АННОТАЦИЯ 4
1 Введение 6
1.1 Человеческая кисть 6
1.2 История протезирования 7
2 Цели и задачи работы 9
3 Электромиография и методы её применения 10
3.1 Определение ЭМГ 10
3.2 Интерференционная поверхностная ЭМГ 10
4 Микроконтроллеры и платформа Arduino Uno 13
5 Разработка бионического протеза руки 15
5.1 Полученная в результате проектирования 3D модель 15
5.2 Система приведения в движение 18
6 Анализ кинематики прототипа кисти 20
7 Программно-аппаратный комплекс управления протезом 25
8 Результат работы 28
1.1 Человеческая кисть
Современный этап развития человечества является результатом устойчивого эволюционного прогресса. Изучение антропогенеза показывает, что одним из наиболее важных органов, причастных к развитию человеческого рода является верхняя конечность. В процессе эволюции из трех звеньев руки - плеча, локтя и кисти особую значимость приобретала ее конечная часть - кисть. Она подверглась наиболее специфическому развитию и достигла самой совершенной функции и анатомической структуры. Такое развитие в значительной степени повлияло на становление современной культуры как материальной и технической, так и духовной.
Практически все повседневные движения, выполняемые человеком, связаны с активностью верхних конечностей. Работы по дому, приготовление пищи, управление автомобилем просто немыслимы без участия человеческой руки. Стремительное развитие науки и техники привело к созданию цифровой техники, для управления которой необходимы лишь движения пальцами.
Наравне с функциями манипулятора, человеческая кисть обладает сенситивными свойствами. С помощью осязания пальцами мы можем получить исчерпывающую информацию о форме, объеме и температуре объектов окружающего нас мира.
Таким образом, благодаря высокой чувствительности, обширным двигательным возможностям и отменной координации можно с полным основанием сказать, что кисть - уникальное творение природы, незаменимый помощник человека в соприкосновении с внешним миром.
1.2 История протезирования
На сегодняшний день инвалиды с ампутированными конечностями успешно участвуют на Паралимпийских играх, устанавливая рекорды и достижения, а самые современные информационные технологии дают возможность управлять протезированными конечностями с помощью сигналов мозга. Однако существовал период, когда людям с ограниченными физическими способностями доводилось страдать, переносить равнодушие, а в некоторых случаях и пренебрежение находящихся вокруг.
Развитие протезирования представляет собою легендарную и продолжительную историю: от простых моделей вплоть до сложных передовых конструкций. Как и в любой другой сфере, определенные модели и изобретения благополучно развивались и создавались, в то время как прочие идеи не сохранились и стали неактуальными.
Первая мировая война не сильно поспособствовала прогрессу в области создания протезов. Однако, невзирая на недостаток технических достижений, врачи и военные осознавали значимость развития технологий протезирования.
Вторая мировая война оставила после себя десятки тысяч ветеранов- инвалидов, проблемы которых нуждались в технологичных решениях. Для решения данной проблемы руководство США заключило контракт с военными компаниями на проект по созданию новых и улучшению существующих протезов. Данное соглашение открыло путь к разработке и производству современных протезов. Созданные в то время устройства стали намного легче - изготавливались из пластика, алюминия и композитных материалов, обеспечивая инвалидов наиболее функциональными устройствами.
В середине 70-х годов инженер-конструктор Исидро М. Мартинес разработал концепцию современных протезов, в которой вместо того, чтобы пытаться копировать естественные движения конечностей, главный подход ориентирован на создание наиболее лучшего взаимодействия протеза и 7
окружающего мира, а также на уменьшение трения. Мартинес, будучи сам инвалидом, повысил уровень жизни многих будущих пациентов.
Большая часть современных не бионических протезов представляют собой патрон для крепления к культе с пластиковым гнездом и различными присосками. Они основательно прикрепляются к руке, позволяя совершать манипуляции различного характера без угрозы повреждения той части конечности, к которой крепятся.
Рис. 1.1. Пациент с особым протезом для игры в баскетбол.
Современные протезы, благодаря появлению микропроцессоров, миоэлектронных датчиков, стремительному развитию робототехники и бионики не только позволяют обеспечить базовую функциональность утерянной конечности, но и буквально возвращают пациента к жизни. На данный момент бионические протезы способны имитировать функцию утраченной конечности точнее, чем когда-либо прежде.
В данной работе проводится разработка бионического протеза предплечья. Получены следующие результаты:
• Проведен анализ анатомии и принципов работы человеческой руки. Определены основные параметры, которым должен удовлетворять протез. Определены основные виды жестов, которые протез должен воспроизводить.
• Разработана модель модульного протеза руки.
• Разработана система приведения в движение.
• Создан модуль пальца, с основными конструктивными особенностями.
Дальнейшие шаги, планируемые в данной работе:
• Создание полноценного протеза кисти и предплечья с помощью технологий 3D прототипирования.
• Проведение анализа динамики и прочности материалов для протеза.
• Анализ усилий, создаваемых протезом при различных видах хватов.
• Применение массива электродов для регистрации сигналов с мышц, что позволит создать более совершенное управление протезом.
