Разработка программного обеспечения и алгоритма оценки положения звеньев роботизированной стопы

ВВЕДЕНИЕ 6
1. Разработка 3D модели 19
1.1. Проектирование конструкции 19
1.2 Моделирование прочностных характеристик 23
2. Математическая модель системы 25
3. Система управления с обратной связью 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
Список литературы 44
Приложение А 49
Приложение Б 53

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время множество людей нуждается в протезировании конечностей. Причинами этого могут служить полученные травмы или заболевания. Протезирование стопы является сложной для реализации задачей. Сложная биомеханика движений, анатомические особенности строения стопы диктуют высокие требования к конструкции протеза. Кроме того, процедура осложняется необходимостью выполнения конечностями ряда функций, включая поддержку веса тела, амортизацию ударов и обеспечение мобильности.
С помощью современных технологий компьютерного моделирования можно проанализировать конструкцию протеза стопы. Использование 3D – печати способствует повышению доступности протезов и их надежности. Методы компьютерной и магнитно-резонансной томографии позволяют детально изучить анатомические особенности, выявить патологии и провести симуляцию различных нагрузок.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Разработка 3D модели
1.1. Проектирование конструкции
3D модель протеза стопы представляет собой конструкцию из нескольких элементов (плюсневая зона, средняя зона, пяточный отдел), соединенных между собой демпферами. Процесс создания всей конструкции в среде проектирования Solidworks охватывает нескольких этапов:
1. Разработка плоского эскиза всей модели в блоке «Детали».
2. Формирование пространственного эскиза стельки путем вытягивания элементов вверх.
3. Разделение конструкции на части: носок с пальцами, средняя часть, пятка.
4. Создание блока «Сборка» на основе модели.
Пяточный отдел представляет собой заднюю часть протеза стопы, включающий два пружинных механизма, поверхность ступни и клина подъема стопы. (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Компьютерная 3D модель пятки протеза
Плюсневая зона состоит из трех пружин, обеспечивающих сгибание протеза в районе соединения фаланг пальцев, поверхности, имитирующей естественную плюсну пациента. Три пружины, соединяющие носок со средней зоной протеза, используются для обеспечения амортизации и контроля положения пальцев (рис. 1.2).

Рисунок 1.2. Компьютерная 3D модель плюсневой зоны протеза
Средняя часть протеза является связующим звеном между пяточным отделом и плюсневой зоной системы.
Разработана 3D модель протеза стопы в среде автоматического проектирования Solidworks с учетом анатомических особенностей человека (рис. 1.3). Она представляет собой конструкцию из углеродистой стали массой с двумя верхними пружинами, соединяющими пяточную зону со средней частью протеза и тремя нижними пружинами, соединяющими носок со средней частью протеза, коэффициент жесткости каждой из которых был рассчитан при статическом нагружении протеза в Solidworks. Устройство обеспечивает передвижение человека массой до 100 кг включительно. Тензометрические датчики, обеспечивающие обратную связь для системы управления, располагаются на всей поверхности ступни (рис.1.4).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Неврюев Д.А., Пичхидзе С.Я. Усовершенствование конструкции протеза стопы // Научно-практическая конференция Технология и переработка органических и неорганических материалов. Балаково: БИТУ МИФИ, 2017. – С. 63–65.
2. Абрамов А.В. Аппаратно-программный комплекс для управления протезом стопы с использованием электромиографических сигналов // Журнал Медицина. Социология. Философия. Прикладные исследования. – 2023. – С. 212–216.
3. Юлдашев З. М., Смирнова Л. М., Даминова Э. А. Аппаратно-программный комплекс для контроля нагрузки на стопы // Биомедицинская радиоэлектроника. – 2024. – T. 27. №2. – С. 88–95.
4. Воробьёв Е.И., Михеев А.В., Моргуненко К.О. Метод управления протезом руки от движения пальцев ног и стопы // Проблемы машиностроения и надёжности машин. – 2017. – №1. – С. 73–76.
5. Яцун С.М., Рукавицын А.Н., Политов Е.Н. Система сбора и оценки нагрузочной информации о биоэлектрических сигналах мышечного аппарата стопы человека с ДЦП. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. – 2023. Т. 13, № 4, С. 70-83.
6. Солодимова Г.А., Спиркин А.Н. Информационно-измерительная система бионического протеза нижней конечности // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2018. – Т. 23, №1. – С. 57–65.
7. Olesnavage K.M., Prost V., Brett J.W., Winter A.G. Passive Prosthetic Foot Shape and Size Optimization Using Lower Leg Trajectory Error // Journal of Mechanical Design, Transactions of the ASME. – 2018. – Vol. 140, № 10. – ArticleID 102302, 11 p. DOI: 10.1115/1.4040779.

Весь текст будет доступен после покупки