Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Esfahanian,Mehdi Keshmiri,Mohammad jafar Sadigh
محسن اصفهانیان (استاد راهنما) مهدی کشمیری (استاد مشاور) محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahboubeh Keyvanara
محبوبه کیوان آرا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Dynamic Design of a Lower Limb Orthosis for increasing the Standing Stability in Paraplegic Individuals
Postural balance, which has a big role in daily life, is generally known as one’s strength to retain stability. Balance takes advantage of the integration of multisensory inputs that work together to stabilize one’s standing. For the unable ones, it may be harder to obtain stability in postural balance. Hence, it is noteworthy to design and evaluate devices, such as orthosis, which can help these subjects experience postural balance independently and without the use of crutches. The orthosis used by these subjects should be easy-to-use, reliable and with high safety. In this research, a mathematical framework is presented which can be used to redesign the physical parameters of a Hip-Knee-Ankle-Foot-Orthosis (HKAFO) to support a better body curvature and also guarantee a more stable arm free stance. Also, since vertical vibrations is a rehabilitation method for the paraplegic subjects, an analysis is done to understand how these vibrations could be added to avoid instability in the paraplegic subjects. And finally, an approach is presented to show the hip joint torque limits which keep the body in stable stance if the hip joint of the orthosis is activated. The results of this research can be the starting point in designing an exoskeleton for the postural balance of the paraplegic subjects. Keywords Postural balance, stability, vestibular system, paraplegic subjects, passive orthosis, vertical vibrations.
امروزه بحث توانبخشی افراد مبتلا به ناتوانی‌های بدنی توسط سیستم‌های مکانیکی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این سیستم‌های مکانیکی می‌توانند به صورت منفعل یا فعال باشند و به دو منظور کلی مورد استفاده قرار گیرند: 1- درمان ناتوانایی‌های بدنی 2- ایجاد استقلال در زندگی افراد دارای ناتوانی. انگیزه‌ی اصلی این تحقیق، ارائه‌ی طرحی اولیه از نوعی از این سیستم‌ها برای افراد ناتوانی است که در حفظ تعادل ایستادن آرام خود را به دلیل بیماری های عصبی-عضلانی به طور مستقل دچار مشکل هستند. این افراد از ارتزهایی استفاده می‌‌کنند که شامل راهبرد‌هایی مشابه راهبرد‌های کنترلی در بدن هستند. اما همه‌ی این راهبرد‌ها، به دلیل مشکلات فیزیکی در بیماران، قابل پیاده‌سازی به روی ارتز نبوده و در مواردی نیز در صورت امکان پیاده‌سازی راهبرد، ظاهر ارتز نهایی برای استفاده در محیط‌های غیرآزمایشگاهی نامطلوب است. از طرفی ارتز طراحی شده باید به گونه‌ای باشد که فرد استفاده کننده، بدلیل محدوده‌ی مطلوب پایداری ارتز، اعتماد به نفس استفاده از آن بدون عصا را داشته باشد. در این رساله، تلاش شده است راهبرد‌هایی طراحی شوند که علاوه بر افزایش محدوده‌ی پایداری در ایستادن انسان، از نظر عملی نیز قابل پیاده‌سازی باشند. در این راستا، بهبود ایستادن افراد کم‌توان، مانند افراد سالخورده و همچنین، بهبود ایستادن افراد نا‌توان، مانند افراد آسیب نخاعی، دنبال شده است. برای رسیدن به اهداف فوق مراحل زیر در این رساله دنبال شدند، ابتدا به مطالعه‌ی ایستادن افراد سالم جوان پرداخته شده تا اثر کهولت سن در ایستادن و نحوه‌ی بهبود ایستادن افراد کم‌توان مطالعه شود. در این راستا، با توجه به اهمیت سیستم دهلیزی در ایستادن پایدار، به طور خاص مدلی از سیستم دهلیزی در کنار بقیه اعضای دخیل در ایستادن ارائه شد که با استفاده از این مدل، امکان بررسی دلیل سرگیجه افراد سالخورده و یا حس سنگینی برخی افراد کم‌توان امکان‌پذیر است. همچنین با استفاده از این مدل اهمین سیستم حسی-تنی در ایستادن نشان داده شده است. پس از آن، به مطالعه‌ی یک نمونه از ارتز غیرفعال موجود پرداخته و با استفاده از دینامیک این ارتز و تنها با تغییر در پارامترهای آن، تلاش به بهبود ارتز شده است. هدف اول، افزایش پایداری استاتیکی و همچنین دینامیکی ارتز بوده و هدف دوم، بهبود انحنا بالاتنه هنگام استفده از ارتز. برای دستیابی به این اهداف، علاوه بر قیود سینماتیکی ایستادن با ارتز که شامل محدوده مجاز حرکتی مفاصل و قرار گرفتن مرکز گرانش در چندضلعی تکیه‌گاهی است، موارد دینامیکی شامل قرار گرفتن در نقاط تعادل پایدار با حداکثر سرعت همگرایی نیز مد نظر بوده ات. سپس، به بررسی ارتعاش عمودی در ایستادن افراد کم‌توان پرداخته شد که نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند این ارتعاش عمودی اثرات مطلوبی روی سیگنال مرکز فشارآن‌ها ندارد. با این حال، مطالعات موجود نشان داده است که ایستادن افرادی که تحت ارتعاش عمودی هستند باعث تقویت ماهیچه‌ها شده و در نتیجه ایستادن را در دراز مدت بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، محدوده‌هایی از دامنه و فرکانس که در صورت اعمال شدن به شکل ارتعاش عمودی در ایستادن افرادآسیب نخاعی باعث حفظ پایداری در ایستادن می‌شوند نیز بررسی شدند. در نهایت نیز، پایداری ایستادن با ارتز در صورت فعال‌سازی مفصل ران بررسی شده است واثر قیودی شامل قید اصطکاک، قید گرانش و قید مرکز فشار، که از زمین خوردن، سر خوردن و یا بلند شدن پا از زمین جلوگیری می‌کنند، در طراحی ارتز با مفصل ران فعال مطالعه شده است. نتایج این بخش نشان می‌دهد انتخاب کفش مناسب برای استفاده از ارتز، که علاوه بر اصطکاک کافی طول کفی مطلوبی هم داشته باشد، می‌تواند در حفظ پایداری اثر زیادی داشته باشد. تک‌تک مراحلی که در این رساله دنبال می‌شوند می‌توانند در بهبود ایستادن افراد کم‌توان و ناتوان اثرات مطلوب ایجاد کنند، به عنوان مثال با توجه به کاربرد زیاد ارتزهای با مفصل ران فعال در محیط‌های صنعتی، این بخش اهمیت زیادی در راستای کمک به افراد آسیب نخاعی شاغل دارد. کلمات کلیدی : ایستادن آرام انسان، تعادل وضعیتی، ارتز فعال، راهبرد مچ، راهبرد ران، محدوده‌ی پایداری، پایداری ایستادن انسان، پایدارسازی پاندول معکوس، ایستادن افراد آسیب نخاعی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%