مدل‌سازی سینماتیکی و طراحی بهینه‌ی یک مکانیزم توانبخشی حرکت پای افراد ناتوان

امروزه با پیشرفت علم مهندسی در زمینه‌ی پزشکی، استفاده از سیستم‌های توانبخشی رباتیکی جهت درمان ناتوانی حرکتی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است. طراحی و ساخت این دستگاه‌ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از مهم‌ترین وسایل توانبخشی مورد استفاده سیستم‌های کمک‌حرکتی پا هستند که از جمله مسائل مهم در راستای طراحی و ساخت این سیستم‌ها حرکت دادن پا بر اساس الگوی صحیح راه رفتن می‌باشد. در این مقاله طراحی یک دستگاه فعال یک درجه آزادی جهت توانبخشی پای افراد ناتوان ارائه شده‌است. مدل پیشنهادی مبتنی بر ساختار یک مکانیزم چهارمیله‌ای است که پارامترهای طراحی و ساخت آن با بکارگیری الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که حرکت پا کمترین اختلاف را با الگوی راه رفتن دارا باشد. پس از استخراج معادلات سینماتیکی حلقه بسته‌ی سیستم و حل آن‌ها، بهینه‌سازی با تمرکز بر روی هر یک از مفاصل ران و زانو به ‌طور جداگانه با تغییر مناسب ضرایب وزنی تابع هدف (W1 و W2) به انجام رسیده‌است. با توجه به تابع هدف بهینه‌سازی تعریف شده، با افزایش W1 نسبت به W2 قابلیت سیستم در نزدیک نمودن زاویه‌ی مفصل ران به تابع زمانی مطلوب و با افزایش W2 نسبت به W1 توانایی دستگاه در نزدیک کردن زاویه‌ی مفصل زانو به تابع زمانی متناظر افزایش می‌یابد. نتایج بدست‌آمده گویای توانایی دستگاه در توانمندسازی حرکت پای افراد ناتوان در جهت بازتوانی حرکت مطلوب راه رفتن برای آنهاست.