Редактирование: Бионический протез руки
Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.
Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
Строка 1: | Строка 1: | ||
− | |||
− | [[Файл: | + | [[Файл:KovalevHand1.jpg|340px|thumb|left|]] |
==Актуальность== | ==Актуальность== | ||
− | + | Основными органами человеческого организма, позволяющими воздействовать на окружающую среду, являются руки. Утрата одной конечности приводит к большому дискомфорту в ведении повседневной жизни. Утрата обеих конечностей делает человека не дееспособным. В связи с этим, задача по возврату утраченной конечности представляет большую актуальность. При современном развитии науки и техники наиболее возможным вариантом представляется создание электромеханических протезов, по внешнему виду и функционалу походящих на природные конечности. | |
==Цели и задачи проекта== | ==Цели и задачи проекта== | ||
+ | Целью данной работы является разработка бионического протеза, позволяющего частично возмещать функции утраченной конечности; организация системы управления на основе регистрации мышечной активности; организация системы управления на основе определения ориентации протеза в пространстве; организация тактильной обратной связи. Используются технологии 3D печати и передовые достижения технологий МЭМС. | ||
− | + | ==Механика руки== | |
− | + | <gallery widths=330px heights=300px perrow = 3> | |
− | |||
− | |||
− | |||
− | <gallery widths=330px heights= | ||
Файл:KovalevHand1.jpg | Файл:KovalevHand1.jpg | ||
Файл:KovalevHand2.jpg | Файл:KovalevHand2.jpg | ||
Файл:KovalevHand3.jpg | Файл:KovalevHand3.jpg | ||
− | </gallery> | + | </gallery> |
+ | |||
+ | Основными условиями, налагаемыми на механику протеза, являются: независимое движение пальцев (сгибание/разгибание), возможность взятия как крупногабаритных (чашка), так и маленьких предметов (электронная карточка, монета), возможность совершения вращательного движения кисти, срок работы без подзарядки должен составлять не менее 12ти часов, рука должна иметь природоподобный вид. | ||
+ | В данной работе разработан прототип, обладающий 6-ю степенями свободы: каждый палец сгибается/разгибается независимо от остальных, реализована вращательная степень свободы кисти с предплечьем вокруг крепления гильзы к руке пациента (деталь синего цвета, рисунок 1). | ||
+ | Пальцы приводятся в движение посредствам сервомашинок Impact IS45MGD (момент на валу 10кгс/см, скорость поворота вала на 60 градусов равна 0.08 c). Передача усилия с серводвигателя на палец осуществляется посредством тяговых нитей, крепящихся одним концом к кончику пальца, другим к валу двигателя. Проложено по 2 тяги на палец (одна работает на сгибание, вторая на разгибание). При вращении двигателя в одну сторону происходит намотка первой нити и разматывание второй, в результате чего происходит сгибание пальца, при вращении в противоположную сторону аналогично происходит разгибание. | ||
+ | Рука изготовлена с использованием технологии 3D печати. Ладонь и облицовочный каркас выполнены из пластика T-Glass (полиэтилентерефталат гликоль - модифицированный, прочность на разрыв 55-75 Н / мм2). Несущий каркас, к которому крепятся двигатели, выполнен из 2 мм алюминиевых листов. | ||
+ | Управление двигателями осуществляется по средствам микроконтроллера Arduino Nano 3.0. | ||
+ | Для оптимизации энергопотребления реализован режим работы руки, при котором происходит полное отключение двигателей после совершения движения. Удержание предмета осуществляется за счет трения в редукторе мотора и его достаточно для удержания легких предметов (смартфон). | ||
+ | Питание осуществляется посредствам внешнего блока, состоящего из LiPol аккумулятора на 2.2мА/ч (7.4В, 30С). | ||
− | == | + | ==Система управления на основе акселерометра и гироскопа== |
− | + | Управление протезом осуществляется при помощи 6-ти осевого датчика (3х осевой акселерометр + 3х осевой гироскоп), вмонтированного в корпус руки. Принцип управления следующий: при помощи алгоритма DCM. происходит определение наклона руки относительно линии горизонта (тангаж) и угла поворота вокруг собственной оси (крен). Отсчет ведется относительно начального положения руки (в момент включения). Если тангаж положителен – рука производит хватательное движение. Если тангаж имеет отрицательное значение, то рука разжимается. Крен можно использовать для совершения вращательного движении, например, при отведении локтя в право или влево будет происходит вращение руки по часовой или против часовой стрелки. Также для управления можно независимо использовать акселерометр. Например, при резком и коротком движении вниз, рука будет совершать хватательное движение, при аналогичном движении вверх – будет разжиматься. | |
− | + | На практике был применен только первый из описанных методов (управление по тангажу). Результат оказался положительным, пациент смог совершать манипуляции с предметами (использовать протез для удержания предметов). | |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
==Система управления на основе МИО датчиков== | ==Система управления на основе МИО датчиков== | ||
Строка 43: | Строка 43: | ||
==Результаты== | ==Результаты== | ||
− | В результате работы | + | В результате работы разработан прототип электромеханического протеза для девочки в возрасте 15-ти лет, у которой при рождении атрофирована правая рука ниже локтя (протезированию подлежит ладонь и 2/3 предплечья). Предложена система управления на основе регистрации ориентации и динамики протеза в пространстве. Собрана электромеханическая схема регистрации мышечной активности. Проведено медицинское обследование руки девочки (институт нейрохирургии имени Поленова), по результатам которого представляется возможным управление протезом посредствам регистрации мышечной активности сохранившихся мышц (отвечающих за сгибание/разгибание и вращение кисти). |
− | {{#widget:YouTube|id= | + | {{#widget:YouTube|id=yleJMydAaYE}} |
− | == | + | ==Поддержка проекта== |
− | * [ | + | * [http://www.spbstu.ru/ СПбПУ Петра Великого] |
+ | ** [http://fablab.spbstu.ru/ Фаблаб Политех] | ||
+ | ** [http://tm.spbstu.ru/ Кафедра теоретической механики] | ||
+ | * Лаборатория НМСТ (Нано-микросистемной техники) | ||
+ | * [http://www.almazovcentre.ru/?page_id=16535 Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт имени профессора А. Л. Поленова] | ||
+ | * [http://www.rosturner.ru/ Научно-исследовательский детский ортопедический институт имени Г.И. Турнера (НИДОИ им. Г.И. Турнера)] | ||
− | + | ==Команда== | |
− | |||
− | |||
− | + | * Руководитель проекта: [[Олег Ковалев]] | |
− | + | * Научный руководитель проекта: [[А.М. Кривцов]], [[О.С. Лобода]] | |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | + | * Специалист по НМСТ (нано-микросистемной технике): Акульшин Юрий Дмитриевич. | |
− | |||
− | + | * Специалист по 3D прототипированию: [[Дайнис Дзенушко]] | |
− | * | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
==Контактная информация== | ==Контактная информация== | ||
Строка 134: | Строка 70: | ||
'''E-mail:''' kovalev.oleg.o@gmail.com | '''E-mail:''' kovalev.oleg.o@gmail.com | ||
− | [[Category: | + | '''Phone:''' +7 951 656 82 88 |
+ | |||
+ | [[Category: Студенческие проекты]] |