طراحی و ساخت دست ‍‍مصنوعی

از ویکی خرد

فهرست مندرجات ۱ مقدمه ۲ تاریخچه ۳ آناتومی و فیژیولوژی انگشتان ۴ بیومکانیک انگشتان ۵ مکانیسم مدل ما ۶ ساخت انگشت ۷ تصمیمات برای آینده ۸ منابع ۹ اعضای گروه ۱۰ نام معلم راهنما

مقدمه

پرونده:Jpg.1\C:\Users\Negar\Desktop\ghadimi\dast\dast دست مهمترین ابزار حرکتی است که انسان به توسط آن می‌تواند محیط اطرافش را تغییر دهد. دست هم می‌تواند برای کارهایی که نیاز به نیروی زیادی دارند به‌کار رود (مانند گرفتن اشیاء سنگین و جابجا کردن آنها) و هم برای کارهای ظریف مانند خلق آثار هنری از آن استفاده می‌شود. نوک انگشتان انسان بیشترین و متراکم ترین پایانه های حسی را نسبت به دیگر مناطق بدن دارد و بیش از هر جای دیگر بدن انسان می‌تواند در موقعیت های دلخواه فضایی قرار گیرد.پس معلول‌هایی که دست خود را از دست داده اند قادر به انجام خیلی از کارها نیستند. در رشته بیومکانیک دو دسته وسیله کمکی به نامهای ارتز و پروتز ساخته می شود؛ ارتز به‌وسیله ای گفته می‌شود که موازات اندام فلج یا ضعیف به‌کار برده شده و به آن کمک می کند تا کارایی بهتری داشته باشد پروتز نیز عضو مصنوعی است که جانشین عضو طبیعی شده و در امتداد عضو طبیعی قرار می گیرد.

تاریخچه

پروتزها در سال‌های اخیر پیشرفت‌های فوق‌العاده‌ای كرده‌اند و امیدواری‌های بیشتری را برای معلولان جسمی‌ به‌وجود آورده‌اند. با این‌حال، تاریخچه استفاده از پروتزها به هزاران سال قبل می‌رسد. دوره رنسانس را بايد دوره انقلاب در ساخت اعضاي مصنوعي دانست. اندام‌هاي مصنوعي در آن زمان عموما از آهن، استيل، مس و چوب ساخته مي‌شدند. دست‌های مصنوعی که تاکنون ساخته شده‌اند، فقط امکان حرکت همزمان انگشت شست و سایر انگشتان را به فرد معلول می‌دادند اما مزیت دست جدید این است که طوری طراحی شده که می‌توان انگشتان شست و بقیه انگشتان دست را به طور مجزا حرکت داد و به این ترتیب می‌توان حرکت‌های پیچیده تری مثل برداشتن اشیاء مختلف یا حرکت‌هایی مثل نگهداشتن و چرخاندن کلید را انجام داد. یک سری حس گر در نزديكي ناحيه قطع عضو دست قرارگرفته و زماني كه از مغز فرمان صادر مي شود ماهيچه ها و تاندون ها كشيده شده و حالت انقباض و انبساط پيدا مي كنند. از نوع تغيير انقباض و انبساط ماهيچه‌ها حس‌گرها فرمان را دريافت مي كنند يعني با تنش اول تاندون ها دست الكترونيكي باز و با تنش دوم بسته مي شود. در حال حاضر تحقیقات بر پروتزها یی در حال انجام است که توانایی احساس دارند و گرما و سرما، فشار و زبری و نرمی را حس خواهند کرد.

آناتومی و فیژیولوژی انگشتان

برای طراحی این پروتز لازم بود که از طرز کار و حرکت دست اطلاعات داشته باشیم برای همین به بیومکانیکش نیاز داشتیم. می‌دانیم که هر انگشت از سه بند تشکیل شده است؛ 1) بند انتهایی یا Distal ( بندی که ناخن بر روی آن قرار گرفته است. 2) بند وسط یا Middle 3) بند پرگزیمال Proximal که به کف دست متصل می‌شود. شست از دو بند تشکیل شده و بند وسط ندارد. هر مفصل دو نوع عضله دارد. عضله ی آگونیست با انقباضش به بسته شدن مفصل کمک می‌کند و عضله‌ی آنتاگونیست با انقباضش باعث باز شدن مفصل می‌شود.

بیومکانیک انگشتان

حرکات انگشت از این قرارند:حرکات فلکشن و اکستنشن بند پروگزیمال،میانی، دیستال و حرکات ابداکشن و ادداکشن بند پروگزیمال انگشت اشاره و شست.در بین حرکات،حرکت فلکشن و اکستنشن برای ما مهم تر بوده تا بتوان بوسیله ی آن یک جسم را گرفت.

مکانیسم مدل ما

برای ساخت پروتز دست می شود از مکانیزم های متنوعی استفاده کرد: 1.چرخ دنده:استفاده از این مکانیزم مناسب نبود.چون این مکانیزم انگشت را سنگین می کرد.و دیگر این که محاسبه و نصب آن زمان بر بود و ممکن بود دندانه های آن به خوبی در هم جا نیفتند و باعث اختلال در حرکت انگشت شود. برای اجرا ی این مکانیزم می بایست از چرخ دنده های زیادی از سر انگشت تا موتور نصب شود. 2. خورشیدی و زنجیر: اجرای این مکانیزم در ابعاد کوچک امکان پذیر نیست. 3.فنر: نحوه ی حرکت محدود و متناسب با حرکت انگشتان معمولی نیست و کنترلش سخت است. 4. پولی و تسمه : این مکانیزم را می توان در ابعاد کوچک استفاده کرد و سبک است و محاسبه و نصب آن هم هزینه و وقت کمتری می گیرد.این مکانیزمی بود که روی این دست اجرا شد. برای اجرای طرح،پس از برش سه بند انگشت و لینک ثابت در ابعاد...،بند انتهایی و میانی را ثابت کردیم و بین بند پروگزیمال و میانی و بین لینک ثابت و پروگزیمال یک پولی قرار دادیم و سپس هر دو پولی را در جایشان ثابت کردیم تا حرکت اشتباه و اضافی آن ها باعث اختلال در حرکت انگشت نشود. برای گذراندن تسمه از پولی ها،ابتدا تسمه را از زیر همه ی پولی ها گذراندیم و سپس روی پولی دوم چرخاندیم و دوباره به موتور رساندیم.یکی از سرهای تسمه را وقتی گره می زنیم که انگشت بسته است و دیگری را وقتی که انگشت باز است.به این ترتیب ابتدا مفصل دوم انگشت می چرخد و سپس مفصلی که به کف دست متصل است،می چرخد و در نتیجه انگشت حرکت می کند. این کار مانند ساختن عضله ی آگونیست و آنتا گونیست است. درجه ی آزادی تعداد پارامتر های مورد نیاز است تا بتوانیم موقعیت یک جسم را پیدا کنیم.درجه ی آزادی این انگشت 1 است. یکی از نکات مثبت این طرح اینست که از یک موتور استفاده شده است و در نتیجه فردی که از این پروتز استفاده می‌کند،با فکر کمتر می تواند انگشتش را تکان دهد و دیگر این که وزن دست هم بیشتر نمی شود.

ساخت انگشت

برای سخت یک پروتز دست ابتدا باید آن را طراحی می کردیم و قسمتی از نقص ها را قبل از ساخت برطرف می‌کردیم.به همین دلیل پس از طرح های مختلف طرح واحدی را برای ساخت آماده کردیم.اما برای اطمینان از طرحمان یکبار هم آن را با لگو و موتور ساخته و امتحان کریم. مرحله ی بعدی شروع ساخت و انتخاب ماده ای بود که قرار بود طرح با آن ساخته شود. شروع ساخت با چوب بود.ولی چوب ریش ریش می شد و در نظم و کارکرد دست اختلال به وجود می آورد.سپس از پلکسی استفاده کردیم.اما چون خیلی حساس است،کمی تنش بر روی آن باعث شکسته شدنش می شود.و این اتفاقی بود که برای یکی از قطعه هایمان افتاد.پس به همین دلیل تصمیم گرفتیم که از ماده ای جدید استفاده شود.تفلون انتخاب شد.چون استحکام خوبی دارد و بریدن و سوراخ کردنش آسان تر است.اما کف دست را از پلکسی ساخته شد.چون استحکام آن مورد نیازمان بود.در این طرح فقط انگشت شست و اشاره ساخته می شود.چون هدف ما که گرفتن و جابجا کردن اجسام است،اکثرا با این دو انگشت انجام می گیرد و سه انگشت دیگر فقط جنبه ی تزیینی دارند. برای اجرای این مکانیزم سه بند انگشت و یک لینک ثابت را از تفلون بریدیم. پس از این کار وسط همه ی قطعات با مته ی 9 سوراخ و سابیده شد تا پولی ها در آن ها جای گیرند. روی همه ی قطعات را هم با مته ی 3 سوراخ کریم تا قطعه ها بتوانند به هم وصل شوند. سپس پولی ها در جایشان قرار گرفتند و بند های انگشت را به هم وصل کردیم. دو لینک بالایی را طوری به هم وصل کریم که دیگر تکان نخورند و به عبارتی ثابت بشوند. سپس موتور بین دو صفحه ی ساخته شده از پلکسی (به عنوان کف دست) نصب شد.

تصمیمات برای آینده

استفاده از پروتز دست فقط به حرکت انگشتان و برداشتن اجسام محدود نمی‌شود.امیدواریم در آینده بتوانیم مچ دست و انگشتان دیگر را بسازیم و دامنه‌ی حرکات انگشتان را بیشتر کنیم و از جنس‌های مناسب تر استفاده کنیم و دیگر این که بتوانیم سیگنال های حرکتی را مستقیما از دست در یافت کنیم. به امید این که پروتز دست بهتری بسازیم.

منابع

Steven den Dunnen , The design of an adaptive finger mechanism for a hand prosthesis , 2009_ societyofrobots.com_ appdigitech.com_ ee.teihal.grf_ iranorthoped.ir_ eramchat.com_

اعضای گروه

مریم سید کباری، کیمیا عباسی، صبا حاجی بنده، نگار یاسایی، نور جلالی، آیسان فاجعی، یاسمن هشترودی، مریم تشکریان

نام معلم راهنما

سرکار خانم رفیعی، جناب آقای رییسی