Transcript مدل زاجاک 12/22 - دانشگاه صنعتی امیرکبیر

‫مدلسازی دست براساس مدل عضله زاجاک‬
‫فهرست مطالب‬
‫‪ )1‬مقدمه‬
‫‪ )2‬تحریک عملکردی الکتریکی‬
‫‪ )3‬چند نمونه از مدلهای عضله‬
‫مدل هیل‬
‫مدل کارنیل‬
‫مدل زاجاک‬
‫‪2/22‬‬
‫‪ )4‬مدلسازی عضالنی ‪ -‬اسکلتی دست‬
‫‪ )5‬منابع‬
‫مقدمه‬
‫‪3/22‬‬
‫مقدمه‬
‫تحریک الکتریکی عملکردی (‪)FES‬‬
‫تحریک الکتریکی عملکردی ( ‪ ) FES‬یک درمان است که با‬
‫استفاده مقادیر کم بار الکتریکی به بهبود تحرک و عملکرد در‬
‫شرایط خاص کمک می کند ‪.‬‬
‫‪4/22‬‬
‫مقدمه‬
‫‪5/35‬‬
‫مدل های عضله‬
‫مدل هیل‬
‫مدل کارنیل‬
‫مدل زاجاک‬
‫‪6/22‬‬
‫مدل هیل‬
‫‪7/22‬‬
‫مدل کارنیل‬
‫‪ : ni‬ورودي عصبي‬
‫فيلتر مرتبه اول‪ :‬تعامل فعالسازي در عضله‬
‫‪ : F0‬نيروي فرضي نرماليزه شده‬
‫‪ : T0‬نيروی نرماليزه شده با ‪ scaling‬توسط‬
‫نيروي ماكزيمم هر عضله‬
‫‪ :B‬ارتباط بين نيرو و سرعت‬
‫‪8/22‬‬
‫مدل کارنیل‬
‫‪9/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫مدل تاندوني‪ -‬عضالني زاجاک است كه ویژگيهاي استاتیك و دینامیك عضله و تاندون‬
‫را با هم توجیه ميكند و یک مدل تحریک پذیر است‪.‬‬
‫‪10/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫پاسخ عضله به سيگنال تحریک به دو قسمت تقسيم شده است‪:‬‬
‫دیناميک فعاليت‬
‫مشخصه بهکارگيري‬
‫اثر فرکانس‬
‫دیناميک کلسيم‬
‫اثر خستگي‬
‫دیناميک انقباض‬
‫مشخصه طول‪ -‬نيرو‬
‫مشخصه سرعت‪ -‬نيرو‬
‫‪11/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫دیناميک فعاليت‬
‫مشخصه بهکارگيري‬
‫قطارهاي پالس مربعي با سه ویژگي دامنهي پالس‪ ،‬پهناي پالس و فركانس مشخص ميشوند‪.‬‬
‫‪12/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫دیناميک فعاليت‬
‫اثر فرکانس‬
‫موثر در مشخصه های کلسيم و خستگی‬
‫‪13/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫دیناميک فعاليت‬
‫دیناميک کلسيم‬
‫نحوهي عملكرد یون كلسيم در امر انقباض فيبرهاي عضالني فعاليت و عدم فعاليت عضله را با‬
‫یك دیناميك همراه است‪.‬‬
‫‪14/22‬‬
‫خستگمدل زاجاک‬
‫دیناميک فعاليت‬
‫اثر خستگي‬
‫رابطهي )‪ λ(f‬تابعي از فرکانس تحریک است که نشاندهندهي وابستگي کامل خستگي به‬
‫فرکانس است و ‪ β‬ضریب شکلدهي است‬
‫‪15/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫دیناميک انقباض‬
‫مشخصه طول‪ -‬نيرو‬
‫بيشينه نيرو در طول بهينه عضله اتفاق ميافتد و این نيرو هم در جهت انقباض هممركز و هم در‬
‫جهت انقباض خارج از مركز كاهش ميیابد‪.‬‬
‫‪16/22‬‬
‫مدل زاجاک‬
‫دیناميک انقباض‬
‫مشخصه سرعت‪ -‬نيرو‬
‫در مقایسه با انقباض هم اندازه‪ ،‬انقباض هم مركز‪ ،‬نيروي كمتر و انقباض خارج از مركز نيروي‬
‫بيشتري در عضله توليد ميكند‪.‬‬
‫‪17/22‬‬
‫پياده سازی مدل عضله‬
f
Lambda(f )
Frequency Factor
1
Freq.
f
a_f
Frequency Charactristic
u
a
a
a_f at
2
PW
PW
a_r
Lambda(f )
Product2 Calcium Dynamics
Muscle Fatigue
Recruitment
3
Theta
4
Theta-dot
Theta
Lm
Lm
FL
0.03
Force-Length Factor
Theta-Lm
Theta-dot
Vm
Thetadot-Vm
Vm
Product
FV
Force-Velocity Factor
Fom
Max Isometric Force
18/22
Frequency
Pul se Wi dth
T orque
Length
Vel oci ty
Muscl e Model
Sat
1
Torque
MomentArm
‫پياده سازی مدل اسکلتی‬
‫‪19/22‬‬
‫مدل کامل دست‬
‫‪20/22‬‬
‫عملکرد مدل کامل‬
‫‪21/22‬‬
‫منابع‬
22/22
Lynch C.L, Popovic M.R., “Closed-Loop Control for FES: Past Work and
Future Directions”, Proceedings of 10th Annual Conference of the
International FES Society: Canada, p.p. 47-49, 2005
Ferrarin M., Palazzo F., Riener R., Quintern J., “Model-Based Control of
FES-Induced Single Joint Movements”, IEEE Transactions on Neural
Systems and Rehabilitation Engineering, Vo. 9, No. 3, p.p. 245-257, 2001
]1[
Amir Karniel, Gideon F. Inbar. Department Of Electrical Engineering,
Technion-iit, Haifa 32000, Israel “A Model For Learning Human Reaching
Movements” Biol. Cybern. 77, 173ð183 (1997)
Development of a Hill-Type Muscle Model With Fatigue for theCalculation
of the Redundant Muscle Forces using Multibody Dynamics, ANDRÉ
FERRO PEREIRA, 2009
]3[
‫ کیوان؛ کنترل حرکت بازتوانی دست رسانی با استفاده از روش کنترل پیش بین مبتنی ب بر مدل (پایاننامه‬،‫مجتهدی‬
1389،‫ بهمن‬،‫ تهران‬،‫ انتشارات دانشگاه صنعتی امیركبیر‬،)‫کارشناسی ارشد‬
]5[
‫ نگین؛ کنترل بازتواني دست فلج براي حرکت دسترساني با استفاده از تحریک الکتریکي عملکردي‬،‫حسام شریعتی‬
1391 ‫ تابستان‬،‫ تهران‬,‫ انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر‬،)‫(پایاننامه کارشناسی ارشد‬
]6[
]2[
]4[
‫تونل ها می گویند‪:‬‬
‫همیشه راه هست حتی در دل کوه ها‬
‫‪23‬‬