Proteza ludzkiej dłoni – prototyp i analiza numeryczna

• Authors: Grycuk Sławomir

Title variants

EN

Prosthesis of human hand – prototype and numerical analysis

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

W artykule przedstawiono cel pracy, którym było stworzenie lekkiej i taniej protezy mioelektrycznej ręki w kształcie ludzkiej dłoni, uzyskanej ze skanowania 3D, za pomocą inżynierii odwrotnej. Pozwoliła ona na dokładne odwzorowanie działania i wyglądu. Dodatkowo umożliwiono niezależne poruszanie kciukiem i palcami. Jest to innowacyjna koncepcja efektora w kształcie ludzkiej dłoni z wykorzystaniem autorskiego mechanizmu poruszania palcami. Praca dotyczy również problemu protez rąk. Protezy kończyn górnych stanowią bardzo skomplikowane zagadnienie. Podczas ich tworzenia należy wziąć pod uwagę złożoność i precyzję wykonywanych czynności i różnorodność. Sztuczna ręka powinna pozwalać złapać każdy przedmiot z dużą dynamiką, odpowiednią siłą i precyzją. W tym celu został wykonany przegląd literatury i patentów na temat ludzkich efektorów robotycznych; stworzono założenia projektowe dla rozwiązania autorskiego, a następnie zrealizowano projekt w środowisku programistycznym CAD i podstawowe badania mechaniczne przeprowadzone za pomocą narzędzi CAE (SolidWorks i Ansys). Na końcu wykonano analizę numeryczną MES w oprogramowaniu Ansys, biorąc pod uwagę obciążenie, odkształcenia i napięcia według hipotezy Hubera-von Misesa.

EN

The paper presents aim of work to create a lightweight and cheap mioelectric prosthesis hand with shape of human hand obtained from 3D scan with reverse engineering that allows the most accurate imitation of the action, accuracy, and to allow for independent movement of the thumb and fingers. This is an innovative concept of the human hand shaped effector with use of proprietary finger movement mechanism. The paper also deals with the problem of the hand prosthesis. Upper limb prosthesis pose a very complicate problem. During their creation it is necessary to consider the complexity, precision and diversity of the performed actions. Artificial hand should allow to catch any object with dynamics, relevant strength and high precision. For this purpose were done: a review of literature and patents on human hand shaped robotic effectors, design assumptions for the author’s solution, followed by a project in the CAD engineering software environment, and basic mechanical research using CAE tools (SolidWorks and Ansys) were carried out. In the end a numerical simulation MES was made in Ansys software, taking into account load, deformations and tensions according to Huber–von Mises’es hypothesis.

Keywords

PL

proteza bioniczna; CAD; symulacja numeryczna; robotyka; mechatronika

EN

bionic prosthesis; CAD; numerical simulation; robotics; mechatronics

• Publisher: Państwowy Fundusz Rehabilitacji Osób Niepełnosprawnych
• Journal: Niepełnosprawność - zagadnienia, problemy, rozwiązania
• Year: 2018
• Issue: 1(26)
• Pages: 165-185

Dates

published

2018-05-25

Contributors

author

Grycuk Sławomir

• Wydział Mechaniczny, Zakład Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej Politechnika Białostocka

References

• Bochenek A., Reicher M., Anatomia człowieka, Warszawa, PZWL, 1999
• Burcan J., Łuczak M., Prosnak B., Czynna ręka protezowa i jej główne układy kinetyczne, Łódź, 1999
• Carbone G., Grasping in Robotics, Italy, Springer, 2013
• Di Pino G., Guglielmelli E., Rossini P. M., Neuroplasticity in amputees: Main implications on bidirectional interfacing of cybernetic hand prostheses, „Progress in Neurobiology” 2009, Vol. 88
• Edin B. B., Ascari L., Beccai L. i in., Bio-inspired sensorization of a biomechatronic robot hand for the grasp-and-lift task, „Brain Research Bulletin” 2008, t. XXV
• Erdogan M., Finite Element Method and Applications in Engineering Using ANSYS, New York, Springer-Verlag, 2015
• Grycuk S., The project of bionic prosthesis hand, WM PB Engineering work, promotor dr inż. R. Trochimczuk, Białystok, 2017
• Khatib E., Siciliano B., Springer Handbook of Robotics, New York, Springer, 2008
• Pasquina P. F., Bryant P. R., Huang M. E. i in., Limb Deficiency And Prosthetic Management: Focused Review, „Archives of Physical Medicine and Rehabilitation” 2006, Nr 87
• Tadeusiewicz R., Inżynieria Biomedyczna. Księga współczesnej wiedzy tajemnej w wersji przystępnej i przyjemnej, Kraków, UWNT AGH, 2008
• Kardyń J., Protezy kończyn górnych, http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomechanika/97-protezy-konczyn-gornych.html, [dostęp: 10.06.2016]
• Kruczek M., Pierwszy Polak z bioniczną dłonią, http://wyborcza.pl/1,75476,-56-77333,Pierwszy_Polak_z_bioniczna_dlonia.html, [dostęp: 10.06.2016]
• Tabela charakterystyki materiału PEEK, http://www.holtex.pl/wgrane_pliki/PEEK.pdf, [dostęp: 20.01.2017]