Date post: | 03-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | paun-miykael |
View: | 77 times |
Download: | 3 times |
Investeşte în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5 „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”
Titlul proiectului: „Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale (INED)”
Numărul de identificare al contractului: POSDRU/88/1.5/S/59321
Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov
Universitatea Transilvania din Braşov
Şcoala Doctorala Interdisciplinara
Centrul de cercetare: Sisteme electrice avansate
Ing. Mircea IONESCU
Studii privind acţionările
hidropneumatice în ingineria medicală
Studies on hydro-pneumatic actuators
in medical engineering
Conducător ştiinţific
Prof.dr.ing. Ileana-Constanţa ROŞCA
BRASOV, 2012
MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov
Nr. 5318 din 26.07.2012
PREŞEDINTE: Prof.dr.ing. Olimpiu MUNTEANU
Universitatea Transilvania din Braşov
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.dr.ing. Ileana-Constanţa ROŞCA
Universitatea Transilvania din Braşov
REFERENŢI: Prof.dr.ing. Vistrian MĂTIEŞ
Universitatea Tehnică Cluj-Napoca
Prof.dr.ing. Mirela TAŞCĂU-TOTH
Universitatea Politehnica Timişoara
Prof.dr.ing. Luciana CRISTEA
Universitatea Transilvania din Braşov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat:
28.09.2012, ora 9,30, sala ICDT-L-11.
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi
în timp util, pe adresa [email protected], [email protected] .
Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat.
Vă mulţumim.
1
CUPRINS Pg.
teza
Pg.
rezumat
Cap. 1. INTRODUCERE 9 3
Cap. 2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIUL ACŢIONĂRILOR
HIDROPNEUMATICE APLICATE ÎN INGINERIA MEDICALĂ
14 5
2.1. Fundamente ale acţionarilor hidropneumatice 14 5
2.1.1. Componente hidropneumatice 16 7
2.1.2. Circuite pneumatice 31 14
2.2. Aplicaţii ale sistemelor hidropneumatice in ingineria medicală 33 15
2.3. Aparate de recuperare locomotorie și tratament 36 16
2.3.1. Proteze 36 16
2.3.2. Orteze 47 19
Cap. 3. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT 51 20
Cap. 4. BAZELE BIOMECANICE ALE CERCETĂRII 53 21
4.1. Noţiuni generale 53 21
4.2. Noţiuni privind aparatul locomotor 54 21
4.2.1. Sistemul osos 54 21
4.2.2. Sistemul articular 56 22
4.2.3. Sistemul muscular 60 23
4.3. Noţiuni de anatomia și fiziologia mâinii 64 24
4.3.1. Schelet 64 24
4.3.2. Musculatura membrului superior 67 25
4.3.3. Sinteza acţiunilor muşchilor centurii scapulare şi ai braţului 68 25
4.3.4. Forţa musculară 71 27
4.5. Cinematica mâinii 76 27
4.6. Dinamica mâinii 78 28
4.6.1. Forţele de acţiune şi de reacţiune 79 28
4.6.2. Evaluarea prehensiunii 81 28
4.7. Modelarea mâinii 83 29
4.7.1. Introducere 83 29
4.7.2. Modele ergonomice ale mâinii 84 30
4.7.3. Model biomecanic al mâinii 85 30
4.7.4. Modelarea cinematică a membrului superior 86 30
4.7.5. Acţiunea musculară şi a tendoanelor 95 31
4.7.6. Ligamente 99 32
4.7.7. Pielea si contactul cu obiecte 100 32
4.9. Tehnici de kinetoterapie a mâinii 105 32
4.9.2. Tehnici specifice mâinii 108 33
Cap. 5. CONCEPŢIA ȘI REALIZAREA UNUI SISTEM DE ANTRENAMENT KINETO-
TERAPEUTIC AL MÂINII
109 34
5.1. Introducere 109 34
5.2. Stabilirea mişcărilor 110 34
5.3. Proiectarea echipamentului 110 34
5.3.1. Stabilirea intervalelor 111 35
5.3.2. Schema cinematică 136 38
5.3.3. Materiale 157 43
5.4. Proiectarea și montarea mecanismului mâinii 161 45
5.5. Prototiparea rapidă a mecanismului 169 48
Cap. 6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE. DISEMINAREA
REZULTATELOR. DIRECTII VIITOARE DE CERCETARE.
173 49
BIBLIOGRAFIE 176 51
Anexa 1. Măsurări antropometrice și ale fortelor din mână și degete 189
Anexa 2. Determinarea principalilor parametri statistici pentru clase de talie 242
Anexa 3. Valorile parametrilor statistici pentru forţele dezvoltate în degete și mână 249
Anexa 4. Valorile parametrilor statistici pentru unghiurile dezvoltate în degete și mână 254
Scurt Rezumat (romana/engleza) 53
CV 54
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
2
SUMMARY Pg.
teza
Pg.
rezumat
Cap. 1. INTRODUCTION 9 3
Cap. 2. CURRENT STATE OF RESEARCH IN HIDROPNEUMATIC GUIDANCE
APPLIED IN MEDICAL ENGINEERING
14 5
2.1. Fundamentals of hydro-pneumatic driving 14 5
2.1.1. Hydro-pneumatic components 16 7
2.1.2. Pneumatic circuits 31 14
2.2. Hydro-pneumatic systems applications in medical engineering 33 15
2.3. Locomotors recovery and treatment equipment 36 16
2.3.1. Prosthesis 36 16
2.3.2. Orthesis 47 19
Cap. 3. THESIS OBJECTIVES 51 20
Cap. 4. RESEARCH BIOMECHANICS BASES 53 21
4.1. General notions 53 21
4.2. Getting on musculoskeletal 54 21
4.2.1. Skeletal system 54 21
4.2.2. Joint system 56 22
4.2.3. Muscular system 60 23
4.3. Getting on anatomy and physiology of the hand 64 24
4.3.1. Skeleton 64 24
4.3.2. Upper limb muscles 67 25
4.3.3. Actions of the muscles of the arm and scapula 68 25
4.3.4. Muscular force 71 27
4.5. Kinematics of the hand 76 27
4.6. Dynamics of the hand 78 28
4.6.1. Action and reaction forces 79 28
4.6.2. Grip evaluation 81 28
4.7. Hand modeling 83 29
4.7.1. Introduction 83 29
4.7.2. Ergonomic models of the hand 84 30
4.7.3. Biomechanics model biomecanic of the hand 85 30
4.7.4. Kinematic modeling of upper limb 86 30
4.7.5. The action of tendons and muscles 95 31
4.7.6. Tendons 99 32
4.7.7. Skin and contact with objects 100 32
4.9. Physical therapy techniques for the hand 105 32
4.9.2. Specific techniques for the hand 108 33
Cap. 5. DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A TRAINING SYSTEM FOR HAND 109 34
5.1. Introduction 109 34
5.2. Movements 110 34
5.3. Equipment design 110 34
5.3.1. Ranges setting 111 35
5.3.2. Cinematic structure 136 38
5.3.3. Materials 157 43
5.4. Design and mounting of the hand mechanism 161 45
5.5. Rapid prototyping of mechanism 169 48
Cap. 6. FINAL CONCLUSIONS. ORIGINAL CONTRIBUTIONS. DISSEMINATION OF
RESULTS. FURTHER RESEARCHES
173 49
REFERENCES 176 51
Annex 1. Anthropometric measures for hand and fingers 189
Annex 2. Mean statistical parameters for high classes of subjects 242
Annex 3. Mean statistical parameters for forces developed in fingers and hand 249
Annex 4. Mean statistical parameters for angles developed in fingers and hand 254
Short summary (Romanian/English) 53
CV 54
3
Capitolul 1
INTRODUCERE
Proporţia persoanelor atinse de deficienţe motoare este surprinzător de mare. Aceste
deficienţe rezultă din leziuni ale sistemului nervos central care sunt, în general, cauze
accidentale. Principala preocupare a subiecţilor atinşi de un handicap motor priveşte capacitatea
de recuperare a aptitudinilor motrice deficiente. Reeducarea permite, atunci când aceasta este
posibilă, recuperarea parţială şi uneori totală a acestor aptitudini. În acest sens, exerciţiile de
reeducare acoperă un spectru larg de funcţiuni ca, întărirea muşchilor, recuperarea amplitudinilor
articulare sau reprogramarea neuro-senzorială. În ultimele decenii, cercetarea ştiinţifică efectuată
în domeniul ingineriei medicale şi a recuperării au condus la progrese importante. Realizarea
unor astfel de dispozitive necesită, în afară de o anume expertiză medicală proprie formalizării
nevoii specifice, cunoştinţe variate de biomecanică, automatică, robotică…
Din punct de vedere al comenzii şi controlului sistemului, obiectivul este de a garanta o
funcţionare în securitate pentru utilizator în acelaşi timp cu realizarea mişcărilor conform
performanţelor dorite de corpul medical. Definirea structurii de comandă trebuie să asigure
stabilitatea sistemului reglat în timpul mişcărilor realizate, dar şi să ia în considerare
interacţiunea utilizator – sistem pentru generarea de traiectorii fiziologic coerente. În cele mai
diverse domenii industriale şi ştiinţifice sunt favorizate acţionările de tip hidropneumatic datorită
unor posibilităţi importante de simplitate, fiabilitate, adaptabilitate şi elasticitate în realizarea
comenzilor. Ele se dovedesc profitabile şi în domeniul ingineriei medicale – sisteme terapeutice,
de asistare, antrenament şi recuperare a unor abilităţi fizice deoarece ele permit controlul forţelor
şi momentelor dezvoltate, viteze de deplasare reglabile în domenii prestabilite, controlul
regulilor de securitate şi de igienă. De asemenea, ele permit utilizarea sinergică în sisteme cu
acţionări de alte tipuri ca cele mecanice şi, mai ales, electrice.
În acest spirit a fost ghidată cercetarea referitoare la analiza sistemelor hidropneumatice
utilizate în sistemele biomedicale şi, mai ales, în sistemele de reeducare a mişcărilor mâinii prin
recuperare kineto-terapeutică. Pornind de la aceste consideraţii, teza doctorală intitulată Studii
privind acţionările hidropneumatice în sistemele biomedicale îşi propune să realizeze cercetări
teoretice şi practice în domeniul vast al aparatelor şi dispozitivelor de recuperare şi antrenament
cu acţionare hidropneumatică.
Teza de doctorat cuprinde 188 pagini, 113 de figuri, 17 de tabele şi 103 de relaţii şi este
structurată pe şase capitole. De asemenea, teza mai cuprinde şi 4 anexe (45 de pagini),
corespunzătoare cercetărilor experimentale, rezumatelor şi CV-urilor.
Capitolul 1 intitulat Introducere prezintă o scurtă trecere în revistă a problemei asistării
persoanelor cu disabilităţi motorii, congenitale sau dobândite la nivelul diferitelor segmente
locomotoare de execuţie şi/sau a celor de comandă neuro-motorie. De asemenea, cuprinde un
rezumat, pe capitole, a ceea ce cuprinde teza de doctorat cu titlul Studii privind acţionările
hidropneumatice în sistemele biomedicale. Sunt introduse şi mulţumirile de rigoare adresate
persoanelor, instituţiilor şi programului (POSDRU/88/1.5/S/59321) realizat şi finanţat în
colaborare cu Uniunea Europeană.
Capitolul 2, intitulat Stadiul actual al cercetării în domeniul acţionărilor hidropneumatice
aplicate în ingineria medicală prezintă o sintetizare a fundamentelor acţionărilor
hidropneumatice, aplicaţii ale sistemelor hidropneumatice în ingineria medicală şi aparate de
recuperare locomotorie şi antrenament - sistemele de protezare externe şi interne, orteze.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
4
Capitolul 3 este intitulat Obiectivele tezei de doctorat şi tratează obiectivele punctuale ale
tezei de doctorat. Aceste obiective sunt date de studiul teoretic al elementelor de reglare
comandă şi control hidropneumatice, a bazelor biomecanice ale aplicaţiei, de concepţia şi
construcţia sistemului de recuperare/reeducare a mâinii, de testarea sistemului şi validarea
funcţionării lui.
Capitolul 4 se numeşte Bazele biomecanice ale cercetării şi este dedicat studiului şi
analizei tuturor aspectelor necesare pentru înţelegerea structurii şi funcţionării membrului
superior şi a mâinii în ansamblul sistemului locomotor uman, astfel încât să constituie o bază
solidă de dezvoltare a unei concepţii noi. Capitolul se încheie cu analiza factorilor patologici ce
conduc la necesitatea recuperării şi reeducării precum şi a unor soluţii terapeutice actuale.
Capitolul 5 intitulat Proiectarea unui sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
este partea de rezistenţă a tezei şi tratează pe larg concepţia, construcţia şi realizarea sistemului
vizat: alegerea tipurilor de mişcări efectuate de mână în diversele posturi de prehensiune precum
şi amplitudinile acestora, forţele şi momentele necesare realizării mişcărilor stabilite, un studiu
experimental ergonomic consistent al claselor de dimensiuni ale mâinii în care se pot încadra
diverşi subiecţi testaţi (peste 200 de subiecţi investigaţi), tratamentul statistic în scopul alegerii
unor valori necesare pentru stabilirea datelor de intrare în concepţia sistemului de antrenament.
Având la bază aceste studii, este concepută schema cinematică a echipamentului şi, în
continuare, schema de comandă şi control – componentele electronică şi pneumatică. Capitolul
continuă cu descrierea materialelor utilizate, a tehnologiei de fabricaţie şi a tehnicii de montaj a
sistemului, realizat în întregime de către doctorand. În final este prezentat experimentul de
testare a prototipului, obţinerea datelor experimentale şi compararea lor cu valorile prescrise.
Capitolul 6 prezintă Concluzii finale. Contribuţii originale. Mod de valorificare. Direcţii
viitoare de cercetare.
Bibliografia de la sfârşitul tezei de doctorat conţine un număr important de lucrări.
Documentaţia bibliografică studiată a necesitat cunoştinţe dintr-un spectru larg, şi anume:
anatomie, medicină, matematică, statistică, inginerie mecanică, inginerie electrică şi ergonomie.
Se poate observa astfel complexitatea temei doctorale care cuprinde referinţe variate.
Studiile efectuate în perioada doctorală au avut scopul evident de a aduce un aport pozitiv
la dezvoltarea cunoştinţelor despre cercetarea ştiinţifică şi ceea ce presupune aceasta, prin studiul
şi evaluarea cunoştinţelor în diverse domenii complexe care s-au materializat prin această teză de
doctorat, prin publicarea a 3 lucrări ştiinţifice, cotate ISI şi BDI si a încă 2 lucrări ISI în curs
de publicare, dintre care la 3 autorul este prim sau unic autor și un curs .
O mare parte din cercetările aferente tezei au fost posibile datorită accesului asigurat în
cadrul Colectivului de cercetare Sisteme Mecatronice Avansate, coordonat de către Doamna
Prof.dr.ing. Luciana CRISTEA și datorită programului POSDRU/88/1.5/S/ 59321).
Mulţumesc în mod deosebit referenţilor care, cu răbdare şi îngăduinţă, au analizat prezenta
lucrare, conducătorului ştiinţific, Doamna Prof.dr.ing. Ileana ROŞCA, tuturor colegilor din
cadrul Colectivul de cercetare D04 şi din Catedra de Mecanică Fină şi Mecatronică, pentru
sprijinul acordat în diferitele etape de pregătire ale tezei de doctorat, pentru mediul propice unei
bune desfăşurări a cercetării ştiinţifice. Nu în ultimul rând, doresc să mulţumesc celor apropiaţi
care mi-au fost alături în această perioadă stimulativă şi dificilă şi tuturor celor care, în mod
direct sau indirect, m-au susţinut pe durata activităţii mele doctorale.
5
CAPITOLUL 2
STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIUL ACŢIONĂRILOR HIDROPNEUMATICE APLICATE ÎN
INGINERIA MEDICALĂ
2.1. FUNDAMENTE ALE ACŢIONĂRILOR HIDROPNEUMATICE
Acţionările pneumatice au fost cunoscute şi folosite de mult timp, în multe domenii ale
tehnicii. La sfârşitul secolului al XIX-lea s-au folosit des, la lucrările de construcţii şi la curăţirea
pieselor în turnătoriile de fonte şi oţeluri pentru ciocane şi perforatoare pneumatice. Acţionările
pneumatice s-au răspândit cu repeziciune în domenii foarte diferite de exemplu: la maşinile de
format în turnătorie, la unele maşini-unelte, la acţionarea macazurilor, semnalelor şi a barierelor
de cale ferată, la sistemele de frânare a trenurilor, tramvaielor şi la autovehicule, în industria
textilă etc. În toate aceste cazuri s-a folosit mişcarea de translaţie, însă ceva mai târziu au apărut
acţionările pneumatice cu mişcare de rotaţie care au fost utilizate la maşini manuale de înşurubat,
polizat, găurit şi multe alte domenii, în aeronautică în special acolo unde greutăţile mici ale
elementelor de execuţie şi turaţiile mari necesare nu au putut fi obţinute cu motoare electrice.
Acţionările hidropneumatice şi aplicaţiile lor practice constituie un domeniu vast,
interesant şi important în tehnologia de ultimă generaţie, de la punerea în mişcare a liniilor de
fabricaţie, la acţionarea cu precizie ridicată a roboţilor umanoizi bipezi şi chiar până la aparatura
medicală de ultimă generaţie. Sistemele de acţionare hidraulice utilizează ca mediu de lucru un
lichid sub presiune. Acest tip de acţionare s-a dezvoltat rapid, în special datorită necesităţii de a
comanda şi regla forţe şi momente mari şi foarte mari cu precizie ridicată. Totodată aceste
acţionări permit un control riguros al poziţiei şi vitezei sarcinii antrenate. Reglarea puterii
hidraulice transmise oferă avantaje unice, ce nu se regăsesc la alte tipuri de acţionări, de exemplu
pur electrice, mecanice sau de oricare altă natură. [BLE.M._2011]
Dispozitivele, mecanismele sau maşinile de lucru pot fi acţionate manual, mecanic,
electric, pneumatic, hidraulic etc., denumirea acţionării fiind dată de natura energiei folosite,
astfel că la acţionările hidropneumatice se utilizează energia fluidului comprimat. Energia
pneumatică poate fi de doua feluri: energie potenţială, care se acumulează pe seama creşterii
presiunii statice a masei de aer, astfel că acţionările care folosesc în acest fel energia se numesc
acţionări pneumo-statice, care sunt la ora actuală cele mai răspândite. Acest tip de acţionare se
realizează cu mijloace simple, mecanisme cu mişcări de translaţie si rotaţie cu posibilităţi mari
de reglaj, ceea ce face ca domeniile lor de utilizare să fie foarte variate. Un alt tip de energie este
energia cinetică care ia naştere în urma creşterii vitezei de scurgere a masei de aer, altfel spus, pe
seama presiunii dinamice, motiv pentru care acţionările ce folosesc acest tip de energie se
numesc acţionări pneumo-dinamice, care au dezavantajul că nu permit dozarea consumului de
energie în mod raţional si nu pot fi utilizate decât la crearea unor mecanisme cu mişcare de
rotaţie, cu turaţii foarte mari.
Acţionările pneumatice automate se referă la totalitatea elementelor pneumatice de
comandă, reglare şi control a presiunilor şi debitelor precum şi a elementelor de execuţie legate
între ele printr-o reţea de circuite. Aceste elemente formează unul sau mai multe lanţuri de
comandă şi acţionare care îndeplinesc funcţii bine precizate. O definiţie a elementului pneumatic
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
6
este aceea că, acesta reprezintă partea constructivă cea mai simplă a unui sistem pneumatic în
care se realizează transformarea sau controlul unei anumite mărimi. Definite pe scurt, despre
toate aceste elemente pneumatice se poate spune că: elementul de comandă reprezintă
componenta de prelucrare a informaţiei, elementul de execuţie este componenta care realizează
transformarea energiei pneumatice în energie mecanică, iar elementele de reglare şi control
reprezintă acele componente care, variind debitele sau presiunile, realizează acordul cu
parametrii mecanici necesari funcţionării sistemului şi anume: viteze, acceleraţii, forţe sau
momente. [ALE.N._1985]
Pornind de la caracteristicile de bază ale acţionărilor hidropneumatice-debitul şi presiunea,
realizarea corectă şi eficientă a sistemelor pneumatice de automatizare presupune atât cunoaş-
terea elementelor componente cât şi a posibilităţilor acestora de cuplare şi interacţiune.
Principalele avantaje pe care le oferă acţionările pneumatice în comparaţie cu celelalte
tipuri de acţionări constă în faptul că acestea au o greutate care, în general, este mult mai redusă
decât întâlnim la alte tipuri de acţionări, suportă supraîncărcări fără pericol de avarii, întreţinerea
acestora este mai ieftină şi referitor la mediul de lucru, acţionarea pneumatică poate fi utilizată
acolo unde există pericolul de explozie datorat vaporilor de substanţe volatile inflamabile. Un alt
avantaj de luat în seamă, comparativ cu acţionarea hidraulică, este acela că nu influenţează
mediul în care lucrează şi nu necesită echipamente speciale de lucru, ca şi în cazul acţionărilor
electrice. Dacă până aici am enumerat numai avantaje, este de notat faptul că acţionările
pneumatice prezintă şi unele dezavantaje, cum ar fi: destinderea bruscă a aerului comprimat este
însoţită de scăderea temperaturii cea ce provoacă separarea şi depunerea apei în interiorul
componentelor pneumatice, fapt ce conduce la degradarea acestora. Un alt dezavantaj
considerabil este că, la transportul aerului sub presiune pe distanţe lungi, cu numeroase variaţii
de secţiune şi cu schimbări de direcţie, se acumulează pierderi de presiune care reduc
randamentul total al instalaţiei. Cel mai mare dezavantaj pe care îl întâlnim la acest tip de
acţionare este imposibilitatea opririi precise în poziţii intermediare, datorită compresibilităţii
aerului. [ALE.N._1985]
În urma analizelor tehnico-economice se evidenţiază faptul că utilizarea raţională a
energiei pneumatice, în condiţiile reducerii la minim a pierderilor, face ca acest tip de energie să
fie mai rentabil în multe domenii, decât celelalte tipuri de energie utilizate în tehnică.
În toate elementele, aparatele şi sistemele pneumatice de automatizare, fluidul de lucru
utilizat este aerul comprimat. Acesta trebuie să îndeplinească anumite condiţii, în funcţie de
cerinţele de lucru ale sistemului pneumatic şi anume: umiditatea şi puritatea aerului, mărimea
particulelor de praf cât şi vaporii de ulei necesari ungerii elementelor aflate în mişcare.
Producerea aerului comprimat se realizează cu ajutorul compresoarelor. Datorită
respectării cerinţelor de funcţionare mai sus menţionate ale elementelor pneumatice, aerul produs
de compresor necesită să fie prelucrat întrucât, datorită temperaturii de refulare, precum şi
prezenţei umidităţii şi a microparticulelor din atmosferă (toate aceste aflate la presiunea de
lucru), deteriorează suprafeţele componentelor pneumatice aflate în mişcare. Aşadar, pentru
asigurarea calităţii aerului se folosesc unităţi de prelucrare care îi conferă acestuia proprietăţile
necesare. [ALE.N._1985]
Prelucrarea digitală a semnalelor pneumatice se realizează cu ajutorul elementelor şi
blocurilor logice pneumatice, cu piese mobile sau fixe, dezvoltându-se din necesitatea de a
realiza sisteme integral pneumatice care să cuprindă atât partea de acţionare cât şi partea de
prelucrare a informaţiei. [STĂ.M._1987]
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
7
2.1.1. Componente hidropneumatice
Poziţionate între elementele de execuţie şi grupul de preparare a aerului comprimat,
elementele de reglare şi control ale puterii pneumatice au rolul de a acorda parametri unici, de
debit m şi de presiune p, asiguraţi de grupul de preparare, cu parametrii de diferite valori necesari
la intrarea elementelor de execuţie. Distribuţia energiei pneumatice către elementele de execuţie,
în raport cu ciclograma de lucru a acestora (impusă de mecanismele acţionate), la parametrii
acordaţi, rezolvă prin componentele de debit (m1 . . . mi ) obţinerea a i regimuri de viteze
repartizate pe unul sau mai multe elemente de execuţie, iar prin componentele de presiune (p1 . . .
pj ), similar, j regimuri de forţe.
Elementele hidropneumatice pot fi clasificate cel mai bine după rolul şi funcţia deţinută de
fiecare componentă în sistem. [ION.M._2010] Astfel, pot fi întâlnite următoarele componente
într-un sistem cu acţionare pneumatică:
2.1.1.1. Unitatea de pregătire şi preparare a aerului comprimat
Principalele componente elementare ce pot fi cuprinse în unităţile de pregătire şi preparare
a aerului comprimat sunt următoarele:
a. Filtre de aer, dezumidificatoare, ungătoare.
b. Compresoare;
c. Manometre şi indicatoare de presiune
d. Amortizoare de zgomot;
e. Conducte, racorduri şi accesorii de racordare.
2.1.1.2. Componente de reglare a energiei pneumatice
Elementele pneumatice de reglare sunt componente destinate să regleze viteza şi forţa
dezvoltate de organele mobile ale elementelor de execuţie din instalaţiile de acţionare. Aceste
elemente se caracterizează prin existenţa a două orificii (de intrare şi de ieşire ) şi a unui organ
de reglare a secţiunii de trecere a aerului comprimat. Ele nu au capacitatea de a menţine constant
debitul reglat independent de variaţia sarcinii, decât în cazul particular al regimului sonic de
curgere prin secţiunile lor. Având în vedere rolurile funcţionale importante pe care elementele
pneumatice de reglare le au în sistemele pneumatice, funcţie şi de cerinţele impuse acestor
sisteme, acestea trebuie să îndeplinească următoarele condiţii tehnice generale: [ION.E_1996]
a). pierderi interne de debit şi de presiune minime;
b). simplitate constructivă şi siguranţă funcţională;
c). comandă uşoară, fără eforturi şi deplasări mari la elementul ce materializează
funcţia de reglare;
d). timpi minimi de răspuns la comandă;
e). frecvenţe ridicate de funcţionare;
f). sensibilitate mare la schimbarea regimurilor de funcţionare;
g). preţ scăzut.
Cu privire la materialele din care se execută elementele pneumatice, ţinând cont de
presiunile mici la care funcţionează, acestea nu necesită materiale cu proprietăţi mecanice
ridicate. În această situaţie sunt preferate materialele uşoare din aliaje de aluminiu utilizate la
majoritatea corpurilor elementelor pneumatice. Piesele cu contact direct între suprafeţe se
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
8
execută din oţeluri carbon de calitate sau oţeluri aliate care, prin tratamente termice, de
cementare sau de îmbunătăţire, capătă durităţi mari pe suprafeţele de frecare.
După tipul reglării se deosebesc:
Rezistenţe pneumatice
Aceste componente au rolul de a regla o secţiune de curgere a mediului pneumatic datorită
căreia, pierderile de presiune realizate contribuie, cu concursul unor elemente existente în
amonte de ele, la reglarea componentelor de debit a aerului ce trece prin aparat în unitatea de
timp. Variaţia debitului poate fi folosită în două scopuri:
- la reglajul vitezei de deplasare a unui element de execuţie;
- la reglajul duratei de umplere a unui circuit de comandă, obţinându-se o întârziere
(temporizare) la execuţia unei mişcări.
Rezistenţele pneumatice sunt de două tipuri:
- fixe, la care secţiunea de trecere este fixă şi sunt construite sub formă unor bucşe sau
şaibe prevăzute cu un orificiu mic (d ≤ 1 mm);
- rezistenţe pneumatice (fig. 2.1, a), la care reglarea se face asupra debitului de aer (de
care depinde viteza elementului de execuţie);
- regulatoare de presiune, la care reglarea se face asupra presiunii aerului (de care
depinde forţa dezvoltată de elementul de execuţie);
- reglabile care se mai numesc şi drosele sau regulatoare de debit, la care secţiunea de
trecere se poate regla în anumite limite.
(a) (b) (c)
Figura 2.1. Rezistenţe pneumatice (a); Regulator de debit cu comandă pneumatică şi senzor de poziţie a
strângerii [W.2] (b); Regulatoare de debit cu comandă manuală (c).
Datorită intensei utilizări în sistemele pneumatice rezistenţele se găsesc într-o mare
varietate de soluţii constructiv-funcţionale.
Reglarea secţiunii de trecere se poate face continuu, de la valoarea maximă, care este egală
cu secţiunea nominală a circuitului respectiv, până la închiderea completă. Organul de reglare al
droselului se poate deplasa prin mişcare de translaţie sau de rotaţie, primul tip fiind cazul cel mai
răspândit.
Pentru toate soluţiile, se menţionează că precizia şi fineţea de reglare a vitezelor, în
dependenţă directă cu componentele de debit, este funcţie de capacitatea regulatorului de
presiune de a reacţiona la cele mai mici fluctuaţii ale presiunii reglate, provocate de pierderile de
presiune introduse prin modificarea secţiunii de droselizare.
Regulatoare de presiune.
Sunt aparate pneumatice, care reduc presiunea aerului comprimat ce trece prin aparat şi o
menţin la o valoare constantă, independent de variaţiile presiunii de la intrare şi de debitul de aer.
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
9
Regulatorul de presiune este un sistem de reglare automată, care se compune dintr-un sistem de
comandă şi o legătură de reacţie. Sistemul de comandă care acţionează asupra presiunii primeşte
la intrare două semnale, unul de comandă pi care se realizează din exterior şi corespunde valorii
dorite a presiunii, celălalt fiind pe, semnalul legăturii de reacţie care corespunde valorii efective a
presiunii realizate la ieşirea din regulator. Cele două semnale sunt comparate şi rezultă un semnal
nou care modifică presiunea din aval până când diferenţa dintre cele două presiuni este zero (pi –
pe = 0).
La regulatorul de presiune, sistemul de comandă îl constituie un drosel care controlează
debitul de aer care trece prin regulator. Poziţia organului de reglare al droselului este stabilită
automat, de două forţe de sens contrar ce acţionează asupra acestuia: forţa unui arc reglat din
exterior şi forţa datorată presiunii aerului din aval care acţionează asupra unei membrane. Forţa
arcului reprezintă valoarea reglată p1, iar forţa membranei reprezintă presiunea din aval pe care
acţionează prin legătura de reacţie.
2.1.1.3. Componente de distribuţie a energiei pneumatice
Supape
Sunt elemente de distribuţie automată şi sunt caracterizate prin prezenţa unuia sau mai
multor orificii şi a unui orificiu de utilizare. Aceste elemente se leagă în circuitele pneumatice,
cu scopul de a impune fluxurilor de aer intrate în aparat să urmeze trasee obligatorii
indispensabile pentru obţinerea unor tipuri particulare de comandă sau de secvenţe de comenzi
care se succed automat. Supapele pot fi de mai multe feluri şi anume:
- supape selectoare, cu rolul de a realiza legătura unui circuit pneumatic, în mod alternativ,
cu alte două circuite pneumatice, fără ca acestea să aibă legătură sau să se influenţeze reciproc;
- supape de sens unic, cu rolul de a permite trecerea fluxului de aer într-o singură direcţie
(de la A spre B) şi îl blochează în direcţia opusă (de la B spre A);
- supape de evacuare rapidă, sunt supapele ce se montează pe cilindri sau pe conductele de
comandă, când se cere o evacuare foarte rapidă în atmosferă a aerului comprimat din aval de
elementul de execuţie;
- supape de simultaneitate, sunt supapele prevăzute cu două orificii de intrare şi o ieşire,
permiţând ieşirea fluxului de aer numai dacă sunt prezente ambele semnale de intrare. Din acest
motiv această supapă se mai numeşte supapă "ŞI", realizând funcţia logică ŞI;
- supape de succesiune, servesc la alimentarea a două circuite, unul şi apoi celălalt, însă,
este de precizat faptul că ele nu permit alimentarea celui de-al doilea circuit decât dacă presiunea
în primul circuit atinge o valoare prereglată.
Distribuitoare
Distribuitorul este un aparat pneumatic care realizează distribuţia aerului comprimat pe
anumite circuite, în urma comenzilor primite din exterior, în vederea declanşării unor acţionări
pneumatice deservite de circuitele dorite. Orice distribuitor se compune din două părţi principale:
- elementul de distribuţie este partea de distribuitor care are rolul de a realiza, în interiorul
său legăturile între circuitele exterioare, corespunzătoare acţiunii elementului de comandă;
- elementul de comandă este partea din distribuitor cu rolul de a acţiona asupra elementului
de distribuţie în urma unor comenzi primite din exterior, pentru ca acesta să realizeze legăturile
între circuitele exterioare, corespunzătore comenzii primite.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
10
Acesta controlează puterea pneumatică prin intermediul debitului. Datorită modului în care
se face acest control, de tipul „tot sau nimic” – discret, circuitele pneumatice deservite de el sunt
încărcate sau nu cu energie pneumatică, după cum sunt cerinţele de consum ale diverselor faze
de lucru. Distribuitoarele pneumatice îşi bazează funcţionarea pe principiul compensării forţelor.
Numărul de orificii, de poziţii, schemele de circuit, precum şi tipul şi modul de comandă,
caracterizează total din punct de vedere funcţional un distribuitor. Toate aceste elemente sunt
indicate şi de simbolul prin care se reprezintă un distribuitor – STAS 7145-76. Având un rol
funcţional determinant în sistemele pneumatice de acţionare, distribuitorul trebuie să
îndeplinească condiţii riguroase privind modul de distribuţie a energiei pneumatice şi a
frecvenţei de lucru, în raport cu viteza de evoluţie şi succesiune a fazelor de acţionare.
Principalul criteriu de clasificare îl reprezintă elementul de distribuţie, astfel găsindu-se
chiar în denumirea distribuitorului. Posibilităţile de a realiza un distribuitor prin combinarea
numeroaselor variante de elemente de comandă şi acţionare conduc la o mare diversitate de
tipuri constructiv-funcţionale de distribuitoare pneumatice. Aceasta devine cu atât mai dezvoltată
cu cât se iau în considerare şi celelalte criterii: numărul de orificii, numărul de poziţii, modul de
cuplare în circuit şi diametrul nominal, care prin prisma gabaritului, introduce o nouă familie de
distribuitoare pneumatice, şi anume, distribuitoarele pneumatice miniaturizate, fiind reprezentată
de butoanele şi piloţii pneumatici de comandă sau acţionare.
Principalele criterii de clasificare ale distribuitoarelor sunt:
1. după modul de comandă:
cu comandă directă;
cu comandă indirectă.
2. după forma constructivă a organului de distribuţie:
cu supape;
cu sertar rectiliniu (cilindric sau plan);
cu sertar rotativ (plan sau conic).
Numărul de căi este definit prin numărul de canale ce permite circulaţia fluidului de
acţionare. Orificiile de pilotare sunt excluse de la această destinaţie, majoritatea constructorilor
indicând în locul numărului de căi, numărul de orificii. Fiecare aparat de distribuţie va fi definit
prin două numere şi anume: numărul orificiilor şi numărul poziţiilor.
Numărul de poziţii reprezintă combinaţiile poziţiilor ce pot fi adoptate de supape sau
sertare prin comanda acestora. Poziţia de repaus este definită atunci când clapeta obturează
scaunul şi distribuitorul este închis, aerul venind de la alimentare nu poate trece către orificiul de
utilizare. Poziţia de lucru este definită atunci când clapeta este acţionată, distribuitorul este
deschis şi aerul poate trece. De multe ori distribuitoarele au pe lângă cele două poziţii şi o a treia,
de oprire la mijloc sau centru. La distribuitoarele pneumatice acest centru poate fi:
- centru deschis, când cele două orificii de utilizare sunt puse la atmosferă;
- centru închis-orificiile de utilizare sunt închise şi tija pistonului cilindrului rămâne
blocată în poziţia în care se găseşte fără a asigura o bună poziţionare, aerul fiind compresibil.
Debitul distribuitorului se poate regla în funcţie de diametrul orificiului de racordare.
Diametrul de trecere reprezintă cea mai mică secţiune de trecere în calea fluidului ce există într-
un distribuitor. Este evident faptul că debitul prin distribuitor este direct proporţional cu mărimea
acestui diametru, dar şi că pentru acelaşi diametru de trecere, două distribuitoare pot avea variaţii
de debit: cauzate de traiectoria aerului şi de forma clapetei sau sertarului, influenţând mai mult
sau mai puţin scurgerea aerului.
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
11
2.1.1.4. Componente de prelucrare a semnalului pneumatic
Elemente logice pneumatice
Elementele logice pneumatice se folosesc în sistemele de mici dimensiuni, când se doreşte
obţinerea unor sisteme pur pneumatice din motive de ambianţă (pericol de explozie, de incendiu,
umiditate etc.) sau din motive economice, un asemenea sistem fiind sensibil la perturbaţii
externe. Aceste perturbaţii fac ca semnalul de comandă să varieze accidental în jurul unei valori
medii, riscul constând în interpretarea perturbaţiei ca o modificare a semnalului de comandă,
ceea ce va determina modificarea mărimii de ieşire din sistem.
Mai sigure, din acest punct de vedere, sunt sistemele digitale. Într-un asemenea sistem
contează numai nivelele discrete ale semnalelor. De cele mai multe ori se lucrează cu două
nivele ale semnalului, prezenţa sau absenţa semnalului, semnale "on - off', sau semnale "totul sau
nimic". Din punct de vedere al logicii algebrice existenţa semnalului este echivalentă cu "i", iar
absenţa semnalului cu "0".
Temporizatoare pneumatice
Temporizatoarele pneumatice realizează decalajul comenzilor în timp, acestea fiind
construite dintr-un distribuitor pilotat la traversarea unei mici capacităţi. Viteza de umplere a
capacităţii defineşte durata de temporizare, care se poate ajusta prin intermediul unui regulator
de debit. Temporizatoarele pot fi cu ieşire pozitivă sau cu ieşire negativă. Cel cu ieşire pozitivă
se obţine prin pilotarea unui distribuitor normal închis (temporizare la deschidere), iar cel cu
ieşire negativă prin pilotarea unui distribuitor normal deschis (temporizare la închidere).
Senzorii şi limitatoarele de cursă (fig. 2.2) sunt de cele mai multe ori electromecanici, dar
pot fi şi pneumatici; alegerea lor este legată de tipul unităţii de comandă.
Figura 2.2. Montaje ale senzorilor pneumatici: cu colier (a); pe şină (b); pe tirant (c); direct (d).
2.1.1.5. Componente pneumatice de acţionare (motoare pneumatice)
Motorul pneumatic reprezintă un ansamblu de piese, cu rolul de a transforma energia
pneumatică în lucru mecanic, pe care îl transmite axului său la ieşire, unde este cuplat
mecanismul acţionat. În funcţie de mişcarea pe care o realizează, acestea se grupează în:
Motoare pneumatice liniare
Aceste motoare au rolul funcţional de a dezvolta la nivelul subansamblului său mobil aflat
în mişcare de translaţie, un lucru mecanic definit prin intermediul forţei utile, manifestată pe
parcursul unui spaţiu echivalent cursei sale de lucru. Forţa de acţionare este asigurată de
presiunea din camera de lucru, uniform distribuită pe suprafaţa corespunzătoare a unui element
mobil, prin intermediul căruia se realizează transformarea energiei pneumatice în lucru mecanic,
în deplasarea sa relativă faţă de corpul fix. Ele pot fi: cilindrii pneumatici, camere de aer, muşchi
pneumatici artificiali.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
12
Cilindrii pneumatici
Prin caracterul lor de motoare pneumatice cu mişcare de translaţie, cilindri pneumatici sunt
definiţi prin parametrii tehnico-funcţionali ce au în vedere mărimile de intrare, de natură
pneumatică, şi mărimile de ieşire, de natură mecanică. Astfel parametrii tehnico-funcţionali de
ieşire se materializează la nivelul elementului de ieşire din cilindrul pneumatic - tija pistonului.
Camera sau perna de aer
Perna de aer este o componentă pneumatică ce se montează la capătul circuitului
pneumatic, putând realiza două roluri importante: unul dinamic, de deplasare axială şi static, de
amortizare a vibraţiilor unui sistem dinamic. Perna de aer este flexibilă, fabricată din fibră de
cauciuc şi ţesătură, iar în condiţii normale de incarcare, aceasta devine progresiv elastică atunci
când aerul este comprimat concomitent cu o creştere a încărcăturii. Având caracteristici
neliniare, rigiditatea unei perne de aer se poate modifica împreună cu încărcătura, astfel încât sub
sarcină, perna de aer rămâne aproape neschimbată. Pernele de aer (fig. 2.3) absorb foarte bine
sarcinile axiale şi radiale prin reglarea presiunii şi absorb vibraţiile şi zgomotul, nu oferă însă
suport de sarcină, dar în schimb completează transferul elastic de forţă prin aerul comprimat,
care este introdus în perna de aer cu ajutorul compresoarelor de aer. [W.3]
a) b) c) d)
Figura 2.3. Camere de aer: cu burduf (a); membrană de cauciuc (b); cameră completă piston-metal (c);
cameră completă fără piston (d).
Prin alipirea în serie a două sau mai multe perne de aer, se poate obţine un actuator
pneumatic modular (fig. 2.4), folosit cu succes la realizarea mişcărilor roboţilor. Pentru a putea
controla direcţia de orientare a elementelor cinematice cu acest tip de actuator, se utilizează în
paralel trei sau patru module de acest fel.
Figura 2.4. Actuator pneumatic modular de tip burduf; relaxat (a); presurizat (b). [GRA.G._2005]
Muşchiul pneumatic artificial
Cercetătorul McKibben a dezvoltat iniţial în cercetarea membrelor artificiale, un nou
model de actuator pneumatic în 1950, care în prezent îi poartă numele de muşchi pneumatic
artificial McKibben (fig. 2.5). Acesta constă într-o camera internă de presiune îmbrăcată într-un
înveliş de tip plasă confecţionat din fibre textile ne-extensibile, fixat la capete. Când camera
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
13
internă este presurizată, presiunea acţionează asupra suprafeţei interioare şi asupra învelişului
extern. Cu toate acestea, din cauza non-extensibilităţii firelor textile din învelişul exterior,
actuatorul se scurtează la creşterea volumului său şi produce o tensiune atunci când este cuplat la
o sarcină mecanică. Aceste prototipuri rezultate în urma cercetărilor asupra muşchilor artificiali
le-au fost oferite denumirile comerciale de Rubbertuator (Inoue, 1988; Chou şi Hannaford 1996)
sau denumirea de SAM (Hessen, 2003; Eby 2005) o structură multi-strat, în care un strat etanş de
cauciuc este legat permanent la două straturi independente spirală din fibra aramid. Ele formează
o structură tridimensională a reţelei pentru a permite contracţia necesară tubului presurizat. În
1990 au fost proiectaţi, de asemenea, muşchi pneumatici cu fibre orientate în direcţie
longitudinală sau plisate. [FERR_1992].
Figura 2.5. Vedere în secţiune a unui muşchi pneumatic artificial de tip McKibben.
Muşchii pneumatici artificiali sunt, în unele aspecte, foarte similari cu cei cu burduf,
deoarece ambii sunt realizaţi din cauciuc, nu au piese mecanice în mişcare şi, prin urmare, nu
există frecare, forţele aferente modelelor studiate, atunci când se măresc, depinzând aproape
liniar de presiune. În majoritatea aplicaţiilor, ei sunt utilizaţi câte doi, unul opusul altuia; când
este sub presiune, muşchiul îşi micşorează lungimea, generând o forţă de tracţiune, care depinde
foarte mult de contracţie. Muşchiul pneumatic artificial complet contractat nu mai poate genera
forţă dacă nu mai are deplasare, în timp ce unul uşor întins generează forţă maximă. Spre
deosebire de cei cu burduf, care dezvoltă forţa utilă prin dilatare reuşind chiar sa-şi dubleze
lungimea iniţială, contracţia acestui tip de actuator pneumatic nu poate depăşi 25% din lungimea
totală a camerei presurizate. Cele mai multe aplicaţii sunt pe roboţi mobili, în cazul cărora sunt
utilizaţi microcontroleri specifici (Caldwell et al.1995; Tondu şi Lopez, 2000). Acest lucru se
datorează faptului că forţa maximă permisă este limitată şi depinde de rezistenţa materialelor
utilizate la confecţionare, diametrul interior şi de presiune. [BEA.P_2010]
Motoare pneumatice rotative
(a) b)
Figura 2.6. Motoare pneumatice rotative (a); motoare pneumatice unghiulare (b). [W.13]
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
14
Motoarele rotative au rolul de a transforma energia pneumatică în energie mecanică de
rotaţie cu ajutorul unei turbine pneumatice, fiind alimentată cu aer comprimat. Lucrul mecanic se
obţine pe seama energiei cinetice (pneumo-dinamice) a jetului de aer care loveşte în paletele
turbinei. În acest scop, energia pneumo-statică este transformată, în prealabil, în energie cinetică
prin micşorarea secţiunii de curgere şi creşterea vitezei. Aceste motoare mai sunt cunoscute şi
sub denumirea de microturbine pneumatice şi se folosesc pe scară largă pentru antrenarea
diferitelor scule de mână, a unor agregate de mici dimensiuni de rectificat, găurit, frezat, a
diferitelor instalaţii de laborator.
2.1.2. Circuite pneumatice
2.1.2.1. Noţiuni generale
Circuitul pneumatic defineşte traseul semnalului pneumatic (a aerului comprimat), de la
sursă până la elementul de execuţie ce se află la capătul circuitului, reprezentându-se toate
componentele întâlnite de acest semnal (componente de prelucrare, control şi comandă semnal).
Schema pneumatică este reprezentarea grafică, obţinută prin utilizarea de simboluri şi
reguli de reprezentare, a unui sistem pneumatic şi descrie cu acurateţe funcţionarea acestuia.
Elaborarea schemei pneumatice este un pas important în proiectarea unui sistem pneumatic şi,
odată ce unitatea a fost realizată, este unul din instrumentele de bază pentru operaţiunile de
punere în funcţiune, reglare a parametrilor de funcţionare, diagnosticare şi reparare. Fiind o
reprezentare a sistemului pneumatic, în principiu, schema are o structură identică acestuia, însă
în ea nu sunt reprezentate elementele mecanice, cu excepţia celor direct intercondiţionate cu cele
pneumatice. Reprezentarea schematică a unui sistem pneumatic se întâlneşte în două variante:
1. Reprezentarea pe nivele, aceasta fiind cea rezultată din proiectare; cunoaşterea modului
de dispunere a elementelor într-o schemă uşurează mult aplicarea algoritmilor de proiectare,
înţelegerea şi interpretarea schemelor, dar în activitatea practică, acest tip de reprezentare, la
confruntarea cu instalaţia reală, produce dificultăţi în localizarea echipamentelor şi urmărirea
funcţionarii lor. Arhitectura schemei nu este în corelare cu arhitectura reală a instalaţiei, deoarece
rareori elementele pneumatice pot fi aşezate pe instalaţie în structură pe nivelele de care s-a
vorbit anterior. Din acest motiv, în documentaţia ce însoţeşte o instalaţie se întâlneşte şi un alt tip
de reprezentare.
2. Reprezentarea elementelor pneumatice se face ţinând seama de poziţia lor reală pe
suportul aparatelor unde sunt montate (desigur, în limitele posibilităţilor), astfel, se ţine seama de
poziţia de lucru a actuatoarelor (orizontală, verticală, oblică), de poziţia şi modul de grupare a
celorlalte elemente, luând ca reper diferite părţi din instalaţie şi dacă este necesar, se apelează
chiar la reprezentările axonometrice. [ION.E._1996]
În general o schemă pneumatică secvenţială reprezintă un circuit de prelucrare a
informaţiilor, în care se evidenţiază următoarele tipuri de variabile: de intrare, de stare şi de
ieşire. Astfel, atunci când la un timp t , se modifică variabilele de intrare, circuitul secvenţial
trece într-o altă stare, după o perioadă de tranziţie care se încheie după un interval de timp Δt.
Această tranziţie determină modificarea variabilelor de ieşire, conform legilor de comandă
pentru care a fost proiectat circuitul secvenţial. Trebuie menţionat că la toate schemele logice
secvenţiale, trecerea dintr-o stare internă în alta, se realizează numai prin modificarea unei
singure variabile de intrare. [ION.M_2010]
La circuitele pneumatice secvenţiale, variabilele de intrare sunt materializate prin impul-
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
15
surile de ieşire a microlimitatorilor pneumatici, variabilele de ieşire prin semnale de pilotare ale
distribuitoarelor de acţionare a organelor de lucru, variabilele de excitaţie prin impulsurile de
comandă ale memoriilor, iar variabilele de stare (secundare) prin impulsurile de ieşire ale
memoriilor. Pentru a se putea trece la sinteza schemelor pneumatice secvenţiale trebuie să se
facă descrierea completă a funcţionării automatului, ceea ce reflectă corespondenţa dintre
variabilele de intrare şi de ieşire pentru un ciclu complet de funcţionare. Prin ciclu complet de
funcţionare sau secvenţă completă se înţelege evoluţia automatului de la starea de început sau
iniţială, prin mai multe stări succesive (secvenţe), fiecare dintre acestea corespunzând unei
situaţii reale de funcţionare a automatului, ultima stare în care se comută fiind identică cu starea
iniţială.
2.2. APLICAŢII ALE SISTEMELOR HIDROPNEUMATICE ÎN INGINERIA MEDICALĂ
Prin aparatură medicală, mai recent denumită dispozitiv medical (după Monitorul
Oficial partea I nr. 544 din 02/11/2000, art. 2) se înţelege orice instrument, aparat, mecanism,
material sau alt articol utilizat singur sau în combinaţie, inclusiv partea de software necesară
pentru funcţionarea lui corectă, destinat de producător să fie folosit pentru om şi care nu îşi înde-
plineşte acţiunea principală prevăzută în/sau pe corpul uman prin mijloace farmacologice, imu-
nologice sau metabolice, dar care poate fi ajutat în funcţia sa prin astfel de mijloace, în scop de:
○ diagnostic, prevenire, monitorizare tratament sau alinare a durerii;
○ diagnostic, supraveghere, tratament sau compensare a unei leziuni ori a unui handicap;
○ investigaţie, înlocuire ori modificare a anatomiei sau a unui proces fiziologic;
○ control al concepţiei.
Industria instrumentelor de diagnostic medical precum şi a dispozitivelor de profil
destinate îmbunătăţirii actului medical, a condus la utilizarea optimă a tuturor resurselor
cunoscute de omenire la momentul actual, fapt ce a dus la diversificarea ofertelor în toate
domeniile pe piaţa de specialitate. S-au schimbat mult şi funcţiile pe care le realizează aceste
aparate datorită şi noilor tehnologii ce permit miniaturizarea lor. Astfel s-au consolidat funcţiile
realizate de acestea, forţând la limită capacitatea intelectuală a omului de a scoate maxim posibil
cu resurse minime.
Piaţa mondială de echipamente de diagnostic şi monitorizare, inclusiv reactivi, depăşeşte
cifra anuală de 20 biliarde de dolari şi este în creştere cu 4% pe an. Această creştere continuă
este cauzată în principal de inovaţiile realizate de către producători. Astfel producătorii de
componente de comandă şi control al fluidelor vor avea deplin succes în viitor dacă continuă să
se adapteze permanent la schimbările ce au loc pe piaţa de profil din întreaga lume. În industria
dispozitivelor medicale se întâlnesc diverse componente hidropneumatice de comandă şi control,
cum ar fi: pompe, supape de toate felurile, traductori, capacitoare, tuburi şi conectori, motoare
liniare şi rotative precum şi sisteme complexe de prelucrare a semnalului pneumatic.
Pentru o mai bună cunoaştere a posibilităţilor de utilizare a energiei hidraulice şi
pneumatice s-a efectuat un studiu în acest domeniu ce a condus la următoarea clasificare a
dispozitivelor medicale ce folosesc mai mult sau mai puţin energia hidraulică şi\sau pneumatică,
aceasta realizându-se în funcţie de mai multe criterii, astfel: [KAC.La_ 2011]
a). destinaţie;
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
16
b). principiul de funcţionare;
c). regimul de funcţionare;
d). specialităţile medicale pe care le deserveşte.
2.3. APARATE DE RECUPERARE LOCOMOTORIE ŞI TRATAMENT
2.3.1. Proteze
Cuvântul „proteză” provine de la cuvintele greceşti: „pro” - în loc, şi „tilhemi” - aşezare,
indicând prin urmare un aparat care să înlocuiască lipsa unui organ în întregime sau numai a unui
segment al corpului. Denumirea de proteză este de multe ori folosită greşit în limbajul comun,
fapt ce dă naştere la confuzii atunci când este vorba de un aparat ortopedic, care are ca scop
îndreptarea unei atitudini vicioase sau să permită reglarea unei funcţii.
Principiul de protezare constă în folosirea de părţi artificiale (proteze) pentru îmbunătăţirea
funcţiei vitale şi a modului de viaţă a persoanelor cu deficienţe motorii şi nu numai. Trebuie de
la început să recunoaştem că, până în prezent, cu toate progresele realizate în domeniile
industriale, nu s-a ajuns încă până acolo încât să se poată înlocui natura, printr-o creaţie tehnică
oricât de desăvârşită ar fi ea. [RAD.C_2009]
2.3.1.1. Protezarea externă a aparatului locomotor
Protezarea umărului
Amputaţiile braţului de la umăr în jos sunt indicate în cazul tumorilor maligne ale
humerusului, primitive sau secundare precum şi în cazul traumatismelor grave cu distrugerea
pachetului vasculo-nervos, imputându-se pe bună dreptate intervenţiei clasice că lasă un umăr
inestetic, fără relieful capului humeral, în anumite cazuri însă preferându-se o amputaţie înaltă a
humerusului. Protezarea umărului se face în mod identic ca şi după dezarticulaţiile interscapulo-
toracice, proteza servind exclusiv pentru completarea lipsei membrului superior, având deci un
caracter pur estetic. Aceasta se execută pe baza folosirii în construcţia ei a unor elemente sub
formă de semifabricate la care manşonul umeral, manşonul de braţ şi antebraţ îşi păstrează
individualitatea. Ele se pot confecţiona din piele, lemn, plastic sau combinaţii ale acestora.
Fixarea de trunchi a protezei de umăr se face prin intermediul manşonului humeral-toracal cu
chingi uşoare peste spate.
Protezarea braţului
Amputaţiile braţului sunt necesare în cazul traumatismelor grave asociate cu zdrobirea
ţesuturilor şi a pachetelor vasculo-nervoase, tumori maligne primitive ale extremităţilor
inferioare a humerusului, cangrene ale membrului superior, infecţii osteoarticulare grave care
pun viaţa bolnavului în pericol. Protezarea bontului de braţ se poate face cu trei categorii de
proteze: estetice, de lucru şi mecanice.
Proteza estetică (fig. 2.19, c) nu are, în general, decât o valoare estetică dar rămâne foarte
importantă pentru prevenirea instalării atitudinilor scoliotice. Proteza estetică se poate realiza din
piele, material plastic, lemn sau poate fi combinată, realizându-se dintr-o serie de semifabricate,
sisteme de prindere şi accesorii de asamblare. Pentru sistemul de fixare la trunchi se foloseşte o
chingă de bumbac sau benzi elastice.
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
17
Proteza de lucru (fig. 2.19, a) este realizată ţinând cont de particularităţile bolnavului, şi pe
care acesta o poate utiliza cu uşurinţă şi eficient în desfăşurarea normală a unor gesturi, fără să
ducă la reduceri importante ale libertăţii de mişcare a corpului. Infirmul care are handicap prin
amputaţie unilaterală a braţului, rămâne capabil de muncă cu celălalt membru superior, dar
invalizii cu amputaţii bilaterale nu mai sunt în stare să execute cu bonturile lor funcţiile vitale
(alimentare, etc.) motiv pentru care ei trebuie neapărat protezaţi în sensul de a li se crea diferite
dispozitive, care ataşate distal, la manşonul de braţ, să permită o minimă autoservire. Aceste
dispozitive pot fi fixe sau mobile, acţionate de o chingă prin tracţiune de umărul opus sau prin
abducţia bontului protezat. Proteza este indicată pentru toate bonturile de braţ, indiferent de
nivelul lor şi se execută prin măsură şi mulaj, în aceleaşi condiţii ca la protezele estetice.
Proteza mecanică constituie uneori o problemă destul de dificilă pentru tehnicienii
ortopedişti, pentru punerea în acţiune a unei asemenea proteze funcţională (articulaţia cotului,
articulaţia radio-carpiană, prehensiunea şi extensia), fiind necesară o anumită energie, care poate
proveni din energia fiziologică sau dintr-o sursă externă.
În prima categorie (care foloseşte energia fiziologică) se încadrează proteza a cărei energie
se bazează pe mişcarea bontului cu abducţie sau printr-un cablu de tracţiune fixat la capătul unui
ham umeral, plasat pe umărul opus. Mişcarea de anteducţie a acestui umăr conduce la
deschiderea mâinii, iar închiderea se face pasiv, printr-un arc, când umărul revine la poziţia
normală, sau invers. Orice tip de mână mecanică are un clichet de siguranţă la menţinerea
prehensiunii, manipulat manual de mâna opusă.
Protezarea mâinii
Amputarea mâinii se poate realiza în cazul traumatismelor grave, a tumorilor maligne, a
osteomielitei cronice fistulizate şi a paraliziilor cu pierdere totală a sensibilităţii. Protezele
confecţionate pentru bonturile mâinii şi degetelor satisfac, în primul rând, cerinţele estetice şi nu
pe cele funcţionale. Mâna artificială nu poate să compenseze funcţiile mâinii naturale şi nu poate
suplini simţul tactil. Pe bontul rezultat după o dezarticulaţie radio-carpiană este dificil să se
ataşeze o mână mecanică, deoarece datorită mecanismului de cuplare a acesteia, ar rezulta un
membru artificial mai lung decât cel sănătos. În general, în aceste situaţii, bontul se protezează
cu o mână estetică, fixată printr-un manşon de piele. În cazul lipsei unor degete, se poate realiza
o proteză de tip mănuşă, cu decupare pentru degetele restante, iar în cazul lipsei totale a
degetelor se poate folosi o proteză de tip mănuşă întreagă.
Proteze bionice
In medicină, bionica este ramura care se ocupă de înlocuirea sau îmbunătăţirea funcţionării
organelor sau a altor părţi ale corpului prin mijloace mecanice.
De-a lungul timpului au fost create diferite tipuri de proteze pentru persoanele care au
suferit o amputaţie în urma războaielor sau a accidentelor, sau din motive congenitale. Protezarea
parţială a mâinii este mult mai complexă, nevoile fiecărui pacient fiind diferite de la caz la caz.
În multe cazuri de traumatisme, policele nu este afectat în totalitate sau deloc (fig. 2.8), ceea ce
este foarte avantajos pentru crearea diverselor prize.
Acest tip de proteză aduce o nouă dimensiune în domeniul protezării membrului superior,
cu nivele de flexibilitate, durabilitate, prezentare estetică şi funcţionalitate totală, care nu a mai
fost realizată până acum. Pentru prima dată, o proteză de mână oferă tipuri de mişcări, prinderi,
similare cu ale mâinii naturale. Cu abilitatea de a se îndoi, a atinge, a ridica şi a arăta, acest tip de
proteză reflectă funcţia unei mâini naturale.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
18
Figura 2.7. Proteză bionică de braţ. [W.2.4]. Figura 2.8. Proteză pentru mâna cu policele sănătos.
2.3.1.2. Protezarea internă a organelor
Inima artificială
Deşi există deja de câţiva ani înlocuitori ai inimii omeneşti, până în prezent aceste surogate
nu au reuşit niciodată o adaptare favorabilă a ritmului de pompare a sângelui conform nevoilor
pacienţilor, ca de exemplu să funcţioneze mai lent atunci când bolnavul este relaxat şi mai alert
atunci când aceasta depune un oarecare efort. Profesorul Alain Carpentier şi echipa sa de
cercetători au dezvoltat o inimă artificială care ar corespunde și ar îndeplini întocmai această
sarcină de adaptare [W.2.7]. Conform creatorilor săi, inima artificială pentru oameni va avea o
durată de viaţă de nouă ani şi o autonomie de până la şase ore pentru o încărcare. Partea de
alimentare a motorul sintetic cu energie electrică este posibilă cu ajutorul a doi acumulatori pe
care pacientul îi va purta ataşaţi pe îmbrăcăminte şi care se vor conecta la dispozitiv în parte din
spate.
Inimă artificială fără puls
Figura 2.9. Inimă artificială, AbioCor. [W.2.5] Figura 2.10. Inimă artificială MicroMed HA5. [W.2.8]
Inginerul NASA David Saucier şi doctorul Michael DeBakey au formulat cu ceva timp în
urmă noţiunea de „Inimă fără puls”. [W.2.8] Este vorba despre două minipompe, care imită
ventriculul stâng şi ventriculul drept, alimentând constant corpul cu sânge, într-un flux continuu.
În prezent conceptul s-a transformat în realitate, iar chirurgii Billy Cohn de la Texas Heart
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul acționărilor hidropneumatice aplicate în ingineria medicală
19
Institute, din Houston, Texas şi Bud Frazier de la Micromed, companie creată special pentru a
produce inima artificială fără puls, au implantat deja dispozitivul de pompare denumit MicroMed
HA5 la peste 30 de vaci, iar în martie 2011şi în pieptul unui pacient uman, aflat pe moarte.
Plămânul artificial
Cercetătorii din Cleveland au construit un plămân artificial foarte eficient, care poate
respira aer obişnuit şi nu doar oxigen pur, aşa cum necesită alte versiuni de plămân artificial
create anterior în laboratoare. [W.2.9] Noua tehnologie concretizează ideea unui plămân artificial
creat de om, portabil şi chiar implantabil, care să le vină în ajutor celor care suferă de diferite
afecţiuni pulmonare, estimaţi la aproximativ 200 de milioane de oameni pe întreaga planetă.
Figura 2.11. Plămân artificial model MC3 BioLung. [W.10]
Noul plămân, creat de cercetătorii Universităţii Case Western Reserve este modelat după
principiile naturale ale plămânului uman și conţine tuburi din cauciuc siliconat asemănătoare
vaselor sanguine, care se dilată şi se contractă, permiţând circulaţia aerului în mod similar unui
plămân normal. Testele efectuate cu sânge de porc au demonstrat că noul plămân artificial este
de trei până la de cinci ori mai eficient decât cea mai buna variantă de pe piaţă în acest moment.
2.3.2. Orteze
Ortezarea membrului superior presupune aplicarea unui suport extern care
restabileşte/îmbunătăţeşte funcţional sau structural un anumit segment. Ea este indicată în
traumatisme, accidente sportive, accidente de munca, afecţiuni neurologice, artroze.
Obiectivele generale ale aplicării unei orteze se adresează: combaterii spasticitătii, redării
funcţionalităţii segmentului afectat, menţinerii aliniamentului corect şi reintegrării socio-
profesionale. Ele prezintă o serie de avantaje importante în raport cu alte sisteme de asistare, ca:
greutate redusă asigurata de materialele performante, posibilitatea efectuării igienei zilnice, au
sisteme de închidere cu banda velcro ce asigură manevrarea cu uşurinţă a dispozitivelor.
Criteriile de clasificare a ortezelor membrului superior sunt multiple: în funcţie de
caracterul static sau dinamic, în funcţie de caracteristicile constructive, în funcţie de segmentele
cărora li se adresează, în funcţie de obiectivele urmărite, ortezele sunt: de posturare (pentru
combaterea spasticitătii/durerii); de corecţie.
20
CAPITOLUL 3
OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT
Tematica prezentei teze de doctorat se înscrie într-un domeniu interdisciplinar, la frontiera
dintre inginerie şi medicină, care este ingineria reabilitării şi reeducării. Cercetarea dedicată unei
teme aparținând acestui domeniu este o provocare interesantă dar foarte complexă, cu ramificații
bine separate şi care, totuși, trebuie să fie aplicate interdependent pentru găsirea şi
implementarea unei soluții. Pe de altă parte, sistemele de reabilitare/reeducare şi antrenament
trebuie să răspundă unor exigențe de personalizare importante, datorită diversității
antropometrice accentuate a publicului vizat. Aceasta impune, în paralel, condiții ergonomice
pentru o utilizare cât mai puțin sau deloc traumatizantă, precum şi condiții de economicitate în
ceea ce privește amploarea cazuisticii vizate.
Teza are ca scop studiul şi cercetarea aplicării în ingineria medicală a reabilitării, a unei
clase de acționări–hidropneumatice–care cu puțin timp în urmă era folosită mai ales în aplicații
industriale, dar care prezintă avantaje evidente în obținerea de sisteme simple, relativ puțin
costisitoare şi care pot produce forțe, momente şi deplasări în game ușor controlabile şi reglabile.
Ţinând seama de aceste considerente, autorul îşi propune să atingă următoarele obiective:
1. Să se realizeze un studiu complex în ceea ce priveşte stadiul actual al cercetării în domeniul
acţionărilor hidropneumatice în ingineria medicală şi în cele conexe, referitor la mijloacele
de comandă şi control folosite pentru realizarea parametrilor impusi/necesari.
2. Să analizeze sistemele biomedicale existente, în care sunt aplicate în prezent comanda şi
controlul cu mijloace hidropneumatice.
3. Să studieze şi să modeleze, din punct de vedere ergonomic şi biomecanic, posturile curente,
legate de mișcările fiziologice ale mâinii în timpul activității unui subiect normal astfel încât
deplasările, solicitările stabilite să poată sta la baza concepției unui sistem de antrenament.
4. Să efectueze un studiu experimental antropometric al mâinii pentru stabilirea intervalelor
curente de dimensiuni caracteristice taliei osaturii, prin efectuarea de măsurări pe grupe mari
de subiecți, astfel încât să permită tratamentul statistic al datelor experimentale şi obtinerea
lor cu un nivel de încredere acceptabil, dată fiind aplicarea sistemului pe subiectul uman.
5. Să construiască un model cinematic al dispozitivului de antrenament.
6. Să conceapă şi să elaboreze schema hidopneumatică de acționare a dispozitivului de
antrenament al mâinii, pentru diferite solicitări aplicabile subiectului uman în programul de
recuperare/reeducare şi, gradual, în limitele amplitudinilor fiziologice normale.
7. Să conceapă şi să elaboreze schema electronică de comandă pentru actionarea prototipului.
8. Să conceapă şi să realizeze componentele ce formează prototipul.
9. Să proiecteze un experiment pentru verificarea comportării dispozitivului construit.
10. Să obțină şi să prelucreze datele experimentale obținute în scopul validării funcționării
dispozitivului şi propunerii lui spre utilizare în condiții reale de antrenament-reabilitare.
11. Ţinând cont de discriminarea statistică a parametrilor evaluaţi, a caracteristicii de stabilitate
în funcționare, să se enunţe concluziile finale şi direcţiile viitoare de cercetare.
21
CAPITOLUL 4
BAZELE BIOMECANICE ALE CERCETĂRII
4.1. NOŢIUNI GENERALE
Biomecanica este ştiinţa care studiază mişcările fiinţelor vii, ţinând seama de
caracteristicile lor mecanice. Ea poate fi considerată o mecanică aplicată la statica şi dinamica
vieţuitoarelor în general şi a omului în special. Are un domeniu de cercetare apropiat de al
anatomiei, fiziologiei şi mecanicii. Poate una dintre cele mai bune definiţii a fost furnizată de
către Herbert Hatze în 1974: "Biomecanica este studiul structurii şi funcţionării sistemelor
biologice prin intermediul metodelor din mecanică." [W.4.2]
Pentru studiul biomecanic segmentele corpului uman se interpretează ca fiind corpuri
rigide datorită proprietăţii acestora de a nu se deforma, compresa sau alungi sub acţiunea unei
forţe exterioare. Corpul rigid este acel corp ale cărui particule ocupă poziţii fixe în raport cu
celelalte particule din interiorul acestuia.
4.2. NOŢIUNI PRIVIND APARATUL LOCOMOTOR
Aparatul locomotor formează partea somatică a organismului uman şi este alcătuit din
oase, articulaţii şi muşchi. Acesta are două funcţii principale şi anume de susţinere şi locomoţie a
corpului. Aparatul locomotor se dezvoltă împreună cu sistemul nervos ce îi asigură legătura cu
mediul înconjurător şi oferă corpului uman o postură bipedă care permite realizarea mişcărilor
complexe. Aparatul locomotor este alcătuit din trei sisteme:
a). sistemul osos;
b). sistemul articular;
c). sistemul muscular.
4.2.1. Sistemul osos
Osteologia este ramura anatomiei care se ocupă cu studiul oaselor. Oasele sunt organe
dure, rezistente, de culoare alb-gălbuie, ansamblul lor reprezentând scheletul.
Scheletul uman este format din aproximativ 206 oase, acest aproximativ se datorează
faptului că unele oase pot varia de la individ la individ, în funcţie de nivelul de dezvoltare. Dintre
acestea un număr 34 alcătuiesc coloana vertebrală care funcţionează drept ax de susţinere în jurul
căreia se grupează celelalte oase. Scheletul uman se împarte în 2 subunităţi:
a). scheletul axial;
b). scheletul apendicular.
4.2.1.1. Scheletul axial
CAPUL, GÂTUL şi TRUNCHIUL sunt segmentele care formează principala parte a corpului, şi
anume, componenta axială a scheletului. Aceasta componentă a corpului reprezintă mai mult de
50% din greutatea unei persoane şi are o dinamică mult mai lentă decât celelalte părţi ale
corpului fiind constituită din 80 de oase, după cum urmează:
1. Capul - este format din 22 oase;
2. Coloana vertebrală este formată dintr-un număr de 33 oase, împărţită pe cinci zone;
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
22
3. Cutia toracică formată din 25 oase: un stern şi 24 coaste.
4.2.1.2. Scheletul apendicular
Această parte a sistemului osos este reprezentată de oasele membrelor şi este format dintr-
un număr de 134 oase ce sunt dispuse de o parte şi de alta a planului sagital. Extremităţile
superioare (mână), inferioare (picior), centura scapulară (humerală), centura pelviană (a
bazinului) constituie porţiunea apendiculară a scheletului. În general, segmentele devin mai mici
şi mai rapide pe măsură ce se depărtează de trunchi devenind astfel mai greu de urmărit datorită
complexităţii lanţului cinematic format, a dimensiunilor şi a vitezei generate.
Atât la membrul toracal cât şi la cel pelvian aceste membre se împart în 4 segmente:
- scheletul zonal sau al centurii;
- scheletul braţului sau al coapsei;
- scheletul antebraţului sau gambei;
- scheletul mâinii şi piciorului.
Scheletul zonal îşi are denumirea în funcţie de membrul la care se face referinţă, astfel că:
al centurii scapulare pentru membru toracal şi al centurii pelviene pentru membrul pelvian.
Repartizarea celor 134 oase componente ale scheletului apendicular este următoarea:
a) Centura scapulară formată din 4 oase;
b) Extremitatea superioară formată din 64 oase;
c) Centura pelviană: coxal 2 oase;
d) extremitatea inferioară formată din 64 oase;
4.2.2. Sistemul articular
Articulaţiile sunt constituite din totalitatea elementelor prin care oasele se unesc între ele,
altfel spus, ele sunt un ansamblu de părţi moi şi dure prin care se unesc două sau mai multe oase
vecine. Aceste elemente sunt reprezentate de formaţiuni conjunctive şi muşchi. Forma
suprafeţelor articulare sunt netede, acoperite de cartilaj hialin. Fără articulaţii nu ar fi posibilă
realizarea funcţiei statice şi dinamice a oaselor, deci deplasarea şi activităţile organismului.
4.2.2.1. Clasificarea articulaţiilor
A. Din punct de vedere structural, articulaţiile se împart în trei grupe:
1. Articulaţii fibroase: terminaţii osoase unite prin ţesut colagenos;
2. Articulaţii cartilaginoase: terminaţii osoase unite prin ţesut cartilaginos;
3. Articulaţii sinoviale: terminaţii osoase acoperite de cartilagiu articular şi închise de o
capsulă articulară care are o membrană sinovială.
B. Din punct de vedere funcţional, datorită gradului lor de mobilitate, la care se adaugă
formaţiunile de legătură şi modul de dezvoltare, articulaţiile se clasifică în trei grupe:
1. Articulaţii fixe;
2. Articulaţii semi-mobile;
4.2.2.2. Ligamentele
Ligamentele sunt componente articulare formate din fascicule de fibre rezistente, dar
elastice, cu rolul de a lega două sau mai multe oase ale unei articulaţii ce îi conferă acesteia
rezistenţă şi stabilitate. Acestea previn rotirea sau îndoirea peste limită a articulaţiei într-o
direcţie nedorită.
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
23
Bilanţul articular evidenţiază aprecierea gradului de mobilitate într-o articulaţie, prin
măsurarea analitică a unghiurilor de mişcare, în planurile şi axele corespunzătoare, pe direcţiile
anatomice posibile.
Poziţia de funcţiune reprezintă poziţia de maximă utilitate a articulaţiei, fapt ce asigură
independenţa funcţională individului, referitoare la acea articulaţie. O anomalie de amplitudine
articulară poate fi considerată dacă amplitudinea depăşeşte valoarea de maxim sau de minim,
astfel că se poate vorbii de anomalii prin exces cauzate de hiperlaxitate capsulo-ligamentară sau
hipotonie musculară, sau mai poate fi vorba de anomalie prin deficit cauzate de rigiditate
articulară sau hipertonie musculară.
4.2.3. Sistemul muscular
Orice mişcare a corpului uman, de la vibraţie şi până la cel mai mare efort, este realizată cu
ajutorul muşchilor, în lipsa cărora nu ar exista nici mişcare, nici respiraţie sau bătăi ale inimii.
Partea anatomiei care are ca obiect de studiu muşchii şi anexele lor, precum şi activitatea
biomecanică a acestora în cadrul aparatului locomotor, poartă numele de miologie generală.
Descrierea sistematică a fiecărui muşchi în parte, în ordinea grupării lor pe segmente corporale,
poartă denumirea de miologie specială. [ANA.T CURS 5]
Musculatura formează împreună cu scheletul, sistemul locomotor. Muşchiul reprezintă un
ţesut contractil format din celule musculare, cu rolul bine definit de a genera forţa necesară
pentru a produce şi întreţine locomoţia.
În corpul uman se găsesc peste 600 de muşchi, se pot clasifica în trei grupe mari, astfel:
muşchii scheletici sau somatici sunt muşchii striaţi care se fixează pe schelet prin
tendoane, constituind componenta activă a sistemului locomotor. Această grupă este
constituită din peste 500 muşchi, ce reprezintă aproximativ 50% din greutatea
corpului omenesc şi răspund la comenzile directe ale sistemului nervos central.
muşchii netezi sunt muşchii care coordonează mişcarea involuntară a organelor
interne;
muşchiul cardiac sau miocardul reprezintă cea mai mare parte din masa inimii,
mişcarea lui automată determinând inima să bată şi asigurând funcţionarea
sistemului sanguin. [W.4.1]
Nervii muşchilor sunt formaţi din fibre motoare, senzitive şi vegetative, iar fibrele motoare
pornesc din scoarţa motrică a creierului, trecând prin măduva spinării şi ies la nivelul muşchilor
enervaţi de ele. Impulsul nervos se transformă în contracţie musculară prin nişte plăci motoare
numite sinapse neuromusculare, localizate spre capetele fibrelor intrafusale, în punctul în care se
cuplează fibra nervoasă cu fibra musculară la nivelul hilului. O singură fibră nervoasă se
ramifică şi inervează mai multe fibre musculare formând o unitate motorie, iar numărul de unităţi
motorii activate determină forţa de contracţie a muşchiului.
Muşchii sunt formaţi din corpul muscular (venter sau gaster), care reprezintă porţiunea
principală, contractilă şi două extremităţi denumite caput şi caudă. Prin intermediul tendoanelor
forţa muşchiului se transmite oaselor, iar la acestea se adaugă anexele muşchilor, care sunt
formaţiuni auxiliare ce ajută la activitatea musculară. [ANA.T CURS 5]
Datorită numărului mare de muşchi și a diversităţii lor, aceştia pot fi clasificaţi în funcţie
de mai multe criterii, un criteriu eficient de clasificare fiind cel topografic:
- muşchii din zona capului se împart în două categorii: muşchii mimicii şi masticatori;
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
24
- muşchii membrului superior;
- muşchii trunchiului;
- muşchii membrului inferior.
Un alt criteriu de clasificare important este dat de acţiunea cinematică pe care o
îndeplineşte, şi anume criteriul miocinematic, în funcţie de care muşchii pot fi:
- muşchii determinanţi ai mişcării;
- muşchii flexori ai mişcării sau muşchii agonişti;
- muşchii sinergici;
- muşchii antagonişti. [ANA.T CURS 5]
4.3. NOŢIUNI DE ANATOMIA ŞI FIZIOLOGIA MÂINII
Anatomic, mâna începe cu al doilea rând (distal) de oase carpiene, care se articulează cu
capetele metacarpienelor (articulaţia carpometacarpiană), patru artrodii pentru metacarpienele II-
V) o articulaţie selară între trapez şi primul metacarpian. Ultimele patru metacarpiene se
articulează între ele prin bazele lor (articulaţia intermetacarpiană), formând trei artrodii. La
capatul distal al metacarpienelor se articulează cavităţile glenoide ale primelor falange
(articulaţiile metacarpofalangiene). articulaţiile interfalangiene proximale (prima şi a doua
falangă) şi articulaţiile interfalangiene distale (intre a doua şi a treia falangă) sunt trohleartroze.
Policele are propria articulaţie carpometacarpiană - articulaţia trapezo-metacarpiană, însă şi
numai o articulaţie interfalangiană - condiliană. Toate articulaţiile mâinii sunt întărite de câte un
manşon capsular şi ligamente dispuse lateral şi ligamente interosoase (la nivelul
intermetacarpienelor, fiecare ligament întinzându-se între două oase alăturate).
4.3.1. Schelet
Membrele sau extremităţile sunt două perechi de apendice mobile destinate diferitelor
mişcări. Acestea prezintă o porţiune care se leagă de trunchi numită centura membrului şi o
porţiune care o continuă pe aceasta numită membrul liber.
Membrul superior este alcătuit din patru părţi: umăr, braţ, antebraţ şi mână. Oasele care
alcătuiesc membrul superior sunt:
Clavicula este un os lung şi pereche care este situat la limita dintre torace şi gât, fiind
orientat transversal fixat între manubriul sternului şi acromion.
Scapula (omoplatul) este un os lat având forma triunghiulară, fiind situat la partea
posterosuperioară a toracelui. Scapula împreună cu clavicula formează centura membrului
superior.
Următoarele oase formează scheletul membrului superior liber:
Humerusul este un os lung şi pereche, care prezintă o diafiză şi două epifize (una
superioară şi alta inferioară).
Radiusul este un os lung şi pereche fiind situat in partea laterală a antebraţului, în dreptul
degetului mare.
Ulna este un os lung şi pereche fiind situat în partea medială a antebraţului, în prelungirea
degetului mic. Împreună cu radiusul formează antebraţul, fiind articulate între ele prin epifizele
lor dar rămân puţin distanţate la nivelul diafizei prin spaţiul interosos.
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
25
Figura 4.1. Sistemul articular al mâinii. (vedere dorsală, mâna dreaptă)
Carpul este format din opt oase dispuse pe două rânduri care au o formă aproape cubică
având feţele: superioară, inferioară, anterioară, dorsală, laterală şi medială.
Metacarpul este format din cinci oase metacarpiene şi constituie scheletul palmei
împreuna cu dosul mâinii. Metacarpienii sunt oase lungi şi perechi formate din corp, bază şi cap.
Oasele degetelor poarta denumirea de falange (în total de 14) ce definesc 5 degete , astfel
ca degetul mare (policele) este format din două falange iar celelalte degete, arătător (index),
mijlociu (mediu), inelar şi cel mic, sunt formate din trei falange fiecare. Toate falangele prezintă
aceiaşi formă constructivă şi anume corp, bază şi cap, fiind denumită după poziţia pe care o
ocupă de la palmă spre capăt ce corespunde unghiei, astfel: proximală, medială și distală
4.3.2. Musculatura membrului superior
Mişcările membrului superior prezintă o cinematică complexă datorată lanţului cinematic
pe care îl realizează elementele componente ale acestuia, şi anume oase, capsule ligamentare,
tendoane şi muşchi.
Membrul superior prezintă un număr de cinci articulaţii mari, respectiv articulaţia
scapulohumerală, a cotului, articulaţiile radioulnare (proximală, distală) şi radiocarpiană, la care
se adaugă articulaţiile mâinii. Pentru realizarea mişcărilor în acest lanţ cinematic este necesară
intervenţia unei forţe realizată de muşchi. Muşchii care realizează mişcarea membrului superior
sunt definiţi în figura 4.2.
4.3.3. Sinteza acţiunilor muşchilor centurii scapulare şi ai braţului
A. Muşchii care contribuie la realizarea mişcărilor în articulaţia scapulohumerală sunt:
1. Abducţia – adducţia reprezintă mişcarea prin care braţul se îndepărtează de corp şi,
respectiv, mişcarea de sens opus, adică acesta se apropie de corp. Muşchii abductori sunt
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
26
supraspinosul, deltoidul şi bicepsul, iar muşchii adductori ai braţului sunt pectoralul
mare, latissimul, deltoidul, subscapularul, subspinosul, rotundul mic şi coracobrahialul.
2. Flexiunea – extensiunea reprezintă mişcarea prin care braţul se proiectează înainte, iar
extensiunea reprezintă mişcarea de proiecţie înapoi a braţului. Muşchii ce contribuie la
flexiune sunt deltoidul, bicepsul, coracobrahialul şi pectoralul mare, iar muşchii care
contribuie la extensiune sunt deltoidul, latissimul, subspinosul, rotundul mare şi tricepsul.
3. Pronaţie – supinaţie a humerusului reprezintă mişcarea de rotaţie înăuntru şi în afară, în
jurul unui ax vertical ce trece prin centrul capitulului humeral. Muşchii rotatori interni
sunt subscapularul, pectoralul mare, latissimul, rotundul mare, deltoidul şi bicepsul, iar
pentru supinaţie (rotaţie externă) acţionează muşchiul subspinos şi rotundul mic.
4. Circumducţia este mişcarea care rezultă din alternarea mişcărilor de abducţie – adducţie
şi flexiunea – extensiunea braţului, iar muşchii care o produc sunt cei anteriori.
Figura 4.2. Muşchii membrului superior: vedere frontală (a); vedere dorsală (b).
B. Muşchii care contribuie la realizarea mişcărilor în articulaţia cotului sunt:
5. Flexie – extensie, are loc în partea humeroantebrahială şi reprezintă apropierea
antebraţului de braţ, la flexiune, şi deplasarea în sens invers la extensiune. Pronaţia –
supinaţia sunt mişcări ce au loc doar în articulaţia humeroradială. Muşchii responsabili
de acestea sunt brahialul, bicepsul, brahioradialul, extensorul radial lung al carpului şi
muşchii epitrohleeni, muşchii tricepşi, anconeul, muşchii epicondilieni laterali.
C. Muşchii care contribuie la realizarea mişcărilor în articulaţiile radioulnare sunt:
6. Pronaţie – supinaţie sunt mişcări necesare în vederea efectuării prehensiunii, astfel încât
pronaţia este mişcarea prin care faţa palmară orientată în poziţie ortostatică, adică
orientată spre corp, se roteşte înspre posterior, iar rotaţia în sens invers, adică cu faţa
palmară în planul frontal defineşte mişcarea de supinaţie.
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
27
Limitarea mişcărilor de rotaţie se face de către formaţiunile ligamentare în combinaţie cu
muşchii periarticulari.
D. Muşchii care contribuie la realizarea mişcărilor în articulaţiile mâinii sunt ordonaţi în patru
grupe musculare funcţionale, astfel:
- muşchii flexori: radial al carpului, ulnar al carpului, superficial al degetelor, profund al
degetelor, lung al policelui şi muşchiul lung palmar;
- muşchii extensori: ulnar al carpului, scurt radial ar carpului, lung radial al carpului, lung
al policelui şi extensorul degetelor;
- muşchii abductori: lung extensor radial al carpului, lung abductor al policelui, flexorul
radial al carpului, lungul flexor al policelui şi extensorul policelui;
- muşchii adductori: muşchiul extensor ulnar al carpului, şi flexorul superficial al
degetelor. [PAP.V._2003]
4.3.4. Forţa musculară
Forţa musculară este dependentă în mod direct de trei parametri ai muşchiului enervat,
respectiv de mecanica musculară, arhitectura muşchiului şi locul de inserţie al acestuia.
Forţa de contracţie depinde de doi factori mai importanţi și anume: numărul fibrelor
musculare al unui muşchi şi lungimea acestora. Contracţiile musculare, datorită forţei pe care o
exercită, constituie un factor definitoriu în menţinerea posturii şi a echilibrului stabil, fiind o a
doua forţă interioară care intervine în realizarea mişcării, ca o reacţie de răspuns la stimulare,
prin impulsul nervos. [SER.I_2011] Moto-neuronul alfa primeşte toate impulsurile motorii,
indiferent de originea lor, iar când starea de excitaţie care rezultă din această sumaţie a atins un
nivel suficient, neuronul reacţionează stereotip, trimiţând un impuls motor fibrelor musculare pe
care le inervează prin terminaţiile sale. Întregul muşchi se contractă cu intensităţi variabile,
activitate care este explicabilă prin două mecanisme: prin sumaţie în timp, în corelare cu
frecvenţa cu care se succed impulsurile şi prin sumaţie în spaţiu, în legătură cu un număr
crescător de unităţi motorii care intră în acţiune. [SER.I 2011]
Contracţia musculară se poate defini ca o manifestare legată de schimbarea elasticităţii
musculare și se manifestă fie ca o întărire a muşchiului, fie ca o modificare de tărie şi de formă a
acestuia.
4.5. CINEMATICA MÂINII
Pentru o abordare pur cinematică, corpul uman poate fi considerat ca un sistem de corpuri
rigide legate prin articulaţii, această simplificare având avantajul unei abordări simple, care
determină concluzii foarte apropiate de realitate. Astfel se poate defini în orice moment oricare
din părţile corpului, poziţia şi orientarea acestuia prin raportarea la două sisteme de referinţă:
- un sistem de referinţă fix, unic şi bine precizat;
- un sistem de referinţă ataşat corpului.
Dacă se studiază corpul uman ca un ansamblu de corpuri legate între ele prin articulaţii,
fiecăruia din aceste corpuri trebuie să i se ataşeze un sistem de referinţă, care să-i definească
poziţia şi orientarea faţă de corpul ce-l precedă în succesiunea considerată, pentru ca la orice
moment, orice corp din succesiunea ce formează sistemul să poată fi în mod simplu exprimat
faţă de sistemul de referinţă fix.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
28
Articulaţia mâinii face parte din grupul articulaţiilor conduse de aparate ligamentare şi in
cazul în care apare ineficienţa ligamentară sau deteriorarea ligamentului, se produc deformaţii în
precizia mişcării. Conducerea într-o articulaţie include parametrii vectoriali ai forţei şi anume,
sensul, direcţia şi amplitudinea mişcării în articulaţie.
După direcţia de mişcare faţă de cele trei axe ale sistemului tridimensional, se deosebesc
mişcările: pe orizontală, înainte şi înapoi, pe verticală, în sus şi în jos și lateral, la dreapta şi la
stânga (după Descartes 1637).
4.6. DINAMICA MÂINII
Importanţa integrităţii articulare a mâinii reprezintă o prioritate pentru orice individ, iar
musculatura la nivelul mâinii are un rol foarte bine definit şi anume acela de poziţionare, fapt
pentru care orice individ trebuie să-şi menţină tonusul muscular permanent.
4.6.1. Forţele de acţiune şi de reacţiune
Baza anatomofuncţională a unei mişcări este reprezentată de arcul neuro-musculo-osteo-
articular. Prin intrarea în acţiune a aparatului locomotor comandat de sistemul nervos, se
declanşează o serie de forţe interioare care conlucrează la realizarea mişcărilor. Forţele interioare
sunt obligate să învingă o serie de forţe exterioare care se opun mişcării, mişcarea rezultând din
interacţiunea forţelor interioare ale corpului omenesc cu forţele exterioare ale mediului de
deplasare.
Pentru a se produce lucru mecanic, forţele interioare trebuie să fie superioare ca intensitate
rezistenţelor opuse de forţele exterioare şi să acţioneze pe aceeaşi direcţie, dar în sens invers
acestora din urmă. Organele care participă la locomoţie aparţin sistemului nervos, sistemului
osteoarticular şi sistemului muscular. Atât locomoţia, cât şi mişcarea sub forma exerciţiului fizic
utilizează energia mecanică care se manifestă ca nişte forţe. În urma proceselor metabolice din
organismul uman rezultă energie care este utilizată sub formă termică, electrică, fizico-chimică şi
mecanică.
Succesiunea forţelor interioare ale locomoţiei, care intervin în realizarea unei mişcări este
următoarea: impulsul nervos → contracţia musculară → pârghia osoasă → mobilitatea articulară.
Controlul mişcării este realizat de sistemul nervos somatic sau al vieţii de relaţie. Acesta
este alcătuit din acele formaţiuni care au rolul de a integra organismul în mediul extern, de a
realiza relaţia organismului cu acest mediu. Activitatea sistemului nervos somatic este
conştientă, voluntară şi are ca efectori musculatura striată (somatică).
Forţele care acţionează asupra unui corp, inclusiv în timpul practicării exerciţiilor fizice,
determină o reacţie a ţesuturilor asupra cărora acţionează.
Deoarece la producerea flexiei-extensiei participă câţiva muşchi, trebuie făcute anumite
presupuneri esenţiale în anumite situaţii statice şi dinamice.
4.6.2. Evaluarea prehensiunii
Prehensiunea este un gest precis, adaptat, conştientizat sau reflex, care pe baza
informaţiilor instantanee exteroceptive şi proprioceptive se automatizează prin repetare şi
determină coordonarea optimă a mâinii pentru prindere sau apucare. [ZAM.E_2006]
După Littler mâna este divizată in trei elemente de mişcare:
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
29
- raza 1, policele, metacarpianul I şi articulaţiile dintre ele; metacarpianul I nu se articulează cu
cel de-al doilea şi astfel policele poate fi opus degetelor II-V; şi muşchii policelui;
- raza 2, indexul, prin cei 7 muşchi proprii, poate fi mobilizat independent fată de celelalte trei
degete;
- raza 3 – formată din degetele III-V şi metacarpienele corespunzătoare.
Razele 1 şi 2 formează o unitate funcţională pentru activităţi de prehensiune fine, precise,
la care participă în mică măsură şi degetul III. Legătura funcţională dintre razele 1-3 asigură
prehensiunea de forţă. Ea este evidenţiată de redoarea în extensie a inelarului , care face
imposibilă „strângerea în pumn a celorlalte degete”. Aceste trei raze de mişcare sunt grupate în
jurul unei unităţi centrale stabile, reprezentată de rândul distal al carpienelor, metacarpienelor II
şi III şi musculatura aferentă: muşchiul flexor radial al carpului şi muşchii extensori radial ai
carpului (lung şi scurt). Tipuri de prehensiune
1. Prehensiunea terminală se realizează între extremitatea pulpei policelui, aproape de
unghie şi extremitatea pulpei fiecărui deget, în particular a indexului.
2. Prehensiunea subterminală se realizează între pulpa policelui şi pulpa altui deget când
este bidigitală sau pulpele a două degete, când este tridigitală.
3. Prehensiunea subtermino-laterală se realizează între pulpa policelui şi faţa laterală a unui
deget, mai frecvent indexul, ca şi cum am număra banii, am prinde o farfurie sau am
răsucii o cheie, motiv pentru care se mai numeşte „pensa de cheie”.
4. Prehensiunea polici digitopalmară este o prehensiune de forţă realizată între palmă şi
ultimele patru degete şi police; se aplică în jurul unor obiecte grele si voluminoase.
5. Prehensiunea prin opoziţie digitopalmară opune palmei ultimele patru degete şi permite
sesizarea unor obiecte mai mici decât precedenta: mânuirea unui levier, apucarea
volanului, agăţarea de o bară, purtarea unui geamantan.
6. Prehensiunea latero-laterală se realizează interdigital între feţele alăturate a două degete,
mai ales index şi medius. [ZAM.E_2006]
4.7. Modelarea mâinii
4.7.1. Introducere
De-a lungul timpului, au fost dezvoltate cu diverse scopuri, modele ale mâinii ce încercau
să pună în evidenţă fiziologia unor elemente anatomice astfel încât probleme patologice sau
funcţionale ale mâinii să fie mai bine înţelese. Multe dintre aceste modele erau cinematice, foarte
simplificate, de cele mai multe ori 2D, în principal, pentru o analiză calitativă. Alte modele, mai
ales dinamice, servesc analizei cantitative necesare în planificarea chirurgicală asupra
tendoanelor sau în evaluarea transferului de semnal nervos pentru comanda efectorilor. De
asemenea, unele sunt dedicate modelării diferitelor operaţii în scopul concepţiei protezării.
Pentru determinarea axelor de rotaţie a articulaţiilor cu două grade de libertate, s-a luat în
considerare o conexiune virtuală a acestora, aproximaţie care a dat rezultate mulţumitoare pentru
majoritatea cazurilor, mai ales dacă nu a existat interesul în rolul ţesutului moale sau în
tensiunile dezvoltate în articulaţii. Toate cercetările de până în prezent au considerat pentru
tendon modelul curelei fără frecare, care dezvoltă tensiuni uniforme pe toată lungimea lui dacă
nu intervin ramificaţii sau conexiuni cu alte tendoane.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
30
Modelarea matematică a muşchiului a fost, în general, făcută folosind modelul Hill. Acest
model simplu permite luarea în considerare a trei parametri principali: nivelul de activare al
muşchiului, variaţia forţei produse de muşchi în raport cu lungimea lui şi viteza de contracţie. În
final, ecuaţiile dinamice de echilibru formează un sistem nedeterminat, cu mai multe necunos-
cute (forţele din muşchi) decât ecuaţii. Nedeterminarea este ridicată prin impunerea de condiţii
suplimentare ca: inecuaţii ce se referă la valoarea maximă a forţei ce poate fi dezvoltată de
fiecare muşchi şi la faptul că tendoanele nu pot prelua încărcări de compresiune.
4.7.2. Modele ergonomice ale mâinii
În ergonomie, modelele mâinii sunt folosite pentru simularea posturilor din timpul
manipulării obiectelor cu diferite scopuri. În ultima perioadă, în concepţia ergonomică a
diferitelor produse au fost introduse persoane virtuale-manechine, mai ales în producţia
aerospaţială şi de automobile, dar şi pentru alte produse de larg consum, în simularea funcţiilor,
formarea personalului sau simularea unor situaţii de muncă ([COLO_2005]; [YANG_2007]).
Modelele timpurii ale mâinii erau foarte simple din punct de vedere geometric, formate din
cilindri şi conuri unite prin legături, dar algoritmii de dinamică inversă erau suficient de precişi
pentru a satisface nevoile de modelare şi simulare. Cele recente înglobează progrese ale
prelucrării de imagine şi reconstrucţie de corpuri 3D pe baza prelucrării statistice a datelor
rezultate din imaginile recuperate pe numeroşi subiecţi analizaţi.
4.7.3. Model biomecanic al mâinii
Ţinând seama de cunoştinţele actuale, de modelele biomecanice existente, este posibil să se
estimeze configuraţia musculară necesară realizării unei mişcări şi contracarării unei acţiuni
exterioare, dar folosirea acestor informaţii la studiul manipulării este limitată. Pe de o parte,
modelele biomecanice sunt lipsite de realism în ceea ce priveşte manevrarea obiectelor din punct
de vedere compus: mecanic şi ergonomic, iar pe de altă parte ele ar necesita înglobarea unor
informaţii despre contact. Cele curente nu permit posturile de apucare şi nici zonele şi forţele de
contact şi, cu atât mai puţin, nu prevăd algoritmul mişcării pentru apucare. Studiile calitative
efectuate în robotică permit compararea posturilor de prehensiune pentru diferite tipuri de roboţi
şi pot fi adaptate şi la prehensiunea umană.
4.7.4. Modelarea cinematică a membrului superior
Pentru obţinerea unor posturi cât mai apropiate de realitate este necesar să se adopte un
număr corect de grade de libertate între diferitele oase. În acest sens, este important ca modelul
să ia în considerare nu numai mişcările policelui şi ale degetelor, dar şi curbura palmei. Mâna
este considerată ca un ansamblu de cinci lanţuri cinematice deschise, din corpuri rigide,
conectate la carp prin diferite articulaţii care caracterizează comportarea lor cinematică.
Articulaţiile distală şi proximală inter-falangială ale degetelor, ca şi articulaţia inter-
falangială a policelui sunt articulaţii trohleare ce pot executa doar flexie şi extensie. Ele sunt
modelate prin articulaţii cu un singur grad de libertate (cilindrice) şi pentru acestea se defineşte
un ax de rotaţie ce uneşte cele două falange adiacente (tip balama).
Articulaţiile dintre metacarpiene şi falangele policelui şi ale degetelor sunt articulaţii
condilare ce pot executa mişcări flexie/extensie şi de abducţie/adducţie. [BRAND_1992]
Articulaţia dintre carp şi metacarpiene la police este o articulaţie în şa ce poate executa mişcări
flexie/extensie şi de abducţie/adducţie. [BRAND_1992] Toate acestea vor fi reprezentate prin
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
31
articulaţii cu două grade de libertate, prin definirea a două axe de rotaţie care unesc cele două
segmente adiacente. Axele nu se intersectează şi nu sunt ortogonale [BRAND_1992] şi, astfel este
necesară o legătură imaginară pentru a face legătura dintre ele. [GIUR_1995] Modelul permite
arcuirea palmei prin modelarea articulaţiei carpului cu metacarpienele degetului mic şi inelar
prin articulaţii artrodiale ce permit mişcări cu amplitudini foarte mici [KAPA_1998] modelate ca
având un singur grad de libertate prin definirea câte unei axe oblice de rotaţie pentru
flexie/extensie ce uneşte carpusul cu fiecare metacarpian, astfel încât să simuleze cât mai
aproape de adevăr arcuirea palmei. [KAPA_1998] Din cauza importanţei rolului formei palmei în
prehensiune, acest model este considerat ca fiind cel mai adecvat la simularea prehensiunii decât
oricare altul din literatura de specialitate.
Pentru studiul dinamicii directe şi inverse, metoda din robotică Denavit-Hartenberg
[DENA_1995] a fost utilizată şi defineşte poziţia oricărui segment.
Pentru studiul cinematic complet al membrul superior uman liber, pe baza observaţiilor
anatomice, se consideră o structură în lanţ cinematic deschis cu 12 grade de libertate. Acest
model se numeşte braţ cu mânuşă pliantă fără degete pentru că falangele acţionează toate
simultan, putând strânge mâna sub formă de pumn.
4.7.5. Acţiunea musculară şi a tendoanelor
Muşchii şi tendoanele controlează mişcarea lanţurilor scheletice. Muşchii sunt reprezentaţi
printr-un model Hill simplu, cu trei componente care ţine seama de nivelul de activare al
muşchiului (α), variaţia forţei produse de muşchi în raport cu lungimea lui şi relaţia viteză-forţă
de contracţie ca şi diferitele arhitecturi musculare.
Modelul conţine un element de contracţie (CE) care este elementul principal ce generează
forţă, un element elastic paralel (PEE) care reprezintă forţa pasivă atunci când muşchiul este
tensionat şi un element elastic în serie (SEE), tendonul, care este considerat ca inextensibil
(figura 4.4). Forţa pe care o poate dezvolta un muşchi depinde de lungimea lui şi de viteza de
contracţie.
a) b)
Figura 4.3. Model Hill cu trei
componente, pentru muşchi.
Figura 4.4. Modele ale tendoanelor ce traversează articulaţia: linie
dreaptă (a); modelul Landsmeer (b).
Cei mai mulţi muşchi nu acţionează direct pe oase, ci transmit forţa tendoanelor care se
inserează pe acestea. Pentru modelarea acţiunii unui tendon ce traversează o articulaţie, s-a
considerat o linie dreaptă ce uneşte două puncte: unul pe osul proximal şi, celălalt, pe osul distal
(fig. 4.4,a). Aproximaţia satisface mulţumitor comportarea tuturor tendoanelor, cu excepţia
extensorilor, pentru care a fost adoptat primul model Landsmeer (fig. 4.4,b). Mecanismul
capsular al tendoanelor degetelor (figura 4.4, b) permite conectarea şi divizarea căii tendonului.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
32
4.7.6. Ligamente
Acţiunea ligamentelor este foarte importantă pentru analiza mişcărilor libere ale degetelor.
Ea nu este determinantă pentru manipularea obiectelor decât dacă aceasta se face cu viteze mari.
In cazul articulaţiilor interfalangeal distale şi proximale ale degetelor şi policelui, inserţia
ligamentelor colaterale pe segmentele proximale ale articulaţiilor corespund axului de flexie şi
extensie. [DUB_1981] Deci, ele nu dezvoltă nici un moment în jurul articulaţiei şi deci, nu trebuie
modelate. În cazul articulaţiilor metacarpo-falangeale, inserţia proximală a ligamentului lateral
pe capătul metacarpului rămâne dorsală spre centrul curburii articulare şi astfel, ligamentele
colaterale sunt laxe în extensie şi întinse în flexiune, diminuând considerabil domeniul mişcărilor
laterale ([CRAIG_1992]; [DUB_1981]; [KAPA_1998]). Tensiunea asupra ligamentelor radial şi
ulnar creste, respectiv, cu adducţia şi cu abducţia articulaţiei metacarpo-falangiene. Linia de
acţiune a ligamentelor rămâne dorsală în flexie-extensie, dezvoltând un moment de extensie în
articulaţie care se adaugă momentului de abducţie - adductie.
4.7.7. Pielea si contactul cu obiecte
Una din scopurile modelării mâinii constă în punerea în evidentă a capabilităţii ergonomice
de prehensiune şi transport a unor obiecte. Pentru a satisface această caracteristică este necesar,
printre altele, să se modeleze şi aspectul exterior al pielii. Se propune un model similar celui
produs de Endo [ENDO_2007] sau [GOUS_2007] în care modelul pielii este o reţea poligonală 3D
generată pe baza unor imagini tomografice. Un algoritm ce descrie deformarea suprafeţei pielii
defineşte geometria suprafeţei atunci când aceasta este modificată. Fiecărui os i se atribuie o
învelitoare de forma unei capsule. Vârfurile pielii modificate se deplasează odată cu oasele.
Atunci când capsulele se intersectează, vârfurile sunt o rezultantă a celor două învelitori. Pentru
determinarea contribuţiei fiecărei deplasări la crearea denivelării rezultante, întotdeauna
cuantificată cu unitatea, se atribuie ponderi de contribuţie celor două originale.
Modelul necesar descrierii posturii de prindere necesită verificarea momentului când
modelul pielii vine în contact cu suprafaţa obiectului. În realitate, suprafaţa mâinii este deformată
în contact cu obiectul şi deformaţia este, în general, neliniară.
Atunci când se încearcă estimarea modelului muscular asociat cu postura de prindere,
modelul necesită mai multe informaţii: forţele din contactele cu obiectul. Cum suprafaţa
degetului este deformabilă, contactul nu se produce doar într-un punct ci pe o arie ce creste odată
cu forţele normale. Datorită acestui efect, degetul va suporta, în afara forţei normale şi
tangenţiale de frecare, şi momente de frecare de torsiune faţă de punctul de contact.
Cele mai multe obiecte manipulate de om sunt mult mai rigide decât mâna acestuia şi,
atunci, este normal ca obiectul să fie considerat ca obiect rigid şi degetul ca obiect deformabil.
4.9. TEHNICI DE KINETOTERAPIE A MÂINII
Recuperarea medicală este cea mai nouă formă de asistenţă medicală apărută în a doua
jumătate a secolului XX, fiind într-o continuă dezvoltare. Este o activitate complexă prin care se
urmăreşte restabilirea cât mai deplină a capacităţilor funcţionale reduse sau pierdute de către o
persoană, dezvoltarea mecanismelor compensatorii şi de adaptare, care să-i asigure în viitor
posibilitatea de autoservire, viaţă activă, independenţă economică şi socială. Kinetoterapia se
defineşte ca un complex de metode şi tehnici ce folosesc mişcarea în scop terapeutic, urmărind
Capitolul 4. Bazele biomecanice ale cercetării
33
creşterea mobilităţii articulare, creşterea forţei şi a rezistenţei musculare, îmbunătăţirea
coordonării mişcărilor şi înlăturarea unor deficienţe ale aparatului locomotor. [W.4.6]
Forma exerciţiului fizic este determinată de totalitatea aspectelor externe ale mişcărilor
(ceea ce se vede din exterior), raportate la caracteristicile spaţio-temporale în care se efectuează
exerciţiul. Forma exerciţiului este dată de succesiunea în care se deplasează în timp şi spaţiu
elementele componente ale fiecărei mişcări – poziţia corpului şi a segmentelor sale, succesiunea
secvenţelor motrice ale întregului exerciţiu, traiectoria, direcţia, ritmul, tempoul şi mărimea
forţei contracţiilor musculare. [AVR.E_2006a, b]
4.9.2. Tehnici specifice mâinii
Kinetoterapia membrului superior se poate realiza prin:
c). tehnici anakinetice de posturare care au valoare deosebită, la fel ca şi mobilizările
de tip Maigne, motiv pentru care kinetoterapeutul trebuie să le acorde toată atenţia.
Principalele tipuri de posturi utilizate pentru recuperarea mâinii sunt:
- posturile antideclive realizate liber de către pacient sau cu ajutorul unor eşarfe sau
dispozitive speciale;
- posturile seriate în atele utilizate pentru menţinerea unei poziţii funcţionale câştigate sau
pentru corectarea unei diformităţi sau deviaţii;
- posturile de repaus, utilizate mai ales pe timpul nopţii;
- posturi de prevenire a deviaţiilor, utilizate în cadrul recuperării paraliziilor de nervi
periferici;
- orteze de diferite tipuri;
d). manipulări cea ce reprezintă utilizare mişcării pasive în sechelele posttraumatice de
la nivelul pumnului acestea fiind: mobilizarea radiocarpiană, flexia radiocarpiană şi
extensia radiocarpiană. Mişcările pasive sunt întotdeauna precedate de masaj şi
căldură. Amplitudinea mişcărilor creşte progresiv în timpul unei şedinţe, atingând
întotdeauna maximul posibil, moment în care se transformă practic în întinderi;
e). mobilizările pasivo – active, sunt acele mobilizări care fac trecerea spre
mobilizările active cu rezistenţă şi se utilizează când forţa musculară are valori între
2 şi 3, neputând asigura mişcarea pe întreaga amplitudine;
f). mobilizările active: reprezintă baza recuperării mâinii, realizându-se în toate
articulaţiile pumnului, mâinii, degetelor şi policelui, pe toate direcţiile posibile, atât
analitic, cât mai ales global. Fizioterapia adjuvantă pregăteşte fiecare program
kinetic prin masajul, termoterapia caldă si rece, fototerapia Bioptron, stimulările
electrice, electroterapia, acupunctura, etc.
34
CAPITOLUL 5
PROIECTAREA UNUI SISTEM DE ANTRENAMENT KINETO-TERAPEUTIC AL MÂINII
5.1. INTRODUCERE
Efectuându-se studii şi cercetări în domeniul aparaturii medicale, s-a constatat nevoia de
noi sisteme şi tehnologii în vederea recuperării locomotorii a corpului uman reducându-se astfel
timpul de reintegrare în activitatea normală şi nu în ultimul rând, calitatea actului recuperator,
adică posibilitatea de a realiza mişcările naturale identice cu cele dinaintea traumatismului
suferit. Astfel ţinta acestor cercetări este de a obţine un prototip de sistem acţionat
hidropneumatic folosit la recuperarea locomotorie a mâinii care a avut de suferit în urma unei
solicitări dinamice excesive ce a necesitat tratament medical complex sau persoana suferă de
maladii care îi reduc posibilitatea de mişcare. Se doreşte ca acest sistem să poată efectua mişcări
ale degetelor cu o forţă, un moment şi o traiectorie controlată. Toate caracteristicile ce vor fi
exercitate de sistemul mai sus mentionat vor fi, anterior realizării conceptului, determinate prin
calcul analitic şi modelate cu ajutorul software-ul Matlab iar proiectarea asistată de calculator se
va face cu sofware-ul Catia.
5.2. STABILIREA MIŞCĂRILOR
Mişcările pe care le poate realiza mâna, în totalitatea lor cu celelalte articulaţii ale
membrului superior, sunt mişcări complexe, foarte greu de realizat mecanic sau cu ajutorul
tehnologiei de astăzi, însă omenirea tinde şi speră că se vor găsi soluţii care să imite şi să
controleze aceste mişcări.
În urma celor studiate, s-au stabilit mişcările care au loc în articulaţia mâinii în totalitatea
lor - mână, pumn şi degete - astfel că, pentru început trebuie stabilite elementele cinematice care
intră în componenţa mecanismului mâinii. Aceste elemente fiind oasele care formeză structura
osoasă a mâinii, însă în funcţionarea mecanismului mai intră şi alte componente de luat în seamă
ca, muşchii, ligamente, tendoane şi articulaţii. Dacă se simplifică puţin lucrurile, în sensul că se
iau în calcul doar mişcările, nu şi forţele care intervin, deci se priveşte pur cinematic, atunci se
pot definitiva cu exactitate toate tipurile de mişcări ce se regăsesc în mecanismul mâinii.
5.3. PROIECTAREA ECHIPAMENTULUI
La conceperea şi proiectarea echipamentului s-au avut în vedere mai mulţi factori
importanţi în modul de funcţionare, cote de gabarit, energii de acţionare, modul de comandă şi
execuţie şi mulţi alţi parametri de lucru ai echipamentului proiectat.
În acest sens, referitor la cotele de gabarit precum şi la forţele şi momentele necesare, sau
efectuat o serie de cercetări şi măsurători antropometrice în vederea stabilirii cu exactitate a
lungimilor elementelor componente mecanismului mâinii şi amplasarea acestuia în poziţia cea
mai comodă pentru cei ce folosesc respectivul aparat. Aceste măsurători au scos în evidenţă
intervalul forţelor şi momentelor dezvoltate de membrul superior, cu precădere în articulaţiile
mâinii.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
35
Figura 5.1. Concepţia structurii de bază a echipamentului.
5.3.1. Stabilirea intervalelor
Pentru stabilirea dimensiunilor componentelor mecanismului mâinii și a fortelor medii
dezvoltate de subiecţi sănătoşi, au fost efectuate măsurări antropometrice, măsurări ale
deplasărilor unghiulare ale falangelor degetelor, precum și măsurări ale fortelor anatomice și în
stare de confort fiziologic dezvoltate în diversele segmente ale mâinii.
Măsurătorile antropometrice au fost efectuate pe un număr de 207 subiecţi, având o
dezvoltare şi o condiţie fizică normală, fără dificultăţi în locomoţia membrului superior. Dintre
aceştia, 116 sunt de sex masculin și 91 de sex feminin (Anexa 1).
În urma obţinerii datelor experimentale, s-a constatat o mare diversitate a valorilor obţinute
și o mare amplitudine a intervalului de variaţie a înălţimii subiecţilor participanţi la studiu.
Pentru o tratare mai coerentă a acestor date experimentale, subiecţii au fost împărţiţi în mai
multe clase de înălţime: până la 1,69 m, între 1,70 și 1,79, 1,80 – 1,89 și între 1,90 m și 2,02 m,
separat pentru subiecţi de sex masculin și de sex feminin.
Dimensiunile falangelor degetelor; ale mâinii și ale membrului superior au fost
reprezentate în funcţie de talie – lungimea și perimetrul fiecărei falange. Au fost determinaţi
principalii parametri statistici pentru fiecare clasă de talie, descrisă mai sus (Anexa 2).
Pentru exemplificare, în figura 5.2 este prezentată variaţia dimensiunilor falangei mijlocii a
degetului inelar în funcţie de talie pentru clasa de subiecţi feminini cu talia între 1,70 și 1,79 m.
Estimaţia mediei aritmetice și estimaţia abaterii standard [ROSC_1998] au fost calculate cu
formulele:
n
i
ixn
x1
1,
n
i
i xxn 1
2
1
1 , (5.1)
pentru a se determina intervalul de încredere pentru o valoarea oarecare din şirul de determinări
cu un nivel de încredere de 68,3 %, adică,
x,xxi . (5.2)
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
36
După analizarea rezultatelor obţinute pe clase de dimensiuni și sexe, s-au construit noi clase de
dimensiuni mixte care au fost considerate mai aproape de situaţia reală de exploatare a unui
dispozitiv de recuperare și antrenament a mâinii (Anexa 3). Au fost, astfel, obţinute patru clase
de subiecţi ordonaţi după talie: 152-1,69 m; 1,70-1,79 m; 1,80-1,89 m și 1,90-2,02 m.
Fig. 5.2. Variatia lungimii și perimetrului falangei mijlocii a inelarului în functie de talie pentru clasa de
subiecţi feminini cu talia cuprinsă între 1,70 m și 1,79 m.
Dintre aceste clase, din multiple considerente ca: frecventa de apariţie a dimensiunilor
taliei, media taliei populaţiei într-un anumit segment de vârstă al populaţiei dată în statistici
oficiale și, mai ales, pentru uşurinţa construirii dispozitivului cu mijloacele materiale accesibile,
s-a ales ca reprezentativă o clasă de talie cuprinsă între 1,80 și 1,89 m, care cuprinde un
număr de 60 de subiecţi.
Pentru această clasă s-a urmărit eliminarea erorilor aberante și tratarea lor statistică cu un
nivel de încredere corespunzător la 2, adică de 95,4 %.
Eliminarea valorilor aberante s-a făcut folosind testul Grubbs, cu funcţia discriminantă:
crgxx
g ~1
. (5.3)
Pentru un risc de 5 %, și un volum al eşantionului de n=60, valoarea gcr=3,03. Dacă
crgg , atunci valoarea extremă testată – xmin sau xmax nu este aberantă și poate fi păstrată în
şirul de valori. În caz contrar, valoarea pentru care g>gcr este considerată aberantă și se elimină
din şirul de valori luate în considerare la obţinerea rezultatului final.
După depistarea și eliminarea erorilor aberante din şirurile de valori obţinute pentru
lungimile și perimetrele falangelor celor cinci degete și pentru dimensiunile mâinii, s-au
recalculat parametri statistici și, cu ajutorul lor, intervalele de încredere cu un nivel de încredere
de 95,4 %, adică corespunzător la 2, obţinându-se valorile din Tabelul 5.2.
În urma analizei dimensionale a şirurilor de determinări antropometrice efectuate asupra
membrului superior, a mâinii și a tuturor degetelor, s-au ales dimensiunile ce urmează să fie
materializate în dispozitivul de recuperare și antrenament al mâinii. Aşa cum s-a arătat,
dimensiunile (Tabelul 5.3) au fost alese astfel încât să se încadreze în intervalele de încredere și,
în acelaşi timp, să permită realizarea practică a prototipului dispozitivului și punerea lui în
funcţiune cu mijloacele actuale disponibile.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
37
Tabelul 5.2. Valorile parametrilor statistici ale şirurilor de valori ale dimensiunilor degetelor, ale mâinii
și ale membrului superior pentru clasa de subiecţi cu talia cuprinsă între 1,80 m și 1,89 m, cu = 95,4 %.
Parametri
Deget/falangă
Lungime Perimetru
Media mm
Abaterea
standard mm
Interval de
încredere
mm
Media mm
Abaterea
standard mm
Interval de
încredere
mm
Police F1 32,6117 2,2723 (28,0670; 37,1563) 59,267 4,254 (50,759; 67,775)
F2 41,6414 2,1495 (37,3424; 45,9404) 64,967 5,894 (53,178; 77,756)
Index
F1 25,0542 1,9114 (21,2314; 28,8771) 4,8000 4,510 (38,980; 57,020)
F2 31,0475 1,8164 (27,4146; 34,6803) 5,4867 4,630 (45,606; 64,127)
F3 55,7530 3,0973 (49,5584; 61,9477) 6,4867 5,017 (54,833; 74,900)
Deget
mijlociu
F1 26,3783 1,4867 (23,4050; 29,3517) 4,9783 4,488 (40,808; 58,759)
F2 35,9467 2,2581 (31,4304; 40,4629) 5,6983 5,030 (46,923; 67,044)
F3 60,0466 3,2835 (53,4796; 66,6135) 6,3083 5,579 (51,925; 74,242)
Inelar
F1 26,3633 1,5489 (23,2656; 29,4611) 4,6700 4,220 (38,260; 55,140)
F2 34,6000 2,1671 (30,2658; 38,9342) 5,2305 4,595 (43,115; 61,495)
F3 57,5633 4,0559 (37,4890; 69,5259) 6,0300 5,305 (37,350; 72,639)
Deget mic
F1 23,2383 1,7084 (19,8215; 26,6552) 4,2733 4,166 (51,064; 51,457)
F2 26,2102 1,7387 (22,7328; 29,6875) 4,8183 4,401 (39,380; 56,986)
F3 44,9083 3,1389 (38,6304; 51,1862) 5,4417 4,900 (44,617; 64,217)
Mână Lungime Lăţime
202 7,134 (187,548; 216,085) 82,917 4,688 (73,541; 92,292)
Membru
superior
Antebraţ Braţ
277,600 10,472 (256,656; 29,8544) 336,831 16,925 (302,981; 370,680)
Tabelul 5.3. Valorile adoptate ale dimensiunilor degetelor, mâinii și
ale membrului superior [mm].
Deget/falangă Lungime Perimetru
Police F1 30 64
F2 42 77
Index
F1 27 55
F2 30 60
F3 52 69
Deget
mijlociu
F1 28 55
F2 32 65
F3 57 70
Inelar
F1 27 47
F2 34 58
F3 55 64
Deget mic
F1 26 45
F2 27 49
F3 46 58
Mână Lungime Lăţime
202 90
Membru superior Antebraţ Braţ
278 287
În mod analog au fost tratate datele experimentale referitoare la forţele dezvoltate în degete
pentru diferite pehensiuni, stabilindu-se intervalele de variaţie pentru subiecţi sănătoşi cu un
nivel de încredere de 95,4 %. Tabelele cu valorile prelucrate și cu datele sintetizate se regăsesc în
Anexa 3. Pentru stabilirea experimentală a amplitudinilor mişcărilor degetelor la nivelul inter-
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
38
falangeal și la nivelul deget police mână, s-a urmărit acelaşi mod de tratare a datelor
experimentale, valorile prelucrate și datele sintetizate se regăsesc în Anexa 4.
În urma tratamentului acestor date experimentale, rezultatele adoptate au fost folosite
pentru proiectarea prototipului dispozitivului de recuperare/antrenament a mâinii.
5.3.2. Schema cinematică
5.3.2.2. Realizarea schemei cinematice a mecanismului mâinii
Simplificarea cinematică a mecanismului mâinii se reduce la formarea lanţurilor
cinematice ce au în componenţă cuple cinematice plane şi spaţiale, în care mişcarea principală
este de rotaţie. Am spus mişcare principală deoarece, în fiecare articulaţie a mâinii, pe lângă
mişcarea de rotaţie mai are loc şi mişcare de translaţie provenită din alunecarea oaselor ce intră
în componenţa articulaţiei. Aceste mişcări de translaţie sunt însă foarte reduse, fapt ce se poate
neglija în modelarea cinematică luându-se în considerare doar caracterul de rotaţie al articulaţiei.
Descrierea articulaţiilor mâinii, definirea gradelor de libertate şi simbolizarea cinematică este
următoarea:
1. Articulaţia radiocarpiană este o articulaţie sferică cu trei grade de libertate: flexie-
extensie - rotaţie în jurul axei Ox, adducţie-abducţie - rotaţie în jurul axei Oy și pronaţie-
supinaţie - rotaţie în jurul axei Oz.
2. Articulaţiile metacarpofalangiene sunt articulaţii sferice cu două grade de libertate,
deoarece mişcarea de abducţie - adducţie este relativ redusă şi se poate neglija în
modelarea cinematică. Mişcările principale în această articulaţie sunt: flexie-extensie -
rotaţie în jurul axei Ox și adducţie-abducţie - rotaţie în jurul axei Oy.
3. Articulaţiile interfalangiene acestea sunt proximală şi distal. Acestea permit mişcări cu un
singur grad de mobilitate formând cuple cinematice de rotaţie, astfel mişcarea fiind de
flexie-extensie - rotaţie în jurul axei Ox.
4. Articulaţia interfalangiană a degetului police realizează mişcarea de suprapunere a două
rotaţii: adducţie-abducţie - în jurul unei axe ce trece prin baza metacarpianului și opziţie-
repoziţie - în jurul unei axe radioulnare ce trece prin osul trapez. [DRA.D_2006]
Figura 5.2. Schema cinematică a mâinii.
Figura 5.3. Cuplele cinematice ale mecanismului
prototipat; C–carpiene; MC–metacarpiene; FP–
falange proximale; FM–falange mediane; FD–
falange distale; 1–police; 2–index; 3–degetul
mijlociu; 4–inelar; 5–degetul mic.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
39
În urma cercetărilor efectuate pe mână, modelul cinematic pe care se bazează funcţionarea
mecanismului, la aparatul prototipat a fost necesară înlocuirea unor cuple cinematice. Astfel
cupla cinematică sferică, a articulaţiei radiocarpiană s-a înlocuit cu două cuple cilindrice în locul
celor trei din (figura 5.2), reducându-se astfel mobilitatea la două grade de libertate, fiind
posibile mobilităţiile de flexie-extensie - rotaţie după axa Ox şi adducţie-abducţie - rotaţie după
axa Oy. O altă schimbare care a fost absolut necesară este introducerea unor cuple de rotaţie între
elementele cinematice carpiene şi metacarpiene, schimbare ce permite mişcarea de adducţie-
abducţie a elementelor cinematice metacarpiene - o rotaţie după axa Oy.
Motivarea schimbărilor ce au fost efectuate, este dată de faptul că mecanismul prototipat
nu poate fi coaxial cu axele de rotaţie a cinematicii mâinii, iar de aici rezultă faptul că în cuplele
cinematice ale articulaţiilor carpofalangiene, datorită distanţei dintre axe, în momentul rotiri vor
avea loc mişcări de translaţie a elementelor cinematice metacarpiene. Pentru a permite mişcarea
de translaţie a metacarpienelor în mecanismul prototipat a fost necesară introducerea unei plăci
cu rolul de suport fix al întregului mecanism. La degetul police s-au înlocuit cele două articulaţii
cardanice, ale articulaţiilor carpometacarpiană şi metacarpofalangiană, cu o articulaţie sferică.
Aici motivaţia acestei schimbări este dată de spaţiul redus în care trebuie să se încadreze întregul
mecanism, adică de suprafaţa dorsală a mâinii (figura 5.3).
5.3.2.3. Schema de comandă şi control
Pentru realizarea comenzii către elementele de execuţie ale echipamentului, se utilizează
un calculator prin care cu ajutorul tastaturii sunt trimise comenzile către unitatea de comandă.
Pentru a realiza legătura dintre calculator şi blocul de comandă este necesară utilizarea unei
interfeţe seriale. Odată ce unitatea de comandă primeşte semnalul, aceasta are rolul de prelucrare
de semnal şi trimiterea lui către electrodistribuitorul pneumatic comandat, însă nu înaite de a se
trece prin blocul electric care are rolul de a amplifica tensiunea semnalului de la 5V la tensiunea
de lucru a electrodistribuitorului pneumatic, tensiune de 24V.
Electrodistribuitorul pneumatic are rolul de a comanda energia pneumatică pe circuitul ales
spre celelalte componente pneumatice cu rol de comandă şi control pneumatic. La capătul
circuitului se regăsesc elementele de execuţie a mecanismului mâinii, si anume actuatorii
flexibili miniaturali montaţi pe mecanismul mâinii. Construcţia şi funcţionarea blocurilor
componente sistemului va fi descrisă în continuare.
Componenta electronică
Interfaţa serială
Pentru a putea pune în funcţiune circuitul de comandă, a fost realizat un program software
prin care utilizatorul poate trimite comenzi de la tastatură catre microcontroller şi mai departe
spre circuit. Acest program de comandă a fost realizat cu ajutorul softului QT-Creator, folosit de
către firma Nokia la crearea aplicaţiilor pentru telefoane. Acest program permite crearea simplă
a unei interfeţe cu utilizatorul. În această interfaţă, utilizatorul, are posibilitatea să vizualizeze
literele de pe tastatură care sunt alocate pentru fiecare electrovalvă în parte şi să o poată acţiona
individual faţă de celelalte. Deasemenea electrovalvele pot fi acţionate şi concomitent, astfel
încât să lucreze împreună pentru punerea în funcţiune a protezei din care fac parte.
Paşii ajutători la realizarea interfeţei cu utilizatorul sunt:
- După deschiderea programului se selectează opţiunea „Creare proiect”;
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
40
- Se selectează fişierul ţintă pentru program;
- Generarea automata a celor 5 fişiere.
După efectuarea acestor paşi se va deschide programul propriu-zis, unde se poate observa
generarea automată a unor linii de comandă în urma paşilor efectuaţi anterior.
Trecerea în fereastra de desenare a interfeţei cu utilizatorul se face dând dublu clic pe
fişierul „comandă.ui”. După deschiderea modulului de desenare, se aleg butoanele necesare
pentru crearea interfeţei cu utilizatorul. Acestea se trag în fereastra de editare şi se ordonează
astfel încât să se creeze interfaţa dorită.
La fiecare tastă care a fost introdusă în interfaţă este necesar să i se modifice proprietăţile.
Pentru aceasta, în partea dreaptă jos a programului există o listă cu proprietăţi specifice fiecărei
taste de comandă în parte care se pot edita. De aici i se defineşte denumirea nouă a proprietăţii
alocate, mărimea de afişare şi alte caracteristici care ajută la folosirea funcţiilor caracteristice
tastei. După ce s-au definit toate caracteristicile de care programul are necesitatea pentru buna
funcţionare, interfaţa cu utilizatorul va avea următoarea formă (Figura 5.4).
Figura 5.4. Interfaţa după introducerea parametriilor de comandă.
Cu acest circuit se pot acţiona o serie de 18 electrovalve pneumatice, fiecare dintre acestea
fiind conectată la câte o ieşire a circuitului şi are alocată tasta corespunzătoare acelei ieşiri. După
ce s-a apăsat un caracter, programul va trimite instrucţiuni la microcontroller, care va comanda
mai departe cu ajutorul circuitului electric, la care electrovalvă se va trimite tensiunea de lucru.
Circuitul va trimite semnal pe un port de ieşire acţionat până în momentul în care se va
trimite apasa o tastă corespunzătoare altui port, sau se va apăsa tasta X. Prin apăsarea tastei X
microcontrollerul nu va mai emite comandă circuitului şi se va înceta acţionarea. De asemenea se
pot acţiona simultan toate ieşirile circuitului de comandă prin apasărea tastei Y. În urma acestei
comenzi, microcontrollerul va comanda toate cele 18 ieşiri, astfel punându-se în funcţiune cele
18 electrovalve.
Circuitul electric de comandă
Pentru punerea în practică a comenzilor date prin intermediul unei tastaturi conectată la un
calculator este necesară realizarea circuitului electric care face conexiunea dintre calculator şi
electrovalvele care urmează să fie comandate. Întrucât semnalul digital transmis de circuitul
electronic are o tensiune maximă de 5V, iar pentru comanda electrovalvelor pneumatice este
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
41
necesară tensiunea de 24V, este obligatorie introducerea unui circuit electric cu rolul de a furniza
tensiunea de lucru necesară. În acest scop a fost concepută o schemă electrică de comandă a
circuitului pneumatic ce a fost realizată şi textată cu ajutorul software-ului Eagle Layout Editor
versiunea 5.7.0. Pentru o mai bună explicaţie această schemă a fost desfăcută în două părţi, după
cum urmează:
1. schema de conexiune calculator – circuit electric alimentare microcontroller Atmega88P;
2. microcontroller Atmega88P – reprezentarea ieşirii semnalului.
Figura 5.5. Conexiunea calculatorului–circuit electric de alimentare prin buffer-ul de tranziţie MAX 232.
Pentru prelucrarea datelor primite de la calculator s-a folosit un microcontroller de tip
Atmega88P care este alimentat de la o sursă de energie de 12 V. Circuitul va emite în urma
prelucrării semnalelor primite de la calculator aceeaşi tensiune cu care este alimentat, doar ca o
va face exact pe portul pe care se doreşte, astfel putându-se comanda oricare dintre cele 18
electrovalve folosite mai departe în componenţa protezei de recuperare a mâinii.
Din circuit vine spre led-urile de semnalizare a functionării circuitului o alimentare de 5V,
care trece prin tranzistorul BC547 de tip npn care activează mai departe tranzistorul de tip pnp
BD682. Acesta din urmă funcţionează ca un comutator care închide circuitul şi se alimentează
led-ul indicând astfel funcţionarea. Tranzistorul de tip pnp, mai are rolul de a se opune trecerii
tensiunii de 12 V de la alimentare spre microcontrollerul Atmega88P.
Figura 5.6. Reprezentarea ieşirii semnalului.
Programul de comandă
Programul de comandă al circuitului electric a fost conceput în limbajul de programare
C++ şi foloseşte la la trimiterea comenzilor date de utilizator prin intermediul calculatorului către
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
42
microcontroller-ul plăcii de comandă. Acest circuit se conectează la un calculator şi cu ajutorul
softului realizat, prin acţionare de la tastatură, astfel se pot comanda un număr de optsprezece
electrovalve sau distribuitoare. Acestea se pot comanda atât individual cât şi toate în acelaşi
timp. Trimiterea semnalului simultan la toate cele cele optsprezece electrovalve se face foarte
uşor prin apăsarea unei singure taste de pe tastatură, nefiind necesară apăsarea tuturor tastelor
corespunzătoare celor optsprezece ieşiri. Interfaţa de utilizare este foarte simplă şi poate fi
folosită de către orice utilizator, explicând exact ce butoane trebuiesc apăsate pentru ca
microcontrollerul să emită semnal mai departe. Codul sursă se poate modifica astfel încât se
poate comanda orice sistem mecatronic care foloseşte o tensiune de alimentare cuprinsă între 5V
şi 25V.
Componenta pneumatică
Schema circuitului pneumatic de comandă a fost realizată şi testată cu ajutorul software-
ului FluidSim, secţiunea didactică, pus la dispoziţie de către Firma Festo.
Figura 5.7. Circuitul pneumatic de comandă şi contrul a 16 actuatori pneumatici.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
43
Scopul realizării acestui circuit este de a prelucra energia pneumatică la parametri necesari
regimului de funcţionare a actuatorilor pneumatici folosiţi la acţionarea mecanismului cinematic
al mâinii din cadrul aparatului propus pentru prototipare.
Elementele pneumatice componente ale circuitului realizat sunt: unitate de prelucrare a
aerului comprimat, comutator variabil de presiune, contorizator/numărător de cicluri complete,
electrodistribuitoare pneumatice de tipul 3/2 ; 24V, regulator de presiune cu acţionare manual,
drosele, supape de sens unic, capacitoare, actuatori pneumatici.
Actuatorul pneumatic miniatural utilizat în construcţia aparatului
Actuatorii pneumatic sunt componentele finale dintr-un circuit pneumatic, având rolul de
execuţie a mişcării folosind ca energie aerul comprimat. Aceştia pot fi de diferite tipuri şi modele
constructive, având însă o funcţie precisă, aceea de a transforma energia pneumatică în lucru
mecanic. Din acest punct de vedere, actuatorul pneumatic poate realiza mişcarea sub două forme
bine definite şi anume, mişcare de rotaţie şi mişcare de translaţie. Aşadar se poate vorbi de
motoare pneumatice liniare şi motoare pneumatice rotative.
Actuatorii flexibili miniaturali sunt actuatori care au o structură flexibilă atunci când se
află în stare de repaus şi sunt activaţi de fluid sub presiune, prezentând caracteristici unice care
pot fi utilizate în multe aplicaţii cu rezultate foarte bune. Acesţi actuatori au un număr mare de
grade de liberate, fapt ce le oferă posibilitatea de a efectua mişcări diverse, putând chiar fi
acţionaţi pe o traiectorie sinusoidală. Aceste avantaje oferă actuatorului aplicaţii diverse de la
aeronautică, automobile, automatizări până la aplicaţii în aparatura medicală. [DEG.A_2009]
În functie de avantajele şi dezavantajele enumerate, în alegerea acestui tip de actuator au
fost decisive avantajele oferite de greutatea foarte redusă precum şi simplitatea constructivă.
Actuatorul pneumatic ales, are caracteristica funcţională bazată pe principiul extinderii
camerei presurizate, efectuând lucrul mecanic prin compresiune și nu prin tracţiune cum se
întâlneşte în cazul muşchilor artificiali pneumatici de tipul McKibben sau a celor care sub
acţiunea fluidului presurizat se comprimă, micşorâdu-se iar forţa utilă este de tracţiune.
[PLE.D_2005] Caracteristica elastică a actuatorului îi permite o deformare utilă de două ori mai
mare decât lungimea iniţială pe direcţia axialăceea ceea ce nu a mai fost întâlnit la niciun alt
actuator și care oferă posibilitatea integrării lui în spaţii restrânse a mecanismului acţionat.
5.3.3. Materiale
Materialul folosit la construcţia acestei camere presurizate este cauciucul siliconat. Acest
material a fost ales în urma rezultatelor foarte bune la testele de elasticitate şi rezistenţă la
îmbătrânire. [VLA.C_2010] Materialul elastic are forma tubulatură, de secţiune cilindrică cu
diametrul exterior de 12 mm având peretele de grosime 1,5 mm. Au fost testate diferite lungimi
ale tubulaturii, din 5 în 5 mm, începând cu 10 mm şi până la 30 mm, cu scopul de a determina
deformaţia minimă necesară impusă de cerinţele actuatorului realizat. (Fig. 5.8)
Pentru a corecta deformaţia pe direcţia dorită este necesar a se utiliza un material neelastic
pentru armătură sau din care să se confecţioneze un înveliş exterior cu rolul de a reduce
deformaţia pe direcţia radială a camerei presurizate.
În cazul acestei structuri s-au avut în vedere valorile necesare următoare: forţa realizată Fr
= 40 N; lungimea minimă a deformaţiei Ld = 20 mm; presiunea maximă de lucru Pmax = 5 bari;
lungimea iniţială maximă Li = 20 mm. Pentru a realiza aceste performanţe un rol important îl are
natura firului textil care impune o rezistenţă la încovoiere, pe o singura direcţie longitudinală, în
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
44
timp ce fibrele trebuie să asigure o rigiditate satisfăcătoare [WAN.Z_2011] pentru ca, în ansablu,
ţesutul textil să reziste la solicitările generate de acţionarea pneumatică.
Trebuie avută în vedere şi posibilitatea de montare a materialului elastic pe capetele de
acţionare a actuatorului, astfel încât să nu se mărească ineficient gabaritul acestuia. Din punct de
vedere constructiv-funcţional, se pot obţine forme diverse ale capetelor de fixare în funcţie de
natura mecanismului acţionat, însă pentru a nu produce torsiune în materialul elastic este
recomandat a se utiliza o articulaţie sferică în partea de acţionare asupra mecanismului.
Figura 5.8. Diferite lungimi a materialului elastic. Figura 5.9. Tipuri de materiale textile supuse testării.
Construcţia acestui tip de actuator a fost posibilă în mai multe etape. În prima etapă s-au
stabilit cotele materialelor utilizate.
Pentru a asigura o etanşare bună a componentelor şi a nu deteriora materialul elastic, s-au
fixat capetele de materialul elastic prin înfăşurarea unui fir textil rigid cu grosimea de 0,4 mm,
având o rezistenţă mare la rupere. După montarea materialului elastic pe capetele de fixare (fig.
5.10) ce conţin şi orificiile de alimentare, s-a trecut la testarea camerelor presurizate utilizând
presiune variată de la 0 la 2 bari pentru a testa etanşeitatea înbinărilor şi calitatea materialului
elastic (fig. 5.11). Verificarea a fost efectuată la această presiune pentru a nu depăşi limita de
elasticitate a materialului şi al deteriora. Pentru testare s-au folosit componente pneumatice
simple de comandă şi control al presiunii de aer astfel: un regulator de presiune cu manometru,
un distribuitor de tipul 3/2 cu comandă manuală şi revenire cu arc, un distribuitor 5/2 cu
comandă pneumatică. [ION.E_2010]
Figura 5.10. Capetele actuatorului: sferic (a);
hexagonal cu orificiul de alimentare (b).
Figura 5.11. Testarea camerei sub presiune cu
două compartimente ( A şi B ).
Următoarea etapă în construcţia actuatorului este montarea materialului neelastic prin
acelaşi procedeu de fixare, dar folosind un număr de 15 înfăşurări. Pentru a păstra cotele camerei
presurizate (Lcp=10 mm), s-a folosit un surplus de material de 5 mm pentru fixarea
componentelor. S-au realizat mai mulţi actuatori de diverse lungimi utilizând diferite materiale
textile pentru a controla eficient deformaţia.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
45
Următorul pas constă în testarea proprietăţilor materialului textil în condiţii reale folosind
în acest scop presiunea de lucru P = 4 bari. Metoda de testare a constat în aşezarea actuatorului
între două reazeme fixe şi ataşarea la capătul sferic a unui manometru electronic, aşezat între
capul sferic şi reazemul fix. Pentru a masura forţa maximă de compresiune actuatorul a fost
acţionat la o presiune de 5 bari. La această presiune manometrul a indicat o forţă de 55 N. Au
fost efectuate măsurători la presiuni variate astfel că valorile măsurate sunt date în tabelul 1. de
revenirea actuatorului în poziţia iniţială este dată de elasticitatea materialului din care este
realizată camera presurizată.
Figura 5.12. Testarea actuatorului la presiunea de lucru; a. fără presiune; b. cu presiune.
Pornind de la necesitatea unui actuator de mici dimensiuni şi respectând datele de
proiectare, actuatorul pneumatic flexibil realizat şi testat în condiţii de laborator are rezultate
satisfăcătoare, el putând executa un număr de acţionări de până la 3000-3500 de cicluri, la o
presiune de lucru de 4 bari dezvoltând o forţă de 49 N.
După depăşirea pragului de 3500 cicluri s-a constatat că apar deteriorări ale materialului
elastic datorită frecărilor dintre materiualul textil şi cel elastic. Pentru reducerea uzurii s-a
încercat utilizarea de lubrifianţi sintetici prelungindu-se astfel utilizarea actuatorului cu încă 500
cicluri. În concluzie se poate utiliza acest tip de actuator un număr limitat de cicluri având
rezultate bune cheltuieli mici şi consum scăzut de energie
5.4. PROIECTAREA ŞI MONTAREA MECANISMULUI MÂINII
Construcţia echipamentului ce urmează a fi prototipat este alcătuit din ptru blocuri
funţionale distincte asistate de calculator. Primele trei blocuri, şi anume: blocul electroni, electric
şi cel pneumatic, construcţia lor precum şi funcţionarea, au fost descrise anterior.
În continuare se va descrie construcţia şi funcţionarea blocului de execuţie, componenta
cea mai inportantă a echipamentului deoarece, această zonă vine în contact direct cu persoana
careia îi este adresată utilitatea acestui echipament. Referitor la datele antropometrice ale mâinii,
valorile acestora diferă de la un subiect la altul, motiv pentru care mecanismul realizat este
dedicat numai acelor persoane care fac parte din categoria cotele de gabarit luate în calcul la
realizarea piesele componente ale mecanismului (fig. 5.13).
Pentru buna funcţionare a mecanismului, fiecare piesă în parte a fost realizată virtulal în
soft-ware-ul Catia, versiunea 5R18, fiind un software specializat în proiectare asistată de
calculator. În acest soft-ware, s-a utilizat modulul Mechanical Design, unde, cu submodulul Part
Design au fost realizate piesele virtuale, pentru început în 2D iar apoi, 3D. Pentru verificarea la
montare a pieselor virtuale s-a folosit submodulul Asembly Design, parte a modulului
Mechanical Design, operaţie ce are scopul de simulare a asamblării pieselor în mecanism.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
46
În timpul mişcării de flexie-extensie a degetelor, datorită împosibilităţii de a monta
articulaţia mecanismului pe aceiaşi axă cu articulaţia metacarpo-falangiană, în momentul rotaţiei
are loc o mişcare de translaţie a elementului ce ţine loc de metacarpian. Pentru realizarea
mişcării în condiţii optime, a fost necesară introducerea unei plăci de susţinere (fig. 5.14).
Această placă are rolul de placă de bază fiind componenta fixă a mecanismului, poziţionată pe
partea dorsală a mâinii şi menţinând amplitudinea mişcărilor în intervalul stabilit.
Figura 5.13. Distanţele dintre articulaţiile
mâinii după care au fost luate în calcul la
proiectarea echipamentului, (în mm).
Figura 5.14. Placă de sustinere: vedere palmară (a);
vedere dorsală (b).
Pentru comtrolul amplitudinnilor au fost decupate în materialul plăcii de bază traseele pe
care se ghidează şi se limitează rotaţia pieselor. Se observă faptul că aceste trasee permit
mişcarea de rotaţie doar în momentulîn care degetele se află în poziţia de extensie iar în
momentul flexiei mişcarea de rotaţie este suprimată. Aceasta se datorează faptului că în
momentul flexării degetelor, acestea nu pot fi şi în mişcare de abducţie.
Figura 5.15. Flexia-extensia în articulaţia trapezo-metacarp.
Capitolul 5. Proiectarea uni sistem de antrenament kineto-terapeutic al mâinii
47
Elementul de suport al metacarpianului police a fost introdus cu rolul de a obţine
mmişcarea de flexie-extensie în articulaţia trapezo-metacarp. În articulaţia sferică situată pe acest
suport sunt suprimate două grade de libertate, şi anume de rotaţie pe axa y şi z, fiind posibilă
doar rotaţia pe axa x.
Pentru articulaţiile metacarpo-falangiene şi articulaţiile interfalangiene mişcarea este una
de rotaţie realizată în mecanism printr-o cuplă cinematică cilindrică. În cea ce priveste
amplitudinea mişcării precum şi menţinerea în intervalul stabilit, piesele au fost în aşa fel
proiectate în zona de articulaţie încât, în momentele de flexie maximă precum şi extensie
maximă, acestea vor venii în contact prin două suprafeţe ce se suprapun.
În figura 5.16 sunt exemplificate suprafeţele care vor fi în contact la momentul de extensie
maximă, cazul A-A' , pentru momentul de flexie maximă vor fi în contact sprafeţele B-B'.
Figura 5.16. Articulaţie metacarpo-falangiană.
Pentru a obţine o mişcare de rotaţie cât mai apropiată de cea reală, piesele componente ale
falangelor au fost proiectate astfel încât axele de rotaţie din articulaţiile interfalangiene ale
mecanismului să fie poziţionate în coaxialitate cu axele de rotaţie ale articulaţiilor
interfalangiene ale mâinii. Acest lucru a fost posibil prin realizarea unei curburi a suprafeţei de
sprijin pe partea dorsală a degetelor, curbură care articulează piesele pe părţile laterale ale
degetelor (fig. 5.17). Elementul care închide lanţul cinematic al fiecărui deget este falanga distală
proiectată astfel încât aceasta să asigure o aşezare pe vârful degetului de unde să nu poată
aluneca, asigurând stabilitatea întregului ansamblu. Este de specificat faptul că, fixarea pe degete
a fiecărei piese din componenţa mecanismului, cu excepţia falangei distale, este realizată prin
panglici din material textil fixate cu scai. Orificiile prin care sunt realizate aceste fixări, sunt
reprezentate în figura 5.18.
Figura 5.17. Rotaţia în articulaţia interfalangiană,
poziţia axelor.
Figura 5.18. Ansamblul metacarpian-falange al
mecanismului.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
48
După realizarea modelului 3D virtual cu ajutorul soft-ware-ului Catia v5R18 şi asamblarea
pieselor componente (fig. 5.19) în submodulul Asembly Design, parte a modulului Mechanical
Design, şi rezultatele au fost bune, s-a trecut la faza de obţinere a pieselor prin tehnologia de
prototipare rapidă din material plastic.
Figura 5.19. Totalitatea pieselor componente ale mecanismului mâinii, vedere palmară.
5.5. PROTOTIPAREA RAPIDĂ A MECANISMULUI
Tehnologiile care pot fi aplicate într-un demers de prototipare rapidă ca alternativă la
metodele tradiţionale de fabricare sunt numeroase. Principiile folosite şi condiţiile de aplicare
sunt extrem de variate dar aplicarea industrială este dată de eficacitatea dovedită în ceea ce pri-
veşte impactul comercial în sensul reducerii timpului de lansare pe piaţă a unui produs oarecare.
Depunere de material topit (Fused Deposition Modeling – FDM), este un procedeu ce
diferă de majoritatea celorlalte sisteme prin faptul că nu foloseşte un laser pentru a crea stratul de
material. Materialul sub formă de filament trece printr-un cap de extrudare, este încălzit până
aproape de punctul său de topire şi apoi depus acolo unde este nevoie, pentru construirea
modelului dorit. Materialul utilizat poate fi un fir (filament) realizat din ceară specială, nailon,
poliamidă sau plastic ABS. [RAD.C_2009] Încălzirea plasticului ABS se realizează la o
temperatură de 270C, la care materialul se găseşte în stare semilichidă, el putând fi în
continuare extrudat, printr-o duză de diametru foarte mic (0,254 mm sau 0,127 mm) şi este depus
imediat acolo unde configuraţia piesei din stratul respectiv o cere.
După realizarea modelului virtual în software-ul Catia, format STL acesta s-a încărcat în
programul de lucru al maşinii de prototipat, repoziţionat, rotit şi scalat. Aceste transformări
geometrice sunt necesare deoarece modelul virtual trebuie să se găsească în interiorul zonei de
modelare pentru a putea fi modelat fizic.
Dezavantajul major al modelelor realizate prin prototipare rapidă, indiferent de tipul
procedeului folosit, se referă la rugozitatea suprafeţei. Acest parametru deosebit de important al
reperelor mecanice, realizat cu ajutorul procedeului FDM, este influenţat direct de o serie de
factori ca: precizia modelului STL, orientarea modelului în spaţiul de lucru, diametrul duzei de
extrudare a materialului, pasul de secţionare a modelului virtual, dimensiunile de gabarit ale
prototipului, complexitatea formei geometrice a modelului şi tipul de material utilizat.
49
CAPITOLUL 6
CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE. DISEMINAREA REZULTATELOR. DIRECŢII VIITOARE DE
CERCETARE
6.1. CONCLUZII FINALE
Studiul şi cercetarea acţionărilor şi automatizărilor hidropneumatice în ingineria medicală,
care a făcut obiectul prezentei teze de doctorat, a avut drept bază importanţa pe care oamenii din
lumea întreagă o acordă protecţiei mediului înconjurător prin folosirea energiilor nepoluante, cu
precădere în ultimii ani, orientându-se spre utilizarea tot mai eficientă a aerului comprimat, prin
apariţia de noi tehnologii care pot scoate în avidenţă avantejele energiei pneumatice. Aceste
avantaje sunt din plin fructificate prin utilizarea formei de energie pneumatică în diferite ramuri
ale ştiinţei, dintre care, în această lucrare este scoasă in evidenţă ingineria medicală
Abordarea studiului s-a făcut după trei direcţii principale, astfel: studierea echipamentelor
pneumatice a stadiului actual al cercetărilor în domeniile ingineriei medicale, a căror obiect de
studiu îl constituie recuperarea aparatului locomotor, studiul analitic al biomecanicii membrului
superior precum şi studiul tehnicilor şi achipamentelor kinetoterapeutice de recuperare
locomotorie a mâinii.
Scopul final al tezei de doctorat a fost obţinerea unui un prototip de sistem acţionat
hidropneumatic care are obiectivul principal facilitarea recuperării locomotorie a mâini prin
tratament complex şi activ conştientizat, pentru a venii în ajutorul persoanelor care au avut de
suferit în urma unei solicitări dinamice excesive ce a necesitat tratament medical complex sau
persoana suferă de maladii care ii reduc posibilitatea de mişcare. Materializarea lui atestă faptul
că această teză de doctorat este o lucrare interdisciplinară, aflată la frontiera dintre mai multe
domenii. Tehnicile utilizate cuprind un domeniu extins, de la ecuaţii clasice de calcul mecanic,la
automatizări, modelare biomecanică, acţionări pneumatice, algoritmi de programare precum şi
domeniul proiectării CAD şi prototipare rapidă.
Obţinerea datelor experimentale în stare brută, a impus găsirea de noi metode de evaluare a
fenomenelor studiate şi evidenţiate în urma studiului teoretic. Prelucrarea lor a presupus
construirea unor algoritmi de achiziţie şi analiză a datelor înregistrate, în scopul evidenţierii
particularităţilor studiului în abordarea teoretică.
În cadrul tezei s-a realizat o analiză critică a echipamentelor medicale ce au în componenţă
acţionări hidropneumatice realizând o clasificare a acestora precum şi studiul recuperării
aparatului locomotor uman. S-au luat în considerare tehnicile actuale de kinetoterapie şi
echipamentelor destinate acestui sector şi s-a realizat o imagine de ansamblu, la momentul
actual, a dispozitivelor de asistare şi recuperare a persoanelor cu probleme locomotorii.
Ca urmare a analizei şi a studiului critic efectuat, stadiului actual al cercetării în domeniul
ingineriei medicale având în componenţă acţionarea hidropneumatică, s-a constatat faptul că
domeniul medical şi cunoaşterii tot mai profunde a funcţionării corpului uman a fost şi este de
actualitate în măsura în care se doreşte îmbunătăţirea actului medical, a performanţelor corpului
uman de a se reface în timpi record prin posibilitatea acordării unui tratament complex de
reabilitatre a funcţiilor aparatului locomotor.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
50
Conform studiilor din ultimii ani, recuperarea aparatului locomotor este mult mai eficientă
prin mişcare, executând mişcările bine alese cu parametrii dinamici bine determinaţi şi asistaţi de
sisteme computerizate. De asemenea, studiile efectuate până la momentul actual au luat în
considerare spre analiză şi folosirea unei energii de acţionare cât mai putin dăunătoare vieţii,
acest factor fiind prioritar în evaluarea caracteristicilor funcţionale a echipamentului prototipat.
În cadrul tezei, mai exact al capitolului patru, s-au prezentat câteva generalităţi şi
terminologia generală a domeniului biomecanic, forţele implicate în mişcările membrului
superior şi s-a realizat o analiză teoretică a locomoţiei ce va sta la baza funcţionării
mecanismului prototipat.
6.2. Contribuţii originale
Teza de doctorat „Studii privind acţionările hidropneumatice in ingineria medicală”
îmbină cunoştinţele din mai multe domenii în vederea obţinerii unui prototip de echipament
medical destinat recuperării locomotorie a mâinii, acţionat cu actuatori flexibili miniaturali axaţi
pe principiul extinderii camerei presurizate. Acest tip de actuatori constituie un concept propriu,
fiind proiectaţi şi confecţionaţi de autorul acestei teze, dedicaţi punerii în mişcare a
mecanismului mâinii. Referitor la acest mecanism autorul a adus o contribuţie la proprie la
realizarea mişcării în articulaţia carpometacarpiană a policelui înlocuind două articulaţii
cardanice cu o articulaţie sferică şi una cilindrică. Această substituţie a permis mecanismului
prototipat să se adapteze mai bine peste mişcăriile de abducţie-adducţie a degetului police.
6.3. DISEMINAREA REZULTATELOR
Cercetările ştiinţifice efectuate asupra temei şi domeniilor adiacente ei, care s-au întins pe
o perioadă de doi ani, s-au materializat prin unele rezultate valorificate prin publicaţii în reviste
de specialitate de diverse categorii şi participare la contracte de cercetare, care se structurează în
felul următor: 3 lucrări în ISI proceedings,
2 lucrări în ISI proceedings, acceptate spre publidcare.
Dintre acestea, autorul este: la 1 – unic autor, la 2 - prim autor şi la 2 – coautor.
6.4. DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE
Rezultatele teoretice şi experimentale ale cercetărilor dezvoltate în prezenta teză de
doctorat deschid noi orizonturi de cercetare în ingineria medicală bazată pe construirea de
sisteme de reeducare/reabilitare. Dintre numeroasele cercetări ce vor fi abordate în viitor se pot
menţiona:
Proiectarea unei instalaţii mecatronice cu reglarea dimensiunilor antropometrice
pentru adaptarea la subiectul uman;
Continuarea evaluării, d.p.d.v. statistic şi al parametrilor de analiză constataţi a
functionării în exploatare şi evaluarea fiabilităţii;
Utilizarea şi a altor metode de evaluare prezentate în cadrul tezei şi compararea
statistică a rezultatelor prin metoda ANOVA, o statistică des întâlnită în literatura de
specialitate din domeniului biomecanic.
51
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
[1.] [ALE.N_1985]. Alexandrescu N.; Radcenco V.; Ionescu E.; IonescuM. Calculul şi proiectarea
elementelor şi schemelor pneumatice de automatizare, Editura Tehnică Bucureşti, 2011
[2.] [AVR.E_2006a]. Avramescu E.T., Ionescu A.M., Croitoru S. Kinetoterapie în activităţi sportive.
Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 2006
[3.] [AVR.E_2006b]. Avramescu, E. T. Bazele anatomice ale mişcării.Suport de curs. Univ. Craiova
[4.] [BEA.P_2010]. Beater P.., Pneumatic drives, Springer, 2010
[5.] [BLE.M_2011]. BLEJAN Marian, Cercetări privind dezvoltarea de sisteme informatice destinate
acţionărilor hidraulice de precizie, Teză de doctorat, Univ. Politehnica Bucureşti, 1985
[6.] [BRAND_1992]. Brand, P.W. & Hollister, A.M. (1992). Clinical Mechanics of the Hand, Elsevier
Science Health Science div, third edition, ISBN13 9780815127864, St. Louis
[7.] [COLO_2005]. Colombo and Cugini, 2005; Virtual humans and prototypes to evaluate ergonomics
and safety. Journal of Engineering Design, 16, 2, (April 2005), pp. (195–207), ISSN 0954-4828
[8.] [CRAIG_1992]. Craig, S.M., 1992. Anatomy of the joints of the fingers. Hand Clinics, 8, 4,
(November 1992), pp. (693-700), ISSN 0749-0712
[9.] [DEG.A_2009]. De GREEF Aline, LAMBERT Pierre, DELCHAMBRE Alain. Towards flexible
medical instruments: Review of flexible fluidic actuators. Elsevier journal Precision Engineering
33. 2009. Pag 311-321
[10.] [DENA_1995]. Denavit, J. and Hartenberg, R.S. (1955) ‘A kinematic notation for lower-pair
mechanisms based on matrices’, Journal of Applied Mechanics, Vol. 77, pp.215–221.
[11.] [DRA.D_2006]. DRĂGULESCU Doina. Modelarea în biomecanică. Ed. Did. şi Ped., 2006.
[12.] [DUB_1981]. Dubousset, J.F., 1981. The digital joints. In: Tubiana, R. (Ed.), The Hand. Saunders
Company, Philadelphia, pp. 191-201.
[13.] [ENDO_2007]. Endo, Y., Kanai, S., Kishinami, T., Miyata, N., Kouchi, M., Mochimaru, M.
(2007). Virtual grasping assessment using 3D digital hand model. 10th Annual Applied
Ergonomics Conference: Celebrating the Past - Shaping the Future.
[14.] [FERR_1992]. Ferrari, C. & Canny, J. (1992). Planning optimal grasps, Proceedings 1992 IEEE
International Conference on Robotics and Automation pp. 2290–2295.
[15.] [GIUR_1995]. Giurintano, D.J., Hollister, A.M., Buford, W.L., Thompson, D.E. & Myers, L.M.
(1995). A virtual 5-link model of the thumb. Medical Engineering & Physics, 17, 4, (June 1995),
pp. (297-303), ISSN 1350-4533
[16.] [GOUS_2007]. Goussous, F.A. Grasp planning for digital humans. PhD dissertation. Iowa
University. 2007
[17.] [GRA.G_2005]. GRANOSIK Grzegorz; BORENSTEIN Johann, Integrated Joint Actuator for
Serpentine Robots, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, Vol. 10, No 5, Oct. 2005, p. 473–481
[18.] [ION.E_1996]. IONESCU Emil; IONESCU Mihai; COMŞA Rareş, Echipamente hidro-
pneumatice de automatizare. vol. I, pneumatica, Editura Universităţii Transilvania Braşov, 1996
[19.] [ION.E_2010]. E. Ionescu, B. Braun, M. Ionescu, Acţionări şi automatizări pneumatice. Editura
Universităţii Transilvania, Brasov, (2010), chapter 3, pp. 37-44.
[20.] [ION.M_2010]. Braun B., Repanovici C., Ionescu Mircea. CAD Models obtaining for Eco-Tech
and Biomechanics 21th
International DAAAM Symposiumm Viena, Austria, 2010, ISBN 978-3-
901509-73-5, ISSN 1726-9679, p.641
[21.] [ION.M_2011]. Braun B., Roșca I., Drugă C., Ionescu Mircea. Assisted scanning techniques
optimization with application in Biomechanics, IFMBE Proceedings of International Conference
on Advancement of Medicine and Health Care Through Technology, MediTech, Cluj-Napoca,
Springer Verlag, Vol. 36, 2011, DOI:10.1007/978-3-642-22586-4, p. 376-379
[22.] [ION.M_2012_1]. Ionescu Mircea, Roșca I., Braun B. Miniature Flexible Pneumatic Actuator,
Applied Mechanics and Material, OPTIROB, Trans Tech Publication, Swizerland, 2012, vol. 186,
DOI: 10.4028, p.291-296
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
52
[23.] [ION.M_2012_2]. Ionescu Mircea, Roșca I. Contribution to Analyze and Modeling of the Hand,
International Conference of Biomechanics, Neurorehabilitation, Mechanical Engineering,
Manufacturing Systems, Robotics and Aerospace, ICMERA 2012, acceptat spre publicare în
International Journal Trans Tech Publishing Ltd., Zurich, Switzerland, Applied Mechanics and
Materials, 2012
[24.] [ION.M_2012_3]. Ionescu Mircea. Rapid Prototyping of a Hand model for Rehabilitation,
International Conference of Biomechanics, Neurorehabilitation, Mechanical Engineering,
Manufacturing Systems, Robotics and Aerospace, ICMERA 2012, acceptat spre publicare în
International Journal Trans Tech Publishing Ltd., Zurich, Switzerland, Applied Mechanics and
Materials, 2012
[25.] [KAC.L_2011]. KACSO Lajos, Contribuţii la metodele şi tehnicile de investigare a sistemelor
biomecanice umane, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2011
[26.] [KAPA_1998]. Kapandji, A.I., 1998. Fisiologie articulaire. Membre Supérieur. Ed. Maloine, Paris.
[27.] [PAP.V_2003]. PAPILIAN Victor. Anatomia omului. Vol.1. Aparatul locomotor. Editura BIC
ALL, Bucureşti 2003
[28.] [PLE.D_ 2005]. PLETTENBURG H Dick. Pneumatic Actuators: a Comparison of Energy-to-
Mass Ratio’s. Proceedings of the 2005 IEEE 9th International Conference on Rehabilitation
Robotics June 28 - July 1, Chicago, IL, USA. 2005. pag. 545-549.
[29.] [RAD.C_2009]. RADU Ciprian. Contribuţii la studiul elementelor de protezare obţinute prin
prototipare rapidă. Teză de doctorat. Universitatea „Transilvania” din Braşov. 2009
[30.] [ROSC_1998]. ROȘCA I. Metrologie generală, Editura Macarie, Târgoviște, 1998
[31.] [SER.I_2011]. SERBAN Ionel. Studii şi cercetări privind influenţa mediului înconjurător asupra
stabilităţii şi locomoţiei umane, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Brasov, 2011
[32.] [VLA.C_2010]. C. Vlăduţă, Materiale compozite de tip cauciuc şi mase plastice reciclate. Teză de
doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, (2010), chapter 2
[33.] [W.2.10] http://www.popsci.com/popsci/flat/bown/2007/health/item_87.html, 13.05.2012, 13:30
[34.] [W.2.3] http://www.perne-de-aer.ro/, 08.05.2012, 15:40
[35.] [W.2.4] http://www.popsci.com/scitech/article/2005-11/neuro-controlled-bionic-arm, 08.05.2012
[36.] [W.2.5] http://dsc.discovery.com/news/2006/09/06/artificialheart_hea.html?category=health
&guid=20060906160030, 08.05.2012, 22:50
[37.] [W.2.7] http://www.descopera.ro/dnews/7899053-cea-mai-performanta-inima-artificiala-
realimenteaza-sperantele-cardiacilor-video, 13.05.2012, 11:30
[38.] [W.2.8] http://www.stiintasitehnica.com/inima-artificiala-fara-puls-redefine-te-viul--video-
_1225.html, 13.05.2012, 12:10
[39.] [W.2.9] http://www.stiintasitehnica.com/un-nou-plaman-artificial-poate-respira-aer-nu-doar-
oxigen-pur_442.html, 13.05.2012, 12:30
[40.] [W4.1] http://gabitza.wikispaces.com/Aparatul+Locomotor DATA 18.05.2012 ORA 11:10
[41.] [W4.2] http://www.asbweb.org- American Society of Biomechanics
[42.] [W4.6] http://kinetoterapie-medicina.blogspot.ro/
[43.] [WAN.Z 2011]. Z. Wang, N. Chen, Tensile behavior of textile reinforced flexible composites with
notch. Industria textilă, vol.62 (2011) 24-29
[44.] [YANG_2007]. Yang, J., Kim, J.H., Abdel-Malek, K., Marler, T., Beck, S. & Kopp, G.R. A new
digital human environment and assessment of vehicle interior design. Computer-Aided Design 39
(2007) 548–558
[45.] [ZAM.E_2006]. ZAMORA Elena, Anatomie funcţională şi biomecanică--- Curs I
53
SCURT REZUMAT
Studiul şi cercetarea acţionărilor şi automatizărilor hidropneumatice în ingineria medicală,
care a făcut obiectul prezentei teze de doctorat, a avut drept bază importanţa acordată protecţiei
mediului înconjurător prin folosirea energiilor nepoluante, prin orientarea spre utilizarea tot mai
eficientă a aerului comprimat, prin apariţia de noi tehnologii care pot scoate în evidenţă
avantajele energiei pneumatice. Aceste avantaje sunt din plin fructificate prin utilizarea ei în
diferite ramuri ale ştiinţei, dintre care, în această lucrare, este evidenţiată ingineria medicală
Abordarea studiului s-a făcut după trei direcţii principale, astfel: studierea echipamentelor
pneumatice a stadiului actual al cercetărilor în domeniile ingineriei medicale, a căror obiect de
studiu îl constituie recuperarea aparatului locomotor, studiul analitic al biomecanicii membrului
superior precum şi studiul tehnicilor şi echipamentelor kineto-terapeutice de recuperare
locomotorie a mâinii.
Scopul final al tezei de doctorat a fost obţinerea unui un prototip de sistem acţionat
hidropneumatic care are obiectivul principal facilitarea recuperării locomotorie a mâinii prin
tratament complex şi activ conştientizat, pentru a veni în ajutorul persoanelor care au avut de
suferit în urma unei solicitări dinamice excesive ce a necesitat tratament medical complex sau
celor care suferă de maladii care reduc posibilitatea de mişcare. Realizarea lui atestă faptul că
prezenta teză este o lucrare interdisciplinară, aflată la frontiera dintre mai multe domenii.
Tehnicile utilizate cuprind un domeniu extins, de la ecuaţii clasice de calcul mecanic, la
automatizări, modelare biomecanică, acţionări pneumatice, algoritmi de programare precum şi
domeniul proiectării CAD şi prototipare rapidă.
SHORT SUMMARY
The studies and researches on hydro-pneumatic driving and automatic in medical
engineering, that constituted the subject of this thesis, were based on the pay importance to the
environment protection by using non pollutant energies, the more and more efficient use of the
compressed air, by new technologies emphasizing the pneumatic energy advantages. These
advantages are fully employed by its use in different science domains of which, in this work,
medical engineering is highlighted.
The research was approached on three principal directions: study of pneumatic devices and
the actual stage of research in medical engineering of locomotors systems rehabilitation, the
analytic study of upper limb biomechanics and, as well as the physiotherapeutic help techniques
and equipments for the hand analyze.
The ultimate goal of this thesis was to design and construct a prototype of a hydro-
pneumatic driven system, which could be used as to facilitate the locomotors rehabilitation of the
hand by complex and consciously active therapy as to help the persons who have suffered as a
result of an excessive dynamic solicitation and required medical treatment complex or those
suffering from diseases which reduce the possibility of moving. Its realization postulates that the
present thesis is an interdisciplinary work, placed at the border between many domains. The
employed techniques include an expanded field, from classical mechanical equations to
automates, biomechanics modeling, pneumatic driving, programming algorithms, and either,
CAD design and rapid prototyping.
Mircea Ionescu Studii privind acţionările hidropneumatice în ingineria medicală Rezumat
54
CURRICULUM VITAE
Nume: IONESCU
Prenume: Mircea
Data naşterii: 26.02.1972, Braşov, România;
Adresă: B-dul. Valea Cetăţii, nr.19, bl.A27, sc.D1, ap.22, Braşov,
Telefon: +40-721-566054;
E-mail: [email protected]
Naţionalitate: Română;
Stare civilă: Necăsătorit;
STUDII:
2009-2011 Master: Sisteme Mecatronice Avansate pentru Industrie și Medicină, Facultatea de
Mecanică, Universitatea Transilvania din Brasov
2004-2009 Studii universitare: Universitatea Transilvania din Braşov, Facultatea de Mecanică,
Secţia Mecanică Fină
1989-1992 Liceu: Liceul Industrial Nr.4 "Auto" Braşov, - electromecanic.
1989 Şcoala Profesionala "Auto" Braşov, profilul mecanic-auto
1986-1988 Liceul Industrial "Stegul-Rosu" Braşov, - electromecanic
ACTIVITATE PROFESIONALĂ:
2009-prezent Doctorand cu frecvenţă - Universitatea “Transilvania” din Braşov, D04- Sisteme
Mecatronice Avansate
2007-prezent I.S.U.J. Braşov - Subofiţer operativ principal;
2004-2007 SC “TOD-FAX COMEX” SRL BRASOV, cond-auto
1993-2004 SC “METALOPLAST” SA BRASOV, electromecanic-auto
1989-1992 SC “MECON” SA BRASOV, mecanic motoare-auto
Carnet de şofer: Categoriile B, C, E (1990).
ABILITĂŢI SOFTWARE :
- WindowsOffice, AutoCAD, ProE, MathCAD, Maple, OrCad
LIMBI STRĂINE :
- Engleza - bine
ACTIVITATE ŞTIINŢIFICĂ:
- Articole publicate: 5 ;
- Cărţi publicate: 1.
55
CURRICULUM VITAE
Name: IONESCU
First name: Mircea
Date of birth: 26.02.1972, Braşov, România;
Address: B-dul. Valea Cetăţii, nr.19, bl.A27, sc.D1, ap.22, Braşov,
Phone: +40-721-566054;
E-mail: [email protected]
Nationality: Romanian;
Social status: single
STUDIES:
2009-2011 Master: Advanced Mechatronic Systems, Mechanical Engineering Faculty,
Transylvania University of Brasov
2004-2009 Undergraduate: Transylvania University of Braşov, Mechanical Engineering
Faculty, Precision Mechanics Department
1989-1992 High School: Industrial No. 4 "Auto" Braşov, - electro mechanic.
1989 Professional school Auto Braşov, mechanic-auto
1986-1988 High School Industrial "Stegul-Rosu" Braşov, - electro mechanic
PROFESIONAL EXPERIENCE:
2009-present PhD Student - Transylvania University of Brasov, D04 - Advanced Mechatronic
Systems Research Group
2007-present I.S.U.J. Braşov - Principal operative sub officer;
2004-2007 SC “TOD-FAX COMEX” SRL BRASOV, automotive driver
1993-2004 SC “METALOPLAST” SA BRASOV, electro mechanic auto
1989-1992 SC “MECON” SA BRASOV, motors mechanic auto
Driving license: Categories B, C, E (1990).
SOFTWARE SKILLS:
- WindowsOffice, AutoCAD, ProE, MathCAD, Maple, OrCad
FOREIGN LANGUAGES:
- English - well
SCIENTIFIC ACTIVITY:
- Published papers: 5 ;
- Published books: 1.