DESIGN AND FABRICATION OF PNUMATIC ARM USING ARTIFICAL MUSCLES

Abstract

ABSTRACT

The success of prosthetic arms for the human body relies on many factors. The main factor is the capability of the prosthetic part to fulfill at least one function of the lost limb, and this success is primarily influenced by the design of components, alongside the selection of materials. Servo-motors usually operate the active prosthetic hands. Although the use of servo-motors makes the control of prostheses easier, it increases their price, which limits the access of those in need. Therefore, the design of cheap and straightforward artificial arms that work with compressed air has attracted more attention in terms of cost-effectiveness. In this study, a pneumatic prosthetic forearm was designed and fabricated using artificial muscles. The artificial muscles were fabricated from an inner tube with high elasticity, and the outer shell was a flexible mesh material. The focus of this study was on the effects of muscle design parameters on forearm functions during operation. To this end, four models of artificial muscles were developed and tested to find the most effective models. The results showed that the most effective muscle models were those that can contract easily in length due to air pressure. Furthermore, the arm underwent testing to assess its biomechanical movement capabilities, as well as its capacity to carry and grasp various objects. The results showed that the pneumatic forearm can operate acceptably with some negligible limitations in movement, speed, and noise.

ÖZET

Protez uygulamaların başarısı birçok faktöre bağlıdır. En önemli faktör, protez parçasının kaybedilen uzvun en az bir fonksiyonunu yerine getirebilmesidir. Protez kolların başarısı öncelikle malzeme seçiminin yanı sıra bileşenlerin tasarımından da etkilenir. Aktif protez el veya kollar genel olarak servomotorla çalışır. Servomotorların kullanılması protezlerin kontrolünü kolaylaştırsa da fiyatını aşırı şekilde arttırır, bu da ihtiyacı olanların erişimini kısıtlamaktadır. Dolaysıyla, basınçlı havayla çalışan, ucuz ve basit yapay kolların tasarımı, maliyet etkinliği açısından daha fazla ilgi görmektedir. Bu çalışmada yapay kaslar kullanılarak pnömatik bir protez önkol tasarlanmış ve üretilmiştir. Yapay kaslar, yüksek elastikiyete sahip bir iç tüpten ve dış katman, esnek bir ağ malzemesinden yapılmıştır. Bu çalışmada, çalışma sırasında kas tasarım parametrelerinin önkol fonksiyonları üzerindeki etkilerini incelenmiştir. Bu amaçla, en etkili modelleri bulmak için dört farklı yapay kas modeli geliştirilip ve test edilmiştir. Sonuçlar, en etkili kas modellerinin hava basıncı nedeniyle kolayca kasılabilen kas modelleri olduğunu gösterdi. Ayrıca üretilmiş kol, biyomekanik hareket yeteneklerinin yanı sıra çeşitli nesneleri taşıma ve tutma kapasitesinin değerlendirilmesi için test edilip sonuçlar tartışılmıştır. Sonuçlar pnömatik önkolun hareket, hız ve gürültü açısından göz ardı edilebilir sınırlamalarla kabul edilebilir şekilde çalışabildiğini göstermiştir.