Księgarnia internetowa od 2004 r.
Ekomobilność II Innowacyjne rozwiązania poprawy i
Ekomobilność. Tom II.
Innowacyjne rozwiązania poprawy i przywracania mobilności człowieka
Autor: PRACA ZBIOROWA,WŁODZIMIERZ CHOROMAŃSKI
ISBN: 978-83-206-1954-6
Wydanie: 1 / 2015
Format: B5 (165x238 mm)
Liczba stron: 328
Liczba ilustracji: 296
Liczba tabel: 100
Oprawa: twarda
Opis
Nagroda Konkursu na Najtrafniejszą Szatę Edytorską Książki Naukowej Wrocławskich Targów Książki Naukowej 2016 Wyróżnienie Rektora Politechniki Warszawskiej za najlepszą książkę techniczną o charakterze dydaktycznym zaprezentowaną na Targach Książki Akademickiej i Naukowej ACADEMIA 2016
Dwutomowa monografia „Ekomobilność” stanowi podsumowanie projektu „ECO-Mobilność”, realizowanego w Politechnice Warszawskiej. Autorzy monografii reprezentują różne specjalności naukowe. Projekt „ECO-Mobilność” zrealizowano w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
„Ekomobilność” to systemy i środki związane z przemieszczaniem się osób, zwłaszcza w aglomeracjach miejskich, przyjazne środowisku i w sposób oszczędny zużywające energię. Uwzględniają w swojej konstrukcji potrzeby osób o ograniczonej mobilności związanej z wiekiem oraz będących ofiarami chorób cywilizacyjnych czy wypadków drogowych.
Drugi tom poświęcono przede wszystkim osobom niepełnosprawnym, a prezentowane systemy i środki służą poprawie lub wspomożeniu ich mobilności. Przedstawiono w nim System Pionizacji i Wspomagania Ruchu oraz proces projektowania i konstruowania pierwszego polskiego egzoszkieletu. Zaprezentowano również innowacyjne wózki inwalidzkie o napędzie elektrycznym i ręcznym. Opisano ponadto symulator do nauki jazdy wózkiem, który jednocześnie pełni funkcję stanowiska badawczego do analiz wysiłku mięśniowego z wykorzystaniem sygnałów EMG. Omówiono także zewnętrzne stabilizatory ortopedyczne do leczenia czynnościowego złamań okołostawowych, prezentując ich nowe konstrukcje jako podsumowanie ponaddwudziestoletniej współpracy z naukowcami z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. Opisano wreszcie koncepcję polskiej endoprotezy stawu biodrowego z krótkim trzpieniem, stanowiącej rozwiązanie pośrednie między protezą bezcementową a cementową z wykorzystaniem cementów osteoindukcyjnych.
Spis treści
- Wykaz ważniejszych oznaczeń 11
- Wstęp 13
Część I SPiWR - robot ortotyczny
- 17
1. Wprowadzenie
- 19
2. Robot ortotyczny jako system mechatroniczny
- 21
- 2.1. Wprowadzenie 21
- 2.2. Sterowany proces 22
- 2.3. Układy wykonawcze 22
- 2.4. Układy pomiarowe 27
- 2.5. Interfejsy użytkownika 28
- 2.5.1. Urządzenia do wprowadzania informacji 28
- 2.5.2. Urządzenia informujące 29
- 2.6. Podsumowanie 29
3. Funkcje robota ortotycznego
- 30
- 3.1. Wprowadzenie 30
- 3.2. Podstawowe funkcje ruchowe 31
- 3.2.1. Chód 31
- 3.2.2. Wchodzenie i schodzenie po schodach 40
- 3.2.3. Wstawanie i siadanie 44
- 3.2.4. Analiza przebiegów ruchu 47
- 3.3. Funkcje dodatkowe 48
- 3.3.1. Wprowadzenie 48
- 3.3.2. Skręcanie w miejscu (obrót w miejscu) 48
- 3.3.3. Chodzenie bokiem 48
- 3.3.4. Kucanie i schylanie się 49
- 3.3.5. Blokowanie ustalonej pozycji 50
- 3.3.6. Dostosowanie długości kroku 51
- 3.4. Funkcje pomocnicze 51
- 3.4.1. Wprowadzenie 51
- 3.4.2. Możliwość zamocowania kul 51
- 3.4.3. Zamontowanie układu GPS w panelu sterującym 52
- 3.4.4. Umieszczenie w SPiWR kieszeni i schowków 52
- 3.4.5. Komunikacja urządzenia z personelem nadzorującym 53
- 3.5. Funkcje bezpieczeństwa 54
- 3.5.1. Wprowadzenie 54
- 3.5.2. Identyfikacja zagrożeń 55
- 3.5.3. Analiza ryzyka 56
- 3.5.4. Planowanie reakcji na sytuacje niebezpieczne 61
- 3.5.5. Techniczna realizacja podstawowych funkcji systemu bezpieczeństwa 62
4. Medyczne, ekonomiczne i społeczne warunki stosowania systemów wspomagających ruch
- 64
- 4.1. Wprowadzenie 64
- 4.2. Uwarunkowania medyczne 64
- 4.2.1. Przyczyny niedowładu kończyn dolnych 64
- 4.2.2. Choroby kończyn dolnych prowadzące do dysfunkcji układu ruchu 65
- 4.2.3. Społeczna skala problemu 66
- 4.2.4. Wskazania i przeciwwskazania do zastosowania systemu 67
- 4.2.5. Wymagania użytkowe dla systemu pionizacji i wspomagania ruchu 68
- 4.3. Uwarunkowania ekonomiczno-społeczne 72
- 4.3.1. Badania preferencji potencjalnych użytkowników 72
- 4.3.2. Analiza rynku potencjalnych producentów 74
- 4.3.3. Postrzeganie systemu przez społeczność osób zdrowych 75
- 4.3.4. Forma wzornicza urządzenia wspomagającego ruch 76
- 4.3.5. Koncepcja interfejsu użytkownika projektowanego urządzenia 80
5. Techniczne środowisko pracy robota ortotycznego
- 83
- 5.1. Wprowadzenie 83
- 5.2. Schody jako element infrastruktury życiowej 83
- 5.2.1. Wiadomości wstępne 83
- 5.2.2. Schody klasyczne 84
- 5.2.3. Akceptowalność profilu schodów 85
- 5.2.4. Podsumowanie 85
- 5.3. Współpraca robota ortotycznego z innymi urządzeniami transportowymi 86
- 5.3.1. Wiadomości wstępne 86
- 5.3.2. Współpraca urządzenia z wózkami inwalidzkimi 86
- 5.3.3. Współpraca urządzenia z ekosamochodem 87
- 5.3.4. Współpraca urządzenia z Personal Rapid Transit (PRT) 88
- 5.4. Wykorzystanie urządzenia w miejscach publicznych 93
- 5.4.1. Stacje ładowania akumulatorów 93
- 5.4.2. Wypożyczalnie urządzeń 95
6. Projektowanie podsystemów robota ortotycznego
- 96
- 6.1. Wprowadzenie 96
- 6.2. Podsystem mechaniczny 98
- 6.2.1. Funkcje podsystemu mechanicznego 98
- 6.2.2. Określenie typu kinematyki 99
- 6.2.3. Określenie kinematyki elementów struktury nośnej 100
- 6.2.4. Układ kinematyczny struktury nośnej wzdłuż nóg użytkownika 102
- 6.2.5. Modele przestrzenne sylwetki ludzkiej 106
- 6.3. System sterowania 107
- 6.3.1. Założenia do systemu sterowania 107
- 6.3.2. Analiza stopnia centralizacji układu sterowania 109
- 6.3.3. Analiza topologii systemu komunikacyjnego 115
- 6.3.4. Dobór sieci komunikacyjnej 116
- 6.3.5. Podsumowanie 116
- 6.4. Źródło energii pomocniczej 117
- 6.4.1. Wprowadzenie 117
- 6.4.2. Szacunkowe zapotrzebowanie na energię 117
- 6.4.3. Przegląd rodzajów ogniw elektrochemicznych (Linden and Reddy 2002, Buchmann 2001) 119
- 6.4.4. Charakterystyki akumulatorów litowo-jonowych 121
7. System pionizacji i wspomagania ruchu
- 124
- 7.1. Budowa mechanicznego podsystemu robota 124
- 7.1.1. Pas piersiowo-biodrowy 125
- 7.1.2. Układy ruchu stawów biodrowych i kolanowych 126
- 7.1.3. Układ ruchu stopy 132
- 7.2. Układy sterujące 133
- 7.2.1. Architektura systemu 133
- 7.2.2. Rozmieszczenie układów elektronicznych w systemie 137
- 7.3. Interfejs użytkownika 139
- 7.3.1. Stany logiczne pilota 139
- 7.3.2. Struktura pilota 140
- 7.3.3. Menu pilota 141
8. Modelowanie systemu pionizacji i wspomagania ruchu
- 143
- 8.1. Wprowadzenie 143
- 8.2. Struktura modelu 143
- 8.2.1. Założenia 143
- 8.2.2. Struktura modelu 144
- 8.3. Model struktury mechanicznej 144
- 8.3.1. Modelowanie części ciała 145
- 8.3.2. Modelowanie mechanicznej struktury robota 147
- 8.3.3. Połączenie elementów robota i człowieka 148
- 8.4. Model układów napędowych 150
- 8.4.1. Model napędu 150
- 8.4.2. Model przekładni 151
- 8.4.3. Modele obciążeń 151
- 8.4.4. Sygnały odniesienia 152
- 8.5. Modelowanie kinematyki chodu 153
- 8.6. Modelowanie kontaktu robota z podłożem 155
- 8.7. Modelowanie dynamiki chodu 156
- 8.8. Uruchomienie modelu 158
9. Badania robota ortotycznego
- 159
- 9.1. Wprowadzenie 159
- 9.2. Badania prototypu 160
- 9.2.1. Uruchomienie funkcji chodu 160
- 9.2.2. Ocena współpracy systemu z użytkownikiem (manekinem) 161
- 9.3. Stanowiska badawcze 164
- 9.3.1. Wprowadzenie 164
- 9.3.2. Wymagania 165
- 9.3.3. Stanowisko stacjonarne 167
- 9.3.4. Stanowisko demonstracyjne 171
- 9.4. Symulacyjne badania układów wykonawczych robota 173
- 9.4.1. Wprowadzenie 173
- 9.4.2. Eksperymenty symulacyjne 173
- 9.4.3. Podsumowanie 175
10. Uwagi końcowe
- 176
- 10.1. Podsumowanie projektu 176
- 10.1.1. Struktura mechaniczna 176
- 10.1.2. Układy elektroniczne 179
- 10.1.3. Oprogramowanie 179
- 10.1.4. Alternatywne rozwiązania techniczne 179
- 10.2. Dalsze prace 180
- 10.2.1. Modyfikacje konstrukcji 181
- 10.2.2. Dobór technologii mechanicznych 182
- 10.2.3. Rozwój oprogramowania 182
- 10.2.4. Rozwój interfejsu użytkownika 182
- Bibliografia do cz.1 t. II 183
Część II Wózki inwalidzkie
- 187
11. Wprowadzenie do problematyki wózków inwalidzkich
- 189
12. Dźwigniowy wózek inwalidzki
- 191
- 12.1. Rodzaje aktywnych wózków inwalidzkich 191
- 12.1.1. Ręczne wózki inwalidzkie napędzane poprzez ciągi 192
- 12.1.2. Ręczne wózki inwalidzkie napędzane poprzez korby 193
- 12.1.3. Ręczne wózki inwalidzkie napędzane poprzez dźwignie 194
- 12.1.4. Porównanie cech użytkowych ręcznych wózków inwalidzkich 196
- 12.1.5. Wózki dźwigniowe – zalety, wady i przeznaczenie 199
- 12.2. Wózek dźwigniowy w projekcie „ECO-Mobilność” 199
- 12.2.1. Wprowadzenie 199
- 12.2.2. Stanowisko badawcze wózka dźwigniowego 200
- 12.2.3. Synteza toru pomiarowego stanowiska badawczego 201
- 12.3. Empiryczna metoda optymalizacyjna układu dźwigni wózka inwalidzkiego 203
- 12.3.1. Wprowadzenie 203
- 12.3.2. Elektromiografia powierzchniowa 204
- 12.3.3. Analiza ilości tlenu pochłanianego przez człowieka podczas pracy z dźwigniami napędowymi oraz analiza tętna 206
- 12.3.4. Plan eksperymentu 206
- 12.3.5. Przygotowanie stanowiska badawczego przed wykonaniem doświadczeń 211
- 12.3.6. Ocena aktywności mięśni ludzkich podczas jazdy wózkiem 212
- 12.3.7. Analiza ilości tlenu pochłanianej przez człowieka podczas jazdy wózkiem oraz analiza zmian tętna 218
- 12.4. Analityczna metoda optymalizacyjna wybranych parametrów wózka dźwigniowego 220
- 12.4.1. Zarys metody 220
- 12.4.2. Plan eksperymentu w analitycznej metodzie optymalizacyjnej 223
- 12.4.3. Wyznaczanie maksymalnej energii wydatkowanej przez człowieka poprzez dźwignie napędowe 223
- 12.4.4. Poszukiwanie rozwiązania zadania optymalizacyjnego 224
- 12.5. Porównanie metod optymalizacyjnych 224
- 12.5.1. Przyczyny rozbieżności wyników 224
- 12.5.2. Próba modyfikacji analitycznej metody obliczeniowej 227
- 12.5.3. Końcowa ocena działania zaproponowanej metody analitycznej 227
- 12.6. Przedprototyp wózka dźwigniowego 229
- 232
- 13.1. Wprowadzenie 232
- 13.2. Możliwości współczesnych konstrukcji wózków inwalidzkich 233
- 13.3. Koncepcja własna wózka o specjalnych możliwościach 240
- 13.4. Analiza problemu pokonywania przeszkód przez wózek inwalidzki 241
- 13.4.1. Model statyczny – wiadomości wstępne 241
- 13.4.2. Analiza wpływu doboru parametrów elementów modelu na realizację zadania pokonania przeszkody 246
- 13.4.3. Wpływ parametrów geometrycznych przeszkody (schodów) 249
- 13.4.4. Optymalizacja wybranych parametrów konstrukcji 251
- 13.5. Model dynamiki 252
- 13.5.1. Wiadomości wstępne – charakterystyka modeli 252
- 13.5.2. Analiza sił występujących w obszarach kontaktu z podłożem 258
- 13.5.3. Wyznaczenie zakresu wartości parametrów tarcia, przy których wózek poprawnie wjeżdża na różne schody 259
- 13.5.4. Analiza momentów napędzających człony modelu 260
- 13.5.5. Wyznaczenie przyspieszeń drgań elementów modelu 261
- 13.5.6. Symulacyjna analiza komfortu jazdy 261
- 13.6. Budowa prototypu wózka inwalidzkiego 264
- 13.6.1. Laboratoryjne badania doświadczalne własności jezdnych prototypowej konstrukcji wózka 264
- 13.6.2. Analiza oddziaływań dynamicznych na osobę poruszającą się na wózku inwalidzkim 265
- 13.7. Podsumowanie i wnioski 267
Część III Nowoczesne stabilizatory i endoprotezy
- 269
14. Nowoczesne stabilizatory w osteosyntezie zewnętrznej
- 271
- 14.1. Wprowadzenie 271
- 14.2. Rys historyczny 271
- 14.3. Polskie rozwiązania konstrukcyjne 275
- 14.4. Doświadczenia kliniczne 278
- 14.5. Problematyka własności kinematycznych stawów 281
- 14.5.1. Badania eksperymentalne kinematyki stawu kolanowego 281
- 14.5.2. Modelowanie i badania symulacyjne 285
- 14.5.3. Koncepcja sterowania 286
- 14.5.4. Wybrane rozwiązania konstrukcyjne 288
- 14.5.5. Badania eksperymentalne stabilizatora wraz z tłumikiem z cieczą magnetoreologiczną 290
15. Proteza stawu biodrowego. Trzpień protezy
- 300
- 15.1. Wprowadzenie 300
- 15.2. Innowacyjne rozwiązanie protezy z krótkim trzpieniem 302
- 15.3. Badania wytrzymałościowe konstrukcji 307
- 15.3.1. Badania symulacyjne endoprotezy szkieletowej w zakresie wypełniania substancją osteoindukcyjną 307
- 15.3.2. Analizy wytrzymałościowe trzpienia endoprotezy 311
- 15.4. Szybkie prototypowanie. Demonstracja metody instalacji protezy 315
- 15.4.1. Opracowanie prototypów technikami Rapid Prototyping 315
- 15.4.2. Badania i ocena możliwości osadzenia przedprototypów endoprotez „krótki trzpień” z zastosowaniem biologicznych spoiw kostnych w jamie szpikowej bliższej nasady kości udowych (soft bone) w warunkach laboratoryjnych 316
- 15.5. Podsumowanie 319
- Bibliografia do cz.2 t. II 320
infocars_1708