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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張天豪
研究生(外文):Chang Tien Hao
論文名稱:具關節牽引功能之動態腕關節外固定器之設計與運動學研究
論文名稱(外文):Design and Kinematic Study of a Wrist External Fixator with Arthrodiatasis
指導教授:趙振綱
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
中文關鍵詞:橈骨遠端骨折骨外固定器齊次轉換矩陣
相關次數:
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Abstract

Distal radius fracture is one of the common fractures. Recently some specially designed external fixators have been widely used for the treatment of such fracture and surgically related complications. There are two kinds of wrist external fixator: non-briding fixator and briding fixator. Non-briding fixator can fix on the radius directly; there is no mechanical restriction of wrist movement with a non-bridging fixator after treatment. It has widely ROM and better reduction of distal radius fractures. But it can’t be used in the fracture with articular surfaces or comminuted fracture. Briding fixator has first insert pins to the radius and second metacarpal individually, when set fixator to the pin. Because those fixators have set across the axis of wrist, it’s usually designed as a device composed of hinge or ball joint, the main purpose of this design is in line with the axis of wrist, it can supply to the range of motion of the wrist and avoid the squeal of the wrist joint stiffness. Besides, the continuously passive motion can be done by detraction device. However, there have been some commercial wrist fixators which are often bulky and design complicated, inducing inconvenience during the rehabilitation.
In this study, we firstly improved now commercial fixators and designed a new wrist fixator. Assuming a new wrist fixator and the associated radius and second metacarpal bone as a close chain system, the principle of homogeneous transformation matrix of robotics is applied in the kinematic analysis of such a chain system. Consequently, the pin placements are parameterized and their kinematic influences on the adjustability, which are in line with wrist axis of the new fixators, are analyzed. The numerical results of the current study are validated by the trigonometric model and computerized simulation. In addition, the contribution for each design parameter of external fixator was thus investigated by the Taguchi method
In conclusion, the current study has designed a newly wrist external fixator. Furthermore, the new fixator is validated by the homogeneous transformation matrix and Taguchi method. The results of this study can help orthopedic surgeons take insight into the operation restraints of such a new technique. In the future, the same concept can be clinically applied to the treatment of the hinged knee and ankle joints.
目 錄

頁次
中文摘要…………………………………………………………... I

英文摘要…………………………………………………………... II

誌謝………………………………………………………………... III

目錄………………………………………………………………... IV

符號索引………………………………………….……………….. VIII

圖表索引…………………………………………….…………….. XII
第一章 緒論………………………………..……………………... 1
1.1研究動機與目的..…..……………………….…………….. 1
1.2手部與腕關節之解剖學...………………………………… 2
1.3腕關節旋轉軸的運動學探討……………………………… 4
1.4橈骨骨折與臨床治療方式………………………………… 5
1.5腕關節骨外固定器之介紹…….……………...…………… 7
1.5.1跨腕關節式骨外固定器介紹………………………… 8
1.5.2非跨腕關節式骨外固定器介紹……………………… 10
1.6本文架構…………………………………………………… 11
第二章 研究方法…………………………………………………. 19
2.1腕關節骨外固定器之設計………………………………… 19
2.1.1新型非跨腕關節式骨外固定器之設計……………… 19
2.1.2新型跨腕關節式骨外固定器之設計………………… 21
2.2齊次轉換矩陣的數學原理與臨床應用…………………… 22
2.2.1空間座標與轉換……………………………………… 23
2.2.2順向運動學…………………………………………… 25
2.2.3逆向運動學…………………………………………… 25
2.2.4球關節之描述………………………………………… 26
2.3橈骨、掌骨與骨外固定器連桿系統的建立……………… 27
2.3.1新型骨外固定器的自由度分析……………………… 27
2.3.2座標系統與參數之建立……………………………… 29
2.4腕關節與骨外固定器矩陣系統之建立…………………… 31
2.4.1新型骨外固定器之齊次轉換矩陣…………………… 31
2.5腕關節與骨外固定器系統的數值原理分析……………… 34
2.5.1求解運動鏈方程式…………………………………… 37
2.5.2兩側之球關節轉動角度之計算……………………… 38
2.5.3中間U型關節轉動角度之計算……………………… 38
2.6三角幾何模型……………………………………………… 39
2.6.1模型定義………………………………………………. 39
2.6.2骨釘偏移之計算………………………………………. 40
2.6.3骨釘傾斜之計算………………………………………. 41
2.7電腦模擬驗證……………………………………………… 43
2.8田口方法…………………………………………………… 43
2.8.1直交表…………………………………………………. 45
2.8.2資料分析………………………………………………. 45
2.8.3變異數分析……………………………………………. 46
第三章 分析結果………….……………………………………… 62
3.1骨外固定器調整範圍之分析結果………………………… 62
3.1.1骨釘偏移影響之數值分析……………………………. 62
3.1.2骨釘偏移影響之三角幾何驗證………………………. 63
3.1.3骨釘傾斜影響之數值分析……………………………. 63
3.1.4骨釘傾斜影響之三角幾何驗證………………………. 64
3.2骨外固定器之電腦模擬………………………………….. 65
3.3田口法參數化分析結果………………………………….. 66
3.4田口法結果確認………………………………………….. 67
第四章 討論………………………………………………………. 85
4.1新型腕關節骨外固定器設計討論………………………… 85
4.1.1非跨腕關節式骨外固定器設計討論…………………. 87
4.1.2跨腕關節式骨外固定器設計討論……………………. 88
4.2齊次轉換矩陣數值分析結果討論………………………… 90
4.3田口法分析結果討論……………………………………… 92
4.4綜合討論…………………………………………………… 93
第五章 結論與未來展望…..……………………………………... 99
5.1結論…………………………………..……………………. 99
5.2未來展望……………………………..………………….… 100
參考文獻…………………….…………………………………….. 101
附錄………………………………………………………………... 105
作者簡介………………………………………………………...… 110
參考文獻

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6. 25. 馬維揚,「台灣IC 產業垂直分工體系形成之研究,1993-1998」,科技管理學刊,第五卷,第二期,1-20 頁,民國89 年8 月。
7. 25. 馬維揚,「台灣IC 產業垂直分工體系形成之研究,1993-1998」,科技管理學刊,第五卷,第二期,1-20 頁,民國89 年8 月。
8. 14. 吳建國,民91 年。交易成本、信任與統制結構之選擇,企銀季刊25:3,頁195-211.
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