جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای اندرز)

موضوع: بررسی و بهبود عملکرد اگزو‌اسکلتون کمکی مچ‌پا با استفاده از روش‌های مبتنی بر مدل‌سازی اسکلتی_عضلانی

ارائه دهنده: محمد اندرز

استادان راهنما: دکتر مرضیه مجدراصیل

استادان مشاور:-

استادان داور: دکتر مهدی کشمیری، دکتر محمد دانش

چیکده:

یکی از حرکات معمول و در عین حال پیچیده‌ی انسان، راه رفتن است. برای ایجاد حرکت راه رفتن عضلات مختلفی درگیر هستند که در این میان عضلات پلانتر‌فلکشن‌ مچ‌پا نقش مهمی را بر عهده دارند. این عضلات بیش از 50 درصد از کل انرژی مکانیکی مثبت را در پا فراهم کرده و بیش از 60 درصد از توان مکانیکی خروجی در مرکز وزن بدن را بازنمایی می‌کنند. بنابراین، یکی از راه‌های کاهش انرژی به هنگام راه‌رفتن، استفاده از اگزواسکلتون‌های‌ کمکی عضلات پلانتارفلکسور می‌باشد. بررسی دقیق عملکرد این اگزواسکتون‌ها نیازمند تحلیل تئوری به کمک مدل‌های اسکلتی عضلانی است. در این پایان نامه، یک مدل تئوری مناسب اسکلتی_عضلانی از مچ‌پای انسان و عضلات در‌گیر در حرکت آن ارائه شده است تا به کمک آن بتوانیم به تحلیل همزمان اگزواسکلتون و بدن پرداخته‌‎، میزان اثر‌گذاری اگزواسکلتون را در بهبود راه‌رفتن بررسی نماییم. بر این اساس ابتدا یک مدل اسکلتی عضلانی یک درجه‌آزادی دو بعدی از حرکت مچ‌پا در صفحه‌ی پیشروی هنگام راه‌رفتن در نظر می‌گیریم. سپس بر اساس نتایج به دست آمده از میزان کرنش عضله‌ی سولئوس در تست آزمایشگاهی راه رفتن، به کمک مدل مرسوم هیل برای مدل‌سازی ریاضی عضله، به محاسبه‌ی گشتاور ایجاد شده توسط این عضله در راه رفتن می‌پردازیم. پس از آن با در نظر گرفتن اگزو اسکلتون فنری کمکی، به تحلیل همزمان مدل اسکلتی عضلانی و اگزواسکلتون پرداخته، میزان اثر گذاری اگزواسکلتون را در کمک به راه رفتن با محاسبه‌ی گشتاور و انرژی عضلات به هنگام استفاده از اگزواسکلتون تعیین می‌نماییم. از آنجا که در حرکت مچ پا در صفحه‌ی پیشروی سه گروه عضله  اصلی، شامل دو عضله سولئوس و گسترونومئوس برای حرکت پلانترفلکشن و یک عضله‌ی تبیالیس آنتریور برای حرکت دورسی فلکشن درگیر هستند، برای بررسی دقیق‌تر اثر اگزواسکتون نیازمند در نظر گرفتن هرسه این عضلات در مدل اسکلتی عضلانی می‌باشیم. بنابراین در ادامه با در نظر گرفتن مدل دو درجه آزادی شامل مچ پا و زانو و با در نظر گرفتن سه عضله‌ی اصلی دخیل در حرکت مچ، با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی سینماتیک مفاصل و الکترومیوگرافی عضلات در حین راه رفتن، گشتاور مورد نیاز برای راه  رفتن در مچ را محاسبه می‌نماییم. در نهایت با اضافه کردن اگزواسکلتون به مدل، اثر اگزواسکلتون را در کاهش انرژی و گشتاور عضلات مطالعه کرده و تغییر در پارامترهای اگزواسکلتون را در بهبود کمک به راه رفتن بررسی می نماییم. نتایج  این بررسی نشان می‌دهند، که استفاده از اگزواسکلتون کمکی مچ پا می‌تواند میزان گشتاور و توان مکانیکی عضلات در مفصل مچ را به ترتیب  13.3%-44%  و  11.3%-%26.3 کاهش دهد.

کلمات کليدی: راه‌رفتن، مدل اسکلتی_عضلانی، مدل هیل، اگزواسکلتون کمکی مچ پا، گشتاور مفصل