محمد عباسی‌زاده (Mohammad Abbasi Zade)

چکیده:

امروزه، اختلال‌های عصبی منبع اصلی معلولیت در جهان هستند و در این میان بیماری پارکینسون پیشرو است. در بیشتر موارد علت ابتلا به بیماری پارکینسون ناشناخته است ولی بر‌اساس بررسی‌ها شرایط محیطی و ژنتیکی در ابتلا به این بیماری تاثیر دارند. معمول‌ترین روش درمان این بیماری، درمان پزشکی و استفاده از دارو است. به علت اینکه این روش بر روی برخی از بیماران پاسخگو نیست و یا پس از مدتی تاثیر خود را از دست می‌دهد، روش دیگری توسط پژوهشگران حوزه توان‌بخشی، یعنی استفاده از ارتز‌های پوشیدنی سرکوب لرزش، پیشنهاد شد. این ارتز‌ها در سه نوع فعال، نیمه‌فعال و غیر‌فعال طراحی می‌شوند. در این پژوهش تلاش کردیم که یک ساختار فعال نوین برای ارتز پوشیدنی سرکوب لرزش ارائه دهیم. ارتز‌های فعال، از سه بخش اصلی تشکیل می‌شوند: عملگر، جداسازی مولفه‌های حرکت و کنترل‌کننده. با الهام از ایده استفاده چرخ عکس‌العمل در ماهواره‌ها به منظور کنترل جهت و شیوه اعمال نیروی این عملگر بر اساس قانون سوم نیوتون به سیستم، در ساختاری نوین، استفاده از عملگر چرخ عکس‌العمل در ارتز پوشیدنی سرکوب لرزش توسط این پژوهش پیشنهاد شد. بخش دوم طراحی، یعنی جداسازی مولفه‌های حرکت، نیز با استفاده از الگوریتم تطبیقی ترکیب‌کننده خطی فوریه چندگانه باند محدود انجام می‌شود. در بخش کنترل‌کننده، دو روش کنترلی توسط این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت. در روش اول، با توجه به عدم نیاز کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی به دینامیک سیستم و عملکرد مقاوم آن در برابر نامعینی‌ها و اغتشاش، از این کنترل کننده استفاده شد. با استفاده از این کنترل‌کننده، سیستم طراحی شده قادر بود تا حدود 78 درصد دامنه لرزش را کاهش دهد. همچنین به منظور بررسی عملکرد کنترل‌کننده غیر‌خطی در سرکوب لرزش و با توجه به ذات غیر‌خطی دینامیک سیستم، از روش خطی‌سازی پس‌خور به همراه رویت‌گر اغتشاش استفاده شد. این کنترل‌کننده، قادر بود که دامنه لرزش را به میزان 60 درصد کاهش دهد. 

Abstract:

Nowadays, neurological disorders are the primary source of disability worldwide, with Parkinson's disease being the most prominent. In most cases, the cause of Parkinson's disease is unknown, but studies indicate that environmental and genetic factors play a role in its onset. The most common treatment method for this disease is medical therapy and the use of medications. Because this method is ineffective for some patients or loses its efficacy over time, researchers in the rehabilitation field have proposed an alternative method: the use of wearable tremor-suppression orthoses. These orthoses are designed in three types: active, semi-active, and passive. In this study, we aimed to present a novel active structure for a wearable tremor-suppression orthosis. Active orthoses consist of three main parts: an actuator, motion component isolation, and a controller. Inspired by the use of reaction wheels in satellites to control orientation and the application of force based on Newton's third law, this study proposed a novel structure utilizing a reaction wheel actuator in the wearable tremor-suppression orthosis. The second part of the design, the motion component isolation, was achieved using the band-limited multiple Fourier linear combiner (BMFLC). In the controller section, two control methods were employed. In the first method, the proportional-integral (PI) controller's, due to robustness against uncertainties and disturbances and its lack of need for system dynamics, was used. Using this controller, the designed system was able to reduce the tremor amplitude by approximately 77\%. also to evaluate the performance of the nonlinear controller, considering the non-linear nature of the system dynamics, a feedback linearization method along with a disturbance observer was used. This controller was able to reduce the tremor amplitude by approximately 60\% of the original tremor.