Details

Цель работы — проектирование конструкции четырех пальцев и корпуса кисти бионического протеза руки. Метод исследования: анализ существующих конструкций, научно-технической литературы, статей и патентов, выбор подходящего варианта, проектирование 3-D моделей конструкции с использованием САПР (SolidWorks, Autodesk Inventor и Сreo Parametric) с последующим анализом кинематики движения пальцев и компоновки элементов, проверка напряженно-деформированного состояние в Ansys Workbench. В ходе выполненной работы была собрана и изучена информация о бионических протезах руки. Был проведен анализ существующих конструкций, которые были классифицированы по нескольким основным критериям. После обзора патентов существующих конструкций были выбраны два направления разработки: бионический протез руки, работающий на передаче типа «винт-гайка», и протез, работающий на червячной передаче. В программе Ansys Workbench был произведен расчет конструкции пальца и модуля с механизмом второго прототипа руки. В результате расчетов были проанализированы различные нагрузки, выявлены слабые места и была найдена сила, которую необходимо развить двигателю, чтобы привести в движение конструкцию пальца при рабочей нагрузки. В итоге были спроектированы два прототипа бионического протеза руки. Все возможные детали были напечатаны на SLA- и FDM-принтерах. Далее, с этих деталей была выполнена полная сборка протезов.

The purpose of the work is to design the structure of four fingers and the brush body of a bionic hand prosthesis. Research method: analysis of existing designs, scientific and technical literature, articles and patents, choosing the right option, design of 3-D models of designs using CAD (SolidWorks, Autodesk Inventor and Creo Parametric) with subsequent analysis of the kinematics of the movement of elements and the layout of elements, checking the stress-deformed state in Ansys Workbench. During the work performed, information on bionic hand prostheses was collected and studied. An analysis of existing designs was conducted, which were classified according to main criteria. Following a review of patents, two main design directions were selected for further development: a bionic hand prosthesis utilizing a screw-nut transmission, and a prosthesis based on a worm gear mechanism. The structural analysis of the finger and the module with the mechanism of the second hand prototype was carried out in the simulation software Ansys Workbench. As a result of the calculations, various load scenarios were analyzed, weak points were identified, and the force required from the motor to activate the finger structure under operational load was determined. As a result, two prototypes of the bionic hand prosthesis were proposed. All possible parts were printed on SLA and FDM printers. Then, the complete assembly of the prosthesis was made from these parts.