Μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή πήχη προσθετικού μέλους.

Abstract

Το αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη και κατασκευή ενός προσθετικού πήχη που, μαζί με ρομποτική διάταξη αρπάγης, αποτελεί ολοκληρωμένο τεχνητό – βιονικό μέλος άνω άκρου. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στο θέμα της εργασίας και περιγράφονται, ο σκοπός της κατασκευής καθώς και τα κίνητρα και οι στόχοι που οδήγησαν στην ολοκλήρωσή της. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στον τρόπο που κατευθύνεται η λογική της μελέτης, του σχεδιασμού και της κατασκευής για όλα τα εξαρτήματα του προσθετικού πήχη. Πέραν αυτών, στα επόμενα δύο κεφάλαια γίνεται θεωρητική προσέγγιση του προβλήματος. Συγκεκριμένα, στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά και μικρή ανάλυση της επιδημιολογίας των ακρωτηριασμένων, των πιθανών συμπτωμάτων που προκύπτουν κατά την απώλεια μέλους – άκρου όπως και συνοπτικών στατιστικών στοιχείων που αφορούν τους ανθρώπους αυτούς. Επίσης γίνεται περιγραφή και ανάλυση στα προσθετικά μέλη, αρχικά κάνοντας μια μικρή επισκόπηση στην ιστορία τους. Στη συνέχεια περιγράφονται και επεξηγούνται τα είδη που υπάρχουν μέχρι σήμερα ενώ γίνεται λόγος στα πιο βασικά μέρη τους. Ακόμη γίνεται αναφορά στα πιο διαδεδομένα υλικά που χρησιμοποιούνται στον τομέα αυτόν και εκτός αυτού γίνεται περιγραφή ενός από τα πιο σύγχρονα προσθετικά μέλη που υπάρχουν μέχρι σήμερα. Στη συνέχεια γίνεται παρουσίαση των υλικών που χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα στην κατασκευή της πτυχιακής εργασίας. Επί τούτου, πραγματοποιείται αναφορά και εκτενέστερη ανάλυση στα σύνθετα υλικά και συγκεκριμένα στα ανθρακονήματα, με τα οποία κατασκευάζεται το εξωτερικό περίβλημα του προσθετικού πήχη. Συμπεριλαμβάνονται τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες από τα υλικά αυτά. Σε επόμενη φάση, η εκπόνηση του κυρίου θέματος λαμβάνει χώρα στο τέταρτο κεφάλαιο. Αρχικά περιγράφεται η μέθοδος με την οποία γίνεται η προσέγγιση των προβλημάτων που προκύπτουν. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται και μελετάται κάθε κύριο εξάρτημα του τεχνητού πήχη, ξεχωριστά. Το πέμπτο κεφάλαιο αφορά τη διαδικασία με την οποία γίνεται η γεωμετρική μοντελοποίηση τόσο του ολοκληρωμένου προσθετικού πήχη, όσο και των εκάστοτε εξαρτημάτων του. Προτού γίνει αυτό όμως, γίνεται μια μικρή εισαγωγή στα εργαλεία και τις μεθόδους σχεδιασμού που χρησιμοποιούνται, όπως και στο λογισμικό και τις εντολές που χρησιμοποιούνται. Στο έκτο και τελευταίο, ουσιαστικά, κεφάλαιο λαμβάνει χώρα η αναλυτική περιγραφή της διαδικασίας κατασκευής του περιβλήματος από ανθρακονήματα, όπως και των βοηθητικών εξαρτημάτων (καλούπι, σύστημα κενού) που χρησιμοποιούνται για λογαριασμό του. Παράλληλα, γίνεται ανάπτυξη περιγραφής για τη διαδικασία κατασκευής των υπολοίπων εξαρτημάτων, όπως της διάταξης της εσωτερικής βάσης και του συστήματος ανάρτησης για τη συγκράτηση του τεχνητού πήχη στο παραμένον άκρο. Τέλος γίνεται παρουσίαση του ολοκληρωμένου προσθετικού μέλους και περιγράφεται ο τρόπος που επιτυγχάνεται η συναρμολόγηση των εξαρτημάτων του.

The subject of this thesis is the design and manufacture of a prosthetic forearm which, along with an existing robotic hand, it constitutes a complete artificial upper limb. At first, it has been an introduction to the subject of work, describing the purpose of the construction, as well as the motivations and objectives that led to its completion. In addiction a reference has been made to the way in which the 3D design and manufacturing logic of CAD/ CAM is directed to all parts of the prosthetic forearm. The second chapter reports a minor analysis to the epidemiology of people that suffer from mutilation, the possible symptoms resulting from the loss of a limb and some brief statistical data that concern these people. After that there has been an initial mini review of the history as well as a description and analysis of the prosthetics. Then a description and explanation is made about the types that exist nowadays and then the most essential parts of them are referred. There is also a description to the most widely used materials in this section and besides, there is a reference to a state of the art artificial upper limb. Next, it is being a presentation to the material that are used during the manufacturing of the dissertations subject. Therefore, the is being a presentation and extensive analysis of the composite materials and more specifically the carbon fiber of which the outer shell of the prosthesis is made. The characteristics and properties of all these materials are included. The next phase contains the main subject that is being elaborated in the fourth chapter. Firstly, it is being a description of the method in which the resulting problems are solved. Additionally, it is being a study in every main component of the artificial forearm separately. The fifth chapter deals with the process by which the geometric 3D modeling of both the integral prosthetic forearm and its components are formed using CAD. Before that, it is being a small intro about the tools and design methods are used as well as the software and it’s several commands that are used. In the sixth and last chapter, the manufacturing process of the carbon fiber shell and the auxiliary components (such as mold, vacuum system) used on the process are being analyzed. At the same time, an analysis to the manufacturing process of the internal components takes place such as the inner base and the suspension system, to retain the forearm to the remaining limb. Finally, it is being a complete presentation to the whole prosthesis as well as to the way which is assembled. CAD systems are being used during the manufacturing in most of the parts that are shown below.