طراحي مكانيزم پروتز دست رباتيكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

كارشناسي ارشد

دست انسان يكي از اعضاي مهم بدن انسان است. به طوريكه نبود يكي از آن‌ها، موجب ناتواني شخص در انجام بسياري از كار¬هاي روزمره خود مي¬شود. انسان همواره به دنبال جبران نقص¬هاي خود بوده است. با ظهور رباتيك، پروتز¬هاي دست رباتيك براي جبران اين نقص بوجود آمدند. اين پروتز¬ها مكانيزم¬هاي مختلفي براي به حركت درآوردن انگشت¬ها دارند. مكانيزم تاندوني مرسوم¬ترين مكانيزم براي اين كار است. اين مكانيزم بسيار ساده است اما در عين حال عيب¬هايي دارد كه از مهم¬ترين آن بايد به افزايش وزن پروتز اشاره كرد. افزايش وزن به دليل استفاده تعداد زيادي از عملگر¬ها در اين مكانيزم بوجود مي¬آيد كه باعث نارضايتي كاربر و در نهايت كنار گذاشتن پروتز مي¬گردد. در اين پروژه سعي مي¬شود مكانيزمي معرفي شود كه باعث كاهش تعداد عملگر¬هاي مورد نياز شود. كاهش عملگر بر پيچيدگي سيستم مي¬افزايد و همچنين باعث افزايش تعداد سازه¬ها مي¬گردد اما وزن اين سازه¬ها در برابر عملگر¬هايي كه در مكانيزم تاندوني استفاده مي¬شود بسيار كم¬تر است. اين مكانيزم، مكانيزم ديفرانسيل نام¬گذاري شده است. مكانيزم ديفرانسيل اين قابليت را به پروتز مي¬دهد كه چهار انگشت انسان (انگشت¬هاي اشاره، بزرگ،حلقه و كوچك) را تنها با يك موتور الكتريكي بتوان كنترل كرد. از ديگر عواملي كه بر رضايت كاربران پروتز¬ها تاثيرگذار است، قابليت «گرفتن» اجسام است. گرفتن، دو نوع ساده و هوشمند دارد. در نوع ساده آن، در هنگام گرفتن اجسام، نيرو به صورت متناسب بين انگشت¬ها توزيع نمي¬گردد. در نوع هوشمند، نيرو به صورت متناسب بين انگشت¬هاي پروتز توزيع مي¬گردد كه منجر به گرفتن اجسام به بهترين شكل ممكن مي¬شود. مكانيزم ديفرانسيل معرفي شده در اين پروژه از قابليت گرفتن هوشمند نيز برخوردار است. با اضافه كردن سلونوئيد به اين مكانيزم، ويژگي به اين مكانيزم اضافه مي¬گردد كه به كاربر اين حق انتخاب را مي¬دهد كه بتواند هر انگشتي را كه بخواهد، خم كند و براي انجام كار¬هاي روزمره استفاده كند. اين مكانيزم در نرم¬افزار SOLID WORKS طراحي شد. ابعاد انگشت¬ها و بند¬ها از انگشت¬هاي دست انسان الگوبرداري شده است تا بيشترين شباهت را به دست انسان داشته باشد. لازم به ذكر است كه مي¬توان اين ابعاد را براي هر شخص شخصي¬سازي كرد. پروتز دست رباتيك بايد اين قابليت را داشته باشد كه حركت مدنظر كاربر را شناسايي كند. بدين منظور از شبكه عصبي مصنوعي براي تشخيص 7 حركت دست انسان در اين پروژه استفاده شده است. با استخراج ويژگي¬هايي از سيگنال¬هاي ماهيچه¬اي كه به دست كاربر متصل شده است، مي¬توان 8 حركت پركاربرد روزمره را تشخيص داد. از داده¬هاي حسگر¬هاي ماهيچه¬اي با 3 كانال استفاده شده است. حسگر¬ها روي ماهيچه¬ فلكسور انگشت¬ها، فلكسور مچ دست در اطراف اولنا و فلكسور مچ دست در اطراف راديال قرارگرفته¬اند. بعد از اعمال پيش¬پردازش و حذف نويز¬ها از سيگنال¬هاي ماهيچه¬اي، ويژگي¬¬هايي از سيگنال¬ حسگر¬هاي ماهيچه¬اي استخراج شده است كه عبارت¬¬اند از: مقدار ميانگين مطلق، تعداد تغيير علامت، ثابت¬هاي مدل خودرگرسيون و تعداد عبور از صفر انتقال موجك گسسته. شبكه عصبي مصنوعي و پردازش سيگنال¬ در نرم¬افزار MATLAB پياده¬سازي شده است. پس از تشخيص نوع حركت، با استفاده از كنترل¬كننده فازي فرمان حركت به عملگر¬هاي انگشت¬ها داده مي¬شود و پروتز به شكل دلخواه كاربر درمي¬آيد. شبيه¬سازي حركت مكانيزم در تولباكس SIMULINK نرم¬افزار MATLAB انجام شده است.

225242

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان