Презентация Аксенов. Разработка концепции протеза нижней конечности со встроенным магнитореологическим демпфером с возможностью ручной подстройки демпфирования

• Название: Разработка концепции протеза нижней конечности со встроенным магнитореологическим демпфером с возможностью ручной подстройки демпфирования
• Дата: 22.08.2022
• Размер: 3.63 Mb.
• Имя файла: Презентация Аксенов.pptx
• Тип: Диссертация; #650923

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на тему:

«Разработка концепции протеза нижней конечности со встроенным магнитореологическим демпфером с возможностью ручной подстройки демпфирования»

Автор квалификационной работы:	студент группы М9О-203М	Аксенов Егор Павлович
Руководитель:	д.х.н. профессор	Кыдралиева К.А.

Москва 2022

Актуальность исследования

2

Области применения:

РЕАБИЛИТАЦИОННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

• Повседневная эксплуатация.
• Спортивная реабилитация

Ключ. слова: Feet Prostheses. База данных: Science Direct

Перспективная конструкция ПНК должна обеспечивать:

• Устойчивость пациента в сагиттальной и фронтальной плоскости (Kobayashi et al. Сlinbiomech, 2020).
• ПНК должен обладать малым весом и оптимизирован по центру масс.
• ПНК должен частично компенсировать медиолатеральные силы во время ходьбы и бега. (имитация работы камбаловидной и икроножной мышцы) (Heitzmann Gait & Posture 2018).
• ПНК должен быть модульным для упрощения его эксплуатации и ремонта.
• Магнитореологический демпфер совместно с кинематикой должен обеспечивать комплексную амортизацию во время ходьбы, так и аккумулирование энергии, а затем ее высвобождение во время бега и ходьбы (Беляев и др., 2017).

Задачи:

• Библиометрический анализ литературы по ключевым словам в базе данных Science Direct
• Разработка и расчет кинематической схемы протеза оптимизированной по критерию максимальной функциональности МРЖ демпфера при его интеграции
• Разработка 3D модели протеза
• Возможные варианты регистрации протеза нижней конечности.

Цели и задачи исследования

3

• Анализ запатентованной технологии US20190365546

Ossur PRO Flex Pivot

Pro-Flex Pivot foot by Össur обеспечивает увеличение пиковой мощности голеностопного сустава на 95 % и увеличение диапазона движений голеностопного сустава на 82 % по сравнению с обычной стопой а так же с накоплением и возвратом энергии.
• Анализ запатентованной технологии EP3954341

Ossur Pro-Flex LP Align

обеспечивают функциональность плюсневых суставов, чтобы более точно имитировать естественные человеческие стопы.

Технологии в существующих передовых ПНК

4

преимущества

• Система двойного демпфирования
• Сегментация стопы
• Простота кинематики
• Пневмо аккумуляция

недостатки

• Концентрация веса в нижней части
• Неуправляемая сегментация

Обзор эталонной кинематики

5

Критерии оптимальности: максимальная функция трансляции колебательных возмущений на интегрируемый МРЖ демпфер, подстройка, снижение веса, надежность, модульность и мнофункциональность.

Эволюция кинематики

Эталон – запатентованная конструкция компании Ossur

А – рычажная система на передних тягах.

Б – рычажная система на прекрестных тягах

В – рычажная система Delta Feet

6

А

Б

В

эталон

Обзор разработанной кинематики «Delta Feet»

2 – центральное положение стопы:

а2 0⁰ b2 0⁰

1 – крайнее разжатое состояние

а1 -15⁰ b1 -5⁰

3 – крайнее сжатое состояние

а3 +10⁰ b2 +5⁰

100 мм 145 мм

40 мм 40 мм

Ход плеча на ход демпфера 17 мм.

7

3-х мерное моделирование

8

1 – основание

Основные конструкционные элементы

1 – основание

2 – основная пластина стопы

3 – база

4 – плечо

5 – композитная трубка (2 шт.)

6 – нижняя шарнирная площадка

7 – вилка

8 – прижимающая пластина

9 – основной шарнирный узел

10 – пятка

11 – крепление «Квадрат»

12 – демпфер

13 –ручная подстройка демпфирования

A – Возможный диапазон регулировки

Б – Разделение на правую и левую часть основной пластины стопы.

2

4

7

1

5

6

3

8

9

10

B

A

9

11

12

13

1. Материалы – композиты, дюралюминий (Д16Т), титан (ВТ-6) в узлах [1], [3], [4], [6], [8].

2. Подшипники скольжения с тефлоновым / антифрикционным полимерным наноструктурным покрытием в основном шарнирном узле [9].

3. Оптимизация анизотропной структуры композитов путем корректировки наложения углов волоконных слоев карбона в соответствии с действующими нагрузками на основную пластину стопы [2] и каблука [10].

4. Отбортовки на цельной детали [7] позволяют надежно фиксировать слои карбонового волокна трубок [5], работающих на растяжение.

5. Предложенная схема кинематики обеспечивает устойчивость в угловом диапазоне 25⁰.

6. Разделенная архитектура основной пластины стопы [Б] позволяет правой и левой части двигаться независимо друг от друга в небольшом диапазоне.

7. Магнитореологический демпфер [12] с ручной подстройкой демпфирования.

Применение передовых технических решений и технологий

10

• Определение назначения и области применения Изделия.
• Классификация продукции по коду вида МИ, ОКПД2 (ОКП), ТНВЭД.
• Получение необходимых документов свидетельствующих безопасность изделия. (Токсикологические, технические испытания и электромагнитная совместимость в аккредитованных учреждениях).
• Проведение независимой экспертизы в уполномоченной государственной аккредитованной организации.
• Изделия индивидуального изготовления не подлежат регистрации как МИ.

Требования к предприятию.

• Наличие соответствующих кодов ОКВЭД.
• Наличие сертификатов соответствия качеству.

Способы регистрации медицинского изделия, и коммерциализация.

11

Выводы

• Проведен библиографический, а также патентный анализ данных.
• Разработана кинематическая схема протеза, оптимизированная по критерию максимальной функциональности (достигнута максимальная функция трансляции колебательных возмущений на интегрируемый МРЖ демпфер) с повышенным центром масс.
• Разработана 3D модель конструктивного варианта исполнения протеза с сниженной за счет применения передовых решений на 10% массы, повышенной надежности, при широкой функциональности (возможна спортивная и повседневная эксплуатация)
• Отработан возможный вариант регистрации протеза нижней конечности.