Реферат 8
Введение 14
1 Обзор литературы 15
1.1 Анализ разработок медицинских экзоскелетов 15
1.2 Обзор патентных разработок экзоскелетов с разными типами приводов . 19
1.3 Применение экзоскелетов верхних конечностей для медицинской
реабилитации 23
1.4 Анализ конструкций экзоскелетов верхних конечностей 25
2. Выбор и обоснование конструкции, выполнение расчетов 32
2.1 Обоснование выбора конструкции для экзоскелета 32
2.2 Рассмотрение биомеханики плечевого пояса для определения
максимальной амплитуды движений 34
2.3 Обоснование выбора ПМ в качестве привода для медицинской
реабилитации пациентов 36
2.4 Подбор параметров ПМ и определение их точек крепления 37
3 Проектирование каркаса экзоскелета плечевого пояса 46
3.1 Выбор материала конструкции с учётом условий эксплуатации 46
3.2 Разработка конструкции каркаса 48
3.3.1 Проектирование нижней части каркаса 50
3.3.2 Проектирование верхней части каркаса 51
3.4 Способы крепления груза и деталей конструкции между собой 53
3.5 Прочностной расчет для шарнирного соединения и оплетки ПМ 57
4 Описание системы управления пневматическим приводом 60
4.1 Выбор способа подключения и реализация управления ПМ 60
4.2 Расчёт времени работы в режиме автономного использования 63
4.3 Результаты разработки экзоскелета плечевого пояса 65
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 67
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования 67
5.2 Анализ конкурентных технических решений 68
5.3 SWOT-анализ 70
5.4 Планирование работ по научно-техническому исследованию 72
5.4.1 Структура работ в рамках научного исследования 72
5.4.2 Определение трудоемкости выполнения работ 73
5.4.3 Разработка графика проведения научного исследования 74
5.5 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 77
5.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 77
5.5.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 78
5.5.3 Основная заработная плата исполнителя темы 79
5.5.4 Расчет дополнительной заработной платы 81
5.5.5 Отчисления во внебюджетные фонды 82
5.5.6 Накладные расходы 83
5.5.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта . 83
5.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 84
6 Социальная ответственность 87
Введение 87
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 87
6.2 Производственная безопасность 89
6.2.1 Производственные факторы, связанные с чрезмерно высокой
температурой материальных объектов производственной среды, могущих вызвать ожоги тканей организма человека 90
6.2.2 Производственные факторы, связанные c повышенным образованием
электростатических зарядов 90
6.2.3 Производственные факторы, связанные с электрическим током,
вызываемым разницей электрических потенциалов, под действие которого попадает работающий 91
6.2.4 Сосуды, работающие под давлением 92
6.2.5 Импульсное лазерное излучение 92
6.2.6 Неподвижные режущие, колющие, обдирающие, разрывающие части
твердых объектов 93
6.2.7 Отсутствие или недостаток необходимого искусственного освещения 94
6.2.8 Повышенный уровень шума 95
6.2.9 Повышенный уровень вибрации 95
6.2.10 Вредные вещества 96
6.2.11 Отклонение показателей микроклимата 96
6.2.12 Физические и нервно-психические перегрузки 97
6.3 Экологическая безопасность 97
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуация 98
Заключение 100
Список использованных источников 102
Приложение А Чертеж общего вида 105
Состояние разработки и внедрения экзоскелетов проанализировано в литературе как отечественных, так и зарубежных источников. В настоящее время приоритетными областями применения экзоскелетов являются военная промышленность и реабилитационная медицина.
Большинство созданных экзоскелетов не находят масштабного применения в реабилитации пациентов с ограниченной функцией верхних и нижних конечностей из-за большой массы конструкции, зависимости от внешних источников питания и высокой стоимости [1].
К основным группам, нуждающимся в экзоскелетах, относятся пациенты с параличом верхних и нижних конечностей. Медицинский экзоскелет предназначен для помощи людям с ограниченными возможностями. Это специальное биомеханическое устройство для реабилитации при потере или ограничении подвижности конечностей. В основе его работы лежит принцип повторения биомеханических движений человека и пропорционального уменьшения усилий, необходимых для их выполнения [2].
В зависимости от тяжести состояния пациента экзоскелет можно носить временно или постоянно. Устройством пациент способен управлять самостоятельно. Их используют как средство ребилитации после сложных операций или перенесенного инсульта, а также для постоянного ношения при возникновении проблем с опорно-двигательной системой, в том числе у пожилых людей [1].
Целью данной работы является разработка легкого и удобного экзоскелета плечевого пояса для повседневного использования людьми с ограниченными возможностями верхних конечностей в период реабилитации после перенесенных заболеваний.
В течение всей истории человечество стремится превзойти свои возможности. В отличие от других существ, мы бросаем вызов биологии и совершенствуем свои тела быстрее, чем эволюция. Хотя у человеческого тела много слабостей, мы успешно дополняем и восполняем функции с помощью высокотехнологичных инструментов. Есть механизмы, способные увеличить срок жизни не только отдельных органов, но и тела человека целиком - увеличить силу в несколько раз или подарить радость движения почти парализованному человеку. Одним из примеров является медицинский экзоскелет на пневматических мышцах, спроектированный в результате данной ВКР.
Пневматические мышцы остаются по прежнему недооцененным типом привода, который с успехом можно внедрить в сферу медицинской реабилитации. Наилучшая биомеханическая совместимость, малый вес, а также безопасность и дешевизна данного привода позволяет человеку с травмами спинного мозга, последствиями инсульта и ДЦП вернуться к привычной жизни и ускорить процесс реабилитации. А каркас экзоскелета, выполненный по индивидуальным размерам, обеспечит максимальную эргономичность и удобство использования при повседневном ношении.
Расширение сенсорного диапазон экзоскелета плечевого пояса, например, с помощью камер или элементов тактильного восприятия, был бы возможен в будущем наряду с дальнейшими разработками в области проектирования. Реализация обратной связи является одним из перспективных направлений в проектировании медицинских экзоскелетов.
Дальнейшее развитие бионики будет способствовать внедрению данных устройств не только в медицинской сфере, но и для бытового использования, помогая человеку в выполнении обыденных дел, позволяя работать с грузами, быстрее бегать, передвигаться и вставать при проблемах с опорно-двигательным аппаратом. Использование инновационных технологий позволяет не только улучить условия жизни, но и сделать нас более совершенными, подарив радость движения почти парализованному человеку.
