طراحی و پیاده‎سازی سیستم کنترلی توان‎بخشی دست با استفاده از واسط لامسه‎ای

توان‎بخشی به مجموعه‎ای از تکنیک‎ها و روش‎های درمانی اطلاق می‎شود که برای بازگرداندن بخشی از توانائی‎های جسمی ‎از دست رفته افراد بنا به دلایل مختلف، ازجمله سکته مغزی و آسیب های نخاعی، بکار گرفته می‎شود. روش متداول و سنتی توان‎بخشی انجام تمرینات با کمک مستقیم فیزیوتراپ می‎باشد. طی چند سال اخیر با پیشرفت علم رباتیک و روشن شدن مزایای استفاده از آن در توان‎بخشی، محققان زیادی بر روی طراحی و بکارگیری انواع ربات‎ها در توان‎بخشی پژوهش کرده‎اند. این تحقیقات با افزوده شدن علم واقعیت مجازی به آن وارد فاز جدیدی شده و تاثیرات مثبت آن افزایش یافته است. در این پایان نامه با استفاده از واسط لامسه ای فالکون، سیستم های کنترلی متناسب با تمرینات توان بخشی به گونه ای طراحی و پیاده‎سازی شده که بتوان با استفاده از آن، جهت توان‎بخشی دست آسیب دیده افراد بهره گرفت و با تلفیق آن با یک سیستم گرافیکی مجازی، به بررسی تاثیر آن در روند بهبود بیماران پرداخت. ابتدا برای معرفی واسط لامسه ای بدیع فالکون، با ربات دلتا به عنوان ربات پایه طراحی فالکون آشنایی به عمل آمده، به تفاوت های فالکون با دلتا اشاره شده و سینماتیک این واسط لامسه‎ای مورد بحث قرار گرفته است. شاخه جواب ها و نقاط تکینه آن به دست آمده، ماتریس ژاکوبین ربات استخراج شده و در نهایت به محاسبات دینامیک آن پرداخته شده است. در ادامه با مدل سازی فالکون در نرم‎افزارهای مختلف به صحه گذاری روابط نگارش شده تحلیلی پرداخته شده و به تئوری‎های کنترلی مورد استفاده در علوم هپتیک و توان‎بخشی اشاره شده است. شبیه‎سازی یک تمرین توان بخشی به کمک الگوریتم کنترل ادمیتانس و تحلیل نتایج حاصله نشان از تناسب مطلوب این الگوریتم کنترلی با مبحث توان بخشی دارد. در قسمت تجربی پروژه، ابتدا به محاسبه وزن و اصطکاک معادل ربات روی مجری نهایی آن در نقاط معتنابهی از فضای کاری پرداخته شده و نتایج استخراج شده با استفاده از شبکه های فازی-عصبی تطبیق پذیر مورد پردازش قرار گرفته و از آنجا ماتریس های وزن و اصطکاک معادل ربات برای انجام خنثی سازی آن ها به صورت پیش خوران در ربات استخراج شده است. در ادامه با طراحی سه نوع تمرین توان‎بخشی به انجام تست‎ها روی افراد سالم پرداخته و نتایج تحلیل شده نشان از توفیق انجام تست ها دارد. نهایتا با استفاده از نتایج مراحل قبلی، سناریو تست روی بیماران طراحی گردیده و با انجام تست روی یک بیمار معلول جسمی، نتایج حاصله مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در انتها نیز با جمع بندی نتایج حاصله از انجام پروژه، چالش های پیش رو در ادامه مسیر پروژه اشاره شده و پیشنهادات برای کارهای آینده ارائه شده است.