دانلود مقاله توسعة سیبرنتیک دست مصنوعی

اختصاصی از فی بوو دانلود مقاله توسعة سیبرنتیک دست مصنوعی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

 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، توسعة 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 توسعة 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 مقطوع العضو به عنوان فقدان یک اندام طبیعی احساس می شود که باز خورد احساس طبیعی وی را بوسیلة شبیه سازی عصب های خاصی توزیع می کند. علاوه بر اینها، از طریق یک شیوة 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.
1- 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 توسعة یک اندام مصنوعی سیبرنتیک، شبیه سازی توانایی های جسی – حرکتی تا حد ممکن و نظیر دست طبیعی به عنوان موفقیت تحقیق روبات شبه انسانی است.
دست انسان نمونة معجره آسایی از چگونگی مکانیسم پیچیده ای است که اجرا می شود و قادر به درک امور پیچیده و مفید با استفاده از یک ترکیب مؤثر مکانیسم ها، احساس، عملکردهای فعال سازی و کنترل می باشد ]2 و 1[. 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 30 تا 50% مقطوع العضوها بطور شدید از دست های مصنوعی خود به طور منظم استفاده نمی برند ]4 و 3[. عوالی 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.
2. دست شبیه انسانی سه انگشتی (anthropomorphic)
یک دست نیرومند سه انگشتی از طریق محققین در مرکز INAIL RTR در چهارچوب پروژة CYBERHAND توسعه می یابد ]6[. 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.
توسعة این دست جدید بر اساس دست RTRII است (7) که در آن راه حل پیشنهاد شده از طریق شیگئو هیروس در ساخت گرایپر (8) 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 اجازه مرور شدن کافی اشیاء را نمی دهند، که در مقایسه با تطابق پذیری دست انسان قرار دارد. در نتیجه، اشیاء باید بطور صریح گرفته شوند تا بطور امن نگه داشته شوند (9).
مکانیسم های درست عمل نشده باعث توانایی های گرفتن خود تطبیق می شوند، و در برابر تعداد زیادی از Dofs کنترل شده با تعداد محدودی از تحریک کننده ها و مکانیسم های متمایزی قدردان هستند. این رویکرد اجازة تولید مجدد بیشتر عملکردهای درک انسان را بدون افزودن پیچیدگی مکانیکی و کنترلی را می دهند. این مشخصه بطرز خاصی در دست های مصنوعی مهم هستند، هنگامی که فقط چند سیگنال کنترلی از واسطة کنترل EMG موجود باشند، و لذا برای مقطوع العضو امکان دارد که در یک شیوة طبیعی بیش از دو محرک را کنترل کند.
دست RTR II داریا سه انگشت است، میانی، نشانه و شست، و نه DOFS در کل، اما فقط دو عدد حرکتی دارد: یکی برای حرکات کششی از تمام انگشتان شست (گیرندة قدرت) و یکی نیز برای حرکات نزدیکی و دور کردن شست (گیرندگی و درک). انگشتان نشانه و میانی همسان هستند (هر دو دارای سه فالانج 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 را در اطراف هر مفصل بوجود می آورد، که بوسیلة پولی های کوچک است، و حرکت خمشی را میسر می سازد، این ساختار انتقالی به همان شیوة فلکسور دیجیتروم پروفاندس عملی می کند ]11[. حرکت گسترشی از طریق فنرهای پیچشی درک می شود. دور شدن و نزدیک شدن حرکات انگشت شست بوسیلة یک مکانیبسم ارتباطی چهار میلی انجام می شود. شکل 1(b) نشان دهندة 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 فنرهای فشرده است: هر دو سیم انگشتی به یک غلتک خطی متصل است که از طریق دو فنر تراکمی صورت می گیرد (شکل 2). 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 کار 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 زیاد مورد نیاز باشند، فنرهای کششی به عنوان یک ارتباط محکم عمل می کنند و تمام نیرو از غلتک به انگشتان منتقل می شود، این مهمترین مزیت استفاده از فنرهای کششی بجای فنر تراکمی است.
3. سیستم حس گر مصنوعی
سیستم حسگر مصنوعی هستة سیستم کنترل دست است، و دارای یک نقش دوگانه است: اولاً فراهم کنندة سیگنال های ورودی برای حلقة 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 شود. هدف از طراحی حسگر عبارتست از خلق یک دست مصنوعی 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 آزمایشات را برای پژوهش در سهولت فراهم سازی بازخوردهای شناختی در خصوص گرفتن اشیاء به مقطوع العضو ایجاد کند.
بنا به این دلایل، طبق یک رویکرد بیوشمی (5)، 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.
3-1- حسگر وضعیت حس عمقی: حسگر وضعیت غلتک
یک سنجش کیفی از وضعیت های بند انگشتان از طریق شناسایی تعویض غلتک بدست می آید، جایی که یک حسگر هال (مدل SS49B، شرکت هانی ول، ... در ایالات متحده) سوار می شود. این حسگر وضعیت غلتک را در امتداد ضربة آن شناسایی می کند که در طی حرکات خمشی / کششی انگشتان صورت می پذیرد، مثل حساسگرهای زاویه ای فیرمولوژی در کپسول های مفصلی ]12[.
مشکل اصلی مواجه شده در هنگام توسعة این حسگر عبارت از پوشاندن کل ضربة 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 ترکیب بهینة خاص از لحاظ آزمایشی با استفاده از شرکت بین المللی 12 Honeywell مغناطیسی 103MG5 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 ]7[. توضیح داده می شود وبرای مربوط ساختن غلتک با زوایای مفصل ها توسعه یافته است: از طریق این مدل امکان دارد که وضعیت مفصل ها در طی یک حرکت باز و بسته شدن میسر 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 ]7[)
2-3 ایجاد حس وضعیت زاویة مفصل عمقی: حساسگر وضعیت انگشت شست یک کلاهک مدور شکل با دو مغناطیس بر پایة 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 مؤثر هال (مدل SS496B، شرکت (Honeywell, freeport, II, usa، در جلو کلاهک واقع است و زاویة 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 ]12[. این حسگر دارای میزان عملکردی 030 دست و حساسیت خوب، تکرارپذیری و عملکرد خطی خوبی را نشان داده است.
3-3 نیروی حساسگر تاندون عمقی
در دست RTR II، کابل های انتقالی در یک طرف بندهای فاصله ای میانی و نشانه، از سوی دیگر، آنها به غلتک خطی بوسیلة دو فنر فشرده با مکانیسم های متمایز متصل هستند. این کابل ها بطور مستقیم روی دو عنصر سیار عمل می کنند که فنرها در طی گرفتن تطبیقی با یک شکل نامنظم فشرده می سازد. این نیروی حساسگر از طریق حساس سازی یک عنصر الاستیک که به عنوان یک توقف مکانیکی برای کابل ها عمل می کند کسب می شود. تنش تاندون مبتنی بر مقیاس هایی می باشد (مدل ESU-025-1000-Entrasn Inc، USA، NJ و Fairfield). این ساختار میکرومکانیکی برای کسب یک پایة قابلیت تغییر ساخته شده است. (نمودار 5)، که به منظور نظارت مستمر تنش کابل اعمال شده از طریق حرکت ها می باشد، همانند اندام تاندون گلگی در سری های یا یک عضله ]12[.
این قطرسنجی با یک ماشین تست INSTRINR4464 (Instron. Corporation, Can to, Massachusetts, USA) با یک سلول بار استاتیک که در میزان 1KN کار می کند. یک قسمت استوانه ای شکل، ثابت شده برروی سلول بار، برای بکارگیری بار مورد استفاده بوده است که در شکل 6 نشان داده شده است. سیگنال حساسگرهای کششی در ابتدا تشدید شده اند، سپس از طریق یک بورد بدست می آیند (ابزار بین المللی کارت 1200 DAQ)، و سرانجام از طریق یک واسطة Lab View TM برای رویت نمودن در خروجی بلادرنگ (دست ها) درمقابل بار بکار گرفته شده (N) است.
وسیلة حساسگر حالت دینامیک، حساسیت و قابلیت تکرار خوب را نشان داده است، یک هیسترس و زمان تأخیر به خاطر مکانیسم متمایزی دست شناسایی شده است (یک فنر تحت مؤلفه کشیده شده وجود دارد ) (7).
4-3 نیروی حساسگری خارجی: حساسگر نیروی انگشت شست
یک حساسگر مکانیکی مصنوعی از طریق حساسگر فشار FSR بدست می آید (بخش 400#، الکترونیک ارتباط درونی، کاماریلو، کا، ایالات متحده)، که به قطر mm5 و ضخامت اسمی mm3/0 واقع در نوک انگشت شست: کل بند فاصله، با FSR در جهت کف دست در یک بخش به شکل انگشت شست که حاوی سیلیکان ذوب شده است غوطه ور شده است. هنگامی که پلیمریزاسیون سیلیکان تمام شود، یک نیروی حساس نوک انگشت بدست آمده است. حساسگر نیرو فقط روی نوک انگشت اعمال شده است که بطور قابل توجهی در تمام امور عملیاتی دخیل است ]13[.
قطرسنجی یاد شده دستگاه تست INSTRONR4464 اجرا شده است (Instron Corporation, canto, USA) که با بار استاتیک تحمل کرده در میزان 1KN می باشد. این دست با نیروی حساسگر رو به سمت بالا قفل می شود، و یک سیلندر (به قطر mm5)، ثابت شده روی سلول بار، برای بکار بردن این بار مورد استفاده بوده است.
آزمایشات اولیه یک هیسترس کم را نشان داده اند و همینطور تکرارپذیری بالا را (نمودار 8). این حساسگر اطلاعاتی را در خصوص فشار استاتیک روی یک بخش وسیع (بیش از mm5) بدست می دهد و خصوصیات دینامیکی خوبی را نشان داده است. درنتیجه، تیروی توسعه یافتة حساسگر به مشخصه هایFA II و SA II حساسگر مکانیکی روانشناختی شبیه می شود.
4- کنترل پروتزها
این تحقیق بطور فعال دارای سه هدف اصلی است: (1) توسعة الگوریتم هایی برای استخراج اطلاعاتی در بارة تمایلات کاربر از طریق پردازش سیگنال های عصبی طبیعی بوده است (این زیر سیستم از این به بعد مدوله تشخیص الگوی سطح بالا (HLPRM) نامیده می شود، (2) توسعه الگوریتم هایی برای کنترل حلقة بسته از پروتزهای مصنوعی طبق دستورات وارده از HLPRM و اطلاعات حسگری کسب شده از حساسگرهای شبه زیستی واقع در پروتزها بوده است (این مدوله از این پس کنترل کنندة سطح پایین (LLC) نام می گیرد، (3) توسعة یک استراتژی برای شبیه سازی عصب های مرکزی به منظور فراهم سازی نوعی بازخورد حساسگر برای کاربر.
توسعة HLPRM یک الگوی تشخیص مسئله واقعی است. HLPRM باید قادر به شناسایی درست آنچه که در امور t کاربر را وادار به اجرا می کند و در میان امور مختلف ممکن است باشد، برای نائل آمدن به این نتیجه، HLPRM باید متشکل از زیرسیستم های ذیل باشد:
]1[ یک سیستم برای افزایش نسبت سیگنال به نوفه از سیگنال های عصبی مرکزی که با الکترودهای عصبی از نوع دوباره خلق شده باشد. ارزشی توجه دارد که در این حالت باید نوفه را در نظر بگیریم، نه تنها به عنوان تداخل ناشی از سر و صدای حرارتی یا الکتریکی، بلکه همچنین حضور سیگنال های عصبی دیگر که به کارگیری که ما تمایل به شناسایی آن داریم مرتبط نمی باشد. بنا به این دلیل استفاده از الگوریتم ویژه (از قبیل الکوریتم های دکانولاسیون کدر، تحلیل مؤلفه اصلی. یا ارائه مجدد فرکانس زمان – هزینه) به منظور تجزیه سیگنال های عصبی در نظر گرفته می شود که مؤلفه های نونه را پاک می کند.
]2[ یک سیستم برای تمایز امر مورد دلخواه، در این حالت، معماری های گوناگونی طراحی می شود و تست می شوند. بویژه پتانسیل های تکنیک های باصطلاح نرم افزاری (شبکه هیا عصبی، سیستم های مبهم، الگوریتم های ژنتیکی) مورد تجلیل واقع می شوند.
چندین ساختار گوناگون مبتنی بر الکوریتم های آماری و نرم افزاری تحت پژوهش هستند ]15 و 14[. این سیستم ها در وهلة نخست با استفاده از سیگنال های عصبی ثبت شده بوسیلة میکرونروگرافی تست می شوند (شکل 9).
LLC باید کنترل حلقة بسته محرک پروتز را طبق امر t* که از سوی HLPRM برگزیده شده انجام دهد (و اطلاعات حاصله از حساسگرها).
همینطور در این حالت، چندین الگوریتم مبتنی بر تکنیک های نرم افزاری اجرا خواهد شد. در آزمایشات اولیه، LLC به عنوان یک کنترل کننده منطقی مبهم اجرا شد که به منظور استخراج حرکات پروتزی دست بر اساس اطلاعات حاصله از کنترل کنندة سطح بالا (HLC) به شیوة حلقه – بسته بوده است. یک FLC نیاز به یک مدل صریح از دستگاه ندارد و این در کاربردهای موتور درایو بسیار مفید واقع می شود جایی که بار مکانیکی غیرخطی یا تا حدودی ناشناخته یا متغیرات در این آزمایشات اولیه HLC صرفاً یک عملکرد اتفاقی بگزیده در میان گزینه های متفاوت ممکن است. اگر دستور انتخاب شده از طریق HLC «بازکردن دست» بود، این سیستم وضعیت فعلی دست را می خواند و دستورات لازم را برای موتور جهت رسیدن به وضعیت مطلوب فراهم می ساخت (که برای بازشدن ماکزیمم دست است). اگر دستور «گرفتن شی» باشد، این سیستم اطلاعات نیروی دست را از طریق ارتباط با میکروکنترل کننده بدست می آورد، که با استفاده از بخش موازی، و دستور فراهم شده برای موتورها (حرکات) بسته به نیروی گرفتن مطلوب است. این دست تا رسیدن تماس بسته می ماند.
پس از این رخداد، انگشت شست متوقف شد و انگشتان نشانه و میانی از طریق دستورات FLC بسته می شوند تا اینکه تفاوت بین نیروی واقعی و سطح مطلوب کمتر از آستانة تحمل باشد. ورودی های FLCخطای وضعیتی بودند (یا نیروی وابسته به اقدام اجرایی) و تغییر در خطای وضعیتی (نیرو)، و خروجی همان تغییر در ولتاژ حرکتی بود. کنترل نیز طبق خطای وضعیت (نیرو) افزایش یا کاهش می یابد. پایة قاعده یک کنترل کنندة PI را در حد مطلوب در ]16[ اجرا می کند.
FLC یک کنترل کنندة PIP کلاسیک در اجرای امور گوناگون مقایسه شد (باز شدن و بسته شدن دست). FLC در هر دو امر PID را اجرا نمود، و زمان مناسب با کاربردهای بلادرنگ را بالا برد.
بالاخره به منظور اجرای بازخورد حساسگر توصیف سیگنال های عصبی رو به مرکز در حال توسعه است. ]17[.
5- نتیجه گیری
در این مقاله، توسعه یک پروتز جدید ارائه شده است. این پروتز بنام دست RTR II، مبتنی بر مکانیسم های تحریک شده است که اجازة کسب توانایی های گرفتن خود تطبیق را بدون سنجش مکانیکی و کنترل پیچیدگی می دهد، بنابراین به عمل آوردن انعطاف پذیری پروتزها در حالیکه راه حل تحریک پذیری را حفظ می کند و الگوریتم های کنترل ساده را نیز حفظ می نماید.
این دست همینطور با چندین حساسگر عمقی و خارجی که از رهگذر حساسگرهای طبیعی بوجود می آید، هر دوی حساسگرهای موقعیتی و حساسگرهای نیرو شناسایی و تست شده اند. نتایج اولین آزمایشات با این حساسگرها ارائه شده اند. این نتایج کاملاً نویدبخش هستند، هم برای اجرای کنترل حلقة سطح پایین فاز گرفتن، و هم برای خلق سیگنال های حساسگر انتقال یافته به کاربر از طریق یک واسطة عصبی مناسب.
و سرانجام، این تحقیق برای شناسایی کنترل پروتزها (تقسیم شده به مدوله تشخیص الگوی بال، کنترل سطح پایین، و شبیه سازی عصب های رو به مرکز) همراه با نتایج اولیه ارائه شده است.
این سیستم پایة جاری شناسایی پروتزهای جدید است که از طریق مقطوع العضو احساس می شود یعنی هنگامی که عدم اندام طبیعی یک بازخورد حسی طبیعی را (بوسیله شبیه سازی عصب های ویژه رو به مرکز) توزیع می کند و در یک شیوة خیلی طبیعی از طریق پردازش سیگنال های عصبی رو به مرکز که از دستگاه عصبی مرکزی می آید کنترل می شود (افزایش پاسخ دهی و عملکردی پروتزهای کنترلی مبتنی بر EMG جاری)
تشکر و قدردانی
این اثر تا حدودی به حمایت «مرکز تحقیقات کاربردی مهندسی توانبخشی» در ویارگویی (ایتالیا Lu,) از طریق INAIL (توسعة ملی برای بیمة کارگران مجروح) انجام شده و از طریق یک کار و تلاش مشترک INAIL و Seuola Superiore... انجام شده است. این کار همینطور از طرف صندوق CYBER HAND (توسعة سیبرنتیک دست» #2001-35094پروژه(IST-FET حمایت شده است.
طراحی و آزمایش روی دست جدید بیومکاترونیک
چکیده: یک پروتز اندام ایده آل فوقانی باید به عنوان بخشی از جسم طبیعی است و باید توانایی های حسی – حرکتی اندام قطع شده را شبیه سازی کند. به هر حال چنین پروتز سیبرنتیک ایده آل هنوز هم از واقعیت دست حقیقی فاصله دارد: دست های پروتز پی جاری گیره های سادة همراه یک یا دو درجه آزادی هستند، که توانایی یک انگشت شست – نشانه را در خود دارد. این مقاله طراحی و ساخت یک دست پروتز جدید مبتنی بر بیومکاترونیک و رویکرد سیبرنتیک را توصیف می کند. رویکرد ما در تهیة هماهنگی حسی – حرکتی طبیعی برای عضو قطع شده است، که از طریق ترکیب مکانیسم های تقلیدی زیستی، حساسگرها، محرک ها و کنترل آنها از طریق واسطة دست با سیستم عصبی اصلی عمل می کند.
1- مقدمه
توسعة پروتزهای یک اندام فوقانی که به عنوان بخشی از جسم است از طریق مقطوع العضو احساس می شود ]گیرنده عضلانی فیزیولوژیکی کسترش یافته EPP - ]1[)، و آنچه را که از طریق تشبیه سازی دقیق توانایی های حسی – حرکتی آن قطع شده (پروتزهای سیبرنتیک ]2[( ) بسیار از نوع حقیقی آن فاصله دارد. در واقع، دست های تجاری پروتزی قادر به ارائه عملکرد کافی و فراهم ساختن اطلاعات حسی - حرکتی برای کاربر نمی باشند. یکی از مشکلات مهم وسایل موجود نبودن درجات آزادی (DOFS) می باشد.
وسایل موجود ساختگی بازرگانی، از قبیل اتوبک سنسور (otto Bock sensur Hand) همین طور طراحی دست های چند منظوره ]9 و 8 و 7 و 6 و 5و 4 و 3[ دور از تهیة توانایی های دستکاری دست انسان هستند ]10[. این به خاطر دلایل مختلف است. به عنوان مثال، در دست های پروتزی که فعالانه خم می شوند و به دو یا سه مفصل محدود می شوند، که از طریق یک موتور درایو مجزا تحریک می شوند به دو یا سه مفصل محدود می شوند، متاکارپو – فالانجیل (MP) انگشت شست، از انگشت نشانه و میانی عمل می کنند، در حالیکه سایر مفصل ها فقط بطور غیر فعال خم می شوند.
شیوة غلبه بر این مشکلات عبارت از توسعة یک پروتز سیبرنتیک است که بدنبال یک رویکرد بیومکاترونیک است، مثلاً از طریق طراحی یک سیستم مکاترونیک برگرفته از دنیای زیستی. پروتزهای سیبرنتیک باید مسائل زیر را از پروتزهای تجاری حل کنند:
1. توانایی های کاهش یافته گرفتن اشیاء
2. ظاهر غیر عادی
3. نبودن اطلاعات حسی داده شده به عضو قطع شده.
4. نبودن واسطة دستوری طبیعی
اولین و دومین مشکل از طریق افزایش تعداد DOFS فعال و غیر فعال حل می شود:
این امر از رهگذر ضمیمه ساختن تعداد بیشتری محرک در ساختار دست و طراحی مفصل های دوتایی دست یافتنی است.
سومین و چهارمین مشکل از طریق توسعة یک واسطة طبیعی بین سیستم عصبی جانبی (PNS) و یک وسیلة مصنوعی (مثل یک واسطة عصبی طبیعی (NI) برای ثبت و شبیه سازی PNS در یک شیوة انتخابی برطرف می شود. این امر به منظور میسر ساختن کنترل مبتنی بر ENG از پروتزهای مربوط (جهت حل مشکل چهارم) و ارائه نوعی بازخورد حسی به عضو قطع شده از طریق شبیه سازی به شیوة مناسب عصب های رو به مرکز مفید واقع می شود (که پس از توصیف سیگنال های رو به مرکز PNS در پاسخ به محرک مکانیکی و گیرندة عضلانی است) و برای شکل سوم پروتزهای موجود تجاری است. این رویکرد در نمودار 1 نشان داده شده است.
فعالیت، تحقیقاتی جاری در سکولا سوپریر سانت آنا برای هدف توسعه ای یک دست مصنوعی بیومکاترونیک کنترل شده از طریق یک NI طبیعی بود که در این فصل مطرح می شود. بویژه، نتایج اولیة حاصله در سیگنال های ENG از عصب های رو به مرکز نشان داده می شوند و مورد تحلیل واقع می شوند.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله 34   صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید