CURS_EPO_3-om-rob-prot_compon+clasif

Cursul 3Partea 2 a

OM – ROBOT - PROTEZA

BRAŢ UMAN

BRAŢ ROBOTIZAT

BRAŢ PROTEZAT

BRAŢUL UMAN

BRAŢUL ROBOTIZAT

BRAŢUL UMANPROTEZAT

COMPONENŢA UNEI PROTEZE DE M.S.U

SISTEMULDE

COMAND~}I

CONTROL

SURSA DE ENERGIE

SISTEMUL MECANIC

CU DISPOZITIVU

L TERMINAL

+SENZORI

SISTEMUL DE

AC|IONARE

feedback


ENERGIA INTERNĂ

ENERGIE EXTERNĂ

SURSA DE ENERGIE

COMPONENŢA UNEI PROTEZE DE M.S.USISTEMUL DE ACŢIONARE


SISTEMUL DE COMANDĂ ŞI CONTROL


SISTEMUL DE COMANDĂ ŞI CONTROL

Control prin ham şi cablu Control prin microînrerupătoare

Control mioelectric


Control mioelectric

de tip on/off

proporţional

ierarhic


SISTEMUL MECANIC CU DISPOZITIVUL TERMINAL


SISTEMUL MECANIC CU DISPOZITIVUL TERMINAL

Unităţi pentru articulaţia umărului

Unităţi pentru rotaţie humerală

Unităţi pentru articulaţia cotului

Articulaţii externe (laterale)

Unităţi pentru încheietura mâinii

Dispozitive terminale

COMPONENŢA UNEI PROTEZE DE M.S.USISTEMUL MECANIC CU DISPOZITIVUL

TERMINAL

Unităţi pentru rotaţie humerală


TERMINALUnităţi pentru articulaţia

cotului


TERMINAL

Unităţi pentru articulaţia mâiniii

a. b. c. d.


TERMINALDispozitive terminale

HOOK

MÂINI MECANICE

PROTEZE DE LUCRU -PASIVE

PROBLEMATICA PROTEZĂRII MÂINII UMANE

Amputaţia membrului superior reprezintă o metodă terapeutică extremă de salvare a vieţii unui pacient ce se aplică în cazul unor traumatisme sau tumori cu efecte de ordin social, psihic, estetic şi funcţional.

Clasificarea protezelor de membru superior

criteriul 1: funcţie de nivelul amputaţiei


criteriul 2: criteriul funcţional

PROTEZE PENTRU MEMBRU SUPERIOR

pasive

active

cu energie corporală

hibride

cu energie extracorporală

de lucru

estetice

forţă directă

forţă indirectă

pneumatice

electrice

control prin intrerupătoare

control mioelectr

ic


criteriul 3: criteriul comercial

proteze cosmetice

proteze cu comandă prin tracţiune

proteze hibride

proteze cu comandă mioelectrică

Criterii de alegere a protezelor:

• fără proteză;• proteze cosmetice;• proteze cu acţiune corporală;• proteze cu acţiune extracorporală (electrice);• proteze hibride;• proteze specifice anumitor activităţi

Aspecte importante în protezare:

• nivelul de amputaţie;• condiţiile impuse de bont;• obiective individuale şi activităţi specifice

Fără proteză

Proteze cosmetice

Proteze cu acţiune corporală:

Mişcări caracteristice:

• flexia glenohumerală;• abducţia sau adducţia scapulară;• coborârea şi ridicarea umărului; • dilatarea cutiei toracice.

Tipuri de proteze:

• cu deschidere voluntară;• cu închidere voluntară;

Proteze cu acţiune extracorporală:

Tipuri de control a protezelor electrice:• control mioelectric;• servo control;• control prin întrerupătoare;• control prin întrerupătoare acţionate cu energie corporală

Proteze hibride

Tipuri constructive:

• cot cu acţionare prin tracţiune (cu energie corporală)

şi dispozitiv terminal (de tip hook sau mână mecanică)

cu control mioelectric, la care se poate adăuga opţional

un sistem de supino-pronaţie tot mioelectric;

• cot cu acţionare electrică şi dispozitiv terminal cu

acţionare prin energie corporală.

Proteze specifice anumitor activităţi:

Evaluarea posibilităţilor de materializare tehnică

Analiza posibilităţilor de substituire tehnică a mîinii umane

Fig.1 Fig. 2 Fig. 3


Unilaterală (a)

Cu deschidere Bilaterală (b)

Multilaterală (c) ( când există mai mult de 2 degete)

cu închidere voluntară

(c)

cu deschidere voluntară

(d)

a. b. c. d.


CONCLUZIE: Gradul de asemănare cu mâna umană este dat de:

- forma; - numărul degetelor ; - modul de acţionare a degetelor.

Criterii de evaluare a dispozitivelor terminale din construcţia protezelor de membru superior

Antropomorfism:

Capacitatea unui dispozitiv terminal de tip protetic sau robotic de a imita

mâna umană, parţial sau total, din punct de vedere al formei,

dimensiunilor, consistenţei şi a aspectului general (incluzând culoare,

temperatură şi alte aspecte).

Dexteritatea:

Capacitatea unui dispozitiv terminal de tip mână artificială de a efectua

multiple activităţi cu un nivel ridicat de complexitate. Domeniul

dexterităţii se împarte în:

• prindere (prehensiune) sau apucare;• manipulare internă.

Criterii de evaluare a dispozitivelor terminale din construcţia protezelor de membru superior

- din punct de vedere a activitaţilor funcţionale reproduse -

Prehensiunea: capacitatea mâinii de a apuca şi manipula în siguranţa

obiecte de diferite dimensiuni,forme şi greutăţi.

Aprehensiunea: capacitatea mâinii de a percepe prin senzorii de care

dispune forma, textura, greutatea, etc.

Senzori de forţă/momentSenzori tactiliSenzori tactili intrinseci,etc

STADIUL ACTUAL ÎN DOMENIUL PROTEZELOR DE MÂNĂ

PROTEZE CU DEGETE RIGIDE TIP HOOK

PROTEZE CU DEGETE RIGIDE DE TIP HOOK

PROTEZE CU DEGETE RIGIDE de tip mâna

mecanică

a. Mâna mecanică pentru copii, tip „NY”

b. Mâna mecanică pentru copii, tip „CAPP”

c. Mână mecanică pentru adulţi, tip „Dorrance”

d. Mâna mecanică pentru adulţi, tip „Becker”

Exemple: proteze cu acţionare prin tracţiune (Hosmer)

Proteze cu acţionare electrică

1) Mâna mecanică cu degete rigide pentru amputaţie transmetacarpiană „8E44 Transcarpal Hand” realizată de firma Otto Bock (Germania)

3) Proteza de mână „Motion Control Hand”

2) Proteză pentru adulţi „Centri”


mecanică


mecanică

PROTEZE CU DEGETE RIGIDEde tip mână mecanică

PROTEZE CU DEGETE ARTICULATEde tip mână mecanică

Mâna de tip DLR


Elemente elastice

Roţi de curea

Proteza cu trei degete articulate „SPRING Hand”


transmisii cu roţi dinţate


transmisii cu pârghii

PROTEZE CU DEGETE ARTICULATE de

tip mână mecanică

transmisii cu fir

PROTEZE CU DEGETE ARTICULATE

Fig.3.31

Sistem de control

MPP

Sursade energie

Micro-procesor

5

20

19 10 9 11

16 15 3 18 2 12

Semnale de comandă(biologice, presiune,etc.)

4

5

8 7 6 13 14

12b,c 12a

12a

1

17

tip mână mecanică

Micro-procesor

Port serial

Moto-reductor Sursă

de energie

Dispozitiv vibrator

Electrod 1deschidere

Periferice

Electrod 2închidere

Semnal de feedback

Semnal de comandă

Semnal de comandă

Senzor de forţă

Senzor de forţă

Senzor de forţă

PROTEZE ÎN CONCEPŢIE MECATRONICĂ


Proteza Leverhulme


WASEDA University

Proteza cu degete articulate şi control mioelectric

Univ. Hokudai - Japonia

ASPECTE SPECIFICE PROIECTĂRII PROTEZELOR DE MEMBRU SUPERIOR

Interpunerea unei proteze între om şi obiectele din jurce urmează a fi " prehensate" trebuie analizată în ansamblu.

Tipul şi caracteristicile protezei sunt determinate de:

- datele anatomo-funcţionale şi biomecanice ale amputatului;

- tipul activităţilor ce urmează a fi desfăşurate;

- de natura, forma şi greutatea obiectelor de manipulat.

ASPECTE SPECIFICE PROIECTĂRII

Triada om-proteză-obiect

Triada om-proteză-obiect În cazul unei proteze de antebraţ ce asigură prehensiunea şi supinopronaţia gradele de mobilitate vor fi caracterizate prin: - viteza/timpul de deschidere /închidere (ωd, nd)- viteza şi timpul cu care se realizează mişcarea de supinopronaţie (ωs, ns);

Obiectul va determina prin: - greutate (G), - gabarit (Φ) - natura suprafeţei sale (µ)

forţele şi momentele necesare a fi dezvoltate de proteză în vederea manipulării,

Obiectul va influenţa deci, atît sistemul tehnic (proteza) cît si pe purătorul acestuia care trebuie să fie capabil să genereze comenzile necesare realizării mişcărilor.

CRITERII DE PROIECTARE A PROTEZELOR DE MEMBRU SUPERIOR

• Criteriul cinematic

• Criteriul cinetostatic

• Criteriul preciziei de prindere

• Criteriul forţei de apucare



- se referă la raportul dintre deplasarea Sd la nivelul degetelor şi deplasarea Sa a sistemului de acţionare:

Respectarea acestui criteriu impune ca mecanismul să realizeze prin cinematica sa valori cît mai mari ale raportului A deci să se obţină deschideri cît mai mari ale degetelor în condiţiile unor deplasări cît mai reduse la sistemul de acţionare.



În cazul protezelor acţionate cu energie corporală:

în care:

cursa degetelor se poate evalua fie prin apertura Sd (mărime liniară) fie prin unghiul α (mărime unghiulară) de deschidere a acestora

iar deplasarea sistemului de acţionare prin cursa c a cablului de comandă.



În cazul protezelor acţionate cu energie electrică:

Poate fi exprimat:- ca raport al deplasărilor unghiulare α şi β ale degetelor, respectiv ale sistemului de acţionare (motorului) sau - prin vitezele unghiulare (ωd ,ωa) sau turaţiile (nd, na) ale acestora.



Este introdus prin funcţia de forţă H :

în care:

Fd reprezintă forţa de strîngere dezvoltată de degete iar

Fa, forţa dezvoltată de sistemul de acţionare

Conform acestui criteriu, mecanismul optim corespunde obţinerii unei forţe de strîngere cît mai mari, deci a posibilităţii mnaipulării unor obiecte cît mai grele, în condiţiile dezvoltării de către sistemul de acţionare a unor forţe cît mai reduse.


• Randamentul mecanismului

Se exprimă ca inversul produsului rapoartelor cinematic şi cinetostatic:

indică necesitatea realizării unui compromis în alegerea mecanismului: mecanismul care prin structura sa ar corespunde atît din punct de vedere cinematic (A=maxim) cît şi cinetostatic (H=maxima) conduce la obţinerea unui randament redus.

Se impune deci fie limitarea performanţelor cinematice (dimensiunile obiectului) fie a celor cinetostatice (greutatea şi dinamica protezei) funcţie de tipul activităţilor în cadrul cărora proteza va fi utilizată de către purtător (igiena personală şi manipulări uşoare sau activităi solicitante).


• Criteriul preciziei

(se va analiza la sistemele de supinopronaţie)


• Diagramele caracteristice



Criteriul forţei de apucare sau criteriul asigurării manipulării exprimă valoarea forţei de apucare minime ce trebuie dezvoltată de dispozitiv pentru a se evita alunecarea obiectului:

în care:

G – greutatea obiectului; μ - coeficientul de frecare dintre obiect şi suprafaţa de contact cu degetul; a – vectorul unitate al axei obiectului; Fi - forţa de inerţie.



a. b. c.



N1

Ni

N2

Ff1

Ff2

Ffi

G Fd

Fd

N

N M1

M2

G

N

N



N1

Ni

N2

Ff1

Ff2

Ffi

GFd

Fd

Ff >GSe cunoaşte: G

Ffi=µNi

n

iid NF

n

ifif FF

d

n

ii

n

iif FNNF

(1)

(2) (3)

(4)

(5)

µFd>GG

Fd

Se determină : Fd

(6)

CURS_EPO_3-om-rob-prot_compon+clasif

Documents

Transcript of CURS_EPO_3-om-rob-prot_compon+clasif