دانشگاه صنعتی اصفهان |
دانشکده مهندسی مکانیک |
طراحی یک سیستم فعال برای پایدارسازی ایستادن افراد دارایضایعه نخاعی در صفحهی طولی بر مبنای استراتژی حرکت بالاتنه |
پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی |
استاد راهنمادکتر محمد‌جعفر صدیق |
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده. ……..1
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
1-7 کمک‌کننده‌های ایستادن و راه رفتن.. 10
1-8 تاریخچه‌ی کارهای عملی انجام‌شده در زمینه‌ی ارتزها و اگزوسکلتون‌های فعال.. 11
1-9 نتایج مطالعات مقایسه‌ای… 15
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
فصل دوم: مفاهیم پایه‌ای پایداری و کنترل 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
2-2-5 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
2-7 نگاهی دقیقتر به ماهیت دینامیکی سیستم.. 35
2-8 تعیین محدوده‌های پایداری برای یك جرم مشخص و زمان مشخص حركت دست…. 36
2-11 به‌کارگیری استراتژی حرکت بالاتنه. 39
فصل سوم: قیود سینماتیکی ایستادن، تعیین زوایای ارتز و نقطهی تعادل بالاتنه 41
3-3 معادلات قیود سینماتیکی کف پا 42
3-3-2 بررسی قید عدم حرکت در راستای محور y. 43
3-3-3 بررسی قید عدم سرخوردن در راستای محور x. 44
3-3-4 بررسی قید عدم واژگونی از سمت پاشنه یا پنجه. 45
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
4-2 ارزیابی انتخاب مکانیزم و جانمایی عملگر الکتریکی.. 57
4-3 بررسی فنر بکار رفته در مفصل ران.. 60
4-5 انتخاب عملگر و گیربکس مناسب…. 66
4-6-4 انتخاب مکانیزم مناسب…. 70
فصل پنجم: بررسی پایداری به همراه حرکت دست 76
5-2 مدل سه لینکی فرد و ارتز. 76
5-4 بررسی پایداری حرکت دست با اعمال کنترلر CTM در مدل سه درجه آزادی… 82
5-4-4 حرکت همزمان دست و بالاتنه. 86
5-5 بررسی پایداری با حرکت دست با استفاده از کنترلرهای طراحی‌شده. 88
5-5-3 بررسی کنترلر جانمایی قطبها 89
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 93
چکیده
در سالهای اخیر مطالعات متعددی برای بهبود عملکرد ایستادن و راه رفتن بیماران دارای ضایعه‌ی نخاعی انجام شده است. این افراد می‌توانند با استفاده از ابزارهای ارتوپدی به نام ارتز توانایی ایستادن و حرکت نمودن خود را بازیابند. ارتزها به دو گروه فعال و غیر فعال تقسیم شده و بسته به سطح آسیب نخاعی می‌توانند حد مورد نیاز پشتیبانی را برای فرد ناتوان فراهم كنند. در این پژوهش ابتدا ساختمان یك ارتز ران-زانو-قوزك-پای غیرفعال مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه به بهبود عملکرد ایستادن افراد دارای ضایعه‌ی نخاعی استفاده کننده از ارتز، در حالت دستان آزاد (بدون استفاده از تکیه‌گاه نظیر عصا) پرداخته‌شده است. برای دستیابی به پایداری ایستادن در حالت دستان آزاد، فرد می‌تواند با استفاده از ارتز غیرفعال به بخش بالایی ارتز تکیه داده وپایداری خویش را بازیابد. در این حالت فرد آسیب‌نخاعی شکل ایستادن با خم شدن به سمت عقب را که به آن حالت ایستادن سی میگویند، به خود می‌گیرد. با توجه به مقایسه‌ی حالت ایستادن فرد آسیب نخاعی در حالت سی با نحوه‌ی ایستادن فرد سالم و مشاهده‌ی محدودیت فرد در استفاده از دست‌ها، می‌توان دریافت این شیوه‌ی ایستادن مناسب نمی‌باشد. برای دستیابی به حالت درست ایستادن نیاز به قرارگیری بالاتنه در حالتی مشابه با فرد سالم ضروریست. برای دستیابی به این امر نصب عملگر بر روی مفصل ران ارتز غیرفعال ارزیابی شده تا فرد آسیب دیده بتواند در حالت صحیح ایستادن قرارگرفته و با استفاده از استراتژی حرکت بالاتنه پایداری ایستادن را برقرار نماید. برای نصب عملگر در مفصل ران ارتز، فرد به همراه ارتز به صورت مدل سریال چهار لینکی (سه لینک پایینتنه و یک لینک بالاتنه به همراه دست) در نظر گرفته‌شده است. سپس با استفاده از قیود سینماتیکی کف پا برای برقراری پایداری ایستادن، محدوده‌ی مجاز گشتاورهای اعمالی به بالاتنه برای حفظ پایداری بدست آمده است. برای استفاده‌ی بهینه از عملگر مکان مناسب مفصل ران بدست آمده و با توجه به آن زوایای ثابت ارتز پایینتنه و نقطهی تعادل بالاتنه محاسبه‌شده است. در ادامه برای برقراری پایداری بالاتنه دو کنترلر طراحی و عملکرد آن‌ها با استفاده از شبیه‌سازی مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت مدل پنج لینکی ارتز و فرد آسیب نخاعی (سه لینک پایینتنه و دو لینک بالاتنه و دست) که پایین‌تنه‌ی آن با استفاده از ارتز ثابت شده، به مدل دو درجه آزادی بالاتنه و دست تقلیل یافته است. سپس با استفاده از شبیه‌سازی، عملکرد کنترلرها و عملگر نسب شده در مفصل ران برای برقراری تعادل در هنگام حرکت‌های مشخص دست مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: آسیب نخاعی، ارتز، ایستادن آرام، ایستادن دینامیكی، پایداری.
فصل اول
فلج شدگی[1] ازکارافتادگی دائم اندامهای تحتانی بدن است که براثر صدمه وارده به نخاع[2] واقع در ستون فقرات، معمولاً ناشی از حوادث یا بیماری، ایجاد میشود. این امر باعث از بین رفتن توانایی کنترل حرکت و احساس در اندامهای پایینتر از سطحی که نخاع آسیب‌دیده است، میگردد. نوع فلج شدگی به سطح آسیب بستگی دارد و بر اثر فلج شدن ممکن است علاوه بر اندامهای تحتانی بخشی یا تمام اندامهای فوقانی متأثر گردند.
در این قسمت برای بررسی سطح آسیبدیدگی و شناخت اندامهای متأثر شده بر اثر فلجشدگی آناتومی نخاع و ستون فقرات انسان را بررسی میشود.
طناب نخاعی از سوراخ پس سری[3] تا سطح نخستین یا دومین مهره کمری امتداد می‌یابد. سوراخ پس سری، سوراخی است بزرگ در استخوان پس سر که مغز و نخاع در آنجا به یکدیگر متصل میشوند. طناب نخاعی، نخاع شوکی نیز خوانده میشود. از برجستگی کمری به پایین، نخاع شوکی باریک شده و تا ناحیه مخروط انتهایی[4] که دربرگیرندهی بخش‌های خاجی[5] طناب نخاعی است ادامه دارد. مخروط انتهایی، پایین‌ترین ناحیه تنه نخاع است.
نخاع دو وظیفه اصلی را بر عهده دارد: اول آنکه اعصابی را در بر دارد که نواحی حسی و کنترل حرکتی[6] مغز را به سایر قسمتهای بدن متصل میکند. این اعصاب مسیرهایی را برای هدایت پالسها از دریافتکنندههای حسی[7] بدن به مغز و سپس در جهت عکس توسط عصبهای حرکتی به ماهیچهها و غدد فراهم میکند. دوم آنکه نخاع مستقیماً اعصاب حسی را به اعصاب حرکتی مناسب برای ایجاد پاسخ، به‌صورت مستقل از مغز متصل میکند که این امر به‌عنوان واکنش نخاعی[8] شناخته میشود. نخاع درون کانال داخلی ستون فقرات[9] قرار دارد. اعصاب نخاعی به‌طور کلی به چهار بخش تقسیم میشود که متناظر با ناحیهای از ستون فقرات هستند که در آن قرارگرفتهاند. این بخشها عبارتند از: 1-گردنی[10] 2- سینهای[11] 3-کمری[12] 4 – خاجی[13] ( شكل1-1 ).
| اعصاب سینهای (T1-T12) |
| اعصاب خاجی (S1-S5) |
| اعصاب کمری (L1-L5) |
| اعصاب گردنی (C1-C8) |
اعصاب نخاعی ۳۱ جفت است که از طناب نخاع منشعب می‌گردند که عبارت‌اند از: 1-اعصاب گردنی، هشت زوج 2-اعصاب سینهای، دوازده زوج 3-پنج زوج کمری 4-پنج زوج خاجی 5-یک زوج دنبالچه‌ای.
به علت ارتباط نخاع با ۳۱ جفت عصب نخاعی، طناب نخاعی را به ۳۱ قطعه (سگمنت) تقسیم می‌کنند. یک قطعه نخاعی، استوانه‌ای از طناب نخاعی است که یک عصب نخاعی به آن اتصال می‌یابد. با توجه به اینکه طول نخاع به‌طور متوسط حدود ۲۵ سانتی‌متر کمتر از طول ستون فقرات است، بنابراین قطعات نخاعی از سطح گردنی به‌طرف انتهایی‌ترین قسمت نخاع در مقایسه با مهره‌های همنام، یکسان نبوده و به‌تدریج از هم دورتر می‌گردند. به‌عنوان مثال قطعه اول نخاعی (C1)، در سطح مهره اول گردنی قرار می‌گیرد، در حالی که قطعه اول خاجی (S1) در مجاورت مهره اول کمری است که در شكل1-1 قابل‌مشاهده است. از هشت زوج عصب گردنی، هفت عصب بالاتر از سطح مهره‌ی مربوط به خود از نخاع خارج می‌گردند و فقط زوج هشتم گردنی از زیر مهره هفتم عبور میکند. عصبهای نخاعی سینهای، کمری و خاجی از زیر مهره‌های مربوط به خود خارج میشوند.
به‌منظور طراحی، بهبود و یا بررسی ساختار ارتزهای مورد استفاده در اندام تحتانی، نیاز به شناخت آناتومی بدن انسان در قسمت پایینتنه و درجات آزادی موجود در این قسمت احساس میشود. پای انسان در حالت کلی به‌صورت یک سازه با هفت درجهی آزادی مدل میشود ، به این ترتیب که سه درجهی آزادی در مفصل ران ( لگن)، یک درجهی آزادی در مفصل زانو و سه درجهی آزادی در قوزک پا خواهیم داشت. شكل1-2 صفحات آناتومی بدن انسان را نشان میدهد و همچنین شكل1-3 یک مدل ساده‌شده از بدن انسان را در درجات آزادی موجود در هر صفحه، به نمایش میگذارد. در این جا، به دوران مفاصل در صفحهی طولی خمش[14] و کشش[15] اطلاق میشود (برای مچ پا الفاظ خمش به عقب[16] و خمش به کف پا[17] به ترتیب به‌جای خمش و کشش استفاده میشود). علاوه بر این، حرکت مفصل ران و مچ پا در صفحهی عرضی بدن، دور شدن [18] (هنگامی که پا از بدن دور میشود) و نزدیکی[19] (هنگامی که پا به بدن نزدیک میشود) نامیده میشوند. به درجات آزادی باقیمانده برای ران و قوزک پا دوران[20] میگویند ( شكل1-3 ).
تعداد صفحه : 124
قیمت : 14700تومان
