Tato bakalářská práce se věnuje tématu levných bionických náhrad horní končetiny. Teoretická část obsahuje seznámení s anatomií a fyziologií zdravé horní končetiny, seznámení s problematikou amputací, úvod do problematiky protetiky a protetických náhrad horní končetiny. Praktická část je věnováná práci s prototypem bionické protézy Brunel hand od Openbionics. Tato protéza je vyrobena pomocí technologie 3D tisku a používá elektroniku programovatelnou
v prostředí Arduino IDE. Ovládání protézy je otestováno pomocí elektromyografických senzorů Myoware. Přesnost měření těchto senzorů byla ověřena pomocí zdravotnického EMG přístroje TruTrace. Protéza byla rovněž rozšířena o Bluetooth modul, který umožňuje bezdrátovou komunikaci mezi protézou a jiným zařízením, například počítačem nebo mobilním telefonem. Z toho důvodu byla vytvořena mobilní aplikace pro telefony s operačním systémem Android. V rámci bakalářské práce také byly navrženy tři typy pahýlových lůžek vhodných pro výrobu pomocí 3D tisku a několik dalších dílů. V závěru je zhodnocení levných open-source projektů bionických protéz a byly uvedeny návrhy, které by vedly k vylepšení konstrukce a stavby bionické protézy.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with topic of low-cost bionic prosthetic hands. The theoretical part includes introduction to anatomy and physiology of healthy human upper limb, amputations, understanding prosthetics and prosthetics replacements of human upper limb. The practical part describes work with prototype of bionic prosthesis Brunel hand of Openbionics companz. This prosthesis is 3D printed and uses electronics programmable in Arduino IDE environment. The prosthesis control is tested by Myoware electromyography sensors and the accuracy of these sensors is verified by TruTrace medical EMG measurement device. The options of control were extended by addition of a Bluetooth module allowing wireless communication with computer or mobile device, for this reason an application for mobile devices running Android operation system was developed. For an attachment of the prosthetic hand, three forearms prototypes and few other parts were created within the scope of this bachelor thesis. In the conclusion low-cost open-source projects were evaluated and ways of an improvement of construction and design were stated.
Klíčová slova
bionická protéza, protetika, 3D tisk, elektromyografie, Arduino, Bluetooth, amputace končetin
Klíčová slova v angličtině
bionic prosthesis, prosthetics, 3D print, electromyography, Arduino, Bluetooth, limb amputations
Rozsah průvodní práce
56
Jazyk
CZ
Anotace
Tato bakalářská práce se věnuje tématu levných bionických náhrad horní končetiny. Teoretická část obsahuje seznámení s anatomií a fyziologií zdravé horní končetiny, seznámení s problematikou amputací, úvod do problematiky protetiky a protetických náhrad horní končetiny. Praktická část je věnováná práci s prototypem bionické protézy Brunel hand od Openbionics. Tato protéza je vyrobena pomocí technologie 3D tisku a používá elektroniku programovatelnou
v prostředí Arduino IDE. Ovládání protézy je otestováno pomocí elektromyografických senzorů Myoware. Přesnost měření těchto senzorů byla ověřena pomocí zdravotnického EMG přístroje TruTrace. Protéza byla rovněž rozšířena o Bluetooth modul, který umožňuje bezdrátovou komunikaci mezi protézou a jiným zařízením, například počítačem nebo mobilním telefonem. Z toho důvodu byla vytvořena mobilní aplikace pro telefony s operačním systémem Android. V rámci bakalářské práce také byly navrženy tři typy pahýlových lůžek vhodných pro výrobu pomocí 3D tisku a několik dalších dílů. V závěru je zhodnocení levných open-source projektů bionických protéz a byly uvedeny návrhy, které by vedly k vylepšení konstrukce a stavby bionické protézy.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis deals with topic of low-cost bionic prosthetic hands. The theoretical part includes introduction to anatomy and physiology of healthy human upper limb, amputations, understanding prosthetics and prosthetics replacements of human upper limb. The practical part describes work with prototype of bionic prosthesis Brunel hand of Openbionics companz. This prosthesis is 3D printed and uses electronics programmable in Arduino IDE environment. The prosthesis control is tested by Myoware electromyography sensors and the accuracy of these sensors is verified by TruTrace medical EMG measurement device. The options of control were extended by addition of a Bluetooth module allowing wireless communication with computer or mobile device, for this reason an application for mobile devices running Android operation system was developed. For an attachment of the prosthetic hand, three forearms prototypes and few other parts were created within the scope of this bachelor thesis. In the conclusion low-cost open-source projects were evaluated and ways of an improvement of construction and design were stated.
Klíčová slova
bionická protéza, protetika, 3D tisk, elektromyografie, Arduino, Bluetooth, amputace končetin
Klíčová slova v angličtině
bionic prosthesis, prosthetics, 3D print, electromyography, Arduino, Bluetooth, limb amputations
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
Cílem bakalářské práce je propojení bionické protézy, vytvořené pomocí technologie 3D tisku a její úspěšné propojení s pacientem, tak, aby došlo k nejlepšímu přenosu signálů z pacienta na protézu.
Teoretická část se bude týkat rešerše anatomie, fyziologie a biomechaniky horních končetin. Dále bude provedena rešerše bionických protéz a různých typů EMG snímačů a porovnání jejich funkčnost za různých podmínek, např. pokud bude uživatel zpocený.
Praktická část se bude týkat sestrojení bionické protézy horní končetiny a testování použitelnosti různých typů snímačů EMG, sestrojených na TUL v rámci DP NAJMAN [15].
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Pro člověka postiženého amputací představují bionické protézy významné zjednodušení každodenního života. Jenže získání takovéto zdravotní pomůcky nemusí být vůbec jednoduchá a levná záležitost, ale s možností 3D tisku se naskytuje příležitost, že by si ji i takto postižený člověk mohl sám sestrojit.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Upravit bionickou protézu Brunel hand od OpenBionics. Změřit signály z různých snímačů a jejich vyhodnocení. Z dosažených výsledků a literatury shrnout kladné a záporné vlastnosti snímačů bionických náhrad.
Metoda:
Laboratorní měření: elektrotechnická a mechanická.
Místo a čas realizace výzkumu:
Technická univerzita v Liberci, 9/2017 až 4/2018.
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
Cílem bakalářské práce je propojení bionické protézy, vytvořené pomocí technologie 3D tisku a její úspěšné propojení s pacientem, tak, aby došlo k nejlepšímu přenosu signálů z pacienta na protézu.
Teoretická část se bude týkat rešerše anatomie, fyziologie a biomechaniky horních končetin. Dále bude provedena rešerše bionických protéz a různých typů EMG snímačů a porovnání jejich funkčnost za různých podmínek, např. pokud bude uživatel zpocený.
Praktická část se bude týkat sestrojení bionické protézy horní končetiny a testování použitelnosti různých typů snímačů EMG, sestrojených na TUL v rámci DP NAJMAN [15].
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Pro člověka postiženého amputací představují bionické protézy významné zjednodušení každodenního života. Jenže získání takovéto zdravotní pomůcky nemusí být vůbec jednoduchá a levná záležitost, ale s možností 3D tisku se naskytuje příležitost, že by si ji i takto postižený člověk mohl sám sestrojit.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Upravit bionickou protézu Brunel hand od OpenBionics. Změřit signály z různých snímačů a jejich vyhodnocení. Z dosažených výsledků a literatury shrnout kladné a záporné vlastnosti snímačů bionických náhrad.
Metoda:
Laboratorní měření: elektrotechnická a mechanická.
Místo a čas realizace výzkumu:
Technická univerzita v Liberci, 9/2017 až 4/2018.
Seznam doporučené literatury
[1] KOUKAL, Ondřej. Mechanická protéza horní končetiny. Brno, 2014. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí diplomové práce David Paloušek. Dostupné také z: http://dl.uk.fme.vutbr.cz/zobraz_soubor.php?id=2157
[2] ČIHÁK, Radomír. Anatomie. 2., uprav. a dopl. vyd. Praha: Grada Publishing, 2001.
ISBN 80-7169-970-5.
[3] GANONG, William F. Přehled lékařské fyziologie. 20. vyd. Praha: Galén, c2005.
ISBN 80-726-2311-7.
[4] Protézy horních končetin. Protetika Sýkora Praha [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.protetika-sykora.cz/protezy/protezy-hornich-koncetin
[5] ŠNYTR, Jan. Protetické vybavení po amputaci horní končetiny. Praha, 2011. Bakalářská práce. Univerzita Karlova v Praze, Fakulta tělesné výchovy a sportu. Vedoucí bakalářské práce Rudolf Půlpán. Dostupné také z: https://is.cuni.cz/webapps/zzp/detail/106318/
[6] ČVUT. Bionika [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.fbmi.cvut.cz/bionika
[7] LUX, Martin. Experimentální biomechanická protéza ruky. Brno, 2012. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí diplomové práce David Paloušek. Dostupné také z: https://www.vutbr.cz/studium/zaverecne-prace?action=detail&zp_id=48516&text=protéza&hl_klic_slova=1&hl_abstrakt=0&hl_nazev=0&hl_autor=0&str=2
[8] NAŇKA, Ondřej a Miloslava ELIŠKOVÁ. Přehled anatomie. 2., dopl. a přeprac. vyd. Praha: Galén, c2009. ISBN 978-80-7262-612-0.
[9] KUSÁK, Václav. Zhodnocení současného stavu v oblasti konstrukce biomechanických protéz horních končetin. Brno, 2008. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky. Vedoucí bakalářské práce Petr Matějka. Dostupné také z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=16098
[10] RAEZ M. B. I., M.S. HUSSAIN a F. MOHD-YASIN. Techniques of EMG signal analysis: detection, processing, classification and applications. Biological Procedures Online. 2006, 8(1), 11-35. ISSN 1480-9222. DOI 10.1251/bpo115. Dostupné také z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1455479/
[11] CLEMENT, R. G. E., K. E. BUGLER a C. W. OLIVER. Bionic prosthetic hands: A review of present technology and future aspirations. The Surgeon. 2011, 9(6), 336-340. ISSN 1479-666X. DOI 10.1016/j.surge.2011.06.001. Dostupné také z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1479666X11000904
[12] Advancer Technologies, LLC. MyoWare Muscle Sensor [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.advancertechnologies.com/p/myoware.html
[13] exiii. HACKberry Open Source Community [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://exiii-hackberry.com
[14] ŠOLC, František a Lukáš KOPEČNÝ. McKibbenův pneumatický sval v robotice. AT&P JOURNAL. [online]. 2003, 2(1), 62-64. Dostupné z: http://www.atpjournal.sk/buxus/docs/atp-2003-2-62.pdf
[15] NAJMAN, Petr. Bionická ruka. Liberec, 2017. Diplomová práce. Technická univerzita v Liberci. Ústav mechatroniky a technické informatiky.
Seznam doporučené literatury
[1] KOUKAL, Ondřej. Mechanická protéza horní končetiny. Brno, 2014. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí diplomové práce David Paloušek. Dostupné také z: http://dl.uk.fme.vutbr.cz/zobraz_soubor.php?id=2157
[2] ČIHÁK, Radomír. Anatomie. 2., uprav. a dopl. vyd. Praha: Grada Publishing, 2001.
ISBN 80-7169-970-5.
[3] GANONG, William F. Přehled lékařské fyziologie. 20. vyd. Praha: Galén, c2005.
ISBN 80-726-2311-7.
[4] Protézy horních končetin. Protetika Sýkora Praha [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.protetika-sykora.cz/protezy/protezy-hornich-koncetin
[5] ŠNYTR, Jan. Protetické vybavení po amputaci horní končetiny. Praha, 2011. Bakalářská práce. Univerzita Karlova v Praze, Fakulta tělesné výchovy a sportu. Vedoucí bakalářské práce Rudolf Půlpán. Dostupné také z: https://is.cuni.cz/webapps/zzp/detail/106318/
[6] ČVUT. Bionika [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.fbmi.cvut.cz/bionika
[7] LUX, Martin. Experimentální biomechanická protéza ruky. Brno, 2012. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí diplomové práce David Paloušek. Dostupné také z: https://www.vutbr.cz/studium/zaverecne-prace?action=detail&zp_id=48516&text=protéza&hl_klic_slova=1&hl_abstrakt=0&hl_nazev=0&hl_autor=0&str=2
[8] NAŇKA, Ondřej a Miloslava ELIŠKOVÁ. Přehled anatomie. 2., dopl. a přeprac. vyd. Praha: Galén, c2009. ISBN 978-80-7262-612-0.
[9] KUSÁK, Václav. Zhodnocení současného stavu v oblasti konstrukce biomechanických protéz horních končetin. Brno, 2008. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky. Vedoucí bakalářské práce Petr Matějka. Dostupné také z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=16098
[10] RAEZ M. B. I., M.S. HUSSAIN a F. MOHD-YASIN. Techniques of EMG signal analysis: detection, processing, classification and applications. Biological Procedures Online. 2006, 8(1), 11-35. ISSN 1480-9222. DOI 10.1251/bpo115. Dostupné také z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1455479/
[11] CLEMENT, R. G. E., K. E. BUGLER a C. W. OLIVER. Bionic prosthetic hands: A review of present technology and future aspirations. The Surgeon. 2011, 9(6), 336-340. ISSN 1479-666X. DOI 10.1016/j.surge.2011.06.001. Dostupné také z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1479666X11000904
[12] Advancer Technologies, LLC. MyoWare Muscle Sensor [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://www.advancertechnologies.com/p/myoware.html
[13] exiii. HACKberry Open Source Community [online]. [cit. 2017-03-29]. Dostupné z: http://exiii-hackberry.com
[14] ŠOLC, František a Lukáš KOPEČNÝ. McKibbenův pneumatický sval v robotice. AT&P JOURNAL. [online]. 2003, 2(1), 62-64. Dostupné z: http://www.atpjournal.sk/buxus/docs/atp-2003-2-62.pdf
[15] NAJMAN, Petr. Bionická ruka. Liberec, 2017. Diplomová práce. Technická univerzita v Liberci. Ústav mechatroniky a technické informatiky.
Přílohy volně vložené
1 CD
Přílohy vázané v práci
schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.