STUDII ȘI CERCETĂRI PRIVIND UN PREMERGĂTOR INTELIGENT PENTRU STIMULAREA MERSULUI LA COPII MICI ȘISAU PERSOANE CU DIZABILITĂȚI [307331]

STUDII ȘI CERCETĂRI PRIVIND UN PREMERGĂTOR INTELIGENT PENTRU STIMULAREA MERSULUI LA COPII MICI ȘI/SAU PERSOANE CU DIZABILITĂȚI

Coordonator științific: Absolventă:

Ș.l.dr.ing. [anonimizat]

2018

Capitolul 1

-Introducere-

1.1.Justificarea temei

La nivel mondial este o adevărată provocare dezvoltarea de noi dispozitive și echipamente cu scopul de a facilita realizarea activităților de rutină pentru persoanele ce suferă de o dizabilitate la nivelul membrelor inferioare.

Având în vedere faptul că trăim într-o eră a [anonimizat], vârstnici sau copii mici este o provocare ce merită acceptată din punct de vedere social deoarece și aceștia trebuie să aibă posibilitatea de a [anonimizat].

Folosirea unor astfel de dispozitive ajutând la integrarea pacientului în societate și oferirea unui aspect al normalității.

Membrul superior este fundamental pentru realizarea tuturor acțiunilor din viața cotidiană. [anonimizat], [anonimizat] o persoană este să întidem mâna. Aceste activități sunt greu de realizat pentru persoanele ce suferă de o dizabilitate la nivelul membrelor inferioare sau persoanele în vârstă deoarece folosind dispozitive simple de sprijin au nevoie de folosirea membrelor superioare pentru a le oferi susținere și echilibru.

De aceea dezvoltarea de noi echipamente mai performante este o problemă importantă ce merită toată atenția dezvoltatorilor.

1.2.Motivația din punct de vedere medical

La nivel național numărul persoanelor cu dizabilități la nivelul sistemului locomotor a [anonimizat].

La începutul anului 2012 erau înregistrate aproximativ 138.00 [anonimizat] 6.233 copii, număr ce a crescut până la sfârsitul anului 2017 la 196.030 dintre care aproximativ 6.000 copii ( pentru mai multe detalii a se vedea Anexa 1).

Tabel 1.1.[anonimizat].

1.3.Anatomia membrelor inferioare

1.3.1.[anonimizat]. Au un rol important în menținerea poziției bipede a corpului și în locomoție.

Membrele inferioare sunt alcătuite din oasele centurii pelviene([anonimizat]) care leagă membrul inferior liber de trunchi și de membrul inferior liber.

Membrul inferior liber este constituit din trei mari segmente:

[anonimizat].

[anonimizat].

[anonimizat], cinci metatarsiene și paisprezece falange.

Articulațiile membrului inferior se pot clasifica în funcție de constituția din punct de

vedere al oaselor acestuia.

Articulațiile centurii pelviene, ce au rolul de a asigura rezistența bazinului și

elasticitatea necesară atenuării șocurilor în timpul mersului, alergării sau salturilor.

Articulații ale membrului inferior liber

Articulația coxofemurală este o articulație ce prezintă trei grade de

libertate la nivelul căreia se pot executa mișcări de flexie, extensie, abducție, adducție, circumducție și rotație și care face legătura între osul femurului al membrului inferior liber și centura pelviană și are un rol important în menținerea poziției bipede a corpului și în facilitarea locomoției.

Articulația genunchiului face legătura între cele trei segmente ale membrului inferior

liber și anume între femur și oasele tibiei și fibulei. Prezintă un singur grad de libertate și are rol principal în execuția mișcărilor de flexie și extensie dar și a mișcărilor de rotație.

Articulația tibiofibulară permite doar mișcări de alunecare efectuate

datorită formării din cartilaj hialin a unei suprafețe rotunjite la nivelul epifizei tibiei.

Articulațiile piciorului, privite din punct de vedere anatomic se pot

deosebi patru mari articulații ale piciorului: articulația talocrurală, articulațiile intertarsiene, articulațiile tarsometatarsiene și articulațiile intermetatarsiene. Mișcările posibile la nivelul piciorului sunt asemănătoare cu cele produse de articulațiile membrului superior și anume mișcările de flexie, extensie, abducție și adducție.

Fig.1.1. Oasele și articulațiile membrului inferior

1.3.2. Mușchii membrelor inferioare

Mușchii scheletici reprezintă aproximativ 40% din greutatea corpului uman, având un rol vital în realizarea mișcărilor, în modelarea formei corpului și în menținerea în contact a oaselor unei articulații.

Mușchii membrelor inferioare se clasifică astfel:

Mușchi ai centurii inferioare(pelviene):

Anteriori: ileopsoas-mușchiul flexor al coapsei pe bazin

Posteriori-fesierii, asigură efectuarea mișcarilor de extensie și rotație în

afara coapsei și a mișcărilor de flexie și rotație spre interiorul coapsei.

Mușchii coapsei

Anteriori: croitor, cvadriceps femural, cei doi mușchi asigură efectuarea

acțiunilor de flexie a coapsei pe bazin și a gambei pe coapsă și cea de extensie a gambei pe coapsă.

Posteriori:biceps femural, semitendinos, semimembranos. Asigura

mișcările de extensie a coapsei, flexie a genunchiului și rotație în afara gambei.

Mediali: pectineu, adductori, gracilis, cu rol în realizarea mișcarilor de

adducție a coapselor.

Mușchii gambei

Anteriori: tibialul anterior, are rolul de a susține piciorul și în extensia

degetelor.

Laterali: peronieri, au rol de pronatori ai piciorului.

Posteriori: gastrocnemian, solear, asigură execuția mișcărilor de

extensie, supinație și adducție a piciorului.

Mușchii piciorului: mușchii extensori ai degetelor situați pe partea dorsală și

mușchii flexori ai degetelor, abductor al halucelui, adductor al halucelui situați pe partea plantară.

Fig.1.2.Musculatura membrului inferior

1.4. Patologii

Primele semne ale dezvoltării membrelor la om apar în săptămâna trei a vieții intrauterine, la sfârșitul lunii a doua se conturează degetele. Diferite obiceiuri sau tulburării ale stării de sănătate ale mamei pot avea ca efect împiedicarea dezvoltării normale a fătului în timpul vieții intrauterine ceea ce poate duce în unele cazuri la nașterea fătului cu anumite deficiențe sau dizabilități.

Termenul de dizabilitate este definit ca incapacitatea de a efectua sau o limitare in indeplinirea acțiunilor,sarcinilor și activităților care se așteaptă în mod obișnuit în rolurile sociale specifice care sunt obișnuite pentru individ într-un anumit context socio-cultural și într-un mediu fizic.

Din punct de vedere medical tratarea persoanelor cu dizabilitați rămâne o provocare pentru medici, vindecarea completă a acestor pacienți fiind imposibilă.

Cauzele apariției deficiențelor neuro-motorii au fost clasificate de-a lungul timpului în două mari categorii:

1.tulburări de dezvoltare. Aceste tulburări se referă la imposibilitatea dezvoltării normale a creierului în prima parte a vieții intrauterine.

2.leziuni neurologice apărute în urma unor leziuni cerebrale în timpul sarcinii sau imediat după naștere, aceste leziuni apar într-un procent mai mare în cazul copiilor născuți prematuri sau din cauza unor complicații apărute în timpul nașterii.

Printre factorii care influențează apariția unor leziuni neurologice se numără hipoxia, hemoragiile cerebrale, o serie de factori toxici ce țin de consumul de substanțe stupefiante și

într-un procent mai mic factori ereditari.

Deficiențele neuro-motorii ce apar ca urmare a infuenței factorilor ereditari se pot clasifica astfel:

Deficiențe rezultate în urma unor leziuni la nivelul măduvei spinării.

Deficiențe cauzate de distrofia musculară

Distrofia musculară poate fi descrisă ca o miopatie la nivelul mușhilor scheletici. Distrofia musculară poate fi cauzată de diferite afecțiuni cronice la nivelul mușchilor scheletici, definită de un proces de regresiune morfo-funcțională progresivă a mușchilor scheletici ce poate evolua de la oboseală musculară până la imobilitate completă. Distrofia musculară se manifestă sub trei forme: distrofia musculară Duchenne ce reprezintă o formă precoce de distrofie musculară și apare la copii cu vârsta cuprinsă între 3 și 5 ani și afectează în principal mușchii centurii pelviene, ai femurului și ai gambei.

O a doua formă de distrofie musculară este distrofia sub formă juvenilă ce se manifestă în general începând cu perioada de maturizare sexuală și afectează mușchii torecelui și cei ai centurii scapulare.

Cea de a treia formă este distrofia musculară Leyden cu tipul autozomal recesiv de transmitere ce începe în copilărie sau în perioada pubertății.

Fig.1.3.Schema simptomelor unui bolnav cu distrofie musculară Duchenne

Deficențe cauzate de scleroza multiplă

Scleroza diseminată este o boală cronică progresivă a sistemului nervos. Aceasta se manifestă prin deteriorarea celulelor nervoase de la nivelul maduvei spinării și al creierului. Simptomele acestei afecțiuni implică tulburări de vedere, afectarea sistemelor motorii și senzoriale, a coordonării și a echilibrului.

Din punct de vedere vizual, dificultățile constau în vedere dublă sau înțețoșată, mișcări oculare dureroase sau orbire la nivelul unuia sau a ambilor ochii.

Simptomele la nivelul sistemului motor includ slăbiciunea musculară, rigiditate, tremor, unele persoane pot prezenta o stare de insensibilitate la nivelul extremităților sau chiar paralizie parțială sau totală a membrelor.

Deficențe cauzate de spina bifida

Spina bifida este o malformație congenitală a măduvei spinării în cadrul căreia coloana vertebrală este divizată ca urmare a închiderii anormale a tubului neural embrionar, în primul trimestru al sarcinii.

Pesoanele ce suferă de această deficiență prezintă în cele mai multe dintre cazuri un deficit neurologic motor și senzorial sub nivelul leziunii. Se manifestă de cele mai multe ori sub forma slabiciunii musculare sau chiar paralizie a membrelor inferioare sau dificultate în timpul mersului.

Deficiențe cauzate de scleroza laterală amiotrofică

Scleroza laterală amiotrofică este o afecțiune ce lezează neuronii motori și implicit mișcările mușchilor voluntari ce lucrează sub acțiunea sistemului nervos somatic.

Este o boală progresivă a sistemului nervos definită de alterarea simultană a nervilor motori din maduva spinării și ai nervilor periferici.Se asociaza cu dezvoltarea lentă a parezelor spastice și atrofia musculară.

Deficiențe cauzate de artrita reumatoidă

Artrita reumatoidă este o boală autoimună, reumatică, cronică și progresivă ce afectează în principal țesutul conjunctiv al cartilagiilor articulațiile mici ale membrelor. Apariția bolii la femei are o incidență de până la trei ori mai mare decât bărbații. La nivelul membrelor inferioare se manifestă prin deformări ce includ eversia articulației călcâiului, luxații plantare parțiale ale degetelor, proeminențe ale talusului, deformarea labei piciorului, deformări ce limitează realizarea unor activități obișnuite.

Paralizie cerebrală

„Termenul de paralizie cerebrală descrie un grup de tulburări permanente ale dezvoltării motricității și posturii, ce determină limitarea activității, care sunt atribuite unor disfuncții non-regresive ce apar în dezvoltarea encefalului fetal sau al copilului mic.”

Fig.1.4.Tipuri de paralizie cerebrală

Primele semne de paralizie cerebrală apar în jurul vârstei de trei ani și se manifestă prin lipsa coordonării musculare în momentul efectuării unor mișcări voluntare, reflexe exagerate, rigiditate musculară, deplasarea îngreunată, diagnosticarea bazându-se pe prezența semnelor neurologice anormale ce indică o leziune de neuron motor superior și întârzierile în dezvoltarea neuro-motorie.

Fig.1.5. Anatomia membrelor inferioare la copii cu paralizie cerebrală

Capitolul 2

-Stadiul actual-

2.1.Stadiul actual în brevete

2.1.1. Brevetul numărul US9149408B2, 06.10.2015-Dispozitiv de asistență pentru mobilitate.

Dispozitivele convenționale de asistență pentru deplasare(de exemplu cârjele) impun ca individul să distribuie greutatea propriului corp între picioare, brațe și umeri. Această acțiune solicită atât articulațiile membrului superior, articulația încheieturii, a cotului și a umărului, cât și articulațiile membrului inferior, articulația gleznei, genunchiului și a șoldului, acest lucru limitând capacitatea individului de a folosi aceste dispozitive fără a suferi un disconfort semnificativ și fără durere.

Premergătoarele convenționale obligă individul să folosească brațele pentru deplasare, acțiune ce duce la limitarea activităților realizate de acesta. În multe dintre cazuri pacienții fiind forțați să folosească un scaun cu rotile pentru a-și putea folosi brațele în alte scopuri decât cel de susținere în timpul mersului.

Inventatorul acestui dispzozitiv, Robert J. Karlovich îmbunătățește dispozitivele convenționale prin excluderea necesității folosirii brațelor pentru susținerea în timpul mersului.

Dispozitivul său constă în prezența a două cadre situate în partea stângă și în partea dreaptă a utilizatorului, un mecanism cu un punct principal ce unește cele două cadre,un ham cuplat la cadre cu scopul de a transfera o parte din greutatea corporală de la picioare a individului prin șold către cele două cadre fără a necesita susținerea cadrului prin brațe și un scaun de mers situat pe mecanismul ce unește cele două cadre ce are atașat o centură pentru fixarea pacientului.

În figura de mai jos sunt prezentate elementele componente ale dispozitivului descris anterior. Această vedere din spate permite vederea în ansamblu a poziției pelvisului și a șoldului individului pe scaunul de mers 1 și poziția centurii 2 în timpul funcționării., absența brațelor pe mânerele 4 înlocuite de mecanismul cu punct principal 5 ce unește cele două cadre 6.

Fig.2.1. Vedere din spate a utilizatorului așezat pe scaunul de mers al dispozitivului

Fig.2.2. Evoluția posturii pacientului după folosirea dispozitivului

2.1.2. Brevetul numărul US20170258664A1,14.03.2016-Premergator vertical cu sistem de siguranță pentru utilizatori.

Acest premergător dezvoltat de David A. Purcell rezolvă problema poziției de mers, a susținerii greutății superioare a corpului și a siguranței indivizilor ce folosesc astfel de dispozitive prin implementarea unui premergator vertical cu roți și suspensii bilaterale de stabilizare a acestora, introducând de asemenea și un sistem automat de frânare integrat cu sisteme de evitare a obstacolelor și senzori.

Principalele avantaje ale acestui dispozitiv sunt reprezentate de distribuirea greutății corporale fără a solicita la fel de mult ca și dispozitivele convenționale articulațiile membrelor și prezența unui sistem automat de frânare în cazul în care senzorii încorporați detectează un obstacol.

Fig.2.3. Vedere laterală a unui premergător vertical cu sistem de siguranță

Fig.2.4.Elementele de susținere a brațelor ale dispozitivului

În figura de mai sus sunt prezentate elementele de susținere a părții superioare a corpului pentru diminuarea greutății susținute de articulațiile membrelor și interfața grafică pentru sistemul de procesare( frânare în cazul unui obstacol).

Fig.2.5.Poziția senzorului inclus în dispozitiv

Figura 2.5. reprezintă schițe a poziției senzorului infraroșu detector de obstacole orientat anterior pe dispozitiv.

2.2. Stadiul actual pe piață

În prezent, în țara noastră stadiul actual pe piață pentru astfel de produse constă în comercializarea acestor produse importate de către diferite firme.

2.2.1. Premergătorul pentru copii cu dizabilități tGo:

Acesta este produs de către firma Thomashilfen cu sediul în America de Nord și comercializată în țara noastră de diverse firme ce se ocupă cu comercializarea produselor pentru persoanele cu dizabilități.

TGo este un produs ce vizează copiii cu dizabilități și oferă suport dinamic ce susține mișcarea, un scaun dinamic, un sistem integrat de parcare și frână de fricțiune și de asemenea un sistem de frânare de siguranță simplu și funcțional.

Tabel 2.1. Specificațiile celor două dimensiuni produse

TGo folosește o tehnologie discretă, combinată cu o greutate redusă și dinamicitate ce oferă o mobilitate crescută și posibilitatea folosirii acestui produs chiar și în spațiile mici.

Scaunul de sprijin dinamic permite rotirea corpului pacientului, roțile sunt acoperite astfel încât riscul de rănire este redus, de asemenea placa de separare a picioarelor previne încrucișarea picioarelor în timpul mersului și permite de asemenea ghidarea de către altă persoană a premergătorului.

Fig.2.6. Părțile componente ale premergătorului tGo

Tabel.2.2. Descrierea componentelor din figura 2.6.

2.2.2. Premergătorul Meywalk 4

Meywalk 4 este denumirea comercială pentru antrenorul de mers Easy Walker pentru persoanele cu dizabilități și pentru persoanele cu o mobilitate redusă cauzată de demență produs de Meyland-Smith.

Acest produs se evidențiază printre celelalte produse din aceeași categorie prin sistemul de suspensie cu arcuri. Acest sistem pe lângă faptul că stimulează mușchii utilizatorului și determină dezvoltarea unui model de mers corect pentru persoanele cu dizabilități, motivează de cele mai multe ori pacienții cu dizabilități mintale să se miște, de unde și numele său.

Meywalk 4 este un produs ce satisface nevoile unei categorii mari de utilizatori deoarece este construit în patru dimensiuni Mini, Small, Medium și Large putând fi folosit atât de copiii cu dizabilități cât și de adulți.

Tabel 2.3. Dimensiunile celor 4 tipuri de antrenoare de mers Meywalk 4

Acest produs permite susținerea corpului fără fixare pe spate iar scaunul de susținere oferă aderență, împiedică alunecarea și oferă siguranță fără a suprasolicita mușchii de la nivelul umerilor. De asemenea roțile sunt contruite astfel încât produsul să poată fi folosit și în interior și în exterior iar roțile din față cu deflectoare de perete facilitează utilizarea.

Fig.2.7. Componentele standard a premergătorului Meywalk 4

2.2.3. Premergătorul Mustang

Este un premergător dezvoltat de către firma americană R82 și a fost dezvoltat cu scopul de a oferi suport pentru partea superioară a corpului și de a menține poziția verticală a acestuia în timpul mersului facilitând deplasarea pacientului.

Acest premergător este util pentru copii cu paralizie cerebrală sau cu probleme de echilibru.

Premergătorul Mustang este folosit pentru copii și tineri și este disponibil în patru dimensiuni.

Tabel 2.4.Dimensiunile componentelor premergătoarelor Mustang

Premergătorul Mustang este un echipament util copiilor cu probleme de echilibru sau celor ce suferă de o formă de paralizie cerebrală și prezintă numeroase avantaje printre care se numără și faptul că se poate controla viteza de deplasare prin modificarea rotațiilor roților, de asemenea oferă o susținere bună pacientului, acesta menținându-și poziția verticală în timpul mersului facilitând realizarea diferitelor activități.

Fig.2.8. Poziția pacientului în timpul utilizării premergătorului

2.3. Direcții viitoare

Pentru a îmbunătății calitatea vieții persoanelor ce suferă de dizabilități la nivel motor sau a persoanelor în vârstă, dezvoltarea unor echipamente de asistență a devenit o prioritate deoarece una dintre principalele cauze ale accidentării în cazul acestor persoane o reprezintă căderea.

De aceea se lucrează la optimizarea unor echipamente deja existente și dezvoltarea unor noi arhitecturi care asistă pacienții cu scopul îmbunătățirii echilibrului și diminuarea riscului de cădere și accidentare.

O direcție spre care se va îndrepta în viitor industria echipamentelor de asistență pentru mers va fi dezvoltarea echipamentelor ce includ și sisteme inteligente capabile de a comunica cu pacientul și programe de software care să includă înregistrări medicale cu scopul efectuării unei evaluări obicetive în cazul programelor de reabilitare sau efectuarea în timpul deplasării a diferitelor înregistrări medicale cum ar fi pulsul, tensiunea arterială sau frecvența cardiacă cu ajutorul unei rețele de senzori și transmiterea rezultatelor către personalul medical în cazul unei persoane în vârstă sau către unul dintre părinți în cazul unui copil și atenționarea acestora în cazul existenței unei discrepanțe față de valorile normale.

De asemenea senzorii se pot folosi pentru monitorizarea parametrilor necesari în cadrul programelor de reabilitare cum ar fi accelerația, viteza dar și nivelul de oxigen și ritmul cardiac.

Capitolul III

-Descrierea soluției proprii-

Timp de foarte mulți ani persoanele cu dizabilități motorii sau cognitive s-au confruntat cu probleme privind deplasarea, în cazul persoanelor cu dizabilități cognitive fiind dificil să se deplaseze fără să fie însoțiți de o persoană, în principal din cauza problemelor de detectare a obstacolelor și a situațiilor de risc, existând o posibililitate foarte mare de accidentare a acestora.

Principalele metode de a îmbunătății viața de zi cu zi a persoanelor ce suferă de astfel de dizabilități se bazează pe încorporarea în cadrul unui premergător relativ normal a unei rețele de senzori pentru detectarea ostacolelor.

3.1.Descriere funcțională. Schema bloc

Pe același principiu se bazează și ideea descrisă în cadrul acestei lucrări dar ceea ce aduce în plus este și un sistem de detecție a scărilor ce poate fi folosit atât pentru premergătoarele copiilor cât și pentru cele ale persoanelor cu dizabilități motorii sau cognitive.

Metoda propusă în cadrul acestei lucrări constă în îmbunătățirea unui premergător simplu prin încorporarea unui sistem de deplasare automat, pentru facilitarea deplasării pacientului și pentru ai oferi acestuia posibilitatea de a realiza diferite activități relativ uzuale pentru persoanele ce nu suferă de dizabilități motorii, sistem alcătuit din două motoare plasate la nivelul roților din spate ale premergătorului și un sistem de senzori de detectare a distanței cu scopul de a detecta și avertiza prezența unui obstacol sau a unor scări evitând astfel accidentarea utilizatorului.

Sistemul de senzori este format din doi senzori poziționați astfel încât vor putea detecta orice obstacol sau treaptă pe direcția de mers a pacientului acționând sistemul de frânare al motorului în momentul detectării unui pericol și alertarea însoțitorului sau a părintelui în cazul unui copil în scopul prevenirii accidentării pacientului.

De asemenea premergătorul include și utilizarea unui ansamblu de curele în scopul susținerii în timpul mersului distribuind greutatea și evitarea solicitării excesive a articulațiilor membrelor oferind de asemenea o libertate a membrelor superioare pentru realizarea diverselor activități.

În fig.3.1. este prezentată schema bloc a sistemului ce include rețeaua de senzori, sursele de alimentare atât pentru microprocesor cât și pentru motor, opțional poate fi inclus și un reductor .

Fig.3.1. Schema bloc a sistemului descris

Capitolul IV

-Descrierea echipamentelor folosite –

4.1. Senzorii pentru detectarea obstacolelor

Neidentificarea obstacolelor este una din principalele cauze ale leziunilor, aproximativ o treime dintre persoanele în vârstă sau cu dizabilități se confruntă cu cel puțin o leziune provocată de căderi cel puțin o dată pe an.

Detectarea ostacolelor nu include în mod exclusiv mașini sofisticate, o metodă simplă poate fi reprezentată de un sistem simplu ce se bazează pe lumina infraroșu, lumină ce se reflectă la contactul cu un obiect.

În ultimii ani, progresele tehnologice au permis încorporarea senzorilor și dispozitivelor de acționare în premergătoare convenționale, asigurând stabilitatea premergătoarelor cu patru picioare, fără a afecta naturalețea mersului.

Lumina infraroșu este o undă electromagnetică cu o frecvență mai mică decât lumina vizibilă ce lucrează în domeniul nanometrilor (în jur de 900-950 nm). Senzorii bazați pe lumină infraroșu sunt construiți astfel încât să nu permită trecerea luminii cu excepția celei incluse în jurul valorii de 980 nm. Detectorii cu infraroșu conțin și un filtru electronic ce permite trecerea doar semnalelor cu o valoare a frecvenței de aproximativ 38 kHz.

Senzorii de distanță Sharp sunt o alegere populară pentru multe proiecte care necesită măsurători precise la distanțe. Acest senzor IR este mai economic decât telemetrul sonar, și oferă performanțe mult mai bune decât alte alternative IR.

Senzorii de distanță Sharp se bazează pe principiul de funcționare a senzorilor de parcare de la automobile, detectarea distanței poziției și a distanței obstacolului și atenționarea șoferului iar sistemul de detectare a scărilor se bazează pe principiul de funcționare a iroboților aspiratoare, la detectarea scărilor,cu ajutorul unui fascicul de lumină din spectrul infraroșu, aceștia se opresc.

Senzorii de distanță Sharp sunt senzori de măsurare a distanței, alcătuit dintr-o combinație integrată formată dintr-un detector sensibil, un emițător –diodă- în spectrul luminii infraroșu și un circuit de procesare a semnalului.

Fig.4.1. Schema bloc a senzorului de distanță Sharp

Tabel 4.1. Legenda schemei bloc

Fig.4.2. Diagrama de conectare a senzorilor Sharp

Senzorii Sharp se conectează la placuța de dezvoltare compatibilă cu Arduino, firul corespunzător tensiunii de alimentare se conectează corespunzător pinului de 5V de la nivelul plăcuței de dezvoltare, firul de împământare se conectează la pinul corespunzător împântării iar cel de al treilea fir se conectează la o ieșire analogică de la nivelul plăcuței.

4.2. Plăcuța de dezvoltare compatibilă cu Arduino

Plăcuța de dezvoltare Arduino Uno reprezintă o platformă de dezvoltare alcătuită dintr-o componentă software și o componentă hardware asamblată în jurul unui microcontroler. Această plăcuță poate prelua informații de la diferite categorii de senzori conectați la pinii acesteia și poate activa diferite dispozitive cum ar fi LED-uri, motoare sau orice alt tip de dispozitiv pe baza unor comenzi incluse în codul scris într-un limbaj de programare similar cu C++.

Alimentarea plăcuței se poate face de la portul USB al laptop-ului sau de la o sursă de curent externă atât timp cât funcționează cu o tensiune cuprinsă între 6-20 V.

Fig.4.3.Placuța de dezvoltare compatibilă cu Arduino și elementele componente

În figura de mai jos este prezentată schema bloc obținută prin legarea senzorilor de distanță Sharp cu microprocesorul.

Fig.4.4.Schema bloc a sistemului de senzori și microprocesor

Capitolul V

-Memoriu de calcul –

Așa cum a fost descris și în capitolul anterior, cele două motoare vor fi plasate pe roțile fixe ale premergătorului, pentru a se transmite mișcarea de la motor la roți se vor folosi roți de fricțiune cilindrice și conice și un angrenaj cu roți dințate pentru a transmite mișcarea de la nivelul motorului și reductorului la roțile de fricțiune și implicit la roțile premergătorului.

5.1.Transmisie cu roți de fricțiune

5.1.1. Roțile de fricțiune cilindrice

În figura de mai jos sunt prezentate roțile de fricțiune în forma cea mai simplă, acestea cuprind doi arbori paraleli pe care sunt montate două role cilindrice, una dintre ele reprezentând elementul motor(1) și cealaltă elementul condus(2) ale căror raze, și sunt diferite, apăsate între ele de forța de apăsare Q, forța de frecare apare în zona de contact determinând transmiterea mișcării și a puterii la roata condusă (2) iar b reprezintă lățimea roții de fricțiune cilindrică.

Fig.5.1. Reprezentarea elementelor unei roți de fricțiune cilindrice

5.1.2. Calculul elementelor roților de fricțiune cilindrice

Așa cum a fost prezentat mai sus în cadrul acestui proiect s-au folosit roți de fricțiune cilindrice(Fig.4.5) utilizate în scopul transmiterii mișcării de la roata conductoare la roata condusă în mod direct datorită forțelor de frecare.

Pentru a respecta cerințele tehnologice impuse roților de fricțiune cilindrice folosite în cadrul acestui proiect se vor respecta cu strictețe rezultatele obținute din calculele următoare luând înconsiderare următoarele date de intrare:

Masa maximă a premergătorului =>

Masa aproximativă a pacientului ; =>

Razele celor două roți cilindrice = 30 mm ;

Modulul de elasticitate E= 2.1 * ;

Coeficientul de rezistență ;

Raza roții premergătorului r =40 mm;

Coeficientul de frecare μ=0.03;

Ținând cont că vitezele periferice ale celor două roți trebuie să fie egale se calculează raportul de transmitere între cele două roți.

= (5.1.)

= => => (5.2.)

(5.3.)

= = (5.4.)

Din formulele de mai sus rezultă raportul de transmitere pentru roțile de fricțiune cilindrice:

= ==

Se consideră că între cele două roți de fricțiune cilindrice există alunecare deci raportul de transmitere va depinde de coeficientul de alunecare care la rândul lui depinde de material.

= = (5.5.)

Unde: – reprezintă viteza periferică

– , razele roților cilindrice

-ε coeficientul de alunecare

Pentru ca forța F utilă transmiterii să poată fi transmisă se realizează următoarele calcule dinamice pentru coeficientul de frecare μ și coeficientul de siguranță k:

(5.6.)

=> (5.7.)

(5.8.)

Din ecuațiile (5.7) și (5.8) :

Forța de frecare se poate calcula folosind următoarea formulă:

(5.9)

unde N reprezintă normala și este egală cu suma dintre greutatea premergătorului și forța de sprijin iar forța de sprijin reprezintă jumătate din greutatea pacientului.

N= +; (5.10.) ==;

N= 300 + 600=900 N;

;

Știind valoarea forței de frecare se poate calcula valoarea forței de apăsare conform ecuației (1): => Q= ==900 N;

=27*40=1080 N*mm; (5.11.)

Coeficientul de siguranță k depinde de domeniul de utilizare a roților de fricțiune cilindrice și se calculează folosind formula rezultată din ecuațiile (5.7) și (5.8): .

Utilizând relația lui Hertz se calculează rezistența celor două roți:

=0,418 (5.12)

Iar raza echivalentă și modulul de elasticitate E se calculează folosind următoarele formule:

= (5.12)

(5.14)

Folosind relația lui Hertz se calculează lățimea roților:

=

= => N/

b=6 mm

5.1.3.Roțile de fricțiune conice

Roțile de fricțiune conice prezentate în figura de mai jos au o structura asemănătoare cu roțile de fricțiune cilindrice având ca și elemente principale un element motor(1) și un element condus(2) fiind reprezentate de asemenea și alte elemente, lungimea trunchiurilor de con b, lățimile roților și cu razele , și și forțele care acționează: forțele de apăsare din roți și și normala la suprafață.

Fig.5.2.Reprezentarea elementelor componente ale unei roți de fricțiune conice

( pentru detalii a se vedea Anexa 2)

5.1.4. Calculul elementelor roților de fricțiune conice

Pentru a respecta cerințele tehnologice impuse roților de fricțiune conice folosite în cadrul acestui proiect se vor respecta cu strictețe rezultatele obținute din calculele cinematice și dinamice asemănătoare cu cele realizate pentru roțile de fricțiune cilindrice:

În cazul roților de fricțiune conice se calculează raportul de transmitere folosind semiunghiurile la vârf ale roților și , unghiuri de 45˚.

= =

sin=

cos

tg=> tg (5.15)

Din relația (5.15) rezultă că raportul de transmitere este egal cu:

tg

tg 45˚=1;

Folosind în continuare semiunghiurile și și forța de sprijin se realizează calculele dinamice pentru aflarea forței de apăsare Q și a rezistenței roților de fricțiune conice.

sin=> (5.16)

N= +; (5.17)

==;

N= 300 + 600=900 N;

=752.994

sin=>

=

Forța utilă transmiterii acționează perpendicular pe planul secțiunii deci:

;

=>F=;

Calculul de rezistență a roților se calculează similar cu cel al roților de fricțiune cilindrice folosind relația lui Hertz:

=0,418, unde = (5.18)

Pentru a obține valoarea lățimii roții de fricțiune conice se consideră =100 N/, modulul de elasticitate E=2.1 * N/ și razele celor două roți de fricțiune conice =15 mm .

==> ====> =>

Din relația lu Hertz rezultă că lățimea roții de fricțiune b este:

b= 8 mm;

Atât pentru roțile de fricțiune conice cât și pentru cele cilindrice mișcarea este transmisă prima dată la arborele conducător antrenat de motor la roata conducătoare, apoi se transmite roții conduse ca urmare a fenomenului de frecare produs între cele două roți.

Roțile de fricțiune se realizează în general din materiale cu coeficienți ridicați de elasticitate și de frecare, rezistență mare la uzură și întindere. În prezenta lucrare s-a optat pentru folosirea roților de fricțiune pentru ca prezintă numeroase avantaje.

Roțile de fricțiune funcționează cu un nivel redus de vibrații și zgomot, realizează reglarea continuă a turației de ieșire în funcție de limitele impuse, asigură protecția transmisiei în cazul apariției unor suprasarcini, roțile de fricțiune reprezintă o soluție constructivă ușor de realizat și cu un cost redus.

Roțile de fricțiune conice și cilindrice prezintă de asemenea și câteva dezavantaje printre care se numără și faptul că nu asigură un raport de transmisie constant ca și consecință a alunecărilor dintre elementele de contact, are un randament mai mic comparativ cu transmisiile realizate prin angrenaje, necesită forțe mari de apăsare iar patinarea poate produce uzuri neuniforme.

5.2.Transmisie cu roți dințate

Angrenajul cu roți dințate este un mecanism cu roți dințate ce transmite prin intermediul dinților aflați permanent în contact mișcarea de rotație și momentul de torsiune între cei doi arbori. În cadrul acestui proiect se va folosi un angrenaj cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți constituit dintr-o pereche de două roți dințate, una dintre ele reprezentând elementul conducător iar cealaltă elementul condus așa cum este prezentat și în figura de mai jos.

Fig.5.3.Angrenaj cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți

Dintele unei roți dințate cilindrice este conturat de capul dintelui și piciorul dintelui, cele două componente principale fiind despărțite de cilindrul de rostogolire.

În figura de mai jos(Fig.4.8. a) sunt prezentate principalele componente ale dintelui unei roți dințate cilindrice. Capul dintelui poate fi definit ca porțiunea de dinte dintre cilindrul de cap și cel de rostogolire, iar cea de-a doua componentă, piciorul dintelui este reprezentată de porțiunea de dinte dintre cilindrul de rostogolire și cel de picior iar flancul dintelui poate fi descris ca porțiunea laterală dintre vârful unui dinte și fundul golului dintre doi dinți consecutivi, flancul dintelui reprezentând partea funcțională a unei roți dințate.

Fig.5.4..Elementele componente ale unei roți dințate cu dinți drepți

În cazul dinților drepți, flancul dintelui este generat de o dreaptă MN printr-un plan tangent la generatoarea AA’ (Fig.4.8. b) la un cilindru cu un diametru , prin rostogolirea fără alunecare în sensul indicat de săgeată dreapta MN generează flancul dintelui.

5.2.1. Elemente de calcul geometric ale angrenajelor cu roți dințate cu dinți drepți

Pentru calculul elementelor angrenajelor cu roți dințate trebuie să se cunoască puterea sau momentul transmis, turația roții motoare sau a roții conduse și raportul de transmitere , de asemenea ținându-se cont de gabarit și de limitele impuse se alege numărul de dinți și se calculează numărul de dinți pentru ce-a de-a doua roată folosind formula: .

Pentru angrenajul cu roți dințate folosit în cadrul acestui proiect se cunosc următoarele elemente:

Numărul de dinți pentru cele trei roți dințate folosite:

m=1 mm

se calculează în funcție de celelalte două roți dințate deci

Raportul de transmitere între cele două roți se poate calcula în cazul în care nu se cunoaște folosind formula:

; (5.19)

;

=;

Raportul de angrenare u se calculează ca raportul dintre roata cu numărul cel mai mare de dinți și cea cu dinți mai puțini, u=.

u=

Se calculează distanța dintre axe a pe baza criteriului de durabilitate.

=> a=;

a=0.5* 1(48+ 30)=39

În figura 4.9. sunt prezentate elementele geometrice ale danturii unei roți cilindrice necesare calculelor unde:

b reprezintă lățimea danturii

h reprezintă înălțimea danturii

reprezintă înălțimea capului dintelui

reprezintă înălțimea piciorului dintelui

p este pasul danturii

s reprezintă grosimea dintelui

Fig.5.5. Geometria roților dințate cu dinți drepți

În momentul transmiterii mișcării, dinții roții conductoare străbate succesiv golurile dintre dinții roții dințate pereche și realizează o presiune de contact ce determină antrenarea celor două roți prin angrenare, mișcarea realizându-se printr-o forță de apăsare între dinți.

Folosind elementele geometrice prezentate mai sus se va calcula distanța dintre axele de rotație a angrenajului.

(5.20)

reprezintă coeficientul de înălțime al capului dintelui și are valori diferite în funcție de dimensiunea modulului și anume pentru valori ale lui m mai mari de 1 mm și

pentru valori ale lui m mai mici de 1 mm.

= , unde este coeficientul de înălțime al piciorului dintelui.

h=;

d=m*z;

iar (5.21)

a= rezultă că a = ;

Numărul minim de dinți se alege astfel încât angrenarea să se execute corect deci în interiorul liniei de angrenare și se realizează atunci când diferența numărului de dinți ale celor două roți este mare iar trebuie să aibă o valoare mai mare de 17 dinți.

Numărul minim de dinți se obține din raportul de transmitere calculat și/sau cerut pentru angrenajul din care face parte respectându-se condiția: pentru valori ale lui m mai mari de 1 mm și pentru valori ale lui m mai mici de 1 mm.

Transmisiile cu roți dințate sunt folosite într-un domeniu larg datorită numeroaselor avantajelor pe care le prezintă. Angrenajele cu roți dințate oferă un raport de transmitere constant și siguranță în momentul funcționării, prezintă o durabilitate și randament ridicat, au o dimensiune redusă oferind posibilitatea folosirii într-un domeniu vast de puteri, viteze și rapoarte de transmitere și oferă o durată de funcționare îndelungată.

De asemenea un avantaj important comparativ cu roțile de fricțiune prezentate mai sus îl reprezintă faptul ca alunecarea în cazul roților dințate este mai mică și exclusivă deoarece mișcarea se realizează datorită unei forțe de apăsare și nu datorită unei forțe de frecare, în plus angrenajele cu roți dințate pot fi construite într-o gamă largă de dimensiuni, de la fracțiuni de milimetru până la diametre mai mari de un metru.

Angrenajele cu roții dințate prezintă și câteva dezvantaje printre care se numără costul ridicat, necesitatea unei montări de precizie, tehnologie complicată, funcționarea roților dințate este însoțită de un nivel ridicat de zgomot și vibrații în comparație cu roțile de fricțiune.

Roțile dințate vor fi folosite în prezenta lucrare în construcția unui reductor deoarece se pot produce într-o gamă largă de puteri, permit obținerea unui raport de transmitere constant și necesar, =6.3 pentru reductoare cu o treaptă, =60 pentru reductoare cu două trepte și poate ajunge până la o valoare de =200 pentru reductoare cu trei trepte.

Reductoarele cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți vor fi folosite și în cadrul acestei lucrări, fiind ideale pentru puteri și viteze mici și mijlocii.

S-a ales folosirea unui reductor planetar cu trei roți dințate cu schema cinematică prezentată în figura 5.6 cu numărul de dinți prezentat mai sus și un raport de transmitere total =4.2.

Fig.5.6. Schema cinematică a reductorului planetar

Capitolul VI

-Descrierea soluției proprii-

Așa cum a fost descris în capitolul anterior, soluția propusă în cadrul acestui proiect constă în îmbunătățirea unui premergător simplu utilizând un sistem de deplasare automat dar care poate fi deconectat, în funcție de opțiunea aleasă de către utilizator, un ansamblu de curele cu scopul de a susține poziția verticală a pacientului și de ai permite acestuia o libertate mai mare la nivelul membrelor superioare pentru realizarea diferitelor activități și un sistem de senzori de detectare a obstacolelor și a scărilor.

6.1. Descrierea lanțului cinematic necesar transmiterii mișcării de la motor

Pentru realizarea practică a soluției propuse s-a ales ca roata premergătorului să aibă o rază r=40 mm deci un diametru total de 80 mm, dimensiune suficientă comparativ cu dimensiunea totală a premergătorului și greutatea sa (aproximativ 30 Kg) pentru a susține o greutate a pacientului ce ar putea varia între 50 și 120 Kg.(pentru mai multe detalii a se vedea Anexa 3).

Fig.6.1. Elementele componente ale roții premergătorului

Pentru realizarea angrenajului și transmiterea mișcării de la motor s-a adăugat la nivelul roților din spate o transmisie formată dintr-un cuplu de roți de fricțiune cilindrice cu raza de 30 mm și o lățime de b= 6 mm și două roți de fricțiune conice cu raza de 15 mm și o lățime de 8 mm și un angrenaj cu roți dințate folosit pentru realizarea unui reductor planetar cu trei roți dințate.

Fig.6.2. Detaliu al ansamblului format din roți cilindrice și conice de fricțiune și motor

S-a ales folosirea transmisiei cu roți de fricțiune pentru transmiterea mișcării de la motor la roți deoarece funcționează cu un nivel mic de vibrații și zgomot, asigură protecția transmisiei în cazul unor suprasarcini, pot realiza reglarea continuă a turației de ieșire și nu în ultimul rând pentru că reprezintă o soluție constructivă relativ simplă și un cost de fabricare redus.

Transmisia cu roți dințate s-a ales a fi folosită pentru construcția unui reductor planetar, s-au ales cele trei dimensiuni ale roților astfel încât cea mai mare are un număr de 108 dinți, număr care este adecvat pentru dimensiunea finală rezultată pentru întregul premergător și comparativ cu dimensiunea roții premergătorului de 80 mm.

Sistemul de deplasare rezultat este unul automat dar care poate deconectat în funcție de preferințele pacientului și are în structura sa adăugat un sistem de frânare ce acționează la nivelul motorului în momentul primirii datelor conform cărora există un pericol, de la sistemul

de senzori pentru detectarea obstacolelor și a scărilor amplasat la nivelul premergătorului.

Fig.6.3. Ansamblul 3D al soluției prezentate

Fig.6.4. Stadiul intermediar al machetei premergătorului realizat

6.2. Sistemul de senzori pentru detectarea obstacolelor și a scărilor

Sistemul de senzori pentru detectarea obstacolelor și a scărilor este format din doi senzori de distanță Sharp ce funcționează utilizând lumină infraroșie din spectrul electromagnetic. Cei doi senzori au fost programați separat unul pentru detectarea obstacolelor pe care le-ar putea întâmpina pacientul în timpul deplasării și un senzor Sharp pentru a detecta scările în vederea evitării accidentării pacientului.

Fig.6.5. Schema logică a senzorilor și microprocesor

Cei doi senzori au fost plasați pe structura mecanică a premergătorului astfel încât senzor programat pentru detectarea obstacolelor să aibă o direcție paralelă cu direcția de mers iar cel de-ai doilea senzor, pentru detectarea prezenței unor scări astfel încât să aibă o direcție perpendiculară pe direcția de mers.

Fig.6.6.Exemplu al direcției de plasare a senzorilor

După alegerea direcției pe care este emis pulsul de lumină de către senzori s-a stabilit distanța la care vor fi plasați față de planul deplasării.

Senzorul pentru detectarea scărilor a fost plasat la 10 cm față de podea, deci atunci când a fost programat s-a stabilit ca senzorul să emită un semnal de atenționare pentru valori detectate mai mari de valoarea de prag de 10 cm iar pentru senzorul setat pentru detectarea obstacolelor s-a impus ca acesta să transmită un semnal atunci când detectează un obstacol la o distanță mai mică de 80 cm, acest tip de senzor putând detecta și la distanțe mai mari dar s-a stabilit că pentru un obstacol situat la o distanță de 80 cm este suficient timp pentru al detecta și atenționa sau acționa asupra sistemului de frânare.

Pentru programarea senzorilor s-a folosit un program asemănător cu C++ (Pentru mai multe detalii a se vedea Anexa 4) și s-au utilizat două structuri „if” cu scopul de a impune valorile până la care și după care senzorii vor detecta.

Așa cum a fost prezentat mai sus, cele două valori de prag reprezintă limitele impuse în cele două structuri „if” :

if(dis1<th1){

digitalWrite(BuzzerPin,HIGH);

Serial.println("Obstacol detectat la ");

else{ digitalWrite(BuzzerPin,Low);

Serial.println("Niciun obstacol prin preajma");}

Liniile de cod de mai sus descriu acțiunea senzorului. Dacă distanța detectată de senzor este mai mică decât valoarea de prag setată( în cazul detectării obstacolelor 80 cm) senzorul acționează sistemul de frânare al motorului și sistemul de atenționare constituit fie dintr-un difuzor fie dintr-un LED( amplasat pentru persoanele ce pot suferi de o deficiență la nivelul sistemului vizual) pentru că a detectat un obstacol la o distanță mai mică decât valoarea de prag.

În cazul detectării scărilor s-au utilizat liniile de cod de mai jos care în cazul în care senzorul pentru detectarea scărilor detectează o distanță mai mare decât valoarea de prag setată( în acest caz valoarea de prag este reprezentată de o valoare mai mare de distanța la care e fost plasat senzorul pe piciorul premergătorului), acesta acționează asupra sistemului de frânare al motorului și sistemul de atenționare constituit fie dintr-un difuzor fie dintr-un LED( amplasat pentru persoanele ce pot suferi de o deficiență la nivelul sistemului vizual) considerând că există un pericol de cădere în gol.

if (dis2>th2){

digitalWrite(BuzzerPin1,HIGH);

Serial.println("Urmeaza scările la");

Serial.print(dis2);

Serial.print("cm");}

else

{Serial.println("Niciun pericol la scari");

digitalWrite(BuzzerPin1,LOW);}

Fig.6.7.Conectarea firelor senzorilor la pinii plăcuței Arduino

Fig.6.8. Conectarea sistemelor de avertizare(LED și difuzor) la pinii plăcuței Arduino

După ce au fost programați,folosind placuța de dezvoltare compatibilă cu Arduino Uno s-au realizat simulări pentru a determina dacă senzorii funcționează corect, distanța la care acesta detectează, existența unui obstacol sau a scărilor, distanța maximă și timpul în care senzorul detectează prezența unui obstacol sau a scărilor.

Fig.6.9.Distanțele la care s-au detectat obstacole și timpul de răspuns

Fig.6.10.Macheta premergătorului realizat ce include ansamblul de curele

Fig.6.11.Macheta premergătorului ce include ansamblul de curele și sistemul de senzori pentru detectarea obstacolelor și a scărilor

Capitolul VII

-Concluzii-

O direcție spre care se va îndrepta în viitor industria echipamentelor de asistență pentru mers va fi dezvoltarea echipamentelor ce includ și sisteme inteligente capabile de a comunica cu pacientul și programe de software care să includă înregistrări medicale cu scopul efectuării unei evaluări obicetive în cazul programelor de reabilitare sau efectuarea în timpul deplasării a diferitelor înregistrări medicale.

Una dintre principalele cauze ale accidentării la persoanele cu dizabilități la nivelul membrelor inferioare, vârstnici sau copii mici este căderea, de aceea o îmbunătățire adusă echipamentelor de susținere este utilizarea unui sistem de senzori pentru detectarea obstacolelor și în soluția prezentată pentru detectarea scărilor.

Premergătoarele convenționale obligă individul să folosească brațele pentru deplasare, acțiune ce duce la limitarea activităților realizate de acesta. În multe dintre cazuri pacienții fiind forțați să folosească un scaun cu rotile pentru a-și putea folosi brațele în alte scopuri decât cel de susținere în timpul mersului, motiv pentru care majoritatea echipamentelor de susținere a mersului dezvoltate în ultimii ani se concentrează pe redarea echilibrului prin alte modalități permițând eliberarea membrelor superioare pentru realizarea altor activități.

Soluția propusă în cadrul acestei lucrări constă în îmbunătățirea unui premergător simplu prin încorporarea unui sistem de deplasare automat, pentru facilitarea deplasării pacientului și pentru ai oferi acestuia posibilitatea de a realiza diferite activități relativ uzuale pentru persoanele care nu suferă de dizabilități motorii, sistem alcătuit din două motoare plasate la nivelul roților din spate ale premergătorului și un sistem de senzori de detectare a distanței cu scopul de a detecta și avertiza prezența unui obstacol sau a unor scări evitând astfel accidentarea utilizatorului.

În cadrul acestui proiect s-au folosit transmisii cu roți de fricțiune pentru transmiterea mișcării de la motor datorită nivelului foarte redus de zgomot și vibrații și pentru că prezintă o soluție constructivă relativ simplă și un cost de realizare redus iar angrenajul cu roți dințate a fost folosită deoarece oferă un raport de transmitere constant pe toată durata funcționării și pot fi construite într-o varietate mare de dimensiuni în funcție de necesitate.

Soluția descrisă în cadrul proiectului include îmbunătățirea unui cadru prin adăugarea unui sistem de deplasare automat și un sistem de frânare acționat de către rețeaua de senzori pentru detectarea obstacolelor și a scărilor.

Acest tip de premergător a fost proiectat 3D cu ajutorul unui program specializat(Autodesk Inventor) calculându-se toate elementele necesare pentru proiectarea optimă și completă atât a scheletului de metal cât și a elementelor cinematice necesare transmiterii mișcării de la motor, roțile de fricțiune conice și cilindrice, roata propriu-zisă a premergătorului și sistemul de prindere al acestora.

Senzorii folosiți pentru detectarea obstacolelor și a scărilor sunt senzori de distanță Sharp ce folosesc fascicule de lumină din spectrul luminii infraroșie, acest tip de senzori sunt eficienți doarece au un cost relativ scăzut, acționează la distanțe mari, au un timp de răspuns scurt chiar și la distanțe mari și prezintă o modalitate ușoară de programare.

În opinia mea, soluția prezentată în capitolele anterioare reprezintă un echipament de asistență practic, ușor de utilizat ce oferă siguranță pacientului, acesta îsi poate menține mai ușor echilibrul fiind ancorat prin ansamblul de curele oferindu-i în același timp libertate a membrelor superioare pentru realizarea diferitelor activități.

De asemenea acest tip de premergător poate fi utilizat atât pentru pentru persoanele cu dizabilități la nivelul membrelor inferioare cât și pentru vârstnici sau copii mici dimensiunea putând fi adaptabilă iar sistemul de senzori oferă o siguranță atât pacientului sau a copilului prin acționarea sistemului de frânare în cazul detectării unor obstacole sau a unor scări cât și persoanei care îl însoțește sau părintelui prin atenționarea acestora printr-o alarmă activată de senzori.

Bibliografie

[1]Bazele anatomice ale mișcării- Elena Taina Avramescu, curs practic pentru studentții facultăților de kinetoterapie

[2] Mihail Ștefăneț-Anatomia omului, Volum I, Centrul Editorial-Poligrafic Medicina,2007

[3] Anatomia si fiziologia omului -Dr.Mioara Mincu,Dr.Roxana Maria Albu,Dr.Valeriu Bistriceanu,Ed. Universul, Bucuresti,2001,Capitolul IV.Principalele grupe de mușchi somatici și acțiunile lor-pag.67-83

[4] Nagi, Saad Z. "Disability Concepts Revisited: Implications for Prevention." Published as Appendix A to Disability in America: Toward a National Agenda for Prevention. Washington, DC: National Academies Press, 1991.

[5] Anatomie patologică-A. Strukov,V.Serov, Centrul editorial-Poligrafic ”Medicina” al USMF, 1999

[6] Aspecte clinico-patologice actuale în distrofiile musculare progresive la copii-Ecaterina Chele, Svetlana Hadjiu, Ion Iliciuc, Cornelia Călcîi, Rodica Bubucea, Elena Rusu, Angela Jelihovschi

[7] Encyclopedia of Human Genetics and Disease,Volume 1-Evelyn B. Kelly, Ed. Greenwood, 2013

[8] A report: the definition and classification of cerebral palsy- Rosenbaum P, Paneth N, Leviton A, Goldstein M, Bax M, Damiano D, Dan B, Jacobsson B.

[9] Genetic aspects of cerebral palsy. Hughes, I., Newton, R, Dev. Med. Child Neurol. 34: 80-86, 1992.

[10] Mobility assistance device-Robert J. Karlovich, 2012

[11] Upright walker having a user safety system employing haptic feedback-David A. Purcell, 2016

[12]Assistive mobility devices focusing on Smart Walkers:Classification and review, M. Martinsa Cristina, P. Santosa, Anselmo Frizera-Netob, Ramon Ceresc

[13] Sharp sensing device division electronic components and devices group Sharp corporation Specification- T. Ichinose Departement General Manager of Development

[14] „Biomecatronica”,Conf.dr.ing. Sorin KOSTRAKIEVICI, notițe de curs

[15] Bazele proiectării aparatelor de mecanică fină-Prof.dr. Ing. Traian Demian, Conf. Dr. Ing. Dumitru Tudor, Șef lucrări Ing.Iosif Curița, Asistent Ing. Constantin Nițu, Vol.2 Ed. Tehnica, 1986

[16] Angrenaje- Florian Ion Petrescu, Relly Victoria Petrescu, Independent Publishing Platform, 2011

[17] Adrian  A., Antonescu P,- Manualul inginerului mechanic., Editura Tehnica, Bucuresti 1976.

[18] Raport Mondial Privind Dizabilitatea, Publicat de Organizația Mondială a Sănătății în 2011, sub titlul „World Report on Disability„, 2012

[19] Development of Intelligent Walker with Dynamic Support, H-K Wu, C-W Chien,Y-C Jheng, C-H Chen, H-R Chen, C-H Yu,2011

[20] Anatomy & Physiology- The unity of form and function, Kenneth S. Saladin,Fourth edition

[21] Genetics and Pathogenesis of Multiple Sclerosis, RL Zuvich,JL McCauley, MA Pericak-Vance and JL Haines,2009

[23] Spina Bifida, Andrew J. Copp, N. Scott Adzick,Lyn S. Chitty,Jack M. Fletcher,Grayson N. Holmbeck and Gary M. Shaw,2015

[24] Anatomia si fiziologia omului ,Cezar Th. Niculescu,Radu Carmaciu, Bogdan Voiculescu, Carmen Salavastru, Cristian Nita, Catalina Ciornei, editura Corint, Bucuresti, 2009

Anexa 1

Numărul persoanelor cu o dizabilitate fizică pe județe conform Autorității Naționale pentru Persoanele cu Dizabilități.

Anexa 2

Reprezentarea elementelor componente ale unei roți de fricțiune conice

Anexa 3

Detaliu sistemul de prindere a roților premergătorului

Detaliu al sistemului de prindere al roții din spate a premergătorului(roată fixă).

Detaliu al sistemului de prindere al roții din față a premergătorului (roți ce se roti în jurul axei piciorului premergătorului).

Anexa 4

-Codul folosit pentru programarea senzorilor-

#include <SharpIR.h>

#define ir1 A0

#define ir2 A1

#define model 1080

int th1=100;

int th2=10;

const int buzzerPin= 10;//setarea pinului pentru buzzer

const int buzzerPin1= 11;

// ir: the pin where your sensor is attached

// model: an int that determines your sensor: 1080 for GP2Y0A21Y

// 20150 for GP2Y0A02Y

// (working distance range according to the datasheets)

SharpIR SharpIR1(ir1, model);

SharpIR SharpIR2(ir2, model);

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

Serial.begin(9600);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

pinMode(ir1,INPUT);

pinMode(ir2, INPUT);}

void loop() {

delay(500);

unsigned long pepe1=millis(); // takes the time before the loop on the library begins

int dis1=SharpIR1.distance(); // this returns the distance to the object you're measuring

int dis2=SharpIR2.distance();

if(dis1<th1){

digitalWrite(buzzerPin, HIGH);

Serial.println("Obstacol detectat la ");

Serial.print(dis1);

Serial.print(" cm");}

else{

digitalWrite(buzzerPin,LOW);

Serial.println("Niciun obstacol prin preajma");}

if (dis2>th2){

digitalWrite(buzzerPin1, HIGH);

Serial.println("Urmeaza scările la");

Serial.print(dis2);

Serial.print("cm");}

else

{Serial.println("Niciun pericol la scari");

digitalWrite(buzzerPin1,LOW);}

unsigned long pepe2=millis()-pepe1; // the following gives you the time taken to get the measurement

Serial.print("Time taken (ms): ");

Serial.println(pepe2);

}