Motorized Mechanical-Walker
המכשיר הזה עוזר למשותקים ברגליים לנוע ולזוז ממקום למקום. החולה עומד על המכשיר ומחבר איברים מסוימים לחגורות. מתחת המכשיר נמצאות עגלות המאפשרות את התנועה. המכשיר גם מאפשר לחולה לנוע במהלך הישיבה והעמידה. בנוסף לזאת, החולה משתמש במכשיר באמצעות שלט שמאפשר לחולה להתמודד עם קשיי היום יום בלי עזרתם של אחרים. הבעיה המרכזית במכשיר היא שאי אפשר לנוע בעזרתו על מדרגות או לעבור מקומות לא שטוחות. בעיות אחרות הן שהמכשיר כבד מאוד וגדול מדי וכתוצאה מכך, יש עדיין הגבלות שמשפיעות על החולה.
פיזיקה:
כדי לגרום למכשיר להרים משהו חובה שיישען על גוף מסוים. לא לחינם תבע ארכימדס את האמרה "תנו לי נקודת משען ואוכל להזיז את העולם".
אופן ומסלול תנועת הרגל בעת הפעלת המכשיר
אלגוריתמיקה
אנו עומדים לבנות תוכנת הפעלת המערכת על ידי ממשק
ARDUINO
C תוך כדי שימוש בערכת תכנות שמתאימה הדומה לשפת
לקרוא מהחיישן להפעיל את המכשירARDUINO וכך מתכונן
STS התייחסות לגישת
מתמטיקה
חישוב מתמטי של תנועת הרגל בעת הליכה או תנועה
הקשיים בתהליך העבודה
המצב הקיים ובעיותיו
שבץ מוחי אסכימי, אירוע המתרחש כאשר ישנה הפרעה באספקת הדם לרקמת המוח.
ההפרעה הזו גורמת נזק נירולוגי אשר יכול לבוא לידי ביטוי בדרכים שונות ובהן הפרעה בדיבור, חולשה או שיתוק של הגפיים וקשיים בהליכה.
שבץ מוחי משפיע על מאות מיליונים מבני האדם בעולם, כמעט 10 % מהאוכלוסייה חיים עם בעיות בהליכה. רוב בני אדם עם בעיות כאלה משתמשים במכשירי הליכה ונווט אבל מכשירים אלה בעיתיות: קודם כל מכשירים אלה יקרות וכבדות, אי אפשר להעביר אותם על מדרגות למשל כיסא גלגלים שחייב עודף כוח אדם כדי לנווט. עלפי מה שנאמר חולה שבץ מוחי שסובל משיתוק חלקי איננו יכול להשתמש במכשירים הדורשים כוח פיזי כמו כיסא גלגלים קני ווקר היברידי או מקל הליכה.
שבץ יכול להיגרם כתוצאה מחוסר אספקת דם ("שבץ אסכימי") הנובע מחסימה בזרימת הדם כתוצאה מקריש דם או מתסחיף. כך, האזור הפגוע במוח יאבד את יכולותיו התפקודיות הספציפיות, ומצב זה עלול להביא לפגיעה בתפקוד האיברים הנשלטים, כמו חוסר יכולת להזיז גפה אחת או יותר בגוף עד כדי נכות מלאה ועוד.
פתרון אידיאלי לבעיות הנ"ל הוא מכשיר שאינו דורש כוח, קל ומאפשר הליכה ותנועה על משטחים גבשושיים. לקחנו בחשבון את הנקודות האלה בתהליך מציאת פתרון: אחרי בדיקת המצב הקיים מצאנו שחולה שבץ מוחי אין מכשיר שיכול לסייע לו לקום, לנווט ולהסתדר עם קשיי היום יום.
המערכת מבוססת על אלגוריתמיקה כי המערכת משתמשת בתוכנת מחשב כדי לקבל את האות הפיזי מהרגל הבריאה ומזהה אם תנועת הרגל היא תנועה של הליכה או עלייה או תנועה בלי שום סיבה. המערכת משווה התאוצות שאנו מקבלים מהחיישן עם ערכים מסוימים כדי להחליט אם להפעיל מנועי הסירוו ובאיזה זווית הם מסתובבים.
איך עובדת המערכת
מה זה קשור לביולוגיה
בפרויקט הזה הקשר לביולוגיה מתמקד בשתי מערכות: מערכת העצבים (אנטומיה של המוח), ומערכת השרירים, ומחלת שבץ מוחי אסכימי.
מערכת העצבים:
מערכת העצבים מווסתת את פעילותן של כל המערכות בגוף וכן יש לה פעילות פנימית שאינה קשורה לשאר האיברים. כיום מוות מוגדר כהפסקת פעילות גזע המוח. ייתכן מצב שבו האדם מוגדר כמת למרות שלבו עדין פועם. במצבים אלו ניתן לקחת מהגוף איברים להשתלה.
עיקרון הפעולה הכללי של המערכת דומה לעיקרון הפעולה של מחשב כלומר קבלת מידע, עיבוד מידע והוצאת פקודות.
מערכת השרירים:
רקמת השריר בנויה מסיבים בעלי כושר התכווצות. בגוף ישנם מספר סוגי שרירים
שרירי השלד- אלה שרירים חיצוניים, הפעלתם נעשית לפי פקודה מודעת
שריר הלב- זהו שריר ייחודי הדומה במבנהו הבסיסי לשרירי השלד, אך הפעלתו אינה רצונית והוא פועל ללא הפסקה החל מהשבוע הרביעי לאחר ההפריה בעובר עד למוות
שריר חלק- שרירים אלו נמצאים בדופנם של צינורות בגוף כגון: כלי הדם, צינור העיכול, צינורות השתן וצינורות הנשימה. הפעלתם אינה רצונית והתכווצותם נעשית במסגרת פעולת האיברים הפנימיים.
שבץ מוחי אסכימי:
שבץ איסכמי הוא מוות של רקמת מוח (אוטם צרברלי) כתוצאה מאספקה לא נאותה של דם וחמצן למוח.
סיבה:
אירועי שבץ איסכמיים נובעים מחסימה של עורקים המזינים את המוח, בראש ובראשונה של העורקים המסתעפים מעורקי הראש. בדרך כלל, החסימה מתחוללת כאשר פיסה של קריש דם (תרומבוט) או של משקע שומני (אתרומה), שנוצר בשל טרשת עורקים, נתיקת ממקומה (נעשית לסחיף), נעה בתוך זרם הדם ונתקעת בעורק שמזין את המוח.
הקשיים בתהליך העבודה:
מהבעיות שנתקלנו בה בתהליך עבודתנו היא שלא מצאנו את החיישן המתאים לפרויקט שלנו גם כן נתקלנו בחיפוש על מנוע שיעמוד עם התנאים המבוקשים (המכשיר כבד מדי, ושיהיה המנוע קטן). הציוד הגיע יותר מאוחר מאשר שצפינו, בנוסף לכך לא ידענו בהתחלה איך לחקות תהליך ההליכה באמצעות המכשיר.
הסיכום
נכון שהתקלנו בהרבה בעיות אבל כצוות היינו מאוחדים ועבדנו בצורה מאורגנת והייתה חוויה גדולה לראות את ההתפתחות של המכשיר בפני ידינו ולהגיע לתוצאות מחשבתית אינטלקטואלית אלה. בסופו של דבר אנו שמחים שיכלנו לעזור לחולים ולהתגבר על בעיה זו בעולם ולתרום בהתקדמות העולם תוך כדי להגיע לעתיד מזהיר שבו יש לכולם היכולת ללכת
מה זה קשור לאלקטרוניקה
אלקטרוניקה:
שימוש בתת מערכות למימוש הרעיון, כגון: חיישן, מעצב אות, מפעיל ומכונה
העברה או המרה של שני סוגי אותות חשובים, שהם אות פיזיקאלי ואות חשמלי ההופך לאות חשמלי מוגבר באמצעות המגבר ואחרי כן לאות חשמלי להפעלה באמצעות המחשב.
כיסא גלגלים סטנדרטי
כיסא גלגלים הינו אמצעי תנועה ותיק, המסייע לבעלי מוגבלויות שונות ברגליים ובגב, כמו גם למתקשים בהליכה ובישיבה, ואף להעברת חולים בבתי חולים. המכשיר מאפשר לחולים לנוע כשהם משתמשים בידיים כדי לדחוף את הגלגלים. הבעיות במכשיר אלה הוא שהו גדול מאוד ודורש כוח פיזי. בנוסף לכך, החולה לא יכול לצעוד על מדרגות, ואי אפשר לנוע על מקומות לא שטוחות.
מטרת הפרויקט וקהל היעד
כדי להקים את תת מערכת היינו צריכים להיעזר במספר רכיבים אלקטרוניים, כמו:
חיישנים:
החיישנים הם רכיבים המסוגלים לחוש נתונים פיסיים כגון טמפרטורה, קול או תנועה ולהמיר אותם לאותות חשמליים. החיישנים מחוברים למערכת אלקטרונית אשר מקבלת את האות החשמלי ופועלת כפי שתוכנתה. בפרויקט שלנו התעסקנו בעיקר בחיישני תאוצה- Accelerometer. והוא התקן המודד את התאוצה של גוף כלשהוא.
מנועים:
מנוע חשמלי הינו מכונה הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית תנועה, לרוב אנרגיית התנועה תהיה תנועה סיבובית. קיימים מספר סוגי מנועים: מנוע למתח ישר, מנוע למתח חילופין, מנוע צעד ומנוע סרוו. בפרויקט שלנו התעסקנו בעיקר במנועי סרוו- Servo.
עיקרון הפעולה של מנוע הסרבו שונה מזה של מנוע רגיל בכך שמנוע רגיל מקבל זרם ומסתובב בכיוון מסוים, ואילו מנוע הסרבו מקבל לא רק זרם אלה גם פקודות המחשב שקובעות את זווית מוט ההלכה שלו, כשאות משתנה הזווית משתנה בהתאם.
ממשקים:
ממשק המחשב הינו צינור העברת הנתונים בין המחשב לסביבה החיצונית. לעיתים בממשק יהיו כלולים גם ממירי אות מאות אנלוגי לאות ספרתי (A/D) וממירים הפוכים מאות ספרתי לאות אנלוגי (D/A). בפרויקט שלנו התעסקנו בעיקר ב-Arduino Leonardo R3 כממשק. והוא מיקרו-בקר בעל מעגל מודפס יחיד (Single Board MicroController), עם סביבת פיתוח משולבת (IDE) ברישיון קוד פתוח, אשר מטרתה ליצור סביבה נוחה וזולה לפיתוח פרויקטים המשלבים תוכנה עם רכיבי אלקטרוניקה
מקל הליכה שיש לו שתי רגליים המספקות תמיכה לרוחב (מצד לצד), כשמקל סטנדרטי לא יכול לעשות זאת. המכשיר הזה עוזר בהליכה לחולים בעלי בעיות ברגליים, אבל חולה שבץ מוחי לא יכול לשמש בו בגלל השיתוק ברגליו.
Tek RMD – Robotic Mobilization Device
סקירת מוצרים דומים
קני ווקר היברידי- הליכון