Разработка и реализация макета бионического протеза кисти руки, человеко-машинного интерфейса и системы управления.

Бионический протез руки предназначен для использования людьми с ограниченными возможностями с целью частичной компенсации утраченных двигательных функций и относится к области медицинской техники, а именно к управляемым протезам кистей рук. Реализация модели демонстрирует применение достижений бионики при построении полезных и нужных устройств, имеющих практическую значимость.

Целью проведенного исследования являлась разработка и конструирование макета бионического протеза для помощи людям с ограниченными возможностями. А также разработка собственного человеко-машинного интерфейса и системы управления для выполнения основных двигательных функций.

Ежегодно производится от 30 до 40 тысяч операций по ампутации конечностей. После ампутации конечности люди не могут выполнять работу, которую с легкостью делали ранее. Наиболее остро данная проблема стоит людей, у которых ампутированы верхние конечности (кисти рук или ампутация руки до локтевого сустава или выше). Такие люди попадают в безвыходное положение, т.к. в настоящее время на потребительских рынках существуют лишь зарубежные модели протезов, но их стоимость настолько высока, что из десятка тысяч людей, нуждающихся в таком протезе, приобрести его могут единицы.Все протезы рук делятся на:миоэлектрические , косметические – пассивные протезы, тяговые.

Механические элементы протеза изготовлены посредством 3D принтера из PLA пластика. Для перемещения пальцев используются сервоприводы. Питание осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи. Управлением приводами осуществляется посредством ШИМ сигнала. Нагрузка на каждый сервопривод определяется токовым их потреблением. Аппаратно-системная часть реализована в виде 2х модулей, связанных между собой: модуль протеза и модуль обратной связи с функцией управления.

Методов исследования: методы биомеханики, численные методы решения систем уравнений, методы схемотехники и теория управления. 

Предлагаемый способ реализации человеко-машинного интерфейса включает в себя механизм сигнализации пациенту о возможности выполнения одной из набора двигательных функций и механизм запуска на выполнение требуемой функции. Механизм сигнализации задается посредством системы пространственно распределенных вдоль какого-либо органа (например, руки или ноги) актуаторов, создающих тактильное воздействие в заданной точке. Механизм запуска команды на выполнение определяет воздействие, создаваемое пациентом в требуемый момент времени, численно измеряемое электронным узлом и используемое системой управления в качестве руководства к выполнению двигательной функции. При этом, степень силового воздействия актуатора системы сигнализации на поверхность тела пациента находится в непосредственной зависимости от силы воздействия внешней среды на элемент исполнительного механизма протеза или протез в целом. Предложенные новые решения и подход в реализации человека-машинного интерфейса не требует хирургического вмешательства.

Механические элементы протеза изготовлены посредством 3D принтера из PLA пластика. Для перемещения пальцев используются сервоприводы. Питание осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи. Управлением приводами осуществляется посредством ШИМ сигнала. Нагрузка на каждый сервопривод определяется токовым их потреблением. Аппаратно-системная часть реализована в виде 2х модулей, связанных между собой: модуль протеза и модуль обратной связи с функцией управления.

Конкурентные преимущества:

- обеспечение управления двигательными функциями протеза без необходимости проведения подготовительных хирургических операции;

- предложенная реализация человеко-машинного интерфейса позволяет тактильно определить силу воздействия протеза на предмет (предмета на протез) для каждого пальца протеза;

- использование аддитивных технологий при реализации механической части протеза позволяет подойти индивидуально к каждому клиенту.

1. Протезы и ортезы: виды, особенности, назначение. [электронный ресурс]\\ http://ghp-pulse.com/blog/protezy-i-ortezy-vidy-osobennosti-naznachenie
2. Протезы верхних конечностей. [электронный ресурс]\\ http://medicina-germany.ru/protezy-verxnix-konechnostej
3. П. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники", Altium Designer 6 pdf.
4. Новейшие датчики, Сервоприводы [электронный ресурс]\\ http://amperka.ru/

The aim of the study was to develop and design a bionic prosthesis layout to help people with disabilities. As well as the development of their own human-machine interface and control system to perform basic motor functions.