이 프로토콜은 뇌졸중 환자의 손가락 재활을 돕기 위해 맞춤화된 유연한 웨어러블 초숫자 로봇 팔다리를 도입합니다. 이 설계는 원활한 인간-로봇 상호 작용을 촉진하기 위해 굽힘 센서를 통합합니다. 건강한 지원자와 뇌졸중 환자를 모두 대상으로 한 실험을 통한 검증은 제안된 연구의 효능과 신뢰성을 강조합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
본 연구에서는 만성 뇌졸중 환자의 손가락 재활 및 잡기 동작을 돕는 유연한 웨어러블 초수형 로봇 팔다리를 제시합니다. 이 혁신적인 팔다리의 디자인은 구부러진 공압 근육과 코끼리 몸통 끝의 독특한 특성에서 영감을 받았습니다. 경량 구조, 안전, 규정 준수, 방수 및 높은 출력 대 중량/압력 비율 달성과 같은 중요한 요소에 중점을 둡니다. 제안된 구조는 로봇 팔다리가 엔벨로프 및 손가락 끝 파지기를 모두 수행할 수 있도록 합니다. 인간과 로봇의 상호 작용은 유연한 굽힘 센서를 통해 촉진되며, 착용자의 손가락 움직임을 감지하고 임계값 분할 방법을 통해 모션 제어에 연결합니다. 또한 이 시스템은 휴대가 가능하여 매일 다양하게 사용할 수 있습니다. 이 혁신의 효과를 검증하기 위해 6명의 만성 뇌졸중 환자와 3명의 건강한 지원자를 대상으로 실제 실험을 수행했습니다. 설문지를 통해 받은 피드백에 따르면 설계된 메커니즘은 만성 뇌졸중 환자의 일상적인 잡기 활동을 지원하여 잠재적으로 삶의 질과 재활 결과를 개선하는 데 엄청난 가능성을 가지고 있습니다.
서론
이전 연구1에 따르면 2019년 기준 전 세계적으로 뇌졸중 환자가1억 명을 넘어섰습니다. 이 중 약 2/3는 편마비 후유증으로 이어졌으며, 중증 편마비 뇌졸중 환자의 80% 이상은 손과 팔의 기능을 완전히 회복하지 못했다2. 또한 고령 인구는 향후 수십 년 동안 계속 증가할 것으로 예상되어 잠재적인 뇌졸중 환자의 수가 크게 증가할 것으로 예상됩니다. 뇌졸중 후 지속되는 상지 장애는 일상 생활 활동(ADL)에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, 손 재활은 만성 뇌졸중 환자의 활동과 참여를 향상시키는 중요한 목표로 임상적으로 인식되고 있다3.
기존의 모터 구동 로봇 상지 장치는 상당한 추진력을 제공할 수 있지만 단단한 구조로 인해 크기가 크고 무게가 많이 나가는 경우가 많습니다. 또한 오작동할 경우 인체에 돌이킬 수 없는 해를 끼칠 위험이 있습니다. 대조적으로, 소프트 공압 액추에이터는 재활4, 보조5 및 외과적 응용6에서 상당한 잠재력을 보여주었다. 장점으....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
이 프로토콜은 Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology의 윤리 검토 위원회의 승인을 받았습니다. 진단 기준을 충족하고 저자 병원의 재활과, 외래 및 입원 병동에서 치료를 받고 있는 상지 기능 장애 환자를 참가자로 선정했습니다. 환자의 운동 기능 회복은 Brunnstrom 회복 단계21에 따라 평가되었으며 3-5기 환자가 실험에 참여하도록 선택되었습니다. 연구에 참여한 환자로부터 서면 동의서를 받았습니다. 이 절차에는 공압 그리퍼의 금형 설계, 경화된 실리콘 고무를 기반으로 하는 공압 그리퍼의 제조 공정, 휴대용 장치의 통합, 파악 의도 감지를 위한 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 포함됩니다. 실리콘 고무 및 일반 직물을 제외한 모든 웨어러블 구성 요소는 3D 프린팅 기술을 사용하여 생산됩니다( 보충 코딩 파일 1-5 참조).
1. 공압 그리퍼 설계 및 제작
- 그림 22A,B와 같이 미리 설계된 몰드1<....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
출력력 실험
그림 7 은 액추에이터의 구조 설계와 치수를 생생하게 묘사하여 단면 그림을 제공합니다. 이 액추에이터는 두 개의 서로 다른 챔버 세트로 구성되며, 각 세트에는 5개의 우아한 곡선형 공기 챔버가 포함되어 있습니다. 놀랍게도, 액츄에이터의 말단에는 코끼리의 몸통 끝을 연상시키는 돌출 구조를 독창적으로 통합하여 액츄에이터의 그립 반경을 크게 확장했습니다.
소프트 공압 액추에이터의 출력력을 평가하기 위해 일련의 정적 파지 실험이 수행되었습니다. 개별적으로 20g, 50g, 100g, 200g 및 500g의 무게를 측정했습니다. 액츄에이터를 적절하게 배치하고 팽창시킨 후, 미끄러짐을 평가하기 위해 추를 구부리고 감싸는 후 위쪽으로 들어 올렸습니다. 실험 결과는 그림 8에 나와 있으며, 그림 8A-C는 손가락 끝 잡기의 실험 결과를 나타내고
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
이 연구는 만성 뇌졸중 환자의 손가락 재활 및 그립 작업을 지원하도록 설계된 혁신적이고 유연하며 웨어러블한 수퍼 숫자 로봇 팔다리를 제시합니다. 이 로봇 시스템은 휴대성을 우선시하며 엔벨로프 잡기 및 손가락 끝 잡기 기능을 모두 제공합니다. 사용자 친화적인 인간-기계 상호 작용 제어를 위해 유연한 굽힘 센서가 통합되어 있습니다. 정적 파지 실험은 두 가지 별개의 파지 모드에서 설계된 메커니즘의 파지 기능을 검증합니다. 이 연구에는 파지 기능을 확인하고 사용자 경험을 평가하기 위해 편마비 환자를 대상으로 한 실험이 포함되어 있으며, 재활 및 파지 활동 중에 만성 뇌졸중 환자를 돕는 이 로봇의 잠재력을 보여줍니다.
이 연구의 맥락에서 중요한 절차 단계는 다음과 같이 간결하게 요약할 수 있습니다: (1) 금형에 실리콘 사출 공정 중에 최적의 사출 속도를 유지하는 것이 필수적입니다. 과도하게 빠른 주입은 기포가 과도하게 증가할 수 있는 반면 지나치게 느린 주입은 실리콘의 유동성을 손상시.......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 그랜트 U1913207 산하의 중국 국립 자연 과학 재단(National Natural Science Foundation of China)과 HUST 아카데믹 프론티어 청소년 팀 프로그램(Program for HUST Academic Frontier Youth Team)의 지원을 받고 있습니다. 저자는 이러한 재단의 지원에 감사드립니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 공기 압축기 | Xinweicheng | F35L-JJ-24V | 공압 그리퍼 |
| Arduino | Emakefun | Mega 2560 | 단일 칩 마이크로컴퓨터/데이터 수집 카드 |
| 배낭 | 무진 | 외부 장치 통합 | |
| 플렉스 센서 스펙트럼 | 기호 | 플렉스 센서 2.2 | 유연한 굽힘 센서 |
| 전원 공급 장치 | Yisenneng | YSN-37019200 | 전원 공급 |
| PU 퀵 플러그 커넥터 | Elecall | PU-6 | 커넥터 튜브 |
| PU 튜브 | Baishehui | ZDmJKJJy | 공기 라인 연결 |
| 실리콘 엘라스토머 | Wacker | ELASTOSIL M4601 A / B | 공압 그리퍼의 재질 |
| 온도 조절 챔버 | Ruyi | 101-00A | 의 경화를 가속화하기위한 항온 |
| 추가 소포 | |||
| 진공 혼합 및 가스 제거 기계 | Smida | TMV-200T | 실리콘을 철저히 혼합하여 소포 |
| 밸브 | SMC | NTV1030-312CL | 공기 압력 제어 |
참고문헌
- 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.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
태그
