مقاله شبیه سازی حرکات انسان

دانلود تحقیق و مقالات رشته پزشکی با عنوان دانلود مقاله شبیه سازی حرکات انسان در قالب ورد و قابل ویرایش و در ۴۳ صفحه گرد آوری شده است. در زیر به مختصری از آنچه شما در این فایل دریافت می کنید اشاره شده است.

پیشگفتار :
یکی از معلولیتهای مادرزادی و اکتسابی (مانند جنگ و حوادث کارخانجات) قطع عضو اندام فوقانی و تحتانی می باشد ، هر سطح قطع عضو از ناحیه انگشتان تا مقاطع مختلف آن عضو اتفاق می افتد . از زمانهای بسیار دور به هر علت زیر بشر به فکر جاگزینی اندام فوقانی و تحتانی صدمه این بوده است :
الف : از نظر روانی و زیبایی
ب: از نظر کاربرد عملی و رفع وابستگی به غیر
وسایل کمکی اندام تحتانی جهت راه رفتن ، نشستن و غیره از اهمیت خاصی برخوردار است ، در صورتیکه اعضاء مصنوعی اندام فوقانی در انجام کار و فعالیت اقتصادی و اجتماعی و استقلال شخصی حائز اهمیت بسیار است .
جایگزینی اندام فوقانی را بصورت زیر ناتوان طبقه بندی کرده :
۱ـ قطع یک یا چند انگشت ۲ـ قطع از ناحیه مچ دست
۳ـ قطع از نواحی مختلف ساعد ۴ـ قطع از ناحیه آرنج
۵ـ قطع از نواحی مختلف بازو ۶ـ قطع کامل بازو
۷ـ قطع از ناحیه کمر بندی کتفی
نظر به اینکه آمار و اطلاعات میزان شایعات دست (چپ و راست) هیچگونه دلالتی بر غالب بودن تعداد برخی از این ضایعات بر برخیدیگر ندارد ، همواره مراکز درمانی و مؤسسات تولیدی پیش بنی لازم جهت یکدست کامل را مینمایند (پنجه ، آرنج ، شانه) تا بتوانند جهت الگوی معلولین باشند .
الف: ارزشیابی باقی مانده از لحاظ طول ، قطر و غیره
ب: مشخص کردن نوع و تعداد مفاصل و دامنه حرکتی آنها
ج: تهیه ثابت کننده (ساکت) جهت اتصال عضو مصنوعی به عضو باقیمانده .
د: با در نظر گرفتن دست مصنوعی عامل حرکتی انتخاب و در عضو باقیمانده بقیه می شود .

مقدمه :
هدف از کاربرد دست و پای مصنوعی چاره جوئی اشکالات حرکتی است ، در اثر نقص عضو یا قطع دست و پای طبیعی در شخص بوجود می آید ، ساده ترین صورت این وسیله دست و پای چوبین بدون مفصل و چنگک است . کاملترین صورت آن دست و پایی است که تا حد امکان تا در به حرکت مشابه حرکات طبیعی وده و کاربرد آن بوسیله شخص معلول محتاج به تمرین ، دقت و تمرکز خاصی نباشد .
از نظر تکاملی ما بین دست چوبن و دست سیبرنیتکی می توان دستهای مصنوعی دیگری ذکر کرده از قبیل : الف) دست مکانیکی چنگک دار با استفاده از تسمه فنر و فرمان حرکت را از جابجائی عضلات شانه و گردن میگیرد .
ب) دست الکترومکانیکی که فرمان حرکت را از جابجائی عضلات یا انقباض مکانیکی آنان و یا از علائم آنان (EMG) اخذ می کند و عنصر قدرت یا حرکت آن یک جزء الکترومکانیکی از قبیل موتور یا غیره می باشد .
در این دو نوع دست مصنوعی حلقه کنترل از طریق مسیر پس خور (فیزیکی) مشاهداتی بسته می شود . بعبارت دیگر شخص معلول برای انجام حرکت مطلوب به بهترین حالت ، تنها میتواند با مشاهده نتیجه حرکت آنرا تصحیح یا بصورت مطلوب تغییر دهد . این حلقه پس خور(فیزیکی) با حلقه پس خوری که حرکت یک دست سالم موجود است که نتیجه آن آگاه بودن تقریباً آنی شخص از وضعیت مکانی دست نیروی وارد به آن می باشد . که تفاوت زیادداشته و کاربرد آن غالباً مستلزم کوشش زیاد ازجانب شخص معلول است .
در دست سیبر نیتکی که به شرح آن خواهد آمد که لازم است حلقه های پس خوری که به حرکت یک دست سالم موجوداست بقیه شده و سیستم کنترل آنچنان طرح گردد که به وجه ایده آل کاربرد آن بوسیله شخص معلول بطور ناخودآگاه امکان پذیر باشد .
به عبارت دیگر به همانگونه که به یک شخص سالم حرکت دست بطور طبیعی و بدون احتیاج به تمرکز خاص و ایجاد خستگی فکری انجام گیرد ، دست سیبرنیتکی نیز بتواند حرکات سادهرا با همان سهولت و در سطح ناخودآگاه انجام دهد .

به نام خدا
مقدمه :
خلاصه ای از مدل کردن ، کنترل ، شبیه سازی حرکات انسان :
بشر مدتهاست که مجذوب عملکرد بدن بوده است . حرکت در میان تجلیات و اعمال بدن از چنان عمومیت و ویژگی برخوردار است که انسان را به طریق فیزیولوژی به محیط و دیگران مرتبط می کند . این صحبت مختصر در زمینه بحث و تحقیق کارهای جدید مدلسازی : کنترل و شبیه سازی حرکت انسان می باشد .
سیستم عضلانی ـ استخوانی : سیستم متشکل از دو عضله می تواند بصورت محرک نیرو عمل کند . مدلهای گوناگونی برای عضله پیشنهاد شده است . این مدلها غیر دقیق بوده و تفاوتی میان عملکرد خود عضله و گروهی از تارها قافل نیست . تفاوت مقدماتی بین این مدلها ، درجه معادلات دیفرانسیل بکار گرفته شده و ورودی های آنها می باشد . ورودی های عضله عبارتند از سیستمهای موتور باوران (efferent) آلفا (α) و گاما و خروجی های آن عبارتند از سیگنال آوران (afferent) که به CNs می روند .
(نوع Ia و Ib و سیستمهای فیبری نوع Il) ونیرو می روی استخوان و اندازه گیرهای نیرو اثر می کند . دیاگرام جعبه ای عضله شکل زیر نشان داده شده است :
از این دیاگرام جعبه ای پیداست که خروجی عضله بستگی به طول ، سرعت انقباض ورودیهای عصبی دارد .
مطالعات کنترل : مطالعات اساسی کنترل شامل مباحث ، وضعیت و پایداری عضو ، حرکت نقطه به نقطه ، فشردن در مقابل سطح ، گرفتن اشیاء ،‌اجرای حرکات موزون و پریدن در هواست .
مباحث مورد استفاده که کنترل عبارتند از برنامه ریزی و کنترل بهینه ،‌فیدبک غیر خطی ، فیدبک حالت ، پایداری لیاپانف ، فیدبک نیرو ، کنترل سیستم های ـ دینامیکی مقید ، انتقال از سیستم مقید به سیستم غیر مقید و بالعکس و سیستم های کنترل یادگیر .
شبیه سازی : نظر به پیچیدگی ارتباطات فیزیولوژیکی و ابعاد زیاد مسائل حتی در ساده ترین حرکات انسان تحلیل اینگونه سیستمها با ابزار ریاضی متداول معادلات دیفرانسیل و انتگرالی حرکت تحللی پایداری و سیستمهای معادلات جبری ، غیر ممکن می نماید . به ناچار به موارد زیر متوسل شده اند :
مدلسازی مکانیکی ، شبیه سازی آنالوگ ، شبیه سازی کامپیوتر رقمی و اخیرا شبیه سازی مدوی توزیع شده . شبیه سازیهایی که می برید اگر چه در حرکات انسانی زیاد بکار نرفته اند ولی در آینده مورد آزمایش و طراحی پروتزها و ارتزها که میکروپراسورها با سیستم فیزیولوژیکی موقعی توام می شوند کاربرد پیدا خواهند کرد . بشر راه بسیار طولانی که مسیر تکاملی پیموده است اما زمان بسیاری طول خواهد کشید که حقایق طبیعت پیچیده حرکت را دریابد .

وجود مشترک و تفاوتهای دست سیبرنیتکی و دست روباتیک :
خصوصیاتی که در قبل برای دست سبرنیتکی ذکر شد در برخی موارد مشابه به خصوصیات دست روباتیک است . اینگونه دست مصنوعی دارای وجود مشترک و تفاوتهایی هستند .
الف ـ دست روباتیکی : دست روباتیکی وسیله ای است که با داشتن چندین درجه آزادی ، با بازویی متشکل از چندین مفصل دستی مشتمل بر چندین حرکت کند و در انجام حرکت به فیدبک عواملی مانند : نیروی بار ، تغییر مکان ، سرعت ، فشار نگهداری اجسام و غیره متکی باشد . این دست فرمان خود را از یک واحد پردازش مرکزی که شامل حافظه و دستورالعملهای خاص برای استفاده از اطلاعات فیدبکی است میگیرد . در حالت ایده آل ، این دست گاهی قادر خواهد بود حرکاتی پیچیده تر از دست سیبرنیتکی و شاید پیچیده تر از دست سالم ، انجام دهد .
دست روباتیکی جزئی از یک سیستم است که بستگی به ساده یا پیچیده بودن آن الگاریتم های مختلف کنترل همراه با کامپیوترهای خاصی که آن بکار رفته اند ، بطوریکه می توان آنها را به نسلهای مختلف تقسیم کرد . مثلاً دست مصنوعی را که برای رنگ آمیزی قطعات در اطاق رنگ یک کارخانه تعبیه شده است را می توان از نسل اول دانست و دست مصنوعی را به چشم تلویزیونی و نفر الکترونیکی با قابلیت یادگیری و تصمیم گیریهای پیچیده وصل شده است را میتوان نسل جدید دانست .
فیما بین این دو نسل و همانگونه که دوباره دست مصنوعی انسان اشاره شد ، انواع دیگری با قابلیت های متفاوت وجود دارد (مثلاً روباتهای جوشکاری ، تراش کار ، روباتهائیکه قادر به تصمیم های ساده گرفته ، صحنه هایی که قبلاً یادگرفته اند را تشخیص دهند وظایف محوله را سپس انجام دهند .)
بطورخلاصه دردست روباتیک الزامی به تقلید و شبیه سازی از دست انسان وجود نداشته فرمانهای حرکت آن یک سیستم الکترونیکی صادر می شود . این فرمان محصول ترکیب اطلاعات فیدبکی روبات از محیط و دستورالعملها و اطلاعات حافظه اش می باشد .