در این پروژه سعی خواهد شد رفتار تعادل افراد مورد مطالعه قرار گیرد. ابتدا سابقه مطالعه در این زمینه بررسی شده و سپس یک سیستم تشخیص posture طراحی شده و نتایج نمونه برداری شده مورد پردازش قرار خواهد گرفت. به نظر می رسد که انحراف از خط عمود در افراد مختلف حاوی اطلاعاتی راجع به دینامیک رفتاری اشخاص باشد و این رفتار در بیماریهای عصبی-عضلانی مورد اعوجاج قرار می گیرد. به همین منظور سعی خواهد شد سیگنال حاصل از انحراف ایستادن قائم افراد سالم تحلیل شده و ویژگیهای مناسبی استخراج شود تا مکانیزم رفتاری افراد سالم تا حدی مشخص شود. در این صورت می توان میزان انحراف از این ویژگیهای مناسب را دلیلی بر وجود اختلال در فرد تعبیر کرد. برای کامل شدن این مطالعه سعی خواهد شد در یکی از بیماری های عصبی-عضلانی خاص تغییر رفتار مورد مطالعه قرار گیرد. با بررسی ویژگی های بدست آمده به این نتیجه می رسیم که جابجایی های مکانی، افقی و عمودی افراد بیمار نسبت به افراد سالم نوسان بیشتری خواهد داشت که ناشی از عدم تعادل فرد بیمار است. همچنین واریانس افقی و عمودی سیگنال های افراد مریض بزرگتر از افراد سالم خواهد بود و نیز طیف توان افراد بیمار مقادیر بزرگتری در فرکانس های بالاتر و مقادیر کوچکتری در فرکانس های پایین تر خواهد داشت. و نیز با توجه به ماتریس خروجی شبکه عصبی که برای 100 بار تکرار و آموزش و متوسط گیری شبکه عصبی بدست می آید، دیده می شود که شبکه با احتمال 92.5% نمونه ها را درست شناسایی خواهد کرد و تنها 7.5% خطا خواهیم داشت. همچنین 90% افراد مریض بدرستی بیمار تشخیص داده می شوند و 86.67% افراد سالم بدرستی سالم تشخیص داده خواهند شد.

به دلیل ساختار خاص ربات های دوپا، کنترل این نوع از ربات ها یکی از بحث برانگیزترین مباحث روز دنیا و بخصوص در میان پژوهشگران صنعت رباتیک می باشد. پژوهش های زیادی در خصوص طراحی و ساخت ربات های دوپا صورت پذیرفته و در حال انجام می باشد که هدف اصلی از این پژوهش ها این می باشد تا بتوان رفتار و حرکت های ربات دوپا را به رفتار انسان نزدیک نمود تا ربات بتواند حرکت های نرم تری همانند انسان داشته باشد. در خصوص قرار دادن ربات دوپا بر روی treadmill و تطبیق سرعت ربات با سرعت treadmill ، چندین پژوهش صورت پذیرفته است که اکثر آن ها بوسیله ی کامپیوتر کنترل شده و ربات ها نیز در ابعاد بزرگتر طراحی و ساخته شده اند. با توجه به وجود سازه ی مکانیکی ربات دوپا در آزمایشگاه تحقیقاتی مکاترونیک، در این پژوهش اقدام به طراحی و شبیه سازی و ساخت سیستم کنترلی برای این نوع ربات شده است که سیستم کنترلی مذکور بصورت سیستم مستقل و تعبیه شده (embedded system) عمل نموده و سرعت ربات را با سرعت treadmill تطبیق می دهد؛ همچنین سیستم کنترلی مذکور بصورت بیسیم و یکطرفه با کامپیوتر در ارتباط بوده و داده های مربوط به سنسور زاویه و فاصله سنج را به کامپیوتر ارسال می نماید تا نمودارهای مربوطه در کامپیوتر و برنامه ی طراحی شده، ثبت و رسم گردند.

در این پایان¬نامه، روش جدیدی برای سرکوب ترمور ارائه شده است به¬طوری¬که با تهاجم و عوارض عصبی کمی همراه است. به منظور پیاده¬سازی این روش توان¬بخشی، یک دستگاه توان¬بخشی برای سرکوب ترمور طراحی و ساخت شده است. روش¬های موجود برای سرکوب ترمور دو ایراد عمده دارند؛ اول اینکه با عوارض جانبی آزاردهنده¬ای همراه¬اند و دوم اینکه فاقد فیدبک برای تشخیص و درمان همزمان ترمور می¬باشند که در این تحقیق سعی شده است، هر دو مسأله مد نظر قرار گیرد. روش ارائه شده برای سرکوب ترمور در این پایان¬نامه، تحریک عصب و عضله عضو درگیر ترمور است. مراحل تشخیص و درمان بدین صورت است که با استفاده از یک حسگر شتاب سنج از لرزش¬های دست بیمار فیدبک گیری می¬شود. با پردازش سیگنال های شتاب سنجی به واسطه پردازش موازی میکروکنترلر و کامپیوتر، مولفه های اصلی ترمور آشکار می¬شوند. بر اساس پارامتر های اندازه گیری شده ترمور، سیگنال جدیدی طراحی می¬شود که با اعمال این سیگنال به عضله، با عامل به وجود آورنده ترمور مخالفت می¬شود. این کنترلر که به عنوان کنترلر سطح پایین سیستم شناخته می¬شود، با یک کنترلر سطح بالاتر اصلاح می¬شود. درواقع کارکرد سیستم ارائه شده بدین صورت است که با یک فیدبک آنلاین حلقه بسته با استفاده از روش شتاب سنجی، ترمور را تشخیص داده و با استفاده از تحریک عصب و عضله با الکترود های تحریک سطحی emg، ترمور را سرکوب اجباری می کند. با تحریک موضعی عصب و عضله، حرکات مزاحم ناشی از ترمور، بدون اینکه در محتوای سایر فرمان های حرکتی اثر مخربی ایجاد شود، حذف می¬گردد. این سیستم، یک کنترلر سطح بالاتر دارد که با بررسی نتایج میزان سرکوب ترمور، پارامتر های تحریک کننده را اصلاح و به کنترلر سطح پایین¬تر اعمال می کند. کنترلر سطح بالا با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و یک کنترلر فازی طراحی شده است. این کنترلر وظیفه اصلاح ضرایب کنترلی کنترل کننده، طبقه بندی داده¬ها و اعتبارسنجی را برعهده دارد. اعتبار سنجی این روش درمان با پیاده سازی بر روی بیمار و بررسی نتایج انجام شده است؛ همچنین با طراحی یک طبقه بندی کننده با شبکه¬های عصبی و مقایسه بین افراد سالم و درمان شده، صحت نتایج درمان بررسی شده است.

در این مطالعه سعی شد تا دستگاهی ساخته شود که در قسمت توانبخشی بیماران دارای اختلال عصبی در راه رفتن، مورد استفاده قرار گیرد. دستگاه ساخته شده پوشیدنی بوده و با استفاده از فیدبک حلقه بسته سعی در کاهش اختلال دارد. در گام اول افراد توسط طبقه بندی کننده ی سطح بالا در سه دسته ی سالم، بیمار نوع اول (شدت بیماری کم) و بیمار نوع دوم (شدت بیماری زیاد) شناسایی می شدند تا روش درمان مناسب مشخص شود. در گام دوم پس از تشخیص شدت بیماری و شیوه ی درمان، مدت زمان گام برداشتن به عنوان پارامتر فیدبک توسط قسمت تحلیلگر دستگاه، در زمان راه رفتن بصورت آنلاین استخراج شده و بصورت بی سیم به پردازنده ی کامپیوتری ارسال می شد. پس از تحلیل داده های فیدبک شده در پردازنده، در صورت تشخیص اختلال در راه رفتن توسط طبقه بندی کننده ی سطح پایین، فرمان فعال شدن قسمت اعمالگر دستگاه صادر شده و عمل توانبخشی انجام می شد. توانبخشی در زمان های فاز ایستای هر پا و پس از تشخیص اختلال، در گام های بعدی انجام می شد. اعمال تحریک بصورت ایجاد یک تحریک ارتعاشی با فرکانس 100 تا 120 هرتز و با دامنه ثابت که در قسمت ماهیچه های کمری اعمال می شد، انجام پذیرفت. تنظیم فرکانس مورد نظر برای تحریک توسط یک مدار دیگر و با روش دورسنجی موتور انجام شد. علاوه بر بکار بردن فیدبک حلقه بسته در دستگاه ساخته شده، از امتیازات دیگر این دستگاه می توان به تشخیص زمان انجماد و برطرف کردن آن، کوچکی، سبکی و قابل حمل بودن و استفاده خارج آزمایشگاهی داشتن آن نیز اشاره کرد.

در هنگام وقوع بیماری های عصبی، عملکرد سیستم اعصاب مرکزی دچار اختلال شده و گاهی پاسخ های مشخصی را تولید می کنند که علائم بیماری می باشند. اختلالات حرکتی مخصوصاً اختلالات مربوط به حفظ تعادل یکی از مهم ترین مشکلات مکاترونیکی در انسان می-باشد. در این بین، بیماری مولتیپل اسکلروزیس (ام اس) یکی از بیماریهای شایع مغز و اعصاب بوده و جمعیتی حدود 2.5 میلیون نفر در سراسر دنیا از این بیماری رنج می برند. این بیماری عمدتاً در بالغین جوان بروز می کند. بیشترین میزان بروز بین سن 40-20 سالگی است و زنان تقریبا دو برابر مردان مبتلا می شوند. اختلالات تعادل یکی از ابتدائی ترین و مهم ترین عارضه های این بیماری است که 75 درصد مبتلایان را گرفتار می سازد. با پیشرفت بیماری، علایم مختلفی آشکار می شوند و ممکن است تا فلج شدن کامل شخص ادامه یابند. مطالعه ی بیماری ام اس این امکان را می دهد تا شناختی از نحوه ی کنترل تعادل بدن به دست آوریم. هدف اصلی این پایان نامه مدلسازی اختلالات حرکتی تعادل انسان بر پایه ی اطلاعات حاصل از پردازش تصویر تعادل بیمار مبتلا به ام اس است. بررسی این اختلالات می تواند ما را به یک مدل کمّی ماکروسکوپی برای بیماری ام اس برساند. وجود چنین مدلی می تواند باعث شناخت بهتر عملکرد بیماری ام اس شده و اطلاعات ما را در مورد نحوه ی ایجاد اختلالات و همچنین عوارض بیماری ام اس به خوبی افزایش دهد. بنابراین می توان افق های جدیدی در دنبال کردن نحوه ی رشد و گسترش بیماری و همچنین پیش بینی زمان و رفتار حملات عصبی بیماری ام اس گشود. در این مطالعه، ابتدا سعی گردید مطالعه ای جامع روی بیماری ام اس انجام گیرد. بر اساس پاتولوژی آن تلاش شد مدلی برای اختلالات تعادل ارائه گردد. سپس به کمک داده های کلینیکی موجود مدل ارائه شده تحقق بخشیده شد. در گام بعدی با استفاده از طبقه بندی کننده ای که بر مبنای ویژگی های مناسب استخراج شده از داده های کلینیکی طراحی شده و با دقت8/93 درصد گروه افراد سالم و بیمار را از هم جدا می نماید، مدل ارائه شده اعتبار سنجی شده و روش های درمانی مختلف بر روی آن بررسی گردید. همچنین طبقه بندی کننده ی دیگری بر مبنای ویژگی های استخراج شده طراحی گردید که قادر است با احتمال مناسبی (دقت 4/84 درصد) افرادی را که احتمالاً در آینده دچار بیماری خواهند شد، تشخیص دهد.