1 Классификация существующих протезов предплечья
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
3 Устройство биоэлектрического протеза предплечья Структурная схема протеза, представленная на рисунке 12, состоит из передающих сигнал электродов, полосового фильтра, усилителя, микроконтроллера Arduinonano, сервопривода SG90 и искусственной электромеханической кисти. В данном протезе сгибание пальцев осуществляется за счёт тросов, диаметром 0,5 мм, проходящих через все фаланги каждого пальца и управляемые сервоприводами SG90. Ротация кисти выполняется благодаря двум двигателям, один из которых отвечает за поворот кисти, второй – за наклон. Для реализации данных процессов используется микроконтроллер Arduinonano.  Рисунок 12 – Структурная схема биоэлектрического протеза предплечья 3.1 Выбор микроконтроллера Arduino В представленной структурной схеме используется микроконтроллер ArduinoNano, так как его размеры в 2-2,5 раза меньше, чем микроконтроллер ArduinoUNO, а это соответственно уменьшает размеры самого протеза. Отличие такой миниатюрной платы, заключается в отсутствии вынесенного гнезда для внешнего питания, но вместо него с легкостью можно подключиться напрямую к пинам. В плате используется чип FTDI FT232RL для USB-Serial преобразования и примененяетсяmini-USB кабель для связи с Arduinoвместо стандартного.В остальном, способы взаимодействия и характеристики чипов совпадают с базовой моделью Arduino UNO, которая больше подходит для экспериментов, чем для реальных проектов. ArduinoNano – это одноплатный контроллер с открытыми начальными кодами, который возможно использовать во множестве различных приложений. Это - самый простой и наиболее дешевый вариант из микроконтроллеров для различных любителей, студентов и профессиональных разработчиков проектов на основе микроконтроллера. ArduinoNanoможет работать с разных источников питания, его можно подключить как через Mini-B USB компьютера, или от обычного нерегулируемого 6-20 вольт, или регулируемого 5 вольт. Плата автоматически выберет питание с самым высоким напряжением. ArduinoNano используется там, где важна компактность, а возможностей ArduinoMini либо не хватает, либо не хочется заниматься пайкой. Преимущества ArduinoNano: - кроссплатформенность. Программное обеспечение Arduino осуществляет работу на большинстве известных программ Windows, Macintosh OS X, Linux, являясь открытым приложением работающим на Java. - простая среда программирования. Программная оболочка является достаточно простой в применении для новичков, но весьма гибкой для большинства продвинутых пользователей, чтобы оптимально быстро достичь нужного вам результата. Особенно комфортно в образовательной среде, где студенты достаточно легко разберутся с платформой, а преподаватели смогут разработать учебный курс. - открытый исходный код. Язык может расширяется с помощью C++ библиотек, значительно более продвинутых, там специалисты могут самостоятельно создать свой собственный эксклюзивный инструментарий для Arduino на основе инновационного компилятора AVR C. - открытые спецификации и схемы оборудования. Arduinoоснован на микроконтроллерах Atmel ATMEGA8 и ATMEGA168. Схемы модулей публикуются под лицензией CreativeCommons, из-за этого опытные схемотехники могли создавать свои собственные версии модуля. Даже весьма неопытные пользователи смогут делать макетную версию данного модуля, чтобы понимать, каким же образом он осуществляет работу и экономит деньги.  Рисунок 13 – Схема устройства ArduinoNano 3.2 Выбор сервопривода Сервопривод отвечает за сгиб определённого пальца, таким образом в протезе установлено 5 сервоприводов. Сервопривод SG90 - лучший выбор для учебных целей. Сервопривод не обладает мощными характеристиками, но имеет недорогую цену, что немаловажно. Сервопривод TowerPro 9g SG90 используется в основном для управления небольшими легкими механизмами, угол поворота которых ограничен диапазоном от 0 до 180 градусов. Сервопривод SG90 идеально подходит для пробной версии протеза предплечья, так как он напечатан на 3D принтере из лёгкого ABS-пластика, что очень выгодно для демонстрационной модели. Так же выбор этого сервопривода обусловлен углом сгиба пальцев до 180 градусов. Сервопривод SG90 имеет следующие технические характеристики: - Материал редуктора: Нейлон - Напряжение питания: 3 — 5В - Усилие на валу: 1.2кг/см (4.8В); 1.6кг/см (6.0В) - Мертвая ширина импульса: 2мс - Размер: Микро (22мм х 11.5мм х 27мм) - Масса: 9г - Угол поворота: 160° Схема подключения сервопривода: - коричневый провод – Земля ( Ground, подключается к пину GND на плате Arduino) - красный провод – Питание +5 V ( подключается к пину 5V на плате Arduino) - желтый провод – Сигнал управления ( подключается к цифровому пинуArduino ) |