دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی

عنوان:

طراحی یک سیستم فعال برای پایدار­سازی ایستادن افراد دارای ضایعه نخاعی در صفحه­ی طولی بر مبنای استراتژی حرکت بالا­تنه

استاد راهنما:

دکتر محمد‌جعفر صدیق

فهرست مطالب:

فهرست مطالب……………………………………………………… هشت

چکیده. ………………………………………………………………..1

فصل اول: مقدمه……………………………………………………..2

1-1 پیشگفتار…………………………………………………………2

1-2 آناتومی نخاع و ستون فقرات………………………………….. 2

1-3 صفحات آناتومی بدن انسان و نام‌گذاری درجات آزادی مرتبط با آن در پایین‌تنه…4

1-4 انواع آسیب‌دیدگی‌های نخاعی………………………………. 5

1-5 بررسی مشکلات بیماران ضایعه نخاعی و راهکارها………. 6

1-6 ارتز………………………………………………………………. 8

1-6-1 ارتزهای غیرفعال……………………………………………. 9

1-6-2 ارتزهای فعال…………………………………………………. 9

1-6-3 اگزوسکلتون‌های فعال………………………………………. 9

1-7 کمک‌کننده‌های ایستادن و راه رفتن………………………… 10

1-8 تاریخچه‌ی کارهای عملی انجام‌شده در زمینه‌ی ارتزها و اگزوسکلتون‌های فعال….11

1-8-1 ارتزهای غیرفعال……………………………………………. 11

1-8-2 پاراواکر(اچ جی او)………………………………………….. 11

1-8-3 آرجی‌او………………………………………………………. 13

1-8-4 ارتز واک‌اباوت………………………………………………… 14

1-9 نتایج مطالعات مقایسه‌ای……………………………………. 15

1-10 ارتزهای فعال پا……………………………………………….. 16

1-11 اگزوسکلتون‌های فعال……………………………………….. 17

1-12 مبانی تئوریک طراحی ارتزهای فعال و غیرفعال و اگزوسکلتون‌ها….18

1-13 مطالعات انجام‌شده درزمینه‌ی پایداری ایستادن ارتز و اگزوسکلتون….18

1-13-1 مطالعه‌ی سینماتیک و دینامیک ارتزها و اگزوسکلتون‌ها……19

1-13-2 مطالعه‌ی کنترل ارتزها و اگزوسکلتون‌های فعال…………. 19

1-13-3 مطالعات انجام‌شده درزمینه‌ی افزایش پایداری ایستادن…20

1-14 تعریف مسئله…………………………………………………. 20

فصل دوم: مفاهیم پایه‌ای پایداری و کنترل…………………………22

2-1 مقدمه……………………………………………………………..22

2-2 معرفی ساختمان مورد بررسی………………………………… 23

2-2-1 ویژگی‌های مطلوب برای طراحی ارتز……………………….. 24

2-2-2 نقش بخش‌های مختلف سیستم………………………….. 25

2-2-3 انتخاب مواد مورد استفاده در ساختمان ارتز…………………26

1.مواد انتخاب‌شده برای بخش‌های مختلف مفصل ران …………… 26

2.مواد انتخاب‌شده برای بخش تنه……………………………………. 27

3.مواد انتخاب‌شده برای بخش مفصل زانو ………………………….. 27

4.مواد انتخاب‌شده برای ارتزهای زانو-قوزک-پا……………………….27

2-2-4 طراحی نهایی…………………………………………………… 27

2-2-5 طراحی و ارزیابی نسل دوم ارتز جدید……………………….. 28

2-2-6 پایداری ایستادن با نسل دوم ارتز…………………………….. 29

2-3 محاسبه جرم، طول، مرکز جرم و ممان اینرسی اندامهای مختلف بدن….29

2-4 گشتاور مفاصل بدن یک فرد دارای آسیب نخاعی…………….. 31

2-5 مدل دینامیکی مورد استفاده……………………………………. 32

2-6 استخراج معادلات حرکت…………………………………………. 33

2-7 نگاهی دقیقتر به ماهیت دینامیکی سیستم………………….. 35

2-8 تعیین محدوده‌های پایداری برای یک جرم مشخص و زمان مشخص حرکت دست…..36

2-9 بحث………………………………………………………………… 37

2-10 قیود پایداری………………………………………………………. 38

2-11 به‌کارگیری استراتژی حرکت بالاتنه………………………………. 39

فصل سوم: قیود سینماتیکی ایستادن، تعیین زوایای ارتز و نقطهی تعادل بالاتنه…41

3-1 مقدمه……………………………………………………………….. 41

3-2 قید سینماتیکی کف پا…………………………………………….. 41

3-3 معادلات قیود سینماتیکی کف پا ………………………………….42

3-3-2 بررسی قید عدم حرکت در راستای محور y……………………

3-3-3 بررسی قید عدم سرخوردن در راستای محور x………………

3-3-4 بررسی قید عدم واژگونی از سمت پاشنه یا پنجه…………… 45

3-3-5 بررسی سه قید…………………………………………………… 46

3-4 بدست آوردن محدوده‌ی گشتاورها با اعمال پارامترهای اعضای بدن….46

3-5 بررسی قید عدم واژگونی…………………………………………… 48

3-6 بدست آوردن زوایای پایین‌تنه ارتز………………………………….. 51

3-7 نقطه‌ی تعادل زاویه‌ی بالاتنه…………………………………………. 54

فصل چهارم: معادلات دینامیکی…………………………………………. 57

4-1 مقدمه…………………………………………………………………. 57

4-2 ارزیابی انتخاب مکانیزم و جانمایی عملگر الکتریکی…………….. 57

4-3 بررسی فنر بکار رفته در مفصل ران………………………………… 60

4-4 طراحی فنر مفصل ران………………………………………………. 62

4-5 انتخاب عملگر و گیربکس مناسب………………………………….. 66

4-6 جانمایی عملگر………………………………………………………. 68

4-6-1 چرخ‌دنده‌ی ساده…………………………………………………… 68

4-6-2 چرخ حلزون…………………………………………………………. 69

4-6-3 گیربکس اسپیندل…………………………………………………. 69

4-6-4 انتخاب مکانیزم مناسب………………………………………….. 70

4-7 خطی سازی معادلات……………………………………………….. 70

4-8 کنترلر………………………………………………………………….. 72

4-8-2 کنترلر جانمایی قطبها…………………………………………….. 74

فصل پنجم: بررسی پایداری به همراه حرکت دست ………………….. 76

5-1 مقدمه…………………………………………………………………… 76

5-2 مدل سه لینکی فرد و ارتز……………………………………………. 76

5-2-2 معادلات دینامیکی…………………………………………………. 77

5-2-3 انرژی جنبشی……………………………………………………… 78

5-2-4 انرژی پتانسیل………………………………………………………. 78

5-3 اعتبار سنجی شبیه‌سازی…………………………………………… 79

5-4 بررسی پایداری حرکت دست با اعمال کنترلر CTM در مدل سه درجه آزادی….82

5-4-2 حرکت منفرد بالاتنه…………………………………………………. 84

5-4-3 حرکت منفرد دست…………………………………………………. 85

5-4-4 حرکت هم‌زمان دست و بالاتنه……………………………………. 86

5-5 بررسی پایداری با حرکت دست با استفاده از کنترلرهای طراحی‌شده….88

5-5-1 مدل دو درجه آزادی…………………………………………………. 88

5-5-2 بررسی کنترلر………………………………………………………. 88

5-5-3 بررسی کنترلر جانمایی قطب‌ها………………………………….. 89

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات……………………………………93

6-1 نتیجه‌گیری………………………………………………………………. 93

6-2 پیشنهادات……………………………………………………………. 94

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید