Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Fattah,Mehdi Keshmiri
عباس فتاح (استاد راهنما) مهدی کشمیری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Mokhtarian
علی مختاریان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383
In this thesis, we design a novel gait rehabilitation passive orthosis to training the people who lost their walking ability due to neurological injuries, such as spinal cord injury and stroke. As known, the movements of pelvis play an important role in balance and propulsion during a gait cycle. In this research, we present and simulate a passive orthosis to assist the motion of pelvis of gait patients for regaining their initial walking pattern. This optimized pelvic device is un-motorized and contains only passive elements. The accomplished simulations are based on presentation of a proper 3D dynamic model of human body by focusing on motions of lower legs during gait on treadmill. Based on solutions of direct dynamics and inverse dynamics, two optimization problems are defined to derive optimum structural parameters of orthosis. The optimization results of direct dynamics show that the optimized time trajectories of pelvic rotations are close to corresponding desired diagrams. Also, by simulating the inverse dynamics, we could obtain the minimum values of torque vector of assumed actuator of hip joint of stance leg. Furthermore, the fabrication of device is performed and experimental results are presented. However, to validate modeling and study the feasibility of using device, we conduct the initial experiments on a healthy subject. We study (a) rotational movements of pelvis and (b) energy expenditure of subject with and without device during walking on treadmill. Increasing range of motion of pelvic and decreasing energy consumption upon using device confirm the validation of simulation results and proper performance of device for gait rehabilitation. Keywords Pelvic rotations, Gait, Passive orthosis, Dynamic model, Optimization, Experimental results.
در حال حاضر، بسیاری هستند که از ناتوانی در حین راه‌رفتن به دلیل آسیب‌هایی از قبیل آسیب ستون فقرات و یا سکته رنج می برند. در این رساله، طراحی یک اُرتز غیرفعال نوین توانبخشی راه رفتن را جهت بازتوانی افرادی که توانایی راه رفتن را به دلیل آسیب های دستگاه عصبی و یا عارضه‌های دیگر مانند سکته مغزی از دست داده اند، به انجام رسانده ایم. همانطور که می دانیم، حرکت‌های لگن نقش مهمی در ایجاد تعادل و راه‌رفتن در طی یک سیکل گامی ایفا می‌کند. در این تحقیق نیز یک اُرتز غیرفعال جهت کمک به حرکت لگن بیمارانی که در راه‌رفتن دارای ناتوانی می‌باشند شبیه‌سازی و طراحی می‌گردد. این اُرتز لگنی بهینه‌سازی شده بدون موتور و صرفاً دارای المان‌های غیرفعال مانند فنر می‌باشد. به علاوه، همراه این وسیله یک مجموعه مهارکننده وزن فرد جهت حذف اثر بخشی از وزن بیمار در حین راه‌رفتن بر روی تردمیل طراحی شده‌است. شبیه‌سازی‌های انجام‌شده براساس ارائه یک مدل سه‌بعدی مناسب دینامیکی از حرکت اعضای پایین‌تنه در حین راه‌رفتن می‌باشد. همچنین مقادیر پارامترهای ساختاری دستگاه در طی حل مسائل بهینه‌سازی تعریف‌شده بر مدل دینامیکی مربوطه استخراج گردیده‌است. عملکرد اصلی این وسیله در راستای نزدیک نمودن حرکت‌های چرخشی سه‌گانه لگن به حالت مطلوب و همچنین کاهش گشتاور عملگر فرضی محرک لگن در مفصل ران پای ایستا در حین راه‌رفتن بر روی تردمیل در طی دو مرحله شبیه‌سازی و بهینه‌سازی مسأله مورد بررسی قرار گرفته‌است. نتایج شبیه‌سازی در مرحله اول بهینه‌سازی نشان می‌دهد که نمودار زمانی دوران‌های لگن به نمودارهای مرجع بسیار نزدیک بوده و وسیله بهینه غیرفعال طراحی‌شده می‌تواند حرکت مطلوب لگن را بدون تلاشی از طرف بیمار تأمین نماید. همچنین در مرحله دوم شبیه‌سازی و بهینه‌سازی، مقایسه گشتاور عملگر محرک لگن مدل‌شده در مفصل ران پای ایستا در حالت استفاده کاربر از دستگاه در مقابل شرایط عادی بدون اتصال به دستگاه بیانگر کاهش مطلوب مقدار گشتاور در یک سیکل کامل گامی می‌باشد. در تحقیق حاضر، علاوه بر تئوری مدل‌سازی و انجام شبیه‌سازی مسأله، پروسه ساخت کلیه اجزای دستگاه و استخراج نتایج آزمایشگاهی استفاده از آن نیز انجام پذیرفته‌است. البته نتایج آزمایشگاهی صرفاً در مراحل اولیه اتصال دستگاه به یک کاربر سالم با هدف اعتبارسنجی مدل‌سازی و شبیه‌سازی مسأله و همچنین امکان‌سنجی استفاده از آن ارائه گردیده‌است. با توجه به سالم بودن کاربر و امکانات موجود، نتایج آزمایشگاهی و بررسی عملکرد اُرتز لگنی با مطالعه دو معیار تغییرات بازه حرکت‌های دورانی لگن و همچنین میزان انرژی مصرفی کاربر براساس تغییرات سرعت ضربان قلب وی در دو حالت کلی همراه با دستگاه و بدون استفاده از آن در حین راه‌رفتن بر روی تردمیل ارائه گردیده‌است. نتایج آزمایشگاهی بدست‌آمد? مبتنی بر افزایش بازه حرکتی لگن در دو جهت دورانی و نیز کاهش مصرف انرژی در حالت بکارگیری دستگاه، مؤید اعتبار نتایج شبیه‌سازی و امکان استفاده از دستگاه برای کاربر بیمار در آینده می‌باشد. کلمات کلیدی: اعضای پایین‌تنه، لگن، دوران‌های لگنی، راه‌رفتن، تردمیل، اُرتز غیرفعال، مهارکننده وزن، مدل دینامیکی، شبیه‌سازی، بهینه‌سازی، اعتبارسنجی و امکان‌سنجی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی