ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗОМ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ

РЕФЕРАТ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРИМЕНЯЕМЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗАМИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 9
1.1 АНАЛИЗ ВИДОВ ПРОТЕЗОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ 9
1.2. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ МЫШЦЫ. 15
1.3. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭМГ СИГНАЛА 18
1.4. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БИОНИЧЕСКИМИ ПРОТЕЗАМИ. 23
1.5. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ УСИЛИТЕЛЕЙ БИОПОТЕНЦИАЛОВ. 28
2 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ БЛОКА 34
3 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЛОКА 37
4 ВЫБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ БЛОКА 40
4.1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭМГ-ДАТЧИКОВ 40
4.2 ВЫБОР И РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ ЭМГ-СИГНАЛА 41
4.3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА 46
4.4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА 55
4.5 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОММУТАТОРА 57
4.6 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 59
4.7 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДАТЧИКА УГЛА ПОВОРОТА ЛОДЫЖКИ 63
4.8 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ 65
4.10 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МИКРОРОЦЕССОРА 69
4.11 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА СТУПНИ 73
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЛОКА 78
6 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ БЛОКА 82
6.1 Моделирование схемы преобразователя сопротивления в напряжение. 82
7 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ 89
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 93
ПРИЛОЖЕНИЕ А 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 98

Весь текст будет доступен после покупки

Ампутация – это хирургическая операция по отсечению части конечности. Исследования показали, что лишь половина всех ампутаций являются последствия сосудистых заболеваний (ишемия, диабетическая ангиопатия, облитерирующий тромбангиит), вторая же половина приходится на травмы. К ним относятся травмы, полученные в дорожно-транспортном происшествии и на производстве, травмы впоследствии падения с высоты, бытовые травмы, а также гангрены, ожоги и обморожения.
После ампутации человек испытывает не только физические трудности, но и социальные и психологические. Преодолеть эти барьеры можно с использованием протезов. История протезирования уходит глубоко в века. Первые протезы появились в древнем Египте, были сделаны из дерева и выполняли косметическую функцию. В настоящее время, с развитием кибернетики, нанотехнологий, появлением новых материалов, на смену приходят новые протезы – бионические. Бионика включает в себя разработку способов взаимодействие тела и техники. Самые важные взаимодействия – механическое (как протез соединен с телом), динамическое (каким образом протез двигается как настоящая конечность), электрическое (как протез соединен с нервной системой). Сам протез – это сложный электромеханический комплекс, который включает в себя несколько сенсорных датчиков, блок, управления, электрические двигатели, сервоприводы и систему амортизации, и аккумуляторные батареи.
Задача бионического протеза – уничтожить преграды человеческого потенциала, стереть грань между здоровым человеком и человеком с ампутацией. Современные биопротезы дают возможность не только передвигаться и делать простые захваты, но и вести активные образ жизни, заниматься спортом и даже танцевать.
Недостатками биопротезов являются: неустойчивость сигнала к внешним электрическим наводкам и помехам, высокая стоимость, малое время автономной работы, отсутствие обратной связи. Все современные компании нацелены на устранение этих минусов.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРИМЕНЯЕМЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗАМИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
1.1 АНАЛИЗ ВИДОВ ПРОТЕЗОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
В середине 20 века начинает зарождаться новая отрасль в науке – бионика. Этому способствовало бурное развитие радио- и наноэлектроники. Бионика представляет собой синтез биологии, химии и электроники. Одним из направлением бионики является создание протезов, управляемых нервными импульсами тела человека.
Так как отрасль биопротезирования молодая, рынок является не заполненным, но конкуренция все равно есть. Так на мировой арене соперничают такие кампании как Ossur (Исландия), Ottobock (Германия), BionX (США) и отечественные производители MaxBionic и Моторика.
Сейчас среди компаний наблюдается всплеск новых технологий и разработок. На рынок поступает все больше и больше моделей, делая его самым приоритетным в области медицины будущего. Динамика роста рынка представлена на рисунке 1.1. Больше половины рынка приходится на США и Европу.

Рисунок 1.1 Динамика роста рынка биопротезов
Бионический протез – это устройство, преобразующее биоэлектрические импульсы мышц в электрические сигналы. В тот момент, когда человек хочет совершить движение конечностью, мозг генерирует соответствующий сигнал, идущий по нервам к мышцам. В случае, отсутствия конечности у пациента, его мозг также посылает сигнал. Специальные датчики, встроенные в протез, регистрируют этот импульс, формируя из него электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и поступает на микропроцессор. Последний и управляет исполнительными механизмами, которые совершают движение протеза.
Биопротезы обладают рядом преимуществ по сравнению с тяговыми и косметическими протезами. Главное из них, это восстановление функциональных возможностей утерянной конечности почти в полном объеме. Стопа некоторых бионических протезов наделена системой датчиков. Считывая информацию с них, микропроцессор задает системе амортизации нужную жесткость, чтобы смягчить постановку ноги на поверхность. Затем бионическая нога выдает мощный толчок и подталкивает человека к следующему шагу. Так походка становится более естественной, пропадает приволакивание конечности. Это даёт возможность с большей легкостью ходить по наклонным и неровным поверхностям.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Каталог продукции /разработчик и изготовитель OttoBockServiceRussia, Москва, 2017. [Электронный ресурс]: http://www.ottobock.ru/
2. А.И. Ермолаева, Г.А. Баранова. Двигательная сфера, чувствительность и их расстройства. Учебное пособие, ПЕНЗА 2015.
3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропро-цессорная техника. – М.:Высшая школа,2005.
4. Славуцкий, Я. Л. Физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами / Я. Л. Славуцкий. – М. : Медицина, 1982.
5. . Зайченко К.В., Жаринов О.О., Кулин А.Н., Кулыгина Л.А., Орлов А.П. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: учеб. пособие / под. ред. К.В. Зайченко. СПб.: СПбГУАП, 2001. 140 с
6. Завьялов С.А., Мейгал А.Ю. Технологии биоуправляемых протезов сегодня и завтра // Journal of biomedical technologies. 2015. № 2. С. 36-42.
7. Березняк А.Е. Моделирование и прототипирование протеза верхней конечности // Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Арменского (Москва, 17 февраля-01 марта 2017 г.). 2017. С. 110-111.
8. Воротников С.А., Струнин В.С., Выборнов Н.А Биометрическая система управления протезом руки // Прикаспийский журнал: Управление и высокие технологии. - 2013. - №3. - С. 147-162
9. Воробьев Е.И., Чижиков В.И., Михеев А.В., Крюков А.В. Пневматический протез кисти руки с управлением от пальцев ног и стопы // Сборник трудов МГУПИ. Серия Приборостроение, мехатроника и робототехнические науки. – М., 2014. С. 37– 44.
10. Каталог продукции ANALOG DEVICES [Электронный ресурс]: http://www.analog.com/ru/products.html

Весь текст будет доступен после покупки