Wrocław, dn. 6.12.2008r.
Sprawozdanie grupowe
METODOLOGIA AUTOMATYZACJI PROCESÓW I MASZYN ROBOCZYCH
Prowadzący: mgr inż. Ewelina Świątek-Najwer
Badanie trójpalczastej protezy ręki
1. Wstęp
Protezą nazywamy sztuczne uzupełnienie części ciała bądź narządu. Protezy kończyn górnych należą do największych wyzwań protetyki. Powodem jest duże skomplikowanie narządu, ogromne możliwości ruchowe oraz złożoność sterowania mechanizmem jakim jest ludzka ręka. Funkcje spełniane przez ludzką rękę to: funkcja chwytna, czuciowa, rozpoznawcza oraz dotykowa.
2. Elektromiografia
Elektromiografia jest metodą badania czynności elektrycznej mięśni. Badaniu podlegają potencjały bioelektryczne, powstające w chwili skurczu mięśni, na powierzchni skóry je okrywającej. Rejestrowanie sygnału jest utrudnione, ze względu na charakter miopotencjałów. Amplituda tych sygnałów nie przekracza 1,5 mV, częstotliwość zaś wynosi do 500Hz ( największe wartości występują pomiędzy 50Hz, a 150Hz ). Drugą sprawą jest wrażliwość sygnału na zakłócenia. Wyróżniamy: zakłócenia źródła, zakłócenia detekcji, zakłócenia otoczenia oraz szumy własne toru pomiarowego. Sposobami minimalizacji zakłóceń są:
- właściwa praca elektrod w układzie pomiarowym; metoda różnicowa detekcji sygnałów EMG(do zastosowania takiej metody potrzebne są 2 elektrody czynne oraz 1 elektroda odniesienia);
- właściwe rozlokowanie elektrod pomiarowych oraz elektrody odniesienia;
- zastosowanie dodatkowego wzmacniacza(przedwzmacniacza) o dużej oporności wejściowej, a małej wyjściowej(po to, aby uzyskać jak najmniejsze straty energii);
- zastosowanie elementów elektronicznych wyjściowej jakości oraz poprawne zaprojektowanie pakietów toru pomiarowego
Elektromiografia jest podstawą sterowania protezą kończyny górnej. Mimo niedoskonałości tej metody, jest ona wykorzystywana i udoskonalana w celu umożliwienia pacjentowi jak najbardziej instynktownego i bezproblemowego sterowania protezą.
3. Budowa protezy
Proteza jest prostym mechanizmem o jednym stopniu swobody. Składa się z dwóch części, geometria których wyposaża ją w funkcję chwytną. Zamykanie i otwieranie protezy realizowane jest za pomocą obrotowej pary kinematycznej napędzanej silniczkiem.
4. Przebieg ćwiczenia
Badanie możliwości protezy rozpoczęliśmy od podłączenia elektrod do oscyloskopu. Kontrola sprawności działania elektrod, które umieszczono na prostowniku palców i zginaczu łokciowym ochotniczki, wypadła pomyślnie tylko dla jednej z elektrod. Później stało się to przyczyną problemów ze sterowaniem urządzeniem. Ruchami ręki wykonywanymi w celu zmierzenia sygnału na elektrodach były: zaciskanie i rozwieranie palców, oraz wychylanie nadgarstka w górę i w dół.
Po sprawdzeniu elektrod, podłączyliśmy je do protezy reki ustawionej na stojaku. Sygnał sterujący kontrolował ruchy protezy z opóźnieniem. Wystąpiły też problemy z ruchem odwrotnym, tzn. z zamknięciem otwartej protezy. W trakcie ćwiczenia wykazano, że proteza jest w stanie utrzymać niewielkie przedmioty, toteż realizuje swoją funkcję chwytną.
5.Wnioski
Sztuczna ręka jest narządem niezwykle trudnym do sterowania, ze względów anatomicznych (złożoność, duża ilość potrzebnych napędów) jak i technicznych (skomplikowane pozyskiwanie sygnału sterującego, zakłócenia). Kolejnym problemem, który pojawia się przy protezie kończyn górnych, jest indywidualność charakterystyk sygnału biologicznego każdego człowieka. Sterowanie musi być zatem indywidualnie dostosowywane do pacjenta. Ważnym czynnikiem jest też spełniana funkcja. Obecne protezy są wyposażane w sprzężenie zwrotne, umożliwiające pacjentowi ocenę m.in.: siły zaciśnięcia protezy. Ponadto produkuje się pięciopalczaste protezy, o możliwościach zbliżonych do ludzkiej dłoni. Wreszcie powstają protezy całego ramienia, wraz z dłonią. Przykładem takiego rozwiązania jest np. Luke Arm, stworzone przez Deana Kamena z DARPA.