IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Целью работы является создание макета бионического протеза кисти руки человека, позволяющего частично возмещать функции утраченной конечности. Основными органами человеческого организма, позволяющими воздействовать на окружающую среду, являются руки. Утрата одной или двух конечностей приводит к большому дискомфорту в повседневной жизни и даже делает человека недееспособным. Поэтому создание бионических протезов крайне актуальная задача. Для реализации цели необходимо: освоить CAD-систему T-Flex CAD, получить навыки 3D моделирования и 3D печати; выполнить 3D модели деталей кисти руки; распечатать детали на 3D принтере и собрать макет бионического протеза кисти руки.

В качестве аналога для изготовления макета был взят бионический протез ProstheticHand – Bowden [1].

Рис. 1. Макета бионического протеза ProstheticHand – Bowden

Работа проводилась в лаборатории систем автоматизированного проектирования кафедры точного приборостроения Института неразрушающего контроля Национального исследовательского Томского политехнического университета. В качестве CAD-системы для моделирования протеза руки была выбрана система T-FLEX CAD 3D разработки Российской компании Топ Системы.

T-FLEX CAD объединяет в себе мощные параметрические возможности 2D и 3D-моделирования со средствами создания и оформления чертежей и конструкторской документации [2]. T-FLEX CAD 3D позволяет легко работать со сборочными 3D-моделями, состоящими из тысяч деталей. Система проста в освоении, не предъявляет особых требований к компьютеру, обладает мощным функционалом по 3D моделированию [3].

В ходе работы были освоены навыки создания чертежей в T-FLEX CAD 2D. Пример чертежа фаланги пальца в трех проекциях представлен на рис.2.

Рис. 2. Чертеж фаланги пальца

Затем по чертежам были созданы 3D модели всех элементов кисти руки. На рис.3 представлена 3D модель фаланги пальца.

Рис. 3. 3D модель фаланги пальца

Макет кисти руки изготовлен с использованием технологии 3D печати. Для распечатки деталей был использован 3D принтер PICASO DESIGNER российского производителя, который представлен на рис. 4.

Рис. 4. 3D принтер PICASO DESIGNER

Принтер быстро и легко создает реальные объекты на основе виртуальной 3D модели из ABS пластика. Для него характерна простота управления, высокий уровень безопасности, компактный размер и профессиональное качество печати [4]. Принтер поставляется с программным обеспечением Polygon, которое позволяет максимально быстро и качественно подготовить задание для печати. На рис. 5 представлена распечатанная на 3D принтере фаланга пальца в разрезе.

Рис. 5. Распечатанная модель фаланга пальца

На рис. 6 представлены все детали протеза руки, изготовленные на 3D принтере. Макет протеза кисти руки в сборе представлен на рис.7.

а	б
в	г
д

Рис. 6. Детали протеза руки, изготовленные на 3D принтере:

а - подушки для пальцев, б - пальцы кисти руки, в - макет кисти руки, г - элемент кронштейна лучезапястного сустава, д - кронштейн лучезапястного сустава

Рис. 7. Макет протеза кисти руки в сборе

В результате выполнения проекта достигнуты следующие результаты:

- изучена конструкция, принцип работы бионического протеза и его основные функции;

- освоена работа в CAD-системе Т-Flex CAD [5, 6];

- на основе аналога созданы 3D модели всех элементов конструкции бионического протеза руки;

- освоена работа на 3D принтере; на основе созданных моделей конструкции распечатаны детали на 3D принтере PICASO DESIGNER;

- произведена модификация конструкции аналога: использованы более надежные металлические шарниры на месте сгибания фаланг пальцев. В разработанной и изготовленной конструкции протеза кисти для более комфортного и функционального её использования, по сравнению с прототипом, был добавлен пятый (большой) палец.

- произведена сборка протеза.

Механическая часть протеза кисти руки готова. Движение элементов протеза осуществляется механическим способом через струны.

Выводы

Таким образом, применяя полученные навыки 3D моделирования и 3D печати, удалось изготовить прототип бионического протеза кисти руки. Совершена некоторая модификация протеза относительно аналога. Протез можно использовать. В дальнейшем потребуется доработка точности движения. Интересно также реализовать движение пальцев автоматическим способом, например, через платы Arduino или MyRio. В этом случае требуется подбор двигателей и разработка программного обеспечения.

Список использованной литературы

1. URL: http://www.thingiverse.com/thing:1880228

2. T-FlexCAD 2D. Двухмерное проектирование и черчение. Руководство пользователя. – АО «Топ системы», 2015.

3. T-FlexCAD 3D. Трехмерное моделирование. Руководство пользователя. – АО «Топ системы», 2015.

4. URL: http://3dtool.ru/product/picaso-3d-designer-new/?yclid=18278937133347248736.

5. URL: http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/k/KTG/Uchrab/Tab.

6. URL: http://www.novsu.ru/file/415302.

Код для цитирования: Скопировать