طراحی ربات توانبخش هیبرید فعال و غیر فعال برای کمک به حرکت نشست و برخاست

نشستن و برخاستن یکی از معمول ترین و متداول ترین اعمال در زندگی روزمره است و این حرکت مقدمه ای برای حرکات دیگر بدن مانند راه رفتن، دویدن و ... است.علیرغم اهمیت فوق العاده ای که عمل نشستن و برخاستن دارد، با این وجود امروزه افراد زیادی هستند که قادر به انجام این عمل ساده و در عین حال مهم نمی باشند. بنابراین طراحی وسیله ای توانبخش که به ناتوانان حرکتی به ویژه افراد مسن در انجام این حرکت کمک کند بسیار مفید است. در این رساله ابتدا برای پیدا کردن شناخت کافی از حرکت، این حرکت را از دیدگاه سینماتیکی و دینامیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم در این بخش اثرات عوامل مختلف موثر در حرکت بررسی شد. این بررسی ها نشان داد که خم کردن بالاتنه به جلو و تکیه کردن بر دست ها در کاهش فشار وارد بر مفاصل مفید است.از دیگر اطلاعاتی که از تحلیل حرکت بدست آوردیم سهم بالای گرانش در گشتاورهای مورد نیاز برای حرکت بود و با توجه به این مطلب بر آن شدیم تا با استفاده از روش ترکیبی بالانس گرانشی اثر گرانش را درحرکت کاهش دهیم. کارهایی که تا به حال در زمینه وسایل توانبخشی انجام شده بود همه به صورت کاملاً فعال و یا کاملاً غیرفعال بودند که هر کدام مزایا و معایبی دارند. در این رساله با تلفیق محاسن هر دو نوع از این وسایل به طراحی رباتی توانبخش به صورت هیبرید فعال و غیر فعال پرداختیم. به این منظور با اتصال تعدادی رابط به عضوهای ساق پا، ران و در امتداد بالاتنه و همچنین اتصال تعدادی رابط کمکی به این رابط ها مرکز جرم را مشخص کردیم ولی با توجه به این-که طول این رابط ها برای شخصی خاص محاسبه شده است بایستی این رابط ها به صورت تلسکوپی ساخته شوند تا بتوان طول رابط ها را برای اشخاص مختلف تنظیم نمود. پس از مشخص کردن مرکز جرم با بررسی چیدمان های مختلف برای فنرها، توانستیم با استفاده از دو فنر با ضرایب سختی معقول و مناسب گشتاور مورد نیاز در مفاصل را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم. رابط ها و فنرهای ذکر شده بخش غیرفعال ربات توانبخش ما را تشکیل می دهند. با اعمال اثر این بخش بر روی مفاصل شخص در طول حرکت، تنها گشتاور قابل توجه باقیمانده که بایستی تأمین شود در زانو وجود دارد. با توجه به این مطلب و ضعف حرکتی که افراد مسن (که هدف اصلی ما در این رساله طراحی وسیله ای برای کمک به حرکت در این افراد است) غالباً در زانو دارند. تأمین این گشتاور را توسط محرک انجام دادیم و با انتخاب محرکی مناسب و طراحی کنترل کننده برای آن، بخش فعال را نیز طراحی نمودیم. در پایان این رساله برای مشخص شدن علت ترکیب حالت فعال و غیر فعال، سیستم های کاملاً فعال و کاملاً غیرفعال را با طرح ارائه شده در این رساله مقایسه کردیم. از ویژگی های قابل توجه این سیستم نسبت به سیستم های قبلی ذکر شده سبک بودن، کم بودن تعداد محرک ها در آن ، قابل حمل بودن و قابلیت نصب آن بر روی ویلچر می باشد. همچنین با استفاده از این وسیله شخص بایستی در مفاصل ران و مچ پا مقداری گشتاور نیز خود اعمال کند و در زانو نیز با توجه به انتخاب روش کنترل موقعیت، شخص می تواند تا حدی گشتاور مورد نیاز برای حرکت را خود اعمال کند که این موضوع از تحلیل رفتن قدرت باقیمانده در ماهیچه ها جلوگیری می کند.