Инновационный протез предплечья с одновременным управлением тремя функциями искусственной кисти

Авторы:

Буров Геннадий Николаевич — кандидат технических наук, руководитель научного направления Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, д. 50, Санкт-Петербург,195067, Российская Федерация, e-mail: zxzy@yandex.ru

Большаков Владимир Александрович — руководитель проектно-конструкторского отдела Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, д. 50, Санкт-Петербург,195067, Российская Федерация, e-mail: pko09_903@mail.ru

Дробаха Алёна Сергеевна — младший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, д. 50, Санкт-Петербург,195067, Российская Федерация, e-mail: drobaha-alena@mail.ru

Аннотация:

Введение. Основным признаком, определяющим принцип действия любого управляемого устройства (протеза), является метод управления. В число основных методов управления протезом руки входят следующие: метод тягового управления, механического бестягового управления, инерционного управления, мио- тонического управления, биоэлектрического управления и метод контактного управления. Комбинирование методов применяют в зависимости от возможностей и потребности инвалида при протезировании.
Однако в многофункциональных устройствах управление до настоящего времени остается поочередным из-за ограниченного числа источников управляющих сигналов. Количество таких источников тем меньше, чем выше уровень ампутации. Во всех случаях манипулирования предметами инвалиду приходится использовать подвижность остаточных сегментов руки и плечевого пояса.
Цель исследования — совершенствование процесса реабилитации инвалидов с ампутационными дефектами предплечья, заключающееся в разработке предложения к созданию протеза предплечья с одновременным управлением искусственной кистью с несколькими функциями подвижности, а именно: функцией схвата (раскрытие-закрытие), ротации и сгибания.
Материалы и методы. Реализация одновременного управления двумя-тремя степенями подвижности протеза предплечья требует комплексного решения в части получения задающих управляющих сигналов, их преобразования и взаимодействия с исполнительными механизмами.
В процессе исследования была выявлена возможность одновременного, без дополнительных переключений, управления следующими функциями подвижности — раскрытия-закрытия схвата, ротации, и сгибания- разгибания искусственной кисти.
Рассматривая поочерёдно каждое из этих действий, необходимо определить конструктивные особенности чувствительных элементов и механизм их воздействия на систему исполнительных приводов протеза.
В связи с тем, что управление приводами происходит одновременно, очень важно установить и оценить взаимное влияние сигналов управления друг на друга.
Результаты. Проведённое в этом направлении исследование и последующая разработка узлов схвата, ротации и сгибания искусственной кисти позволили обосновать теоретическую и практическую возможность создания протеза предплечья с одновременным управлением тремя функциями искусственной кисти.
Обсуждение. Рассмотрев конструктивные особенности известных искусственных кистей, включая новые разработки, можно сделать вывод: наряду с достаточно привлекательной функциональностью этих устройств, они не решают задачу активной ориентации кисти в пространстве рабочей зоны. Отсутствует сгибание и ротация кисти в активной форме, близкой к естественной.
Заключение. Проведённое исследование позволило сформировать принципы построения конструктивных вариантов протеза предплечья, разработать метод регистрации угла ротации плеча при управлении сгибанием искусственной кисти, выбрать чувствительные элементы систем управления степенями подвижности протеза предплечья и разработать варианты конструктивного исполнения задающих датчиков.

Список цитируемой литературы:

1. Большаков В.А. Буров Г.Н. К вопросу формирования системы управления протезом при ампутационных дефектах в пределах предплечья, Вестник Всероссийской гильдии протезистов-ортопедов №4 2014 стр.31-33.
2. A. Heerschop, C. K. van der Sluis, E.Otten, R. M. Bongers Looking beyond proportional control: The relevance of mode switching in learning to operate multi-articulating myoelectric upper-limb prostheses, Biomedical Signal Processing and Control, Volume 55, January 2020, Article 101647
3. D. Karabulut, F. Ortes, Y. Z. Arslan, M. A. Adli (2017) Comparative evaluation of EMG signal features for myoelectric controlled human arm prosthetics, Biocybernetics and Biomedical Engineering, Volume 37, Issue 2, Pages 326-335.
4. Буров Г.Н., Большаков В.А., Большакова М.А. Принципы создания современных реабилитационных устройств в протезировании верхних конечностей. Вестник Всероссийской гильдии протезистов- ортопедов №1 2017 стр.9-13.
5. H. Bouwsema, C. K. van der Sluis, R. M. Bongers Movement characteristics of upper extremity prostheses during basic goal-directed tasks Clinical Biomechanics, Volume 25, Issue 6, July 2010, Pages 523-529.
6. Реабилитация инвалидов. Национальное руководство (под редакцией проф. Г.Н. Пономаренко), 2018. — C. 292, 306-311.
7. Каталог продукции (Otto Bock.ru). Кисть Michelangelo.
8. Touch Bionics. Каталог фирмы (@touchbionics).