اجراءات التصميم الميكانيكي والنموذج الرياضي لروبوت تأهيل الطرف العلوي لجسم الانسان ذي 8 درجات من الحركة

المؤلفون

  • مهند الاسدي قسم الهندسة الميكانيكية، كلية الهندسة، جامعة النهرين، بغداد، عراق. https://orcid.org/0000-0003-2142-0947
  • اياد مراد طخاخ قسم الهندسة الميكانيكية، كلية الهندسة، جامعة النهرين، بغداد، عراق. https://orcid.org/0000-0002-7242-0405

DOI:

https://doi.org/10.21123/bsj.2024.9935

الكلمات المفتاحية:

القياسات البشرية، تحليل العناصر المحدودة، الروبوتات، الهياكل الخارجية للأطراف العلوية، تحليل الإجهاد فون ميزيس.

الملخص

علاج الاصابات الطبية العضلية التي تعيق الحركة لجسم الانسان اصبحت ذات اهتمام واسع لما تحمله من اهمية لتحسين حياة الناس التي تتعرض الى هكذا نوع من الاصابات ، خلال الاعوام السابقة دراسات عدة حاولت ان تصنع روبوت يعمل على اعادة تأهيل الاطراف العلوية المصابة من جسم الانسان ، في هذا البحث سوف نقوم بوضع منهج لإجراءات تصميم روبوت طبي من خلال عرض المساحات الحجمية لهذا الروبوت حسب عمر ووزن الشخص المصاب والثوابت الوزنية والحجمية لكل جزء من الروبوت لاستخدامها في النموذج الرياضي الذي يستعمل لتحريك هذا الروبوت ومن ثم سوف يتم عرض تصميم روبوت ذو ثمانية درجات من الحركة وفحصه باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) من أجل تقييم قدرته على التحمل والعمل وفقًا للحمل الذي يمارسه وزن الإنسان. يخضع نموذج الهيكل الخارجي للطرف العلوي للتحليل باستخدام برنامج Ansys®، مما يسهل تنفيذ تحليل الإجهاد بطريقة (von Mises).

المراجع

Al-temeemi Mi. Rmsma. Rover Multi-purpose Surveillance Robotic System. BSJ. 2020 Sep 8; 17(3 (Suppl.)): 1049-1057. http://dx.doi.org/10.21123/bsj.2020.17.3(Suppl.).1049

Benjamin EJ, Muntner P, Alonso A, Bittencourt MS, Callaway CW, Carson AP, et al. heart disease and stroke statistics—2019 update: a report from the AHAC. 2019 Mar 5; 139(10): e56-28. https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000659

Qassim HM, Wan Hasan WZ. A review on upper limb rehabilitation robots. Appl. Sci. 2020 Oct 6; 10(19): 6976-6994. https://doi.org/10.3390/app10196976

Martinez C, Tavakoli M. Learning and reproduction of Therapist’s semi-periodic motions during robotic rehabilitation. Robotica. 2020 Feb; 38(2): 337-349. https://doi.org/10.1017/S0263574719000651

Chang LR, Anand P, Varacallo M. Anatomy, shoulder and upper limb, glenohumeral joint. In Stat. Pe. 2022 Aug 8. StatPearls Publishing.

Lee SH, Park G, Cho DY, Kim HY, Lee JY, Kim S, et al. Comparisons between end-effector and exoskeleton rehabilitation robots regarding upper extremity function among chronic stroke patients with moderate-to-severe upper limb impairment. Sci Rep. 2020 Feb 4; 10(1): 1806.

Aprile I, Cruciani A, Germanotta M, Gower V, Pecchioli C, Cattaneo D, Vannetti F, Padua L, Gramatica F. Upper limb robotics in rehabilitation: an approach to select the devices, based on rehabilitation aims, and their evaluation in a feasibility study. Appl. Sci. 2019 Sep 18;9(18):3920 https://doi.org/10.1097/NPT.0000000000000295

Aprile I, Germanotta M, Cruciani A, Loreti S, Pecchioli C, Cecchi F, et al. Upper limb robotic rehabilitation after stroke: a multicenter, randomized clinical trial. JNPT 2020 Jan 1;44(1):3-14.https://doi.org/10.1097/NPT.0000000000000295

Islam MR, Assad-Uz-Zaman M, Brahmi B, Bouteraa Y, Wang I, Rahman MH. Design and development of an upper limb rehabilitative robot with dual functionality. Mic.mach. 2021 Jul 24;12(8):870-900. https://doi.org/10.3390/mi12080870

Liu H, Wang Y. Optimization Design of Support Arm of an Upper Limb Rehabilitation Robot. IOP Conf Ser.: Mater Sci Eng. 2019; 688: 033048. https://doi.org/10.1088/1757-899X/688/3/033048

Gnasso R, Palermi S, Picone A, Tarantino D, Fusco G, Messina MM, et al. Robotic-Assisted Rehabilitation for Post-Stroke Shoulder Pain: A Systematic Review. Sen. 2023 Oct 3; 23(19): 8239. https://doi.org/10.3390/s23198239

Centers for Disease Control and Prevention. CDC - Anthropometry – NIOSH. WSHT. CDCP. 2019.

American Anthropological Association. What is anthropology? . AAA. 2023.

Gull MA, Bai S, Bak T. A review on design of upper limb exoskeletons. Rob. 2020 Mar 17; 9(1): 16-51. https://doi.org/10.3390/robotics9010016

Bai S, Li X, Angeles J. A review of spherical motion generation using either spherical parallel manipulators or spherical motors. Mech Mach Theory. 2019 Oct 1; 140: 377-388. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.06.012

Contini R. Body segment parameters, Part II. Arti limbs. 1972; 16(1): 1-9.

Contini R, Drillis RJ, Bluestein M. Determination of body segment parameters. HF. 1963 Oct;5(5):493-504. https://doi.org/10.1177/001872086300500508

Flores-Ortiz R, Malta DC, Velasquez-Melendez G. Adult body weight trends in 27 urban populations of Brazil from 2006 to 2016: a population-based study. Plos.one. 2019 Mar 6; 14(3): e0213254. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213254

Zeiaee A, Soltani-Zarrin R, Langari R, Tafreshi R. Kinematic design optimization of an eight degree-of-freedom upper-limb exoskeleton. Robotica. 2019 Dec; 37(12): 2073-86. https://doi.org/10.1017/S0263574719001085

González-Mendoza A, Quiñones-Urióstegui I, Salazar-Cruz S, Perez-Sanpablo AI, López-Gutiérrez R, Lozano R. Design and implementation of a rehabilitation upper-limb exoskeleton robot controlled by cognitive and physical interfaces. J Bionic Eng. 2022 Sep; 19(5): 1374-1391. https://doi.org/10.1007/s42235-022-00214-z

McDowell MA, Fryar CD, Ogden CL. Anthropometric reference data for children and adults: United States, 1988-1994. VHS. Series 11, Data from the NHS. 2009 Apr 1(249): 1-68.

Copaci D, Cano E, Moreno L, Blanco D. New design of a soft robotics wearable elbow exoskeleton based on shape memory alloy wire actuators. Appl. BioMech. Sep 5. 2017; Article ID 1605101: 11 pages . https:/doi.org/10.1155/2017/1605101

Song P, Yu Y, Zhang X. A tutorial survey and comparison of impedance control on robotic manipulation. Robotica. 2019 May; 37(5): 801-836. https://doi.org/10.1017/S0263574718001339

Tang L, Liu G, Yang M, Li F, Ye F, Li C. Joint design and torque feedback experiment of rehabilitation robot. Adv Mech Eng. 2020 May; 12(5): 1687814020924498.

Sanchez-Villamañan MD, Gonzalez-Vargas J, Torricelli D, Moreno JC, Pons JL. Compliant lower limb exoskeletons: a comprehensive review on mechanical design principles. J Neuroeng Rehabil . 2019 Dec; 16(1): 1-6. https://doi.org/10.1186/s12984-019-0517-9

Curcio EM, Carbone G. Mechatronic design of a robot for upper limb rehabilitation at home. J. Bionic Eng. 2021 Jul; 18(4): 857-871.https://doi.org/10.1007/s42235-021-0066-3

Pisla D, Pop N, Gherman B, Ulinici I, Luchian I, Carbone G. Efficient FEM Based Optimization of a Parallel Robotic System for Upper Limb Rehabilitation. In NAM, MTR: MTM & Robotics. 2020;(pp. 517-532). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60076-1_47

Tang B, Jiang L, Wang Z, Ke M, Sun Y. Upper Limb Rehabilitation Electromechanical System for Stroke Patients. Proceedings of ICCSIA 2020; 1: 283-289. Springer International Publishing .https://doi.org/10.1007/978-3-030-43306-2_40

Liu B, Sha L, Huang K, Zhang W, Yang H. A topology optimization method for collaborative robot lightweight design based on orthogonal experiment and its applications. Int J Adv.Robot. 2022 Jan 20; 19(1): 17298814211056143. https://doi.org/10.1177/17298814211056143

CRC press. Landel RF, Nielsen LE. Mechanical properties of polymers and composites. CRC press; 1993 Dec 14.

التنزيلات

إصدار

القسم

article

كيفية الاقتباس

1.
اجراءات التصميم الميكانيكي والنموذج الرياضي لروبوت تأهيل الطرف العلوي لجسم الانسان ذي 8 درجات من الحركة. Baghdad Sci.J [انترنت]. [وثق 23 ديسمبر، 2024];22(7). موجود في: https://bsj.uobaghdad.edu.iq/index.php/BSJ/article/view/9935