Skip to main content
SUPERVISOR
سعید بهبهانی (استاد مشاور) محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد راهنما) محمدتقی کریمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Pouya Amiri
پویا امیری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Standing Stability Analysis of a Paraplegic Individual to Improve The Design of Orthosis
Rehabilitation of people with lower or upper limb disorders using mechanical systesms has attracted considerable attention in recent years. These mechanical systems can be active or passive and be used to realize two overall goals: 1. Therapy, 2. Independent living for people with abnormalities. The aim of this research is to investigate the performance of a special kind of such systems, namely lower limb orthosis, which are used for standing and walking of the paraplegic, for both therapy purposes and as assistive device. In the first part, we investigated static and dynamics standing of a paraplegic individual with the new designed orthosis. To this aim a serial five link chain with two degress of freedom, representing the subject and orthosis as a whole, has been considered in sagittal plane. Equilibrium points of the system can be calculated using equations of motion and must satisfy two constraints to achieve stable standing: first, dynamic stability of the system which is checked by the eigenvalues of the linearized form of equations of motion aournd each obtained equilibrium point; second, static stability, by which we mean that the projected Center of Gravity of the whole system must lie within support polygon. The results of the proposed model firstly have been verified with comparison to previous research in literature. Then the model also has been verified by test results and used to find the bounds on joint angles which can realize stable standing with the orthosis for spinal cord injured subjects. This finding is one of the most important achievements of this thesis and can be useful in designing new generations of orthosis. After a complete investigation into the problem of static standing, we have investigated dynamic standing of a paraplegic subject, while undertaking a hand task, with the consideration of dynamic stability of hip joint and Zero Moment Point constraint, and again a general framework has been proposed to find the bounds on joint angles which can realize stable dynamic standing with the orthosis for spinal cord injured subjects. After scrutinizing the passive system in both static and dynamic standing, assuming the system is equipped with actuators mounted on hip joints of the orthosis, the problem of active control of the system has been solved while the constraint of Zero Moment Point has been also taken into account. In the last section of this research, we investigated path generation of a biped and proposed trunk and arm sterategies to make the gait of the robot stable. Keywords : Spinal Cord Injury, quiet standing, static standing, dynamic standing, orthosis, stability.
امروزه بحث توانبخشی افراد دچار ناتوانایی هایی بدنی توسط سیستم های مکانیکی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این سیستم های مکانیکی می توانند به صورت منفعل یا فعال باشندو به دو منظور کلی مورد استفاده قرارگیرند:1- درمان ناتوانایی های بدنی 2-ایجاد استقلال در زندگی افراددارای ناتوانی بدنی برای انجام فعالیت های روزمره. هدف از انجام این تحقیق بررسی عملکرد یک دسته ی خاص از این سیستم ها یعنی ارتزها برای ایستادن افراد آسیب نخاعی است که هم می تواند با اهداف درمانی و هم برای ایجاد استقلال در انجام فعالیت ها مورد استفاده قرار گیرد. ارتزها می توانند فعال یا غیر فعال باشند و بسته به سطح آسیب نخاعی باید حد مورد نیاز پشتیبانی را برای فرد ناتوان فراهم کنند. در این تحقیق ساختمان یک ارتز ران-زانو-قوزک-پا غیر فعال مورد بررسی قرار گرفته است که به تازگی در دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه استرتکلاید طراحی و ساخته شده است. در بخش اول به بررسی عملکرد ایستادن استاتیکی و دینامیکی با یک ارتز تازه ساخته شده برای استفاده افراد آسیب نخاعی پرداخته ایم. برای این منظور یک مدل سریال پنج لینکی را به عنوان مدل فرد و ارتز در هنگام ایستادن درصفحه طولی که دارای دو درجه آزادیست، در نظر گرفتیم وسپس به استخراج معادلات حرکت سیستم پرداختیم. موقعیت های تعادل سیستم از معادلات حرکت قابل محاسبه هستندو باید دو قید را ارضا کنند: اول پایداری دینامیکی سیستم که مقادیر ویژه سیستم مورد نظر حول نقاط تعادل تعیین کننده آن است؛ دوم پایداری استاتیکی، به این معنا که موقعیت مرکزجرم تصویر شده بدن باید در چندضلعی تکیه گاهی یعنی کف پا قرار گیرد. نتایج مدل پیشنهادی در ابتدا با نتایج تحقیقات پیشین اعتبار سنجی گردید. در ادامه مدل براساس نتایج تجربی نیز صحت سنجی شدو برای محاسبه محدوده زوایای مفاصل که می توانند منجر به ایستادن پایدار گردند مورد استفاده قرارگرفت. این یافته از دست آوردهای اساسی این پایان نامه است و می تواند برای ساخت نسل های آینده ارتز راه گشا باشد. پس از بررسی کامل مسئله ایستادن استاتیکی با ایده ای مشابه، به بررسی ایستادن دینامیکی برای فردی که با ارتز مورد نظر ایستاده است و در حال انجام فعالیتی با دست است، براساس پایداری دینامیکی مفصل ران و پایداری سیستم براساس مفهوم نقطه ممان صفر پرداختیم و در این جا نیز یک حل عمومی ارائه کردیم که محدوده ای از زوایای مفاصل را که می تواند سبب ایستادن پایدار دینامیکی شود، ارائه می کند . پس از بررسی سیستم به صورت منفعل درهر دو حالت استاتیکی ودینامیکی، در بخش بعد با فرض استفاده از عملگر در مفصل ران به کنترل فعال ایستادن با در نظر گرفتن قید نقطه ممان صفر در حضور اغتشاشات پرداختیم. در قسمت پایانی این تحقیق به بررسی راه رفتن یک ربات دوپای نه لینکی پرداختیم. در ابتدا یک مسیر پایدار برای راه رفتن ربات با فرض عدم حرکت دست ها و بالاتنه طراحی گردید و اثر جرم قابل حمل توسط دست ها برپایداری مسیر طراحی شده بررسی گردید. در انتها برای یافتن استراتژی های پایدارسازی ربات ابتدا یک مسیر برای تنه در جهت تحقق حالت ایده آل پایداری طراحی شد و پس از آن با روشی مشابه از حرکت دست ها نیز به تنهایی برای تحقق حالت ایده آل نقطه ممان صفر استفاده شد. کلمات کلیدی : آسیب نخاعی، ایستادن آرام، ایستادن دینامیکی، ارتز، پایداری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی