18395

16006

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

يازده، 65ص.: مصور، جدول، نمودار

1402/01/25

كتابنامه

مكانيك

مهندسي مكانيك

1403/04/09

2922504

امروزه با توجه به پيشرفت علم تلاش بر اين است كه پل ارتباطي مابين علوم تجربي و مهندسي ايجاد شود. با توجه به كهولت سن اكثريت مردم، فيزيوتراپي اهميت بسزايي در دنيا پيدا كرده است. از اين‌رو انجام تمرينات توان‌بخشي و همچنين تمرينات ورزشي استقامتي و قدرتي حائز اهميت مي‌باشند. دستگاه‌هاي ايزوكينتيك جهت درمان‌هاي توان‌بخشي، تسريع بهبودي ناشي از صدمات، انجام تمرينات استقامتي و قدرتي در فيزيوتراپي‌ها و همچنين باشگاه‌ها استفاده مي‌گردند. دستگاه‌ ايزوكينتيك جهت انجام تمرينات مرتبط با دست، پا و كمر قابل استفاده است. اين دستگاه به نحوي طراحي شده‌است كه ميزان برآيند نيروي وارده به آن بخش از دستگاه كه با بدن فرد در تماس است، تقريبا ثابت باشد. دستگاه‌هاي ايزوكينتيك پيشين، جهت اعمال نيرو از فنر معمولي پيچشي، وزنه و جعبه دنده استفاده مي‌كردند. در اكثريت دستگاه‌هاي پيشين از فنر معمولي با سختي ثابت يا جعبه دنده با توان، ولتاژ و سرعت ثابت استفاده شده است. معمولا دستگاه‌هايي كه در باشگاه‌هاي ورزشي كارايي دارند، جهت اعمال نيرو از يك سري وزنه با اوزان ثابت و مشخص استفاده مي‌كنند. شروع تمرينات با توجه به نوع تمريني كه فرد قصد انجام آن را دارد و همچنين ميزان توانايي بدني شخص، وزنه مورد نياز انتخاب مي‌شود. محدود بودن بازه اعمالي نيرو و عدم امكان تغيير وزنه در طول فرآيند از معايب دستگاه مذكور است. به طور كلي گزاف بودن هزينه‌ي تامين اين دستگاه و عدم تغيير ميزان نيروي ورودي بر اساس توانايي فرد از معايب دستگاه‌هاي موجود در بازار است. مواد هوشمند مصالحي هستند كه با عملكردي هوشمندانه در مقابل تغييرات محيطي مانند موجودات زنده مي‌توانند خود را با محيط منطبق سازند. دسته اي از اين مواد، مواد حافظه‌دار نام دارند كه داراي توانايي "به ياد آوردن" يك شكل حتي پس از تغيير شكل‌هاي نسبتاً شديد است كه پس از تغيير شكل در دماهاي پايين، اين مواد تا زمان گرم‌شدن تغيير شكل نخواهند داشت و از اين طريق آن‌ها به صورت طبيعي به شكل اصلي خود (شكل قبل از فرايند تغيير شكل) برمي‌گردند. از اين رو استفاده از فنرهايي از جنس مواد هوشمند كه از طريق اعمال محرك‌‌هايي از قبيل تغيير دما، تغيير ولتاژ و غيره واكنش نشان مي‌دهند، توانايي رفع برخي از مشكلات اشاره شده را دارند. سختي فنر معمولي به قطر سيم، قطر فنر، جنس آن و تعداد حلقه‌هاي فنر وابسته است از اين رو سختي فنر معمولي پس از ساخت قابل تغيير نيست. لذا ميزان نيروي توليد شده از فنر معمولي، فقط تابع ميزان جابه‌جايي آن است. سختي فنر آلياژ حافظه‌دار تابع درصد تركيبات نيكل و تيتانيوم، دماي كاري، ولتاژ اعمالي، قطر سيم، قطر فنر، تعداد حلقه‌هاي فنر و ميزان تنش برشي اعمالي است. لذا ميزان نيروي توليد شده در فنر آلياژ حافظه‌دار تابع دماي كاري، ولتاژ اعمالي و ميزان كشش فنر مربوطه است. با توجه به عدم يكسان بودن سختي فنر آلياژ حافظه‌دار، طراحي دستگاه‌ ايزوكينتيك ارائه شده در اين پايان‌نامه به نحوي صورت گرفته است كه قابليت ثابت نگه داشتن برآيند نيروي وارده به محل اتصال دستگاه به بدن شخص را تا حدودي دارد. به اين منظور با توجه به خواص حافظه‌داري و سوپرالاستيسيته بودن مواد حافظه‌دار (نايتينول)، در طراحي پيشنهادي به تركيبي از فنرهاي معمولي و آلياژ حافظه‌دار پرداخته شده است كه با توجه به قابليت متغير بودن سختي فنر آلياژ حافظه‌دار، برآيند نيروي اعمالي تقريبا ثابت مي‌شود. استفاده از تركيب فنر معمولي و فنر آلياژ حافظه‌دار باعث كاهش هزينه تامين، سبك تر شدن اين دستگاه و در نتيجه قابل حمل شدن آن مي‌شود. لازم بذكر است كه متصدي دستگاه امكان كاهش يا افزايش تعداد فنرهاي حافظه‌دار يا معمولي را كه به صورت موازي در نظر گرفته شده‌اند را دارد. اين قابليت باعث اعمال بازه نيرويي گسترده‌تري مي‌شود كه سبب انجام تمرينات ايزوكينتيك به صورت حرفه‌اي است.

Today, according to the progress of science, there is an effort to create a bridge between experimental sciences and engineering. Due to the old age of most people, physiotherapy has become very important in the world. Therefore, performing rehabilitation exercises, as well as endurance and strength exercises are essential. Isokinetic devices are used for rehabilitation treatments, accelerating injury recovery, and performing endurance and strength exercises in physical therapy and gyms. An isokinetic device can be used to perform hand, leg, and back exercises. This device is designed so that the force applied to the part of the device in contact with the person's body is almost constant. Previous isokinetic devices used ordinary torsion springs, weights, and gearboxes to apply force. Most of the previous devices used a normal spring with constant stiffness or a gearbox with constant power, voltage, and speed. Usually, devices that work in sports clubs use a series of fixed weights to apply force. The required weight is chosen according to the type of exercise that the person intends to do and also to the person's physical ability level. Limitations in the force application range and the impossibility of changing the weight during the process are disadvantages of the mentioned devices. In general, the high cost of supplying this device and the lack of change in the amount of input power based on the person's ability are among the disadvantages of the devices in the market. Smart materials can adapt themselves to the environment with intelligent performance against environmental changes like living organisms. A group of these materials is called shape memory materials, which can "remember" a shape even after relatively severe deformations. After deformation at low temperatures, these materials will not deform until heating, and thus they naturally return to their original shape (the shape before the deformation process). Therefore, using springs made of smart materials that react by applying stimuli such as temperature change, voltage change, etc., can solve some of the mentioned problems. The stiffness of a normal spring depends on the diameter of the wire, the diameter of the spring, its material, and the number of spring rings; thus, the stiffness of a normal spring cannot be changed after manufacturing. Therefore, the amount of force produced by a normal spring is only a function of its displacement. The stiffness of a shape memory alloy spring is a function of the percentage of nickel and titanium compounds, working temperature, applied voltage, wire diameter, spring diameter, the number of spring rings, and the amount of applied shear stress. Therefore, the force produced in a shape memory alloy spring is a function of the working temperature, the applied voltage, and the tension of the corresponding spring. Due to the non-uniformity of a shape memory alloy spring stiffness, the design of the isokinetic device presented in this thesis has been made to keep the resultant force applied to the connection point between the device and the person's body nearly constant. For this purpose, according to the shape memory properties and superelasticity of the shape memory material (Nitinol), the proposed design employs a combination of normal and shape memory alloy springs. Due to the variability of the stiffness of the shape memory alloy spring, the resultant applied force is almost constant. Using a combination of a normal and a shape memory alloy spring reduces the supply cost, makes this device lighter, and thus makes it portable. It should be noted that the device operator can reduce or increase the number of shape memory alloy springs or normal springs considered in parallel. This capability causes a more comprehensive range of force to be applied, which leads to professionally performing the isokinetic exercises.

محمود كدخدايي اليادراني

مجتبي بابايي

مصطفي جمشيديان , محمدرضا فروزان