Samenvatting

In dit project wordt een zwaartekrachtcompensator ontworpen, voor mensen met de spierziekte van Duchenne. Het doel van deze afstudeeropdracht, is het ontwerpen van een zwaartekrachtcompensator die een variabele massa (massa eigen arm en massa gebruiksvoorwerp) kan compenseren. De zwaartekrachtcompensator moet onder de kleren gedragen kunnen worden. Een dergelijke zwaartekrachtcompensator ontwerpen is moeilijk. Om deze redenen is alleen gekeken naar zuiver flexie en extensie van de elleboog in een sagittaal vlak. Hierbij staat de bovenarm vast. De werkelijke situatie is versimpeld. De zwaartekrachtcompensator compenseert een massa over een ROM van 110° (15° - 125°).
Om een constructie in balans te houden moet er voor gezorgd worden dat de som van de kinetische energie en de potentiële energie in elke situatie constant is. In deze afstudeeropdracht wordt gebruikt gemaakt van een principe genaamd basic gravity equilibrator. In dit systeem wordt gebruik gemaakt van de variabele:
a, verticale afstand van veer tot draaipunt;
k, de veerconstante;
r, de afstand van veeraanhechting op de balansarm tot het draaipunt.
Een basic gravity equilibrator is in balans als wordt voldaan aan de formule mgL=akr. Als de massa (m) veranderd, dan veranderd het product van mgL. akr moet gelijk zijn aan mgL. Dus moet één van de variabele a, k of r aangepast worden om de verandering van m te compenseren.
Gebleken is dat een mechanische constructie onmogelijk kan werken. Dit komt neer op een simpele natuurwet, die stelt dat de totale hoeveelheid energie in een constructie te allen tijden constant blijft. Wanneer de massa toeneemt, neemt het product van mgL toe en wordt er energie aan de constructie toegevoegd. Vanaf dit moment heerst er een onbalans en moet er energie worden toegevoegd aan het product van akr. Om dit weer constant te maken aan mgL.
In het eindontwerp wordt een zelf ontwikkeld idee aangeboden, waarbij twee drukveren een virtuele veer nabootsen. Deze twee drukveren staan onder een hoek, zodat de kracht van de drukveren kunnen worden ontbonden in horizontale en verticale componenten. De veren hebben in horizontale richting geen effect op het systeem, waardoor alleen de verticale componenten nog een invloed hebben op de balans van het systeem. De som van de twee verticale componenten, van de twee drukveren, vormen de virtuele veer. Wanneer de massa kleiner wordt zal de hoek tussen de veren vergroot worden. Bij een vergroting van de hoek wordt de verticale component kleiner en de horizontale component groter. Hierdoor wordt de k van de virtuele veer kleiner en is het systeem weer in balans. Het product van akr verkleind totdat deze weer gelijk is aan het product van mgL.
Het eindontwerp is een zwaartekrachtcompensator die een variabele massa kan compenseren over een ROM van 110° (15° - 125°).