mgr in. Wojciech J. Klimasara, mgr in. Andrzej Bratek, mgr in. Marek Pachuta, mgr in. Zbigniew Pilat
Przemysowy Instytut Automatyki i Pomiarów
SYSTEMY MECHATRONICZNE W REHABILITACJI RUCHOWEJ
Referat dotyczy systemów mechatronicznych do wspomagania rehabilitacji ruchowej pacjentów po przebytych udarach mózgu lub schorzeniach ortopedycznych, które zostay opracowane w Przemysowym Instytucie Automatyki i Pomiarów. Opisano dwa systemy: RENUS–1 do rehabilitacji koczyn górnych oraz RENUS–2 do rehabilitacji koczyn dolnych. Oba systemy s wynikiem realizacji zada badawczych w projekcie PW–004/ITE/02/2004, objtym Programem Wieloletnim PW–004, koordynowanym przez Instytut Technologii Eksploatacji PIB w Radomiu.
MECHATRONICS SYSTEMS IN MOTOR REHABILITATION
In this paper are shortly presented the mechatronic systems for support the motor rehabilitation of patients after stroke or orthopedic illness. The first system called RENUS–1 is designed for support the upper limb rehabilitation and the second system – RENUS–2 – is for the rehabilitation of lower limb. Both systems are created and built in the Industrial Institute for Automation and Measurements. They are the results of research tasks in the PW–004/ITE/02/2004 project covered by Multiyear Program that was coordinated by Institute of Operating Technology PIB in Radom.
1. REHABITRACJA RUCHOWA
1.1. Udar mózgu oraz rehabilitacja po udarze
Udar mózgu jest jedn z trzech najczciej wystpujcych (po nowotworach i zawaach serca) przyczyn zgonów lub inwalidztwa. Udar mózgu jest nagym upoledzeniem dopywu krwi (a wic tlenu) do tkanki mózgowej. W wyniku braku tlenu zostaje nieodwracalnie uszkodzony fragment tkanki mózgu, co skutkuje licznymi powikaniami oraz wystpowaniem niedowadu poowiczego i afazji. Osoby, które przeyy udar, staj si w wyniku uszkodzenia mózgu osobami niesamodzielnymi, wyczonymi z ycia zawodowego i spoecznego, skazanymi na pomoc rodziny lub zakadów opiekuczych.
Wielu przypadkach dziki waciwemu leczeniu oraz rehabilitacji jest moliwa znaczca po-prawa stanu chorego. Osoby dotknite skutkami udaru po leczeniu i rehabilitacji staj si oso-bami samodzielnymi, a nawet wracaj do ycia spoecznego i zawodowego. Wspóczesna rehabilitacja ruchowa opiera swoje podstawy na doniesieniach literaturowych i ugruntowanych pogldach dotyczcych tzw. plastycznoci mózgu. Przez plastyczno mó-zgu rozumie si zdolno uczenia mómó-zgu. Wyniku uczenia zdrowe fragmenty mómó-zgu s zdol-ne przez wielokrotnie powtarzazdol-ne wiczenia nauczy si sterowa funkcjami motorycznymi, które zostay upoledzone na skutek udaru. Istnieje kilka metod rehabilitacji, najczciej sto-suje si metod Kabata – proprioceptywnego torowania (PNF, Proprioceptive Neuromuscular Facilitation) – i metod Bobathów (NDT, NeuroDevelopmental Treatment) wywodzc si z teorii neurorozwojowej. Stosowane s te inne metody opisane m.in. przez Signe Brunn-ström, Margaret Rood i Edmunda Jacobsona, jednak dwie wczeniej wymienione stay si
najbardziej popularne. Metody te zostay opisane w literaturze [2]. Proces rehabilitacji powi-nien by regularnie i obiektywnie oceniamy w oparciu o jasne, obiektywne kryteria. Istniej rozmaite testy do weryfikacji postpów rehabilitacji. Najbardziej znane to:
– Zmodyfikowana Skala Motorycznoci Rivermead (RMI, Rivermead Mobility Index) do oceny motorycznoci
– Indeks Barthel (BI, Barthel Index) do oceny samodzielnoci w wykonywaniu czynnoci ycia codziennego
– Pomiar Niezalenoci Funkcjonalnej (FIM, Functional Independence Measure) do oceny samodzielnoci w wykonywaniu czynnoci ycia codziennego
– Wskanik Aktywnoci Franchay (FAI, Frenchay Activities Index) do oceny samodzielnoci ycia codziennego i jakoci ycia.
Istniej równie inne testy oceny postpów rehabilitacji np.:
– Czynnociowy test motoryczny Wolfa (Wolf Motor Funcion Test)
– Kwestionariusz oceny funkcji motorycznej (Motor Activity Log), który ocenia 30 czynnoci wchodzcych w zakres tzw. instrumentalnych czynnoci ycia codziennego. Nieznane s wyniki bada porównawczych wyników rehabilitacji uzyskiwanych w poszczególnych testach.
1.2. Wspomaganie rehabilitacji za pomoc urzdze mechatronicznych
Rehabilitacja osób po udarach mózgu jest procesem dugotrwaym, wymagajcym wielokrotnie powtarzanych i systematycznie wykonywanych wicze pod nadzorem specjalisty rehabilitanta. W pocztkowej fazie rehabilitacji ruchy koczyn podczas wicze s wykonywane przy czynnej pomocy rehabilitanta. Praca rehabilitanta jest prac wymagajc znacznego wysiku fizycznego. Od lat osiemdziesitych ub. wieku s czynione próby zastosowania urzdze, które s zdolne wspomaga, a wielu przypadkach zastpowa rehabilitanta w wykonywaniu wicze z pacjentem.
Stosowanie systemów wspomagajcych rehabilitacj umoliwia nadzorowanie wicze wielu pacjentów jednoczenie. Systemy wspomagania rehabilitacji, nazywane potocznie robotami rehabilitacyjnymi s wyposaone w manipulatory oraz systemy sterowania, które umoliwiaj programowanie trajektorii ruchu stanowice wzorce do wykonywania wicze. Integraln czci manipulatorów s sensory si i momentów si, które umoliwiaj realizacj sterowania ze sprzeniem zwrotnym siowym. Badania kliniczne [3] wskazuj na celowo stosowania urzdze wspomagajcych w rehabilitacji. W wielu przypadkach postpy rehabilitacji s wtedy szybsze ni w przypadku pacjentów o podobnym stanie zdrowia, u których rehabilitacja bya prowadzona bez uycia mechatronicznych urzdze wspomagajcych. Manipulatory systemów wspomagania rehabilitacji najczciej wystpuj jako konstrukcje projektowane specjalnie do celów rehabilitacji. Znane s próby zastosowania do celów rehabilitacji manipulatorów robotów przemysowych. PIAP rozpocz prace nad urzdzeniami rehabilitacyjnymi pod koniec 2005 r., wykorzystujc swoje bogate dowiadczenia w zakresie budowy manipulatorów robotów i sterowania, w tym wdroenia, patenty i publikacje.
W ramach zada badawczych projektu PW–004/ITE/02/2004 opracowano system mechatroniczny do wspomagania rehabilitacji koczyn górnych, nazwany RENUS–1, oraz system RENUS–2 do rehabilitacji koczyn dolnych.
2. SYSTEM WSPOMAGANIA REHABILITACJI RENUS–1 2.1. Struktura systemu
System RENUS–1 skada si z trzech nawzajem przenikajcych si czci: – struktury sterowania
– struktury oprogramowania – struktury mechanicznej.
2.2. Struktura oprogramowania
Struktura oprogramowania systemu skada si z trzech podsystemów: – podsystemu cyfrowych urzdze wykonawczych
– podsystemu kontroli i zarzdzania – podsystemu baz danych.
Z punktu widzenia oprogramowania system moe pracowa w nastpujcych fazach: – czynnoci podstawowe (zakadanie bazy danych), wybór trybu pracy)
– zestawienie wiczenia (wybór wiczenia wzorcowego i jego parametrów) – wykonywanie wiczenia (realizacja zadanej trajektorii ruchu)
– rejestracja wyników (analiza wyników wiczenia i ich rejestracja)
– przegldanie historyczne wyników (analiza zapisanych wyników wicze).
Podsystem cyfrowych urzdze wykonawczych ma struktur blokow i skada si z piciu bloków, m.in.:
– blok sygnaów pomiarowych – do obsugi sygnaów obiektowych. Odczytuje sygnay z czujnika si i momentów i pooenia ramion manipulatora,
– blok przeliczania wartoci skadowych si – na podstawie informacji z czujnika si i momentów wyznacza wartoci si i momentów w bazowym ukadzie wspórzdnych, – blok sterowania ruchem manipulatora – w oparciu o zapisane parametry ruchu generuje
sygnay sterujce do ukadów wykonawczych manipulatora. Podsystem kontroli i zarzdzania skada si z omiu moduów, m.in.:
– modu zarzdzajcy – penicy funkcje nadrzdne, dokonujcy wyboru trybu na podstawie instrukcji operatora systemu
– modu interfejsu operatorskiego – do komunikacji podsystemu z operatorem
– modu tworzenia wzorca wicze – w oparciu o zarejestrowany przebieg trajektorii ruchu wykonywanego w trybie pasywnym, buduje cyfrowy opis tej trajektorii, który moe by wprowadzony do biblioteki wicze wzorcowych
– modu wykonywania wiczenia – sprawuje nadzór nad przebiegiem wiczenia. Podsystem baz danych – skada si z baz danych:
– baza danych pacjentów – identyfikujcych pacjenta i rodzaj schorzenia – baza danych wicze wzorcowych
– baza danych wyników wicze
oraz moduu dostpu do baz danych – zapewniajcego komunikacj pomidzy systemem kontroli i bazami danych.
2.3. Struktura mechaniczna
Manipulator systemu jest przedstawiony na rys. 1. Umoliwia on wykonywanie przestrzennej trajektorii ruchu doni koczyny górnej. Zakresy ruchów manipulatora odpowiadaj zakresom ruchu rki zdrowego czowieka. Rami manipulatora skadajce si z dwóch sztywnych
ele-mentów poczonych przegubami i jest przegubowo mocowane do karetki poruszajcej si na pionowych saniach mocowanych do nieruchomej kolumny. Osie przegubów ramienia mani-pulatora s pionowe (podobnie jak w manipulatorze robota SCARA). Z punktu widzenia ki-nematyki struktura mechaniczna urzdzenia stanowi mechanizm o trzech stopniach swobody. Na kocu ramienia znajduje si interfejs mechaniczny manipulatora wyposaony w czujnik si i momentów. Pomocniczymi elementami stanowiska jest stó oraz fotel pacjenta.
Na stole jest ustawiony monitor ekranowy, na którym pacjent otrzymuje informacje o zadanej trajektorii oraz o wynikach realizacji wiczenia. Fotel pacjenta zapewnia sta pozycje pacjenta wzgldem manipulatora podczas wicze.
Do realizacji ruchu pionowego zastosowano systemu prowadnic oraz ukad przeniesienia napdu w postaci acucha rolkowego.
Rys 1. Widok ogólny struktury mechanicznej systemu
1 – szafa ukadu sterowania, 2 – prowadnica, 3 – przeciwwaga, 4 – zespó napdowy ruchu manipulatora wzgldem osi z, 5 – napdowe acuchowe koa zbate, 6 – prowadnice karetki 8, 7 – kolumna, 8 – karetka, 9 – zespó napdowy ramienia 14, 10 – uchwyt, 11 – wiczcy pacjent, 12 – wieloosiowy czujnik si i momentów si, 13 – cznik, 14 – rami, 15 – rami, 16 – zespó napdowy ramienia 15, 17 – podstawa, 18 – koa acuchowe, 19 – przegub ramienia 15, 20 – przegub ramienia 14, 21 – zacisk, 22 – stopy, 23 – koa jezdne
Rys. 2. Schemat kinematyczny manipulatora systemu. Opis poszczególnych elementów wedug rys. 1
2.4. Struktura sterowania
Zastosowany system serwonapdów umoliwia realizacj zaprogramowanej trajektorii ruchów. Do napdu zastosowano serwonapdy firmy Mitsubishi Electric, sprawdzone w pra- cach aplikacyjnych PIAP. W skad serwonapdów wchodz trzy silniki synchroniczne o symbolu HC-MFS 43, zintegrowane z przetwornikami obrotowo-impulsowymi (17-bitowymi). Przetworniki podaj informacje o pooeniu wau silnika. Jako serwowzmacniacze zostay zastosowane moduy MELSERVO MR-J2 S-40B firmy Mitsubishi Electric. Silniki wspópracuj z przekadniami planetarnymi firmy Alpha. Jeden z silników suy do napdu pionowej karetki poczonej z ramieniem robota, za dwa pozostae su do napdu ramienia manipulatora.
Z punktu widzenia sterowania moliwa jest praca systemu w czterech trybach: a) uczenie trajektorii manipulatora przez wodzenie ramienia robota przez rehabilitanta wzdu zadawanej trajektorii, b) faza I pasywna (manipulator odtwarza trajektori), c) faza II aktywna (pacjent odtwarza trajektori wg wzorca, który widzi na ekranie monitora ekranowego), d) kalibracja osi Z polegajca na zrównowaeniu ciaru rki pacjenta spoczywajcej bezadnie w gniedzie przegubu robota. System sterowania serwonapdami wspópracuje z komputerem PC, który zawiera oprogramowanie zarzdzajce prac stanowiska.
W osi Z (pionowej) zastosowano silnik o mocy nominalnej 100 W wyposaony w luzownik elektromagnetyczny, przekadni planetarn o przeoeniu 1:25 oraz koo achowe ½” o 16 zbach .
W osiach poziomych X i Y do napdu ramion 14 i 15 zastosowano silniki o mocy 50 W oraz przekadnie planetarne o przeoeniu wypadkowym 1:250.
W skad ukadu sterowania wchodz nastpujce elementy i zespoy: – pyta bazowa sterownika q25b–e,
– jednostka centralna q02hcpu (mitsubishi), – modu pozycjonera qd75m4,
– modu wej cyfrowych qx80, – modu wyj cyfrowych qy80, – modu wej analogowych q64ad, – modu zasilacza plc q 61p–a2,
– modu serwowzmacniacza mr–j2s20b,
– modu serwowzmacniacza mr–j2s10b – 2 szt.
Wntrze szafy ukadu sterowania przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Wntrze szafy ukadu sterowania manipulatora systemu 3 – zasilacz 24 V DC, 9 – sterownik moduowy PLC firmy Mitsubishi, A – modu zasilajcy, B – jednostka central-na, C – modu pozycjonujcy, D –modu wej analogowych, E – modu wej
dwustano-wych, F – modu wyj dwustanodwustano-wych, G – modu wej analogodwustano-wych, 10,11,12 – serwo-wzmacniacze, 13 – grupa wyczników nadprdowych, 14 – grupa styczników, 15 – grupa przekaników, 16 – listwy zaciskowe czujników kracowych, 17 – listwy zaciskowe napicia 24 V DC, 18 – listwy zaciskowe napicia 230 V AC, 19 – filtry przeciwzakóceniowe, 20 – wzmacniacz/przetwornik czujnika si i momentów si.
2.5. Oprogramowanie systemu
Warstw cyfrow systemu tworz trzy wspópracujce ze sob podsystemy: cyfrowych urzdze wykonawczych, nadzoru wykonywania wicze oraz podsystem bazy danych. Przyjta struktura zapewnia moliwo budowy rozproszonego systemu sterowania i nadzoru, o elastycznej konstrukcji i rozproszonym przetwarzaniu danych w obrbie systemu, otwartego na wspódziaanie z zewntrznymi systemami informatycznymi przez standardowy interfejs baz danych. Stacj operatorsk systemu zbudowano w oparciu o komputer PC z systemem operacyjnym Windows XP oraz oprogramowaniem aplikacyjnym. Oprogramowanie aplikacyjne zostao wykonane przy uyciu narzdzi Microsoft Visual Studio (VB, C++). Przygotowujc dla potrzeb systemu zestaw trajektorii wicze wzorcowych, jak równie w pracach analitycznych dotyczcych przestrzeni roboczej manipulatora (odwzorowywanej w poszczególnych podsystemach), wspomagano si pakietem MathWorks Matlab.
Przygotowane dla PC oprogramowanie uytkowe peni rol aplikacji nadrzdnej, odpowiedzialnej za sterowanie (uruchamianie i przeczanie poszczególnych trybów pracy robota), wizualizacj stanu pracy robota rehabilitacyjnego i przebiegu wiczenia oraz gromadzenie informacji o pacjentach i ich wiczeniach. Powysze obszary aktywnoci systemu obsugiwane s przez oddzielne moduy aplikacji.
W rodowisku MS Access opracowano baz danych dla obsugi pacjentów. Baza danych zawiera podstawowe dane identyfikujce pacjenta i jego stan chorobowy oraz rehabilitanta prowadzcego wiczenia. Ponadto obejmuje zestaw wicze wzorcowych (zawierajcy cyfrowe opisy trajektorii wzorcowych wicze przewidywanych do wykonania) oraz wyniki wicze pacjentów (cyfrowe opisy trajektorii wicze wykonanych przez pacjentów). Zapisywane wiczenia poza opisem cyfrowym trajektorii obejmuj równie metryk zabiegu, utworzon przez stempel czasowy wykonania wiczenia, identyfikator pacjenta oraz uwagi rehabilitanta. Opracowano aplikacj dostpu do bazy danych z wygodnym interfejsem operatorskim. Aplikacja umoliwia rejestracj nowych pacjentów i rehabilitantów oraz wyszukiwanie tych, którzy znajduj si ju w bazie danych. Umoliwia rejestracj nowych wzorców wicze i wybór wicze wzorcowych do wykonania. Zapewnia zapisywanie wicze wykonanych przez pacjenta, jak równie przegldanie historii jego wicze. Po skompletowaniu i zestawieniu urzdze cyfrowych, stanowicych wyposaenie stanowiska wicze, uruchomiono komunikacj pomidzy komputerem PC a sterownikiem PLC systemu mechatronicznego. Poczenie PC z PLC zrealizowano czem USB. Do komunikacji wykorzystano obiekty biblioteki Activex Mitsubishi ActMuli Controls (funkcjonujce na bazie sterownika komunikacji Mitsubishi Easysocket Driver).
W wyniku dziaania programu na ekranie przedstawiane s przestrzennie w ukadzie x, y, z trajektorie wzorcowe i trajektorie wykonywane podczas wiczenia. Trajektorie mog by rzutowane na wirtualne paszczyzny tworzce kartezjaski ukad wspórzdnych, co uwypukla odstpstwa, jeli takie miedzy nimi istniej. Interfejs programu umoliwia:
– wirtualn zmian pooenia obserwatora (regulacja horyzontalna, regulacja wertykalna pooenia)
– ledzenie biecego pooenia kursora trajektorii (przedstawianego graficznie i nume- rycznie)
– obserwacj niezgodnoci trajektorii
– regulacj zakresu odtwarzania przestrzeni roboczej (dopasowanie do usytuowania trajektorii wzorcowej w przestrzeni roboczej manipulatora).
2.6. Czujnik si
W systemie zastosowano wieloosiowy tensometryczny czujnik si (rys. 4). Czujnik ten umoliwia pomiar si w trzech osiach prostoktnego ukadu wspórzdnych. Jest mocowany na kocu ramienia manipulatora. Suy do pomiaru si wystpujcych midzy koczyn pacjenta a ramieniem manipulatora.
Rys. 4. Czujnik si i momentów wraz z elementami mocowania do ramienia robota
2.7. Badania weryfikacyjne
W wyniku przeprowadzonych bada weryfikacyjnych stwierdzono, e system spenia wymagania postawione w warunkach zadania badawczego.
Planowane efekty dotyczce ukadu zadawania prdkoci oraz powtarzalnoci pozycjonowania: zakres prdkoci od 0,01 do 0,6 m/s, powtarzalno pozycjonowania w przestrzeni 3D nie wicej ni 8 mm. W wyniku prób stwierdzono, e system umoliwia sterowanie prdkociami ruchu w szerszym zakresie ni byo to wymagane. W osi pionowej maksymalna prdko liniowa wynosi 0,610 m/s, za minimalna prdko – 0,0001 m/s. W osiach pionowych, realizujcych ruch poziomy, prdkoci liniowe maksymalne na kocach ramion wynosz: 0,829 m/s i 0,763 m/s. Prdko minimalna wynoszi ok. 0,001 m/s. Prdkoci liniowe wyznaczono na podstawie zmierzonych wartoci prdkoci obrotowych waów silników napdowych, przeoe przekadni redukcyjnych oraz parametrów geometrycznych konstrukcji manipulatora. Zastosowano system sterowania zbudowany z moduów prod. firmy Mitsubishi Electric, który umoliwia pomiar cyfrowy on-line parametrów ruchu (przemieszczenie ktowe, prdko, przyspieszenie) waów silników serwonapdowych. Maksymalna prdko obrotowa silnika wynosi 4500 obr/min, za prdko minimalna wynosi 1 obr/min.
Przestrzenna niejednoznaczno pozycjonowania x,y,z = 5,70 mm. Warto ta jest mniejsza ni 8 mm. System spenia wic przyjte zaoenia.
System RENUS–1 by prezentowany na wystawach innowacji i wynalazczoci w kraju i za granic [4].
3. SYSTEM RENUS–2 3.1. Budowa systemu
System suy do wspomagania rehabilitacji ruchowej koczyn dolnych w pocztkowej fazie rehabilitacji. Podczas wicze pacjent jest w pozycji siedzcej. Wzorcem ruchu dla nogi chorej jest zapisana trajektoria ruchu nogi zdrowej pacjenta. System skada si z manipulatora, ukadu sterowania oraz komputera nadrzdnego PC, który bdzie stanowi równie interfejs komunikacyjny dla pacjenta oraz specjalisty nadzorujcej proces rehabilitacji. W zrealizowanym projekcie systemu manipulator jest napdzany trzema silnikami serwonapdowymi firmy Mitsubishi Electric. Silniki te s wyposaone w rezolwery do pomiaru któw pooe waów napdowych. Struktura kinematyczna manipulatora uwzgldnia budow anatomiczn nogi czowieka i umoliwia wiczenia stawów: skokowego, kolanowego oraz biodrowego. Jest moliwa realizacja wicze wymagajcych odwodzenie kolana na boki. Manipulator systemu jest wyposaony w tensometryczne sensory si, które umoliwi sterowanie ze sprzeniem zwrotnym siowym.
System moe pracowa w nastpujcych trybach:
– uczenia, podczas, którego bdzie zapisywana trajektoria ruchu dla zdrowej nogi pacjenta, trajektoria ta bdzie trajektori wzorcow dla wicze rehabilitacyjnych chorej nogi
– pasywnym, podczas którego manipulator bdzie wymusza ruch chorej nogi zgodnie z wczeniej zapisan trajektori wzorcow
– aktywnym, podczas którego bdzie realizowany ruch wymuszany nog pacjenta.
W trybie aktywnym bdzie móg by realizowany przez pacjenta ruch przy nastawionym oporze (tzw. ruch „oporowany”). Ruch taki sprzyja rozwojowi siy mini chorej koczyny.
Na ekranie monitora bd przedstawiane wykresy obrazujce przebieg wicze, w tym przebiegi trajektorii ruchu koczyny, a w tym : palców, pity oraz kolana (dla wicze wymagajcych odchylania kolana na boki).
Rys 5 Schemat mechatronicznego systemu wspomagania rehabilitacji koczyn dolnych
1 – komputer nadrzdny, 2 – ukad sterowania, 3 – konstrukcja manipulatora, 4 – pacjent, 5 – peda, 6 – czujnik siy dla ruchu w kierunku osi X, 7 – czujnik siy dla ruchu E, 8 – czujnik siy dla ruchu D, 9 – wspornik silnika serwonapdowego ruchu E, 10 – sygnay sprze zwrotnych od czujników siy, 11 – sprzenie sygnaowe midzy PC a ukadem sterowania, 12 – silnik serwonapdowy ruchu w kierunku osi X, 13 – sygnay pooenia od rezolwerów umieszczonych na waach silników serwonapdowych, 14 – silnik serwonapdowy ruchu w osi E, 15 – silnik serwonapdowy ruchu w kierunku osi D
Rys. 6. Schemat kinematyczny manipulatora systemu wspomagania rehabilitacji koczyn dolnych pacjentów.
1 – zespó serownapdowy do realizacji ruchu karetki w kierunku osi X, 2 – przegub kulisty, 3 – sensor pomiaru siy w kierunku osi X, 4 – stopa pacjenta, 5 – peda, 6 – noga pacjenta, 7 – zespó serwonapdowy realizacji ruchu w kierunku osi D, 8 – dwignia, 9 – przegub kulisty, 10 – sensor pomiaru siy dla ruchu w kierunku osi D, 11 – dwignia, 12 – zespó serwonap-dowy do realizacji ruchu E, 13 – wspornik, 14 – przegub kulisty, 15 – dwignia, 16 – karetka, 17 – przegub kulisty, 18 – sensor pomiaru siy podczas ruchu w kierunku osi E, 19 – prowad-nice, 20 – rolki paska zbatego, 21 – przegub zawieszenia moduu ruchu liniowego do reali-zacji ruchu D, 22 – podstawa
Do realizacji ruchu w osi X (rys. 6) zastosowano modu ruchu liniowego produkcji firmy ITEM. Modu ten jest wyposaony w karetk przemieszczajc si po prowadnicach i na któ-r napd jest przenoszony za pomoc paska zbatego. Modu ten jest konstrukcyjnie przysto-sowany do zabudowania zespou napdowego. Do napdu zastosowano zespó zoony z sil-nika serwonapdowego firmy Mitsubishi HF–KP23 wyposaony w koder pooenia absolut-nego oraz przekadni obiegowej redukcyjnej o przeoeniu 1:10, PE070–010/Mitsu HF–KP43 firmy APEX DYNAMIX. Do napdów w kierunkach D i E zastosowano silniki serwonap-dowe HF–MP23 wyposaone w kodery pooenia absolutnego oraz obiegowych przekadni redukcyjnych o przeoeniu 1:100, PE70–100/Mitsu HF–MP43 firmy APEX DYNAMIX. Do pomiaru si w kierunkach X, D i E zostay zastosowane tensometryczne czujniki siy KMM30–500N firmy PHH WOBIT Witold OBER. Czujniki te wspópracuj z urzdzeniem ADT1U dopasowujcym i standaryzujcym sygnay, które jest wyposaone w zcze USB oraz odpowiednie oprogramowanie.
3.2. Oprogramowanie
Struktura oprogramowania systemu RENUS–2 jest podobna do struktury oprogramowania systemu RENUS–1. System umoliwia prac w trybie uczenia oraz w trybach czynnym i biernym. System sterowania nadrzdnego z komputerem PC realizuje funkcje interfejsu ope-ratora. Na ekranie monitora mog by przedstawiane trajektorie ruchu (przebiegu przemiesz-czenia i prdkoci ) koczyny wzgldem czasu, jak równie przebiegi si wzgldem prze-mieszczenia.
4. PODSUMOWANIE
Systematycznie prowadzona rehabilitacja ruchowa polegajca na wielokrotnie powtarzanych wiczeniach jest jedyn realn drog uzyskania przez pacjenta po udarze wystarczajcej sa-modzielnoci w wykonywaniu czynnoci codziennego ycia. Std te istnieje bardzo due zainteresowanie urzdzeniami rehabilitacyjnymi. Szczególne due jest zainteresowanie urz-dzeniami wyposaonymi w sensory oraz oprogramowanie, które czyni te urzdzenia inteli-gentnymi, co umoliwia analizowanie przebiegu wicze oraz taki dobór parametrów wi-cze, który zapewni najbardziej podany efekt terapeutyczny. Systemy mechatroniczne wspomagania rehabilitacji stanowi wci now grup urzdze stosowanych w rehabilitacji pacjentów po przebytych udarach mózgu i po schorzeniach ortopedycznych. Systemy te s cigle rozwijane, za spadek cen elementów, z których s one budowane, bdzie przyczynia si do ich rozpowszechniana. Opracowane w PIAP systemy wspomagania rehabilitacji sta-nowi modele uytkowe. Celem dalszych prac nad tymi systemami bd badania dotyczce ich waciwoci terapeutycznych i uytkowych i warunkach krajowych.
LITERATURA
[1] Wojciech J. Klimasara: Raporty i sprawozdania kocowe z realizacji zada badawczych projektu badawczego zamawianego nr PW–004/ITE/02/2006.
[2] Polly Laidler: Rehabilitacja po udarze mózgu. Zasady i strategia, PZWL, Warszawa. [3] TAR’2007 Berlin. Konferencja „Technically Assisted Rehabilitation”, Zbiór referatów [4] Strony internetowe: http://www.piap.pl/dzialalnoscnaukowa_krajowe_projekty_badawcze_renus.php http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_eureka07.php http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_iena07.php http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_ciei08.php http://www.piap.pl/oinstytucie_nagrody_renus_mnsw08.php
