Modeling of a human lumbar intervertebral joint mechanism
Wariant tytułu
Modelowanie mechanizmu triady kręgosłupa lędźwiowego człowieka
Autor
Ciszkiewicz, Adam
Promotor
Grzegorz Milewski
Data wydania
2016
Data obrony
11.01.2017
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Słowa kluczowe
functional spinał unit, optimization, Genetic Algorithm, elastostatic analysis
jednostka funkcjonalna kręgosłupa, optymalizacja, Algorytm Genetyczny, analiza elastostatyczna
Abstrakt
Nowadays, a growing interest in spine-segment mechanisms for humanoid robots can be observed. The ones currently avaiiable are mostly inspired by an intervertebral joint but rarely use its structure and behavior as input data. The aim of this study was to obtain a simple novel spine-segment mechanism directly from an actual intervertebral joint structure. The mechanism was to accurately represent the static behavior of the joint in selected aspects. A ligament system of a lumbar L4-L5 intervertebral joint was assumed to be the reference structure of the mechanism. The system was optimized with two approaches using Genetic Algorithm. In the first one the structure was optimized separately from parameters, while in the second one both optimizations were synchronous. The geometrical and stiffness parameters were constrained by the lumbar intervertebral joint reference data. The obtained mechanisms were able to accurately reproduce the elastostatic behavior of the intervertebral joint under moment loads. In conclusion, the simple spine-segment mechanism can be obtained from the geometrical and materiał data of the lumbar interyertebrai joint. Despite applications in humanoid robots, these results may aiso serve as an initial step in the design of prosthetic and orthotic devices for a human spine.
W dzisiejszych czasach można zauważa się rosnące zainteresowanie mechanizmami kręgosłupowymi dla robotów humanoidalnych. Układy dostępne w literaturze inspirowane są rzeczywistą triadą kręgosłupa, ale rzadko wykorzystują jej własności geometryczne i materiałowe w procesie modelowania. Celem pracy było otrzymanie nowego mechanizmu zastępującego triadę kręgosłupa lędźwiowego w robocie humanoidainym z wykorzystaniem struktury i geometrii rzeczywistego układu. Założono, że mechanizm powinien dobrze odzworowywać wybrane aspekty statycznego zachowania triady L4-L5 kręgosłupa lędźwiowego człowieka. Przyjęto, że układ więzadeł triady będzie strukturą odniesienia w procesie modelowania. Dalej, wykorzystując algorytm genetyczny, poszukiwano struktur, które spełniają założone wymagania. Geometria i własności materiałowe triady rzeczywistej ograniczały zakres poszukiwań. W efekcie uzyskano mechanizmy o zbliżonych charakterstykach sztywności kątowych oraz geometrii do triady kręgosłupa lędźwiowego L4-L5, Mechanizmy mogą zostać użyte do projektowania systemów kręgosłupa dla robotów humanoidalnych, a także do projektowania układów ortotycznych.
Klasyfikacja PKT
330931 Bioinżynieria
370919 Teoria mechanizmów i maszyn
330900 Biologia teoretyczna i doświadczalna
370900 Podstawy budowy maszyn
330000 Nauki biologiczne
370000 Budowa maszyn. Przemysł maszynowy i metalowy
Wydział
Wydział Mechaniczny
Licencja
Licencja PK. Brak możliwości edycji i druku.
Prawa dostępu
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
