Sistem pentru studiul mișcãrii degetelor CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație Piese scrise Piese desenate Anexe LOCUL… [309459]

[anonimizat]ÃRII

DEGETELOR

ENUNȚUL TEMEI:

Sistem pentru studiul mișcãrii degetelor

CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație

Piese scrise

Piese desenate

Anexe

LOCUL DOCUMENTĂRII:

Biblioteca Județeanã, Universitatea Tehnicã

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:

Conf. Dr. Ing. Titus CRIȘAN

Data emiterii temei: 01.10.2016

Termen de predare: 06.07.2017

[anonimizat],

(Conf. Dr. Ing. Titus CRIȘAN) (Diana STÃNCULESCU)

(semnătura) (semnătura)

Declarație-angajament: Deoarece acest proiect de diplomă/lucrare de disertație nu ar fi putut fi finalizat(ă) fără ajutorul membrilor departamentului de Instrumentație și Achiziții de date și a [anonimizat].

Data: 06.07.2017 Semnătura

Declarație: Subsemnata Diana STÃ[anonimizat], sub îndrumarea conducătorului științific și pe baza bibliografiei indicate de acesta.

Data: 06.07.2017 Semnătura

Introducere

Viața fiecãruia dintre noi este de neconceput fărã utilizarea mâinii. Atingem, ridicãm, simțim temperatura etc; toate aceste gesturi ar fi imposibile fãrã mobilitatea mâinii. Pierderea mobilitãții și forței mâinilor este o temere frecventã în rândul persoanelor care suferã de dureri articulare. Ĩn [anonimizat]ã ușor. Articulațiile normale posedã o mobilitate considerabilã permițându-ne sã realizãm diferite activitãți .

O varietate mare de probleme cauzeazã [anonimizat]-ne astfel mobilitatea și posibilitatea de a ne desfãșura activitãțile zilnice. Printre bolile care duc la pierderea mobilitãții sunt:

Artrita polireumatoidã;

Accidente vasculare cerebrale;

Reumatisme degenerative etc.

Deoarece multe dintre aceste boli apar și la persoanele tinere și au ca rezultat pierderea incapacitãții de muncã, tratarea lor devine o prioritate. Tratamentele pentru pierderea mobilitãții mâinii include și multã gimnasticã medicalã. Pentru a putea stabili acest plan de recuperare este nevoie sã se porneascã de la gradul de mobilitate al degetelor. [anonimizat] sã existe o bazã de date referitoare la fiecare pacient: [anonimizat] sã conținã evoluția mobilitãții degetelor pe parcursul tratamentului.

Lucrarea de fațã își propune sã studieze comportamentul unor traductoare de tip rezistiv folosite la detectarea și urmãrirea mișcã[anonimizat] a degetelor în cazul persoanelor ale cãror articulații sunt afectate. Studiul comportamentului s-a fãcut folosind un dispozitiv de tip mãnușã, iar mișcãrile au fost efectuate atât pe o mânã realã cât și pe o machetã de lemn. Aceste rezultate experimentale pot ajuta la întocmirea planului de reuperare fizicã și la urmãrirea evoluției pacientului prin stabilirea trasabilitãții.

CAPITOLUL 1

Considerații teoretice

Aspecte anatomice

Mâna:

Mâinile sunt cele două extremitãți prehensile și prevãzute cu degete ale membrelor superioare umane. Fiecare deget posedã o unghie, formatã din cheratinã. Mâna este principalul organ al manipulãrii. Vârful degetelor este una dintre zonele cu cele mai multe terminații nervoase din organism și este principala sursã de informație tactilã din mediul extern. Ca și în cazul celorlalte organe perechi ( picioare, urechi, ochi etc ), fiecare mânã este controlatã de emisfera creierului opusă pãrții corpului în care se aflã.

Scheletul mâinii:

Este format din oasele carpiene, metacarpiene și falange ( oasele degetelor ).

Oasele carpiene

Sunt în numãr de opt, fiind dispuse pe două rânduri:

proximal – începând de la police în direcția degetului mic, se gãsesc patru oase: scafoidul, semilunarul, piramidalul, pisiformul;

distal – se gãsesc alte patru oase: trapezul, trapezoidul, capitatul și osul cu cârlig.

Oasele metacarpiene

Metacarpul constituie scheletul palmei și al dosului mâinii. Este format din cinci oase metacarpiene .

Metacarpienii sunt oase lungi și perechi. Prezintã un corp, o bazã și un cap.

corpul este prismatic triunghiular și prezintã o fațã dorsalã, o fațã lateralã și o fațã medialã ;

baza este voluminoasã și se articuleazã cu oasele capului și cu metacarpienii învecinați;

capul rotunjit se articuleazã cu falanga proximalã.

Oasele degetelor

Degetele sunt în numãr de cinci. Fiecare deget are câte un nume: police ( Pollex ), indice (Index ), mediu ( Digitus medius ), inelar ( Digitus anularis ) și mic ( Digitus minimus ). Oasele care formeazã degetele se numesc falange. Se gãsesc în total paisprezece falange, deoarece fiecare deget are trei, în afară de police care are numai douã.

Falanga proximalã:

Are caracterele unui os lung, ce prezintã un corp, o bazã și un cap.

corpul, turtit anteroposterior are o fațã anterioarã, planã, dorsalã, convexã;

baza prezintã o cavitate articularã pentru capul metacarpianului;

capul se articuleazã cu baza falangei mijlocii.

Falanga mijlocie:

corpul este asemãnãtor cu cel al falangei proximale, dar mai scurt;

baza prezintã o cavitate de recepție pentru trohleea de pe capul falangei proximale;

capul are formã de trohlee pentru articularea cu falanga distalã.

Falanga distalã:

are un corp foarte redus;

baza seamãnã cu cea a falangei mijlocii;

capul falangei distale are o fațã dorsalã ce rãspunde unghiei și o fațã palmarã pe care se gãsește o tuberozitate rugoasã în formã de potcoavã care servește ca suport pulpei degetului.

Mușchii mãinii

Deși cel mai mic segment al membrului superior, mâna posedã un aparat muscular complex, în raport cu mișcãrile fine pe care le executã. Are mușchi numai pe fața palmarã și în spațiile interosoase, fața dorsalã conținând doar tendoanele mușhilor posteriori ai antebrațului.

Cei nouãsprezece mușchi ai palmei sunt grupați în trei regiuni:

regiune radialã care cuprinde mușchii ce deservesc degetul mare;

regiune medialã cu mușchii ce deservesc degetul mic;

regiune mijlocie cu mușchii interosoși și lombicali.

Extensorii extrinseci

Mușchii extensori sunt toți extrinseci, cu excepția unuia singur care este implicat în extensia articulației interfalangiene. Acest grup de mușchi constã în trei extensori ai articulației pumnului și un grup mare de extensori ai policelui și degetelor. Extensorul comun al degetelor, extensorul propriu indexului și extensorul degetului mic, efectueazã extensia degetelor.

Ei își au inserția la baza falangei mijlocii și la baza falangei distale. Abductorul policelui, extensorul scurt al policelui și extensorul lung al policelui determinã extensia acestuia. Retinaculul extensorilor previne supraîntinderea tendoanelor de la nivelul încheieturii și separă tendoanele în șase compartimente. Extensorii comuni ai degetelor prezintã o serie de tendoane pentru fiecare deget în parte, având un corp muscular comun și cu punți intertendinoase între ele. Indexul și degetul mic au fiecare funcții de extensii independente prin extensorul propriu al indexului și extensorul degetului mic.

Flexorii extrinseci

Flexorii extrinseci constau în trei flexori ai încheieturii și un grup mare de flexori ai policelui și degetelor. Mușchiul flexor radial al carpului este principalul flexor al încheieturii, alãturi de flexorul ulnar al carpului și lungul palmar, care lipsește la 15% din populație. La nivelul palmei, tendonul flexorului superficial al degetelor se găseste alãturi de tendonul profund. Relația dintre tendoanele flexorilor și articulația pumnului, articulația metacarpofalangianã și cea interfalangianã este menținutã printr-un sistem reticulat care previne efectul de supraîntindere.

Mușchii intrinseci

Mușchii intrinseci se gãsesc în totalitate la nivelul mâinii. Ei sunt împãrțiți în patru grupe: tenară, hipotenarã, lumbricalã și mușchii interosoși.
Grupul tenar constã în adductorul scurt al policelui, flexorul scurt al policelui, opozantul policelui și mușchii adductori ai policelui. Grupul hipotenar constă în: palmarul scurt, abductorul degetului mic, flexorul degetului mic, opozantul degetului mic. Acest grup de mușchi își are originea în retinaculul flexorilor și oasele carpiene și se insereazã la baza falangei proximale a degetului mic.
Mușchii lumbricali contribuie la flexia articulațiilor metacarpofalangiene și la extensia articulațiilor interfalangiene. Ei își au originea în tendoanele flexorilor digitali profunzi la nivelul palmei și se inserã la nivelul aspectului radial al tendoanelor extensorilor la nivelul degetelor. Interosoșii dorsali realizeazã adducția degetelor, în timp ce interosoșii ventrali realizeazã adducția degetelor spre axul mâinii.

Degetele nu conțin mușchi, ci doar ligamente și tendoane provenite din mușchii mâinii și ai antebrațului. Ultimele patru degete conțin astfel, fiecare, câte două tendoane lungi, de flexie și de extensie, care provin din mușchii antebrațului. Policele este controlat de tendoanele mușchilor extensori și flexori și de douã ligamente principale ( lateral interior și lateral exterior ).

Ligamentele degetelor:

Sunt înconjurate de membrane fibroase formate din țesut ligamentar. Aceste membrane permit evitarea fricțiunilor dintre ligamente, nervii și vasele alãturate în timpul contracției. Ĩn plus, aceste membrane formează o capsulă articulară groasă și în locul în care se întâlnesc cu articulațiile interfalangiene sau cu articulațiile meracarpofalangiene și un metacarpian.

Degetele, de asemenea, sunt bine protejate: tendonul lung al mușchiului flexor al policelui are propia membranã. Indexul, mediusul și inelarul au de asemenea o membranã individualizatã în canalul digital, în timp ce auricularul are o membranã comunã cu tendoanele mușchilor flexori ai degetelor lungi.

Mișcãrile:

Articulațiile carpometacarpiene (CM) permit numai mișcãri de alunecare.

Articulațiile intercarpiene (IC) sunt diartroze iforme, deci permit tot mișcãri de alunecare.

Articulațiile degetelor permit în articulațiile metacarpofalangiene (MCF):

flexie – apropierea de u-ul palmei;

extensie – depãrtare de u-ul palmei;

Flexia este mișcarea prin care palma se apropie de fața anterioarã a antebrațului. Extensia este mișcarea prin care dosul mâinii se apropie de fața posterioarã a antebrațului. Ĩn flexie, primul rând carpian se înclinã pe oasele antebrațului. Axul mișcãrii trece prin osul semilunar. Al doilea rând carpian se mișcã pe primul. Mișcarea se executã împrejurul unui ax transversal care trece prin osul capitat. Flexia are loc în cea mai mare masurã în articulația radiocarpianã, pe când extensia în cea mediocarpianã. Limitarea mișcãrilor este facutã de ligamentele palmare și dorsale și, în special, de tendoanele mușchilor flexori și extensori ai degetelor.

abducția – depãrtarea de axul median al mâinii care trece prin medius;

adducția – mișcarea inversã;

Abducția sau înclinarea ulnarã este mișcarea prin care marginea ulnarã a mâinii se înclinã cãtre marginea respectivã a antebrațului. Mecanismul acestor mișcãri este de o mare complexitate și încã nu pe deplin elucidat. Aceste mișcãri se executã împrejurul unui ax anteroposterior care trece prin centrul osului capitat. Celelalte oase carpiene basculeazã în jurul acestui centru. Astfel, în mișcarea de abductie, rîndul proximal al carpului se inclinã spre interior în așa fel încât scafoidul ajunge la mijlocul suprafeței radiale, iar semilunarul trece sub ulnã. Limitarea abducției se face de cãtre ligamentele laterale.

Mișcãrile de adductie-abductie sunt însoțite de mișcãri accesorii de flexiune-extensiune, care se produc în jurul unui ax transversal ce trece prin centrul osului capitat.

Ĩn abducție, rândul proximal al carpului se deplaseazã înainte ( flexiune ), pe când în adductie, mișcarea este inversã; rândul proximal se deplaseazã înapoi ( extensiune ).

Mișcãrile sunt însoțite de mișcãri foarte reduse de rotație în jurul unui ax longitudinal, astfel cã înclinarea radialã atrage cu sine o usoarã pronație, iar cea ulnarã o ușoarã supinație.

circumducție;

rotație axialã ( internã sau externã ) – doar executatã pasiv, fiind imposibil de executat activ.

Se executã numai flexie și revenire din flexie, extensia fiind limitatã de suprafețele articulare, mușchii lombricali și capsula anterioarã.

Mișcãrile policelui sunt diferite de ale celorlalte degete, el fiind situat într-un perpendicular pe celelalte degete.

Spre deosebire de ultimele patru degete, care au posibilitați mai reduse de mișcare, policele poate executa mișcãri mai ample și variate.

Mișcãrile policelui astfel înțelese se produc împrejurul a două axe: unul anteroposterior care trece prin baza metacarpianului și altul radioulnar ce trece prin trapez.

opoziția rezultã din combinarea a trei mișcãri:

– o mișcare unghiularã, prin care vârful policelui descrie un arc de 120°, între punctul cel mai îndepãrtat de axul longitudinal al mâinii și un punct care depãșește în direcție medialã aceastã axã;

– o mișcare concomitentã de rotație de 90° a policelui în jurul axei lui longitudinale;

– o mișcare de flexiune a ultimei falange pe prima și a acesteia pe metacarpian.

Mișcarea de opoziție se realizeazã prin contracția unui mare numar de mușchi.

Articulațiile degetelor:

Articulațiile metacarpofalangiene

Articulațiile metacarpofalangiene prezintã urmãtoarele mișcãri:

Mișcãri de flexie și extensiune ale degetelor. Ele se executã împrejurul unui ax radioulnar care trece prin capul metacarpienilor. Ĩn flexiune, prima falangă se înclinã pe palma mâinii ca în închiderea pumnului, iar în extensiune ea se depãrteazã de aceasta. Aceste mișcãri se produc fie simultan, fie izolat în cele trei articulații ale degetelor.

extensia degetelor

Este produsă prin acțiunea mușchiului extensor al degetelor.

înclinarea lateralã

Prin aceastã mișcare, falanga poate fi dusã în sens ulnar ( adducție ) sau radial ( abducție ) în jurul unui ax dorso-palmar ce trece prin capul metacarpienilor. Aceastã mișcare de înclinare marginalã este posibilã numai cu degetele în extensie.

circumducția

Rezultã din executarea succesivã a mișcãrilor descrise anterior: flexie, înclinare ulnarã, extensie, înclinare radialã sau invers.

Articulațiile interfalangiene

Ĩn aceste articulații se pot executa: mișcãri de flexiune, prin care degetele se apropie de palmã și miscãri de extensiune, prin care se departeazã. Aceste mișcãri se produc în jurul unui ax transversal ce trece prin trohleea extremitãții distale a falangelor I și II.

Privire de ansamblu asupra mișcãrilor degetelor:

Mișcãrile executate de degetele noastre sunt nu numai de o mare finețe, dar și de o apreciabilã eficacitate. Policele, executând mișcarea de opoziție, realizeazã timpul principal a prehenziunii.

Ĩn aceastã mișcare se reflectã toate falangele degetelor II, III, IV și V, iar degetul mare se aplicã pe acestea. Fãrã police, mâna nu poate executa decât mișcãri de împingere, de susținere sau mișcãri de prehenziune între celelalte degete, precum și între acestea și podul palmei, însã cu o forțã redusã.

Ĩn aceastã situație, persoana respectivã prezintã o scadere a capacitãții funcționale a mâinii cu 60%. Indexul intervine ca unul din stabilizatorii principali ai mișcãrii de prehenziune și în același timp este și un deget de sesizare a formelor obiectelor. Degetul mediu este degetul de forțã. Inelarul secundeazã pe precedentul în acțiunile de efort. Degetul mic conferã o mai deplinã siguranțã a actului de prehenziune. Ĩn actul scrisului se reflectã primele falange și se extind falangele II si III.

flexie – este mișcarea de depãrtare de celelalte degete în u-ul palmei;

extensie – este mișcarea de apropiere de celelalte degete în u-ul palmei;

abducție  – este mișcarea de departare de celelalte degete într-un perpendicular pe u-ul palmei;

adducție –  este mișcarea de apropiere de celelalte degete într-un perpendicular pe u-ul palmei;

opozabilitate – este mișcarea de apropiere a buricului policelui de buricul degetului mic.

Dacã la celelalte degete mișcãrile acestora se realizeazã predominant din articulațiile MCF la police mișcãrile acestuia se realizeazã predominant la nivelul articulației carpometacarpiene.

Senzori de poziție și deplasãri unghiulare mici

Senzor = dispozitiv tehnic care reacționeazã la anumite proprietãți fizice sau chimice ale mediului din preajma lui. Ca parte componentã a unui aparat sau sistem poate mãsura/înregistra de exemplu presiunea, umiditatea, câmpul magnetic, accelerația, forța, intensitatea sonorã, radiații etc.

Traductoare analogice de deplasare

Principalele caracteristici tehnice ale traductoarelor:

domeniul de măsurã- reprezintã deplasarea maximã pe care acesta o poate mãsura;

puterea de rezoluție- reprezintã mãrimea minimã a deplasării ce poate fi sesizatã de traductor;

precizia- reprezintã eroarea cu care acesta furnizeazã informații asupra deplasãrii, sau poziției relative a elementului mobil ( sania mașinii ), în comparație cu un dispozitiv de mãsurã etalon;

repetabilitatea- reprezintã precizia cu care o poziție oarecare impusã a elementului mobil a cărui poziție sau deplasare o mãsoarã poate fi reprodusã în mod repetat;

sensibilitatea- reprezintã raportul dintre variația semnalului la ieșire și variația mărimii deplasãrii măsurate ( semnal de intrare ).

Criterii dupã care pot fi clasificate sistemele de mãsurare a deplasãrii:

dupã forma traiectoriei: liniare; rotative;

dupã modalitatea de reprezentare efectivã a semnalului de ieșire:

analogice;

numerice (digitale).

În cazul sistemelor analogice, mãrimea deplasãrii într-un interval dat este reprezentatã în mod proporțional prin amplitudinea sau durata unui semnal electric ( curent, tensiune ).

Sistemele numerice (digitale) utilizeazã în funcționare impulsurile de tensiune, definite ca treceri succesive de la nivelul logic 0 la nivelul logic 1 sau invers. Nivelele 1 și 0 logic sunt date de un anumit nivel al tensiunii electrice propriu fiecãrui fabricant.

după modalitatea de definire a poziției față de sistemul de referință considerat fix (poziția 0):

sisteme analogice: absolute; ciclic absolute;

sisteme digitale: absolute; incrementale; ciclic absolute .

Traductoare rezistive

Aceste traductoare transformã o deplasare liniarã sau unghiularã într-o variație a rezistenței unui reostat sau potențiometru. Elementul sensibil al traductoarelor rezistive de deplasare este un resistor de construcție specialã, care asigurã o proporționalitate între valoarea rezistenței R și deplasarea s, prin intermediul sensibilitãții , a traductorului : , notând , constanta traductoului: unde este rezistența maximã a traductorului, corespunzãtoare poziției maxime a cursorului acestuia.

Aceste traductoare pot fi de douã feluri:

Deplasare liniarã – subansamblul mobil a cãrui deplasare se mãsoarã, este conectat cu cursorul ce alunecã pe înfãșurarea rezistivã de unde rezultã ca variația rezistenței electrice este masuratã prin cãderea de tensiune între capãtul fix de rezistențã zero și cursor.

Pentru a obține o precizie satisfãcãtoare, traductoarele liniare trebuie să aibã o lungime mai mare sau egalã decât deplasarea obiectului

Deplasare unghiularã – se utilizeazã un potențiometru de formã circularã, care este obținut prin bobinarea unui fir rezistiv pe un suport izolator peste care alunecã un cursor.

Când acesta este alimentat la o tensiune continuã stabilizatã, rezistența la ieșirea potențiometrului și tensiunea de ieșire depind numai de unghiul de rotație α.

Temperatura maximã de lucru se limiteazã la valori de (100÷120) ° condiționatã de valoarea tensiunii mecanice în fir.

Traductoarele cu contacte sunt destinate determinãrilor poziționale, fiind caracterizate prin variația în trepte a rezistenței.

Gama de mãsurare a traductoarelor rezistive liniare variazã între 0.01 și 100 mm, iar pentru cele unghiulare între 0 ° și 358 °. Variația în trepte a rezistenței prezintã un inconvenient, ceea ce duce la apariția unor erori invers proportionale cu numãrul de spire al rezistenței.

Eroarea relativã de discontinuitate în apropierea extremitãților cursei este: , pentru deplasarea liniară , iar pentru deplasarea unghiularã , iar N reprezintã numãul de spire.

Principalele surse de erori ale traductoarelor rezistive sunt: discontinuitatea variației cu deplasarea, neuniformitatea de bobinare și neuniformitatea rezistenței conductorului, deci sunt necesare mãsurãri precise asupra materialelor utilizate, precum și alegerea unor soluții de realizare contructivã la care erorile sã fie minime.

Principalele avantaje ale acestor traductoare sunt: alimentare în curent continuu, pentru prelucrarea semnalului nemaifiind necesare circuite de modulare-demodulare, valoare bunã a semnalului de ieșire, ceea ce permite o mãsurare directă, raport favorabil între dimensiunea traductorului și deplasarea maximã de mãsurat. Dezavantajul primordial se referã la necesitatea unor forțe de acționare.

CAPITOLUL 2

Dispozitivul experimental

Dispozitivul experimental se compune dintr-o parte hardware ce conține materialele principale utilizate pentru realizarea proiectului și una software în care este prezentat programul Arduino folosit.

Configurația hardware

Pentru a putea efectua mãsurãtorile necesare în cadrul acestui proiect, am utilizat urmãtoarele elemente:

Macheta mâinii

Pentru a avea un model cât mai apropiat de realitate, am utilizat o mânã confecționatã din lemn cu articulații care sã poatã sã redea în proporție de 90% mișcãrile încheieturii cât și ale degetelor. Am ales acest material pentru a nu apãrea influențe externe ( magnetizare, demagnetizare, inducție etc ). Articulațiile de la încheietura palmei cât și a degetelor mi-au permis sã reproduc mișcãri foarte apropiate de cele pe care un om le face în mod uzual ( flatter și mișcarea de prindere).

Mãnușã chirurgicalã

Am utilizat o manușã chirurgicalã din latex ( mãrimea s ), care se muleazã aproape perfect pe mâna de lemn și permite mișcãrile din articulațiile degetelor și ale palmei. Am ales acest material pentru mãnușã deoarece este subțire și permite senzorului sã citeascã valorile cu o eroare foarte micã.

Senzori de îndoire

Am folosit doi senzori care își modificã rezistența proporțional cu gradul de îndoire. Pe masurã ce senzorii sunt îndoiți, rezistența acestora ( mãsuratã între cei doi pini metalici ) se modificã.

Senzorii au fost lipiți pe mãnușa chirurgicalã pe degetul arãtãtor, unul în partea superioarã și celãlalt în partea inferioarã. Am utilizat douã traductoare deoarece am vrut sa acopãr foarte bine fiecare articulație pentru a se putea face mãsurãtori cât mai veridice.

Diagrama dimensionalã:

Senzorii folosiți au caracteristicile tehnice stipulate în tabelul de mai jos:

Arduino Uno

Arduino UNO este o platformã de procesare open-source, ce constã într-o platformã construitã în jurul unui procesor de semnal. Aceasta este capabilã de a prelua date din mediul înconjurãtor printr-o serie de senzori și de a efectua acțiuni asupra mediului ( prin intermediul luminilor, motoarelor, servomotoare și alte tipuri de dispozitive mecanice ). Procesorul este capabil sã ruleze cod scris într-un limbaj de programare. Aceastã placã se conecteazã la portul USB al calculatorului folosind un cablu de tip USB A-B.

Acesta are urmãtoarele caracteristici prezentate în tabelul de mai jos:

Modul de realizare a sistemului de mãsurare:

Pe macheta de lemn s-a pus mãnușa chirurgicalã sã stea cât mai întinsã. Aceasta trebuie sã urmãreascã aproape perfect conturul mâinii și sã permitã articulațiilor degetelor și ale palmei sã urmeze o mișcare cât mai aproape de normalitate.

Pentru a putea scoate și reintroduce mãnușa mai ușor, am tamponat mâna cu pudrã de talc.

Dupã fixarea mãnușii, am poziționat mâna în așa fel încât degetele sã fie paralele cu solul. Ĩn aceastã poziție a degetelor am lipit doi senzori, unul pe partea superioarã a indexului arãtãtor de la ultima încheieturã a degetului cu palma pânã la încheietura ultimei falange. Fixarea senzorilor pe manușã am facut-o cu aracet, dupã ce în prealabil am degresat mãnușa. Dupã lipirea traductoarelor ( senzorilor ), am lãsat mâna nemișcatã timp de 24 de ore pentru a se putea face o aderențã maximã.

Schema electricã:

Sistemul de mãsurare final:

Aplicația Software

Am conectat placa Arduino la calculator cu ajutorul unui cabu USB de tip A-B pentru a putea fi posibilã programarea plãcii. Pentru a putea transforma valorile analogice date de cãtre senzori în valori digitale, am programat placa Arduino dupã cum urmeazã:

Orice program Arduino are douã secțiuni. Secțiunea "SETUP" este rulatã doar o singurã datã, atunci când placa este alimentatã și secțiunea "LOOP", care este rulatã în ciclu, atâta timp cât este alimentatã placa.

Ĩn rutina "SETUP" am pus un cod de inițializare:

PinMode (pin= numãrul pinului al cãrui mod am dorit sã îl setez, mod= INPUT sau OUTPUT).

Aceastã sintaxã configureazã pinul specificat sã se comporte fie ca intrare, fie ca ieșire.

SerialBegin (viteza= în biți pe secundã).

Acestã linie de cod seteazã rata de date în biți pe secundã pentru transmisia de date în serie.

Ĩn rutina "LOOP" am scris partea principalã a programului:

AnalogRead (senzor) citește valoarea de pe pinul analogic specificat;

SerialPrint (“ “) tipãrește date cãtre portul serial ca și text ASCII, care poate fi citit de om.

Numerele sunt imprimate folosind un caracter ASCII pentru fiecare cifrã.

DigitalRight (pin= numãrul pinului, valoare= HIGH sau LOW).

Dacã pinul a fost configurat ca și OUTPUT, tensiunea acestuia va fi setatã la valoarea de 5V pentru HIGH și 0V pentru LOW, iar dacã pinul este configurat ca și INPUT, sintaxa va activa HIGH sau va dezactiva LOW pe pinul de intrare.

Delay (ms= numãrul de milisecunde de pauzã).

Acest delay întrerupe programul pentru perioada de timp pe care am specificat-o ca și parametru.

CAPITOLUL 3

Rezultate experimentale

Modul de funcționare a sistemului

La mișcarea de flatter sau de prindere, senzorii se îndoaie umãrind traiectoria degetului. Aceastã îndoire este convertitã în valori numerice de cãtre convertorul din componenta plãcii de dezvoltare Arduino Uno. Valorile se utilizeazã pentru interpretarea gradului de îndoire a degetului, respectiv a spasmelor musculare.

Pentru exemplificarea mișcãrii degetelor în timpul mãsurãtorilor efectuate, am atașat câte douã fotografii pentru fiecare poziție a indexlui. Prima fotografie din fiecare calup este o mânã experimentalã, iar cea de a doua este o mânã umanã. Am ales aceste douã variante pentru a arãta similitudinea mișcãrilor.

Pentru a putea indentifica mai bine pozițiile în timpul mãsurãtorii, am numerotat articulațiile conform figurii de mai jos:

Date experimentale

Pentru a evidenția cât mai clar valorile înregistrate de senzori în timpul mișcãrii degetului, am efectuat douã tipuri de mãsurãtori:

mãsurãtori pentru fiecare articulație în parte;

mãsurãtori în cazul mișcãrii simultane ale celor trei articulații ale degetelor.

Ĩnregistrarea valorilor mãsurate în cazul mișcãrii de flatter și a celei de prindere a fost facutã în tabele care conțin urmatoarele date:

coloana întâi: poziția degetului în timpul mãsurãtorii;

coloana a doua, a treia și a patra reprezintã unghiurile articulațiilor degetelor fațã de poziția de pornire;

coloana cinci și șase: în aceste coloane sunt trecute valorile date de traductoare;

coloana șapte și opt: se gãsesc valorile date de traductoare, reprezentate în Volți.

Am utilizat Trendline-ul pentru a afișa grafic tendințele datelor. O astfel de analiză este denumită și analiza de regresie.

Mãsurãtori pentru fiecare articulație în parte

La efectuarea mãsurãtorilor pentru fiecare articulație în parte, am folosit mai multe unghiuri de îndoire pentru a avea o situație mai clarã. Toate valorile înregistrate de cãtre traductoare pentru fiecare mișcare a ligamentelor le-am trecut în tabelul 2 pentru articulația unu, tabelul 3 pentru articulația doi și tabelul 4 pentru articulația trei.

Dupã finalizarea mãsurãtorilor, am reprezentat grafic valorile înregistrate de senzori în funcție de unghiul de îndoire.

Figurã, date obținute și graficele aferente pentru articulația numãrul unu:

Figurã, date obținute și graficele aferente pentru articulația numãrul doi:

Figurã, date obținute și graficele aferente pentru articulația numãrul trei:

Mãsurãtori în cazul mișcãrii simultane ale celor trei articulații ale degetelor

Mișcarea de prindere

Poziția de pornire (figura 16) în cazul mãsurãtorilor fãcute la mișcarea de prindere este paralelã cu solul. Ĩn aceastã poziție senzorul este drept și sesizeazã o valoare de pornire ( tabelul 2 – poziția 1).

Dupã înregistrarea valorilor din poziția de pornire începem mișcarea de prindere

( fotografiile 20-26) prin îndoirea articulațiilor. Concomitent are loc și procesul de îndoire al senzorului.

Ĩn momentul în care sunt îndoite primele articulații, traductorul 1 se curbeazã dupã deget și înregistreazã valorile din tabelul 5 coloana cinci. Ĩn momentul în care se îndoaie și cea de-a treia articulație traductorul 2 se curbeazã și începe sã înregistreze valori .

Toate mãsurãtorile în cazul poziției de prindere au fost fãcute pentru diferite unghiuri de îndoire a indexului. Valorile înregistrate pentru cele douã traductoare au fost reprezentate sub formã graficã.

Poze, tabel și grafice aferente mișcãrii de prindere:

Mișcarea de flatter

Mișcarea de flatter este mișcarea facutã de index utilizând doar prima articulație ( cea care leaga degetul de palma ) farã a îndoi ligamentele doi și trei.

Poziția de pornire pentru efectuarea mãsurãtorilor în cazul mișcãrii de flatter este identicã cu cea a mișcãrii de prindere. Ĩn momentul în care degetul se mișcã sus – jos, acesta îndoaie ”traductorul 1” care sesizeazã diferite valori în fucție de unghiul pe care îl face degetul fațã de orizontalã. Deoarece articulația trei și doi rãmâne fixã pe tot parcursul mișcãrii de flatter, valorile înregistrate de ”traductorul 2” sunt aceleași indiferent de unghiul pe care îl face degetul în timpul mișcãrii din articulația unu. Valorile date de cãtre traductoare pentru diferite unghiuri ale indexului sunt trecute în tabelul 6 și 6.1. Cea mai finã mișcare vizibilã este cea de 9 °, iar cea maximã este de 54 °. Dupã încheierea mãsurãtorilor am reprezentat grafic evoluția acestor valori în funcție de poziția degetului.

Poze, tabel și grafice aferente mișcãrii ascendente de flatter :

Pentru a avea o variație mai micã de tensiune, senzorului 1 i-am adaugat douã rezistențe. Noile valori înregistrate pentru traductor au fost reprezentate sub formã graficã și puse în tabele.

Mișcarea de prindere:

Mișcarea de flatter ascendentã și descedentã:

Mãsurãtori pentru fiecare articulație în parte:

CAPITOLUL 4

Concluzii și bibliografie

Lucrarea de fațã și-a propus sã studieze comportamentul unor traductoare de tip rezistiv folosite la detectarea și urmãrirea mișcãrilor mâinii, în particular a degetelor în cazul persoanelor a cãror articulații sunt afectate. Studiul comportamentului a fost efectuat folosind un dispozitiv de tip mãnușã, iar mișcãrile au fost fãcute atât pe o mânã realã cât și pe o machetã de lemn. Aceste rezultate experimentale pot ajuta la întocmirea planului de recuperare fizicã și la urmãrirea evoluției pacientului prin stabilirea trasabilitãții.

Rezultatele exprimentale dovedesc viabilitatea metodei sistemului experimental propus, iar rezultatele se încadreazã în limitele estimate teoretic.

Pentru viitor se preconizeazã folosirea unui sistem de doi senzori pe fiecare deget care sã permitã determinarea simultanã a poziției tuturor degetelor și eventual forțele de apãsare dezvoltate de cãtre sistem. De asemenea, pe viitor se prevede echiparea sistemului cu un modul de comunicare la distanțã care sã permitã o monitorizare în timp real a mișcãrilor.

Bibliografie

[1]https://ro.wikipedia.org/wiki/M%C3%A2n%C4%83;

[2]http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/Traductoare%20de%20pozitie%20si%20deplasare.pd;

[3]Nicolae D. Dragomir, Rodica Holonec, G. Târnovan, Sorin Popescu, Titus Crișan -Mãsurarea electricã a mãrimilor neelectrice, volumul I- anul 1998

[4]https://www.google.ro/search?q=miscarile+mainii&client=firefoxbab&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiK55i8rNPTAhWDECwKHdlgBh8Q_AUICigB&biw=1366&bih=659#tbm=isch&q=miscarile+degetelor;

[5]http://anatop.usmf.md/wp-content/blogs.dir/97/files/sites/97/2015/03/Anatomia-Topografica-a-M%C3%A2inii.pdf;

[6] Peter Abrahams – Atlasul corpului uman-;

[7] Markus Voll și Karl Wesker – Atlas de anatomie;

[8]https://www.arduino.cc/

[9]https://www.robofun.ro/arduino

[10]https://www.google.ro/search?q=poza+mana&client=firefox-b-ab&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwisgMC18-7UAhWiZpoKHSHSCsgQ_AUICigB&biw=1366&bih=659#tbm=isch&q=miscarea+degetelor&imgrc=_