Бионический протез руки — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Механика руки)
(→‎Механика руки)
Строка 8: Строка 8:
  
 
==Механика руки==
 
==Механика руки==
−
 
−
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, представленный на рисунке 1. Прототип обладает 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. В качестве тяг использована плетеная нить из высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (Dyneema) диаметром 0.5 мм и усилием на разрыв 56 кг. Для снижения трения нитей о корпус руки, проложены канальцы из фторопласта, внутри которых проведена нить. Двигатели размещены согласно рисунку 1.
 
−
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), двух стабилизаторов на 6В 3А, вентилятора для охлаждения стабилизаторов и самовосстанавливающегося предохранителя на 9А.
 
  
 
==Система управления на основе акселерометра и гироскопа==
 
==Система управления на основе акселерометра и гироскопа==

Версия 17:06, 8 сентября 2015

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.

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.

Цели и задачи

Механика руки

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

Результаты

  • KovalevHand1.jpg
  • KovalevHand2.jpg
  • KovalevHand3.jpg


Поддержка проекта

Команда

  • Специалист по НМСТ (нано-микросистемной технике): Акульшин Юрий Дмитриевич.

Контактная информация

E-mail: kovalev.oleg.o@gmail.com

Phone: +7 951 656 82 88

Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Бионический_протез_руки&oldid=36119»