หุ่นยนต์สวมใส่แบบโครงร่างเพื่อฟื้นฟูการเดิน

Abstract

หุ่นยนต์กายภาพบำบัดแบบสวมใส่ที่ข้อเข่าเพื่อฟื้นฟูการเดินได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการรักษาผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองและโรคใกล้เคียง เพื่อลดภาระการทำงานของบุคคลากรและค่าใช้จ่ายที่ผู้ป่วยต้องแบกรับ รวมถึงยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา แต่ด้วยหุ่นยนต์ดังกล่าวในปัจจุบัน มีขนาดใหญ่ ยากต่อการพกพาและดูแล อีกทั้งยังมีราคาสูง ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อที่จะศึกษา ออกแบบ และจัดสร้าง หุ่นยนต์กายภาพบำบัดแบบสวมใส่ที่ข้อเข่า เพื่อฟื้นฟูการเดิน อันประกอบไปด้วย กลไกการส่งกำลังแบบหนึ่งข้อต่อและระบบควบคุมหุ่นยนต์อัตโนมัติ โดยมุ่งเน้นให้หุ่นยนต์มีน้ำหนักเบา สามารถพกพาได้ง่าย และมีราคาถูก โดยในขั้นตอนการออกแบบ ได้จัดทำการวิเคราะห์รูปแบบการส่งกำลัง และศึกษาสมการจลศาสตร์ของกลไก จากนั้นทำการจัดสร้างระบบกลไกส่งกำลังพัฒนาระบบควบคุม งานวิจัยนี้ได้ศึกษาและพัฒนาระบบควบคุมแบบ Impedance control ในสองรูปแบบคือ ระบบแบบออกแรงช่วยและระบบแบบออกแรงต้าน ซึ่งจะทำให้หุ่นยนต์สามารถช่วยเหลือผู้ป่วยในการฝึกฝนการเคลื่อนที่ที่มีความหลากหลาย งานวิจัยนี้ได้ทำเสนอการทดลองทั้งหมด 4 การทดลอง อันประกอบด้วย การทดลองที่ 1 การทดลองหาสภาพการขับย้อนกลับและแรงเสียดทานในระบบส่งกำลัง โดยพบว่าหุ่นยนต์ต้องการแรงขับกลับเพียง 0.457 นิวตันเมตร ซึ่งแสดงถึงความสามารถในการขับกลับที่สูงและแรงเสียดทานในระบบที่ต่ำ การทดลองที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของระบบควบคุมแบบช่วยเหลือการเคลื่อนที่ในท่านั่ง การทดลองที่ 3 ศึกษาประสิทธิภาพของระบบต้านการเคลื่อนที่ในท่านั่ง โดยในการทดลองที่ 2 และ 3 หุ่นยนต์สามารถปรับแรงช่วยและแรงต้านสูงสุดให้เหมาะสมกับแต่ละผู้ใช้งานได้ในช่วงไม่เกิน 8 นิวตันเมตร และการทดลองสุดท้าย ศึกษาประสิทธิภาพในการช่วยเหลือการเดิน โดยพบว่าหุ่นยนต์สามารถช่วยส่งกำลังได้เพียงพอที่จะพาผู้ใช้งานให้เดินไปตามเส้นทางที่บันทึกไว้ได้ และในทุกการทดลองไม่พบผลกระทบอื่นใดในการใช้งานหุ่นยนต์