Modelarea si simularea biosistemelor

UNIVERSITATEA "TRANSILVANIA" DIN BRASOV

CATEDRA INGINERIE MECANICA

Specializarea: Sisteme Mecatronice pentru Industrie si Medicina

 

Modelarea si simularea biosistemelor

Placa Kistler

Determinarea parametrilor dinamici ai mersului normal,

folosind placa de forte Kistler

Folosind placa de forte Kistler se pot determina teoretic si experimental fazele de suport ale piciorului pe sol si a parametrilor dinamici (forte si momente de reactiune), specifici acestor faze. Astfel ca este folosit un sistem mecatronic, mai exact sistemul Kistler, format dintr-o placa (platforma) de forte, un amplificator de semnale electrice, doua placi de achizitie analog-digitale, si un program de interfata cu utilizatorul, BioWare.

Prin urmare, in vederea detrminarii parametrilor dinamici specifici mersului normal se va folosi o instalatie formata dintr-o placa Kistler, un amplificator de semnale electrice, doua placi de achizitie (pentru semnale analoge si digitale), un program de interfata cu utilizatorul, BioWare, si un sistem de achizitionare a datelor (un laptop).

Schema de principiu a instalatiei experimentale

Placa (platforma) Kistler, este un dispozitiv ce permite masurarea vectorului unei fortw totale (), ce se ezercita in timpul unor activitati locomotorii, in timpul contactului dintre suprafata corpului uman (de obicei piciorul) si suprafata podelei, pe care placa este asezata. Placa Kistler este echipata cu patru senzori de forta piezoelectrici, fiecare pozitionat in cele patru colturi ale placii. Senzorii piezoelectrici ai rolul de a transforla o actiune mecanica (forta cu care actioneaza subiectul asupra placii), intr-un semnal electric fara nici o sursa exterioara de energie. Senzorii, folositi de catre placa de forte, contin cate trei placute suprapuse, de forma inelara, din cristale de cuart, sensibile piezoelectric la forte de compresiune () si forte de forfecare ().

Ansamblul format din placa de forte Kistler, platformele

de lemn si materialul tampon

Pentru a elimina zona de treapta" ce se formeaza intre suprafata de contact a placii de forte si podea s au construit doua platforme de lemn amplasate de o parte si de alta a placii (pe directia de deplasare a subiectului uman), avand dimensiunile 760 x 360 x 35 mm. Contactul dintre cele doua platforme si placa de forte nu se face direct ci prin intermediul unui material tampon, (polistiren expandat), pentru a minimaliza eventualele micromiscari induse de subiectul uman im timpul mersului.

Amplficatorul Kistler 5606A are rolul de a transforma marimile de iesire a senzorilor piezoelectrici in semnale standard de tensiune (adica tensiune intre ±1V si ±10 V cu impedanta joasa), de a efectua liniarizarea sau compensarea caracteristicilor senzorilor si de a limita frecventa la domeniul cerut. Este divizat in doua canale, astfel putand prelua concomitent semnale de la doua placi de forte.

Pentru esantionarea si conversia semnlelor analoge/digitale, in vederea achizitionarii acestora de catre un sistem de achizitionare s-au folosit doua paci de achizitie, respectiv PC CARD DAS 16/16 si PC CARD D24/CTR3. Minimul necesar pentru a efectua toata gama de masuratori de activitate dinamica si statica este de minim doua canale de intrare si un canal de iesire. Canalul de iesire analogica este utilizt pentru generarea semnalului de excitatie iar cele doua canale de intrare pentru masurarea semnalului excitator real si respectiv al raspunsului.

In data de 10.11.2009 in cadrul laboratorului de "Modelare si simulare a biosistemelor", am realizat un protocol de observatie, protocol in care am avut ca obiective monitorizarea efortului fizic cu ajutorul bicicletei (subiectul investigat a trebuit sa mearga pe bicicleta electrica timp de 5 minute) si urmarile efortului fizic urmarite pe placa Kistler.dupa efetuarea efortului pe bicicleta, subiectul este cantarit, moment in care greutatea pe placa se stabilizeaza. Este important ca pozitia subiectului pe placa sa fie anatomica in momentul masurarii greutatii. In urma investigatiilor au rezultat urmatoarele grafice

Variatia centrului de presiune inainte de efort (bicicleta)

Variatia centrului de presiune dupa efort (bicicleta)

Bibliografie

[1] Laboratoarele si cursurile de MSBI