1 Классификация существующих протезов предплечья
 Скачать 1.39 Mb.
|
 Рисунок 14 – Подключение сервоприводаSG90 к микроконтроллеруArduinoNano 3.3 Принцип действия биоэлектрического протеза предплечья В качестве управляющего сигнала служит миоэлектрический сигнал, снимающийся с возбужденных мышечных волокон или при изменении объема мышц при их сокращении. Биоэлектрический сигнал активности мышц регистрируется с помощью двух поверхностных электродов, вмонтированных в манжету, которая крепится на культю предплечья. Далее сигнал преобразуется из аналоговой формы в цифровую. Так как полученный сигнал очень мал (в пределах 20-200 мкВ), то он подается на усилитель. Для получения информативного сигнала, сигнал с предусилителя подается на полосовой фильтр. Для усреднения сигнала и получения положительной части напряжения, после усиления и фильтрации, используется двухполупериодный выпрямитель. Затем сигнал подается на вход АЦП микроконтроллера. На выходе получается преобразованный аналоговый сигнал и цифровой, который будет определять угол поворота механизма. Микроконтроллер сравнивает амплитуду сигнала ЭМГ и результат сравнения передает на сервопривод. Если на микроконтроллер поступает входной сигнал, ниже установленного диапазона, значит, мышцы находятся в состоянии покоя и двигатель принимает исходное состояние до следующей активности мышц. Диапазон значений, регулирующих работу микроконтроллера, устанавливается индивидуально для каждого пациента. Главным условием для использования протезов с данным методом управления является сохранность активности и целостности мышечного волокна, отвечающего за управление отсутствующей конечности. 4 Проектирование и моделирование протеза предплечья 4.1 Обзор существующих САПР систем В последние 20 лет в области проектирования широкое развитие получили САПР системы, которые позволяют ощутимо снизить затраты на разработку какого-либо устройства. Цели создания САПР: · сокращения трудоёмкости проектирования и планирования; · сокращения сроков проектирования; · сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию; · повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования; · сокращения затрат на натурное моделирование и испытания. Достижение этих целей обеспечивается путем: - автоматизации оформления документации; - информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений; - использования технологий параллельного проектирования; - унификации проектных решений и процессов проектирования; - повторного использования проектных решений, данных и наработок; - стратегического проектирования; - замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием; - повышения качества управления проектированием; - применения методов вариантного проектирования и оптимизации. САПР для 3D моделирования классифицируются следующим образом: - САПР двумерного проектирования – «Нижний уровень». Эти САПР служат для выполнения почти всех работ с двумерными чертежами и имеют ограниченный набор функций по трехмерному моделированию. С помощью этих систем выполняются порядка 90% всех работ по проектированию. Хотя имеющиеся ограничения делают их не всегда довольно удобными. Область их работы — создание чертежей отдельных деталей и сборок. Платой за возросшие возможности является усложнение интерфейса и меньшее удобство в работе. Характерные представители таких САПР — AutoCAD, CADdy, CADMECH Desktop, MasterCAM, T-FlexCAD, OmniCAD, Компас-График. - САПР объемного моделирования «Средний уровень». По своим возможностям они полностью охватывают САПР «легкого веса», а также позволяют работать со сборками, по некоторым параметрам они уже не уступают тяжелым САПР, а в удобстве работы даже превосходят. Обязательным условием является наличие функции обмена данными (или интеграции). Это не просто программы, а программные комплексы, в частности, SolidWorksSolidEdge, Cimatron, Form-Z, AutodeskInventor, CAD SolidMaster, и все еще продолжающий развиваться, MechanicalDesktop, DesignSpace. - САПР объемного моделирования «Верхний уровень». Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач - моделирования поведения сложных механических систем в реальном масштабе времени, оптимизирующих расчетов с визуализацией результатов, расчетов температурных полей и теплообмена и т.д. Обычно в состав системы входят как чисто графические, так и модули дляпроведения расчетов и моделирования, постпроцессоры для станков с ЧПУ. К сожалению, эти самые мощные САПР наиболее громоздки и сложны в работе, а такжеимеют значительную стоимость. Примерами «тяжелых» САПР могут служить такие продукты, как ADAMS, ANSYS, CATIA, EUCLID3, Pro/ENGINEER, UniGraphics. 4.2Выбор САПР системы для моделирования протеза предплечья Для проектирования протеза предплечья была выбрана САПР система объёмного моделирования – SolidWorks. Её отличительными особенностями являются: - твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование; - полная ассоциативность между деталями, сборками и чертежами; - богатый интерфейс импорта/экспорта геометрии; - экспресс-анализ прочности деталей и кинематики механизмов; - специальные средства по работе с большими сборками; - высокая функциональность; - гибкость и масштабируемость; - 100% соблюдение требований ЕСКД при оформлении чертежей; - русскоязычный пользовательский интерфейс и документация. Так же стоит отметить, что данную программу поддерживает Донской Государственный Технический Университет, что позволяет выполнять выпускную квалификационную работу именно в SolidWorks. Процесс построения 3D модели основывается на создании объемных геометрических элементов и выполнения различных операций между ними. Модель набирается из стандартных элементов (блоков) и может быть отредактирована путём добавления (удаления) этих элементов, либо - путём изменения характерных параметров блоков. 3D модель несёт в себе наиболее полное описание физических свойств объекта (объем, масса, моменты инерции) и даёт проектанту возможность работы в виртуальном 3D пространстве, что позволяет на самом высоком уровне приблизить компьютерную модель к облику будущего изделия, исключая этап макетирования. Разработчики SolidWorks большое внимание уделяют работе с комплексными сборками, количество компонентов которых может составлять десятки и сотни тысяч единиц. Безусловно, для работы с такими моделями требуется использовать специальные методики управления отдельными деталями и узлами сборки, рационально распоряжаться ресурсами процессора и оперативной памяти. Для этого в SolidWorks существует специальный режим, который так и называется "Режим работы с большими сборками". Этот режим позволяет оптимально распределить программные и аппаратные ресурсы, экономя, таким образом, время загрузки и перестроения сборки. 4.3 Процесс создания модели протеза предплечья в системе SolidWorks Для начала проектирования были проведены исследования размеров кисти 25 мужчин в возрасте от 18 до 25 лет и рассчитаны средние значения каждого элемента кисти. На основании этих данных были подобраны точные размеры протеза кисти. Каждая фаланга и любые другие элементы в системе SolidWorks создаются в отдельном документе под названием «Деталь» - трёхмерное представление одного компонента.  Рисунок 15 – Окно выбора нового документа в SolidWorks Например, для сборки указательного пальца, нужно сначала спроектировать по отдельности три фаланги этого пальца в соответствии с размерами и сохранить эти элементы. |