أجريت في تمام الساعة التاسعة صباحا من يوم الخميس الموافق 11/1/2024 وعلى قاعة مجلس قسم الهندسة الميكانيكية /كلية الهندسة / جامعة النهرين مناقشة اطروحة طالب الدكتوراه في قسم الهندسة الميكانيكية (علي عبد الغني ابراهيم) والتي كانت تحت عنوان:

DESIGN AND CONTROL OF ROBOTIC LOWER LIMB EXOSKELETON REHABILITATION CONTROLLED BY A BRAIN

التصميم والتحكم في الهيكل الخارجي للأطراف السفلية الروبوتية التي يتم التحكم فيها عن طريق الدماغ

ان استخدام الهياكل الخارجية للأطراف السفلية في مجال التأهيل ذو أهمية بالغة بالنسبة للمرضى الذين فقدوا قدرتهم على المشي. الحاجة المستمرة لأنظمة تدريب دقيقة ومنهجية أثناء عملية التأهيل للأطراف السفلية دفعت الباحثين إلى اقتراح وتطوير هياكل خارجية قوية وخفيفة الوزن وعالية القدرة للأطراف السفلية كأجهزة مساعدة للحركة للمرضى المصابين بأمراض الأطراف السفلية لأداء تدريب المشية ومساعدة المرضى في استعادة حركاتهم البدنية. تم إجراء العمل الحالي، الذي يتألف من أربعة أجزاء رئيسية، لتصميم ونمذجة وتصنيع والتحكم بالإشارات الدماغية والتغذية الحسية للهيكل الخارجي للأطراف السفلية. تتكون الجزء الأول من تصميم الهيكل الخارجي للأطراف السفلية من تصميم رخيص التكلفة وسهل التنفيذ وفعال في نفس الوقت. يتألف تصميم الهيكل الخارجي للأطراف السفلية من الخصر والفخذ والساق والكاحل لكل ساق منه قابليه على تحريك ويتكون الهيكل من ثمانية درجات حرية (6 مستقلة و2 معتمدة) حيث يتم تحريك كل مفصل بمحرك واحد للسماح بالثني والتمديد. ثم تم محاكاة التصميم في بيئة المحاكاة الافتراضية Matlab Simscape قبل بناء الهيكل الخارجي الفعلي للأطراف السفلية لدراسة تحليل الديناميكا واستراتيجيات التحكم في زوايا المفاصل والسرعة والعزم خلال دورة المشية. الجزء الثاني يتضمن تصنيع هيكل خارجي للأطراف السفلى باستخدام تقنية الليزر الألياف وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. تم اختيار نوعين من المواد لتصنيع الهيكل الخارجي للأطراف السفلى، وهما الفولاذ النوع 37 وبلاستك البولي لاكتيك (PLA). تم قطع الروابط الداخلية التي تحمل الوزن بواسطة الليزر الألياف، بينما تم تصنيع الغطاء الخارجي من بلاستيكي الذي يعطي الشكل للهيكل الخارجي للأطراف السفلى بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد. يبلغ وزن الهيكل الخارجي النهائي حوالي 18 كيلوغرامًا مع مصدر الطاقة. الجزء الثالث يتضمن تجهيز الهيكل الخارجي للأطراف السفلى بنظام تحكم بملاحظات الحس الحركي، واستخدمت مستشعرات IMU (mpu6050) ومستشعر العزم (Acs712) لتوفير معلومات حسية عن الهيكل الخارجي للنتائج النهائيه ، عادةً على شكل تصحيح وقياس وضعية زوايا المفاصل. هذه الملاحظات الراجعة ضرورية لأغراض عدة، بما في ذلك تحسين تجربة المستخدم، وتعزيز التحكم، وضمان السلامة، وتمكين تفاعل أكثر طبيعية وبديهية مع الهيكل الخارجي عن طريق قياس العزم وزاوية المفاصل. الجزء الرابع يتضمن التحكم بمسند الهيكل الخارجي باستخدام إشارات الدماغ من خلال المهمة التخيلية للحركة والتعبيرات الوجه. لبناء نظام EEG ، تم الحصول على بيانات EEG باستخدام نظام استشعار Emotiv Epoc المكون من 14 قناة. تم معالجة الإشارات المكتسبة باستخدام فلترButterworth ذو نطاق تردد مرتفع ومنخفض مع ثلاثة نطاقات مختلفة وهي نطاق ألفا وميو (7-12) هرتز ، نطاق بيتا (13-24) هرتز ونطاق بيتا عالي (25-35) هرتز. تم استخدام نمط الفضاء المشترك (CSP) وخوارزمية المجال الزمني لاستخراج الميزات من التخيل الحركي للمكعب (الدفعه الى الامام و دفعه  الىاليمين) وتعبير الوجه (طبق فك الأسنان وغمزه اليسار) من إشارات الدماغ الكهربائية ليتم تصنيفها.

أظهرت النتائج أن تحليل الـ FEA للهيكل الخارجي المقدم عند تطبيق قوة 500 نيوتن لكل ساق في حالات مختلفة من ظروف الحدود (الجلوس، الشروع بالوقوف، الوقوف والمشي)، فإنه يظهر أن أقصى قيمة فون-ميسيس في جميع الوضعيات كانت بين (82.9 ميجا باسكال إلى 112.16 ميجا باسكال) والانحناء الكلي بين (0.36 ملم إلى 0.74 ملم)، وهذه القيمة تقل عن الإجهاد الحد للفولاذ ST37 (313 ميجا باسكال) وبالتالي فهي آمنة للتصميم. أما نتيجة المحاكاة في برنامج الماتلاب فتظهر أن أقصى خطأ مربع متوسط في حالة عدم التحميل في مفصل الورك هو (2.8 درجة) بينما في حالة التحميل هو (5.5 درجة) وزاوية المفاصل الأخرى أقل من ذلك، وأعلى عزم ذروة في حالة عدم التحميل كان (12.5 نيوتن متر) وفي حالة التحميل كان (24 نيوتن متر). بالنسبة لتقنية تعديل عرض النبضات (PWM) لمحرك السيرفو، تشير النتائج إلى أن التردد المناسب بفعالية أكبر في العزم والسرعة كان (500 هرتز). أما نتيجة اختبار المنصة للهيكل فتظهر أنه في حالة عدم وجود حمولة، يكون الخطأ بين الزاوية الفعلية والمطلوبة للمفاصل (2.1 درجة إلى 3.7 درجة) لجميع المفاصل وأعلى عزم كان (13 نيوتن متر)، بينما في حالة وجود حمولة، يكون الخطأ بين المفاصل (3 درجات إلى 9 درجات) وأعلى عزم كان (28 نيوتن متر). بالنسبة لإشارة EEG، تم الحصول على أعلى دقة تصنيف باستخدام ترددات نطاق العبور (13-35) هرتز لمعالجة التخيل الحركي ومرشح نطاق العبور (4-12) هرتز لتعبيرات الوجه. تم الحصول على أعلى معدل استخراج للميزات التصنيف بواسطة CSPمعدل (94٪) مقارنةً بميزات المجال الزمني الأخرى. نتيجة الاختبار الفعلي في الوقت الحقيقي لإشارة EEG، تم تنفيذ 12 محاكاة لنموذج التصنيف LDA المدرب مسبقًا، وتم تسجيل دقة (82٪) للخيال الحركي (دفع-يمين) ودقة (91٪) لتعبير الوجه (طبق فك الأسنان - غمزة يسار). المهام العقلية كانت، التخيل الحركي لدفع مكعب المحظورة بمقدار 1 خطوة والخيال الحركي لمكعب اليمين يتوقف في وضع الوقوف. من نتيجة الاختبار الفعلي على الأشخاص الأصحاء والمرضى، أظهر أن أقصى عزم دوران يتم توفيره بواسطة محرك السيرفو (34 نيوتن متر للشخص الصحي و 38 نيوتن متر للمريض عند 0.8 م/ث) عند المشي باستخدام العكازات بسرعة 0.8 م/ث مع استقرار أقل مقارنةً بشخص يستخدم المشاية، أظهر أن أقصى عزم دوران (31 نيوتن متر للشخص الصحي و 36 نيوتن متر للمريض عند 0.8 م/ث).

وكانت لجنة المناقشة برئاسة الأستاذ الدكتور( جمعة سلمان جياد ) كلية الهندسة /جامعة النهرين وعضوية كل من الأستاذ الدكتور( كاظم كامل رسن ) كلية الهندسة /الجامعة المستنصرية و الأستاذ الدكتور ( صادق حسين باخي) كلية الهندسة /الجامعة التكنولوجية و الاستاذ الدكتور (محمود رشيد اسماعيل) كلية الهندسة/جامعة النهرين والاستاذ المساعد الدكتور( غانم شاكر صادق) كلية الهندسة/جامعة النهرين وكانت الرسالة بإشراف كل من الأستاذ المتمرس الدكتور ( نبيل كاظم عبد الصاحب) كلية الهندسة /جامعة النهرين كمشرف اول و الاستاذ المساعد الدكتور (محمد عبدالستار محمد) كمشرف ثاني. وتم التقويم العلمي للرسالة من قبل الاستاذ المساعد الدكتور (نبيل حسن هادي) كلية الهندسة / جامعة بغداد كمقوم علمي اول والاستاذ الدكتور (وجدي صادق عبود) كلية الهندسة /جامعة النهرين كمقوم علمي ثاني. ولغوياً من قبل الاستاذ الدكتور (عبد الرحمن نجم عبد) كلية الهندسة /جامعة النهرين.

وكانت نتيجة المناقشة بحصول الطالب على درجة جيد جداً عالي.