Șef lucr. dr. ing. Anca Elena Stanciu [611825]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Absolvent: [anonimizat]:
Inginerie Medicală

Coordonatori științifici:
Prof. dr. ing. Ion Barbu
Șef lucr. dr. ing. Anca Elena Stanciu

BRAȘOV
2019

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

2

Facultatea de Design de Produs și Mediu
Departamentul Design de Produs,
Mecatronică și Mediu

Dițu Andreea Irina

Proiectarea și realizarea unui model de proteză
parțială a mâinii

PROIECT DE DIPLOMĂ

Program studii:
Inginerie Medicală

Brașov , 2019

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

3

Cuprins

1. SCOPUL LUCRĂRII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 5
2. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 7
2.1. INGINERIA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 7
2.2. INGINERIA MEDICALĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 7
2.3. PROTEZAREA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 8
2.4. SCURT ISTORIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 9
3. STADIUL ACTUAL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 10
3.1. MÂNA PROTETICĂ SENSO RHAND SPEED ȘI VARIP LUS SPEED ………………………….. …. 10
3.2. PROTEZELE MODULARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 11
3.3. PROTEZA BIONICA I -LIMB QUANTUM ………………………….. ………………………….. ………………. 11
3.4. MÂNA PROTETICĂ MICHELANGELO ………………………….. ………………………….. …………………. 13
4. ELEMENTE DE ANATOMIE A MEMBRULUI SUPERIOR ………………………….. ……………………….. 14
4.1. STRUCTURILE OSOASE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 14
4.2. PIELEA ȘI UNGHIILE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 16
4.3. FASCIA PALMARĂ ȘI CO MPARTIMENTELE PROFUN DE ………………………….. ………………. 16
4.4. NERVII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 17
4.5. MUSCULATURA ȘI TENDO ANELE ………………………….. ………………………….. ……………………… 19
4.6. ARTICULAȚIILE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 21
4.7. VASCULARIZAȚIA MÂINI I ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 22
5. ELEMENTE DE BIOMECAN ICĂ A MÂINII ………………………….. ………………………….. …………………… 24
5.1. DEGETELE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 24
5.2. ÎNCHEIETURA MÂINII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 25
6. CONCEPTUL DE DE PROT EZĂ PARȚIALĂ A MÂINI I ………………………….. ………………………….. …. 29
6.1. ALEGEREA COMPONENTEL OR POTRIVITE PENTRU REALIZAREA PROTOTIPU LUI . 29
6.1.1. Placa de Dezvoltare Arduino MEGA 2560 ………………………….. ………………………….. …. 29
6.1.2. Sursa de alimentare YwRobot MB -V2 ………………………….. ………………………….. ………. 30
6.1.3. Breadboard 830 puncte MB -102 ………………………….. ………………………….. ………………. 31
6.1.4. Servomotor SG90 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 33

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

4
6.1.5. Senzor muscular V3 compati bil Arduino ………………………….. ………………………….. ……. 35
6.1.6. Printed Circuit Board (PCB) ………………………….. ………………………….. …………………………. 39
6.1.7. Baterii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 40
6.2. PROIECTAREA 3D A MOD ELULUI ………………………….. ………………………….. ………………………. 42
6.2.1. Descrierea softului ales pentru proiectare ………………………….. ………………………….. … 42
6.2.2. Proiectarea 3D a modelului de proteză parțială de mână ………………………….. …….. 43
6.2.3. Materialele utilizate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 64
6.2.4. Realizarea modelului de proteză parțială de mână ………………………….. ……………….. 68
7. CONCLUZIILE FINALE A LE REALIZĂRII PROTOT IPULUI ………………………….. ……………………….. 79
8. BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 80

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

5
1. SCOPUL LUCR ĂRII
Lucrarea de diplomă intitulată „Proiectarea și realizarea unui model de proteză
parțială de mână” are ca scop realizarea unui dispozitiv de tip proteză parțială pentru mână.
Pentru o mai bună înțelegere a conceptului, se va considera un pacient, de sex ma sculin și
vârstă medie, accidentat la mâna dreapta. În urma accidentului, pacientului i s -au amputat
toate degetele de la acea mână, cu excepția celui opozabil. Astfel, din cauza necesității
întregirii sistemului mâinii, s -a conceput prototipul protezei pa rțiale de mână, acționat pe
baza activității musculare..
Prototipul actual va fi conceput din numeroase componente electronice, precum placa
de dezvoltare Aduino Mega 2560, Senzorul Muscular V3, Servomotoarele SG90, un PCB,
baterii de 9V, conectate între ele prin fire de conectare cositorite la bază, și programate cu
ajutorul soft -ului Arduino (IDE).
Lucrarea de diplomă cuprinde 83 de pagini și este structurată în opt capitole, acestea
la rândul lor împărțindu -se în mai multe subcapitole.
Primul capitol, intitulat „ Scopul lucrării ”, prezintă obiectivele lucrării, scopul realizării
acestei lucrări, și descrierea pe scurt a conținutului acestei lucrări.
Capitolul al II -lea, denumit „Introducere”, tratează bazele în urma cărora a fost posibilă
redactarea, de finiții și descrieri ale domeniilor în care se încadrează tema, și un scurt istoric al
bazelor protezării.
Al treilea capitol, „Stadiul actual”, se referă la pro gresul actual al protezelor pentru
mâini sau brațe, mâini bionice și prototipuri de mâini inte ligente apărute pe piață pentru a
satisface nevoile pacienților, sau doar în stadiu de prototip.
Capitolul IV, „Elemente de anatomie a membrului superior”, cuprinde anatomia simplă
și aprofundată a membrului superior: mușchi, oase, articulații, piele și u nghii, tendoane,
vascularizație, etc.
Capitolul V intitulat „Elemente de biomecanică a mâinii” descrie mișcările posibile pe
care mâna umană le poate realiza, fiind împărțit în cele două subcapitole: „Încheietura mâinii”
și „Degetele”.
Cel de -al șaselea c apitol cuprinde descrierea conceptului protezei parțiale, al
componentelor folosite, materialelor necesare, proiectarea 3D a protezei și asamblarea
acesteia.
Capitolul VII este alcătuit din concluziile realizării dispozitivului, iar ultimul capitol este
reprezentat de referințele bibliografice necesare redactării lucrării.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

6
The paper titled „Design and realization of a partial hand prosthesis” has the purpose
to provide a partial hand prosthetic device. For a better understanding of the concept, one
will be considered a male, middle -aged, injured right hand. After the accident, the patient
was amputated all the fingers of that hand, except for the opposing finger. So, beause of the
necessity of completing the hand system, was designed the prototype of the partial hand
prosthesis.
The current prototype will be designed from many electronic components such as the
Aduino Mega 2560 Development Pad, Muscle V3 Sensor, SG90 Servo Motors, a PCB, 9V
batteries, connected to each other via wired tin wires and progra mmed with the software
Arduino (IDE).
The diploma paper consists of 83 pages and is structured in eight chapters, divided
into several subchapters.
The first chapter, entitled "The Purpose of the Work", presents the objectives of the
paper, the purpose of this paper and a brief description of the content of this work.
Chapter II, called "Introduction," treats the bases behind which it was possible to draw
up, define and descri be the areas in which the theme falls, and a brief history of the bases of
prosthesis.
The third chapter, "Current Status," refers to the current progress of hand or arm
prostheses, bionic hands and intelligent hands prototypes on the market to meet patients'
needs, or just prototype stages.
Chapter IV, "Upper Arm Anatomy Elements", includes a simple and profound ana tomy
of upper limbs: muscles, bones, joints, skin and nails, tendons, vascularization, etc.
Chapter V entitled "Biomechanics of the Hand" describes the possible movements
that the human hand can accomplish, being divided into two subchapters: "Wrist" and
"Fingers".
The sixth chapter includes the description of the concept of the partial prosthesis, the
components used, the necessary materials, the 3D design of the prosthesis and its
assembly.
Chapter VII consists of the conclusions of the realization of the device, and the last
chapter is represented by the bibliographic references necessary for the writing of the paper.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

7
2. INTRODUCERE
2.1. INGINERI A
Ingineria reprezintă profesia în care cunoașterea matematicii și a științelor naturale,
dobândită prin studiu, experiență și practică, este aplicată cu judecată pentru a dezvolta
modalități de a folosi, din punct de vedere economic, materialele și forțele naturii în beneficiul
omenirii. [1]
Consiliul Inginerilor Americani pentru Dezvoltare Profesională defi nește Ingineria ca
fiind:
„Aplicarea creativă a principiilor științifice pentru a proiecta sau dezvolta structuri, mașini,
aparate sau procese de fabricație sau lucrări care le utilizează singure sau în combinație; sau
să construiască sau să opereze cu ace eași cunoștință deplină a designului lor; sau să prevadă
comportamentul acestora în condiții de operare specifice; toate în ceea ce privește funcția
prevăzută, economia de funcționare și siguranța vieții și a proprietății ". [2]

2.2. INGINERIA MEDICALĂ
Fiind numită și Bioinginerie sau Inginerie Biomedicală, Ingineria Medicală reprezintă
un domeniu multi -disciplinar, care integrează activități profesionale inginerești cu bazele
cunoștințelor re feritoare la corpul uman, precum și înțelegerea moduluyi în ca re acesta
funcționează atunci când este să nătos, bolnav sau accidentat. [3 ]
Ingineria medicală este o disciplină care prezintă o dezvoltare r apidă, continuă.
Aceasta acoperă dezvoltarea principi ilor inginerești și a tehnologiei materialelor în domeniul
medical. Ingineria medicală vizează depășirea decalajului dintre inginerie și medicină,
combinând competențele de proiectare și rezolvarea a problemelor de inginerie cu științele
medicale și biologice. Aceasta include cercetarea, proiectarea și dezvoltarea p roduselor
terapeutice medicale a sistemelor biologice sau optimizarea și gestionarea utilizării
echipamentelor clinice pentru îmbunătățirea diagnosticării, monitorizării și terapiei pentru
pacienți. [4]
Profesorul Metin Sitti de la Institutul Max Planck p entru sisteme inteligente din
Stuttgart, Germania, spune astfel:
"Ingineria biomedicală a avut întotdeauna un impact foarte pozitiv în îmbunătățirea calității
vieții noastre. Dezvoltarea inovației științifice, tehnologice și comerciale în ingineria
biomedicală ne va ajuta să depășim provocările cu care ne confruntăm.” [5]
Semnalele biomedicale au fost utilizate de către arhitecți pentru proiectarea
sistemelor bioelectrice și biomecanice. Medicii și experții în domeniul serviciilor umane au
introdus procedurile de diagnosticare a problemelor medicale. Semnalele biomedica le tratate
de acești experți s -au concentrat în general atât pe diagnostic, cât și pe interpretarea

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

8
informațiilor privind starea de sănătate a unui individ. Instrumentele sau programele
existente de prelucrare a semnalului sunt mai potrivite pentru inginer ii care lucrează în
aplicații biomedicale, în funcție de poziția lor, pot folosi cu ușur ință uneltele sau programele .
Cele mai importante semnale biomedicale sunt clasificate în două tipuri, cum ar fi potențialul
de acțiune și potențialul legat de e venimente. Electromiograma, electroneurograma,
electrocardiograma și electroencefalograma sunt potențiale de acțiune existente.
Potențialele legate de eveniment sunt electrogastrog rama, fonocardiogramă , pul sul
carotidei , semnalele senzorilor vârfului cathe terului, semnalul vocal, vibromar ograma .
Diferitele modalități de imagine sunt utilizate pe scară largă în domeniul biomedical, adică
imagistica prin rezona nță magnetică funcțională , tomografia computerizată , imagistica cu
ultrasunete și tomografia cu emis ie de pozitroni . Datele fMRI produc date funcționale de
rezoluție spațială și rezoluție temporală relativ scăzută, care au fost utilizate în general
pentru a studia funcționarea creierului bolnav și sănătos, în diferite condiții de activitate și în
repaus. Literaturile recente au demonstrat că modalitățile EEG și fMRI s -au concentrat
asupra analizei și dezvoltării metodelor de cuantificare a durerii la pacienții cu siclemie. Mai
mult, aceste modalități pot identifica convulsiile epileptice prin înregistrare a stării de repaus
și, de asemenea, pot fi practicate pentru detectarea diferențelor în activitatea creierului. Între
timp, tomografia computerizată asociată cu anatomia, care asigură rezoluția spațială și
temporală. Multi -detectorul CT este o metodă non -invazivă de imagistică care este un
instrument recent de avansare tehnologică pentru vizualizarea anatomiei cardiace cu
rezoluție înaltă. [6]
2.3. PROTEZAREA
Protezele, î n medic ină, reprezintă aparate sau piese de aparate care au rolul de a
înlocui organe, me mbre, părț i ale acestora, sau conducte naturale ale cor pului uman sau
animal. Datorită adaptării funcționale ș i structurale cu privire la complexitatea activităților
umane, mâna este unul dintre cele mai complicate segmente ale organismului uman.
Traumati smele severe ale mâini i pot crea un handicap major. Mâna umană reprezintă una
dintre cele mai complexe sisteme mecanice, aceasta fiind capabil ă să efectueze manipulări
motorii fine dar și de forță deopotrivă. Proiectarea unui model de protezare a mâinii o mului,
care este apropiat de mișcările naturale ale acesteia, necesită o mare complexitate de detalii
anatomice care urmează să fie modelate și simulate. Mișcarea modelului de mână trebuie sa
fie controlată de contracția musculară creată de mușchii artific iali. Se dorește realizarea unui
model hibrid pentru a transforma valorile date de contracția reală a mușchilor în acționarea
falangelor. Mușchii artificiali controlează direct rotirea oaselor bazate pe date anatomice și
legi mecanice, și pot deforma țesut ul pielii artificiale cu ajutorul unui sistem de arcuri. Proteza
va trebui să prezinte și să realizeze mișcările corecte din punct de vedere anatomic și fizic.
Mâinile joacă un rol vital în fiecare aspect al vieții noastre de zi cu zi. Este nevoie de ele
pentru a mânca, a scrie, a lucra, a comunica, a juca într -un cuvânt pentru toate activitățile. [7]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

9
2.4. SCURT ISTORIC
Cele mai vechi documente privitoare la utilizarea membrelor artificiale provin de la
Herodot și Aristophanes ce datează din secolul V î.e.n. . Cu toate că vestigiile și unele
documente dovedesc existența unor preocupări pentru construcția de proteze încă cu mai
multe sute de ani în urmă, un real progres se remarcă abia în secolul al XVI -lea. Armurierii
care , se ocupau cu construcția protezelor , realizau pentru vremurile de atunci, adevărate
capodopere, compuse din mecanisme de prindere și de răsucire, dotate cu pârghii și sisteme
dințate de frânare. [8]
În Franța, celebrul Ambroise Paré (1517 -1590) s -a ocupat de problema protezării,
concepând și recomandâ nd diferite tipuri de proteze. Î n 1536, acesta a realizat prima proteză
de m ână și cot, ulterior urmând ș i alte tipuri de încercă ri. Perfecționări ale mâinilor artificiale
cu articulații mobile au fost aduse și de către Părintele Sebastian (1675). Cu 100 de ani mai
târziu, Pierre Dionis descrie construcția unei proteze de lemn, în care încerca să redea forma
și funcționarea unui membru inferior. De asemenea, sunt notabile și încercările chirurgilor
olandezi Solingen și Verduin, care au realizat o p roteză din lemn în formă de cizmă pentru
gambă și coapsă, aceasta fiind prevăzută cu un manșon din lemn pentru coapsă, o articulație
pentru genunchi sub forma unei balama , șine laterale din oțel și un picior de lemn. [8]
Primul braț bionic a fost vândut de către agenția americană de control a
medicamentelor, î n Statele Unite ale Americii. Acestea pot reda senzaț ia de atingere unei
persoa ne cu membru superior amputat, ș i chiar sa realiz eze mișcări de complexitate medie.
În Romania, clinica Ortotech a reușit să adapteze două zeci de proteze bionice pentru
membrele superioare ale pacien ților româ ni. [9]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

10
3. STADIUL ACTUAL
3.1. MÂNA PROTETICĂ SENSO RHAND SPEED ȘI VARIP LUS SPEED
În combinație cu protezele de braț cu control mioelectric , mâinile protetice
„SensorHand Speed și VariPlus Speed ” fac posibilă pentru utilizator prinderea obiectelor,
strângerea și un stil de viață activ. Protezele mioelectrice răspund, în general, la semnalele
respective ale mușchilor purtătorului. Până la șas e programe de control „ SensorHand Speed
și VariPlus Speed „ fac posibilă personalizarea unei mâini protetice în funcție de nevoile
personale și individuale ale utilizatorului, condiționate de posibilitatea purtătorului de a
controla unul sau două semnale a le mușchiului. Forța și viteza de prindere pot fi , de
asemenea, ajustate. [10]

Figura 1 Mâna protetică SensorHand Speed și VariPlus Speed [10]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

11
3.2. PROTEZELE MODULARE
Protezele modulare create de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory sunt
mâini robotic e de culoare negru lucios cu doar trei degete, fiecare dintre acestea etalând un
vârf luminos, asemănător unei spume de mare de culoare verde. Vârfurile degetelor , de
culoare verde -albastru, sunt numite BioTacs și sunt senzori care detecteaz ă în mod
independent multiple senzaț ii, precum presiunea, temperatura și vibraț iile. [11]

Figura 2 Protez ă modular ă [11]

3.3. PROTEZA BIONICA I -LIMB QUANTUM
Fiind b azată pe designul de top al gamei de p roduse i -limb, proteza „i -limb
Quantum ” combină stilul c u o funcționalitate greu de egalat . Aceasta proteză bionică include
controlul gesturilor prin tehnologia brevetată și inovatoare i -mo și este prima proteză de
membru superior care poate schimba prinderile cu un gest simplu.
Caracteristic ile cheie ale protezei bionice includ :
 inteligență mărită – tehnologia i -mo: utilizarea de gesturi simple pentru a
schimba pozițiile de prindere
 rapiditate mărită – viteza prinderilor crește cu până la 30% în comparație cu
variantele anterioare
 putere mărită – 30 % mai multă putere atunci când este necesar, iar viața
bateriei creste cu 50 %

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

12
 dimensiune mai mică – fiind disponibilă în 3 dimensiuni , conține și o
dimensiune mai mică adecvată pentru femei și copii.
Funcționalitatea controlului gesturilor:
 Mâna trebuie să fie deschisă, pe modul normal
 Mâna trebuie ținută paralelă cu solul (cotul îndoit la 90 grade).
 Se așteaptă un semnal deschis până în momentul când degetul are o ușoară
zvâcnire.
 Se mișcă mâna (în interval de o secundă) în direcția pentru care este setată
prinderea specifică.
 Proteza va adopta apoi prinderea.
Proteza „i-limb Q uantum ” are 24 opțiuni de prindere disponibile și 12 opțiuni de
prindere personalizate. [12]

Figura 3 Proteza bionica I -Limb Quantum [12]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

13
3.4. MÂNA PROTETICĂ MICHE LANGELO
Sistemul protetic Michelangelo redă numeroase funcții naturale ale mâinii cu diverse
opțiuni de prindere. Datorită designului său foarte asemănător unui membru superior
sănător , se integrează armonios în imaginea naturală a corpului. [13]

Figura 4 Mâna protetică Michelangelo [13]

Puține părți ale corpului sunt atât de versatile și de complexe precum sunt mâinile.
Doar întrepătrunderea perfectă de nervi, tendoane, un total de 27 oase, 39 mușchi și 36 de
articulații permit să realizarea sarcinilor zilnice, în mod natural. Recrearea cât mai multora
dintre numeroasele funcții posibile pentru o proteză a repreze ntat întotde auna una dintre
cele mai mari provocări pentru tehnologia medicală. Mâna „Michelangelo ”, cu cele șapte
posibilități diferite de prindere , redă numeroase funcții ale mâinii naturale. Forța de ridicare
este cuprinsă între 6 și 7 kg. [13]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

14
4. ELEMENTE DE ANATOMIE A MEMBRULUI SUPERIOR

Mâinile sunt cele două extremități prehensile și prevăzute cu degete ale membrelor
superioare umane. Fiecare deget posedă o unghie, formată din cheratină. Mâna este
principalul organ al manipulării. Vârful degetelor este un a dintre zonele cu cele mai multe
terminații nervoase din organism și este principala sursă de informație tactilă din mediul
extern. Ca și în cazul celorlalte organe perechi (picioare, urechi, ochi etc.), fiecare mână este
controlată de emisfera creierului opusă părții corpului în care se află. [14]
Mâna conține multe structuri specializate care lucrează în sincronizare, oferind
biomecanică precisă a motorului și simțuri tactile fine. Mâinile noastre pot fi afectate de o
gamă largă de condiții, congenitale și dobândite. Chiar și vătămările traumatice minore pot
duce la o rigiditate semnificativă și la pierderea funcțiilor acestora. Gestionarea acestor
condiții necesită o bună cunoaștere a anatomiei mâinilor. [15]

4.1. STRUCTURILE OSOASE
Scheletul de bază al pumnului și mâinii este constituit dintr -un număr de 27 de oase .
Aceste oase sunt grupate în oase carpiene, metacarpiene ș i falange. [16]
Articulaț ia pumn ului este cea mai complexa articulaț ie a corpului. Aceasta e ste
format ă din opt oase carpiene grupate în dou ă rânduri, av ând mi șcări foarte limitate între ele.
De la radius spre uln ă, rândul proximal este compus din osul scafoid, semilunar, piramidal și
pisiform. În aceea și direcț ie, rândul distal este format di n oas ele trapez, trapezoid, capitat și
osul cu câ rlig. [16]
Toate oasele carpiene participă la funcționarea încheieturii mâinii cu excepț ia osului
pisiform. Acesta se numește os sesamoid . Prin el trece tendonul mu șchiului flexor ulnar al
carpienelor. Osul scafoid are rolul de a forma legă tura di ntre cele doua r ânduri . Datorită
acestui fapt, osul scafoid este cel mai vulnerabil la fracturi. Râ ndul distal al oaselor ca rpiene
este foarte puternic legat de baza celui de -al doilea și al treilea os metacarpian, formând o
unitate fixă . Toate celelalte struc turi unități mobile se mișcă în împreună cu unitatea stabilă.
Mâna conține cinci oase metacarpie ne. Fiecare metacarpian deține o bază, un trunchi, un gât
și un cap. Primul os metacarpian este cel mai scurt și mai mobil. Este articulat proximal cu
osul tra pez. Cel elalte patru metacarpiene se articulează cu trapezoidul, capitatul și osul cu
cârlig, la nivelul bazei. Fiecar e cap metacarpian este articulat distal cu falanga proximală a
fiecă rui deget. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

15
Mâna con ține 14 falange. Fiecare deget con ține 3 falange (proximal ă, mijlocie ș i
distal ă) cu exceptia policelui (deget ul mare) care este compus doar din doua falanage. Pentru
evitarea confuziilor, fiec ărui deget i -a fost atribuit un nume (police, index, mediu, inelar și
mic). [16]

Figur a 5 Structura osoasă a mâinii [17]

Plăcile volare sunt structuri cartilaginoase fibroase găsite la articulațiile
metacarpofalangeale și articulațiile interfalangiene. Acestea întăresc capsula articulară
îmbunătățind stabilitatea. La articulațiile metacarp ofalangeale, ele sunt atașate doar la
falanga prmximală, permițând o anumită hiperextensiune. În schimb, la articulațiile
interfalangiene, ele sunt atașate la falangi la fiecare parte a articulației pentru a preveni
hiperextensia. Plăcile de volar sunt de asemenea ținute împreună prin ligamentele
metacarpiale transversale profunde la articulațiile secundare până la a cincea
metacarpofalangiană. Fracturile plăcii volare sunt leziuni obișnuite și implică, de obicei,
degetele mijlocii și inelare. [15]
Încheietura este o articulație multiplă articulată, compusă din șapte oase carpale
adevărate și un os sesamoid, pisiformul.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

16
4.2. PIELEA ȘI UNGHIILE
Pielea care acoper ă fața dorsală a mâinii dife ră de pielea care acoperă palma. Pielea
de pe fața dorsală a mâinii este subțire și pliabilă. Ea este atașată scheletului mâinii prin
țesut areolar larg în care se găsesc vene ș i vase limfatice. Acest fapt explică de ce edemul
mâinii se manifestă pred ominant pe fața d orsală. Mai mult de atât , prinderea largă a pielii o
face mai predispusă la traumatisme ș i permite crearea unor bule locale. [16]
Pielea su prafeței palmare a mâinii este unica, având funcții speciale. Pielea palmară
este groasă și nu la fel de pliabilă c a cea de pe partea dorsală. Este atașată strâns de fascia
subcutanată prin numeroase fibre verticale . Caracteristicile acestea cresc stabilitate a pielii
pentru ca funcția de apucare să poată fi realizată corect . Pielea este mai puternic fixat de
structurile p roximale la nivelul crestelor palmare. Acest lucru are importanță clinică, atunci
când se planifică incizia chirurgicală pentru a micșora contracturile pielii. [16]
Unghiile reprezintă apendici speciali ai pielii derivaț i din epiderm. Ace stea se dezvoltă
dintr -o matrice germinală care se află la baza fal angei distale. Matricea unghială situata
distal față de lunulă, poartă numele de matrice sterilă. Aceasta este puternic vascularizată,
lucru care îi conferă culoarea roz. Î ntreaga matrice u nghială este în contact foarte strâ ns cu
periostul falangei distale. Din această cauză , este vulnerabilă la leziuni î n cazul unei fracturi a
falangei. [16]

4.3. FASCIA PALMARĂ ȘI COMPARTIMENTELE PR OFUNDE
Fascia palmar ă se compune dintr-un țesut fibros rezistent și aranjat î n fibre
longitudinale, transverse, oblice ș i verticale. Fibrele longitudinale își au originea la nivelul
articulaț iei pumnului din tendonul longitudinal palmar, c ând acesta există. Fibrele acestea se
extind până la baza fiecărui deget , unde alte fibre, mai mici , se extind distal și se atașează la
țesuturi.
Această matrice de fibre formeaz ă flexorul fibros și sistemul de flexie al fiecă rui deget.
Fibrele transverse sunt concentrate în mijlocul palmei. Ele se află în legătură cu fibrele
longitudinale și contribuie la flexia degetelor. La nivelul dermul pielii palmare se atașează
fibrele verticale ale fasciei palmare. Profund, la nivelul fibrelor longitudinale și transverse,
fibrele verticale se unesc într-un sept și se ata șeaza metacarpienelor, form ând opt
compartimente diferite pentru tendoanele flexorilor și pachetul neurovascular al fiec ărui
deget. [16]
Un compartiment comun central se localizează proximal la nivelul palmei. Degetele
conțin dou ă benzi fasciale de importan ță clinic ă. Acestea sunt ligamentul Grayson și
ligamentul Cleland, care sunt localizate ventral și dorsal de pachetul neurovascular al fiec ărui
deget. Cuno ștințele despre anatomia fibrelor fasciei palmare și a compartimentelor profunde

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

17
sunt extrem de importante pentru identificarea structurilor în timpul procedurilor precum
fasciectomia palmara pentru boala Dupuytren. [16]

Figura 6 Secțiune transversală prin palmă [18]

4.4. NERVII
Mâna este inervată de 3 nervi: nervul median, ulnar și radial. Fiecare dintre aceștia
conțin componente senzitive și motorii. Variații ale distribuției clasice a nervilor sunt mai
degrabă o regulă decât o excepț ie. Pielea antebrațului este inervată median de nervul medial
antebrahial cutanat, și lateral de nervul lateral antebrahial cutanat. [16]
Nervul median este responsabil pentru inervarea musculaturii implicate în mișcările
fine și funcția de prindere a mâinii. Acesta își are originea în fibrele laterale și mediale ale
plexului brahial. La nivelul an tebrațului, ramurile motorii inervează mușchii pronatori și flexori
ai mâinii.
Ramura anterioar ă interosoas ă inerveaz ă, de asemenea , mu șchii flexori și pronatori.
Proximal fa ță de articula ția pumnului, ram ura palmară cutanat ă prezintă senza ții eminen ței
tenare. Pe mă sură ce nervul median străbate canalul carpian, ramurile motorii recurente
inerveaz ă musculatura tenar ă. De asemenea , inerveaz ă musculatura indexului și a degetelui
mijlociu . Ramurile digitale senzoriale inerveaz ă policele , indexul, degetul mediu și ma rginea
radial ă a inelarului. [16]
Nervul ulnar este responsabil pentru inervarea musculaturii implicate în func ția de
apucare a m âinii. Își are originea în fibrele mediale ale plexului brahial. Ramurile motorii

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

18
inerveaz ă mușchii flexori ai inelarului și degetului mic. Proximal fa ță de articula ția pumnului,
ramura cutanat ă palmar ă ofer ă inerva ție eminen ței hipotenare. Ramura dorsal ă, fiind legată
prin ramuri din spre antebratul distal, și trunchiul principal, inerveaz ă porțiunea ulnar ă a feței
dorsale a m âinii și degetului mic și o parte a inelarului. La nivelul m âinii, ramurile superficiale
formeaz ă nervii digitali, care inerveaz ă degetul mic și latura ulnar ă a inelarului. P rofunde le
ramuri motorii trec prin canalul Guyon împreună cu artera ulnara. Inerveaz ă musculatura
hipotenar ă, toț i mu șchii interosoși, mușchii adductori ș i flexori. [16]

Figura 7 Aria de se nsibilitate a nervului ulnar [19]

Nervul radial este are rolul de a inervarea extensorii pumnului, care controlează
pozițtia mâinii și o stabilizează. Își are originea în fibrele posterioare ale plexului brahial. La
nivelul cotului, ramurile motorii inervează mușchii brahiradiali și extensorul brahial al
carpului. Pe suprafața antebratului pr oximal, nervul radial se împarte în ramuri superficiale și
profunde. Ramurile posterioare profunde interosoase inervează toată musculatura
compartimentului extensor. Ramurile superficiale inervează senzitiv porțiunea radială a feței
dorsale a mâinii, fața dorsală a policelui și cea a indexului, degetului mediu, jumătatea radială
a inelarului proximal față de articulația distală interfalangiană. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

19
4.5. MUSCULATURA Ș I TENDOANELE
Musculatura mânii este impărțitaă în două grupe: intrinsecă și extrinsecă. Mușchii
intrinseci sunt localizați în interiorul mâinii, iar cei extrinseci sunt localizați proximal la nivelul
antebrațului și se inserează la nivelul scheletului mâinii prin tendoane lungi. [16]
Mușchii exten sori sunt toți extrinseci, cu excepț ia unuia singur care este implicat în
extensia articulației interfalangiene. Toț i muschii e xtensori extrinseci sunt inervaț i de nervul
radial. Acest grup de mușchi constă în trei extensori ai articulației pumnului ș i un gru p mare
de extensori ai policelui ș i degetelor. Mu șchiul extensor scurt radial al carpului este
principalul extensor al articula ției pumnului, al ături de extensorul lung radial al carpului și
extensorul ulnar al carpului care realizeaz ă devia ția radial ă și respectiv ulnar ă. Primul își are
inserț ia la baza metacarpianului III, iar ultimii doi se adaugă la baza celui de -al doilea și al
cincilea metacarpian. [16]
Retinaculul extensorilor previne supraintinderea tendoanelor de la nivelul încheieturii
și separ ă tendoanele în șase compartimente. Mușchii extensori comuni ai degetelor dețin o
serie de tendoane pentru fiecare deget în parte, av ând un corp muscular comun ă cu punți
intertendinoase între ele. Indexul ș i degetul mic au fiecare func ții de extensii independente
prin extensorul propriu al indexului și extensorul degetului mic. [16]
Flexorii extrinseci constau în 3 flexori ai î ncheieturii și un grup mare de flexori ai
policelui și degetelor. Ace știa sunt inerva ți de nervul median, cu exc epția flexorului ulnar al
carpului și a flexorului digital profund al inelarului și degetului mic care sunt inerva ți de nervul
ulnar. [16]
Mușchiul flexor radial al carpului este principalul flexor al încheieturii, al ături de
flexorul ulnar al carpului și lungul palmar, care lipse ște la 15% din popula ție. Inser ția lor se afl ă
la baza metacarpianului III, baza metacarpianului V și, respectiv, fascia palmar ă. Flexorul
ulnar al carpului este în primul r ând un deviator ulnar. Cei 8 flexori digitali sunt împărț iți în
grupe superficiale ș i profunde. Împreună cu flexorul lung al policelui, acesta intersectându -se
la nivelul falangei distale a policelui, ace știa trec prin canalul carpian pentru a asigu ra flexia
articulaț iilor interfalangiene. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

20

Figura 8 Structura musculară a mâinii [18]

La nivelul palmei, se găsește tendonul flexorului superficial al degetelor împreună cu
tendonul profund. Apoi se împarte la nivelul falangei proximale și se reunește dorsal cu
tendonul profund pentru a se intersecta la nivelul falangei mijlocii. Flexorul digital profund
perforează tendonul superficial pentru a se adăuga la nivelul falangei distale. Relația dintre
tendoanele flexorilor și articulația pumnului, articulația metacarpofalangiana și cea
interfalangiană este menținută printr -un sistem reticulat care previne efectul de
supraîntindere.
Mușchii intrinseci se găsesc în totalitate la nivelul mâinii. Ei sunt împărțiți în 4 grupe:
tenară, hipotenară, lumbricală și mușchii interososi. Grupul tenar constă în add uctorul scurt
al policelui, opozantul policelui , flexorul scurt al policelui și mușchii adductori ai policelui. Toți
sunt inervați de ramuri ale nervului median, cu excepția adductorilor policelui și capatului
profund al flexorului scurt, care sunt inervaț i de nervul ulnar. Aceștia își au originea la nivelul
retinaculului flexorilor și oaselor carpiene, și se inseră la nivelul falangei proximale a policelui.
Mușchii lumbricali contribuie la flexia articulațiilor metacarpofalangiene și la extensia
articula tiilor interfalangiene. Ei își au originea în tendoanele flexorilor digitali profunz i la
nivelul palmei și se inserează la nivelul aspectului radial al tendoanel or extensorilor din planul
degetelor. Mușchii lumbrical i ai indexului și ai degetului III sunt inervați de ramuri din nervul
median, iar ai inelarului și degetului mic sunt inervați de ramuri din nervul ulnar. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

21

Figura 9 Mușchii și tendoanele unui deget [18]

4.6. ARTICULAȚIILE
Articulația pumnului este una complexă, multiarticulară, ca re permite o gamă largă de
mișcă ri în flexie, extensie, circumducție, deviere radială și deviere ulnară. Articulația
radioulnară distală permite pronația și supinația mâinii prin rotația radiusului în jurul ulnei.
Articulația radiocarpiană include capetele pr oximale osoase ale carpienelor și capă tul distal al
radiusului. Grupul proxim al al oaselor carpiene se articulează cu radiusul și ulna permițând
astfel mișcă ri de extensie, flexie, deviere ulnară și deviere radială. Această articulație este
susținută de o gamă extrinsec ă de ligamente puternice palmare , care pornesc de la ra dius și
ulna. Pe fața dorsală, este susținută de un ligam ent intercarpian dorsal, aflat între scafoid și
osul triunghiular, ș i de ligamentul radiocarpian dorsal. [16]

Figura 10 Structura articulațiilor interfalangiene [20]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

22

La nivelul articulaț iilor intercarpiene, mi șcarea între oase le carpiene este foarte
limitată. Aceste articulații sunt susț inute de ligamente puternice intrinseci . Două dintre cele
mai importante sunt ligame ntul scafolunat ș i liga mentul triangular. Lezarea orică ruia dintre
aceste două ligamente va de termina instabilitatea articulaț iei pumnul ui. Linia Gilula a fost
descrisă ca reprezentâ nd conturul neted al unui mare arc forma t de oasele carpiene
proximale ș i un arc mai mic for mat de oasele carpiene distale în anatomia normală . Toate
cele patri oase carpiene distale se articulează cu met acarpienele la nivelul articulaț iilor
carpometacarpiene. A doua și a treia articulație carpometacarpiană formează o unitate fixă în
timp ce prima formează cea mai mobilă articulaț ie. [16]

4.7. VASCULARIZAȚIA MÂINI I
Mâna deține o rețe a vascular ă complex ă și bogată . Arterele radial ă și ulnară sunt
ramuri din artera brahială și oferă vascularizație mâ inii. Artere le suplimentare de la nivelul
antebra țului includ: artera interosoasă anterioar ă, artera interosoas ă posterioar ă și artera
mediană , care sunt ramuri ale arterei ulnare. [16]
Artera radial ă are un traseu distal la nivelul antebra țului între mu șchiul brahioradial și
flexorul ulnar al carpului. La nivelul închieturii, are un traseu dorsal profund spre tendoanele
"tabach erei anatomice” pentru a intra î n palm ă și a forma arcul palmar profund. Un ram
superficial apare la nivelul articula ției pumnului și co ntribuie la formarea arcului palmar
superficial. [16]
Artera ulnar ă are un traseu distal la nivelul antebra țului sub muș chiul flexor ulnar a l
carpului. La nivelul articulaț iei pumnului trece pri n canalul Guyon unde se divide î n ramura
palmar ă profund ă și ramura palmar ă superficială . Suprafața superficial ă formeaz ă arcul
palmar superficial, iar Suprafața profund ă ajută la formarea arcului palmar profund. Arcul
palmar superficial se g ăsește la nivelul fasciei palmare. D ă naștere arterelor digitale comune
și unei multitudini de ramuri pentru mu șchii intrinseci și piele. La nivelul palmei , distal ,
arterele digitale comune se bifurc ă în arterele digitale. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

23

Figura 11 Vascularizația mâinii [21]

În palmă, arterele se pot găsi alături de nervii corespunz ători, rela ție care este
prezentă și la nivelul degetelor. Pachetul neurovascular , la nivelul degetelor, se g ăsește
întotdeauna ală turi de ligam entul Cleland. Această versiune oferă protecție pachetului ș i
poate servi ca ghid pentru disecția chiru rgicală. Arcul profund palmar este localizat la baza
metacarpienelor, adânc până la tendoanele flexorilor. Este principala surs ă vascular ă a
policelui și jum ătății radiale a indexulu i, din prima artera metacarpiană . Dup ă apari ția ramurii
pentru index, această artera este denumită arter ă principal ă a policelui. Arterele dorsale își au
originea proximal din artera interosoas ă posterioar ă și ramura dorsală perforantă a arterei
interosoase anterioare. Arterele metacarpiene dorsale își au începutul din arcul carpian
dorsal, care este alcătuit din arterele mentiona țe anterior și fiind sursa a numeroase
anastomoze locale. De obicei, venele urmeaz ă sistemul arterial profund. Sistemul venos
superficial e ste, în general , prezent pe fața dorsală a mâinii și s e varsă în venele cefalică și
basilică , la niv elul extremităț ii superioare. [16]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

24
5. ELEMENTE DE BIOMECAN ICĂ A MÂINII

Biomecanica mâinii este cu adevărat uimitoare. În cele mai multe cazuri,
complexitatea mâinii sfidează capacitatea de a înțelege pe deplin fabuloasa inginerie
evolutivă care a dus la proiectarea ei. Mici l eziuni la nivelul oaselor, tendoanelor și / sau
ligamentelor mâinii pot duce la pierderea permanentă a funcți ilor acesteia și la afectarea
semnif icativă.
Analiza caracteristicilor normale ale mâinilor necesită o înțelegere a caracteristicilor
senzoriale și mecanice. Datorită structurii sale, mâna umană este recunoscută ca fiind una
dintre cele mai complicate părți ale corpului uman. Aceasta s e compune din 29 de oase
legate prin numeroase articulații. Cea mai simplă clasificare a părților principale ale mâinii
recunoaște trei părți :
– încheietura mâinii (latină: carpus);
– palma (latină: metacarpus),
– degete (latină: digiti manus). [22]

5.1. DEGETELE
În cazul unei mâini sănătoase , capacitatea de prindere se extinde de la regiunea
hipoteneră până la degetul arătător . Aspectul radial al palmei reprezintă axa externă a
mișcării, iar aspectul ulnar reprezintă punctul de sprijin intern. Degetul arătător est e probabil
cel mai important al mâinii, atât datorita capacităților de abducție și adducție, cât și datorită
celor de flexie și extensie. Numeroase studii au demonstrat importanța acestuia în raport cu
prinderea de mare precizie și putere a obiectelor.
Degetul mijlociu oferă cea mai individuală forță de flexie. Poziția sa centrală
reprezintă un avantaj atât la mișcările de forță, cât și la cele de precizie. Degetul inelar se
remarcă prin faptul că prezintă mai puțină rezistență decât degetul mijlociu sau degetul
arătător și este folosit mai rar pentru mișcări de precizie sau de manevră. Pierderea acestui
deget produce cel mai puțin disconfort omului.
Degetul mic are cea mai mică puter e în flexie. T otuși, pierderea acestuia poate duce
la scăderea capacită ții de a ține obiecte în palmă. O parte din unicitatea degetului mic este
articulația carpală metacarpatică, care se poate deplasa la aproximativ 25 ° la majoritatea

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

25
oamenilor. De asemenea, mușchii hipotelor adaugă stabilizare, ceea ce sporește flexia
falangiei proximale a degetului mic. Abilitatea degetului mic de abducție , de asemenea, ajută
la îmbunătățirea apucării unui obiect.
Versatilitatea degetului mare constă, în primul rând, în variația mod urilor sale de
flexi e și, în al doilea rând, în planul reglabil, de rotație, în care flexia -extensie poate avea loc.
Primul dintre acestea este direct proporțional cu sistemul digital pentru celelalte patru
degete, deoarece pentru orice poziție metacarpală dată există numeroas e posibile poziții ale
falangelor. Al doilea efect se datorează mobilității relative a articulației carpometacarpiale,
care permite degetului mare să acționeze în orice plan necesar pentru a se opune cifrelor.
Principalele opoziții sunt semi -directe, așa c um se observă în pretențiile palmar, vârf și
sferice. De fapt, în aceste cazuri planul acțiunii degetului mare este înclinat de la 45 la 60 de
grade. la planul palmar. În prehensiune laterală, planul este aproximativ paralel cu planul
palmar.

5.2. ÎNCHEIETURA MÂINII
Anatomia încheieturii mâinii, a degetului mare și a mâinii este complexă datorită
prezenței multor articulații funcționale diferite: articulația radială distală, articulația
încheieturii mâinii, articulațiilor metacarpofalangiane și îmbi nărilor interfalangiene. Structurile
contractile pot fi împărțite în mușchi extrinseci și intrinseci. Cele dintâi – tendoanele lungi –
sunt destul de frecvent afectate. În acesași timp, ce cele din urmă sunt clinic mai puțin
importante.
Pornind de la înch eietura mâinii, există o articulație radiocarpală între osul razei și
oasele carpa le. Oasele carpa le formează două tipuri de articulații: articulațiile midcarpale și
intercarpale. Artic ulațiile midcarpale, împreună cu articulația radiocarpală , permit mâinii să
efectueze mișcări de flexie / extensie (spre palmă sau partea din spate a mâinii) și flexia
radială / ulnară .

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

26

Figura 12 Mișcările încheieturilor mâinii [22]

Articulația se mișcă de -a lungul a două axe: anteroposterior pentru abaterea ulnară
și radială și transversală pentru flexie și extensie. Flexibilitățile individuale ale flancurilor
secundare și terminale provin din grupări musculare flexor separate. Astfel de grupări flexor,
inserate distal, pot provoca, de asemenea, o prehensiune completă a cilindricilor prin
"rostogo lirea" mâinii . Extensorul digital con trabalansat se introduce în cele două cele mai
distanțate falange și, pe contracție, extinde rigid întregul deget. Acțiunea coordonată între
grupurile extensor și flexor, totuși, permite poziții intermediare fixe ale fiecărui segment al
sistemului.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

27

Figura 13 Vedere proximală a tunelului carpian drept [23]

Distal, articulația intercarpală se află între rândurile proximale și distal ale oaselor,
este o formă deschisă S și acționează ca o balama. Nu ar trebui considerată ca o articulație
independentă, deoarece funcția sa este de a mări mobilitatea oaselor carpatice și, astfel, a
permite o mobilitate mai mare la încheietura mâinii.

Figura 14 Vedere proximală a tunelului carpian drept -explicat [23]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

28

Figura 1 5 Unghiul în care mâna este în poziția de odihnă [24]

Figura 1 6 Unghiuri de rotație în jurul încheieturii mâinii. A -extensie(sau dorsiflexie); B -flexie;
C-flexie radială; D -flexiune ulnară. [24]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

29
6. CONCEPTUL DE DE PROT EZĂ PARȚIALĂ A MÂINI I
Modelul de proiectare a mecanismului inițial se bazează pe simplitatea, atașarea și
fixarea ușoară a mecanismului mâinii. Prototipul inițial constă în degetele arătător, mijlociu,
inelar și degetul mic, unite printr -un concept de palmă. Măsurarea contracț iei musculare se
realizează în principal prin electromiografie (EMG) și este o zonă de interes pentru multe
aplicații biomedicale, inclusiv controlul protezelor și interfața omului.

6.1. ALEGEREA COMPONENTELOR POTRIVITE PE NTRU REALIZAREA
PROTOTIPULUI

6.1.1. Placa de Dezvoltare Arduino MEGA 2560

MEGA 2560 este o placă de dezvoltare realizată în special pentru proiecte mai
complexe. Cu 54 pin -uri I / O digitale, 16 intrări analogice și un spațiu mai mare pentru schița
proiectului, este placa recomandată pentru proiec tele 3D și proiectele de robotică.

Specifica ții tehnice:
 Tensiune de funcț ionare: 5V;
 Tensiune de alimentare Jack: 7V – 12V;
 Pini I/O: 54;
 Pini PWM: 15 (din cei de I/O);
 Pini analogici: 16;
 4 x UART;
 Memorie flash: 256K B, din care 8KB ocupaț i de bootloader;
 Frecventa de funcț ionare: 16MHz. [25]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

30

Figura 1 7 Placa de dezvoltare Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 este o placă de microcontroller bazată pe ATmega 2560.
Dispune de 54 de intrări/ieșiri digitale (15 dintre acestea pot fi uti lizat e ca ieșiri PWM), 16
intrări analogice, 4 porturi seriale hardware UART, o conexiune USB, un buton folosit pentru
resetare și un oscilator de cristal de 16 MHz. Placa Mega 2560 este compatibilă cu cele mai
multe scuturi proiectate pentru Uno și fostele plă ci Duemilanove sau Diecimila și conține tot
ceea ce este necesar pentru a susține microcontrolerul. [26]

6.1.2. Sursa de alimentare YwRobot MB -V2

Specificațiile tehnice ale produsului:
 Blocarea comutatorului On / Off
 LED Indicator de alimentare
 Tensiune de intrare: 6.5 -12v (DC) prin ștecher de 5.5mm x 2.1mm
 Tensiune de ieșire: 3.3V / 5v
 Curentul maxim de ieșire: 700 mA
 Ieșirile antetului de ieșire pentru utilizare externă convenabilă
 Dimensiune: 2,1 in x 1,4 in
 Conector de dispozitiv USB la bord pentru ieșir ea de putere la dispozitivul extern [27]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

31

Figura 1 8 YwRobot Breadboard Power Supply MB -V2

Tensiunile de ieșire din stânga și din dreapta pot fi configurate independent. Pentru
a selecta tensiunea de ieșire, se va mișca jumperul la pinii corespunzători. LED -ul
indicatorului de alimentare și șinele de alimentare ale panoului de bord nu se vor apr inde
dacă ambii jumperi se află în poziția "OFF".

6.1.3. Breadboard 830 puncte MB -102

Breadboard -ul se foloseș te pentru realizarea extrem de rapida a montajelor fără a fi
nevoie de un letcon sau pistol de lipit. Piesele se introduc în găurile din placă iar legăturile
între pini se realizează cu fire tip tată -tată sau mamă -tată. La mijloc se pot introduce circuite
integrate sau module cu două rânduri de pini, fiecare pin putând fi rapid conectat altundeva
prin cele 4 găuri așezate perpendicular pe circuit. În laterale sunt câte două magistrale cu
legături orizontale care în mod normal se folosesc pentru alimentare. Placa aceas ta deține
câte două magistrale independente pe fiecare parte. [28]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

32

Figura 1 9 KIT Breadboard830, 65xfire jumper și sursa de alimentare 3,3/5V

Caracteristici tehnice:
 Dimensiuni: 16.5 x 5.4 x 0.85cm;
 Număr de puncte: 830;
 Diametru fir necesar: 0.8mm. [28]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

33

Figura 20 Schema magistralelor breadboard -ului 830 [28]

După ce montajul a fost testat pe breadboard, pentru a putea fi folosit practic, este
nevoie de transpunerea lui pe un suport permanent unde componentele sunt cositorite.

6.1.4. Servomotor SG90

Servo motoarele sunt motoare cu cuplu mare care sunt utilizate în mod obișnuit în
robotică și în alte aplicații datorită faptului că este ușor de controlat rotația lor. Servo
motoarele au un arbore de ieșire cu caroserie care poate fi comandat electric pentru a
întoarce unul (1) grad la un moment dat. De dragul controlului, spre deosebire de motoarele
de curent cont inuu, servomotoarele au, de obicei, un pin suplimentar între cele două pinii de
putere (Vcc și GND) care reprezintă pinul de semnal. Pinul de semnal este utilizat pentru a
controla motorul servomotorului, învârtindu -i arborele în orice unghi dorit.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

34
Specificaț ii tehnice:
 Tensiune de alimentare: 4.8V;
 Consum redus de curent;
 Viteza de funcționare: 0.12 s/60o @ 4.8 V;
 Cuplu în blocare la 4.8V: 1.8 kgf*cm;
 Frecvență PWM: 50Hz;
 Temperatura de funcționare: -30° C – +60° C.
 Dimensiuni: 21.5 x 11.8 x 22.7 mm [29]

Figura 21 Servomotor SG90

Servomotoarele au o cerință ridicată de curent, astfel încât atunci când se utilizează
mai multe servomotoare cu Arduino , este important pentru a conecta conexiunile de
alimentare la o sursă externă de alimentare deoarece Arduino ar putea să nu poată sursa
curentul necesar pentru servo. Acest mini servo motor este proiectat special pentru aplicații
de mica putere, cum ar fi roboti sau jucării telecomandate.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

35

Figura 2 2 Schema de alimentare a servomotorului SG90 [29]

6.1.5. Senzor muscular V3 compatibil Arduino

Senzorul muscular V3 de la măsoară, filtrează, rectifică și amplifică activit atea
electrică a unui mușchi. Acesta produce un semnal analogic de ieșire care poate fi citit cu
ușurință de un microcontroller.

Figura 2 3 Ansamblul senzorului muscular V3

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

36

Pachetul senzorului conține plăcuța senzorului și un cablu pentru conectarea a trei
electrozi la placa senz oului muscular. Un capăt al cablului este terminat cu un singur conector
audio de 3,5 mm care poate fi conectat direct la placă. Capătul opus are trei conectori în
formă de ventuză pentru a facilita atașarea și detașarea electrozilor de pe piele. Senzorul
amplifică și procesează activitatea electrică complexă a unui mușchi și îl transformă într -un
semnal analogic simplu care poate fi ușor citit de orice microcontroler cu un convertor
analog -digital (ADC), cum ar fi un Arduino.

Figura 2 4 Aspectul ventuzei s enzorul ui muscular V3

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

37
Pe măsură ce grupul muscular țintă se flexează, crește tensiunea de ieșire a
senzorului. Relația exactă dintre tensiunea de ieșire și activitatea musculară poate fi reglată
cu ajutorul unui potențiometru de câștig la bord.

Figura 25 Senzorul muscular V3 -vedere din față și din spate

Specificații:
 Factor de formă mic (1inch X 1inch)
 Proiectat special pentru microcontrolere
 Creștere reglabilă
 Conector de 3,5 mm
 Tensiunea de alimentare: min. + -3.5V
 Pinurile se potrivesc cu ușurință pe plăcile breadboard standard [30]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

38

Figura 26 Schema electrică a senzorului muscular V3 [32]

Figura 27 Dimensi unile senzorului muscular V3 [32]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

39
6.1.6. Printed Circuit Board (PCB)

Pe măsură ce aparatele electronice s -au mutat de la tuburi și relee de vid la circuite
integrate de siliciu și circuite integrate, dimensiunile și costurile componentelor electronice
au început să scadă. Electronica a devenit mai răspândită în bunurile de consum, iar
presiunea de a reduce dimensiunea și costurile de producție ale produselor electronice a
determinat producătorii să caute soluții mai bune. Astfel sa născut PCB -ul.
PCB este un acronim pentru plăcile cu circuite imprimate. Este o placă care ar e linii
și tampoane care conectează diferite puncte împreună. În imaginea de mai sus, există urme
care leagă electric diferitele conectori și componente unul de celălalt. Un PCB permite ca
semnalele și puterea să fie dirijate între dispozitivele fizice. Sudura este stratul care face
conexiunile electrice între suprafața PCB și componentele electronice. Fiind metal, lipirea
servește și ca un adeziv mecanic puternic.

Compoziția unui PCB:
Un PCB este format din straturi alternative de materiale diferite care sunt laminate
împreună cu căldură și adeziv astfel încât r ezultatul este un singur obiect, așa cum se poate
observa în figura 24.

Figura 28 Componența unui PCB [35]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

40

Figura 29 PCB -ul utiizat -formă și dimensiuni

6.1.7. Baterii

Pentru o mai bună alimentare a sistemului și utilizarea mai eficientă a conexiunilor,
am utilizat și două baterii de 9V. Acestea mai au și rolul de a face posibil faptul că prototipul
de proteză realizat este portabil.

Figura 30 Tipul de baterii utilizate

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

41

Figura 31 Tipul de adaptori utilizați pentru conectarea bateriilor

Specificații tehnice:
– Capacitate tipica : 550 Mah
– Dimensiuni: 25 x 16 x 45 mm
– Greutate : aproximativ 50gr
– Calitate: Alcalina

Bateiile de 9V sunt, în general, folosite pentru e nergiea puternica pe care o oferă
aparatelor cu consum crescut și relativ crescut.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

42
6.2. PROIECTAREA 3D A MOD ELULUI

6.2.1. Descrierea softului ales pentru proiectare
Importanța tehnologiilor, a materialelor, a mașinilor, a metodelor și informațiilor
progresive care să permită utilizarea mai eficientă a materialelor inițiale, produce un produs
mai rentabil și mai rapid, producătoare de produse și produse de calitate și mai presus de
toate piețele, din ce în ce ma i ridicate, în mediul competitiv. Dezvoltarea de produse
inovatoare și realizarea acestora prin metode avansate de fabricație și combinări de procese
reprezintă o chestiune esențială în competitivitatea internațională. În domeniul noilor
tehnologii rapide, reprezentate astăzi în principal prin diferite procese de aditivare, progresul
tehnologiei de tăiere rapidă (HSC) are o importanță remarcabilă și specifică. Componentele de
astăzi se încadrează într -o singură configurație, cu închiderea minimă. Acest lucr u se
realizează prin reducerea temporală a lucrului final, în timp ce se limitează la inactivitatea
utilizată de comutarea manuală a piesei. Introducerea computerelor grafice permite
calculatorului să creeze, să manipuleze și să explice. Aplicarea universa lă a sistemelor de
asistență informatică implică beneficii semnificative. CAM este cel mai strâns asociat cu
funcții în ingineria fabricării, cum ar fi programarea părților de programare și controlul
numeric (CNC).
CATIA este software -ul considerat lider m ondial în proiectare pentru excelența în
proiectarea 3D a produselor. Acesta este utilizat pentru a proiecta, simula, analiza și produce
produse într -o varietate de industrii, inclusiv industria aerospațială, automobile, bunuri de
consum și mașini industri ale. Acesta se adresează tuturor organizațiilor de producție, de la
producătorii de echipamente originale prin intermediul lanțurilor lor de aprovizionare, cât și
producătorilor independenți mici.

Figura 32 LOGO -ul softului Catia V5 [33]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

43
CATIA este ales din ce în ce mai mult ca sistem principal de proiectare 3D pentru
multe companii. CATIA V5 este singura soluție capabilă să abordeze întregul proces de
dezvoltare al produsului , de la specificarea conceptului de produs prin intermediul serviciului
de produs, într -o manieră complet integrată și asociativă. Bazându -se pe o arhitectură
deschisă și scalabilă, aceasta facilitează ingineria colaborativă reală în întreaga întreprindere
extinsă multidisciplinară, incluzând designul de stil și formă, proiectare a mecanică și ingineria
sistemelor și echipamentelor, gestionarea machetelor digitale, prelucrarea, analiza și
simularea. Permițând întreprinderilor să reutilizeze cunoștințele de proiectare a produselor și
să accelereze ciclurile de dezvoltare, CATIA V5 a jută companiile să își accelereze răspunsurile
la nevoile pieței.

6.2.2. Proiectarea 3D a modelului de proteză parțială de mână

Pentru o proiectare a părților protezei parțiale de mână cât mai aproape de realitate,
s-a realizat un mic studiu al dimensiunilor u nei mâini sănătoase de bărbat. În urma acestui
studiu, s -a întocmit un tabel cu dimensiunile aproximative pe care le vor avea piesele
protezei. Pentru a putea realiza acest lucru fără a se crea încurcături în rândul falangelor, s -a
realizat numerotarea tut uror pieselor care trebuie proiectate, pe baza unui schelet, după cum
urmează:

Figura 33 Scheletul de bază pentru proiectare

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

44
Tabelul 1 . Dimensiunile părților componente ale protezei.
Poziția Lungimea [mm] Lățimea[mm] Grosimea[mm]
1 100 80
2 30
70 19.5 10
3 20 18.5 9.5
4 20 17.5 9
5 30
90 19.5 10
6 30 18.5 9.5
7 30 17.5 9
8 35
100 19.5 10
9 30 18.5 9.5
10 35 17.5 9
11 30
90 19.5 10
12 30 18.5 9.5
13 30 17.5 9
Total 200 80 10

6.2.2.1. Partea carpiană și metacarpiană

În realizarea prototipului ales, palma va fi reprezentată de o carcasă în care se va
putea introduce mâna.
Proiectarea carcasei începe prin crearea unui chenar de dimensiunile portivite,
aferente tabelului de mărimi de mai sus.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

45

Figura 34 Crearea chenarului carcasei pentru proteză

Proiectarea va continua prin extrudarea profilului creat anterior, cu dimensiunea de
25mm, așa cum se poate observa în figu ra 35 .

Figura 35 Extrudarea profilului prin comanda Pad
Astfel, piesa creată va arăta ca un dreptunghi. Pentru a realiza o formă cât mai
apropiată mâna reală, se vor utiliza artificii de proiectare. Mai exact, se proiectează cercuri și
arcuri de cercuri în partea superioară a dreptunghiului rezultat anterior.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

46

Figura 36 Dimensiunile artificiilor de proiectare
Capetele cercurilor au rolul de a imita sistemelor de îmbinare a degetelor și carcasei
mâinii, dar și a spațiilor dintre acestea. Se vor tăia colțurile dreptunghiului, în locul
delimitărilor realizate de cercuri.

Figura 37 Decuparea colțurilor dreptungh iului

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

47
Ulterior, se realizează teșituri pentru a rotunji colțurile rămase, cu dimensiuni diferite,
pentru a crea cât mai aproape de realitate asimetriile mâinii umane.

Figura 38 Rotunjirea colțurilor rămase, cu o rază de 11mm

Figura 39 Rotunjirea colțurilor rămase, cu o rază de 10mm

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

48

Figura 40 Rotunjirea colțurilor rămase, cu o rază de 10mm

Urmează apoi realizarea profi lului superior. Pentru aceasta, se va crea un plan nou, pe
axa Oz. Planul profilului nou va fi identică cu cel inferior, dar va avea și câteva caracteristici în
plus. Acesta se va rotunji prin comanda „Edge Fillet”, după cum urmează:

Figura 41 Setările și dimensiunile extrudării planului nou

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

49

Figura 42 Rotunjirea profilului nou creat

Figura 43 Setările și dimensiunile după care s -a efectuat rotunjirea

Se va efectua ulterior scobitura din palmă. Fiind vorba despre mâna dreaptă, scobitura
va fi reprezentată de un oval asimetric, orientat astfel: marginea superioara este înclinată
spre degetul mare, sus, iar marginea inferioară este orientată spre degetul mic, jos. Poziția
acestuia va fi centrală, puțin direcționată în spre partea de sus -dreapta.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

50

Figura 44 Proiectarea scobiturii mâinii
Pe baza acestui oval, se va realiza scobitura cu dimensiunea de 2mm adâncime.

Figura 45 Setările și dimensiunile proiectării scobiturii mâinii

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

51

După acestea, se realizează spațiul pentru degetul mare, considerat sănătos. Acesta
va fi proiectat printr -un oval cu diametrul de 40 de milimetri, cu centrul situat la 35 de
milimetri de capătul de joc al carcasei.

Figura 46 Dimensiunile proiectării spațiului pentru degetul mare

Pe partea superioară, planul al doilea, se va adăuga alt plan, pe aceeași axă. Acesta
are ca scop adăugarea unei mici bare dreptunghiulare de prindere.

Figura 47 Crearea barei de prindere
Piesa creată se va extruda la dimensiunea de 24 de milimetri, după cum se observă în
imaginea 40.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

52

Figura 48 Setările și dimensiunile proiectării barei de prindere

Se vor rotunji toate colțurile piesei nou create , cu ajutorul funcției Edge Fillet , pentru
un plus de design.

Figura 49 Rotunjirea colțurilor barei de prindere

Pe capătul barei, se va crea o gaură pe latul piesei, sub forma unui con, aceasta va fi
realizată în poziție centrală. Gaura prin bara de prindere va avea rol de unire a carcasei mâinii
de bara suport care va fi proiectată în cele ce urmează.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

53

Figura 50 Gaura de prindere, realizată pe bara adăugată

Ultima parte a proiectării carcasei este reprezentată de alegerea materialului din
catalogul oferit de soft -ul Catia V5.

Figura 51 Alegerea materialului pentru carcasă

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

54
Materialul ales este „plastic” pentru a fi cât mai aproape de proprietățile fizice și
mecanice a materialului PLA, compatibil imprimantei 3D, utilizat pentru imprimarea 3D a
modelului.

Figura 52 Modelul proiectat -vedere din spate

Figura 53 Modelul proiectat -vedere din față

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

55

Figura 58 Modelul proiectat -vedere de sus

Spațiul din interiorul carcasei este proiectat astfel încât să nu creeze disconfort la
purtrea îndelungată a protezei, așa cum se poate observa și în figura 59 .

Figura 59 Modelul proiectat -vedere de jos, interiorul protezei

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

56
6.2.2.2. Placa suport pentru componentele hardware

De suprafața inferioară a protezei se atașează o placă. Aceasta are rolul de suport
pentru sistemul electronic din care se alcătuiește mecanismul de funcținare al protezei,
precum senzorii, placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 și servomotoarele SG90 .

Figura 60 Placa suport

Suportul sub formă de plăcuță se atașează carcasei mâinii printr -un mecanism de tip
balama. Pentru realizarea acestei prinderi, plăcii i -au fost proiectate găuri de pri ndere într -un
capăt. Acestea se pot observa cu ușurință în figura următoare.

Figura 61 Găurile de prindere a plăcii suport

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

57
Asamblarea celor două piese se poate vizualiza cu ajutorul soft -ului Catia V5,
secțiunea „Assembly”:

Figura 62 Asamblarea suportului placă la carcasă – diferite vederi

În figura 63 este descris ansamblul de atașare a carcasei de mână și plăcii suport.

Figura 63 Ansamblul de atașare a carcasei de mână și plăcii suport

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

58

6.2.2.3. Degetele

Proiectarea 3D a degetelor este împărțită în 12 piese separate, fiecare reprezentând o
falangă. Datorită asemănării, cele 12 piese ale degetelor sunt proiectate similar, dimensiunea
fiind singura diferență majoră. Astfel, se vor descrie doar trei piese, re prezentând un deget.
Prima parte, prezentată în fig ura 64, reprezintă prima falangă de jos în sus. În
proiectarea acesteia s -au adăugat teșituri pe o singură parte, și în capătul de sus, și în
capătul de jos. P iesa prezintă pe mijloc, două găuri de tip cil indru, de -a lungul acesteia. Ele au
rolul de a adăposti elasticele de prindere

Se începe prin realizarea cadrului exterior, la dimensiunile eferente din Tabelul 1.

Figura 64 Dimensiunile cadrului exterior al primei părți ale primului deget

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

59
Cadrul efectuat va fi extrudat cu comanda Pad, având o lungime de 30 de milimetri.

Figura 65 Setările și dimensiunea extrudării primei părți ale degetului

Ambele capete, pe partea interioară, se vor rotunji cu o rază de 3 mm, pentru o
mobilitate m ai ușoară a părților de degete între ele.

Figura 66 Setările și dimensiunile teșiturii capetelor interioare

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

60

Figura 67 Rezultatul rotunjirii capetelor

Figura 68 Proiectarea primei părți de deget

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

61
Partea a doua de deget este proiectată identic, lungimea fiind singura diferență
vizibilă. Aceasta prezintă, la fel ca și prima parte de deget, găurile interioare, situate la
aceeași distanță față de mijlocul piesei, dar și de marginile exterioare.

Figura 69 Proiectarea celei de -a doua păr ți ale degetului

Partea a treia este proiectată asemănător, dar cu mai multe modificări vizibile,
precum prezența unghiei. Sunt prezente, ca și la piesele anterioare, găurile pentru elasticele
de prindere, și teșiturile pe partea interioară, care permit mișcarea ușoară a degetelor.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

62

Figura 70 Proiectarea unghiei

Figura 71 Poziționarea canalelor interioare părții de deget

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

63

Figura 72 Proiectarea celei de -a treia părți ale degetului

Toate aceste piese alcătuiesc ansamblul proiectării protezei parțiale pentru mână,
care se poate vizualiza în imaginea următoare.

Figura 73 Simulare a ansamblului proiectărilor pieselor protezei

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

64
6.2.3. Materialele utilizate

Imprimarea 3D este utilizată pe scară largă în cercetarea științifică și în aplicații
inginerești, de la aerospațial până la biomedicină. Cu toate acestea, se cunosc puține despre
proprietățile mecanice ale materialelor tipărite 3D. Pentru a promova analiza mecanică și
proiectarea structurilor de tipărire 3D, rezistența la rupere a materialelor FDM PLA cu diferite
unghiuri de imprimare a fost studiată teoretic și experimental.
Un model teoretic a fost inițial stabilit pentru a prezice rezistența maximă la
tracțiune a materialelor FDM PLA pe baza ipotezei izotropice transversale, a teoriei de
laminare clasică și a criteriului de randament anizotropic și apoi a fost verificată prin
experimente de tracțiune. În comparație cu modelele anterioare, acest model a oferit două
tipuri de metode de calcul al modulului de forfecare în plan, de ci rezultatele obținute au fost
mai fiabile. Eșantioanele, proiectate în conformitate cu specimenele de testare din material
plastic multifuncțional standard ISO 527 -2-2012, au fost imprimate în șapte unghiuri diferite
cu trei grosimi de strat (0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm) pentru fiecare unghi. Suma reziduală
relativă dintre pătratele dintre datele teoretice și datele experimentale a fost aproape de
zero, deci rezultatele pe care modelul teoretic le poate prezice cu precizie rezistența maximă
la tracțiune a mate rialelor FDM pentru toate unghiurile și grosimile au fost confirmate. De
asemenea, s -a constatat că rezistența maximă la tracțiune a scăzut pe măsură ce unghiul de
imprimare devine mai mic sau stratul devine mai gros. Acest model teoretic și metoda
experim entală pot fi aplicate și altor materiale de imprimare 3D fabricate prin tehnici FDM
sau SLA. [46]
Eliminarea cantităților mari de deșeuri din polimerii de uz zilnic se numără printre
cele mai importante preocupări din epoca actuală. Utilizarea eficientă a materialelor
regenerabile biologice procurate din surse naturale a fost propusă ca o soluție potențială
pentru această problemă. Printre acești polimeri diferiți, acidul poli lactic (PLA), care este un
polimer bio -degradabil, seamănă cu caracteristici de stul de promotabile, care pot fi
polimerizate din surse durabile, cum ar fi trestia de zahăr, amidonul și porumbul. [47]
Conștientizarea globală a durabilității materialelor a sporit cererea de polimeri
bazați pe bio, cum ar fi poli (acid lactic) (PLA), ca re sunt văzute ca o alternativă dorită pentru
polimerii bazați pe fosile, deoarece au un impact mai redus asupra mediului. PLA este un
poliester alifatic, produs în primul rând prin policondensarea industrială a acidului lactic și /
sau prin polimerizarea lactidei cu inel de deschidere. Prelucrarea topiturii este principala
tehnică utilizată pentru producerea în masă a produselor PLA pentru industria medicală,
textilă, plastică și ambalarea. Pentru a îndeplini alte proprietăți de produs dorite și pentru a
extinde utilizarea produsului, PLA a fost amestecată cu alte rășini sau amestecată cu
materiale de umplutură diferite, cum ar fi fibre și micro și nanoparticule. Această lucrare

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

65
prezintă o trecere în revistă a stării actuale a producției în masă a PLA, a te hnicilor de
procesare și a aplicațiilor curente și acoperă, de asemenea, metodele de adaptare a
proprietăților PLA, principalele reacții de degradare a PLA, scenariile de sfârșit de viață ale
produselor PLA și amprenta de mediu a acest polimer unic. [49]

Figura 74 Procesele de fabricare pentru a produce PLA cu greutate moleculară mare,
adaptată de Hartmann [49]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

66

Deși PLA are multe proprietăți dezirabile pentru aplicațiile pentru consumul bun,
există limitări pentru folosirea tuturor destinațiilor, ca și pentru orice polimer. Cercetătorii au
încercat să extindă utilizarea și aplicațiile PLA de către amestecarea PLA cu un număr de
rășini biodegradabile și ne -biodegradabile și / sau prin combinarea PLA cu un număr de
umpluturi cum ar fi fibrele și micro și nano particulele. Acoperirea tuturor amestecurilor și
compozitelor într -o scurtă prezentare este o sarcină descurajantă și au fost scrise câteva
lucrări de revizuire pentru a discuta îmbunătățirile proprietăților PLA.
Un compozit polimer este definit ca un material care are două sau mai multe faze
distincte. Una dintre faze este o fază discontinuă luată în considerare ca fază de întărire
dispersată într -o fază continuă sau matriceală. Faza de întărir e poate fi fibre și / sau micro și
nano particule. Scopul p rincipal de a adăuga o fază de consolidare la PLA este de a -și adapta
proprietăți, cum ar fi alungirea la rupere [81,132 -141], rezistența la căldură , stabil itate
dimensională , barieră și costul , pentru a depăși unele dintre proprietățile necorespunzătoare
ale PLA comparativ cu polimerii fosili, precum și fragilitatea și stabilitatea termică scăzută .
Deoarece proprietățile principale de inginerie a unui rezultat compozit din faza discontinuă a
fost PLA armate cu fibre naturale și sintetice, micro și nano filtre. [49]
De la începutul anilor 1960, PLA a fost folosit pentru aplicații medicale cum ar fi
implanturile și dispozitivele medicale. PLA a găsit o nișă favorabilă pentru implanturile
medicale, deoarece aceasta se degradează în timp; prin ur mare, nu este necesară etapa de
îndepărtare a unui implant. De asemenea, LA este produs în mod natural de către organism și
nu are niciun efect toxic asupra oamenilor. Diverse aplicații pentru PLA ca implanturi
medicale includ creșterea țesutului, grefarea oaselor și d ispozitivele de fixare a fracturilor.
PLA se utilizează în mod obișnuit în combinație cu alte polimeri și / sau proteine, cum ar fi
acidul poliglicolic (PGA), fibra de sticlă, colagen, fibră de carbon și hidroxiapatită (HA), pentru
îmbunătățirea funcțional ității sale pentru stabilizarea fracturilor, fixarea tendoanelor și
ligamentele și îmbunătățirea proprietăților mecanice. Pe de altă parte, a fost raportată o
degradare a PLA pentru scăderea pH -ului celulelor / țesuturilor datorită acumulării LA, ceea
ce a dus la infla marea țesutului în contact. În plus, implanturile compozite PLA pot ajuta la
tratarea oricăror pierderi sau defecțiuni de organe prin stimularea creșterii celulelor naturale
din jurul părții polimerice. [49]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

67

Figura 75 Fotodegradarea PLA p rin mecanismul Norish II [49]

Caracteristicile medii optice, fizice, mecanice și de barieră ale filmelor PLA au fost
raportate dintr -un număr de studii care utilizează diferite grade de PLA, adaptate și
modificate .

Tabelul 2 . Caracteristicile termo -fizice ale materialului PLA.
Caracteristica termo -fizică Valoare
Densitate amorfă 1250 kg m -3
Densitate 100% cristalină 1490 kg m -3
Volumul Van der Waals (VW) 34,45 cm3 mol -1
Volumul molar de amorf sticlos (Vg) 55,12 cm3 mol -1
Parametrul de solubilitate ( δp) 19-20,5 MPa0,5; 25 ° C
Temperatura in ițială de descompunere (Td, 0) 335 ° C
Temperatura la jumătate de descompunere 395 ° C
Energia medie de activare (Eact) 205 -297 kJ mol -1
Entalpia ( ΔHm) 100%, 93 Jg-1
Conductivitate termică × 10−4 -1 C−1 °, 2,9 cal cm -1 s
Tensiune de suprafață 42,0 dyn cm -1
Coeficient de frecare 0,37
Indicele fluxului de topire 0,85 g min -1

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

68
6.2.4. Realizarea modelului de proteză parțială de mână

6.2.4.1. Partea Hardware

Pentru realizarea conceptului de proteză dorit, am utilizat un model de imprimantă
3D, asemănător cu cel din figura 76 . Primul pas în realizarea modelului la imprimanta 3D este
obținerea formatului STL a fișierelor CATIA. Al doilea pas este calibrarea imprimantei,
alegerea filamentului și conectarea imprimantei la computer. După acestea, imprimanta preia
fișierele dorite, care conțin coordonatele proiectării pieselor, și va începe să printeze.
Pentru imprimarea 3D a protezei, am utilizat filament PLA de 1.75mm de culoare
roșie, iar pentru placa suport am folosit filament PLA de 1.75mm de culoare verde.

Figura 76 Imprimantă 3D [34]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

69
Cu ajutorul imprimantei 3D descrise anterior, s -au putut realiza piesele necesare
pentru construcția protezei parțiale.

Figura 77 Deget realizat la imprimanta 3D

Figura 78 Suportul de mână realizat la imprimanta 3D

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

70

Figura 79 Placa suport realizată la imprimanta 3D
Din cauza calității inferioară a materialului din care a fost realizată imprimarea 3D a
părților componente, placa suport nu s -a putut atașa de suportul de mână prin găurile de
asamblare proiectate, fiind necesară utilizarea a două șuruburi cu piulțe.

Figura 80 Ansamblul protezei, realizat la imprimanta 3D

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

71

Unirea degetelor de supor tul de mână se realizează cu aju torul elasticelor negre,
acestea imitând activitatea tendoanelor, și sunt responsabile de rigi ditatea, mobilitatea și
elasticitatea mișcărilor degetelor.
Asamblarea prototipului de proteză parțială de mână a început prin lipirea pe PCB a
pinilor aferenți celorlalte componente electronice. Acest procedeu s -a realizat cu ajutorul
cositorului și a pistolului de lipit. În figura 81 se poat e observa sistemul simplu realizat prin
conectarea pe PCB a plăcii de dezvoltare Adruino Mega 2560.

Figura 81 Conectarea pe PCB a plăcii de dezvoltare Arduino

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

72
După această operație, urmează lipirea modulului senzorului muscular V3 compatibil
Arduino, așa cum se poate observa și în figura următoare.

Figura 82 Conectarea pe PCB a plăcii de dezvoltare Arduino Mega 2560 și a modulului
Senzorului Musular V3

În continuare , a urmat cositorirea pe PCB conectoarele pentru Servomotoare și
modulele de conectare ale bateriilor de 9V. Pentru fixarea pe prototipul protezei de mână a
ansamblului de componente electronice, s -a efectuat prinderea sistemului electronic de
placa suport a mâinii cu ajutorul a două șuruburi cu piulițe.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

73

Figura 83 Conectarea pe PCB a conectoarelor pentru baterii de 9V

Figura 84 Lipirea pe placa suport a Servomotoarelor

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

74
Din cauza spațiului limitat pe plac suport și al conținutului scăzut de energie, se pot
alimenta și folosi dor doua Servomotoare, fiind fiecare legate la câte două degete.

Figura 85 Conectarea pe PCB a Servomotoarelor

Figura 86 Ansamblul explicat al protezei

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

75
6.2.4.2. Partea Software

Asamblarea pieselor componente nu este suficientă pentru ca sistemul să poată
funcționa. Pentru ca prototipul de proteză parțială de mână să poată fi pusă în funcțiune,
părții hardware trebuie să i se adauge partea software, și anume programarea Arduino a
Servomotoar elor. Acest procedeu se va realiza cu ajutorul soft -ului instalat „ARDUINO 1.8.9 ”.
Mediul de dezvoltare integrat Arduino – sau Arduino Software (IDE) – conține un
editor de text pentru scrierea de coduri, o zonă de mesaje, o consolă de text, o bară de
instrumente cu butoane pentru funcții comune și o serie de meniuri. Se conectează la
hardware -ul Arduino și Genuino pentru a încărca programe și a comunica cu ei.
Programele scrise folosind software -ul Arduino (IDE) se numesc schițe. Aceste
schițe sunt scris e în editorul de text și sunt salvate cu extensia ”.ino”. Editorul are funcții de
tăiere / lipire și de căutare / înlocuire a textului. Zona mesajului oferă feedback în timp ce
salvează și export ă și afișează, de asemenea, erori. Consola afișează textul de ieșire de către
Software -ul Arduino (IDE), inclusiv mesaje de eroare complete și alte informații. Colțul din
dreapta jos al ferestrei afișează placa și portul serial configurat. Butoanele barei de
instrumente vă permit să verificați și să încărcați progra me, să creați, să deschideți și să
salvați schițe și să deschideți monitorul serial.

Figura 87 Sigla Soft -ului Arduino [40]

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

76
Software -ul Arduino (IDE) folosește conceptul de schiță: un loc standard pentru
stocarea programelor (sau schițelor). Schițele din sketchbook -ul tău pot fi deschise din
meniul File> Sketchbook sau din butonul Open de pe bara de instrumente. Prima dată când
rulează software -ul Arduino, acesta va crea automat un d irector pentru sketchbook . Se poate
vizualiza sau schimba locația locației din sketchbook cu dialogul Preferințe.
Serial Monitor afișează seria trimisă de la placa Arduino sau Genuino prin conector
USB sau serial. Pen tru a trimite date la bord, se va introduce textul și se va apăsa pe butonul
"trimite" sau pe Enter. Serial Monitor nu procesează caractere de control; dacă schița
introdusă are nevoie de o gestionare completă a comunicării seriale cu caractere de control ,
se poate utiliza un program terminal extern și se va putea conecta la portul COM atribuit
plăcii Arduino.

Programarea sistemului realizată în Arduino este următoarea:

„#include <Servo.h>

//Threshold for servo motor control with muscle sensor.
//You can set a threshold according to the maximum and minimum values of the muscle
sensor.

#define THRESHOLD 50

int Senzor = A3;
int Motor1 = 2;
int Motor2 = 3;
int Valoare = 0;

Servo Servo1;
Servo Servo2;

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

77
/*––––––––––– void setup –––––––––––––––
–- */

void setup(){

Serial.begin(115200);

Servo1.attach(Motor1);
Servo2.attach(Motor2);

}

/*––––––––––– void loop –––––––––––––––
–- */

void lo op(){

//The "Value" variable reads the value from the analog pin to which the sensor is connected.
Valoare = analogRead(A3);

//If the sensor value is GREATER than the THRESHOLD, the servo motor will turn to 170
degrees.

if(Valoare > THRESHOLD){
Servo1.write(180);
Servo2.write(180);

}

//If the sensor is LESS than the THRESHOLD, the servo motor will turn to 10 degrees.
else{

Servo1.write(10);
Servo2.write(10);
}

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

78
//You can use serial monitor to set THRESHOLD properly, comparing the values shown
when you open and close your hand.

Serial.println(Valoare);
delay(500);
}”

Unde :
– THRESHOLD reprezintă pragul, limita inferioară în f uncție de care senzorii pornesc ;
– <Servo.h> reprezintă biblioteca de definire a Servomotoarelor în program ;
– DELAY reprezintă o întârziere a rulării programului, pentru ca servomotoarele să
poată fi puse în funcțiune la viteză normală.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

79
7. CONCLUZIILE FINALE A LE REALIZĂRII PROTOTIPULUI

Proiectul de diplomă tratează problemele anatomice, biomecanice și fiziopatologice
ale unei mâini cu patru degete amputate.
În urma studiului de piață a dispozitivelor asemănătoare deja puse la vânzare, s -a
constatat că este necesară o vers iune care implică niște costuri materiale mai scăzute.
Astfel, prețul realizării unul asemenea model de proteză parțială este mult mai scăzut decât
cele aflate pe piața protezelor, acesta fiind un principal avantaj al conceptului ales.
Datorită posibilităț ii de a încărca pe placa de dezvoltare Arduio Mega 2560 programul
software în baza căruia rulează toate componentele, proteza poate fi independentă de
computer. Astfel, dispozitivul poate deveni portabil , iar aceasta reprezintă cel mai important
avantaj al acestuia .
Decizia utilizării bateriilor de 9V în locul sursei de alimentare YwRobot MB -V2 s-a
adoptat datorită îndeplinirii celei mai importante calități al protezei parțiale de mână
realizată, și anume faptul că prototipul este conceput pentru a fi porta bil.
Proteza parțială de mână concepută nu poate fi utilizată de o gamă largă de persoane ,
indiferent de vârs tă și sex, datorită faptului că a fost proiectată și realizată pe baza unui tabel
de dimensiuni corespunzând unei singure categorii de pacienți. Acesta este principalul
deza vantaj al prototipului protezei realizate.

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

80
8. BIBLIOGRAFIE

[1] ***, Introduction to engineering, http://engineering.nyu.edu/gk12/amps –
cbri/pdf/Intro2Eng.pdf , accesat în data de 10.01.2019
[2] ***, Engineering definition, https://www.sciencedaily.com/terms/engineering.htm ,
accesat în data de 10.01.2019
[3] ***, Inginerie medicală, http://im.utcluj.ro/ , accesat în data de 07.02 .2019
[4] ***, biomedical engineering, https://cms.iopscience.org/d4cd9838 -3afc -11e3 -ba54 –
116b8c294dca/biomedical -engineering.pdf?guest=true , accesat în data de
07.02.2019
[5] ***, Biomedical engineering, https://iopscience.iop.org/journal/2516 -1091 , accesat în
data de 07.01.2019
[6] J.Rajeswari M.Jagannath , School of Electronics Engineering, VIT University Chennai,
Tamilnadu, India, May 2017
[7] ***, Protezarea,
http://www.imst.pub.ro/Upload/Studenti/SSS_2016/lucrarile_sesiunii_stud_2016/
PROTEZAREA_MEMBRULUI_SUPERIOR.pdf?fbclid=IwAR2dRUpxlE6fRVjNknK9pC9ff
HQyqlZ6OXc3AMm4 -cfkbytG4bL_TvKVLa8 , acce sat în data de 10.01.2019
[8] Șef.luc.dr.ing.Corneliu DRUGĂ, Suport de curs „Ingineria Protezarii”, Universitatea
Transilvania, Brașov
[9] Nitescu I., Evoluția protezelor, https://www.slideshare.net/IrinaNitescu/protezele –
bionice , accesat în data de 10.01.2019
[10] ***, Proteza SensorHand Speed și VariPlus Speed,
https://www.ottobock.ro/proteze/extremitatea -superioară/prezentare –
generală/dispozitive -mioelectrice -speedhands/ , accesat în data de 15.01.2019
[11] ***, Proteze modulare, https://www.scientia.ro/stiri -stiinta/82 –
tehnologie/4089 -proteze -cu-simt –
tactil.html?fbclid=IwAR1ptVeuFXP_5jDAsq9h8GNJ7x0Tf –
AXe3xYWo2puwNgjq6cWHVuaJmsKc0 , accesat î n data de 15.01.2019
[12] ***, Proteza bionica I -Limb Quantum, https://www.ortotech.ro/catalog –
produse/proteze/membrul -superior/detalii -proteza -bionica -i-limb –
quantum%28399%29?fbclid=IwAR1z6GLFsolLNMCREwSiR7eamTFsCB6X2IAGWycM
CjXaoN -ch0-o4nSulyk , accesat în data de 16.01.2019
[13] ***, Mâna protetică Michelangelo,
https://www.ottobock.ro/proteze/extremitatea -superioară/prezentare –
generală/sistemul -axon -bus-cu-mana -protetica -mich elangelo/ , accesat în data de
16.01.2019

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

81
[14] ***, Definiția mâinii, https://ro.wikipedia.org/wiki/Mână , accesat în data de
16.01.2019
[15] Jonathan MawKai, Yuen Wong, Patrick Gillespie, „Hospital medicine”, Hand
anatomy, Volumul 77, Ediția 3, 2 Martie 2016, ISSN: 1759 -7390
[16] ***, Structura osoasă a mâinii, http://www.sfatulmedicului.ro/Anatomia –
membrelor -superioare/anatom ia-mainii_5669 , accesat în data de 16.01.2019
[17] ***, Structura osoasă, https://anatomie.romedic.ro/oasele -mainii , accesat în
data de 16.01.2019
[18] ***, Secțiune transversală prin palmă,
http://www.scritub.com/medicina/SUPURATIILE -DEGETELOR -SI-ALE-
M184714513.php , accesat în data de 16.01.2019
[19] ***, Nervul ulnar,
http://cristiankinetoterapy.blogspot.com/2011_07_10_archive.html , accesat în data
de 16.01.2019
[20] ***, Structura articulațiilor, http://www.esanatos.com/anatomie/membrul –
superior/Articulatiile -mainii52427.php , accesat în data de 16.01.2019
[21] ***, Vasculatizația mâinii,
http://www.creeaza.com/referate/biologie/Anatomia -mainii118.php , accesat în data
de 16.01.2019
[22] BIOMECHANICS OF THE HUMAN HAND, Journal of Technology and Exploitation in
Mechanical Engineering, Vol. 3, no. 1, pp. 28 –33, ISSN 2451 -148X, 2007
[23] ***, Ha nd wrist,
http://www.orthopaedicmedicineonline.com/downloads/pdf/B9780702031458000727_we
b.pdf , accesat în data de 02.02.2019
[24] CRAIG L TAYLOR, Ph.D.,1 AND ROB ERT J. SCHWARZ, M.D. The Anatomy and
Mechanics of the Human Hand, http://www.oandplibrary.org/al/pdf/1955_02_022.pdf
[25] ***, Placa de dezvoltare Arduino Mega 2560,
https://www.robofun.ro/arduino/arduino_mega_compatibil , accesat în data de
07.02.2019
[26] ***, Placa de dezvoltare Mega 2560, https://sto re.arduino.cc/mega -2560 -r3,
accesat în data de 07.02.2019
[27] ***, YwRobot Breadboard Power Supply MB -V2,
https://opencircuit.shop/ProductInfo/1000154/Breadboard -Power -Supply.pdf ,
accesat în data de 10.02.2019
[28] ***, Breadboard 830, https://ardushop.ro/ro/electronica/33 -breadboard -830.html ,
accesat în data de 10.02.2019
[29] ***, Servomotor SG90, https://ardushop.ro/ro/electronica/93 -servomotor –
sg90.html?gclid=CjwKCAjwm -fkBRBBEiwA 966fZM3toxEhcWbOiThplbGW0Mdo9OrJ4PBjKy –
PMeRlnRGIhZXKOX7mrRoC4 -oQAvD_BwE , accesat în data de 10.02.2019
[30] ***, Servomotor SG90, http://www.electronics -lab.com/project/using -sg90 –
servo -motor -arduino/ , accesat în data de 10.02.2019

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

82
[31] ***, Muscle sensor V3, https://core -electronics.com.au/muscle -sensor -v3-
kit.html , accesat în data de 20.02.2019
[32] ***, Muscle sensor V3,
https://www.pololu.com/file/0J745/Muscle_Sensor_v3_users_manual.pdf
[33] ***, Catia V5, https://www.slideshare.net/prem1790/catia -v5-lecture -notes –
98685237 , accesat în data de 23.02.2019
[34] ***, Imprimanta 3D, https://www.robofun.ro/imprimanta -3d-40-
a?search=imprimanta%203d , accesat în data de 02.03.2019
[35] ***, https://learn.sparkfun.com/tutorials/pcb -basics/all , accesat în data de
02.03.2019
[36] Davi d L. Jones: PCB Design Tutorial, Revision A – June 29th 2004
[37] Jon Varteresian: Fabricating Printed Circuit Boards, Copyright © 2002, Elsevier
Science (USA), ISBN: 1 -878707 -96-5
[38] „Creativitate, inventică, robotică”, Buletinul AGIR, Editura AGIR, iunie2018,
ISSN –L 1224 -7928
[39] Jelle ten Kate, Gerwin Smit & Paul Breedveld , „3D-printed upper limb
prostheses”Disability and Rehabilitation: Assistive Technology , Feb 2017, ISSN:
1748 -3115
[40] ***, Arduino, https://www.arduino.cc/ , accesat în data de 10.03.2019
[41] Jonathan Maw , Kai Y uen Wong , Patrick Gillespie , ” Hand anatomy ”, Hospital
Medicine, Matrie 2016, ISSN: 1759 -7390
[42] M.Soubeyrandab B, Assabaha M, Béginb E, Laemmelc A, Dos Santosb M.Crézéad ,
„Hand Surgery and Rehabilitation”, V olumul 36, februarie 2017, ISSN: 2468 -1229
[43] Michael Levin -Epstein , ”Careers in Bimedical Engineering”, Editura Academic
Press, 2019, ISBN: 978 -0-12-814816 -7
[44] David L Limb, „Orthopaedics and Trauma”, Management of Osteoarfiritis of the
Wrist and Hand, Volumul 33, Februarie 2019, ISSN 1877 -1327
[45] Professor William R. Wagner, „Acta BioMaterialia”, Biomaterials for articular
cartilage tissue engineering: Learning from biology , Volumul 65, Ianuarie 2018, ISSN:
1742 -7061
[46] Hao Wang, Uday Kumar Vaidya, PhD, „Composites Part B: Engineering”, A
method to predict the ultimate tensile strength of 3D printing polylactic acid (PLA)
materials with different printing orientations , Volumul 163, Aprilie 2019, ISSN: 1359 –
8368
[47] L.G. Hultman, „Vacuum”, Progress in environmental -frien dly polymer
nanocomposite material from PLA: Synthesis, processing and applications, Volumul
146, Decembrie 2017, ISSN: 0042 -207X
[48] Eduardo Ruiz -Hitzky, Francisco M. Fernandes, „ Progress in Polymer Science ”,
Multifunctional nanostructured PLA materials for packaging and tissue engineering ,
Volumul 38, Octombrie 2013, ISSN: 0079 -6700

Universitatea Transilvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE P RODUS, MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

83
[49] Edgar Castro -Aguirre, Fabiola Iñiguez -Franco, Hayati Samsudin, Rafael Auras,
„Advanced Drug Deliv ery Reviews” , Poly(lactic acid) – Mass Production, Processing,
Industrial Applications, and End of Life, Volumul 107, Aprilie 2016, ISSN: 0169 -409X
[50] V. Marcu și M. Dan, Kinetoterapie/Physiotherapy, Oradea: Editura Universității
din Oradea, 2006.
[51] T. Sbenghe , Kinesologie: Știința mișcării, București: Editura Medicală, 2002.
[52] G. Drăguț, „Aspecte privind prototiparea și optimizarea sistemelor mecanice,”
nr. Nr. 2/2011, pp. 289 -297, 2011.
[53] P. Brown, „CAD: Do Computers Aid the Design Process After All?,” vol. 2, nr . Nr.
1, pp. 56 -66, 2009.
[54] R. Stamper și D. Dekker, „Utilizing rapid prototyping to enhance undergraduate
engineering education,” 2001.
[55] J. Comb, W. Priedman și P. Turby, „Layered manufacturing control parameters
and material selection criteria,” ASME, vol. 2, 1994.
[56] M. Burghilde și H. Gerber, Rapid Prototyping Technology – New Potential for
Offshore and Abyssal Engineering, Berlin: University of Applied Sciences, Berlin, 2003.
[57] T. M. Skirven, L. A. Osterman, J. M. Fedorczyk și P. C. Amadio, Rehabilitation of
the Upper Hand and Upper Extremity, Philadelphia: Elsevier Mosby, 2011.
[58] S. S. Kommu, Rehabilitation Robotics, Austria: I -Tech Education and
Publishing, 2007.
[59] J. L. Pons, Wearable Robots – Biomechatronic Exoskeletons, Madrid: John
Wiley & Sons, 2008.
[60] P. Berc e, M. Ancău, C. Caizar, N. Bâlc, S. Comșa, H. Jidare și H. Chezan,
Fabricarea rapidă a prototipurilor, București: Editura Tehnică, 2000.