بسم الله الّرحمن الّرحیم

سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی عضالنی

استاد: دکتر فرزاد توحیدخواهارائه کننده: مجید اثمری

1393/3/1

عضله مصنوعی مقدمه بررسی خواص عضله بیولوژیکی )به منظور تعیین الزامات عضله

مصنوعی( معرفی یکی از معروفترین انواع عضالت مصنوعی(McKibben

Actuators)مقایسه با عضله بیولوژیکی نگاهی کلی به پلیمرهای(EAPs) ElectroActiveمقایسه خواص

Electroactive Polymers )EAP(Shape Memory Alloys )SMA(Electroactive Ceramics )EAC(

نگاهی کلی تر به کاربرد مواد پلیمری در مهندسی پزشکی نتیجه گیری

عضله بیولوژیکی مدلHill

المان موازیالمان سریContractile element

دمپرمولد نیرو

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی

المان موازیعضله

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی

المان سری

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی

Contractile Element

)CE( مولد

نیرو+دمپر

خواص دینامیک عضله بیولوژیکی

Concentric contraction

s کاهش طول

تحت اعمال بار

خواص دینامیک عضله بیولوژیکی

Eccentric Contractio

ns افزایش طول

تحت اعمال بار

الزامات طراحی برای عضله مصنوعی

الزاماتطراحی

McKibben Actuators

تاریخچه: برای افراد معلول McKibben توسط 1950ابتدا در دهه-

پیشنهاد شد. در ژاپن Bridgestone توسط شرکت رزین 1980در دهه -

تجاری شد. به منظور بکارگیری در Shadowسپس توسط گروه ربات -

.oحوزه رباتیک بکار گرفته شد

McKibben Actuators

McKibben Actuators عضلهMcKibben یا fluidic flexible matrix composites

)F2MCs(.تحقیقات تئوری و تجربی زیادی را به خود اختصاص داده اند ،:از ویژگیهای این عملگرها می توان به موارد زیر اشاره کرد

سادگی هزینه کم سازگاریعملکرد مشابه عضله طبیعی

در این نوع عضله بجای هل دادن یک پیستون در داخل سیلندر مانندسیستم های هیدرولیک متعارف یا عملگرهای نیوماتیک، از فشار شعاعی که محفظه االسیک داخلی را منبسط می کند، به منظور انقباض محوری

وسیله استفاده میشود. نتیجه این کار شبیه به یک عملگر هیدرولیکی یا نیوماتیکی است که

بصورت ذاتی سازگاری و انعطاف پذیری و نسبت نیرو به وزن های باالیی دارد.

مقایسه با عضله بیولوژیکی خواص نیرو-طول تقریباً یکسان

است. .خواص سرعت نیرو مشابه نیست

از دمپر هیدرولیکی به صورت موازی اسoتفاده میشود. McKibbenبا عضله

این عضالت به یک وسیله فنر مانندکه نقش تاندون و ذخیره کننده

انرژی را بازی میکند متصل میشوند که شبیه به یک عضله واقعی عمل

کند.

نمونه ای از یک دستگاه تست عضله - مصoنوعی

McKibben Actuators

ElectroActive: (EAPs)انواع مختلف پلیمرهای

Electroactive Polymer “EAP” Actuators

“Artificial Muscle”

Electrostrictive Polymer

Dielectric Elastomer a.k.a.

Electroelastomers

IPMC

Conducting Polymers

GelsThermal and Others

Nanotubes

Dielectric elastomers

are particularly promising

مقایسه خواص EAP,SMA,EAC

 

 Property Electroactive Polymers

(EAP)

Shape Memory Alloys (SMA)

Electroactive Ceramics

(EAC)

Actuation displacement

>10% <8% short fatigue life

0.1 - 0.3 %

Force (MPa) 0.1 - 3 about 700 30-40

Reaction speed m sec to sec sec to min m sec to sec

Density 1- 2.5 g/cc 5 - 6 g/cc 6-8 g/cc

Drive voltage 4 - 7 V NA 50 - 800 V

Power consumption

m-watts watts watts

Fracture toughness

resilient, elastic elastic fragile

http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommas/eap/spie-eap.html

مصنوعی عضالت شده پیاده های نمونه اول فیلم دوم فیلم

با تشکر از توجه شما