Design, development, and functional evaluation of biomechanically inspired hand and wrist prostheses

Name: Design, development, and functional evaluation of biomechanically inspired hand and wrist prostheses
Author: Khosrowshah, Mahsa Sarrafi

İsim	Design, development, and functional evaluation of biomechanically inspired hand and wrist prostheses
Yazar	Khosrowshah, Mahsa Sarrafi
Basım Tarihi:	2024-08-30T14:32:09Z
Konu	Prosthesis, Artificial hands, Design and construction, Artificial limbs., Amputees, Biomedical engineering, Mechanical engineering
Tür	Belge
Dil	İngilizce
Dijital	Evet
Yazma	Hayır
Kütüphane:	Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası	7067168e-4fe3-4a94-9d56-2126751e51eb
Lokasyon	Department of Mechanical Engineering
Tarih	2024-08-30T14:32:09Z
Örnek Metin	This thesis presents a comprehensive exploration and advancement in the field of hand and wrist joint prostheses designs. The primary objective is to address the limitations of current hand prostheses and enhance their functionality to provide improved support for upper-limb amputees in daily living activities. The first aspect of this study focuses on the limitations of existing hand prostheses. Passive prostheses, although common, are hindered by their inability to perform a wide range of tasks, thus necessitating more advanced alternatives. Robotic prostheses offer precise motions and adequate force capabilities but face operational time and motor control challenges. To overcome these limitations, a novel design for a body-powered hand prosthesis is proposed. This innovative design is inspired by the natural movements of the human hand and incorporates a three-dimensional trajectory for the thumb. Elastic elements enable the prosthesis to return to its natural position after the application of forces through tendons from the opposite shoulder. With 8 degrees of freedom in the fingers, the prosthesis is prototyped using a 3D printer with ABS material. Performance evaluations demonstrate that this prosthesis, weighing 168 g, enables users to perform a wide range of activities of daily living, including pinching, grasping, and power gripping, thus significantly improving the functional capabilities of the hand prosthesis. The second aspect of this research focuses on the importance of a wrist joint for upper-limb amputees. A new, lightweight, and stiffness pre-conditioned 2-DOF wrist joint is introduced specifically for transradial amputees. This wrist joint incorporates an innovative load-transferring mechanism, allowing modulation of joint stiffness to handle objects of varying weights. The use of a 3D printer with ABS material and a brushless DC motor for joint stiffness modulation results in a functional and practical wrist joint design. The successful functional evaluation of the RoboWrist under different load settings proves its efficacy in adapting to the diverse weight requirements of handled objects., Bu tez, el ve bilek eklemi protezleri tasarımlarının alanında kapsamlı bir araştırmayı ve ilerlemeyi sunmaktadır. Temel amaç, mevcut el protezlerinin sınırlamalarını ele almak ve üst ekstremite ampute bireylere günlük yaşam aktivitelerinde daha iyi destek sağlamak için işlevselliğini artırmaktır. Bu çalışmanın ilk bölümü, mevcut el protezlerinin sınırlamalarına odaklanmaktadır. Pasif protezler yaygın olsa da, sınırlı sayıda görevi gerçekleştirememeleri nedeniyle daha gelişmiş seçenekler gerekmektedir. Robotik protezler, hassas hareketler ve yeterli kuvvet kabiliyetine sahip olsalar da, işletme süresi ve motor kontrolü zorluklarıyla karşı karşıyadır. Bu sınırlamaları aşmak için, vücut destekli bir el protezi için yeni bir tasarım önerilmektedir. Bu yenilikçi tasarım, insan elinin doğal hareketlerinden esinlenerek başparmak için üç boyutlu bir hareket içermektedir. Elastik elemanlar, protezin karşı omuzdan uygulanan kuvvetleri çıkardıktan sonra doğal pozisyonuna dönmesine olanak tanır. Parmaklarda sekiz serbestlik derecesine sahip olan protez, ABS malzemesi kullanılarak 3B yazıcı ile prototip haline getirilir. Performans değerlendirmeleri, 168 gram ağırlığındaki bu protezin, sıkma, kavrama ve güçlü kavrama gibi çeşitli günlük yaşam aktivitelerini gerçekleştirebileceğini gösterir, böylece el protezinin işlevselliğini önemli ölçüde artırır. Araştırmanın ikinci bölümü, üst ekstremite ampute bireyler için bilek eklemi öneminde odaklanır. Bu çalışmada, özellikle transradial ampute bireyler için yeni, hafif ve ayarlanabilir 2 serbestlik dereceli önceden ayarlanabilir(Fleksiyon/ Ekstansiyon ve Radial/Ulnar deviasyon) bir bilek eklemi sunulmaktadır. Bu bilek eklemi, farklı ağırlıklı nesneleri işleme kabiliyeti için eklem sertliğini modüle etmek için yenilikçi bir yük transfer mekanizması içermektedir. ABS malzemesi kullanılarak 3B yazıcı ile prototip yapılan RoboWrist'in, eklem sertliğini farklı yük ayarları altında başarılı bir şekilde değiştirebildiği, böylece işlenen nesnelerin farklı ağırlık gereksinimlerine uyum sağlayabildiği kanıtlanmıştır.

Kaynağa git Özyeğin Üniversitesi

Aramaya Dön

Özyeğin Üniversitesi

Kaynağa git

Design, development, and functional evaluation of biomechanically inspired hand and wrist prostheses

Yazar Khosrowshah, Mahsa Sarrafi

Basım Tarihi 2024-08-30T14:32:09Z

Konu Prosthesis, Artificial hands, Design and construction, Artificial limbs., Amputees, Biomedical engineering, Mechanical engineering

Tür Belge

Dil İngilizce

Dijital Evet

Yazma Hayır

Kütüphane Özyeğin Üniversitesi

Kayıt Numarası 7067168e-4fe3-4a94-9d56-2126751e51eb

Lokasyon Department of Mechanical Engineering

Tarih 2024-08-30T14:32:09Z

Örnek Metin This thesis presents a comprehensive exploration and advancement in the field of hand and wrist joint prostheses designs. The primary objective is to address the limitations of current hand prostheses and enhance their functionality to provide improved support for upper-limb amputees in daily living activities. The first aspect of this study focuses on the limitations of existing hand prostheses. Passive prostheses, although common, are hindered by their inability to perform a wide range of tasks, thus necessitating more advanced alternatives. Robotic prostheses offer precise motions and adequate force capabilities but face operational time and motor control challenges. To overcome these limitations, a novel design for a body-powered hand prosthesis is proposed. This innovative design is inspired by the natural movements of the human hand and incorporates a three-dimensional trajectory for the thumb. Elastic elements enable the prosthesis to return to its natural position after the application of forces through tendons from the opposite shoulder. With 8 degrees of freedom in the fingers, the prosthesis is prototyped using a 3D printer with ABS material. Performance evaluations demonstrate that this prosthesis, weighing 168 g, enables users to perform a wide range of activities of daily living, including pinching, grasping, and power gripping, thus significantly improving the functional capabilities of the hand prosthesis. The second aspect of this research focuses on the importance of a wrist joint for upper-limb amputees. A new, lightweight, and stiffness pre-conditioned 2-DOF wrist joint is introduced specifically for transradial amputees. This wrist joint incorporates an innovative load-transferring mechanism, allowing modulation of joint stiffness to handle objects of varying weights. The use of a 3D printer with ABS material and a brushless DC motor for joint stiffness modulation results in a functional and practical wrist joint design. The successful functional evaluation of the RoboWrist under different load settings proves its efficacy in adapting to the diverse weight requirements of handled objects., Bu tez, el ve bilek eklemi protezleri tasarımlarının alanında kapsamlı bir araştırmayı ve ilerlemeyi sunmaktadır. Temel amaç, mevcut el protezlerinin sınırlamalarını ele almak ve üst ekstremite ampute bireylere günlük yaşam aktivitelerinde daha iyi destek sağlamak için işlevselliğini artırmaktır. Bu çalışmanın ilk bölümü, mevcut el protezlerinin sınırlamalarına odaklanmaktadır. Pasif protezler yaygın olsa da, sınırlı sayıda görevi gerçekleştirememeleri nedeniyle daha gelişmiş seçenekler gerekmektedir. Robotik protezler, hassas hareketler ve yeterli kuvvet kabiliyetine sahip olsalar da, işletme süresi ve motor kontrolü zorluklarıyla karşı karşıyadır. Bu sınırlamaları aşmak için, vücut destekli bir el protezi için yeni bir tasarım önerilmektedir. Bu yenilikçi tasarım, insan elinin doğal hareketlerinden esinlenerek başparmak için üç boyutlu bir hareket içermektedir. Elastik elemanlar, protezin karşı omuzdan uygulanan kuvvetleri çıkardıktan sonra doğal pozisyonuna dönmesine olanak tanır. Parmaklarda sekiz serbestlik derecesine sahip olan protez, ABS malzemesi kullanılarak 3B yazıcı ile prototip haline getirilir. Performans değerlendirmeleri, 168 gram ağırlığındaki bu protezin, sıkma, kavrama ve güçlü kavrama gibi çeşitli günlük yaşam aktivitelerini gerçekleştirebileceğini gösterir, böylece el protezinin işlevselliğini önemli ölçüde artırır. Araştırmanın ikinci bölümü, üst ekstremite ampute bireyler için bilek eklemi öneminde odaklanır. Bu çalışmada, özellikle transradial ampute bireyler için yeni, hafif ve ayarlanabilir 2 serbestlik dereceli önceden ayarlanabilir(Fleksiyon/ Ekstansiyon ve Radial/Ulnar deviasyon) bir bilek eklemi sunulmaktadır. Bu bilek eklemi, farklı ağırlıklı nesneleri işleme kabiliyeti için eklem sertliğini modüle etmek için yenilikçi bir yük transfer mekanizması içermektedir. ABS malzemesi kullanılarak 3B yazıcı ile prototip yapılan RoboWrist'in, eklem sertliğini farklı yük ayarları altında başarılı bir şekilde değiştirebildiği, böylece işlenen nesnelerin farklı ağırlık gereksinimlerine uyum sağlayabildiği kanıtlanmıştır.