كنترل و مانيتورينگ ربات فيزيوتراپ بر پايه PLC به منظور توانبخشي اندام تحتاني

Robot-Borne PLC-Based Control System Used for Lower Limbs Rehabilitation

هدف از انجام اين مقاله، كنترل و مانيتورينگ يك ربات توانبخشي با دو درجه آزادي (2-DOF) به منظور توانبخشي اندام تحتاني بيماراني است كه به‌ دلايلي نظير ضايعه نخاعي، سكته مغزي، اختلال عضلاني و يا عمل جراحي توانايي حركتي خود را از دست داده‌ و نياز به توانبخشي دارند. پس از تعيين حركات، كه شامل حركت باز و بسته كردن مفصل زانو و حركت باز و بسته كردن مفصل ران مي‌باشند، با استفاده از تحليل و شبيه‌سازي ديناميكي، عملكرد اجزاي مكانيزم مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه از كنترل كننده منطقي قابل برنامه ريزي (PLC) براي كنترل عملكرد ربات استفاده شده است. در پايان نيز عمليات مانيتورينگ ربات انجام گرفته و از صحت عملكرد برنامه كنترل كننده منطقي قابل برنامه ريزي اطمينان حاصل گرديده است. در برنامه نوشته شده براي كنترل كننده منطقي قابل برنامه ريزي، انجام تمرينات غيرفعال، كمكي و مقاومتي در نظر گرفته شده است. در تمرينات كمكي، نيروهاي مورد نياز بيمار براي انجام حركات، متناسب با نيروهاي وارد شده از طرف وي (بازخورد اطلاعات) بصورت خودكار تنظيم مي‌گردد. امكان انجام تمرينات مقاومتي نيز به‌‌گونه‌اي فراهم شده است تا بتوان اين تمرينات را بدون استفاده از وزنه و با اعمال بار منفي انجام داد. نتايج حاصل بيانگر دقت قابل توجه در انجام حركات، ايجاد شرايط بسيار ايمن براي بيمار و انعطاف پذيري بالا در برنامه نويسي، به‌گونه‌اي كه مي‌توان طيف وسيعي از تمرينات توانبخشي را انجام داد، مي‌باشد.

The purpose of this investigation is to study control and monitoring of a rehabilitation robot with two degrees of freedom (2-DOF) for rehabilitation of the lower limbs of patients with loss of ability for movement due to injury, disease, stroke or surgical operations. After determining the movements which include flexion-extension movements of the knee and hip joints, the performance of the mechanism was investigated using dynamic analysis and simulation. Then, a programmable logic controller (PLC) was employed to control the robot performance. Finally, the accuracy of PLC program was guaranteed by monitoring the robot. Passive, assistive and resistive exercises were considered in programming the controller. In assistive exercises, the forces needed by the patient to perform the movements were actually set automatically by using the feedback data provided by the patientʹs forces. In addition, to perform the resistive exercises, rather than using actual weights, negative loads were employed. The results obtained indicate considerable accuracy to perform the movements and create safe conditions for the patient. Also, high flexibility in programming provides the possibility of performing a wide range of rehabilitation exercises.