1. بسم الله الرّحمن الرّحیم
سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی عضلانی
استاد: دکتر فرزاد توحیدخواه
ارائه کننده: مجید اثمری
1393/3/1

2. عضله مصنوعی
مقدمه
بررسی خواص عضله بیولوژیکی (به منظور تعیین الزامات عضله مصنوعی)
معرفی یکی از معروفترین انواع عضلات مصنوعی (McKibben Actuators)
مقایسه با عضله بیولوژیکی
نگاهی کلی به پلیمرهای (EAPs) ElectroActive
مقایسه خواص
Electroactive Polymers (EAP)
Shape Memory Alloys (SMA)
Electroactive Ceramics (EAC)
نگاهی کلی تر به کاربرد مواد پلیمری در مهندسی پزشکی
نتیجه گیری

3. عضله بیولوژیکی مدل Hill المان موازی المان سری Contractile element دمپر
مولد نیرو

4. خواص استاتیک عضله بیولوژیکی
المان موازی عضله

5. خواص استاتیک عضله بیولوژیکی
المان سری

6. خواص استاتیک عضله بیولوژیکی
Contractile Element (CE)
مولد نیرو+دمپر

7. خواص دینامیک عضله بیولوژیکی
Concentric contractions
کاهش طول تحت اعمال بار

8. خواص دینامیک عضله بیولوژیکی
Eccentric Contractions
افزایش طول تحت اعمال بار

9. الزامات طراحی برای عضله مصنوعی

10. McKibben Actuators تاریخچه:
در دهه 1980 توسط شرکت رزین Bridgestone در ژاپن تجاری شد.
سپس توسط گروه ربات Shadow به منظور بکارگیری در حوزه رباتیک بکار گرفته شد.

11. McKibben Actuators

12. McKibben Actuators
عضله McKibben یا fluidic flexible matrix composites (F2MCs)، تحقیقات تئوری و تجربی زیادی را به خود اختصاص داده‌اند.
از ویژگیهای این عملگرها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
سادگی
هزینه کم
سازگاری
عملکرد مشابه عضله طبیعی
در این نوع عضله بجای هل دادن یک پیستون در داخل سیلندر مانند سیستم های هیدرولیک متعارف یا عملگرهای نیوماتیک، از فشار شعاعی که محفظه الاسیک داخلی را منبسط می‌کند، به منظور انقباض محوری وسیله استفاده میشود.
نتیجه این کار شبیه به یک عملگر هیدرولیکی یا نیوماتیکی است که بصورت ذاتی سازگاری و انعطاف‌پذیری و نسبت نیرو به وزن‌های بالایی دارد.

13. مقایسه با عضله بیولوژیکی
خواص نیرو-طول تقریباً یکسان است.
خواص سرعت نیرو مشابه نیست.
از دمپر هیدرولیکی به صورت موازی با عضله McKibben استفاده میشود.
این عضلات به یک وسیله فنر مانند که نقش تاندون و ذخیره کننده انرژی را بازی میکند متصل میشوند که شبیه به یک عضله واقعی عمل کند.

14. - نمونه ای از یک دستگاه تست عضله مصنوعی

15. McKibben Actuators

16. انواع مختلف پلیمرهای ElectroActive: (EAPs)
Dielectric elastomers are particularly promising
Conducting Polymers
Dielectric Elastomer
a.k.a.
Electroelastomers
Electrostrictive Polymer
IPMC
“Artificial Muscle”
Thermal and Others
Gels
Nanotubes
Electroactive Polymer “EAP” Actuators

17. Actuation displacement
مقایسه خواص EAP,SMA,EAC
 Property
Electroactive Polymers
(EAP)
Shape Memory Alloys
(SMA)
Electroactive Ceramics
(EAC)
Actuation displacement
>10%
<8% short fatigue life %
Force (MPa)
about 700
30-40
Reaction speed
m sec to sec
sec to min
Density
g/cc
5 - 6 g/cc
6-8 g/cc
Drive voltage
4 - 7 V NA V
Power consumption
m-watts
watts
Fracture toughness
resilient, elastic
elastic
fragile

18. نمونه های پیاده شده عضلات مصنوعی
فیلم اول
فیلم دوم

19. با تشکر از توجه شما