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.

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.

Популярные статьи:

Разрывы, недостающие звенья и эволюционные механизмы
Отсутствие предковых форм или форм, промежуточных между отдельными ископаемыми видами, не является некой странной особенностью ранней истории Metazoa. Разрывы представляют собой общее явление и встречаются по всей палеонтологической летоп ...

Многокамерные центрифуги
В машинах центробежного типа размеры ротора ограничиваются механическими усилиями. Альтернативой центрифугам с роторами большой вместимости являются многокамерные центрифуги, у которых серии концентрических камер монтируются внутри и снар ...

Способ механистического исследования природы
Естествознание XVIII развивалось на базе классической механики Галилея-Ньютона, определившей механистический взгляд на природу. Среди основных наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. Наиболее значимыми являются: развитие атом ...