このプロトコルは、脳卒中患者の指のリハビリテーションを支援するために調整された柔軟なウェアラブルな超過数ロボット四肢を導入します。このデザインには、人間とロボットのシームレスな相互作用を容易にする曲げセンサーが組み込まれています。健康なボランティアと脳卒中患者の両方が参加する実験による検証は、提案された研究の有効性と信頼性を強調しています。
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この記事について
サマリー
要約
本研究では、慢性脳卒中患者の指のリハビリテーションと把持動作を支援する柔軟なウェアラブル超過多ロボット四肢について紹介する。この革新的な手足のデザインは、曲がる空気圧の筋肉と象の胴体先端のユニークな特性からインスピレーションを得ています。軽量構造、安全性、コンプライアンス、防水性、高い生産重量/圧力比の達成などの重要な要素に重点を置いています。提案された構造により、ロボットの手足はエンベロープと指先の両方の把持を行うことができます。人間とロボットの相互作用は、柔軟な曲げセンサーによって促進され、着用者の指の動きを検出し、しきい値セグメンテーション法を介してモーションコントロールに接続します。さらに、このシステムは持ち運びが可能で、日常の用途にも適しています。このイノベーションの有効性を検証するために、6人の慢性脳卒中患者と3人の健康なボランティアを対象とした実際の実験が行われました。アンケートを通じて寄せられたフィードバックは、設計されたメカニズムが慢性脳卒中患者の日常的な把持活動を支援し、生活の質とリハビリテーションの結果を改善する可能性を秘めていることを示しています。
概要
先行研究1によると、2019年現在、世界で脳卒中の患者数は1億人を超えています。これらの症例の約3分の2は片麻痺性の後遺症を呈し、重度の片麻痺性脳卒中患者の80%以上が手と腕の機能を完全に回復させることができませんでした2。さらに、今後数十年は高齢化が進み、脳卒中の潜在的な患者数が大幅に増加すると予想されています。脳卒中後の持続的な上肢障害は、日常生活動作(ADL)に大きな影響を与える可能性があり、手のリハビリテーションは、慢性脳卒中患者の活動と参加を強化するための重要な目的として臨床的に認識されています3。
従来のモーター駆動のロボット上肢デバイスは、かなりの駆動力を提供できますが、その剛性の高い構造は、多くの場合、大きなサイズと大きな重量につながります。さらに、誤動作した場合、人体に不可逆的な害を及ぼすリスクがあります。対照的に、軟質空気圧アクチュエータは、リハビリテーション4、補助5、外科的用途6において大きな可能性を秘めている。その利点には、安全性、軽量構造、および固有のコンプライアンスが含まれます。
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プロトコル
このプロトコルは、華中科技大学同済医科大学連合病院の倫理審査委員会によって承認されています。診断基準を満たし、著者の病院のリハビリテーション部門、外来および入院ユニットで治療を受けている上肢機能障害のある患者が参加者として選択されました。患者の運動機能の回復は、Brunnstrom回復ステージ21に従って評価され、ステージ3〜5の患者が実験に参加するように選択されました。書面によるインフォームドコンセントは、研究に参加した患者から得られました。この手順には、空気圧グリッパーの金型設計、硬化したシリコーンゴムに基づく空気圧グリッパーの製造プロセス、ポータブルデバイスの統合、および把持意図検出のためのソフトウェアとハードウェアの実装が含まれます。シリコーンゴムと一般的な布地を除いて、すべてのウェアラブルコンポーネントは3D印刷技術を使用して製造されています( 補足コーディングファイル1〜5を参照)。
1. 空気のグリッパーの設計そして製作
- 図1A、Bに示すように、事前に設計された金型22を組み立てます。次に、図1Cに示すように、ホットメルト接着剤を....
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結果
出力力の実験
図7は、アクチュエータの構造設計と寸法を鮮やかに示し、断面図を提供します。このアクチュエーターは、2つの異なるチャンバーセットで構成されており、それぞれに5つのエレガントに湾曲した空気チャンバーが含まれています。驚くべきことに、アクチュエーターの末端には、象の鼻の先端を連想させる突起構造を巧みに組み込んでおり、アクチュエーターの把持半径を大幅に拡大しています。
軟質空気圧アクチュエータの出力力を評価するために、一連の静的把持実験を実施しました。重量は、それぞれ20g、50g、100g、200g、500gを選択しました。アクチュエーターを適切に配置して膨らませた後、おもりを曲げて包み込んだ後、アクチュエーターを上方に持ち上げて、滑りを評価しました。実験結果を図8に示し、図8A-Cは指先把持の実験結果、図8D-F
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ディスカッション
この研究は、慢性脳卒中患者の指のリハビリテーションと把持作業を支援するために設計された、革新的で柔軟なウェアラブルな超過数ロボット手足を提示します。このロボットシステムは、携帯性を優先し、封筒把持と指先把持の両方の機能を提供します。柔軟な曲げセンサーを内蔵し、ユーザーフレンドリーなヒューマンマシンインタラクション制御を実現します。静的把持実験では、2つの異なる把持モードで設計されたメカニズムの把持能力を検証します。この研究では、片麻痺患者を対象に把持機能を確認し、ユーザーエクスペリエンスを評価する実験を行い、慢性脳卒中患者のリハビリテーションや把持活動を支援するこのロボットの可能性を示しています。
この研究の文脈では、重要な手順を次のように簡潔に要約できます:(1)金型へのシリコーン射出プロセス中、最適な射出速度を維持することが不可欠です。注入を速すぎると気泡が過剰になる可能性があり、注入が遅すぎるとシリコーンの流動性が損なわれる可能性があります。(2)シリコーン注入後、真空ポンプによりシリコーン内部の微小な気泡を除去することができます。ただし、真空ポンプに長時間さらされると、シリ.......
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開示事項
著者は何も開示していません。
謝辞
この研究は、助成金U1913207の下で中国国家自然科学基金会とHUSTアカデミックフロンティアユースチームプログラムによって支援されています。著者は、これらの財団からの支援に感謝したいと思います。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| エア | コンプレッサーXinweichengF35L-JJ-24V | 空気圧グリッパーArduinoに空気を供給し | |
| Emakefun | Mega 2560 | シングルチップ マイクロコンピューター/データ収集カード | |
| バックパック | MUJIN | 外部デバイスの統合 | |
| フレックスセンサー スペクトル | フレックスセンサー 2.2 | フレキシブルベンディングセンサー | |
| 電源 | Yisenneng | YSN-37019200 | 電源供給 |
| PU クイックプラグコネクタ | Elecall | PU-6 | PU用コネクタチューブ |
| PUチューブ | Baishehui | ZDmJKJJy | エアライン接続 |
| シリコーンエラストマー | ワッカー | エラストシル M4601 A/B | 空気圧グリッパーの材質 |
| サーモスタットチャンバー | Ruyi | 101-00A | シリコーンの硬化を加速する一定温度 |
| 真空乾燥機 | 藤原 | PC-3 | さらなる脱泡 |
| 真空混合と脱気機 | Smida | TMV-200T | はシリコーンを十分に混合し、それを脱泡させる |
| 弁 | SMC | NTV1030-312CL | 空気圧を制御する |
参考文献
- Feigin, V. L., et al. Global, regional, and national burden of stroke and its risk factors, 1990-2019: A systematic analysis for the global burden of disease study 2019. The Lancet Neurology. 20 (10), 795-820 (2021).
- Nakayma, H., Jørgensen, H. S., Raaschou, H. O., Olsen, T. S.
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再版と許可
