Neuro-reabilitation unit

1

БИОМЕХАТРОННЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ И

СТИМУЛЯТОРЫ.

КОНЦЕПЦИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ

1 Институт прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН, Москва, Россия 2 Институт проблем передачи информации им.А.А.Харкевича РАН

3 Институт физиологии им. И.П.Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия 4 Институт механики Болгарской Академии наук, София, Болгария

В.Е. Павловский1, А.К.Платонов1, Н.С.Сербенюк1, В.С.Ярошевский1,

В.В.Павловский1, А.П.Алисейчик1, И.А.Орлов1,

А.А.Гришин2, Ю.П.Герасименко3, Т.Р.Мошонкина3, Л.Митуцева4

“МКПУ – 2012. Конференция УТЭОСС-2012” 09-11.10.2012 Санкт-Петербург

2

СОДЕРЖАНИЕ

Постановка задачи. Решаемая проблема.

1. Тренажер-кровать для спинального тренажа.

2. Стимуляторы стопы при шагательных движениях.

Проекты РАН – БАН.

3. Анатомия и кинематика голеностопного сустава.

Тренажеры голеностопа.

4. Стимулятор ГолТрен. Концепция, архитектура,

элементы.

Заключение. План работ 2012 – 2013. Перспектива.


3

Постановка задачи. Решаемая проблема.

Главная проблема: Реабилитация произвольных движений

(медицина, спорт, космонавтика, ...)

Для этого требуется реализовать переход

от биотренажёров к биомехатронным тренажерам - к

компьютерному управлению траекториями движений

конечностей

с - афферентацией,

с - очувствлением физиологии (обратные мехатронные связи),

с - аудиовизуальной мотивацией - от пациента.


4

1. Тренажер-кровать для спинального тренажа.


5


Тренажер-кровать. Концепция.

6


Тренажер-кровать. Реализация.

7

Экзоскелетонный модуль. Концепция.


8

2. Стимуляторы стопы при шагательных движениях.

Проекты РАН – БАН.


9

Проект GaitSim. ИМЕХ БАН.

Двухкоординатная мехатронная система.


10


Двухкоординатная мехатронная система.

Для реализации требуемой имитации

шагательных нагрузок на стопу человека в

проекте GaitSim предложено использование

матрицы механических плунжерных

стимуляторов стопы человека с двумя

управляемыми степенями подвижности,

позволяющими по заданному временному закону

регулировать характер изменения величины и

пространственного расположения сил давления

на стопу.


11


Рабочие поля плунжеров для стоп разного размера.


12

Проект FootReact. ИМЕХ БАН.


13

3. Анатомия и кинематика голеностопного сустава.

Тренажеры голеностопа.


14

Модель голеностопного сустава в стопе.


15

Анатомическая структура стопы – 1.


16

Анатомическая структура стопы – 2.


17

LOKOMAT. Производитель: Hocoma, Швейцария.


18

ARTROMOT®-SP3 (для голеностопа). Ormed, Германия.


19

eLEGS. Berkeley Bionics. США, Калифорния.


20

eLEGS. Berkeley Bionics. США, Калифорния.


21

Ортез голеностопный с регулятором объёма движения HAS-301.

Производитель: ORLETT®, Германия.


22

4. Стимулятор ГолТрен.

Концепция, архитектура, элементы.


23

Стимулятор голеностопа ГолТрен на стандартном ортезе – 1.


24

Стимулятор голеностопа ГолТрен на стандартном ортезе – 2.


25

Архитектура (концепция) стимулятора голеностопа. Версия 2011.

1. Внешний компьютер.

2. Встраиваемая система управления СУ.

3. Стандартный ортез.

4. Пневмостимуляторы на пневмоприводе

и клапанах «Pneumax S.p.A.» (Италия) .

5. До 64 каналов обратной связи:

угол (углы) сгибания голеностопа,

давление в подушках стимулятора,

миоэлектроды,

электроды скиномметра (ов),

температура.

6. Эффекторы:

привод по углу,

пневмостимуляторы,

миостимуляторы,

акупунктурные стимуляторы.

1

2

3

4

5

6


26

ГолТрен. Пассивные электроды подошвы и активный электрод.


27

ГолТрен. Пневмостимулятор стопы.


28

РОБОКОН-1. Контроллер и усилитель управления двигателями.


29

ГолТрен. Привод вращения голеностопа по углу.


30

ГолТрен. Мягкая амортизирующая подвеска привода

(к решению проблемы нецилиндричности голеностопного сустава).


31

ГолТрен. Эксперименты на стенде.

Объем и скорости движений по углу регулируются программно.


32

ГолТрен. Эксперименты на стенде.


33

ГолТрен. Пневмостимуляторы стопы. Версия 2012 г.


34

Заключение. План работ 2012-2013.

1. Сборка полного стимулятора. Подключение

алгоритмов отработки шагания и стимуляции

голеностопа.

2. Сборка системы в составе тренажера-кровати.

3. Эксперименты на стимуляторе и тренажере.

4. Подготовка рекомендаций и ТЗ следующего этапа

работ.

5. Эксперименты по мини-экзоскелетону на созданной

элементной базе.

6. Эксперименты на тренажере-кровати.


35

Перспектива.


Концепция тренажера с интерфейсом «Мозг-Компьютер» (ИМК)

развитие сенсорных средств до ИМК

Health & Medicine

Neuro-reabilitation unit