CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI [607060]

1
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

CONȚINUTUL PROIECTULUI DE
CONTRACT DE CERCETARE
CUPRINS

Capitolul 1. Introducere. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 2
Capitolul 2. Stadiul actual. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 3
Capito lul 3. Descrierea obiectivelor cercetării. ………………………….. ………………………. 5
Capitolul 4. Graficul de desfășurare a cercetării. ………………………….. ………………….. 6
Capitolul 5. Planificarea rapoartelor de cercetare. ………………………….. ………………. 7
5.1 Stadiul actual al cercetărilor și soluțiilor privind s istemele de reabilitare
neuromusculara ………………………….. ………………………….. ………………………….. 7
5.2 Bazele teoretice a functionarii unei sistem de reabilitare neuromusculara 7
5.3. Contribuții și realizările experimentale. ………………………….. ……………….. 8
Capitolul 6. Calcul economic, efortul financiar și uman. ………………………….. ………… 8
Capitolul 7. Bibliografie. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 9
Capitolul 8. Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 10

Oradea,
13.09.20 19

Coordonator științific : Întocmit :
Prof.dr.ing. Tarca Radu Catalin ing. Hamos Jozsef Armin

2
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

Capitolul 1. Introducere.

Orteza robotica este un dispozitiv terapeutic utilizat pentru reabilitarea
neuromusculara a mainii si a ant ebratului in urma unui accident vascular cerebral. Un
astfel de orteza imbunatateste si sustine procesul de reabilitare si au nenumarate avantaje
fata de reabilitarea manuala facuta de un terapeut:
 repetarea usoara a exercitiilor
 documentarea si sesizarea automata a progresului
 intensitatea ajustabila a exercitiilor
 aplicarea constanta a terapiei

Dispozitivul functioneaza pe baza de EMG (electromiografe), senzorii acestuia
sesizand activarea voluntara a muschilor. Astfel orteza detecteaza intentiile pacie ntului de
a misca mana, proceseaza acele semnale si le livreaza catre bratul robotic care ajuta la
executarea miscarii dorite de persoana afectata.

Prin aceasta metoda de asistenta la executarea miscariilor dorite de creierul
pacientilor, pacientul are un feedback pozitiv care promoveaza invatarea si reabilitarea a
functiilor motorice. Orteza permite reinvatarea a miscaliror mainilor si antrenarea lor prin
exercitii de deschidere / inchidere a pumnului, miscarea degetelor si folosirea unor jocuri
interacti ve cu mod de lucru activ si pasiv, cu un progres bine urmarit si documentat.

Sistemul de control a unui astfel de orteze consta in crearea unei aplicatii, cu urmatoarele
functii:

3
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/
 conexiune si metoda de comunicare intre aplicatie si orteza robotica, pentru
primirea datelor senzoriale si prelucrarea acestor astfel determinand parametrii de
functionalite necesare pentru controlul ortezei, si trimiterea parametrilor catre
orteza.
 Afisarea informatiilor relevente a procedurii pe un ecran, cu elemente de a ctionare
(butoane) pentru executarea unor actiuni a ortezei.
 Optiuni pentru pornirea unor jocuri interactive care usureaza procesul de
reabilitare.
 Stocarea datelor relevante intr -o baza de date locala: datele pacientului, sedintele de
reabilitare a fiecar ui pacient si rapoarte cu progrese.

Capitolul 2. Stadiul actual.

Cu aparitia si dezvoltarea industriei de robotica si mecatronica, tot mai mult au fost
proiectate si fabricate modele de roboti care pot fi folosite in industria medicala.
Elementele aut omatizate au rolul de a usura si expanda procesele medicale, aprovizionand
medicii cu resurse cu o precizie mult mai crescuta fata de procesele manuale.

Una din domeniile la care s -a prezentat folosinta acestor roboti a fost domeniul
terapeutic, si mai a les reabilitarea pacientilor care au suferit accidente vasculare cerebrale
prin care au pierdut functiile motorice a mainilor. Pentru a ajuta recuperarea pacientilor s –
au proiectat braturi robotice de forma unei maini umane. Aceste braturi pot fi actionate
prin folosirea unor actuatori care pot fi de tip:
 actuatori electrice
 actuatori pneumatice

4
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

Bratul robotic este dezvoltat sa imiteze precis miscarile unui brat uman, avand
posibilitatea de a misca fiecare deget si articulatie in parte. Aparatul este montat pe mainile
unei pacient si datorita formei de constructie bratul robotic ajuta la executarea miscarilor
necesare pentru reabilitare. Dorinta unui pacient de a executa miscarea mainilor este
sesizat prin folosirea unor senzori el ectromiografice. Acesti senzori au rolul de a
diagnostica semnalele nervoase trimise de catre creier pentru executarea unei miscari,
semnale care insa din cauza accidentului vascular cerebral nu ajung la muschile unui
individ. Astfel e nevoie de terapie de reabilitare care citeste semnalele, ajuta la executarea
miscarii care in sine rezulta in crearea unei feedback catre creier care consolideaza
recuperarea sistemului neuromuscular ca pacientul sa poate recapata libertatea miscarii
mainilor si executa singu r miscarile pierdute in urma accidentului suferit.

Aplicatia de control pentru an astfel de brat robotic are nevoie sa ofere posibilitatea
conexiunii cu dispozitivul, calibrarea acestuia si posibilitatea de a scana si sesiza
eventualele erori de sistem. T oate acestea trebuie realizate intr -un mediu securizat,
nepermitand comanda bratului din exterior care poate pune in pericol sanatatea pacientului
care foloseste aparatul. Un alt aspect de securitate este acela a datelor pacientilor, datele
personale, medi cale si rapoarte de progres, care trebuiesc respectate si protejate in mod
adecvat.

Aplicatia mai are rolul de a oferi un ghid pentru utilizatorii terapeuti, pentru a oferi
solutii clare si consistente in utilizarea aplicatiei si a aparatului terapeutic, ghid pentru
montarea ortezei pe mana pacientului si conectarea cablurilor, ghid pentru calibrarea
ortezei si ghid pentru gestiunea pacientilor si crearea raporturilor de terapie. Pentru o mai
buna experienta este recomandat ca un astfel de aplicatie sa afi seze feedback si pe ecran
pentru ca pacientul sa poate vizualiza progresul in sine pe ecranul calculatorului si sa ii fie
oferit o terapie interactiva prin intermediul unui joc care necesita efortul de a executa
miscari ale mainii.

5
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

In piata actuala exista diferite modeluri de orteze robotice, folosite in industria
medicala care ofera cateva sau mai multe din functiile prezentate mai sus. Astfel de orteze
si aplic atii sunt oferite de compania Rehab Robotics in gama lor de produse 'Hand of
Hope'.

Capitolul 3. Descr ierea obiectivelor cercetării.

Obiectivele proiectului este de a crea o aplicatie de control pentru niste prototipuri
de braturi robotice, cu actuatori electrice si pneumatice, pentru a oferi o alternativa la gama
curenta gasita pe piata, in acelasi timp introducand functii noi pe partea sistemului de
comanda, functii noi pentru achizitionarea datelor si un feedback in timp real intr -un mediu
virtual, care sa ofere un alt aspect vizual pentru pacienti care poate intari reabilitarea
neuromusculara si reinv atarea creierului pentru executarea miscarilor pierdute in urma unui
accident vascular cerebral.

O solutie optima pentru crearea feedbackului in timp real este folosirea unor
encoderi montate pe motoarele electrice responsabile de executarea miscariilor i n
articulatiile ortezei. Prin encoderi se poate determina pozitiile precise pentru axul
motoarelor din care se poate calcula exact pozitia fiecarui elemnent, rezultand afisarea
pozitiilor intr -un mediu 3D sau virtual pe ecranul calculatorului.

Un alt aspe ct care merita considerat este ca tratamentul intr -un domeniu afectat cum
ar fi lipsa functiilor motorice in urma unui accident vascular cerebral si tratarea inteziva a
acestuia poate rezulta in imbunatatirea altor domenii afectate de accident, cum ar fi
comunicarea pentru indivizii care sufera afazie de vorbire. Exista cercetari stiintifice care
arata ca exista beneficii clare in capabilitatile de comunicare pentru astfel de pacienti in
urma recuperarii functiilor motorice. Astfel se poate seta ca obiectiv crearea unor functii

6
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/
care pot accentua atingerea progreselor in comunicare in cazul pacientilor care sufera de
afazie, in implementarea unor exercitii lingvistice in programele interactive de recuperare.

Capitolul 4. Graficul de desfășurare a cercetării.
Graficul de desfășurare a cercetării a fost realizat sub forma unui grafic Gantt si este
prezentat în Anexa 1.
Sarcinile care trebuiesc indeplinite in vedere rtealizării contractului de cercetare sunt
prezentate în tabelul 1.
Nr. Sarcini Start Sfârșit
1 Stabilirea obiectivelor si a metodologiei de lucru. 01.10.2018 30.09.2019
2 Cunoasterea proceselor medicale in reabilitarea
pacientilor cu accident vascular cerebral . 01.10.2019 30.12.2019
3 Documentarea stadiu actual . 01.10.2019 30.12.2019
4 Realizarea si su stinere raport: Stadiul actual al
sistemelor de recuperare neuro musculare. 01.01.2020 29.02.2020
5 Prezentarea rezultatelor cerceta rii in cadrul unor
conferinte si/sau reviste. 01.10.2019 29.02. 2020
6 Modelarea sistemului de recupare neuromusculara. 01.03.2020 30.05.2020
7 Realizare model FEA si simulare 30.05.2020 31.07.2020
8 Analiza rezultatelor simularii si intocmire a unei
raport, cu sustinerea acetuia. 01.08.2020 30.09.2020
9 Realizarea sistemului de control. 01.10.2020 01.01.2021
10 Testarea sistemului. 01.01.2021 30.01.2021
11 Analiza re zultatelor si intocmire raport. 01.02.2021 30.02.2021
12 Redactare si sustinere teza 01.03.2021 30.09.2021
13 Redactare/sustinere lucrarilor stiintifice la conferinte
si/sau reviste 01.02.2021 30.09.2021

7
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

Capitolul 5. Planificarea rapoartelor de cercetare.

5.1 Stadiul actual al cercetărilor și soluțiilor privind sistemele de reabilitare
neuromusculara
Raportul va include situatia curenta a ortezelor robotice folosite pentru reabilitarea
neuromusculara a pacientilor care sufera de dizabilitati in urma unui accid ent vascular
cerebral, functiile si capabilitatile aplicatilor curente folosit in industria medicala si un
scurt istoric al evolutiei si a dezvoltarii dispozitivelor robotice care permite aplicarea lor
intr-o industrie care necesita precizie si siguranta f oarte mare.

O componenta importanta a raportului constituie metodele clasice folosite in
reabilitarea pacientilor, si verificarea avantajelor si dezavantajelor a unui sistem de
reabilitare robotizata fata de metodele clasice.
Termen de sustinere febuarie 2020 .

5.2 Bazele teoretice a functionarii unei sistem de reabilitare neuromusculara

Raportul va analiza elementele unei sistem de reabilitare, teoriile pe baza caruia
functioneaza o orteza robotica si metodele de comunicare intre aplicatia de control si
dispo zitivul de actionare, precum procesele medical care au la baza reabilitarea functiilor
motorice si cum aceste procese poate fi realizat de dispozitivul de actionare in loc de
terapia manuala.
Termen de sustinere septembrie 2020 .

8
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

5.3. Contribuții și realizările expe rimentale.

Raportul va prezenta cercetariile realizate cu ajutorul unui brat robotic,
experimentele facuta prin integrarea bratului cu aplicatia de control, si functionarea
jocurilor interactive si feedbackului in timp real in sistemul intreg.
Termen de s usținere februarie 2021 .

Capitolul 6. Calcul economic, efortul financiar și uman.

Prin tema de cercetare se propune realizarea unui sistem de reabilitare a functiilor
motorice, folosing prototipuri existente de orteza robotica. Astfel efortul financiar consta in
crearea aplicatiei de control la care se conecteaza orteza robotica, si care va fi responsabil
pentru calibrarea si controlarea aparatelor, culegerea datelor din partea senzorilor montate
pe aparatele robotice si integrarea acestora in niste functii interactive pentru a avea un
sistem intreg de hardware si software cu capabilitati de reabilitare.

Estimarea costurilor aferente proiectului de cercetare este prezentată in tabelul 1.
Nr. crt. Denumire Buc/
set Preț unitar
[RON] Valoare
[RON]
1 Mobilități 3 5.000 15.000
2 Participare la conferinte internationale 3 2500 7500
3 Participare conferinte nationale 3 1200 3600
4 Carti/materiale de documentare 10 200 2000
5 Software achizitionat 1 6000 6000
6 Realizare software specific proiectului 1 10.000 10.000
7 Cost design componente specifice proiectului 1 5000 5000
9 Cost test/modificari componente 1 2000 2000
TOTAL 41.100

9
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

Capitolul 7. Bibliografie.
[1] Chapter 17 – Rehabilitation Robotics for Stroke, Scott Barbuto MD, PHD, Joel Stein MD

[2] Acute Stroke Rehabilitation for Gait Training with Cyborg Type Robot Hybrid Assistive
Limb: A pilot study, Journal of the Neurological Sciences, Volume 404, 15 september 2019:
Chiaki Yokota, Yukio Yamamoto, Masatoshi Kamada, Michikazu Nakai, Kunihiro
Nishimura, Daisuke Ando, Takeo Sato, Masatoshi Koga, Masafumi Ihara, Kazunori
Koyoda, Yasuyuki Fujimoto, Hirotaka Odani, Kazuo Minematsu, Takashi Nakajima.

[3] Effectiveness of pper -limb robotic -assisted therapy in the early rehabilitation phase after
stroke: A single -blind, randomised, controlled trial, Annals of Physical and Rehabilitation
Medicine, april 2019: Stephanie Dehem, Maxime Gilliaux, Gaetan Stoquart , Christine
Detrembleur, Geraldine Jacquemin, Sara Palumbo, Anne Frederick, Thierry Lejeune.

[4] Upper limb robot -assisted rehabilitation versus physical therapy on subacute stroke
patients: A follow -up study, Journal of Bodywork and Movement Therapies: Marco
Franceschini, Stefano Mazzoleni, Michela Goffredo, Sanaz Pournajaf, Daniele Galafate,
Simo ne Criscuolo, Maurizio Agosti, Federico Posterado.

[5] Hybrid robotic systems for upper limb rehabilitation after stroke: A review, Medical
Engineering & Physics, Volume 38, issue 11, november 2016: Francisco Resquin, Alicia
Cuesta Gomez, Jose Gonzalez -Vargas, Fernando Brunetii, Diego Torricelli, Francisco
Molina Rueda, Roberto Cano de la Cuerda, Juan Carlos Miangolarra, Jose Luis Pons.

[6] Robotic wrist training after stroke: Adaptive modulation of assistance in pediatric
rehabilitation, Robotics and A utonomous systems, Volume 91, may 2017: Francesca Marini,
Charmayne M.L. Hughes, Valentina Squeri, Luca Doglio, Paolo Moretti, Pietro Morasso,
Lorenzo Masia.

[7] Acceptability of robotic technology in neuro -rehabilitation: Preliminary results on
chronic stroke patients, Computer Methods and Programs in Biomedicine, Volume 116,
issue 2, september 2014: Stefano Mazzoleni, Giuseppe Turchetti, Ilaria Palla, Federico
Posteraro, Paolo Dario.

10
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI
Str. Universității, nr. 1, Oradea, Cod 410087, Bihor, România
Tel : +40 259 408 136, Fax : +40 259 408 436
http://imt.uoradea.ro/

Capitolul 8. Anexe