Haptični tetivni sistem za urjenje ravnotežja med hojoKovše, Jaka (Avtor) Mihelj, Matjaž (Mentor) Olenšek, Andrej (Komentor) rehabilitacijatetivni sistemperturbacijaadmitančno vodenjeHoja je kompleksen način premikanja, saj morajo za učinkovito izvajanje pravilno delovati živčni sistem, mišično-skeletni sistem in kardiovaskularni sistem. Okvare teh sistemov lahko povzročajo ravnotežne motnje in motnje pri hoji, ki posledično vodijo k poškodbam povezanimi s padci ali celo smrti. Glavni povzročitelji motenj so staranje, bolezni srca in ožilja, ortopedski defekti in nevrološke bolezni. Zaradi staranja populacije in večjih možnosti za preživetje nevroloških in kardiovaskularnih bolezni se potreba po rehabilitaciji hoje veča. Posledično se stroški izvajanja manualne terapije hoje in ravnotežja večajo, obenem pa primanjkuje kadra. Zato prihaja do razvoja rehabilitacijskih naprav, ki fizioterapevtom omogočajo lažji, bolj ponovljiv in učinkovitejši način treninga hoje. Večina rehabilitacijskih naprav na trgu naslavlja problematiko patološke hoje iz vidika izboljšanja mehanizmov hoje, ne obravnava pa problematike ravnotežja med hojo in ponovne vzpostavitve refleksnih odzivov za preprečitev padcev. V ta namen se razvija nov pristop rehabilitacije hoje, ki temelji na izvajanju nadzorovanih perturbacij v varnem in nadzorovanem okolju. Na Univerzitetnem inštitutu za rehabilitacijo Republike Slovenije - SOČA so v ta namen razvili paralelni robotski mehanizem za ocenjevanje ravnotežja (BAR). V okviru magistrske naloge smo obravnavali problematiko zmanjšanja negativnega vpliva vztrajnosti paralelnega mehanizma na dinamiko uporabnika, ki je glavna slabost sistema BAR. Razvili smo tetivni sistem, ki bi na medenico osebe vsiljeval nadzorovane perturbacije v eni prostostni stopnji, lahko pa bi nudil pomoč med gibanjem in spodbujal učenje ravnotežja. Razvit sistem je sestavljen iz po meri narejene konstrukcije, ki povezuje dva pogonska dela, vsakega na eni strani platforme, na kateri stoji uporabnik. Posamezen pogonski del vleče vrvico, ki poteka po sistemu škripčevja od pogonskega dela do pasu, s katerim je v sistem vpet uporabnik. Vodenje motorjev in izračun prikaza navideznega okolja poteka na programirljivem logičnem krmilniku. Po preučitvi zahtev smo se odločili za uporabo zaprtozančnega admitančnega vodenja. Delovanje tetivnega sistema smo razdelili na proces inicializacije, s katerim smo izpolnili zahtevane začetne pogoje tetivnega sistema in na prosto delovanje, v okviru katerega smo generirali različne profile zunanjih sil na uporabnika, omogočali prosto gibanje in generirali polje sil. Delovanje tetivnega sistema smo ovrednotili z rezultati transparentnosti sistema, z rezultati zmožnosti generiranja polja sil v eni prostostni stopnji in z rezultati zmožnosti generiranja različnih profilov perturbacij. Zadovoljiv prikaz praznega prostora smo dosegli z vpeljavo kompenzacije lastne dinamike tetivnega sistema in preučili njen vpliv na zmožnost generiranja interakcijskih sil navideznega okolja. Ugotovili smo, da naš način kompenzacije poslabša zmožnost generiranja sil interakcije navideznega okolja, zato lahko v vodenje vpeljemo dodatno logiko spreminjanja vpliva kompenzacije. Tetivni sistem je zagotavljal generiranje ustreznega polja sil, ki uporabniku onemogoča pretiran odmik od želene lege in na ta način nudi pomoč pri hoji. Zaradi omejitev napajalnega sistema pa je tetivni sistem omogočal generiranje 100 ms kratkih impulzov sil le do amplitude 85 N. V okviru tega dela smo izdelali tetivni sistem za vodenje človekove medenice v eni prostostni stopnji. Z rezultati meritev ter dejstvom, da bi lahko zmogljivost sistema izboljšali z uporabo namenskih in kakovostnejših komponent smo podkrepili smiselnost nadaljnjega razvoja. Uporaba škripčevja omogoča veliko število različnih konfiguracij, sistem pa obenem lahko razširimo z dodatnimi aktuatorji. Strojna širitev sistema je torej trivialna, poleg tega pa uporaba tetivnih sistemov omogoča zmanjšanje vpliva lastne dinamike sistema na gibanje uporabnika. Tega za izdelavo podobnega sistema z uporabo togega paralelnega mehanizma ne moremo trditi.20222022-06-23 11:30:03Magistrsko delo/naloga137613sl