ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинематические расчетные схемы и модели органов и систем из "Моделирование в биомеханике" Кинематика изучает геометрические свойства движения тел без учета их масс и действующих на них сил. Для исследования параметров движения строят кинематические расчетные схемы. Элементами кинематической схемы являются звенья и кинематические пары. Кинематическая пара — подвижное соединение твердых тел, находящихся в непосредственном соприкосновении. Звенья — тела, образующие кинематическую пару. Кинематическая цепь — система связанных между собой звеньев. Механизм — кинематическая цепь, в которой при заданном законе движения одного либо нескольких звеньев относительно неподвижного звена, все остальные звенья совершают определенные движения. [c.242] Если все звенья механизма совершают движения в одной плоскости либо в параллельных плоскостях, то такой механизм называют плоским в отличие от пространственного, в котором звенья могут совершать движения в различных плоскостях. [c.242] Кинематические цепи, в которых есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару, называют незамкнутыми. Кинематические цепи, в которых звенья входят не меньше, чем в две кинематические пары, называют замкнутыми. По характеру относительного движения звеньев кинематические пары разделяют на вращательные и поступательные. [c.242] По числу ограничений, накладываемых парой на относительное движение звеньев, пары разделяют на пять классов (рис. 5.1). Каждое свободное тело в пространстве обладает шестью степенями свободы. Если два звена соединены кинематической парой, это уже не два свободных тела, а звенья, на которые наложены ограничения. [c.242] Номер класса кинематической пары соответствует числу накладываемых связей (ограничений). Связь — фактор, устраняющий одну степень свободы. У кинематической пары первого класса одна связь — она имеет пять степеней свободы, второго класса — две связи, четыре степени свободы. [c.242] Кинематическую цепь, конструктивно заменяющую в механизме кинематическую пару, называют кинематическим соединением. Замену кинематических пар кинематическими соединениями рассмотрим на примере манипулятора, кинематическая схема которого приведена на рис. 5.2, а. [c.243] Так как в схеме на рис. 5.2, а оси щарниров А и В, С и В, Е и / попарно пересекаются, то пары А, В), (С, В), (Е, Е) можно заменить сферическими парами с пальцами (рис. 5.2, в). Тогда механизм (рис. 5.2, б) будет образован тремя звеньями, входящими в три сферические пары с пальцами. [c.243] Сферическую пару с пальцем (см. рис. 5.2, в) можно заменить кинематической цепью из трех звеньев, входящих в две вращательные кинематические пары А VI В, оси которых пересекаются в точке О (рис. 5.2, г). Такая кинематическая цепь и представляет собой кинематическое соединение. [c.243] Возможно и другое конструктивное рещение — замена сферической пары кинематическим соединением (рис. 5.2, д) из трех звеньев, входящих во вращательные пары А, В, С, оси которых пересекаются в точке О. [c.243] Движение в суставах обеспечивается парой функциональных рабочих групп мышц одноосные суставы обслуживает одна пара (две функциональные группы мышц) двухосные — две пары (четыре группы мышц) трехосные — три пары (шесть групп мышц). Контролирует движение нервно-мышечный аппарат. [c.249] Для анализа движений необходимо знать размеры тела человека и отдельных его частей. Средние статистические значения размеров М) и их среднеквадратичные отклонения (т) приведены в табл. 5.1. [c.249] Кинематический анализ необходим при исследовании движений человека и медицинских манипуляционных систем, для определения координат целевых точек при прицельном погружении инструмента (например, в мозговые мищени). [c.250] Анализ движений человека помогает диагностировать функциональные нарушения, планировать операции с учетом возможных изменений в двигательной системе больного, конструировать протезы и разрабатывать системы управления ими, оптимизировать конструкции орудий труда и органов управления. [c.250] Медицинские манипуляционные системы представляют собой системы пространственных многокоординатных перемещений объектов медицинской техники. К ним относят средства перемещения диагностических и лечебных аппаратов, в том числе, источников и приемников ионизирующих излучений, операционных микроскопов, эндоскопических и микрохирургических инструментов, физиотерапевтических и осветительных приборов. Без них невозможно обойтись, когда управление одновременно задействованных при операции устройств приближается к предельным возможностям хирурга. [c.250] К манипуляционным механизмам относят также протезы опорно-двигательного аппарата и другие механизмы для остеосинтеза, ортопедии и операционной хирургии. [c.250] В микрохирургии применяют различные схемы взаимодействия хирурга с манипулятором. В наиболее простой из них выходное звено манипулятора с инструментом копирует в уменьшенном масштабе движение входного звена, перемещаемого рукой хирурга. Недостаток таких манипуляторов — в потере контакта пальцев хирурга с инструментом, а, следовательно, в неудовлетворительном и плохом контроле инструмента. [c.250] Эти недостатки устраняют параллельные схемы манипуляционных систем (рис. 5.8) [5.1]. Инструмент находится в руке хирурга, лежащей на неподвижном основании, а манипулятор вводится параллельно, движется вслед за инструментом и блокирует ошибочные действия хирурга. [c.250] При этом реализуют по меньшей мере четыре качественно различных режима работы манипуляционной системы макроперемещение микроперемещение блокировка перемещения фиксация. [c.251] Макроперемещения выполняются вблизи зоны операции, например, при сшивании тканей. Микроманипулятор отключен, и инструмент перемещается свободно в широких пределах. [c.252] Микроперемещения необходимы при подходе к критическим точкам оперируемого объекта, например, вблизи сетчатки или зрительного нерва. При превышении хирургом скорости над некоторым допустимым уровнем движение блокируется — тормозится. Безопасный уровень скорости устанавливают в пределах 0,05—0,2 мм/с в соответствии с фазой операции. Это позволяет обеспечить погрешность перемещений на наиболее ответственных этапах микрохирургических операций не более 0,05—0,2 мм. [c.252] Вернуться к основной статье