Licență Alex (2) [604545]

[Year]
[Document title]
[DOCUMENT SUBTITLE]
[AUTHOR NAME]

1

Cuprins
1. INTRODUCERE ________________________________ ________________________________ _________ 2
1.1. MECATRINICA ÎN DOMENI UL MEDICAL ________________________________ ______________________ 2
1.2. EXOSCHELETUL ________________________________ ________________________________ _______ 3
1.2.1 O scurtă istorie a exoscheleților ________________________________ _______________________ 3
1.2.2 Definirea conceptului de ”exoschelet” ________________________________ __________________ 5
1.2.2 Clasificarea Exoscheleților ________________________________ ___________________________ 7
2. APARATURĂ MEDICAL Ă ȘI EXOSCHELEȚI PEN TRU REABILITARE _____________________ 11
2.1 REABILITARE MEDICALĂ ________________________________ ________________________________ 11
2.1.1 Definirea conceptului de reabilitare ________________________________ ___________________ 11
2.1.2 Clasificarea metodelor de realibitare ________________________________ __________________ 13
2.2 APARATURĂ MEDICALĂ ÎN SCOPURI RECUPERATOR II ________________________________ __________ 15
2.2.1 Orteza ________________________________ ________________________________ ___________ 15
2.2.2 Proteza ________________________________ ________________________________ __________ 16
2.2.3 Scaunul cu rotile ________________________________ ________________________________ __ 18
2.2.4 Implant cohlear ________________________________ ________________________________ ___ 20
2.2.5 Proteza retiniană ________________________________ ________________________________ __ 21
2.2.6 Alte exemple ________________________________ ________________________________ ______ 24
2.3 EXOSCHELEȚI MEDICALI PEN TRU RECUPERARE ________________________________ _______________ 26
2.3.1 Definirea exoscheleților medicali pentru reabilitare ________________________________ ______ 26
2.2.2 Exoscheleți pentru recuperarea extremităților superioare ________________________________ _ 28
2.2.3. Exoscheleți pentru recuperarea extremităților inferioare ________________________________ __ 31
2.3.4 Exoscheleți pentru rec uperare vs. Exoscheleți pentru augmentare ___________________________ 35
3.2.5 Exemple de exoscheleți pentru recuperare ________________________________ ______________ 36
3. PROIECTAREA ȘI CONST RUCȚIA UNUI EXOSCHEL ET DE RECUPERARE ________________ 38
3.1 UTILIZARE ________________________________ ________________________________ ___________ 39
3.2 SOLUȚIE CONSTRUCTIVĂ ________________________________ ________________________________ 40
3.3 PROIECTAREA SISTEMULU I DE ACȚIONARE ________________________________ __________________ 51
3.3.1 Calcul de dimensionare al motoarelor ________________________________ _________________ 54
3.3.2 Calcul de dimensionare al angrenajelor roților dințate ________________________________ ____ 65
3.4 PROIECTAREA SISTEMULU I DE COMANDĂ ________________________________ ___________________ 75

2
1. INTRODUCERE

1.1. Mecatrinica în do meniul medical
Mecatronica este tehnologia care conectează mai multe siste me împreună, cum ar fi
ingineria electrică, mecanică și de calcul , mec atronica este una dintre cele mai rapide
tehnologii din lume , renumele se datorează capacității sale de a fi utilizat ă în diferite domenii.
Domeniul medical nu este exclus din listă.
Sistemele mecatronice au avantajul de a putea lua decizii inteligente ca răspuns la ceea
ce este perceput în mediul înconjurător. Domeniul medical prezintă provocări unice pentru
dezvoltarea dispozitivelor mecatronice care pot contribui la avansarea unor opțiuni de
tratament mai eficiente ș i mai puțin invazive.
Progresele în tehnologia de sănătate au plasat tehnologia biomedicală ca un factor
major în economiile globale bazate pe cunoaștere. O intervenție reușită a asistenței medicale
depinde nu numai de capacita tea sau experiența doctorilo r, ci și de adecvarea instrumentelor
medicale și a dispozitivelor de asistență. În plus, ajutoarele tehnice și dispozitivele de
asistență pentru persoanele vârstnice sau persoanele cu dizabilități motorii grave devin o
atenție sporită pentru societatea în curs de îmbătrânire din înt reaga lume și sunt utilizate
frecvent în viața de zi cu zi. Ca urmare, mecatronica medicală devine o tehnologie importantă
în curs de dezvoltare pentru îmbunăt ățirea asistenței medicale.
Mecatronica medicală este integrarea tehn ologiilor și a cunoștințelor din diverse
domenii analiza clinică a datelor în timp real, proiectarea sistemului electric și mecanic,
dezvoltarea robotului asistiv și algoritmii de învățare profundă. Deși mecatronica medicală s -a
dovedit a fi un succes în aplicațiile de asistență medicală, există în continuare dificultăți și
provocări de depășit. De exemplu, cele mai multe dispozitive / roboți de asistență anterioare
au fost dezvoltate pentru a furniza pacienților cursuri de reabilitare în spital . Odată cu
creșterea rapidă a populației în curs de îmbătrânire, aceste dispozitive de asistență trebuie să
aibă dimensiuni mai mici, costuri de producție mai ieftine și mai multă siguranță pentru a
îndeplini cerințele de reabilitare internă. Ca urmare, co mponentele medicale mecatronice din
aceste dispozitive / roboți de asistență trebuie să fie reproiectate.
Inovații potențiale includ, dar nu se limitează la următoarele:
 Rețele noi de senzori corporali pentru evaluarea fizică (de exemplu, detectarea
tactilă, frecvența cardiacă și tensiunea arterială)
 Sisteme / roboți mecatronici de asistență medicală pentru reabilitarea internă
 Roboți de chirurgie vizuală de înaltă precizie și design flexibil

3
 Sisteme de intervenție avansate integrate de calculator
 Următoarea generație de design de interfață om -calculator pentru sisteme
mecatronice medicale (de exemplu, interfața creier -computer pentru proteză /
controlul scaunului rulant)
 Aplicații promițătoare ale sis temelor / roboților mecatronici medicali în
domeni ul asistenței medicale

1.2. Exoschelet ul
1.2.1 O scurtă istorie a exoscheleților
Dezvoltarea exos cheletului robotic a început în a doua jumătate a secolului al XX -lea.
În jurul anului 1965, General Electric (în SUA) a început să dezvolte hardimanul, un
exoschelet de dimensiuni mari, destinat să sporească puterea utilizatorului pentru a permite
ridicarea obiectelor grele. Primii exoscheleți pentru asistența de mers au fost dezvoltați la
sfârșitul anilor 1960 la Institutul Pupin Mihajlo din Serbia și la în ceputul anilor 1970 la
Universitatea din Wisconsin -Madison din SUA. Din cauza limitărilor tehnice ale timpului și a
lipsei de experiență și cunoștințe, a durat încă câteva decenii până când tehnologia a aj uns la
maturitate, iar primele mecanisme au fost pr egătite pentru piață.
Odată cu î nceputul secolului XXI, primi exosheleți și-au făcut drumul către piață și
sunt au fost accesibili unui număr din ce în ce mai mare de utilizatori. Una dintre primele
aplicații a fost pentru reabilitarea mersului în accident vascular cerebral și la pacienții răniți la
maduva spinării. Un prim exemplu este Lokostem exoskeleton de reabilitare a mersului care a
fost lansat în 2001 și este utilizat în spitale și centre de reabilitare la nivel mondial. În 2013,
compania care a fabricat Lokomat (Hocoma AG) a anunțat livrarea celui de -al 500 -lea
dispozitiv.
Dezvoltarea a continuat în primul deceniu al secolului XX I într -un număr tot mai mare
de laboratoare și companii de cercetare. Spre sfârșitul deceniului, s -au prezentat m ai multe
prototipuri de exoscheleți militari care vizează creșterea rezistenței și rezistenței utilizatorului.
Unele exemple ar fi exoscheletul Raytheon XOS, care este un exoschelet complet al corpului,
și "Human Universal Load Carrier" (HULC) fabricat de Lockheed Martin, care îi sprijină pe
utilizatori să poarte un rucsac greu.
Începând cu anul 2010 , au fost prezentați și introduși treptat pe piață exos cheleții de
asistenț ă și restaurare a mersului. Cei mai mulți dintre aceștia sunt concepuți pentru a pe rmite
utilizatorilor paraplegici să părăsească scaunul cu rotile și să meargă în poziție verticală cu
suportul dispozitivului. Dispozitivul Rewalk (Rewalk Robotics) și Exoschelet ul Indego

4
(Parker Hannifin) care se bazează pe un sistem de cercetare de la Un iversitatea Vanderbilt, ar
putea fi prezentate ca și exemple.
Din ce în ce mai multe prototipuri primesc certificare (de exemplu CE în Europa sau
FDA în SUA) pentru uz clinic și, de asemenea, pentru utilizare în afara spațiilor medicale,
ceea ce reprezin tă un pas important spre piața internă. În septembrie 2016, compania ReWalk
a anunțat cel de -al 100 -lea exoskeleton livrat pentru uz casnic.
Pe lângă aplicațiile medicale și militare, mai multe compa nii au început să dezvolte
exoscheleți pentru uz industr ial și, recent, în jurul anului 2014 -2015, au fost introduse primele
sisteme. În special pentru această aplicație, sistemele pasive (neactivate) sunt din ce în ce mai
populare, deoarece dispozitivele de acționare nu sunt necesare pentru a scuti utilizatoru l
exoschelet ului de sarcină utilă sau greutate corporală. Pentru anumite aplicații, exos cheletul
unic articulat (doar o articulație) este suficient pentru a asigura suport. Acest lucru are ca
rezultat dispozitive care sunt mai ușoare și mai ieftine decât cei acționați.
Într-un efort de a reduce în continuare constrângerile care pot fi cauzate de
dimensiunea, greutatea ș i structura rigidă a exoscheleților, conceptul de exosuits a apărut în
ultimii câțiva ani. Aceste dispozitive moi, robotice sunt în princi pal fabricate din textile și pot
fi purtate ca haine. Acestea oferă suport prin cabluri acționate care sunt integrate în textile sau
prin dispozitive de acționare moi și ușoare (de exemplu, actuatoare p neumatice speciale)
situate la nivelul articulațiilor .
Activitatea de pionierat a fost efectuată de Institutul Wyss de la Universitatea H arvard,
care a dezvoltat exosuits pentru a sprijini mersul pe jos. Astăzi, mai multe laboratoare de
cercetare din întreaga lume sunt în curs de dezvoltare exosuits. În 2017, Rewalk Robotics a
anunțat că a acordat licență tehnologiei exo suit de la Harvard și intenționează să elibereze
primul exosuit pentru pacienții cu accident vascular cerebral în 2018.
În plus față de toate eforturile de d ezvoltare, producătorii de exoscheleți au început să –
și promoveze sistemele către o audiență mai larg ă pentru a -și demonstra capacitatea și a crește
gradul de conștientizare. În 2012, Claire Lomas, care are paraplegie, a folosit un Rewalk
pentru a participa la maratonul din Londra și a trecut linia de sosire după 16 zile. În 2016, ea a
participat la un se mestrial maraton și a terminat după 5 zile. În 2014, un utilizator paralizat de
exoschelet a executat un start simbolic la Cupa Mondială din Brazilia. El a fost asistat de un
exoschelet controlat cu mintea (controlat de EEG), dezvoltat ca parte a proiectul ui Walk
Again.
În octombrie 2016, ETH Zürich din Elveția a găzduit primul cicatlon, o competiție
sportivă pentru persoanele cu dizabilități, utilizând ajutoare robotice de asistență. A fost o
cursă folosind exoschelați pe un curs de obstacole pentru per soanele cu paraplegie. La acea stă

5
demonstrație a abilităților și a tehnologiei, utilizatorii de exoschelet au trebuit să rezolve
sarcini, cum ar fi șederea pe o canapea și ridicarea în picioare din nou, plimbarea în sus și în
jos a pantelor, urcarea pe piet re (ca și cum ați trece pri ntr-un râu de munte puțin adânc).
Niciunul dintre participanți nu a reușit să rezolve toate obstacolele și celei mai rapide echipe i-
a luat mai mult de 8 minute pentru a termina traseul cu obstacole de 50 m. Următorul
eveniment a fost deja anunțat și va avea loc în 2020. Acesta va arăta progresele înregistrate de
atunci.
Această privire asupra istoriei mecanismelor arată că exoscheleții au fost în jur de ceva
timp, dar doar recent evo luțiile din domeniul exoscheleților robotici au decolat într -adevăr și
primele sisteme au devenit disponibile în afara laboratoarelor de cercetare . În timp ce astăzi
multe sisteme sunt încă limitate în performanța lor, va fi foarte interesant să vedem unde
merge tehnologia și ce oportunități vor apăre a în viitor.

1.2.2 Definirea conceptului de ”exoschelet”
Tehnologia biomecatronică s -a dezvolatat mult în ultimii 50 de ani ceea ce a dus la
utilizarea exoscheleților ca intrument de sporire a performanțelor umane, ajutând mobilitatea
și restaurarea func țiilor pierdute ale membrelor. Aceste sisteme sunt antropomorfe,
dispozitive structurale care funcționează împreună cu arhitectura naturală a corpului, asistând
mobilitatea membrelor. Exploatând design -ul biomi metic, exoscheleții pot fi purtați în
proximitatea corpului ș i transmit cupluri prin intermediul articulațiilor de revoluție si a
structu rilor membrelor. Dispozitivele oferă un potențial semnificativ în recuperarea funcțiilor
și îmbunătățirea mobilității și forței purtătorului.
Până în p rezent, scopul dezvoltării unui exoschelet pentru partea superioară a corpului
nu a fost acela de a fi utilizat de publicul general. Modele anterioare de exoscheleți s -au
realizat prin eforturi extraordinare și au avut ca rezultat soluții ce prezintă o mar e inerție a
membrelor, impovorătoare pentru purtător.
Sfera sistemelor exoscheletice este într -o evoluție și reinventare continuă, astfe l încât
este greu de conturat totul într -o singură de finiție. În general:
 Exoscheletul este un dispozitiv mobil care l ucrează în același timp cu utilizatorul. U n
opus al exoscheletului ar fi un robot autonom care execută acțiunile în locul
utilizatorului.

6
 Exoscheletul este plasat pe corpul utilizatorului si acționează ca a mplificare, întărire
sau restabilire a performanțe lor umane. Opusul acestuia ar fi o proteză mecanică, braț
sau picior, ce inlocuiește partea originală a corpului.

 Materialele folosite în constucția de exoscheleți variază de la metale dure până la fibre
de carbon sau chiar materiale moi și elastice.
 Exoscheletul poate fi alimentat și echipat cu seonzori și dispozitive de acționare sau
poate fi complet pasiv.
 Exoscheletul poate fi mobil sau fix/suspendat ( de obicei pentru reabilitare sau
teleoperare)

 Exoscheletul poate a coperi întregul co rp, doar extr emitățile inferioare/ superioa re sau
chiar un segment specific al corpului, cum ar fi glezna sau șoldul.

În concluzie, robo tica este aplicarea ingineriei î nspre înlocuirea factorului uman î n
anumite sarcini, în timp ce exoscheletul este aplicarea roboticii și a biomecanicii spre
amplificarea performanței oamenilor în îndep linirea unei game variate de sarcini .
Exoscheletul poate fi denumit și costum robotic, armură acționată , exo-cadru sau
costum exoscheletic, jachetă de putere și altele.

7
1.2.2 Clasificarea Exoscheleților
Exoscheleții pot fi împărțiți în mai multe categorii, tipuri sau clasificări bazate pe o
serie de întrebări:
1. Ce parte a corpului este asistată de sistemul exoscheletic?
 Model pentru î ntreg co rpul:
Oamenii care au suferit leziuni ale coloanei vertebrale sau boli musculare pot
beneficia de ajutorul unui exosc helet pe întreg corpul ce restabilaște
performanțele umane, ceea ce le permită să facă ceea ce mușchii și nervii lor
nu pot. Versiuni anterioare ale acestor dispozitive au aduse pe piață de Argo
Medical Technologies, denumite ReWalk, care aveau prețul de $150,000.
 Model pentru e xtremitatea superioară, mâini și torace :
Utilizarea unui dispoztiv de asistare a extremitatii superioare se poa te
concentra, atât pe leziuni ale îngheieturii sau a degetelor,cât și a coatelor sau
umerilor. O altă funcție al ascetui model de exoschelet ar putea fi creșterea
forței umane în activități de ridicare sau manipulare de corpuri grele.
 Model pentru e xtremit atrea inferioară, picioare:
Dispozitiv medical, esențial pentru persoanele paralizate sau paraplegice care
vor să rămână pe cât posibil active și să ducă o viață independentă.
Dispozitivul este un înlocuitor al scaunului cu rotile, iar, spre deosebire de
acesta, oferă o mai mare libertate de mișcare utilizatorului, care poate merge
practic, din nou, singur, pe propriile sale picioare.

2. Este acționat?
 Model acționat:
Utilizează baterii și circuite electrice pentru a alimenta senzori și motoare.
Exoscheletul acționat poate fi static sau dinamic. Modelul static necesită
folosirea continuă a actuatorilor pentru a -și menține forma, pe când cel
dinamic este mai eficient din punct de vedere energetic, deoarece nu necesită
folosirea continuă a energiei.
 Model pasiv:
Acesta nu are în componența sa nici o sursă de putere electrică și are diverse
utilizări. Exoschelet pentru redistribuirea greutății – folosesște arcuri și
mecani sme de blocare, astfel încât greutatea corpurilor este distribuită uniform
în jurul utilizatorului. Exoschelet pentru înmagazinarea energiei – acumulează

8
energie în arcurile amplasate în jurul gleznei. Acest tip de mecanism contribuie
la o îmbunătațire a eficienței mersului, ajungând până în punctul de a genera
energie folosind arcuri -dinam localizate în jurul genunchiului. Exoschelet
pentru amortizarea șocurilor – folosind arcuri acest dispozitiv a fost proiectat
pentru a absorbi șocuri ( ex: schi de mare viteză – Ski Mojo Exoskeleton) sau
pentru a reduce vibrațiile ( pilotarea bărcilor de mare viteză – Marine Mojo
Exoskeleton ). Exoschelet pentru susținere – are scopul de a menține în poziție
fixă utilizatorul, permitându -i să stea în poziție de șezut pentru o perioadă
îndelungată.
 Model pseudo -pasiv:
Exoscheletul pseudo -pasiv folosește baterii, senzori și elemente electronice,
dar nu are în componența sa motoare. Un exemplu elocvent este exoscheletul
C-Brace fabricat de firma Ottobock, care folosește electronica pentru a
controla un amortizor variabil amplasat în genunchi. Modelul C -Brace
deblochează alternativ, încetinește oscilația piciorului și blochează amorti zorul
în funcție de poziția piciorului în ciclul de mers, determinată de senzorii
integrați.
 Model hybrid:
Exoscheletul este portabil și echipat ca un model acționat, dar folosește
principiul FES ( functional electrical stimulation – stimulări electrice
funcționale) al mușchilor ca și acționare.

3. Este mobil?
 Model fix:
Dispozitivul este prins de perete sau suspendat în aer cu ajutorul unor cârlige.
Poate fi folsit ca și stație de evaluare a abilităților locomotorii.
 Model susținut:
Exoscheletul este atașat la o șină deasupra capului, de un cadru mobil sau în
unele cazuri chiar de un robot pe roți. Această configurație oferă mobilitate
portătorului în condițiile în care exoscheletul conține motoare sau baterii grele.
 Model mobil:
Mecanismul permite utilizato rului mișcări libere.

9
4. Cum este control at?
 Model controlat prin Joystick:
Acest model este exclusiv exoscheleților care furnizează 100% din mișcările
purtatorului.
 Model controlat prin butoane sau panouri de control:
Exoscheletul este pre -programat prin diferite moduri și nu necesită ca panoul
de comandă să fie instalat pe robot. Modelele anterior apărute au modul de
control fie prins de încheietura mâinii, fie integrat pe un panou sau controlat de
la distanță de un supraveghetor.
 Model controlat cu mint ea:
În acest caz utilizatorul este nevoit fie să poarte o cască de care sunt prinși
electrozi, fie prin intervenție chirurgicală prin care acești electrozi sunt
implantați în craniu . Comanda se face prin activarea diferitelor regiuni ale
creierului prin st imuli.
 Model controlat prin senzori:
Designul actual presupune un număr mare de senzori intregrați ce pot
monitoriza rotații, cupluri, înclinări, presiuni și pot chiar să recepționeze
semnale nervoase la nivelul brațelor și picioarelor.
 Model necontrolabi l:
Anumiți exoscheleți pasivi nu necesită controlarea prin butoane sau alte
metode.

5. Cum sunt construiți?
 Modele din materiale rigide:
Exoscheletul poate fi construit din diferite metale, aliaje sau chiar fibre de
carbon.
 Modele din materiale felxibile:
Construcția exosc heletului se face în principa l utilizând materiale moi.

6. Originea?
 Model homemade (DIY);
 Model constuit în laboratoare de cercetare;
 Model construit în companii comerciale (Industie):
 Model construit de guverne:

10
În momentul actual guvernul chinez fiind singurul care dezvoltă
exoscheleți.Celelalte guverne contribuie, dar sunt predispuși în a cumpara
modele deja construite.

7. În ce domenii sunt întâlniți?
 Model folosit în domeniul militar:
Sfera de utilizare în acest domeniu este variat, existând numeroase posibilități
de la evitarea supra solicitărilor fizice până la abilitatea de a căra echipamente
militare mai grele.
 Model folosit în domeniul industrial:
Exoscheleții sunt în principal pa sivi, ținta lor fiind reducerea suprasolicitării
prin suportul zonei lombare în cazul ridicării. În cazul exoscheleților activi,
până la 80% din activitatea musculară este redusă în timpul sarcinilor.
 Model folosit în cazuri de prin ajutor:
Un exemplu ar fii exoscheletele speciale din tungsten create de japonezi care
au ca scop protecția împotriva expunerii la radiații. Picioarele dispozitivului
susțin marea majoritate a greutății proprii plus a altor unelte . Semnele vitale,
ritumul inimii și temperatura c orpului, sunt monitorizate în timp real.
 Model folosit în domeniul medical:
Acesta este domenul principal în care se regăs esc majoritatea exoscheleților.
Mecanismele având diferite scopuri, îmbunătațirea calității vieții persoanelor
care au suferit anumite accidente, boli sau răni. Un alt scop ar putea fi asistența
permanentă a persoanelor vârsnice, cât și în sfera reabilitării pacienților ce au
suferit accident vascular cerebral sau accident ale coloanei vertebrale.

11
2. Aparatură medicală și exoscheleți pentru re abilitare
2.1 Reabilitare Medicală
2.1.1 Definirea conceptului de reabilitare
Reabilitarea medicală a fost în general considerată ca fiind acea parte a medicinei care
devine relevantă atunc i când metodele de prevenție nu au fost eficiente sau când există o
refac ere incompletă după o boală sau leziune. Delimitarea clară intre asistența medical ă
curativă și cea de recuperare este actual depașită, implicând multe de zavantaje și riscuri. De
aceea, în domeniul terapiei intensive, se ma nifestă azi un interes crescând pentru “aducerea”
medicinii de reabilitare în unitățil e de Terapie Intensivă, plecând de la faptul că pacientul
critic necesită perioade lungi de refacere, existând astfel posibilitatea apariției complicațiilor
cu risc funcț ional, generatoare de dizabilitate și care vor necesita îngrijiri special izate din
domeniul reabilitării medicale. Specialitatea medicală care se ocupă de dizabilitate este
Reabilitarea Medicală. Conform Organizației Mondiale a Sănătății (O MS), recuperare a
(reabilitarea) reprezintă „folosirea tuturor mijloacelor cu scopul de a reduce impactul
condițiilor generatoare de dizabilități și handi cap și de a permite persoanelor cu dizabilități să
reușească să se integreze o ptimal în societate”. Noțiunile „funcțio nare” și „participare”
reprezintă, ală turi de „factorii contextuali” – de mediu și person ali – elemente de bază în orice
proces de reabilitare medicală.
Uniunea Europeană a Medicilor Specialiști (UEMS) – secțiunea Medicină Fizică și de
Reabilitare definește Medicina
Fizică și de Reabilitare (MFR)
„ o specialitate medicală
independentă preocupată de
promovarea funcționări i fizice
și cognitive (inclusiv
comportament), a participării,
inclusiv calitatea vieții și
modi ficarea factorilor
personali și de mediu . Astfel,
ea este responsabilă de
Recomandări și Protocoale în
Anestezie, Terapie I ntensivă și
Medicină de Urgență pentru prevenirea, diagnosticarea, tratamentel or și managementul Identificarea
problemelor și
nevoilor
Corelarea între
problemă și
factorii
limitativi
Definirea
problemelor țintă
șiselectarea
măsurilor
adecvatePlanificarea,
implementarea
și coordonarea
intervențiilorEvaluarea
efectelor

12
reabilitării persoanelor cu c ondiții medicale generatoare de dizabilită ți și co -morbidități la
toate vârstele .
Tehnologia de recuperare se referă la totalitatea ins trumentelor utilizate în scopul
stimulării revenirii în plaja de valori optime a parametrilor ce definesc func țiile de relație ale
persoanei suferinde de afecț iuni cu potențial dizabilitant.
Tehnologia asistivă (tehnologiile asistive) reprezintă totalit atea dispozitivelor (de la
cele mai simple, până la cele mai complexe) utilizate în medicina de recuperare în ve derea
suplinirii funcțiilor fizice și/sau cognitive incomplete ale persoanei cu diza bilități, precum și
totalitatea procedeelor prin care sunt obținute aceste dispozitive (de l a design și tehnologia
necesară producerii lor, până la producerea lor efectivă – și un eori, și marketarea acestora). În
momentul de față, asistăm la o schimbare de co ncepție în domeniul tehnologiei asistive.
Domeniul tehnologiei de asistare se suprapune din ce în ce mai mult cu cel al tehnologiei de
recuperare. Aceste instrumente asi gură atât beneficii pentru procesul de recuperare propriu –
zis, prin posturare corectă, posibilitatea executării unor sarcini altfel i mposibile, ducând la
antrenarea funcțiilor ce se pot recupera, și stimulare a motivației participării active a
pacientului în proc esul de recuperare, precum asigură totodată și asistența necesară în cazul în
care dizabilitatea are caracter permanent și definitiv. De asemenea, un dispozitiv de
antrenament sau asistiv devine multivalent, putând fi adaptat ușor pentru a servi necesităților
reabi litării funcționale în condiții medicale diverse.
Tehnologia avansată pune la dispoziția noastră în momentul de față și multiple
aplicații medicale ale sistemelor ce îmbină cibernetica cu electronica, mecanica și ingineria,
cu alte cuvin te, aplicaț ii ale mecatronicii. Mecatronica de recuperare medicală pune la
dispoz iția beneficiarilor instrumente complexe cu funcție terapeutica și cu funcție asistivă.
Discutăm despre sisteme ce conțin polimeri electroactivi și mușchi artificiali, membre
artificiale int eligente, exoschelete cu rol de susținere și suplinire a funcțiilor senzoriale și
neuromotorii, disp ozitive de asistență cognitivă, mergând până la interfețe creier -computer,
roboți cu funcție de sti mulare a funcțiilor nervoase și locomotori i și pentru biofeedback, pe
lângă robotica impli cată în diagnostic, evaluare și monitorizare.
La conceperea unui sistem mecatronic de reabilitare trebuie să se țină seama de două
elemente:
a. Neuroplasticitatea – este un subiect major de discuție și un imp ortant obiect al
cercetării științifice din ultimii ani. Neuroplasticitatea și re generarea neuronală sunt strâns
legate de activitatea voluntară.

13
b. Feedback -ul – care este esențial pentru a crește interesul și motivația pacientului și
pentru a îmbunătăți progresul funcțional și participative al acestuia.
Un sistem de reabilitare eficient trebuie:
 Să aducă maxim de beneficii în ce privește stimularea neuroplasticității și creșterea
capacității funcționale (cu necesitatea stimulării atenției și motivației).
 Să permită individualizarea, pentru asigurarea asistării raționale și a unui feedback
sensibil.
Recuperarea în afecțiuni neurologice centrale și perif erice de patologie diversă este
principala beneficiară a tehnologiei moderne de recupe rare. Mecatronica de recuperare
neurologică se adresează pacienților cu importante limitări funcți onale datorate spasticității și
slăbiciunii musculare, lipsei de coordonare, durerii și afectării cognit ive, care sunt rezultatul
accidentelor vasculare cerebrale, paraliziei cer ebrale infantile, traumatismelor cerebrale și
vertebro -medulare, condiții importante generatoare de dizabilităț i.
2.1.2 Clasificarea metodelor de realibitare
Medicina recuperatorie folose ște diverse forme de asistare, terapie și dispozitive
pentru imbunăt ățirea funcțiilor. Tipul de reabilitare de care o persoană poate beneficia
depinde de condiția care cauzează afecta rea funcției, de regiunea corporală care este afec tată
și de severitatea afecțiunii .
Tipuri de reabilitare:
 Terapia de reabilitare cognitivă:
Implica reînvățarea sau îmbunătățirea abilităților, cum ar fi gândirea, învățarea,
memoria, planificarea și luarea deciziilor, care s -au pierdut sau au fost afectate
de leziuni cerebrale.
 Terapia ocupațională:
Ajută o persoană să își îndeplinească sarcinile de zi cu zi și activitățile în casă,
la locul de muncă și în comunitate.
 Terap ia prin medicație
Implică utilizarea de medicamente pentru îmbunătățirea sau restabilirea
funcțiilor fizice sau mentale.
 Fizio -terapia :
Implică activ ități și exerciții pentru a îmbunătăți mișcările, senzațiile, forța și
echilibrul organismului.
 Terapia de reabilitare asistată tehnologic:

14
Se referă la unelte, echipamente și produse care ajută persoanele cu dizabilități
să se miște și să funcțion eze. Ace astă tehnologie include orteze, proteze,
scaune cu rotile, dispozitive augmentate, implanturi auditive, proteze retineane
și roboți de reabilitare.
 Terapia recreațională:
Ajută la îmbunătățirea simptomelor și a bunăstării sociale și emoționale prin
arte și meserii, jocuri, de formare de relaxare, și terapie asistată de animale.
 Terapia tulburărilor de limbaj:
Urmărește să îmbunătățească înghițirea și mișcarea gurii și a limbii, precum și
dificultățile legate de voce, limbă și vorbire.
 Terapia prin operație:
Include proceduri pentru a corecta un membru aliniat greșit sau pentru a
elibera un mușchi constrâns, grefele de piele pentru arsuri, inserția de cipuri în
creier pentru a ajuta la mișcarea membrelor sau a protezelor și plasarea plăcilor
de craniu sau a bolțurilor osoase.
 Terapie prin muzică și artă :
Este folosită în mod special pentru a ajuta oamenii să -și exprime emoțiile,
dezvoltarea cognitivă sau să contribuie la dezvoltarea conexiunii sociale .

Aceste servicii sunt furnizate de u n număr de diferiți specialiști î n domeniul sănătății :
 Fizioterapeuți;
 Terapeuți ocupaționali;
 Terapeuți de recuperare cognitivă;
 Tehnologi de recuperare;
 Audiologi;
 Ortopezi/ chirurgi;
 Neurologi;
 Psihiatrii/ psihologi:
 Ingineri de biomedicină;
 Ingineri de reabilitare.

15
2.2 Aparatură medicală în scopuri recuperatorii
Tehnologia de reabilitare și asistență se referă la unelte, echipamente sau produse care
pot ajuta o persoană cu dizabilități să funcționeze cu succes la școală, la domiciliu, la serviciu
și în comunitate. Dizab ilitățile sunt tulburări, boli, condiții de sănătate sau leziuni care
afectează bunăstarea fizică, intelectuală sau mentală a unui individ. Tehnicile de reabilitare și
asistență pot ajuta persoanele cu dizabilități să funcționeze mai ușor în viața lor de zi cu zi .
Termenul "tehnologie de reabilitare" este folosit uneori pentru a face refere la modurile de
asistență folosite pentru a ajuta oamenii să -și recupereze funcțiile după rănire sau boală.
Tehnologiile de asistență pot fi la fel de simple ca o lupă pentru a îmbunătăți percepți a vizuală
sau la fel de complexe ca un sistem de comunicații computerizat.
Unele dintre aceste tehnologii sunt posibile prin cercetarea ingineriei reabilitării , care
este aplicarea pr incipiilor ingineriei și științei pentru a studia modul în care persoanele cu
dizabilități funcționează în societate. Aceste tehnologii includ studie rea barierelor în calea
funcționării optime și a s oluțiilor de proiectare, astfel încât persoanele cu dizabilități să poată
interacționa cu succes în mediile lor.
2.2.1 Ortez a
Orteza (plural: orteze) este un dispozitiv aplicat extern pentru modificarea
caracteristicilor structurale si functionale ale sis temului neuromuscular si scheletic. Ortopdeul
este medicul primar care răspunde de prescrierea, fabricarea și gestionarea ortezelor. Orteza
poate fii folosită:
o Controlează, ghidează, limitează și/sau imobilizează o articulație sau un segment din
corp pentru un anumit motiv ;
o Restricționează mișcarea într -o anumită drecție;
o Asistă mișcarea;
o Reduce forțele de susținere a greutății pentru un anumit scop ;
o Ajută la reabilitarea în cazul fracturilor după îndepărtarea atelelor;
o Corectează forma și/sau funcț ia corpului, pentru a oferi o mai bună capacitate de
mișcare sau pentru a reduce durerea .
Ortezele sunt combinația cunoștinț elor de anatomie și fiziologie, patofiziologie,
biomecanică și inginerie. Pacienții care beneficiază de o orteză pot avea o afecțiune c um ar fi
spina bifida sau paralizie cerebrală sau au suferit o leziune a măduvei spinării sau un accident
vascular cerebral. La fel, ortezele sunt uneori folosite profilactic sau pentru a optimiza
performanța în sport.

16

Ortezele sunt fabricate din diferite tipuri de materiale, inclusiv termoplastice, fibre d e
carbon, metale, elastice, țesături sau o combinație de materiale similare. Unele modele pot fi
achiziționate de la un distribuitor local; altele sunt mai specifice și necesită o rețetă de la un
medic, c are se va potrivi cu orteza în funcție de cerințele pacientului. Suporturile de tip "over –
the-counter" sunt de bază și sunt disponibile în mai multe dimensiun i. Ele sunt în general
glisate sau legate cu Velcro și sunt ținute strâns la locul lor. Unul dintr e scopurile acestor
bretele este protecția împotriva rănilor.

În conformitate cu terminologia standard internațional, ortezele sunt clasificate printr –
un acronim care descrie articulațiile anatomice pe care le conțin. De exemplu , o orteză a
gleznei picio rului ("OGP ") este aplicată piciorului și gleznei, o orteză toracolumbosacrală
("TLS ") afectează regiunile toracice, lombare și sacrale ale coloanei vertebrale.

2.2.2 Protez a
În medicină, o proteză (plural: proteze) este un dispozitiv artificial care înlocuiește o
parte lipsă a corpului, care poate fi pierdută prin traume, boli sau condiții congenitale.
Protezele sunt destinate restabilirii funcț iilor normale ale părților lipsă din corp. Reabilitarea
amputatului protetic este coordonată în princi pal de un protezist și de o echipă
interdisciplinară a profesioniștilor din domeniul sănătății, inclusiv psihiatrii, chirurgii,
terapeuții fizici și terapeuții ocupaționali. Protezele sunt create de obicei prin CAD (Computer
Aided Design), o interfață soft ware care ajută creatorii să vizual izeze crearea într -o formă 3D,
dar ele pot fi, de asemenea, proiectate manual.

17
Protezele sunt fabricate din materiale ușoare pentru o mai bună comoditate a
amputatului. Unele dintre aceste materiale sunt plastice (polietilenă, polipropilenă, acril,
poliuretan), lemn, cauciuc, metale ușoare (titan, aluminiu) și materiale compozite (fibre de
carbon).
Proteza unei persoane trebuie proiectată și asamblată în funcție de aspectul și nevoile
funcționale ale per soanei. De exemplu, o persoană poate avea nevoie de o proteză
transradială, dar trebuie să aleagă între un dispozitiv funcțional estetic, un dispozitiv
mioelectric, un dispozitiv acționat de corp sau un dispozitiv specific activității. Protezele
craniofaci ale includ proteze intra -orale și extra -orale. Protezele extra -orale sunt în continuare
divizate în hemifacial, auricular (ureche), nazal, orbital și ocular. Protezele intra -orale includ
prote ze dentare, cum ar fi obturatoarele și implanturile dentare. Protezele de pe gât includ
înlocuitori de laringe, trahee și înlocuiri esofagiene superioare, protezele Somato ale torsului
inclu d proteze de sân care pot fi simple sau bilaterale, dispozitive complete ale sânilor sau
proteze de mamelon. Protezele pentru memb re includ proteze de extremitate superioară și
inferioară.
Protezele pentru extremități superioare sunt utilizate la niveluri diferite de amputare:
disarticularea umărului, proteza transhumerală, disarticularea cotului, proteza transradială,
disarticular ea încheieturii mâinii, îmtreaga mână , mâna
parțială, degetul, degetul parțial. O proteză transradială
este un membru artificial care înlocuiește un braț care
lipsește de la cot în jos. Protezele membrelor superioare
pot fi clasificate în trei categorii principale: dispozitive
pasive, dispozitive acționate, dispozitive extern acționate
(mioelectrice). Aparatele pasive pot fi fie mâini pasive,
folosite în principal pentru scopuri cosmetice , fie instrumente pasive, utilizate în principal
pentru activități specifice . Un dispozitiv pasiv poate fi static, ceea ce înseamnă că dispoziti vul
nu are componente mobile și nu poate fi ajustat, ceea ce înseamnă că acesta trebuie
reconfigurat. Protezele acționate prin cabluri sau funii funcționează prin atașarea unui ham și
a unui cablu în jurul umăr ului opus brațului afectat. A treia categorie de dispozitive protetice
disponibile sunt brațele mioelectrice. Acestea funcționează prin simularea, prin interm ediul
electrozilor, atunci când mușchii din brațul superior se mișcă, cauzând deschiderea sau
închiderea unei mâini artificiale.

18
Protezele extremități lor inferioare oferă înlocuiri la niveluri diferite de amputare.
Acestea includ disarticularea soldului, proteza
transfemorală, disarticularea genunchiului, proteza
transtibiană, întreg piciorul, piciorul parțial și degetul de
la picior. Cele două subcategorii principale ale
dispozitivelor protetice pentru extremitățile inferioare
sunt trans -tibiale (orice a mputare transectează osul tibiei
sau o anomalie congenitală care are ca rezultat o
deficiență tibiană) și transfemorală (orice amputare
transvesând osul femural sau o anomalie congenitală care
duce la o deficiență femurală ).
2.2.3 Scaunul cu rotile
Un sc aun cu rotile, adesea abreviat la doar "scaun", este un scaun cu roți, utilizat
atunci când mersul pe jos este dificil sau imposibil din cauza bolii, rănirii sau invalidității.
Scaunele cu rotile vin într -o gamă largă de formate pentru a răspunde nevoilor specifice ale
utilizatorilor lor . Acestea pot include adaptări specializate pentru scaune, controale
personalizate și pot fi specifice anumitor activități, cum ar fi scaunele cu rotile sport și
scaunele cu rotile pe ntru plajă. Distincția cea mai larg recunoscută se află între scaunele cu
rotile acționate electric , unde propulsia este asigurată de baterii și motoare electrice și de
scaunele cu rotile acționate manual, unde forța propulsivă este asigur ată fie de către
utilizatorul / ocupantul scaunului ru lant prin împingerea manuală a acestuia sau de către un
însoțitor care împinge din spate .
Există o mare varietate de tipuri de scaune cu rotile, care diferă prin metoda de
propulsie, mecanismele de control și tehnologia utilizată. Unele scaune cu rotile s unt destinate
utilizării generale de zi cu zi, altele pentru activități unice sau pentru a răspunde nevoilor
specifice de acces. Inovația în cadrul industriei de scaune rulante este relativ comună, însă
multe inovații sunt date uitării , fie din cauza supra -specializării, fie din cauza lipsei de a intra
pe piață la un preț accesibil.
Un scaun cu rotile acționat manual , încorpo rează un cadru, un scaunc și patru roț i: de
obicei cele două roți din față fiind mici, iar cele din spate mari. Scaunele cu rotile ma nuale de
zi cu zi vin în două varietăți majore, pliabile sau rigide. Scaunele pliabile sunt, în general,
modele de tip low -end, ale căror avantaj predominant este că pot fi îndoite, în general prin
aducerea celor două laturi împreună . Scaunele rulante rigi de, care sunt din ce în ce mai
preferate de utilizatorii cu normă întreagă și activi, au îmbinări permanente sudate și mai
puține părți în mișcare.

19
Un scaun cu rotile mobiliza de un însoțitor este, în general, similar cu un scaun cu
rotile auto -propulsat, dar cu roți de diametru mic, atât în față, cât și în spate. Scaunul este
manevrat și controlat de o persoan ă care stă în spate și împinge d e mânerul încorporat în
cadru. Aceste scaune sunt comune în instituții și ca scaune de împrumut în spații mari publice.
Acestea sunt, de obicei, construite din oțel, deoarece greutatea redusă este mai puțin
importantă atunci când utilizatorul nu are obligația de a se autopropulsa.
Un scaun cu rotile electric este un scaun cu rotile care încorporează în plus bateri i și
motoare electrice în cadru și care este controlat fie de către utilizator, fie de un operator, cel
mai frecvent prin intermediul unui joystick mic montat pe cotieră sau pe partea superioară a
ramei.
Scuterele de mobilitate împărtășesc unele caracter istici cu scaunele cu rotile electrice ,
dar abordează în primul rând un segment de piață diferit, persoanele cu o capacitate limitată
de a merge, dar care altfel nu s -ar considera invalide. Scuterele cu mobilitate mai mică sunt în
mod obișnuit cu trei roți , cu o bază pe care este montat un scaun și cu un mâner de control în
față. Scuterele mai m ari sunt frecvent cu patru roți și cu un loc mult mai substanțial.
Scaunele a cționarea cu un singur braț permite unui utilizator să propulseze un scaun
cu rotile ma nual utilizând doar un singur braț.
Scaunele cu rotile înclinate au suprafețe de așezare care pot fi înclinate în diferite
unghiuri. Conceptul original a fost dezvoltat de un ortodist, Hugh Barclay, care a lucrat cu
copiii cu dizabilități și a observat că deformările posturale, cum ar fi scolioza, ar putea fi
susținute sau parțial corectate permițând utilizatorului scaunului să se relaxeze într -o poziție
înclinată. Caracteristica este, de asemenea, de valoare pentru utilizatorii care nu sunt în
măsură să s tea în poziție ve rticală pentru perioade lungi din cauza durerii sau din alte motive.
Un scaun cu rotile vertical este unul care susține utilizatorul într -o poziție aproape în
picioare. Beneficiile unui astfel de dispozitiv includ, dar nu se limitează la: ajutorarea
independenței și productivității, creșterea stimei de sine și a bunăstării psihologice, creșterea
stării sociale, extinderea accesului, diminuarea presiunii, reducerea leziunilor de pre siune,
respirație, flexibilitate îmbunătățită, ajutor în me nținerea densității minerale osoase,
îmbunătățirea mișcării pasive, reducerea tonusului muscular și spasticității anormale și
deformări scheletice.
O gamă de sporturi cu handicap au fost dezvoltate pentru sportivi cu handicap,
inclusiv baschet, rugby, ten is, curse și dans. Scaunele cu rotile folosite pentru sport au evoluat
pentru a se potrivi n evoilor specifice acestui sport. De obicei, acestea nu sunt pliabile (pentru
a spori rigiditatea), cu o curbură pronunțată a roților (care asigură stabilitate și sunt utile

20
pentru efectuarea unor viraje ascuțite) și sunt adesea realizate din materiale compozite și
ușoare.
Suporturile pentru scaune cu rotile sunt o variantă a tărgilor cu roți care pot găzdui un
pacient în șez ut sau pot fi ajustate pentru a ajuta la transferul lateral (sau în sus) unui pacient
de la un pat la scaun . După transferare, întinzătorul poate fi ajustat pentru a permite
pacientului să -și asume o poziție de ședere.
Scaunele cu rotile pentru toate tip urile de teren pot permite utilizatorilor să acceseze
un teren complet inaccesibil pentru un utilizator de scaun cu rotile. Au fost dezvoltate două
formate diferite. Unul hibridizează tehnologia pentru scaune cu rotile și biciclete de munte, în
general avâ nd forma unui cadru în care este așezat utilizatorul și cu patru roți de biciclete
montane la colțuri. În general, nu există jante și propulsia / frânarea este prin împingerea
directă pe anvelope.
Un scaun cu rotile inteligent este orice scaun electric ca re utilizează un sistem de
control pentru a mări sau a înlocui controlul utilizatorului. Scopul său este de a reduce sau a
elimina sarcina utilizatorului de a conduce un scaun electric. De obicei, un scaun rulant
inteligent este controlat prin intermediul unui computer, are o suită de senzori și aplică tehnici
în robotica mobilă, dar acest lucru nu este necesar. Interfața poate consta dintr -un joystick
convențional pentru scaune cu roti le sau un afișaj sensibil la atingere. Aceasta diferă de un
scaun electr ic convențional, în care utilizatorul exercită controlul manual asupra vitezei și
direcției fără intervenția sistemului de control al scaunului rulant.

2.2.4 Implant cohlear
Un implant cohlear este un d ispozitiv medical care înlocuiește funcț ia urechii interne
afectate. Spre deosebire de protezele auditive, care fac sunetul mai pute rnic, implantul cohlear
lucrează în locul părți i afectate a urechii interne (cohlee) pentru a oferi semnale sonore că tre
creier.
Implanturile cohleare pot ajuta persoanele ca re:
o au o pierdere moderată până la profundă a auzului î n ambele urechi.
o obțin rezultate nesatisfăcă toare sau nu au rezultate cu protezele auditive.
o înregistrează valori de 50% sau mai puțin la testele de recunoaștere a propoziț iilor cu
urechea pentru implant.
o inregistrează valori de 60% sau mai puțin la urechea fără implant sau la ambele urechi
cu proteze auditive.

21

Implant cohlear Multe persoane suferă de pie dere a auzului pentru că au afe ctați cilii din urechea
internă sau cohleea. Un procesor de sunet, purtat retr oauricular sau pe corp, captează sunetele
și le transformă î n cod digital. Procesorul de sunet are o baterie ca re alimentează î ntregul
sistem. Procesorul de sunet transmite sunetul codat di gital prin emiță tor la implant. Implantul
convertește sunetul codat d igital în impulsuri electrice ș i le trimite prin fila mentul electrod,
care este poziț ionat in coh lee (urechea internă ). Electrozii implantului stimulează nervul
auditiv al cohleei, care trimite impulsurile la creier, unde sunt interpretate drept sunet.
Beneficiile implantului cohlear:
o Auzul îmbunătățit față de proteza auditivă;
o Studiile au arătat o medie de 80% de înțelegere a propozițiilor, în comparație cu 10%
în cazul protezelor auditive ;
o Concentrarea auzul ț n mediile zgomotoase ;
o Conversarea și conștientizarea mai ușoară în spațiile aglomerate ;
o Reconectarea cu sunetele pierdute ;
o Sentimenul de siguranță.

Care sunt factori ce pot influența aceste beneficii?
o Vârsta la care au avut pierderea auzul ui;
o Cât de gravă este pierderea auzului ;
o Starea cohleei;
o Alte condiț ii medicale ;
o Exerciț iul prin folosir ea sistemului cu implant cohlear.
2.2.5 Proteza retiniană
Protezele retiniane pentru restabilirea vederii la pacienții orbiți prin degenerarea
retiniană sunt dezvoltate de o serie de companii private și instituții de cercetare din întreaga
lume. Sistemul este menit să res tabilească parțial vederea persoanelor care și -au pierdut
fotoreceptorii din cauza bolilor retiniene, cum ar fi retinita pigmen tară (RP) sau
degenerescenț a maculară legată de vârstă (DMLV ). Trei tipuri de implanturi retiniene sunt în
prezent în studii clinice: epiretinal (pe retină), subretinal (în spatele retinei) și suprachoroidale
(între coroid și sclera). Implanturile retinale introduc informații vizuale în retină prin
stimularea electrică a neuronilor retinieni supraviețuitori. Până în prezent, percepțiile
provocate au avut rezoluție destul de scăzută și pot fi potrivi te pentru percepția luminii și
recunoașterea obiectelor sim ple.

22
Candidații optim i pentru implanturile retiniene au boli retiniene, cum ar fi retinita
pigmentară sau degenerarea maculară legată de vârstă. Aceste boli provoacă orbire prin
afectarea celulelor fotoreceptoare din stratul exterior al retinei, lăsând i ntacte straturile retinei
interne și mijlocii. Un pacient trebuie să aibă un strat de celule ganglionice intacte pentru a fi
un candidat potrivit pentru un implant retinian. Acest lucru poate fi evaluat neinvaziv
utilizând imagistica de to mografie cu coere nță optică. Alți factori, inclusiv cantitatea de
viziune reziduală, sănătatea generală și angajamentul familiei față de reabilitare, sunt de
asemenea luate în considerare la determinarea candidaților pentru implanturi retiniene. La
subiecții cu degeneresce nță maculară legată de vârstă, care pot avea o viziune periferică
intactă, implanturile retinale pot avea ca rezultat o formă hibridă de viziune. În acest caz,
implantul ar completa viziunea periferică rămasă cu informații despre viziunea centrală.
Există două tipuri principale de implanturi retiniene care se diferențează prin plasare.
Implanturile epiretinale sunt plasate pe suprafața internă a retinei, în timp ce implanturile
subretinale sunt plasate între stratul retinal exterior și epiteliul pigmentar retinian.
Implanturile epiretinale sunt plasate deasupra suprafeței retinei, deasupra stratului de
fibre nervoase, stimulând direct celulele ganglionare și ocolind toate celelalte straturi
retiniene. Gama de electrozi este stabilizată pe retină utilizând micro -panglici care pătrund în
sclera. De obicei, came ra video externă pe ochelari captează imagini și transmite informații
video prelucrate către electrozii stimulatori prin telemetrie wireless . Un transmițător extern
este, de asemenea, necesar pentru a furniza energie implantului prin bob ine de inducție radio
sau lasere cu infraroșu. Procesarea imaginilor în timp real implică reducerea rezoluției,
sporirea contrastului, detectarea marginilor imaginii și transformarea acesteia într -un model
spatio -temporal de stimulare furnizat la matricea de electrozi de pe retină. Un avantaj ar fii
faptul că i mplanturile epiretinal e stimulează direct celulele ganglionare ale retinei, eliminând
astfel toate celelalte straturi ale retinei. Prin urmare, în pri ncipiu, implanturile epiretinale ar
putea oferi pe rcepție vizuală indivizilor, chiar dacă toate celelalte straturi retiniene au fost
deteriorate. Dar aceastră tehnică are și un dezavantaj d eoarece stratul de fibre nervoase are un
prag de stimulare similar celui al celulelor ganglionare retiniene, axonii c are trec sub
electrozii epiretinieni sunt stimulați, creând percepții arcuite, distrugând astfel harta
retinotopică.
Implanturile subretinale stau pe suprafața exterioară a retinei, între stratul fotoreceptor
și epiteliul pigmentar retinian, stimulând în mod direct celulele retiniene și bazându -se pe
prelucrarea normală a straturilor retiniene interioare și medii. Aderarea unui implant
subretinal la locul său este relativ simplă, deoarece implantul este constrâns mecanic de
distanța minimă dintre retina ex terioară și epiteliul pigmentar retinian. Un implant subretinal

23

Proteză Retiniană constă intr-o plache tă de silicon care conține f otodiode sensibile la lumină, care generează
semnale direct de la lumina care intră. Lumina incidentă care trece prin retină generează
curenți î n fotodiode , care injectează direct curentul rezultat în celulele retinale subiacente,
prin intermediul unor rețele de microelectrozi. Modelul f otodiodelor activate de lumina
incidentă stimulează, prin urmare, un model de celule bipolare, orizontale, amacr ine și
ganglionare, ceea ce duce la o percepție vizuală reprezentativă a imaginii incidente originale.
În principiu, implanturile subretinale nu necesită nici un echipament extern dincolo d e
matricea implantate de f otodiode. Cu toate acestea, unele implant uri subretinale necesită
energie de la circuitele externe pentru a spori semnalul de imagine. Un implant subretinal este
avantajos în raport cu implantul epiretinal datorită designului său mai simplu. Achiziția,
prelucrarea și stimularea luminii su nt reali zate cu ajutorul f otodiodelor montate pe un singur
cip, spre deosebire de camera externă, cipul de procesare și matricea electrodului implantată
asociată cu un implant epiretinal. Principalul dezavantaj al implanturilor subretinale este lipsa
unei lumini i ncidente su ficiente pentru a permite f otodiodelor să genereze curent adecvat.
Astfel, implanturile subretinale includ adesea o sursă de energie externă pentru a amplifica
efectul luminii incidente.
Rapoartele clinice până în prezent au demonstrat un succe s mixt, toți pacienții
raportând cel puțin o senzație de lumină din electrozii și o proporție mai mică obținând o
funcție vizuală mai detaliată, cum ar fi identificarea modelelor de zone luminoase și
întunecate. Rapoartele clinice indică faptul că și cu o rezoluție scăzută, implanturile retinale
sunt potențial utile în furnizarea unei viziuni brute asupra persoanelor care altfel nu ar avea
nici o senzație vizuală.

24
2.2.6 Alte exemple
Realitatea virtuală (VR) a apărut ca o nouă abordare a tratamentului în cadrul unui
accident vascular cerebral de reabilitare în ultimii zece ani. Prin simularea activităților din
viața reală, pacienții cu accident vascular cerebral sunt capabili să lucreze la abilitățile de
auto-îngrijire într -un mediu care, de obicei, este imposibil de creat într-un spital .
Există două tipuri principale de tehnologie VR:
 Imersiv :
În tehnologia VR imersiv, mediul virtual este livrat de echipamentele purtate de
utilizator (cum ar fi ochelarii de protecție) sau persoana este situată într -un mediu
virtual. Acest sistem complet imersiv oferă utilizatorului un sentiment puternic de
prezență prin folosirea afișajelor montate pe cap, a mănușilor speciale și a unui
ecran mare, concav .

 Non-imersiv:
Tehno ligia VR non -imersiv este, de obicei, bidimensional și este livrat pe ecranul
unui computer. Utilizatorul poate controla ce se întâmplă pe ecran utilizând un
dispozitiv, cum ar fi un joystick, mouse sau senzor.
După un accident vascular cerebral , sarcinile orientate spre reabilitarea membrelor
superioare și inferioare pot ajuta creierul să "se reprogrameze" și să formeze noi conexiuni
neuronale. Aceste noi conexiuni stimulează recuperarea deprinderilor motorii la pacienț ii care
urmează accident vascular cerebral. Deci tehnologia VR poate fi utilă pentru a mări reabilitarea
membrelor superioare și inferioare la pacienții care suferă de accident vascular cerebral și alte
leziuni neurologice.

Modelarea ș i simulările musculoscheletice, a ceste simulări pe calculator ale corpului
uman pot identifica problemele mecanice care stau la baza unei persoane cu dizabilități legate
Reabilitare prin tehnologie VR

25
de mișcare. Acest lucru poate ajuta la proiectarea unor ajutoare de asistență mai bune sau a
unor t erapii fizice.
Stimulare a magnetică transcranian ă trimite impulsuri magnetice prin craniu pentru a
stimula creierul. Acest sistem poate ajuta persoanele care au avut un accident vascular
cerebral să își recupereze circulația și funcția creierului.

Stimulare a electrică transcraniană , un cur ent electric călătorește prin craniu și
stimulează creierul pacienților care se recuperează de la un accident v ascular cerebral. Acest
proces îi poate ajuta să își recuperaze mișcarea.
Analiza mișcării captează video mișcare a umană cu un program specializat care
analizează mișcarea în detaliu. Tehnologia oferă furnizorilor de îngrijiri medicale o imagine
detaliată a pro blemelor specifice ale mișcării unei persoane c are să fie utilizate ca un ghid
pentru o terapie adecvată.
Robotica , roboți speciali care ajută oamenii să î și recuper eze funcția în brațe sau
picioare după un accident vascular cerebral.

TMS – Simularea magnetică transcraniană

26
2.3 Exoscheleți medicali pentru recuperare
Una dintre cele mai importante aspecte ale ingineriei medicale moderne este
dezvoltarea unui exoschelet mecanic care va spo ri capacitățile oamenilor. Exoscheleți i sunt
definiți ca dispozitive mecanice purtate de un operator și care lucrează împreună cu mișcările
operatorului . Aceste mecanisme pot oferi o gamă largă de beneficii pentru persoanele care au
acces la ele. Dacă se continuă această cercetare, nu numai că această tehnologie va fi
disponibilă pentru a îmbunătăți viața persoanelor cu dizabilități, va îmbunătăți și domeniul
medical prin prefecționarea tehnicilor de reabilitare și va cond uce la inovații ulterioare în mai
multe alte domenii.

2.3.1 Definirea exoscheleților medicali pentru reabilitare
Una dintre principalele aplicații ar fi de natură medicală – îmbunătățirea calității vieții
persoanelor care au pierdut, de exemplu, utilizarea pic ioarelor , prin furnizarea de tehnologii
de asistență pentru a per mite mersul pe jos sau restabilirea altor controale motorii pierdute din
cauza anumitor boli sau răniri accidentale .
Exoschetele medicale sunt concepute pentru a ajuta articulația / mișcarea membrului
unui pacient într -o anumită manieră în care funcționalitatea este limitată sau pierdută în ceea
ce privește mobilitatea și forța. ExoschelețiMedicaliPentru paraplegici
Pentru reabilitare
Pentru invalizi
Pentru comensare
Non-medicaliPentru militari
Pentru sarcini
industiale
Pentru vârstnici
Pentru uz general

27
Reabilitarea este necesară pentru persoanele cu tulburări de mers, care pot rezulta
dintr -o varietate de afecțiuni medicale, cum ar fi leziuni în sistemul nervos central, accidente
cerebrovasculare, paralizie cerebrală și așa mai departe. Aceste tulburări de mers obligă
persoanele să depindă de scaunele cu rotile ca singura modalitate viabilă de a efectua mișcări
stabile de călătorie pentru a desfășura activități cotidiene de viață.
Un alt domeniu de aplicare ar putea fi îngrijirea medicală, asistența medicală în
special. Confrunta ți cu lipsa iminentă a profesioniștilor din domeniul medical și cu numarul
tot mai mare de î ngrijire a bătrânilor, mai multe echipe de ingi neri japonezi au dezvoltat
exoscheleți concepute pentru a ajuta asistentele să ridice și să transporte pacienți.
Exosheleți i pot fi de asemenea aplicați în domeniul reabilitării pacienților cu accident
vascular cerebral sau a leziunilor măduvei spinării. As ceștia se mai numesc uneori și roboți de
reabilitare. Un exoschelet ar putea reduce numărul de terapeuți necesari, permițând
pacient ului să fie instruit de un terapeut . De asemenea, formarea ar fi mai uniformă, mai ușor
de analizat retrospectiv și poate fi personalizată în mod specific pentru fiecare pacient.
Reabilitar ea exoscheleților poate fi configurată astfel înc ât să ofere o cantitate minimă
de asistență . În acest fel, ele pot maximiza eforturile pacientului pe cale electronică atunci
când este posibil și astfel oferă o sesiune de terapie mai riguroasă și mai precisă. Ekso Bionics
din Richmond California a dezvol tat modelul Ekso GT, care încorporează această abilitate:
"Software -ul SmartAssist permite terapeuților fizici să modifice suportul dispozitivului pentru
fiecare picior independent – de la puterea maximă la mersul liber – și astfel să răspundă
nevo ilor spe cifice ale pacienților. Această capacitate permite Ekso GT să reabiliteze o gamă
mai largă de pacienți, de la cei prea slabi pentru a merge la cei aproape independenți ". Ecso
GT este, de asemenea, primul exoschelet care urmează să fie aprobat de FDA pentr u pacienții
cu accident vascular cerebral.
Centrul German de Cercetare pentru Inteligenta Artificiala a dezvoltat doua
exoskeletone CAPIO si VI -Bot cu scop general. De asemenea, au considerat sensibilitatile
fortei umane in fazele de proiectare si operare . Teleoperarea și amplificarea puterii au fost
considerate a fi primele aplicații, însă după progresele tehnologice recente, se spune că
lărgim ea gamei de domenii de aplicare s -a extins. Creșterea recunoașterii de către comunitatea
științifică înseamnă că această tehnologie este acum utilizată în telemanipularea, amplificarea
omului, cercetarea și reabilitarea controlului neuromotor și pentru a asista funcția locomotorie
afectat ă.
Domeni ul medical este o altă zonă principală pentru tehnologia exoscheletului, unde
poate fi folosită pentru o precizie sporită în timpul intervențiilor chirurgicale sau ca asistență
pentru a permite asistenților medicali să transfere pacienți grei.

28
O modali tate de a diferenția exoscheleții medicali este prin regiun ea pe care o vizează,
fie extremitatea superioară, fie cea inferior ă. Exoscheletul pentru părțile inferiare au scopul
de a îmbunătăți mersul pe jos sau de a ajuta la articulațiile individuale (cum ar f i un
genunchi ). Exoscheletul medical al extremității superiore se concentrează pe braț (umăr, cot)
sau pe mâini (degete, încheietura mâinii), întărirea sau augmentarea.
2.2.2 Exoscheleți pentru recuperarea extremităților superioare
Din punct de vedere structural, membrul superior este alcătuit din două porțiuni:
centura membrului și membrul liber. Rolul centurii este de a face legătura dintre trunchi și
membrul liber. Trei segmente principale formeaza membrul liber: brațul, antebrațu l și mâna –
alcătuite din oase, unite prin articulații și mobilizate de mușchi.
Membrul superior reprezintă unul din cele mai importamte segmente ale aparatului
locomotor datorită funcțiilor sale. Pierderea sau diminuarea acestor funcții are ca urmare
reducerea posibilității de desfășurare unei game variate de activități, de aceea procedurile de
redobândire, asistare sau înlocuirea acestora este justificată.
Observând structura osteo -articulară si utilizând noțiuni specifice științei mașinilor și
mecanis melor se poate întocmi un biomecanism al membrului superior.
Principalele mișcări ale membrului superior uman sunt:
 rotația internă – externă a brațului din articulația umărului;
 abducția – adducția brațului din articulația umărului;
 flexia – extensia brațului;
 flexia – extensia antebrațului din articulația cotului;
 pronația – supinația antebrațului;
 flexia – extensia mâinii;
 abducția – adducția mâinii din articulația gâtului mâinii.
La acestea se adaugă mișcările anatomice ale degetelor ce permit o ga mă variată de
prinderi.

29

În timp ce manipulanda mem brelor superioare și exosheleții membrelor inferio are au
fost folosite în practic clinică de mai mulți ani, exoscheleț ii membrelor superioare s -au
dezvoltat recent (la mijlocul anilor 2000) și efectele lor au fost puțin stu diate. Într -adevăr,
primul exoschelet din memoria superioară , disponibil în comerț pentru reabilitare , a fost
lansat la sfârșitul anului 2011 .
O cauză majoră a acestei dezvoltări lente este complexitatea interacțiunii dintre
structurile mecatronice și corpul uman, atât la nivel fizic cât și la nivel de control. În timp ce
dispozitivele de pionierat au controlat doar mișcarea mâi nilor într -un singur plan, exoscheleț ii
oferă interacțiune 3D la nivelul articulațiilor prin redunda nța cinematică și prezența punctelor
multiple de atașare între dispozitiv și membrul pacientului. Aceste caracteristici oferă
perspective noi și interesante pentru reabilitare, dar fac dispozitivele mult mai complexe
pentru a fi proiectate și controlate.
Mai mult decât atât, o particularitate fundamentală a exoskeletonilor de reabilitare în
comparație cu exoskeletonii, care sunt concepute pentru a ajuta pacienții complet paralizați,
este că ar trebui să poată răspunde la orice mișcare făcută de pacient (c hiar și patologică).
Aceasta trebuie să se bazeze pe un control fin al interacțiunii mecanice cu membrul
pacientului: mai mult decât asistarea mișcării, obiectivul este acela de a ajuta pacientul să -și
recupereze capacitatea senzorială și motorie . Pentru a putea îndeplini o astfel de sarcină,
trebuie depășite mai multe provocări legate de proiectarea mecanică globală a acestor
structuri, cuplarea lor cu membrul uman și, mai presus de toate, controlul acestora.
În funcție de natura afecțiunilor și de funcții le parțial diminuate sau total pierdute,
ingineria de recupe rare propune soluții variate de redobândire a funcțiilor membrului super ior:
sisteme protetice, sisteme ortetice, echipamente pentru recuperare prin kinetoterapie etc.
Acestea din urmă, se realizează într -o mare var ietate constructiv -funcțională, după cum
sprijină mobilizări pasive, active libere sau active cu rezistență . În condițiile în care sunt
realizate ca sisteme robotizate , potențialul lor funcțional crește semnificativ și asigură o m ai
mare eficiență a procesului de reabilitare, prin gama largă de exerciții permise, prin
posibilitățile de modificare a parametrilor exercițiilor și prin oportunitățile de evaluare și
monitorizare a pro cesului de recuperare.
Pierderea totală sau parțială a funcției la nivelul membrelor superioare este o afectare
frecventă la vârstnici, dar poate fi și un efect secundar datorat accidentelor vasculare
cerebrale, traumelor, leziunilor sportive, leziunilor profesionale și leziunilor măduvei spinării.
Potrivit OMS (Organizația Mondială a Sănătății), anual peste 15 milioane de persoane din

30
întreaga lume suferă un accident vascular cerebral și boli cardiovasculare, dintre care 85%
dintre pacienții cu accident vascular cerebral suferă de o boală acută și 40% dintr e victime
sunt afectați cronic sau permanent invalizi .
Programele de reabilitare sunt principala me todă de promovare a recuperării. Deoarece
numărul de astfel de cazuri crește constant și durata trata mentului este lungă, exoscheleții ar
putea contribui se mnificativ la succesul acestor programe. Pentru a ajuta persoanele cu
dizabilități fizice cu funcții de memorie superioară depreciate, s -au efectuat cercetări ample în
multe ramuri ale roboticii, în special pe robotul purtător. Deși s -au realizat multe pro grese,
suntem încă departe de realizarea dorită, deoarece roboții nu au reușit să restabilească funcția
locomotorie. Acest lucru se datorează limitărilor din domeniul designului corect al hardware –
ului și al algoritmilor de control pentru a dezvolta roboți autonomi pentru a efectua sarcini
inteligente.
Exoscheleț ii sunt folosiți ca un instrument pentru a ajuta la reabilitarea și întărirea
musculaturii brațelor. Într -un studiu publicat în 2010 de ASME (Societatea Americană a
Inginerilor Mecanici), un grup de cercetători au testat cât de drastic ar putea fi asistate
mișcăr ile brațelor prin utilizarea unui exoschelet. Principalul obiectiv al experimentului a fost
testarea unei mișcări comune a brațului: o flexie a brațului cu o ganteră . Mișcarea a fost
testată sub forma unei flexii standard a brațului; o flexie cu asistență constantă, creată de o
forță aplicată la cot; o flexie cu asistență variabilă, care provine dintr -o forță care variază
odată cu flexia brațului; și o flexie asistată de un exoschelet. Utilizarea exoscheletului a
permis o forț are mult mai mică din mușchii u tilizați , dovedind că exoscheletul a fost cea mai
eficientă metodă de reducere a forței plasate pe un braț în timpul acțiunilor simple. Acest
lucru va permite îmbunătățirea reabilitării la cei care au suferit leziuni grave la nivelul unui
braț sau al unui mușchi. Utilizarea exosch eleților în acest mod va permite celulelor moarte ale
creierului să se recupereze prin mișcarea brațelor. Când celulele creierului sunt moarte ca
urmare a unui accident vascular cerebral, ele pot fi recuperate prin repetarea mișcăr ii, care
este de obicei împiedicată din cauza lipsei de control a corpului după accident. Atunci când un
exochelet este utilizat în acest proces, permite efectuarea mișcării , ca efect, exoscheletul,
permite celulelor creierului să fie recuperate, astfel în cât organismul să nu piardă toată
funcționalitatea în oricare dintre zonele afectate.

31

2.2.3 . Exoscheleți pentru recuperarea extrem ităților inferioare
Aparatul locomotor uman este format dintr -un ansambu de sisteme anatomice ce
contribuie la realizarea mișcării. Sistemele anatomice sunt: sistemul osteo -articular, sistemul
muscular și sistemul nervos, iar acestea sunt reprezentate de membrele inferioare.
Meme brele inferioare umane sunt ast fel strucuturate încât asigură îndeplinirea funcției
de locomoție cât și a celei de susținere a întregului organism.
Poziția prin care se asi gură locomoția, este una bipedă și generează o anumită
conformație a sistemului osteo -artro -muscular. Această conformație presupune existența din
punct de vedere structural a urmă toarelor articulații cu rol esențial în îndeplinirea locomoției:
 Articulațiile corso -femurale se
formează între oasele coxale și cele
doua oase femurale;
 Articulațiile genunchiului sunt cele mai
complexe articulații din structura
aparatului locomotor uman și se
formează între oasele coapsei (femur) și
oasele gambei ( tibia și fibula). În
structura articulației se regăsește și
patela.
 Articulația gleznei este o articulație
complexă care la rândul ei, din punct de
vedere cinematic are la bază o serie de
articulații complxe.
 Articulațiile metatarso -falangiene sunt articulații cu câte un grad de mobilitate,
formate între oasele metatarsului și respectiv falange.

32
La nivelul articulației coxo -femurale se pot produce trei mișcări elementare: flexie –
extensie, abducție – adducție și rotație internă (pronație femurală) – rotație externă (supinație
femurală). De asemenea amplitudinea acestora diferă, în funcție de poziția în care se
regăstește genunchiul.

La nivelul articulației genunchiului se pot produce două mișcări elementare, din care
una cu carecter activ, respectiv mișcare de flexie -extensie, iar cealaltă cu caracter pasiv, fiind
valabilă pentru o anumită poziție a gambei, respectiv o ușoară mișcare de rotație
internă/externă caracterizată printr -o amplitudine mică.

.

33

Mersul reprezintă modalitatea naturală de deplasare a c orpului uman de la o locație la
alta. Este o caracteristică inerentă a omului, și suntem atât de o bișnuiți cu „a merge ”, încât nu
mai privim mersul ca pe un mod de transport. Cu toate acestea, chiar și în cele mai motorizate
societăți, mersul rămâne o componentă importantă a oricărei călă torii și, pentru o mare parte a
populației, mersul este un hobby sau chiar un sport .
Restricțiile de mers pot apare la orice vârstă, iar condiții le dizabilitante sunt multiple,
accidentale sau patologice. Vorbim despre afecțiuni inflama torii și degenerative, ca și de
traumatisme ce interesează integritatea și funcționalitatea elementelor aparatelor loco motor,
respirator și cardiovascular, afecțiuni neurologice centrale și periferice, sindroame algice de
etiologie diversă, afecțiuni metabolice, condiții patologice sau l egate de vârstă și care privesc
capacitatea senzorială și psihismul per soanei (din punct de vedere emoțional, cognitiv,
motivațional, volițional). Un important factor de risc implicat în decondiționarea organismului
uman și a mersului o reprezintă sedentarismul, cu patologi a asociată. Un rol important în
patologia mersului au afecțiunile neurologice centrale. Totalul pacienților cu deficit de
ambulație internați pe d urata anului 2011 în Clinica de Recu perare Medicală a S.U.U.Elias a
fost de 339. Dintre aceștia , 287 au prezentat un indice de ambulație funcțională cu valori de l a
0 (pacientul nu poate merge, sau necesită ajutor din partea a 2 sau mai multe per soane) la 2
(pacientul necesită ajutor permanent sau intermitent din partea unei persoane pentru susținerea
greutății și pentru menținerea echilib rului) , necesitând susținer e pentru realizarea și
menținerea posturii bipede, ca și asistare pentru inițierea și performarea oricărei forme de
ambulație bipedă. Dintre acestea, 209 7 (73%) sunt persoane care au suferit un accident
vascular cerebral, pr ezentând diferite grade de pareză de hemicorp. De aceea, am considerat
oportun ca exempli ficarea patologiei de mers și a strategiilor de reabilitare să se refere, în cea
mai mare parte, la persoanele cu status funcțional post accident vascular cerebral.
Scopul final al intervențiilor d e reabilitare este repre zentat de reducerea gradului de
dizabilitate și îmbunătățirea nivelului de independență funcțională, precum și creșterea
capacit ății participative a persoanei.
Un program de bază pentru reabilitarea mersului trebuie să asigure rean trenarea
posturii, a echilibrului static și dinamic, a forței musculare și contr olului mișcării și
coordonării, a pășirii, și apoi a mersului. Principalii factori determinanți ai r ecăpătării unui
mers funcțional după un AVC rămân specificitatea sarcinilor și intensitatea programului de
reabilitare.

34
Un exemplu foarte bun ar fi un exoschelet de reabilitare a membrelor inferioare care
poate fi purtat cu o platformă de asistență pentru siguranță și suport antigravitate. Aplicarea
exoscheleților de reabilitare poate să -i elibereze pe fizioterapeuți de munca manuală intensă și
să îmbunătățească eficiența instruirii în ceea ce privește controlul precis al mișcării și
înregistrarea în timp real a parametrilor de antrenament; această aplicație contribuie la
evaluar ea reabilitării. Exos cheleții de reabilitare pot fi în mare parte clasificate în două tipuri:
stilul purtător al membrelor inferioare și stilul pedalei piciorului.

Cu mecanismele de primul tip, pacienții sunt, de
obicei, antrenați pe o bandă de alergat ; în timpul
antrenamentului, ambele picioare sunt legate de exoschelet,
iar partea superioară a corpului este susținută d e curele de
îmbinare antigravitațională . Se aplică un dispozitiv de
suspensie pentru a echilibra greutatea exoscheletului și o
parte a greutății corporale a pacientului.

Pentru cel de -al doilea tip, o pereche de structuri de
pedale cu mai multe variante este conectată la picioarele
pacientului pentru instruirea de reabilitare. Avantajul acestei
abordări este acela că terenul inega l și terenurile în mișcare
pot fi simulate pentru a atinge diversitatea formării.

Echipamentele tradiționale de reabilitare a membrelor inferioare, de obicei, execută
antrenamente de mers pe jos, conducând picioarele pe baza traiectoriei fixe a mersului, ceea
ce exclude inițiativa unui pacient. Ca atare, ele par a fi nepotrivite pentru tulburări unilaterale
ale membrelor inferioare, deoarece echipamentul poate interfera între traiectoria fixă a
mersului și inițiativa de mișcare a piciorului sănătos.

35
2.3.4 Exoscheleți pentru recuperare vs. Exoscheleți pentru augmentare
Domeniul exoscheleților medicali este de departe cel mai variat și colorat din toate
subdomeniile din industrie. Pentru a oferi o anumită structură, trebuie să împărțim ceea ce se
dezvoltă în prezent în categorii largi. După cum s -a menționat mai sus, exos chetele medicale
și ortezele pot fi împărțite în două grupe majore: reabilitare și augmentative. Exoscheletul
medicae de reabilitare presupune că utilizatorul se va îmbunătăți după utilizarea dispozitivului
portabil. După stabilirea regimului de pregătire supravegheat, utilizatorul nu va mai trebui să
utilizeze exoscheletul de reabilitare. Un exoschelet medical augmentativ presupune că
utilizatorul nu se va îmbunătăți după reabilitare și se va baza pe dispozitivul purtător pentru
tot restul vieții.
Iată un exemplu practic de separare a unui exoschelet pentru reabilitare de unul pentru
ajutor pentru augmentare / mobilitate: Ekso GT vs
REX. Ekso GT de Ekso Bionics trebuie să fie utilizat
de către o persoană care încă mai are mobilitate, iar
utilizatorul tr ebuie să poată deplasa greutatea de pe un
picior pe altul. Software -ul variabil de asistență Ekso
GT permite control specific (un picior ar putea avea
nevoie de mai multă asistență decât celălalt) și o
scădere treptată a forței de asistență, pe măsură ce
pacientul devine mai puternic în timpul reabilitării. În
schimb, REX de către REX Bionics ia controlul
deplin asupra mersului pe jos, inclusiv transferarea greutății de la un picior la altul. Operatorul
REX "plimbă" costumul și nu folosește proprii mușchi
pentru a merge. Astfel, în timp ce Ekso GT și REX sunt
ambele "exoschelete medicale", acestea sunt destinate
pacienților cu nevoi și capabilități diferite.
Un exoschelet de reabilitare poate fi ajustat, execută
mișcarea exactă de sute de ori, înregistrează informațiile
pentru fiecare pacient și este folosit în sesiuni de 1 -2 ore
pe utilizator. Un exoschelet augmentativ trebuie să fie
montat numai pentru un singur utilizator, trebuie să aibă o
durată mai lungă de viață a bateriei (dacă este alimentat) și
trebuie să fie confortabil pentru întreaga zi.
Confortul pe perioade lungi de timp este o provocare deosebit de mare pentru
exoscheleturile de augmentare / mobilitate. În timp ce dispozitivele au făcut pași mari în ceea

36
ce privește dimensiunea și utilitatea , purtarea unui robot timp de multe ore și încercarea de a
face sarcinile d e zi cu zi rămâne o provocare.
3.2.5 Exemple de exoscheleți pentru recuperare
Următoarea este o listă a exoscheleturilor medicale comerciale, proiecte de cercetare
care sunt apro ape de a deveni produse comerciale și proiecte de cercetare care au avut o mare
influență asupra industriei. Această listă se focusează pe exoscheleți comerciali și renumiți
pentru reabilitare. Există numeroase laboratoare de cercetare și companii cu proto tipuri
minunate și produse în diferite stadii de dezvoltare care au fost omise.

Exoscheleți staționari pentru extrimitatea inferioara:
 Lokomat fabricat de Hocoma (include componente
oționale pentru îngrijirea copilului)
 RoboGait fabricat de Bama Teknoloji
 InMotion Ankle fabricat de Interactive Motion
Technologies
 Alex3 fabricat de Universitatea din Delaware
 Anklebot fabricat de MIT

Exoscheleți staționari pentru recuperarea brațului și incheieturii :
 InMotion Arm fabricat de Interactive Motion
Technologies
 InMotion Wrist fabricat de Interactive Motion
Technologies
 Armeo fabricat de Hocoma
 ALEx fabricat de KineteK Wearable Robotics
 Tack -Hold fabricat de KineteK Wearable Robotics
 Power Jacket REALIVE fabricat de Panasonic
ActiveLink
 HARMONY fabricat de ReNeu Robotics Lab, UT Austin

37

Exoscheleți staționari pentru recuperarea mâinii:
 Amadeo fabricat de Tyromotion
 InMotion Hand fabricat de Interactive Motion
Technologies
 Hand of Hope fabricat de Rehab -Robotics

Exoscheleți mobili pentru recuperarea extremității superioare:
 MyoPro Motion G fabricat de Myomo
 CARAPACE fabricat de Lorenzo Masia
 Robotic Soft Extra Muscle (SEM) Glove fabricat de
Bioservo
 Pneumatic Power Assist Glove fabricat de Daiya
 Inflatable Soft Ex oskeleton fabricat de Otherlab
Orthotics
 Inflatable Soft Robotic Glove fabricat de Wyss Institute
 Affordable Tremor Suppression Arm fabricat de MedEXO Robotics
Exoscheleți mobili pentru recuperarea extremității inferioare :
 HANK fabricat de Gogoa
 ReWalk fabricat de ReWalk Robo tics
 Hal Medical fabricat de CYBERDYNE
 Ekso GT fabricat de Ekso Bionics
 Indego fabricat de Parker Hannifin
 ExoAtlet fabricat de ExoAtlet
 ARKE fabricat de Bionik Labs
 Phoenix fabricat de SuitX (formally US Bionics)
 Atlas fabricat de Marsi Bionics
 MODO fabri cat de Active Bionics
 Bionic Leg fabricat de AlterG
 AxoSuit fabricat de AxoSuit
 X1 Mina Exoskel eton fabricat de NASA -IHMC
 REX fabricat de REX Bionics

38
3. Proiectarea și construcția unui exoschelet de recuperare
Modelul CAD al exoscheletului a fost realizat în programul CATIA V5R20
Engineering, cu scopul de a găsi o soluție constructivă ce se poate adapta la nevoile perso anelor
care au suferit diverse afecțiuni , ce au ca și urmare diminuarea abilității locomotorie .
Exoscheletul de reabilitare ales este un m odel acționat electromagnetic, cu poziționarea
actuatorilor în proximitatea corporală.

39
3.1 Utilizare
Am ales acest tip de exosche let pentru recuperarea funcțiilor membrului superior
deoarece foarte mulți oameni suferă de diferite boli musculare sau de slabiciuni ale sistemului
locomotor , fapt ce are ca și urmări imposibilitatea sau îngreun area activitațiilor de zi cu z i.
Majoritatea oamenilor care au suferit de leziuni la niviel muscular întâmpină dificultăți în
ridicarea obiectelor sau chiar si mple mișcări ale m âinii.
Un alt motiv principal al apariției deteriorii musculare este înaintarea în vârstă, lucru
ce ne va afecta în cele din urmă pe toți.
Alte cauze ce pot duce la diminuarea funcțiilor locomotorii ar putea fi:
 Accident vascular cere bral;
 Scleroză multiplă;
 Paralizie cerebrală;
 Leziuni ale măduvei spinării;
 Leziuni cerebrale traumatice;
 Atrofie musculară;
 Pacienți hemiplegici;
 Pacienți cu endoproteze la cot și la umăr.

Beneficiile medicale ale exoscheletului pe care am ales să îl dezvolt sunt:
 Evidențiază orice funcție motorie rămasă în urma unei leziuni;
 Chiar și pacienții cu deficiențe moderate sau grave pot exersa în mod
independent și pot beneficia de terapia de mișcare foarte intens ivă, repetitivă și
autodirijată;
 Montarea exo scheletului este ajustabil ă în funcție de capacitățile pacienților
 Pacienții care prezintă doar urme ale funcție i motori i pot integra funcția rămasă
în cadrul e xercițiilor funcționale intense;
 Crește mobilitatea articulară;
 Sporește forța și rezistența;
 Facilitează mișcărea inițiată de către pacient ;

40
 Intensifică controlul selectiv .

Modelul dezvolta t are cinci grade de
mobilitate, și anume cele trei mișcări anatomice ale
umărului (flexie – extensie, rotație internă – rotație
externă, abducție – adducție), mișcarea de flexie –
extensie a brațului și mișcarea de pronație – supinație
a antebrațului .

3.2 Soluție constructivă
Soluția constructivă ce urmează a fi prezentată are î n componența sa un sistem de
acționare bazat pe motoare pas cu pas ș i un sistem senzorial alcătuit din combinați i de senzori
ce percep activi tatea musculară. Sistemul de acț ionare este amplasat pe un cadru exosch eletic
(exoschelet) ce susține î ntregul ansamblu , dar și greutatea brațului uman.
În continuare se vor prezenta comp onentele exoscheletului expunând detaliile aferente
și modul de asambl are, funcționare al întregului ansamblu.

41
În urma unei analize a modelelor deja existente, și a utiliz ării lor, am conceput o
variantă de exoschelet ce se atașează părții superioare a corpului. M otoarele și mecanismele
fiind amplasate în proximitatea purtă torului avantajând posibilitatea locomoției. Întregul
sistem exosc heletic este susținut pe umeri ș i este fixat cu ajutorul unei curele î n jurul cutiei
toracice.

În figurile de m ai sus este prezentat modu l de fixare și sprijinire pe umeri a
exoscheletului. Acesta fiind compus dintr -o placă fabricată din fibră de carbon (epoxi d) care
ia forma curburii spatelui ș i de care sunt montați doi suporți ce trec peste umerii purtătorului.

42
Suporții sunt realizați din același material ca ș i placa afltă pe spate (fibre de
carbon),avănd o formă erg onomică și oferind stabilitate ș i confort.
Aceștia se montează pe placa principală prin patru șurubu ri M8x4 0[mm] cu cap
hexagonal și patru știfturi 10×40[mm] .
Pentru a face posibilă asamblarea primului motor este nevoie de realizarea unui
suport, care va fii amplasat pe umăr, și de la care va porn i construcția întregului braț
exoscheletic.

Acesta este confecționat din fibr ă de carbon cu
modul ultra-înalt și este montat pe extremitatea
dreaptă a suportului de pe umăr cu ajutorul a două
șuruburi M12x80[mm] cu cap hexa gonal si două
știfturi 8×120[mm] . Cu ajutorul acestui suport se face
posibilă asamblarea primului element ce v a susține
primul motor.

43
Acest element de prindere al motorului este fa bricat din titan deoarece susț ine întreaga
greutate a motoarelor,mecanismelor, greutatea brațului uman cât și greutatea cadrului
exoscheletic. Acesta este prins de suportul de pe umăr cu ajutorul a patru șurub uri cu cap
hexagonal M10x3 5[mm] și are o lungime de 16 0[mm]. Mai jos cu 150 [mm] este creat spaț iul
unde va urma să fie montat primul motor. Aceste lungimi sunt absolut necesare în a efectua
corect mișc ările anatomice. Motorul care execută ridicarea brațului î n lateralul corpului
trebuie să fie amplasat exact î n spatele umarului, cu axul îndreptat spre centrul acestuia.
Motorul pas cu pas este montat pe elementul de prindere prin patru șuruburi M10x 20[mm] cu
cap hexagona l, axul trecând prin element printr -un alezaj de diametru 20[mm] .

Elementul de legătură dintre cele două motoare este prins de axul primului motor,
fiind blocat cu ajutorul unui știft 5×18[mm]. Acest element de legătură este fabricat din titan
și are o formă complexă, cu scopul de a facilita o poziționare corectă a axulu i motorului
secundar. Această poziționare este esențială în reproducerea corectă a flexiei brațului. Cel de –
al doilea motor pas cu pas este montat pe element ul de legătură cu patru șuruburi
M10x25 [mm] cu cap hexagonal.

44

Pe axul motoru lui secundar este montat un suport paralel cu partea exterioară a
brațului, fabricat din titan, ce are ca și scop su sținerea motorului trei. Aceast suport este blocat
pe axul motor de un știft 5×18 [mm] . Mișcarea de pronație -supinație a brațului este posibilă cu
ajutoru l motorului trei, ce este fixat cu patru șuruburi M8x55 [mm] cu cap hexagonal și care
pune în mișcare un tren de roți dințate, prima roată fiind fixată pe axul motor și blocată cu un
inel de siguranță.

Suportul este prevăzut cu patru alezaje , cu ajutorul cărora se va fixa ansamblul ce
permite susținer ea și rotația brațului. Acest ansamblu rotește brațul în jurul axului propriu,
minimizează riscul dizlocării umărului și cuprinde următoarele elemente: cilindrul în care se
intro duce brațul, doi rulmenți cilindrici cu role încrucișate , corp de susțienere al întregului
ansamblu și un capac ce restricționează mișcarea în lungul cilindrului.

45
Cilindrul în care se introduce brațul utilizatorului este prevăzut cu roți dinț ate, ce au ca
efect mișcarea de rotație , și un inel care este în contact cu corpul de susținere. De o parte și de
alta a inelulu i sunt cei doi rulmenți care îmbunatățesc rotația brațului prin eliminarea frecării
dintre cilindru și corpul de susținere. Întregul ansamblu este blocat cu ajutorul capacului ,ce
este montat pe corpul de susținere cu ajutorul a două șuruburi M10x15 [mm]. Legătura cu
suportul se face prin patru șuruburi M8x20 [mm] . Roțile dințate din partea superioară a
cilindrului nu constituie o dantură completă deorece de acest ci lindru se va fixa restul
exosch etului responsabil cu miscările cotului și antebrațului.

Elementul de legătură, fabricat din titan, este fixat de cilindru prin intermediul a două
știfturi 6×20 [mm] cu cap plat și două șuruburi M8x20 [mm] cu cap hexagonal. Eleme ntul are
o formă semicirculară, ce înconjoară cotul, la capăul căruia va fi montat următorul motor.
Rolul acestei componente este unul important deoarece susține și greutatea antebrațului și a
cotului . Mișcarea de flexie – extensie a antebrațului este posibilă utilizând motorul amplasat
pe cot, care este montat prin patru șuruburi M8x60 [mm] cu cap hexagonal. . Pe axul acestui

46
motor este fixat un corp de formă complexă din titan , blocat de un știf t 3×16 [mm]. Montajul
ultimului motor se face pe acest a prin patru șuruburi M6x40 [mm] cu cap hexagonal.
Mișcarea de pronație – supinație este posibilă deoarece motorul responsabil pentru
această mișcare are pe axul său o roată dințată. Pentru ca antebrațul să se rotească, roata
dințată va angrena un subansamblu în care se introduce mâna utilizatorului.

Subansamblul de mai sus este format din tr-un cilindru cu trei alezaje , care este fabricat
din mater ial plastic dur și are diamentrul de 100 [mm], ce trece prin corpul de susținere.
Frecarea dintre cele două elemente este redu să cu ajutoul unui rulment . În partea inferioară a
corplui de susținere este o coroană de roți dințate cu dantură incompletă, car e este pusă în
mișcare de roata dințată de pe axul motor. Transmiterea mișcării către antebraț este posibilă
datorită conectării coroanei de roți dințate și a cilindrului, prin trei șuruburi M8x20 [mm] și
blocate de trei piulițe.

47
Pentru a construi un exoschelet, avem nevoie de materiale ușoare care să reziste
forțelor mari. Materialele precum oțelul și aluminiu au rezistențe specifice de aproximativ 100
până la 250 kNm / kg, în timp ce fibra de sticlă este în jur de 1.300 kNm / kg. Fibra de carbon
oferă rezistențe specifice de peste 2.400 kNm / kg. Noile tehnologii, cum ar fi nanotuburile de
carbon, depășesc 40.000 kNm / kg, cu o rezistență la tracțiune de 62 GPa. Noi procese și
tehnologii se concentrează asupra reducerii greutății în timp ce crește puterea și producția în
masă.
Material Grad / Tip Solicitare Rezistența
longitudinală
la tracțiune
(ksi) Modulul
longitudinal
de tracțiune
(Msi) Modul
de
forfecare
(Msi) Densitate
(g / cm3)
Fibră de
carbon / epoxid
(unidirecțional) Modul
standard Îndoire 300 15 0.6 1.55
Fibră de
carbon / epoxid
(unidirecțional) Modul
standard Torsiune 20 2.2 4.5 1.55
Fibră de
carbon / epoxid
(unidirecțional) Modul
Intermediar Îndoire 325 20 0.6 1.57
Fibră de
carbon / epoxid
(unidirecțional) Modul
înalt Îndoire 250 30 0.6 1.59
Fibră de
carbon / epoxid
(unidirecțional) Modul
ultra-înalt Îndoire 50 45 0.6 1.70
Oțel 4130 100 30 12 7.7
Titan 6M-4V 120 16 6.2 4.34
Aluminiu 6061 -T6 35 10 3.8 2.7

Pentru exoscheletul dezvoltat am ales firbă de carbon / epoxid (unidirecțional) cu
modul înalt, ultra -înalt, titan și plastic dur ca materiale de construcție. Utilizând aceste
materiale, exoscheletul a ajuns la o masă totală de aproximativ 9 kilograme. Foa rte important
în aplasarea și alegerea materialelor pentru construcție reprezintă centrul de greutate al

48
întregului ansamblu. Acest factor determină stabilitate a în timpul mișcării, dar și dispunerea
echilibrată a greutății, astfel încât utilizatorul să su porte o masă cât mai mică. În tabelul de
mai jos se regăsesc informații despre materialele folosite în construcția exoscheletului.

Numă rul
Curent Denumirea elementului Numărul figurii Material
1 Placa principală 1 Fibră de carbon cu
modul standard
2 Suport peste umărul stâng
2 Fibră de carbon cu
modul standard
3 Suport pentru umărul drept Fibră de carbon cu
modul standard
4 Suport pentru susținerea greutății
primului motor 3 Fibră de carbon cu
modul ultra -înalt
5 Element de prindere al primului
motor 4 Titan
6 Element de legătură între primul
și al doilea motor 5 Titan
7 Suport intermediar între umăr și
cot 6 Titan
8 Cilindru de susținere al brațului 7 Oțel
9 Corp de susținere 8 Titan
10 Capac 8 Titan
11 Element de legătură între cot și
corpul de susținere (fig 8) 9 Titan
12 Corp de susținere al
subansamblului pentru rotația
antrebrațului 10 Titan
13 Cilindru de susținere al
antebrațului 11 Material plastic dur

49
În figura nr.1 este reprezentat centrul de greutate al ansamblului în momentul unei
mișcări simple. Centrul de greutate este la intersecția celor trei axe.

Pentru modelul dezvoltat am ales rulmeți cilindrici cu role încrucișate ca metodă de
reducere a forțelor de frecare. Rulmenți aleși fac parte din s eria HRA produs de compania
Luoyang Huigong Bearing Technology Co. și este un model de rulment cu role de dimensiuni
mici și greutate redusă, grosimea peretelui fiind mai subțire. Rezistă la solicitări relativ mari,
în ciuda dimensiunilor mici.

50
Cei trei rulmenți utilizați au următoarele specificații:
Model Dimensiuni principale Dimendiunea
umarului Valoarea sarcinii
Greutate
[kg] Inel
interior
– d
[mm] Inel
exterior
– D
[mm] Diametrul
cercului de
rotație
[mm] Lățime
– B
[mm] Rază de
reacordare
– r [mm] ds Dh Static
[kN] Dinamic
[kN]
HRA10 008 100 116 107 8 0.5 103.5 110.5 7.15 13.9 0.14
HRA12008 120 136 127 8 0.5 123.5 130.5 7.84 16.5 0.17
HRA12008 120 136 127 8 0.5 123.5 130.5 7.84 16.5 0.17

51
3.3 Proiectarea sistemului de acționare

Sistemul de acționare variază în funcție de modelul de exoschelet și de funcția lui.
Pentru exoscheltul dezvoltat am ales motoare pas cu pas, deorece acestea se potrivesc cel mai
bine cu scopul și modul de funcționare.
O definiție simpl ă a motorului pas cu pas este un dispozitiv electromecanic care
convertește impulsurile electri ce în mișcări mecanice discrete.
Axul motorului pas cu pas execută o mișcare de rotație în pași incrementali discreți
când este aplicată în secvența corectă o comandă electrică în pulsuri. Rotația motorului este
strâns legată de caracteristicile acestor impulsuri electrice. Astfel direcț ia de rotație a
motorului este direct legată de secvența în care sunt aplicate pulsurile elec trice, de asemenea
și viteza de rotație este direct dependentă de frecvența impulsurilor electrice iar deplasarea
unghiulară este direct dependentă de numărul de pulsuri electrice aplicate .
Avantajele modelului de motor ales:
 Rotația unghiulară a motorului este proporțională cu pulsul electric aplicat;
 Motorul are moment maxim în poziția oprit dacă bobinele sunt alimentate;
 Poziționare precisă, cu o eroare de 3 -5% la un pas, care nu se cumulează de la
un pas la altul;
 Răspunsuri ideale la pornit/oprit/schimbarea direcției de rotație;
 Fiabilitate excelentă deoarece nu există perii de contact la motor, deci durata de

52
Funcționare mare ;
 Posibilitatea de a obține viteze foarte mici cu sarcina legată direct pe axul
motorului;
 O varietate foarte mare de viteze de rotație;
Dar există și unele dezavantaje:
 Rezonanța poate apărea în cazul unui control preca r;
 Controlul greoi la viteze foarte mari.

În cazul nostru, cele cinci motoare sunt montate
pe cadrul exoscheletic în zonele articulațiilor pentru
a produce mișcările aferente. Pentru mișcările de
rotație ale brațu lui și a antebrațului, motorul pas cu
pas pune în mișcare un tren de roți dințate. Pentru
mișcarea de rotație a întregului braț, motorul este
conectat la un angrenaj format din trei roți dințate.

Arborele , pe care este montată roata conjugată , este
introdus într -un alezaj executat în corpul de
susținere. Alezajul este executat astfel încât să
formeze împreună cu axul roți dințate un ajustaj cu
strângere. Cele două roți dințate sunt blocate pe ax
cu ajutorul inelelor de siguranță. Pentru mișcarea
de rotație a antebrațului , motorul pune în mișcare
un angrenaj de roți dințate, prima roată dințată este
pe axul acesteia.

53
Mișcarea de flexie -extensie a întregului braț este posibilă cu ajutorul motorului
amplasat în spatele umărului .

Mișcarea de flexie -extensie a întregului braț este posibilă cu ajutorul motorului
amplasat pe umăr.

Mișcarea de flexie – extensie a antebrațului este posibilă cu ajutorul motorului
amplasat pe cot.

54
3.3.1 Calcul de dimensionare al moto arelor
Calcul de dimensionare al motorului 1
Mm1=(G1+Gl1)∙l1
2+G4∙l1+(G5+Gl2)∙(l1+l2
2)+Gl3∙(l1+l2)
Mm1=(10N +10N )∙0,2+5N∙0,4+(5N+0,6)∙0,6+5N∙0,8
Mm1=4+2+1,8+4=13,6 Nm

G1 = Greutatea motorului 1, în cazul nostru are valoarea 10N;
G4 = Greutatea motorului 4, în cazul nostru are valoarea 5N;
G5 = Greutatea motorului 5, în cazul nostru are valoarea 5N;
l1 = Lungimea segmentului brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
l2 = Lungimea segmentului brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
𝐺𝑙1= Greutatea componenetei l1 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 10N;
Gl2= Greutatea componenetei l 2 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 0,6N;
Gl3= Greutatea componenetei l 3 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 5N;

l1
l2
𝐺𝑙1
l3
𝐺𝑙2
𝐺𝑙3

55
Calcul de dimensionare al motorului 2
Mm2=(G2+Gl1)∙l1
2+G4∙l1+(G5+Gl2)∙(l1+l2
2)+Gl3∙(l1+l2)
M2=(10N +10N )∙0,2+5N∙0,4+(5N+0,6)∙0,6+5N∙0,8
Mm2=4+2+1,8+4=13,6 Nm

G2 = Greutatea motorului 2, în cazul nostru are valoarea 10N;
G4 = Greutatea motorului 4, în cazul nostru are valoarea 5N;
G5 = Greutatea motorului 5, în cazul nostru are valoarea 5N;
l1 = Lungimea segmentului brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m ;
l2 = Lungimea segmentului brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m ;
Gl1= Greutatea componen etei l 1 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 10N;
Gl2= Greutatea componenetei l 2 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 0,6N ;
Gl3= Greutatea componenetei l 3 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 5N;

l1
l2
𝐺𝑙1
𝐺𝑙2
𝐺𝑙3

56
Calcul de dimensionare al motorului 3
Mm3=(G5+Gl2)∙(l1+l2
2)+Gl3∙(l1+l2)
Mm3=(5N+6N)∙0,3+0,5∙0,8=3,9 Nm
G5 = Greutatea motorului 5, în cazul nostru are valoarea 5N;
l1 = Lungimea segmentului 1 a brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
l2 = Lungimea segmentului 2 a brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
Gl3= Greutatea componenetei l 3 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 0,5N;
Gl2= Greutatea componenetei l 2 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 6N;

l1
l2
𝐺𝑙2
𝐺𝑙3

57
Calcul de dimensionare al motorului 4
Mm4=(G4+Gl2)∙l2
2+(G5+Gl3)∙l2+l3
2
Mm4=(4N+0,5)∙0,2+(4N+0,5)∙0,4+0,1=2 Nm
G4 = Greutatea motorului 4, în cazul nostru are valoarea 4N;
G5 = Greutatea motorului 5, în cazul nostru are valoarea 4N;
l1 = Lungimea segmentului 1 al brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
l2 = Lungimea segmentului 2 al brațului, în cazul nostru are valoarea 0,4m;
l3 = Lungimea segmentului 3 al brațului, în cazul nostru are valoarea 0,2;
Gl2= Greutatea componenetei l 2 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 0,5kg;
Gl3= Greutatea componenetei l 3 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea 0,5kg;

l1
l2
l3
𝐺𝑙2
𝐺𝑙3

58
Calcul de dimensionare al motorului 5
Mm5=(G5+Gl3)∙l3
Mm5=(4N+0,5)∙0,2=0,9 Nm
G5 = Greutatea motorului 5, în cazul nostru are valoarea de 4N;
l3 = Lungimea segmentului 3 al brațului, în cazul nostru are valoarea de 0,2 m;
Gl3= Greutatea componenetei l 3 a exoscheletului, în cazul nostru are valoarea de 0,5kg;

l3
𝐺𝑙3

59
În urma calculelor de dimensionare, am ales următoarele motoare pas cu pas în funcție
de momentul motor necesar.
Primele două motoare sunt solicitate similar, momentul motor fiind în ambele cazuri
13,6 Nm. Motoarele sunt produse ale companiei Oriental Motor și fac parte din seria AR
dezvoltate cu tehnologia alpha step, fapt ce permite ca motoarele să nu piardă sincronismul la
fluctuații mari de sarcină.

Acest model de motor prezintă următoarele caracteristici :
Model motor ARM98AC -T20
Tensiune de alimentare 24VDC
Număr de rotații 0-99 rpm
Cuplul ce poate fi susținut 12 Nm
Raportul roțiilor dințate 20:1

60

Motorul ce pune în mișcare primul angrenaj de roți dințate, cel
care efectuează mișcarea de rotație a brațului, are momentul motor de
3,9 Nm. Acest motor este produs de compania NEMA și face parte
din seria PKP. Modelul are în componența sa roți dințate SH ce
permit livrarea de cupluri mari, rezoluție mare și rotații precise la
viteze reduse.

Modelul axului Ax cu pană longitudinală
Rezoluția per pulsație 0,018°
Reacția motorului 10 arc min (0.167°)
Inerția rotorului 1100 ∙ 10-7 kg·m²
Precizia în momentul opririi (±0.067°)
Clasa de izolație Clasa B [130°C (266°F)]
Clasa de protecție IP65

61
Acest model de motor prezintă următoarele caracteristici:
Model motor PKP264D07A -SG36 -L
Tensiune de alimentare 24 VDC
Număr de faze 2
Valoarea curentului per fază 0,71 A
Inductanța per fază 28,8mH
Rezistența per fază 11,7Ω
Unghiul de pășire 1,8°
Număr de rotații 0-99 rpm
Cuplul ce poate fi susținut 4 Nm
Raportul roțiilor dințate 36:1
Modelul axului Cu frezare
Reacția motorului 45 arc min (0.75°)
Inerția rotorului 0,46 kg·m²
Clasa de izolație Clasa B [130°C (266°F)]

62
Motorul patru este responsabil cu ridicarea și coborârea
brațului, acesta fiind amplasat în zona cotului. Din calculele de
dimensionare valoarea momentului motor necesar pentru a efectua
această mișcare este de 2 Nm. Modelul ales este produs de firma
NEMA și face parte din seria PKP. Motorul are în componența sa roți
dințate SH , la fel ca și modelul precedent.

Acest model de motor prezintă următoarele caracteristici :

Model motor PKP264D07A -SG7.2 -L
Tensiune de alimentare 24VDC
Număr de faze 2
Valoarea curentului per fază 0,71A
Inductanța per fază 28,8mH
Rezistența per fază 11,7Ω
Unghiul de pășire 1,8°
Număr de rotații 0-500rpm
Cuplul ce poate fi susținut 2Nm
Raportul roțiilor dințate 7,2:1
Modelul axului Cu frezare
Reacția motorului 45 arc min (0.75°)
Inerția rotorului 0,46 kg·m²
Clasa de izolație Clasa B [130°C (266°F)]

63

Ultimul motor este responsabil cu mișcarea de rotație a antebrațului. Această mișcare
este posibilă in cazul nostru cu ajutorul trenului de roți dințate , prima roata fiind montată pe
axul motor. Din calculele de dimensio nare, motorul cinci ar trebui să dezv olte 0,9 Nm pentru
a putea roti antebrațul. Motorul ales este produs de firma NEMA și face parte din seria a doua
PKP-2. Acest model oferă o performanță echilibrată, un cuplu motor î mbunătățit, vibrații și
zgomot redus.

Acest model de motor prezintă următoarele caracteristici :
Model motor PKP246D15M
Tensiune de alimentare 24VDC
Număr de faze 2
Valoarea curentului per fază 1,5A
Inductanța per fază 8mH
Rezistența per fază 3,87Ω
Unghiul de pă șire 1,8°
Număr de rotații 0-1000rpm

64
Cuplul ce poate fi susținut 0,9Nm
Modelul axului Cu frezare
Reacția motorului 45 arc min (0.75°)
Inerția rotorului 0,48 kg·m²
Clasa de izolație Clasa B [130°C (266°F)]

65
3.3.2 Calcul de dimensionare al angrenajelor roților dințate
Calcule și date inițiale
1. Date inițiale
N = 1,25 [kW]
N – puterea nominal ă de transmis;
n1 = 850 [rot/min]
n1 – turația de intrare de la motorul electric;
iT = 6
iT – raport de transmitere;
LH = 15000 [ore]
LH – durata de func ționare [8h/zi] ;
ɳ = 0,69
2. Divizarea raportului de transmitere
i12 = 2
i23 = 3
iT = i12 ∙ i23
iT = 2 ∙ 3 = 6
3. Randamentul sistemului
ɳT=ɳRl∙ɳRD 1∙ɳRl∙ɳRD 2∙ɳRl
ɳT – randament total;
ɳRl = 0,99
ɳRl – randament rulment;
ɳRD = 0,98
ɳRD – randament roți dințate;
ɳT=0,99∙0,98∙0,99∙0,98∙0,99=0,93

4. Predimensionarea arborilor
4.1 Arborele I – I
nI = 850 [rot/min]
NI=ɳRl∙ɳRD∙NI
NI=0,99∙0,98∙1,25=1,22 [kW]
MtI=9,55∙106∙NI
nI=9,5∙106∙1,22
850=13 707 [N∙mm ] −Rel.(1.1)

66
dI=√5∙MtI
σat3

dI=√5∙13707
653
=10,5 [mm ]
σatolc45 =65[N/mm2]
Adopt – dI = 12 [mm];

4.2 Arborele II – II
nII=nI
i12
nII=850
2=425 [rot/min ]
NII=ɳRl∙ɳRD∙NI
NII=0,99∙0,98∙1,22=1,84 [kW]
MtII=9,55∙106∙NII
nII=9,55∙106∙1,84
425=41 346 [N∙mm ]
dII=√5∙41346
653
=14,7[mm ] => dII=15[mm ]
4.3 Arborele III – III
nIII=nII
i23
nIII=425
3=142 [rot/min ]
NIII=ɳRl∙ɳRD∙NII
NIII=0,99∙0,98∙1,84=1,78[kW]
MtIII=9,55∙106∙NIII
nIII=9,55∙106∙1,78
142=119 771 [N∙mm ]
dIII=√5∙119771
653
=20,9[mm ] => dIII=21[mm ]

67
Calculul angrenajelor
Treapta 1 – Calculul angrenajului cilindric cu dinți drepți
1. Date inițiale
1.1 Date preliminarii
i12=2
nI=850 [rot/min ]
NI=1,22[kW]
MtI=3900 [N∙mm ]
LA=25000 [ore] −timp de 8 ore pe zi;
1.2 Alegerea materialelor și tratament termic
Oțel aliat pentru cementare – 20TiMnCr12_STAS 821_88
HB = 400
σ F lim = 480 [N/mm2]
σ F lim – rezisten ța admisibilă la încovoiere;
σ H lim = 1550 [N/mm2]
σ H lim – rezistența admisibilă la presiune;
Cementat pe adâncimea min. – 0,8 ÷ 1,2 [mm] ;
Călire – revenire: HRC ~ 62 ÷ 65;
1.3 Profilul cremalierei de referință
αon = 20°;
hon = 1;
Won = 0,25;
σ on = 0,38;
mn – STAS 821_63;

2. Calculul de predimensionare
2.1 Calculul distanței dintre axe la solicitarea la presiunea de contact
aw=(i12+1)∙√MtI∙KA∙KV∙KHB∙ZE2∙ZH2∙Zε2
2∙Ψa∙i12∙σHP2∙cos2α
cos2αW3
[mm ]
α=aW=20° − unghi ce angrenare preliminare;
KA = 1,25 – coeficientul sarcinii dinamice externe;
KV = 1,15 – coeficientul sarcinii dinamice interne;

68
Ψa = b
a = 0,4
Ψb = 𝐛
𝐝𝐈 = 0,8 coeficienți de lățime;
Ψmn= b
mn = 16
KHB = 1,15 – coeficientul de repartiție a sarcinii pe lățimea danturii;
ZE = 291 – coefficient de material;
ZH = 1,77 – coeficientul punctului de rostogolie pentru angrenaje “zero” sau “ zero
deplasate”;
Zε = 1 – coeficientul gradului de acoperie;
εα=ε1+ε1−εo>1,1÷1,3 – grad de acoperie
σHP=σHlim∙KHN∙ZR∙ZW
SH
σHP=1550 ∙1∙0,992 ∙1,2
1,25=1476 [N/mm2]
σHP – rezisten ța admisibilă la presiune;
KHN = 1 – pentru N≥5∙107[cicluri] – coeficientul numărului de cicluri de funcționare
pentru solicitarea herțiană;
ZR=(3
Rored ∙100)−mZR
=(3
0,63)−0,0048
=−0,992
ZR – coeficientul rugozității flancurilor;
Rored ∙100 =0,63− [3] – rugozitatea flancurilor dinților;
mZR=0,12∙−1000 − σHlim
5000=0,12∙1000 −1200
5000=−0,0048
ZN = 1,2 – coeficientul durității flancurilor;
SH=1,25−[3] – coeficient de siguranță;
aWI=(2+1)∙√13707 ∙1,25∙1,15∙1,15∙2912∙1,771∙12
2∙0,4∙2∙147623=35,97 [mm]
Adopt – aWI=36 [mm] – STAS 6055_82

69
3. Calculul de dimensionare
3.1 Calculul modulului minim la solicitarea de încovoiere la baza dintelui
mn≥MtI∙(i12+1)∙KA∙KV∙KFB∙Kα∙YF∙Yβ∙YC
Ψa∙a2∙σFP [mm ]−[1]
Kα = 0,7 – coeficient de repartiție frontală la angrenaje durificate ;
YF = 2,5 – coeficient de formă a dintelui;
Yβ = 1 – coeficientul unghiului de înclinare a dintelui;
σFP=σFlim∙KFN∙YFX∙YS
SF
σFP=480 ∙1
1,5=320 [N/mm2]
σFP – rezistența admisibilă la încovoiere;
KFN = 1 – coeficientul numarului de cicluri – pentru: HHred=5∙107[cicluri de func ționare ];
KFX = 1 – factor dimensional pentru: mn≤5 [mm] ;
YS = 1 – factor al concentratorului de tensiune;
SF = 1,5 – coeficent de siguranță la încovoiere;
KFB = σ B – coeficient de siguranță la rupere prin oboseală – [4];
Yc=0,25+0,75
εa=0,25+0,75
1,5=0,75 – coeficientul gradului de acoperire;
εa=1,5 – grad de acoperire la angrenare;
𝑚𝑛≥13707 ∙(2+1)∙1,25∙1,15∙5∙0,7∙2,5∙1∙0,75
0,4∙362∙320=0,467[mm]
Adopt: m n = 0,5 [mm] – STAS 822_61.
3.2 Calculul numărului de dinți
Z1 max =2(a−mn)∙cos β
mn∙(i12+1)
Z1 max =2(36−0,5)
0,5(2+1)≅48
x1+x2≅1
β = 0 – avem dinți drepți;
z1+z2=2∙a
m= 2∙36
0,5=144
Z1 = 48
Z2 = 96 i12 = 96
48=2

70
Adopt: m n = 0,5 [mm] ;
Z1 = 48;
Z2 = 96;

4. Calcul geometric al angrenajului
4.1 Unghiul de angrenare
cosαN=m(Z1+Z2)∙cos α0
2a=0,5(48+96)∙cos 20°
2∙36=0,894
=>αN=20°
4.2 Suma deplasărilor specifice
Z1 > 30 => angrenaj “zero” – ISO TC60;
X1 = X 2 = 0;
4.3 Diamentrul de divizare
d1(2)=mn∙Z1(2)
d1=0,5∙48=24 [mm]
d2=0,5∙96=48 [mm]

4.4 Diamentrul de cap
da1(2)=d1(2)+2∙mn∙(hon+X1(2))
da1=24+2∙0,5=25 [mm]
da2=48+2∙0,5=49 [mm]
4.5 Diametrul de picior
df1(2)=d1(2)−2∙mn∙(hon+Won−X1(2))
𝑑𝑓1=24−2∙0,5∙(1+0,25)=22,75 [mm]
𝑑𝑓2=48−2∙0,5∙(1+0,25)=46,75 [mm]
4.6 Înălțimea capului de divizare al dintelui
ad1(2)=mn(hon+X1(2))
ad1=ad2=0,5∙1=0,5 [mm]
4.7 Înălțimea piciorului dintelui
bd1(2)=0,5∙(d1(2)−df1(2))
bd1=bd2=0,5(24−22,75)=0,5(48−44,75)=0,625 [mm]

71
4.8 Înălțimea dintelui
hd=ad+bd
hd=0,5+0,625 =1,125 [mm]
4.9 Pasul de divizare
pd1(2)=π∙d1(2)
Z1(2)
pd1=pd2=π∙24
48=π∙48
96=1,57 [mm]
4.10 Diametrul de baz ă
db1(2)=d1(2)∙cosα0
db1=24∙cos20° =22,552 [mm]
db2=48∙cos20° =45,105 [mm]
4.11 Lungimea peste “n” dinți
Ln1(2)=m∙cosα0[(n−0,5)∙π+Z1(2)∙evα0]+2X1(2)∙sinα0
n=z1(2)∙α0
180°+0,5−2∙X1(2)
π∙tgα0

n1=40∙20°
180°+0,5=5 dinți
L5(1)=0,5∙cos20° ∙[(5−0,5)∙π+40∙0,014904 ]=6,922 [mm]
ev20° =0,014904 ;
n2=96∙20°
180°+0,5=11 dinți
L11(2)=0,5∙cos20° ∙[(11−0,5)∙π+96∙0,014904 ]=16,170 [mm]
5. Calculul de verificare
5.1 Verificarea obținerii angrenării – număr minim de dinți
Zmin1(2)=2(1−x1(2))∙cosα
sin2α
Zmin1(2)=2
sin2α=17 dinți
5.2 Verificarea continuității angrenării
εα=ε1+ε2−εa>1,1
ε1=√da12−db12
2∙π∙m∙cos α=√252−22,5522
2∙π∙0,5∙cos 20°=3,655
ε2=√da22−db22
2∙π∙m∙cos α=√492−45,1052
2∙π∙0,5∙cos 20°=6,485

72
ε3=2∙asinαNT
2∙π∙m∙cos α=2∙36∙sin20°
2∙π∙0,5∙cos 20°=8,341
εα=3,655 +6,485 −8,341 =1,799 >1,1
Treapta II – Calculul angrenajului cilindric cu dinți drepți
OBS – Vom parcurge exact aceleași etape ca la treapta I și vom utiliza aceleași relații și aceeași
coeficienți;
– Materialel ș i tratamentele termic e vor fi aceleași ca la treapta I;

1. Date inițiale
1.1 Date preliminarii
nII=425 [rot/min ]
NI=1,84[kW]
MtII=41 34[N∙mm ]

2. Calculul de predimensionare
2.1 Calculul distanței dintre axe la solicitarea la presiunea de contact
aWII=(i23+1)∙√MtII∙KA∙KV∙KHB∙ZE2∙ZH2∙Zε2
2∙Ψa∙i12∙σHP2 ∙cos2α
cos2αW3[mm ]
aWII=(3+1)∙√41346 ∙1,25∙1,15∙1,15∙2912∙1,771∙12
2∙0,4∙2∙147623=60,5 [mm]
Adopt – aWII=80 [mm] – STAS 6055_82

3. Calculul de dimensionare
3.1 Calculul modulului minim la solicitarea de încovoiere la baza dintelui
mn≥MtII∙(i23+1)∙KA∙KV∙KFB∙Kα∙YF∙Yβ∙YC
Ψa∙a2∙σFP [mm ]−[1]
𝑚𝑛≥41346 ∙(3+1)∙1,25∙1,15∙5∙0,7∙2,5∙1∙0,75
0,4∙802∙320=1,91[mm]
Adopt: m n = 2 [mm] – STAS 822_61.

73
3.2 Calculul numărului de dinți
Z1 max =2(a−mn)∙cos β
mn∙(i23+1)
Z1 max =2(80−2)
2(3+1)=20 dinți
z1+z2=2∙a
m= 2∙80
0,2=80 dinți
Z1 = 20
Z2 = 60
Adopt: m n = 2 [mm] ;
Z1 = 20;
Z2 = 60;
4. Calcul geometric al angrenajului
4.1 Unghiul de angrenare
cosαN=𝑚𝑛(Z1+Z2)∙cos α0
2a=2(20+60)∙cos 20°
2∙80=0,894
=>αN=20°
4.2 Suma deplasărilor specifice
Z1 < 30 => angrenaj “zero deplasat ” ;
X1 = -X2 = 0,03∙(30−𝑍1)=0,03∙(30−20)=0,3;
4.3 Diamentrul de divizare
d1(2)=mn∙Z1(2)
d1=2∙20=40 [mm]
d2=2∙60=120 [mm]
4.4 Diamentrul de cap
da1(2)=d1(2)+2∙mn∙(hon+X1(2))
da1=40+2∙2(1+0,3)=50,4 [mm]
da2=120 +2∙2(1−0,3)=122 ,8 [mm]
4.5 Diametrul de picior
df1(2)=d1(2)−2∙mn∙(hon+Won−X1(2))
𝑑𝑓1=40−2∙2∙(1+0,25−0,3)=36,2 [mm]
𝑑𝑓2=120 −2∙2∙(1+0,25+0,3)=113 ,8 [mm] i23 = 60
2=3

74
4.6 Înălțimea capului de divizare al dintelui
ad1(2)=mn(hon+X1(2))
ad1=2(1+0,3)=2,6 [mm]
ad2=2(1−0,3)=1,4 [mm]
4.7 Înălțimea piciorului dintelui
bd1(2)=0,5∙(d1(2)−df1(2))
bd1=0,5(40−36,2)=1,9 [mm]
bd2=0,5(120 −113 ,8)=3,1 [mm]
4.8 Înălțimea dintelui
hd=ad+bd
h𝑑1=2,6+4,9=4,5 [mm]
h𝑑2=1,4+3,1=4,5 [mm]
4.9 Pasul de divizare
pd1(2)=π∙d1(2)
Z1(2)
pd1=π∙40
20=6,283 [mm]
pd2=π∙120
60=6,283 [mm]
4.10 Diametrul de baz ă
db1(2)=d1(2)∙cosα0
db1=40∙cos20° =37,537 [mm]
db2=120 ∙cos20° =113 ,763 [mm]
4.11 Lungimea peste “n” dinți
Ln1(2)=m∙cosα0[(n−0,5)∙π+Z1(2)∙evα0]+2X1(2)∙sinα0
n=z1(2)∙α0
180°+0,5−2∙X1(2)
π∙tgα0

n1=20∙20°
180°+0,5=3 dinți
L3(1)=2∙cos20° ∙[(3−0,5)∙π+20∙0,014904 ]+2∙0,3∙sin20° =15,526 [mm]
ev20° =0,014904 ;
n2=60∙20°
180°+5=12 dinți
L12(2)=2∙cos20° ∙[(12−0,1)∙π+60∙0,014904 ]−2∙0,3∙sin20° =69,374 [mm]

75

5 Calculul de verificare
5.1 Verificarea obținerii angrenării – număr minim de dinți
Zmin=2(1−x1(2))∙cosα
sin2α
Z1𝑚𝑖𝑛=2(1−0,3)
sin220°=12 dinți
Z1𝑚𝑖𝑛=2(1+0,3)
sin220°=23 dinți
5.2 Verificarea continuității angrenării
εα=ε1+ε2−εa>1,1
ε1=√da12−db12
2∙π∙m∙cos α=√502−37,5872
2∙π∙2∙cos 20°=2,844
ε2=√da22−db22
2∙π∙m∙cos α=√122 ,82−112 ,7632
2∙π∙2∙cos 20°=4,118
ε3=2∙asinαNT
2∙π∙m∙cos α=2∙80∙sin20°
2∙π∙2∙cos 20°=4,634
εα=2,844 +4,118 −4,634 =2,328 >1,1

3.4 Proiectarea sistemului de comandă
Am ales ca și sistem de comandă, un sistem baza pe senzori de activitate musculară,
pentru a controla motoarele, o placă de dezvoltare Arduino Mega și un driver de motoare
pentru a executa mișcările brațului. Sistemul senzorial se bazează electromiografia musculară.
Electromiografia (EMG) este o tehnic ă utilizată pentru a capta semnalele produse de
nervi în mușchii scheletici țintă. Aceste semnale sunt captate de electrozi și senzori și apoi
transformați într -un semnal digital de către un codificator. Acest semnal este apoi procesat și
afișat de un prog ram de calculator.
Fibrele nervoase
ale mușchilor
Electrozi și senzori
Encoder
Procesare și
afișare

76
Pentru exoscheletul dezvoltat am ales modelul MyoWare Muscle Sensor fabricat de
Compania SparkFun.

Modelul ales are următoarele specificații:
Parametrii Minim Optim Maxim
Tensiunea de
alimentare +2,9V +3,3V sau +5V +5,7V
Ajustarea semnalului
prin potențiometru 0,01Ω 50 kΩ 100 kΩ
Semnal procesat
Semnal neprocesat 0V
0V –
– +Vs
+Vs
Impedanța de intrare – 110 GΩ –
Curentul necesat – 9 mA 14 mA
CMRR – 110 –
Tedențiozitate – 1 pA –

77
Electrozii și senzorii sunt ceea ce fac posibil contactul electric cu pielea. Acești
electrozi sunt ad esea conectați direct la senzor . Mulți electrozi și senzori moderni conțin un
mecanism "snap -on" care permite o conexiune ușoară între cele două. Doi dintre acești
electrozi su nt adesea plasați pe mușchiul țintă, în timp ce al treilea este destinat să mărească
semnalul și este adesea atașat pe sau lângă un os .

Dacă dorim să sporim semnale din grupul
muscular biceps brahial, doi electrozi ar fi plasați pe
porțiunile superioare și inferioare ale mușchiului, în
timp ce un electrod este plasat lângă cot pentru a lega
electrozii. Atunci când potențialele de acțiune apar în
fibrele musculare, electrozii primesc această
activitate de spiking. EMG este o înregistrare
electrică, nu me canică. Forța contracției musculare
corespunde mărimii puterii semnalului, care în acest
caz corespunde cu cantitatea de tensiune de ieșire.

Software -ul de procesare convertește informațiile neprocesate EMG într -o curbă
netedă. Pentru a face acest lucru, software -ul folosește adesea ceea ce se numește Root Mean
Square sau RMS. RMS coincide cu puterea medie a semnalului. Acum, acest grafic neted al
semnalului EMG poate fi analizat. Un exemplu de metodă RMS este prezentat în Figura ?.

78
Poziția și orientarea e lectrozilor senzorilor musculari au un efect amplu asupra
rezistenței semnalului. Electrozii trebuie să fie amplasați în mijlocul corpului mușch iului și
trebuie să fie aliniați orientării fibrelor musculare . Plasarea senzorului în alte locații va reduce
rezistența și calitatea semnalului senzorului, datorită reducerii numărului de unități motor
măsurate și a interfe rențelor .

Acest tip de senzori musculari sunt concepuți pentru a fi utilizați direct cu un
microcontroler. Prin urmare, ieșirea primară a senzorilor nu este un semnal neprocesat EMG,
ci un semnal amp lificat, rectificat și integrat, care va funcționa bine cu convertorul analogic –
digital (ADC) al microcontrolerului. Această diferență este ilustrată mai jos utilizând un
semnal EMG reprezentativ :

Zona de inervare a mușchilor

Plasarea corectă
Linia mijlocie a burții musculare
între o zonă de inervație și o
joncțiune tendo -musculară .

Deplasat față de linia mijlocie

Joncțiune tendo -musculară Semnale E MG
neprocesate
Semnal EMG neprocesat

Semnal EMG rectificat

Semna l EMG rectificat și
integrat

79
În continuare voi prezenta mișcările pe care le poate executa exoscheletul și grupele de
mușchi utilizate în acestea.
Prima mișcare este abducția – adducția brațului din articulația umărului . Senzorii au
fost plasați pe mușch ii indicați în figura ? .

A doua mișcare este flexia – extensia brațului . Senzorii au fost plasați pe mușch ii
indicați în figura ? .

A treia mișcare este rotația internă – externă a brațului din articulația umărului .
Senzorii au fost plasați pe mușch ii indicați în figura ? .

Deltoid
Triceps brahial
Dorsal mare
Deltoid
Biceps brahial
Marele Pectoral
Extensia
Flexia
Infraspinos
Rotund mic
Rotund mare
Dorsal mare
Marele
pectoral
Adducția
Deltoid
Abducția
Trapez
Dințat
anterior
Deltoid
Marele pectoral
Rotund mare
Dorsal mare
Deltoid
Rotund mic
Infraspinos
Rotația externă
Rotația internă

80
A patra mișcare este flexia – extensia antebrațului din articulația cotului. Senzorii au
fost plasați pe mușchii indicați în figura ?.

A cincea mișcare este pronația – supinația antebrațului . Senzorii au fost plasați pe
mușchii indicați în figura ?.

În funcție de combinația de mușchi ce sunt încordați, exoscheletul execută mișcarea
respectivă. Senzori sunt monitorizați continuu, aceștia livrând în permanență o tensiune între
0-5V. Valoarea de 0V este transmisă în momentul în care mușchiul nu este încordat, deoarece
semnalul EMG este 0. Orice valoare peste 0 indică faptul că mușchiul este într -o oarecare
contracție, tensiunea de 5V fiind asociată cu o contracție maximă.
Pentru o eficiență ridicată alegerea platformei de dezvoltare este esențială. În cazul
nostru platforma utilizată este Arduino Mega 2560, întrucât oferă un mediu de dezvoltare
integrat ce poate fi programat folosind limbajul C sau C++.
Triceps brahial
Pronator rotund
Supinația
Pronația
Triceps
brahial
Pronator Rotund
Brahial
Triceps brahial
Flexia
Extensia

81

Acest model vine echipat cu un microprocesor AVR, Atmega2560, ce conține 54 de
intrări sau ieșiri digitale. Dintre aceastea, 15 pot fi utilizate ca ieșiri PWM, patru porturi
seriale și 16 ieșir i analogice. Placa de dezvoltare poate fi alimentată într -un interval 6 -20V.
Arduino Mega 2560 are următoarele caracteristici generale :
Microcontroller Atmega2560
Tensiunea de alimentare 5V
Intrări/ieșiri digitale 54
Intrări analogice 16
Curent maxim pe intrare/ieșire 40mA
Memoria flash 265KB

Conexiunea dintre placa de dezvoltare și senzorul de activitate musculară se face
conectând pinul de semnal al senzorului la unul din pinii analogici ai platformei. Pentru ca
senzorul să fie funcțional, el tr ebuie alimentat cu o tensiune de 5V fie de la Arduino , fie de la
o sursă externă.

82
Figura ? reprezintă un exemplu de conexiune dintre senzori și platforma de dezvoltare.
Mișcarea exoscheletului este dirijată de o combinație de senzori. Î n momentul în care toți
senzorii apartinând aceleași combinații sunt activi , motorul primește semnal punând î n
mișcare exoscheletul. Acestă mișcare este executată at ât timp cât combinația este validă sau
până câ nd se ajunge la limita impusă prin cod a numărului de pași posibili a motoarelor.
Mișcare a inversă se face analizând combinția de senozori responsabili pentru readucer ea
brațului sau a antebrațului î n poziția inițială. În figura de mai jos este descris acest proces
pentru o mișcare a exoscheletu lui.

83
Deoarece platforma de dezvoltare nu este capabilă să genereze un curent suficien t de
puternic ca să poată pune î n mișcare axul motoarelor, am avut nevoie de o componentă care să
facă acest lucru posibil. Astfel am ales driverele de motoare AMIS -30543 . Acestea ne oferă
posibilitatea controlării motoarelor î n diferite moduri.

Acest model de driver are următoarele caracteristici principale:
Tensiunea minima de operare 6V
Tensiunea maximă de operare 30V
Curent contiuu per fază 1.8A
Curent ma xim per fază 3A
Tensiuna minimă de operare 2.5V
Tensiunea maximă de operare 5.5V
Rezoluț ia micropașilor 1-1/2-1/4-1/8-1/16-1/32-1/64-1/128

Acest model poate permite c ontrolul curentului progra mabil SPI (de la 132 mA la 3
A), iar acesta permite microcontrolerului să ajusteze limita curentului de vârf în timp ce este
nevoie de mai mult sau mai puțin cuplu sau viteză . Deasemenea permite c ontrol inteligent
care selectează automat modul corect de descompunere a curent ului (descompunere rapidă
sau des compunere lentă) . Are f uncție integrată de supraveghere .

84

VMOD este p rotecție la rețeaua de aliment are de la 6 V la 30 V. Curentul VDD
disponibil este redus pentru tensiunile de intrare mai mici de 8 V, iar modul de repaus nu este
disponibil pentru tensiuni de intrare mai mici de 9. Pinul VBB oferă acces la sursa de
alimentare pentru motor după protecția MOSFET cu tensiune in versă . Acesta poate fi utilizat
pentru alimentarea cu energie inversă a altor componente ale sistemului. MOTXP este ieșirea
bornei pozitive ale bobinei fazei Y. MOTXN este ieșirea bornei negative ale bobinei X.
MOTYP este ieșirea bornei pozitive ale bobin ei Y. MOTYN este ieșirea bornei negative ale
bobinei Y. Placa este alimentată de un regulator intern de 5V, iar acest pin VDD oferă acces
la ieșirea de 5V reglată. Acest lucru poate fi folosit pentru alimentarea pinului IOREF
învecinat atunci când se utili zează această placă în sisteme de 5V și poate fi utilizat pentru
alimentarea unui microcontroler extern. Când VMOT este mai mare de 8 V, este disponibil
aproximativ 30 mA pentru componente externe; când VMOT este mai mică de 8 V, curentul
disponibil scade la mai puțin de 10 mA. Pinul DIR determină direcția de rotație. Direcția
poate fi de asemenea controlată prin interfața SPI. Cu ajutorul pinului SLA putem vizualiza
viteza și unghiul de sarcină după un filtru trece -jos. Rezultatul este o tensiu ne analogic ă între
0 V și 5 V . Acest semnal poate fi utilizat pentru detectarea stării sa u a controlului cuplului și
vitezei pe baza unghiului de sarcină .