Manyetoreolojik Sıvı ile El Rehabilitasyon Cihazı Tasarımı ve Üretimi

El rehabilitasyonunun amacı; yaralanmış, ameliyat edilmiş ya da hastalığa maruz kalmış ellerin ve üst ekstremitelerin, geriye kalan kullanım kapasitelerini fonksiyonel olarak en yüksek düzeye getirmektir. Bu çalışma ile desteğe ihtiyacı olan, yetersiz ve zayıf kasları ihtiyacı doğrultusunda destekleyerek temel izometrik egzersiz hareketlerini gerçekleştirmek için manyetoreolojik sıvının kullanıldığı bir cihaz geliştirilmiştir. Manyetoreolojik (MR) akışkanlar maruz kaldığı manyetik alan ile kısa süre (milisaniye) içinde viskozitesi artmakta ve sıvı, bir katı madde gibi davranmaya başlamaktadır. Manyetik alan uygulanmasına son verildiğinde ise akışkan aynı hızla eski haline dönmektedir. Bu çalışmanın çıkış noktası, MR akışkanların reolojik özelliklerinin manyetik alan ile kontrol edilmesidir. Bu doğrultuda rehabilitasyon gerektiren el ve üst ekstremite vakalarında kasların güçlendirilmesini sağlayacak egzersiz hareketleri, manyetoreolojik sıvının hapsedildiği manyetik alan içerisinde gerçekleştirilebilmektedir. Manyetik alan ile MR sıvısının katılaşması veya yumuşamasıyla el ve parmak hareketleri güçlendirilerek kas gücünün ve fonksiyonel hareketinin arttırılması sağlanmaktadır. Bu çalışmada geliştirilen cihaz, içi MR sıvısı ile dolu olan ve çevresindeki sargılar ile üzerine manyetik alanın uygulandığı bir kutudan oluşmaktadır. Elektrik akımının kontrolüyle MR sıvının sertlik derecesi, hastanın gelişimine göre ayarlanabilmektedir.

Development of a Magnetorheological Glove Designed for Hand Rehabilitation

The aim of hand rehabilitation is to maximize the remaining functional capacities of the hands and upper extremities of injured, operated, or diseased people. This study proposal aims at developing a rehabilitation device, in which magneto-rheological (MR) fluid is used to realize the fundamental isometric exercise motions in order to support the inadequate and weak muscles according to required amount of reaction. The viscosity of MR fluids increase in miliseconds and the fluid act like a solid. It again returns to its initial state as the application of magnetic field is stopped. The controllability of the rheological properties of MR fluid via magnetic field forms the starting point of this study: In the cases of hand rehabilitation, exercises needed to strengthen the muscles can be realized by changing the magnitude of the magnetic field of the box in which the MR fluid is stored. Solidification and softening of the MR fluid will force the hand in the glove, which will be placed inside the box. The study aimed in this study consists of a box with coils attached around and filled with MR fluid under a certain magnetic field. By altering the electromagnetic field, it will be possible to change the hardness of the MR fluid according to the patient’s state.

___

  • Maciejasz, P., Eschweiler, J., Gerlach-Hahn, K., Jansen-Troy, A. and Leonhardt, S. (2014), “A survey on robotic devices for upper limb rehabilitation”, Journal of neuroengineering and rehabilitation, Vol. 11 No. 1, p. 3.
  • Krebs, H.I., Volpe, B.T., Williams, D., Celestino, J., Charles, S.K., Lynch, D., Hogan, N., 2007. Robot-Aided Neurorehabilitation: A Robot for Wrist Rehabilitation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 15, 327–335. doi:10.1109/TNSRE.2007.903899
  • Schoone, M., Van Os, P., Campagne, A., 2007. Robot-mediated Active Rehabilitation (ACRE) A user trial, in: Rehabilitation Robotics, 2007. ICORR 2007. IEEE 10th International Conference on. IEEE, pp. 477–481
  • Spencer, S.J., Klein, J., Minakata, K., Le, V., Bobrow, J.E., Reinkensmeyer, D.J., 2008. A low cost parallel robot and trajectory optimization method for wrist and forearm rehabilitation using the Wii, in: Biomedical Robotics and Biomechatronics, 2008. BioRob 2008. 2nd IEEE RAS & EMBS International Conference on. IEEE, pp. 869–874.
  • Takaiwa, M., Noritsugu, T., 2009. Development of wrist rehabilitation equipment using pneumatic parallel manipulator-Acquisition of PT’s motion and its execution for patient, in: Rehabilitation Robotics, 2009. ICORR 2009. IEEE International Conference on. IEEE, pp. 34–39.
  • Rosati, G., Gallina, P., Masiero, S., 2007. Design, Implementation and Clinical Tests of a Wire-Based Robot for Neurorehabilitation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 15, 560–569. doi:10.1109/TNSRE.2007.908560
  • Beer, R.F., Naujokas, C., Bachrach, B., Mayhew, D., 2008. Development and evaluation of a gravity compensated training environment for robotic rehabilitation of post-stroke reaching, in: Biomedical Robotics and Biomechatronics, 2008. BioRob 2008. 2nd IEEE RAS & EMBS International Conference on. IEEE, pp. 205–210.
  • Schiele, A. and Van der Helm, F.C.T. (2006), “Kinematic Design to Improve Ergonomics in Human Machine Interaction”, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 14 No. 4, pp. 456–469.
  • Ren, Y., Park, H.-S. and Zhang, L.Q. (2009), “Developing a whole-arm exoskeleton robot with hand opening and closing mechanism for upper limb stroke rehabilitation”, Rehabilitation Robotics, 2009. ICORR 2009. IEEE International Conference on, IEEE, pp. 761–765.
  • Perry, J.C., Rosen, J. and Burns, S. (2007), “Upper-Limb Powered Exoskeleton Design”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 12 No. 4, pp. 408–417.
  • Kröger, T. and Wahl, F.M. (Eds.). (2009), Advances in Robotics Research, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, available at: http://link.springer.com/10.1007/978 3-642-01213-6 (accessed 4 March 2015).
  • Hamid, S. and Hayek, R. (2008), “Role of electrical stimulation for rehabilitation and regeneration after spinal cord injury: an overview”, European Spine Journal, Vol. 17 No. 9, pp. 1256–1269.
  • Genç, S., 2002. Synthesis and properties of magnetorheological fluids, PhD Thesis, University of Pittsburgh, USA.
  • Jolly, M.R., Bender, J.W. and Carlson, J.D., Properties and applications of commercial magnetorheological fluids, Thomas Lord Research Center, Lord Corporation.
  • Oda, K., Isozumi, S., Ohyama, Y., Tamida, K., Kikuchi, T., Furusho, J., 2009. Development of isokinetic and isocontractile exercise machine “MEMMRB” using MR brake, in: Rehabilitation Robotics, 2009. ICORR 2009. IEEE International Conference on. IEEE, pp. 6– 11.
  • Winter, S.H., Bouzit, M., 2007. Use of Magnetorheological Fluid in a Force Feedback Glove. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 15, 2–8. doi:10.1109/TNSRE.2007.891401
  • Andres F. Restrepo-Alvarez, Edinson Franco-Mejia and Carlos R. Pinedo-Jaramillo 2012. Study and analysis of magnetic field homogeneity of square and circular Helmholtz coil pairs: A Taylor series approximation. Grupo de Investigación en Control Industrial and Grupo de Investigación en Percepción y Sistemas Inteligentes Universidad del Valle, Cali, Colombia.
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-9304
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1999
  • Yayıncı: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi