دانلود مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی

دانلود تحقیق و مقالات رشته پزشکی با عنوان دانلود مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی در قالب ورد و قابل ویرایش و در ۳۰ صفحه گرد آوری شده است. در زیر به مختصری از آنچه شما در این فایل دریافت می کنید اشاره شده است.

چکیده
در یک مفهوم وسیع، این تحقیق در خصوص انسان ها به عنوان تلاش های برای شبیه سازی انسان در یکپارچگی او یا برخی از مؤلفه های اصلی اوست. بنابراین، توسعه یک اندام مصنوعی سیبرنتیک، شبیه سازی توانایی های حسی – حرکتی تا حد ممکن دست طبیعی به عنوان یک هدف مهم در این زمینه قابل ملاحظه است.
این مقاله تلاش می کند تحقیقاتی جاری را در جهت توسعه این سیبرنتیک از دست مصنوعی ارائه می دهد که بر برخی از زیانهای سیستم سیبرنتیک جاری فائق خواهد آمد. این اندام مصنوعی جدید از طریق یک مقطع العضو به عنوان فقدان یک اندام طبیعی احساس می شود که باز خورد احساس طبیعی وی را بوسیله شبیه سازی عصب های خاصی توزیع می کند. علاوه بر اینها، از طریق یک شیوه بسیار طبیعی از راه پردازش سیگنال و ابران که از دستگاه مرکزی اعصاب می آیند کنترل می شوند. (لذا ناراحتی پروتزهای کنترل مبتنی بر EMG جاری را کاهش می دهد).
بویژه، در این مقاله سه موضوع اصلی مورد بحث قرار خواهد گرفت: طراحی بهینه سازی پروتزهای مکاترونیک پیشرفته موجود، حساس سازی دست مصنوعی، و کنترل آن.

۱- مقدمه
در مفهوم کلی آن، تحقیق در خصوص شبه انسان به عنوان تلاشی در جهت شبیه سازی انسان از لحاظ یکپارچگی او و برخی مؤلفه های اصلی او می باشد. لذا توسعه یک اندام مصنوعی سیبرنتیک، شبیه سازی توانایی های جسی – حرکتای تا حد ممکن و نظیر دست طبیعی به عنوان موفقیت تحقیق روبان شبه انسانی است.
دست انسانم نمونه معجره آسایی از چگونگی مکانیسم پیچیده ای است که اجرا می شود و قادر به درک امور پیجیده و مفید با استفاده از یک ترکیب مؤثر مکانیسم ها، احساس، عملکردهای فعال سازی و کنترل می باشد ]۲ و ۱[. دست انسان نه فقط یک ابزار مؤثر است بلکه همچنین یک ابزار ایده آل برای کسب اطلاعات از محیط خارج است. شبیه سازی و تقلید از توانایی های سیستم کاری انسان برای قرن ها رویای دانشمندان و مهندسین بوده است.
در حقیقت، توسط یک دست مصنوعی واقعاً شبیه انسان به احتمال یکی از شناخته ترین طرح های زیستی است.
علیرغم چند تلاش تحقیقاتی با هدف نوآوری و تکنولوژی دست های مصنوعی، پژوهش های رضایت کاربر در استفاده از دست های مصنوعی آشکار کرد که ۳۰ تا ۵۰% مقطوع العضوها بطور شدید از دست های مصنوعی خود بوطر منظم اسیتفاده نمی برند ]۴ و ۳[. عوال اصلی را که سبب فقدان علاقه برای میوالکتریک است دست مصنوعی می شود در سه نکته تحلیلی می شود: عملکرد پایین، تزئین و جراحی کن، و قابلیت کنترل کم.
در این مقاله تلاش های تحقیقاتی به سمت درک سیبرنتیک پروتزهای دست ارائه خواهد شد. بخصوص، ساختار مکانیکی پروتزها، حساس سازی آن و طرح کنترل آن، همراه با اولین نتایج آزمایشگاهی در بخش های زیر توضیح داده خواهد شد.

۲٫ دست شبیه انسانی سه انگشتی (anthropomorphic)
یک دست نیرومند سه انگشتی از طریق محققین در مرکز INAIL RTR در چهرچوب مقاله CYBERHAND توسعه می یابد ]۶[. این دست زوایای سنسورهای مشترک توسعه یافته در اسکیولا سانت آنا ترکیب خواهد نمود. چهار حرکت بکار گرفته می شوند، یکی برای جنبش و حرکت انگشت شست به طرف بیرون و داخل، و دیگر برای باز و بسته کردن سه انگشت است. تاکید بر توسعه یک وسیله است که سبک وزن، قابل اعتماد، زیبا، دارای انرژی کافی و عملکرد بالا و در نهایت از نظر تجاری مورد اطمینان است.
توسعه این دست جدید بر اساس دست RTRII است (۷) که در آن راه حل پیشنهاد شده از طریق شیگئو هروس در ساخت گرایپر (۸) برای دو انگشت و شصت اعمال شده است.
پروتزهای تجاری دست دو یا سه درجه آزادی (Dofs) است که باعث حرکات انگشت و وضعیت شست می شود. به خاطر نبودن Dofs، چنین وسایلی با عملکردی درک پایین توصیف می شوند. در واقع، آنها اجازهع مدور شدن کافی اشیاء را نمی دهعند، که در مقایسه با تطابق پذیری دست انسان قرار دارد. در نتیجه، اشیاء باید بطور صریح گرفته شوند تا بطور امن نگه داشته شوند (۹).
مکانیسم های درست عمل نشده باعث توانایی های گرفتن خود تطبیق می شوند، و در برابر تعداد زیادی از Dofs کنترل شده با تعغداد محدودی از تحریک کننده ها و مکانیسم های متمایزی قدردان هستند. این رویکرد اجازه تولید مجدد بیشتر عملکردهای درک انسان را بدون افزودن پیچیدگی مکانیکی و کنترلی را یم دهند. بیشتر عملکردهای درک انسان را بدون افزودن پیچیدگی و مکانیکی و کنترلی را می دهد. این مشخصه بطرز خاصی در دست های مصنوعی مهم هستمد، هنگامی که فقط چند سیگنال کنترلی از واسطه کنترل EMG موجود باشند، و لذا برای مقطوع العضو امکان دارد که در یک شیوه طبیعی بیش از دو محرک را کنترل کند.
دست RTR II داریا سه انگشت است، مبانی، نشانه و شست، و نه DOFS در کل، اما فقط دو عدد حرکتی دارد: یکی برای حرکات کششی از تمام انگشتان شست (گیرنده قدرت) و یکی نیز برای حرکات نزدیکی و دور کگردن شست (گیرندگی و درک). انگشتان نشانه و میانی همسان هستند (هر دو دارای سه فلانج هستند)، درحالیکه انگشت شست دارای دو فالانج است، همانند دست انسان. (شکل (a) 1).
این دست بر اساس یک سیستم انتقال تاندون است. کشش تاندون ها یک گشتاور نرم شو رتا در اطراف هر مفصل بوجود می آورد، که بوسیله پولی های کوچک است، و حرکت خمشی را میسر می سازد، این ساختار انتقالی به همان شیوه فلکسور دیجیتروم پروفاندس عملی می کند ]۱۱[. حرکت گسترشی از طریق فنرهای پیچشی درک می شود. دور شدن و نزدیک شدن حرکات انگشت شست بوسیله یک مکانیبسم ارتباطی چهار میلی انجام می شود. شکل ۱(b) نشان دهنده سیستم های تحرکی و انتقال است.
به منظور اجرای یک درک تطابقی بین انگشتان، یک سیستم درک تطابقی طراحی شده است. این سیستم مبتنی بر فنرهیا فشرده است: هر دو سیم انگشتی به یک غلتک خطی متصل است که از طریق دو فنر تراکمی صورت می گیرد (شکل ۲). در طی یک درک کلی، انگشتان نشانه و میانی ممکن است در تماس با یک شیء گرفته شده بطور همزمان باشد، یکی از انگشتان و شست در تماس با اولی قرار می گیرند. هنگامی که این حالت رخ می دهد، در پروتزهای قراردادی، انگشت دیگر قادر به رسیدن به شیء برای بهبود بخشیدن به توانایی درک نمی باشد. و این مار مدیون انتخاب فنرهای کشسی این مسئله است که قابل حل می باشد: هنگامی که اولین انگشت (مثل انگشت میانی) در تماس با شیء قرار می گیرد، فنر مربوطه شروع به تراکم می کند، و غلتک هم اکنون آزاد است تا حرکت آنرا و انگشت دوم ادامه دهد (مثل انگشت نشانه) که می تواند خم شود و به شیء برسد.
هنگامی که نیروهیا زیر مورد نیاز باشند، فنرهای کشیی به عنوان یک ارتباط محکم عمل می کنند و تمام نیرو از غلتک به انگشتان منتقل می شود، این مهمترین مزیت استفاده از فنرهای کشیی بجای فنر تراکمی است.

۳٫ سیستم حس گر مصنوعی
سیستم حسگر مصنوعی هسته سیستم کنترل دست است، و دارای یک نقش دوگانه است: اولاً فراهم کننده سیگنال های ورودی برای حلقه کنترلی سطح پایین فاز گرفتن است، و لذا کنترل موضعی و مستقل را بدون نیاز به توجه کاربر و واکنش لغزشی میسر می سازد. بعلاوه، یکسری سیگنال های حسگر را خلق می کند که کاربر منتقل می ش.د. هدف از طراحی حسگر عباتست از خلق یک دست مصنوهی و تعداد کثیری از حسگرهای متفاوت به منظور دادن عملکرد های مشابه به دست به عنوان دست انسان.
سیستم حسگر دست برای ایجاد کنترل خودکار امور گرفتن اشیاء بدون نیاز به توجه ویژه و تلاش برای استفاده کننده دست است. علاوه بر این سیستم حسگر مورد مطالعه قرار می گیرد تا اولین دسته آزمایشان را برای پژوهش در سهولت فراهم سازی باخوردهای شناختی در خصوص گرفتن اشیاء به مقطع العضو ایجاد کند.
بنا به این دلایل، طبق یک رویکرد بیوشمی (۵)، سیستم حسگر مصنوعی در تکرار سیستم حسگر طبیعی است که هر دوی توانایی های درک داخلی و درک خارجی فراهم می سازد.
بویژه، نوع جاری با قرار دادن حسگرهایی برای انگشت شست و برای غلتک فراهم می شود که این سه انگشت را حرکت دهد، یک تنش سنج روی کابل که قادر باشد انگشت نشانه را حرکت دهد، و یک حسگر نیرویی روی نوک انگشت شست. در زیربخش های زیر سیستم حسگر بطور دقیق توضیح داده خواهد شد.

۳-۱- حسگر وضعیت حس عمقی: حسگر وضعیت غلتک
یک سنجش کیفی از وضعیت های بند انگشتان از طریق شناسایی تعویض غلتک بدست می آید، جای یکه یم حسگر هال (مدل SS49B، شرکت هانی ول، … در ایالات متحده) سوار می شود. این حسگر وضعیت غلتک را در امتداد ضربه آن شناسایی می کند که در طی حرکات خمشی / کششی انگشتان صورت می پذیرد، مثل حساسگرهای زاویه ای فیرمولوژی در کپسول های مفصلی ]۱۲[.
مشکل اصلی مواجه شده در هنگان توسعه این حسگر عبارت از پوشاندن کل ضربه غلتک (در حدود mm20) که در مقایسه با میزان کار نرمال حساسگر هال زیر می باشد،‌ به این دلیل ما تعدادی از ترکیب بندی های مغناطیسی را شبیه سازی و مقایسه می کنیم که از طریق نرم افزار (Ansys Multiphysics (ANSYS Inc, usa) انجام می شود. یک ترمیب بهینه خاص از لحاظ آزمایشی با استفاده از شرکت بین المللی ۱۲ Honeywell مغناطیسی ۱۰۳MG5 می باشد. تنش الکتریکی هال خلق شده در این ترکیب قادر به پوشاندن کل غلتک است و گرایش آن یکنواخت و کاملاً خطی است، که در شکل A-3 نشان داده شده است (The Mathworks, INC, Natuck, MA. Usa) که در ]۷[. توضیح داده یمشود وبرای مربوط ساختن غلتک با زوایای مفصل ها توسعاه یافته است: از طریق این مدل امکان دارد که وضعیت مفصل ها در طی یک حرکت باز و بسته شدن مسیر شود.
این تحلیل آزمایشی شبیه سازی و قطرسنجی نهایی را روی صفحه حالت خوب و تکرارپذیری را فراهم کرده است ( و از طریق کاهش ماشین کردن و مونتاژ کردن انجام می شود ]۷[)
۲-۳ ایجاد حس وضعیت زاویه مفصل عمقی: حساسگر وضعیت انگشت شست یک کلاهک مدور شکل با دو مغناطیس بر پایه انگشت شست مونتاژ شده اند که در طول مرکز چرخش مکانیسم ارتباطی چهار میله است و توانایی های دور شدن / نزدیک شدن را به انگشت شست می دهد. یک حساسگر توثر هال (مدا SS496B، شرکت (Honeywell, freeport, II, usa، درذ جلو کلاهک واقع است و زاویه جابجایی انگشت شست را می سنجد، هنگامی که حرکات دور شدن / نزدیک شدن اجرا می شود، بنابراین شبیه حساسگرهای زاویه ای فیزیولوژی در این مفصل عمل می کند ]۱۲[. این حسگر دارای میزان عملکردی ۰۳۰ دست و حساسیت خوب، تکرارپذیری و عملکرد خطی خوبی را نشان داده است.