การออกแบบและผลิตเท้าเทียมแบบไดนามิคสำหรับผู้พิการขาขาดในระดับกิจกรรมปานกลาง

ดนุพงษ์ บุตรทองคำ

dc.contributor.advisor	ชัญญาพันธ์ วิรุฬห์ศรี
dc.contributor.advisor	ไพรัช ตั้งพรประเสริฐ
dc.contributor.author	ดนุพงษ์ บุตรทองคำ
dc.contributor.other	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์
dc.date.accessioned	2021-09-22T23:25:24Z
dc.date.available	2021-09-22T23:25:24Z
dc.date.issued	2560
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/77060
dc.description	วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2560
dc.description.abstract	ในปัจจุบัน ประเทศไทยมีผู้พิการขาขาดจำนวนมากและมีแนวโน้มที่จะเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างต่อเนื่องในทุกๆ ปี หากแบ่งตามช่วงอายุของผู้พิการจะพบว่ามีผู้พิการขาขาดในกลุ่มวัยรุ่นถึงวัยกลางคนในช่วงอายุ 15 ถึง 44 ปี ประมาณร้อยละ 39 ของผู้พิการขาขาดทั้งหมด ซึ่งมีจำนวนมากกว่าช่วงอายุอื่นๆ ผู้พิการในกลุ่มนี้จะถูกจัดอยู่ในระดับกิจกรรมปานกลางหรือ K2-K3 ซึ่งเท้าข้างที่ยังเหลืออยู่ของผู้พิการในกลุ่มนี้สามารถปลดปล่อยพลังงานในการดีดตัวไปข้างหน้าที่เพียงพอต่อการเดินด้วยความเร็วเท่ากับคนปกติ อีกทั้งยังสามารถเคลื่อนไหวได้ดีทั้งในระนาบด้านหน้าและด้านข้าง จึงสามารถเดินบนพื้นที่มีความขรุขระหรือต่างระดับได้เป็นอย่างดี แต่ทว่าผู้พิการในกลุ่มนี้ยังคงใช้เท้าเทียมที่มีบริจาคในประเทศซึ่งมีข้อเท้าแข็งเกร็ง ไม่สามารถงอและปลดปล่อยพลังงานในการดีดตัวได้เหมือนเท้าคนปกติ งานวิจัยนี้จึงมีเป้าหมายที่จะออกแบบและผลิตเท้าเทียมแบบไดนามิคสำหรับผู้พิการขาขาดในระดับกิจกรรมปานกลาง ซึ่งสามารถเก็บสะสมพลังงานในจังหวะดีดตัวได้อย่างเหมาะสม และเคลื่อนไหวได้ทั้งในระนาบด้านข้างและด้านหน้า โครงสร้างเท้าเทียมถูกออกแบบโดยใช้วิธีการไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อวิเคราะห์การเก็บสะสมพลังงานและการเคลื่อนไหวให้เหมาะสมกับการใช้งานของผู้พิการในระดับกิจกรรมปานกลางและวิเคราะห์ความแข็งแรงตามแนวทางมาตรสากล ISO10328 โดยจะออกแบบให้มีพลังงานที่เก็บสะสมมากกว่าเท้าเทียมในท้องตลาดเล็กน้อยเพื่อให้พลังงานที่ปลดปล่อยสูงกว่าและใกล้เคียงกับคนปกติ ใช้แนวคิดการออกแบบแบบผ่าครึ่งซีกที่ส้นเท้าและเซาะร่องที่ปลายเท้าช่วยให้เคลื่อนไหวได้ในระนาบด้านหน้า โครงสร้างหลักของเท้าเทียมทำจากวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา ซึ่งผลิตโดยใช้วิธีการอบขึ้นรูปแบบสุญญากาศที่ควบคุมความดันและอุณหภูมิ เท้าเทียมต้นแบบได้รับการทดสอบการทำงานและทดสอบการเก็บสะสมและปลดปล่อยพลังงานของเท้าเทียมด้วยวิธีการทดสอบทางกล พบว่าสามารถเก็บพลังงานปลดปลอดพลังงานได้ 0.167 และ 0.137 J/kg ตามลำดับและมีมุมงอเท้าในทิศงอลง, งอขึ้น และพลิกด้านข้างของส้นและปลายเท้าเป็นมุม 8.96 องศา,16.98 องศา, 5.72 องศา และ 7.1 องศา ตามลำดับ ซึ่งเหมาะสมกับการใช้งานของผู้พิการขาขาดในระดับกิจกรรมปานกลาง อีกทั้งยังผ่านการทดสอบความแข็งแรงตามแนวทางมาตรฐานสากล ISO 10328:2006
dc.description.abstractalternative	Nowadays, Thailand has a large number of leg amputees which increase continuously every year. More than 38% of leg amputees are the moderate activity amputees, whose ages are between 15 and 44 years old. The residue ankle-foot of these amputees has ability to release sufficient energy during push off for contributing normal walking speed of non-amputee. Also, it moves well along sagittal and frontal plane that is adaptable to uneven or incline surface. Nevertheless, these amputees still use a solid ankle foot that could not move and generate push off energy. Therefore, our research objective is to design and manufacturing of dynamic prosthetic foot for leg amputee with moderate activity. It must be able to store appropriate energy during push off and provide stable movement along sagittal and frontal plane. We employed finite element analysis (FEA) to implement function of the prosthetic including the energy storage and movement and to verify its strength by following ISO 10328:2006. We designed the energy storage to get slightly higher than commercial prosthetic foot for providing higher energy release that approach to the residue foot. The heel and forefoot were modeled with split and slit concept respectively for providing movement along frontal plane. These components were made by carbon fiber composite which was lightweight and high strength. The carbon fiber component was fabricated by vacuum and curing process with control temperature and pressure. The other component was manufactured by machining process. The prosthetic prototype was evaluated the energy storage & release and the movement during walking by mechanical testing method. We found that it was able to store and release energy of 0.167 and 0.137 J/kg energy during push off respectively. And its movement along sagittal and frontal plane was 8.96◦ of plantarflexion, 16.98◦ of dorsiflexion, 5.72◦ and 7.1◦ of inversion/eversion at heel and forefoot, respectively. Its function was suitable for amputee with moderate activity. Also, it passed the strength verification by following ISO 10328:2006.
dc.language.iso	th
dc.publisher	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.relation.uri	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2017.1318
dc.rights	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.subject.classification	Engineering
dc.title	การออกแบบและผลิตเท้าเทียมแบบไดนามิคสำหรับผู้พิการขาขาดในระดับกิจกรรมปานกลาง
dc.title.alternative	Design and manufacturing of dynamic prosthetic foot for amputee with moderate activity
dc.type	Thesis
dc.degree.name	วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
dc.degree.level	ปริญญาโท
dc.degree.discipline	วิศวกรรมเครื่องกล
dc.degree.grantor	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.identifier.DOI	10.58837/CHULA.THE.2017.1318