Биоэлектрическая рука
Страница 1

Ещё в 1956 году советскими учеными в Центральном научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения Министерства социального обеспечения РСФСР был создан макетный образец "биоэлектрической руки" —— протеза, управляемого с помощью биотоков мышц культи. Это "чудо ХХ века", впервые демонстрировалось в советском павильоне на Всемирной выставке в Брюсселе.

Обладатель искусственной руки пользуется ей очень просто, без каких-либо неестественных усилий: мозг отдает мышцам приказание сократиться, после чего легкое сокращение одной мышц культи заставляет кисть сжаться, сокращение другой —— раскрывает ее. Протез надежно работает при любом положении руки, с его помощью человек может самостоятельно обслуживать себя: одеться, обуться, за обеденным столом управляться с ножом и вилкой по всем правилам хорошего тона, а также писать, чертить и т.п. Более того уверенно работать напильником и ножовкой, пинцетом и ножницами и даже управлять транспортным средством.

Значительно позже компания Shadow представила публике интересный прототип. Правая рука компании Shadow (ПРТ) – это продвинутый робот в виде человеческой руки, который максимально точно воспроизводит движение настоящей руки по всем 25 степеням свободы. Силовые характеристики и точность движений робота также соответствуют человеческой руке. Все характерные размеры робота были измерены у членов исследовательской группы.

ПРТ – это самостоятельная система. В области предплечья находятся мышцы и клапанная коробка. ПРТ включает все необходимые системы управления (программное обеспечение удовлетворяет лицензии GNU GPL) и документацию, достаточную для обучения и исследования. Основные размеры руки были сделаны такими, чтобы как можно более точно соответствовать средней человеческой руке. Длина предплечья сравнима с длиной человеческой руки, хотя у основания она расширяется до 140 мм. Рука, сенсоры, мускулы и клапанная коробка вместе весят 3,5 кг. Центр масс системы находится примерно в 160 мм от основания.

Длина пальца от кончика пальца до середины первого сустава

98 мм

Длина большого пальца

105 мм

Длина ладони от середины первого сустава пальцев до оси запястья

90 мм

Ширина ладони

85 мм

Толщина ладони

24 мм

Предплечье от основания до оси запястья

450 мм

Существуют незначительные отличия в скорости движения механической руки от настоящей. Различные методы управления движением приводят к разной максимальной скорости, тем не менее, в среднем движения примерно в два раза медленнее, чем у человеческой руки. Например, чтобы разжать кулак и полностью распрямиться механической руке требуется примерно 1,2 с.

Вся система – это комбинация металла и пластика.

· Кость предплечья: Сталь

· Ладонь: ацетил, алюминий и плоть из полиуретановая.

· Пальцы: Ацетил, алюминий, поликарбонатные ногти и плоть из полиуретана.

· Основание: Ацетил, резина, латунь

Система достаточно эластичная, и, поэтому, приведены только приблизительные данные действующих моментов сил. Тем не менее, как видно на рисунке 1 на странице 2, рука способна удерживать себя на весу.

· Запястье: 1,5 Н∙м.

· Периферические суставы: 0,5 Н∙м (пальцы, в том числе большой)

· Ближайшие суставы: 1,0 Н∙м (пальцы, в том числе большой)

В ПРТ используется пневматическая система мышц, таким образом ей требуется как источник электропитания, так и компрессор для сжатия воздуха.

· CAN – шина: 1А@ 8 В.

· Мускулы: не больше 2А@ 28 В

· Сжатый воздух (фильтрованный, безмасляный) @ 3,5 бар. (Потребление: у каждого мускула объем примерно 0,01 литра, всей руке требуется не больше 18 литров в минуту).

Рука управляется 36 пневматическими мускулами, расположенными на предплечье. Такая конструкция обеспечивает гладкость движений. Как и у нормальной, веками эволюционировавшей, человеческой руки, мускулы прикрепляются сухожилиями к суставам. Пневматические клапаны каждого мускула и давление в них, определяемое с помощью соответствующих датчиков контролируются встроенной в основании руки электроникой. Используются три режима работы приводов руки. Противостоящая пара мускулов управляет движением большинства суставов и обеспечивает гладкость движения. Отдельный мускул с возвращающей пружиной управляет сжиманием и разжиманием пальцев. Средняя и концевая фаланги управляются совмещенным приводом, что имитирует поведение человеческих пальцев.

Страницы: 1 2 3


Популярные статьи:

Рост развития человеческого организма
На процессы роста и развития оказывает влияние большое число самых разнообразных эндо - и экзогенных факторов. "Рост" и "развитие" обычно употребляются как понятия тождественные, неразрывно связанные между собой. Между ...

Предмет физики. Фундаментальные физические теории (перечислить). Динамические и статистические законы
Физика — это наука о природе. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. «Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохр ...

Сигма-анализ
Определенные трудности при сепарировании биологических частиц центрифугированием проистекают чаще всего из недостаточного понимания принципов процесса седиментации частиц в гравитационном поле. Эффективность центрифугирования повышается п ...