Дипломный проект - Разработка и исследование принципов управления бионического протеза руки

Цель настоящей работы заключается в разработке и исследовании принципов управления бионического протеза руки, предназначенного для выполнения основных жестов и движений. Однако, несмотря на достигнутые успехи в области протезирования, создание протеза, полностью идентичного по кинематическим и функциональным характеристикам натуральной конечности и способного компенсировать утраченные возможности после ампутации, остается сложной задачей.
Для решения этой проблемы существует множество устройств и компонентов. Наиболее эффективно воспроизвести движения руки можно с помощью сервоприводов. В процессе выполнения исследования необходимо решить ряд задач.
Первым этапом станет литературный анализ источников по данной теме, включая изучение существующих протезов верхних конечностей и классификацию способов управления.
Второй этап будет посвящен выбору конструкции будущего протеза, созданию чертежа и макета в графической среде. Внешний вид конструкции должен максимально соответствовать натуральной руке. Также будет осуществлен выбор и расчет приводов, соответствующих нагрузочным требованиям, а также выбор аппаратно-программных средств для управления приводами.
Третий и заключительный этап включает изготовление прототипа бионической руки с использованием аддитивных технологий 3D-печати. Для этого будут использованы полимерные материалы, такие как акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) и полилактид (PLA). Завершающим этапом станет сборка деталей в окончательный прототип, разработка алгоритма управления комплексом сервоприводов и написание программного кода. Также будут исследованы различные методы управления бионической рукой, проведены тестирования и корректировки прототипа.
Методология исследования строится на методах системного анализа, методе сравнения, табличном и графическом методах представления информации.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Обзор литературы    6
1.Анализ существующих протезов предплечья    6
1.1Косметические протезы    6
1.2 Механические протезы    8
1.3.Протезы с биоэлектрическим управлением    9
1.4 Принципы работы биоэлектрических протезов    10
2.Обзор рынка    21
3. Разработка электрической принципиальной схемы    29
3.1.Выбор прототипа    29
3.2 Создание модели протеза    30
3.3. Спецификации аппарата    35
4. Оценка экономической эффективности    52
5 Оценка безопасности    55
Заключение    58
Список использованной литературы    61

Заключение
В ходе выполнения работы была достигнута основная цель — создание эффективного блока первичной обработки для системы управления протезом. Данная цель была обусловлена необходимостью повышения эффективности существующих систем управления протезами, которые часто сталкиваются с ограничениями в обработке сигналов. В результате проведенных исследований и разработок был предложен новый подход к первичной обработке сигналов, что стало значительным шагом вперед в области протезирования.
Для достижения поставленной цели были выполнены несколько ключевых задач. В первую очередь, была проведена тщательная работа по изучению существующих методов обработки сигналов. Этот этап включал анализ литературы, где рассматривались как традиционные, так и современные подходы к обработке сигналов в системах управления протезами. Изучение существующих решений позволило выявить их недостатки и ограничения, что стало основой для разработки нового блока первичной обработки.
Следующим этапом работы стало моделирование нового блока первичной обработки. На этом этапе были использованы современные методы моделирования, что позволило создать виртуальную модель системы и протестировать ее в различных условиях. Моделирование дало возможность оценить поведение блока при различных входных сигналах и выявить его сильные и слабые стороны. Этот процесс был критически важен для дальнейшей разработки, так как позволил заранее предсказать возможные проблемы и оптимизировать конструкцию блока.
После завершения этапа моделирования был проведен ряд экспериментов для оценки эффективности разработанного блока. Эксперименты включали тестирование блока в реальных условиях, что позволило получить данные о его производительности и надежности. В ходе экспериментов были собраны количественные и качественные показатели, которые подтвердили, что новый блок первичной обработки значительно превосходит существующие решения по нескольким ключевым параметрам, таким как скорость обработки сигналов, точность и устойчивость к шумам.
В результате проведенной работы были сделаны важные выводы. Во-первых, разработанный блок первичной обработки продемонстрировал высокую эффективность в сравнении с традиционными методами. Это подтверждается как результатами моделирования, так и данными экспериментальных исследований. Во-вторых, новый подход к обработке сигналов, основанный на использовании современных алгоритмов и технологий, позволяет значительно улучшить качество управления протезом, что, в свою очередь, повышает уровень комфорта и удобства для пользователей.
Кроме того, результаты работы показывают, что дальнейшее развитие и оптимизация блока первичной обработки могут привести к еще более значительным улучшениям в области протезирования. Возможности для дальнейших исследований включают в себя интеграцию новых технологий, таких как машинное обучение и искусственный интеллект, что может открыть новые горизонты в управлении протезами и сделать их более адаптивными к потребностям пользователей.
Таким образом, выполненная работа не только достигла поставленных целей, но и заложила основу для будущих исследований и разработок в области систем управления протезами. Разработка нового блока первичной обработки сигналов представляет собой важный шаг в направлении повышения качества жизни людей с потребностью в протезировании конечностей. Важно отметить, что результаты данной работы могут быть использованы не только в области протезирования, но и в других сферах, где требуется эффективная обработка сигналов, что подчеркивает универсальность и значимость проведенного исследования.
В заключение, можно сказать, что работа над созданием блока первичной обработки для системы управления протезом была успешной и плодотворной. Все поставленные задачи были выполнены, и достигнутая цель открывает новые перспективы для дальнейших исследований и разработок в данной области. Уверенность в том, что предложенные решения могут значительно улучшить качество жизни людей с ограниченными возможностями, вдохновляет на дальнейшую работу и развитие технологий, направленных на помощь и поддержку таких людей.