Prototypowanie elektrycznej protezy dłoni z użyciem technik wytwarzania przyrostowego

• Autorzy: Kowalczyk M.

Warianty tytułu

EN

Prototyping of electrical hand prosthesis using additive manufacturing technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tematem prezentowanej pracy jest prototyp elektrycznej protezy dłoni z użyciem technik wytwarzania przyrostowego. Przedstawione wyniki są rezultatem pracy inżynierskiej [1] pt. Prototypowanie elektrycznej protezy dłoni z użyciem technik wytwarzania przyrostowego, która została zrealizowana na kierunku Inżynieria Biomedyczna na Politechnice Poznańskiej. Celem pracy było zaprojektowanie i wytworzenie elektrycznej protezy dłoni metodą osadzania topionego materiału. Zastosowane rozwiązanie umożliwiło wykonanie sztucznej kończyny z możliwością zginania palców, a także przeciwstawiania i odprowadzania kciuka. Jej sterowanie zrealizowano przez elektrody, które odbierały sygnały napięcia mięśniowego. Były one przekazywane do czujnika pomiaru aktywności mięśni EMG, który przesyłał je do Arduino Leonardo. Płytka z mikrokontrolerem sterowała serwonapędami, których obrót orczyków wprawiał w ruch poszczególne palce. Założeniem pracy było zaprojektowanie lekkiej, funkcjonalnej i tańszej od dostępnych na rynku rozwiązań protezy dłoni. Część teoretyczna pracy omawia protezy i ich podział, przyczyny protezowania i stopnie amputacji. Część praktyczna przedstawia proces projektowania wraz z doborem parametrów sztucznej kończyny oraz jej wytworzenie. W zakończeniu podsumowano właściwości protezy takie jak: funkcjonalność, masa, koszt oraz czas wytwarzania elektrycznej protezy dłoni.

EN

The subject of this work is the prototyping of an electrical hand prosthesis using additive manufacturing technologies. The results, which were presented at Poznan University of Technology, represent a part of an engineering thesis of Biomedical Engineering Prototyping of electrical hand prosthesis using additive manufacturing technologies. The aim of this work was to design and manufacture a hand prosthesis by fused deposition modelling. The applied solution allowed to manufacture an artificial limb with ability to flex the fingers and to aditionally make moves such as the opposition and reposition of the thumb. The control was regulated by biomedical electrodes, which received the muscle tone signals and send them to the EMG muscle activity sensor and further to the Arduino Leonardo. The board with a microcontroller controlled the work of servomechanisms in which the rotation of the horn caused the fingers' movement. The assumption of this work was to design more lightweight, functional and cheaper solutions compared to commercially available electrical hand prosthesis. The theoretical part of this work discusses prostheses and their types, causes of substitution of prosthesis and levels of amputation. The practical part of this paper presents the process of designing an artificial limb with choices of parameters and manufacturing of the prosthesis. The conclusion of this experiment gives evidence for the existence of features of the prosthesis such as: functionality, mass, cost and manufacturing time.

Słowa kluczowe

PL

elektryczna proteza dłoni; czujnik napięcia mięśni; wytwarzanie przyrostowe; metoda osadzania topionego materiału

EN

electrical hand prosthesis; EMG muscle activity sensor; additive manufacturing technologies; fused deposition modelling

• Wydawca: Międzynarodowe Stowarzyszenie na rzecz Robotyki Medycznej
• Czasopismo: Medical Robotics Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: vol. 6
• Strony: 47--54
• Opis fizyczny: Bibliogr 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalczyk M.

• Politechnika Poznańska, Wydział Informatyki, Instytut Automatyki i Robotyki, 60 965 Poznań, ul. Piotrowo 3a

Bibliografia

• [1] Kowalczyk, M.: Prototypowanie elektrycznej protezy dłoni z użyciem technik wytwarzania przyrostowego, praca inżynierska, Politechnika Poznańska, 2017.
• [2] Raspopovic, S.; Capogrosso, M.; Petrini, F. M.; Bonizzato, M.; Rigosa, J.; Di Pino, G.; Carpaneto, J.; Controzzi, M.; Boretius, T.; Fernandez, E.; Granata, G.; Oddo,C. M.; Citi, L.; Ciancio, A. L.; Cipriani,C.; Carrozza, M. C.; Jensen, W.; Guglielmelli, E.; Stieglitz, T.; Rossini, P. M.; Micera, S.; Restoring Natural Sensory Feedback in Real-Time Bidirectional Hand Prostheses, Science Translational Medicine, 2014, 6, str. 222.
• [3] Oddo, C. M.; Raspopovic, S.; Artoni, F.; Mazzoni, A.; Spigler, G.; Petrini, F.; Giambattistelli, F.; Vecchio, F.; Miraglia, F.; Zollo, L.; Di Pino, G.; Camboni, D.; Carrozza, M. C.; Guglielmelli, E.; Rossini, P. M.; Faraguna, U.; Micera, S.; Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans, eLife, 2016, 5.
• [4] https://rehabilitacjapoamputacji.wordpress.com/amputacja/ [Dostęp: 2016-12-25]
• [5] Vitali, M.; Robinson, K.P.; Andrews, B.G.; Harris, E.E.; Amputacje i protezowanie, Warszawa, 1985.
• [6] Lorinczi, O. B.; Aradi, P.; Development of a prosthetic hand regarding complex motion and controllability, Periodica Polytechnica, 2011, str.101-104.
• [7] Budzik, G.; Wytwarzanie modeli łopatek przyrostowymi metodami szybkiego prototypowania, http://grzegorzbudzik.sd.prz.edu.pl/file/MjMsNjcsNDE0MCxtYXRlcmlhbF80X3JwLnBkZg== [Dostęp: 2017-01-06]
• [8] Coelho Goiato, M.; Rezende Santos, M.; Alves Pesqueira, A.; Moreno, A.; Santos, D. M.; Filie Haddad, M.; Prototyping for Surgical and Prosthetic Treatment, The Journal of Craniofacial Surgery, 2011, 3, str.914-917.
• [9] http://swiatdruku3d.pl/flexy-hand-najbardziej-realistycznie-wygladajaca-proteza-dloni/ [Dostęp: 2017 01-06]
• [10] http://hackerpublicradio.org/eps.php?id=1686 [Dostęp: 2016-12-26]
• [11] Nowak, E.; Atlas antropometryczny populacji polskiej – dane do projektowania, Warszawa, 2000.
• [12] Belter, J.T.; Segil, J.L.; Dollar, A.M.; Weir, R.F.; Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review, JRRD, 2013, 5, str.599-618.
• [13] Weir, R. F.; Design of artificial arms and hands for prosthetic applications, Standard handbook of biomedical engineering and design, 2004, str.32.1-32.61.
• [14] Belter, J. T.; Dollar, A.M.; Performance Characteristics of Anthropomorphic Prosthetic Hands, IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics, Yale University, 2011.
• [15] https://botland.com.pl/ [Dostęp: 2017-03-15]

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).