zakresom
ruchu rki zdrowego czowieka. Rami manipulatora skadajce si z dwóch sztywnych ele-
automation 2009
579
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
mentów poczonych przegubami i jest przegubowo mocowane do karetki poruszajcej si na
pionowych saniach mocowanych do nieruchomej kolumny. Osie przegubów ramienia manipulatora s pionowe (podobnie jak w manipulatorze robota SCARA). Z punktu widzenia kinematyki struktura mechaniczna urzdzenia stanowi mechanizm o trzech stopniach swobody.
Na kocu ramienia znajduje si interfejs mechaniczny manipulatora wyposaony w czujnik
si i momentów. Pomocniczymi elementami stanowiska jest stó oraz fotel pacjenta.
Na stole jest ustawiony monitor ekranowy, na którym pacjent otrzymuje informacje o zadanej
trajektorii oraz o wynikach realizacji wiczenia. Fotel pacjenta zapewnia sta pozycje
pacjenta wzgldem manipulatora podczas wicze.
Do realizacji ruchu pionowego zastosowano systemu prowadnic oraz ukad przeniesienia
napdu w postaci acucha rolkowego.
Rys 1. Widok ogólny struktury mechanicznej systemu
1 – szafa ukadu sterowania, 2 – prowadnica, 3 – przeciwwaga, 4 – zespó napdowy ruchu
manipulatora wzgldem osi z, 5 – napdowe acuchowe koa zbate, 6 – prowadnice karetki
8, 7 – kolumna, 8 – karetka, 9 – zespó napdowy ramienia 14, 10 – uchwyt, 11 – wiczcy
pacjent, 12 – wieloosiowy czujnik si i momentów si, 13 – cznik, 14 – rami, 15 – rami,
16 – zespó napdowy ramienia 15, 17 – podstawa, 18 – koa acuchowe, 19 – przegub
ramienia 15, 20 – przegub ramienia 14, 21 – zacisk, 22 – stopy, 23 – koa jezdne
Rys. 2. Schemat kinematyczny manipulatora systemu. Opis poszczególnych elementów
wedug rys. 1
580
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
2.4. Struktura sterowania
Zastosowany system serwonapdów umoliwia realizacj zaprogramowanej trajektorii
ruchów. Do napdu zastosowano serwonapdy firmy Mitsubishi Electric, sprawdzone w pracach aplikacyjnych PIAP. W skad serwonapdów wchodz trzy silniki synchroniczne
o symbolu HC-MFS 43, zintegrowane z przetwornikami obrotowo-impulsowymi (17bitowymi). Przetworniki podaj informacje o pooeniu wau silnika. Jako serwowzmacniacze
zostay zastosowane moduy MELSERVO MR-J2 S-40B firmy Mitsubishi Electric. Silniki
wspópracuj z przekadniami planetarnymi firmy Alpha. Jeden z silników suy do napdu
pionowej karetki poczonej z ramieniem robota, za dwa pozostae su do napdu ramienia
manipulatora.
Z punktu widzenia sterowania moliwa jest praca systemu w czterech trybach: a) uczenie
trajektorii manipulatora przez wodzenie ramienia robota przez rehabilitanta wzdu
zadawanej trajektorii, b) faza I pasywna (manipulator odtwarza trajektori), c) faza II
aktywna (pacjent odtwarza trajektori wg wzorca, który widzi na ekranie monitora
ekranowego), d) kalibracja osi Z polegajca na zrównowaeniu ciaru rki pacjenta
spoczywajcej bezadnie w gniedzie przegubu robota. System sterowania serwonapdami
wspópracuje z komputerem PC, który zawiera oprogramowanie zarzdzajce prac
stanowiska.
W osi Z (pionowej) zastosowano silnik o mocy nominalnej 100 W wyposaony w luzownik
elektromagnetyczny, przekadni planetarn o przeoeniu 1:25 oraz koo achowe ½”
o 16 zbach .
W osiach poziomych X i Y do napdu ramion 14 i 15 zastosowano silniki o mocy 50 W oraz
przekadnie planetarne o przeoeniu wypadkowym 1:250.
W skad ukadu sterowania wchodz nastpujce elementy i zespoy:
– pyta bazowa sterownika q25b–e,
– jednostka centralna q02hcpu (mitsubishi),
– modu pozycjonera qd75m4,
– modu wej cyfrowych qx80,
– modu wyj cyfrowych qy80,
– modu wej analogowych q64ad,
– modu zasilacza plc q 61p–a2,
– modu serwowzmacniacza mr–j2s20b,
– modu serwowzmacniacza mr–j2s10b – 2 szt.
Wntrze szafy ukadu sterowania przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Wntrze szafy ukadu sterowania manipulatora systemu 3 – zasilacz 24 V DC,
9 – sterownik moduowy PLC firmy Mitsubishi, A – modu zasilajcy, B – jednostka centralna, C – modu pozycjonujcy, D –modu wej analogowych, E – modu wej dwustano-
automation 2009
581
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
wych, F – modu wyj dwustanowych, G – modu wej analogowych, 10,11,12 – serwowzmacniacze, 13 – grupa wyczników nadprdowych, 14 – grupa styczników, 15 – grupa
przekaników, 16 – listwy zaciskowe czujników kracowych, 17 – listwy zaciskowe napicia
24 V DC, 18 – listwy zaciskowe napicia 230 V AC, 19 – filtry przeciwzakóceniowe,
20 – wzmacniacz/przetwornik czujnika si i momentów si.
2.5. Oprogramowanie systemu
Warstw cyfrow systemu tworz trzy wspópracujce ze sob podsystemy: cyfrowych
urzdze wykonawczych, nadzoru wykonywania wicze oraz podsystem bazy danych.
Przyjta struktura zapewnia moliwo budowy rozproszonego systemu sterowania
i nadzoru, o elastycznej konstrukcji i rozproszonym przetwarzaniu danych w obrbie systemu,
otwartego na wspódziaanie z zewntrznymi systemami informatycznymi przez standardowy
interfejs baz danych. Stacj operatorsk systemu zbudowano w oparciu o komputer PC
z systemem operacyjnym Windows XP oraz oprogramowaniem aplikacyjnym.
Oprogramowanie aplikacyjne zostao wykonane przy uyciu narzdzi Microsoft Visual
Studio (VB, C++). Przygotowujc dla potrzeb systemu zestaw trajektorii wicze
wzorcowych, jak równie w pracach analitycznych dotyczcych przestrzeni roboczej
manipulatora (odwzorowywanej w poszczególnych podsystemach), wspomagano si
pakietem MathWorks Matlab.
Przygotowane dla PC oprogramowanie uytkowe peni rol aplikacji nadrzdnej,
odpowiedzialnej za sterowanie (uruchamianie i przeczanie poszczególnych trybów pracy
robota), wizualizacj stanu pracy robota rehabilitacyjnego i przebiegu wiczenia oraz
gromadzenie informacji o pacjentach i ich wiczeniach. Powysze obszary aktywnoci
systemu obsugiwane s przez oddzielne moduy aplikacji.
W rodowisku MS Access opracowano baz danych dla obsugi pacjentów. Baza danych
zawiera podstawowe dane identyfikujce pacjenta i jego stan chorobowy oraz rehabilitanta
prowadzcego wiczenia. Ponadto obejmuje zestaw wicze wzorcowych (zawierajcy
cyfrowe opisy trajektorii wzorcowych wicze przewidywanych do wykonania) oraz wyniki
wicze pacjentów (cyfrowe opisy trajektorii wicze wykonanych przez pacjentów).
Zapisywane wiczenia poza opisem cyfrowym trajektorii obejmuj równie metryk zabiegu,
utworzon przez stempel czasowy wykonania wiczenia, identyfikator pacjenta oraz uwagi
rehabilitanta. Opracowano aplikacj dostpu do bazy danych z wygodnym interfejsem
operatorskim. Aplikacja umoliwia rejestracj nowych pacjentów i rehabilitantów oraz
wyszukiwanie tych, którzy znajduj si ju w bazie danych. Umoliwia rejestracj nowych
wzorców wicze i wybór wicze wzorcowych do wykonania. Zapewnia zapisywanie
wicze wykonanych przez pacjenta, jak równie przegldanie historii jego wicze. Po
skompletowaniu i zestawieniu urzdze cyfrowych, stanowicych wyposaenie stanowiska
wicze, uruchomiono komunikacj pomidzy komputerem PC a sterownikiem PLC systemu
mechatronicznego. Poczenie PC z PLC zrealizowano czem USB. Do komunikacji
wykorzystano obiekty biblioteki Activex Mitsubishi ActMuli Controls (funkcjonujce na
bazie sterownika komunikacji Mitsubishi Easysocket Driver).
W wyniku dziaania programu na ekranie przedstawiane s przestrzennie w ukadzie x, y, z
trajektorie wzorcowe i trajektorie wykonywane podczas wiczenia. Trajektorie mog by
rzutowane na wirtualne paszczyzny tworzce kartezjaski ukad wspórzdnych, co
uwypukla odstpstwa, jeli takie miedzy nimi istniej. Interfejs programu umoliwia:
582
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
–
wirtualn zmian pooenia obserwatora (regulacja horyzontalna, regulacja wertykalna
pooenia)
– ledzenie biecego pooenia kursora trajektorii (przedstawianego graficznie i numerycznie)
– obserwacj niezgodnoci trajektorii
– regulacj zakresu odtwarzania przestrzeni roboczej (dopasowanie do usytuowania
trajektorii wzorcowej w przestrzeni roboczej manipulatora).
2.6. Czujnik si
W systemie zastosowano wieloosiowy tensometryczny czujnik si (rys. 4). Czujnik ten
umoliwia pomiar si w trzech osiach prostoktnego ukadu wspórzdnych. Jest mocowany
na kocu ramienia manipulatora. Suy do pomiaru si wystpujcych midzy koczyn
pacjenta a ramieniem manipulatora.
Rys. 4. Czujnik si i momentów wraz z elementami mocowania do ramienia robota
2.7. Badania weryfikacyjne
W wyniku przeprowadzonych bada weryfikacyjnych stwierdzono, e system spenia
wymagania postawione w warunkach zadania badawczego.
Planowane efekty dotyczce ukadu zadawania prdkoci oraz powtarzalnoci
pozycjonowania: zakres prdkoci od 0,01 do 0,6 m/s, powtarzalno pozycjonowania
w przestrzeni 3D nie wicej ni 8 mm. W wyniku prób stwierdzono, e system umoliwia
sterowanie prdkociami ruchu w szerszym zakresie ni byo to wymagane. W osi pionowej
maksymalna prdko liniowa wynosi 0,610 m/s, za minimalna prdko – 0,0001 m/s.
W osiach pionowych, realizujcych ruch poziomy, prdkoci liniowe maksymalne na kocach
ramion wynosz: 0,829 m/s i 0,763 m/s. Prdko minimalna wynoszi ok. 0,001 m/s.
Prdkoci liniowe wyznaczono na podstawie zmierzonych wartoci prdkoci obrotowych
waów silników napdowych, przeoe przekadni redukcyjnych oraz parametrów
geometrycznych konstrukcji manipulatora. Zastosowano system sterowania zbudowany
z moduów prod. firmy Mitsubishi Electric, który umoliwia pomiar cyfrowy on-line
parametrów ruchu (przemieszczenie ktowe, prdko, przyspieszenie) waów silników
serwonapdowych. Maksymalna prdko obrotowa silnika wynosi 4500 obr/min, za
prdko minimalna wynosi 1 obr/min.
Przestrzenna niejednoznaczno pozycjonowania x,y,z = 5,70 mm. Warto ta jest mniejsza
ni 8 mm. System spenia wic przyjte zaoenia.
System RENUS–1 by prezentowany na wystawach innowacji i wynalazczoci w kraju i za
granic [4].
automation 2009
583
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
3. SYSTEM RENUS–2
3.1. Budowa systemu
System suy do wspomagania rehabilitacji ruchowej koczyn dolnych w pocztkowej fazie
rehabilitacji. Podczas wicze pacjent jest w pozycji siedzcej. Wzorcem ruchu dla nogi
chorej jest zapisana trajektoria ruchu nogi zdrowej pacjenta. System skada si
z manipulatora, ukadu sterowania oraz komputera nadrzdnego PC, który bdzie stanowi
równie interfejs komunikacyjny dla pacjenta oraz specjalisty nadzorujcej proces
rehabilitacji. W zrealizowanym projekcie systemu manipulator jest napdzany trzema
silnikami serwonapdowymi firmy Mitsubishi Electric. Silniki te s wyposaone w rezolwery
do pomiaru któw pooe waów napdowych. Struktura kinematyczna manipulatora
uwzgldnia budow anatomiczn nogi czowieka i umoliwia wiczenia stawów: skokowego,
kolanowego oraz biodrowego. Jest moliwa realizacja wicze wymagajcych odwodzenie
kolana na boki. Manipulator systemu jest wyposaony w tensometryczne sensory si, które
umoliwi sterowanie ze sprzeniem zwrotnym siowym.
System moe pracowa w nastpujcych trybach:
– uczenia, podczas, którego bdzie zapisywana trajektoria ruchu dla zdrowej nogi pacjenta,
trajektoria ta bdzie trajektori wzorcow dla wicze rehabilitacyjnych chorej nogi
– pasywnym, podczas którego manipulator bdzie wymusza ruch chorej nogi zgodnie
z wczeniej zapisan trajektori wzorcow
– aktywnym, podczas którego bdzie realizowany ruch wymuszany nog pacjenta.
W trybie aktywnym bdzie móg by realizowany przez pacjenta ruch przy nastawionym
oporze (tzw. ruch „oporowany”). Ruch taki sprzyja rozwojowi siy mini chorej
koczyny.
Na ekranie monitora bd przedstawiane wykresy obrazujce przebieg wicze, w tym
przebiegi trajektorii ruchu koczyny, a w tym : palców, pity oraz kolana (dla wicze
wymagajcych odchylania kolana na boki).
Rys 5 Schemat mechatronicznego systemu wspomagania rehabilitacji koczyn dolnych
1 – komputer nadrzdny, 2 – ukad sterowania, 3 – konstrukcja manipulatora, 4 – pacjent,
5 – peda, 6 – czujnik siy dla ruchu w kierunku osi X, 7 – czujnik siy dla ruchu E, 8 –
czujnik siy dla ruchu D, 9 – wspornik silnika serwonapdowego ruchu E, 10 – sygnay
sprze zwrotnych od czujników siy, 11 – sprzenie sygnaowe midzy PC a ukadem
sterowania, 12 – silnik serwonapdowy ruchu w kierunku osi X, 13 – sygnay pooenia od
rezolwerów umieszczonych na waach silników serwonapdowych, 14 – silnik
serwonapdowy ruchu w osi E, 15 – silnik serwonapdowy ruchu w kierunku osi D
Schemat kinematyczny manipulatora systemu zosta przedstawiony na rys. 6.
584
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Rys. 6. Schemat kinematyczny manipulatora systemu wspomagania rehabilitacji koczyn
dolnych pacjentów.
1 – zespó serownapdowy do realizacji ruchu karetki w kierunku osi X, 2 – przegub kulisty,
3 – sensor pomiaru siy w kierunku osi X, 4 – stopa pacjenta, 5 – peda, 6 – noga pacjenta, 7 –
zespó serwonapdowy realizacji ruchu w kierunku osi D, 8 – dwignia, 9 – przegub kulisty,
10 – sensor pomiaru siy dla ruchu w kierunku osi D, 11 – dwignia, 12 – zespó serwonapdowy do realizacji ruchu E, 13 – wspornik, 14 – przegub kulisty, 15 – dwignia, 16 – karetka,
17 – przegub kulisty, 18 – sensor pomiaru siy podczas ruchu w kierunku osi E, 19 – prowadnice, 20 – rolki paska zbatego, 21 – przegub zawieszenia moduu ruchu liniowego do realizacji ruchu D, 22 – podstawa
Do realizacji ruchu w osi X (rys. 6) zastosowano modu ruchu liniowego produkcji firmy
ITEM. Modu ten jest wyposaony w karetk przemieszczajc si po prowadnicach i na któr napd jest przenoszony za pomoc paska zbatego. Modu ten jest konstrukcyjnie przystosowany do zabudowania zespou napdowego. Do napdu zastosowano zespó zoony z silnika serwonapdowego firmy Mitsubishi HF–KP23 wyposaony w koder pooenia absolutnego oraz przekadni obiegowej redukcyjnej o przeoeniu 1:10, PE070–010/Mitsu HF–KP43
firmy APEX DYNAMIX. Do napdów w kierunkach D i E zastosowano silniki serwonapdowe HF–MP23 wyposaone w kodery pooenia absolutnego oraz obiegowych przekadni
redukcyjnych o przeoeniu 1:100, PE70–100/Mitsu HF–MP43 firmy APEX DYNAMIX.
Do pomiaru si w kierunkach X, D i E zostay zastosowane tensometryczne czujniki siy
KMM30–500N firmy PHH WOBIT Witold OBER. Czujniki te wspópracuj z urzdzeniem
ADT1U dopasowujcym i standaryzujcym sygnay, które jest wyposaone w zcze USB
oraz odpowiednie oprogramowanie.
3.2. Oprogramowanie
Struktura oprogramowania systemu RENUS–2 jest podobna do struktury oprogramowania
systemu RENUS–1. System umoliwia prac w trybie uczenia oraz w trybach czynnym
i biernym. System sterowania nadrzdnego z komputerem PC realizuje funkcje interfejsu operatora. Na ekranie monitora mog by przedstawiane trajektorie ruchu (przebiegu przemieszczenia i prdkoci ) koczyny wzgldem czasu, jak równie przebiegi si wzgldem przemieszczenia.
automation 2009
585
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
4. PODSUMOWANIE
Systematycznie prowadzona rehabilitacja ruchowa polegajca na wielokrotnie powtarzanych
wiczeniach jest jedyn realn drog uzyskania przez pacjenta po udarze wystarczajcej samodzielnoci w wykonywaniu czynnoci codziennego ycia. Std te istnieje bardzo due
zainteresowanie urzdzeniami rehabilitacyjnymi. Szczególne due jest zainteresowanie urzdzeniami wyposaonymi w sensory oraz oprogramowanie, które czyni te urzdzenia inteligentnymi, co umoliwia analizowanie przebiegu wicze oraz taki dobór parametrów wicze, który zapewni najbardziej podany efekt terapeutyczny. Systemy mechatroniczne
wspomagania rehabilitacji stanowi wci now grup urzdze stosowanych w rehabilitacji
pacjentów po przebytych udarach mózgu i po schorzeniach ortopedycznych. Systemy te s
cigle rozwijane, za spadek cen elementów, z których s one budowane, bdzie przyczynia
si do ich rozpowszechniana. Opracowane w PIAP systemy wspomagania rehabilitacji stanowi modele uytkowe. Celem dalszych prac nad tymi systemami bd badania dotyczce
ich waciwoci terapeutycznych i uytkowych i warunkach krajowych.
LITERATURA
[1] Wojciech J. Klimasara: Raporty i sprawozdania kocowe z realizacji zada badawczych
projektu badawczego zamawianego nr PW–004/ITE/02/2006.
[2] Polly Laidler: Rehabilitacja po udarze mózgu. Zasady i strategia, PZWL, Warszawa.
[3] TAR’2007 Berlin. Konferencja „Technically Assisted Rehabilitation”, Zbiór referatów
[4] Strony internetowe:
http://www.piap.pl/dzialalnoscnaukowa_krajowe_projekty_badawcze_renus.php
http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_eureka07.php
http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_iena07.php
http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_ciei08.php
http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_mnsw08.php
586
automation 2009