مدلسازی دینامیکی اندام و سیستم جاذب ارتعاشی غیرفعال با هدف فرونشانی لرزش دست در بیماران مبتلا به ترمور حالت استراحت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

چکیده

در این پژوهش یک سیستم جاذب‌ ارتعاشی غیرفعال به­منظور فرونشانی ارتعاشات ناخواسته دست که در بیماران مبتلا به ترمور موجب ناهنجاری حرکتی می­گردد مطالعه می­شود. ارزیابی اثربخشی این سیستم با توسعه یک مدل دینامیکی یکپارچه که شامل 5 درجه آزادی در آرنج و مچ و 2 درجه آزادی سیستم جاذب می­شود انجام می­پذیرد. تحلیل دینامیکی در دو مرحله معکوس و مستقیم صورت می­گیرد. نخست با تحریک دست براساس مسیرهای نوسانی ازپیش­معین که نماینده حرکت ترموری هستند، گشتاورهای مفصلی مدل 5 درجه آزادی را محاسبه می­کنیم (دینامیک معکوس). سپس این گشتاورهای محاسبه­شده به مدل 7 درجه آزادی داده می­شود و با تنظیم پارامترهای سیستم جاذب ارتعاشی، انتظار می­رود لرزش­های ناخواسته در حرکت دست فرونشانده شوند (دینامیک مستقیم). سیستم جاذب شامل یک جفت وزنه است که ازطریق اتصالات نرم به دست متصل می­شوند. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهند که این سیستم به­طور قابل­ملاحظه­ای لرزش در محورهای خم و بازشدن آرنج و مچ را فرومی­نشاند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Dynamic Modeling of the Limb and the Passive Vibration Absorber System With the Aim of Suppressing the Rest Tremor of The Hand

نویسندگان [English]

  • M. Mohammad-Reza OmmatMohammadi 1
  • MohammadReza Sayyed Noorani 2
  • Morteza Sadeghi 1
1 1Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Department of Mechatronics Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Hand tremor, a prevalent movement disorder, significantly impairs daily activities and quality of life. This paper investigates a passive vibration absorber system to suppress the hand tremor. An integrated dynamical model is developed, combining a 5-degree-of-freedom (DoF) multibody representation of the forearm and hand with a 2-DoF absorber system. The biomechanical model features three DoFs at the wrist and two at the elbow. The dynamic analysis employs a two-stage methodology. First, inverse dynamics calculates the stimulatory joint torques causing tremor, based on predefined oscillatory trajectories. To address the practical challenge of sensor drift in tremor measurement—a key limitation when using gyroscopes/accelerometers with Kalman filters—an innovative method based on Fourier expansion is introduced. This enhances the accuracy of estimation comparing traditional ones. Subsequently, forward dynamics simulations are performed with the calculated torques applied to the model integrated with the passive absorbers (masses connected via spring-damper elements). Simulation results demonstrate that this system significantly reduces tremor vibrations, particularly in the flexion/extension axes of the elbow and wrist. The model provides a robust foundation for optimizing the design of effective, non-invasive wearable devices for tremor suppression.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hand tremor
  • tremor suppression
  • passive absorber
  • forced vibration
  • dynamic analysis