|
|
 |
|
|
 |
Четкий захват: ученые Пермского Политеха сделали бионические протезы рук более точными
Линейные двигатели применяются в робототехнике, компрессорах, гидравлических системах, нефтедобычи и других отраслях. Они отличаются энергоэффективностью и высокой точностью.
Все чаще линейные двигатели помещают в бионические протезы, они преобразуют энергию в движение по прямой, например, чтобы человек мог поднять вещь или открыть шкаф. Однако конструкция таких устройств сложна и требует серьезного подхода при создании. Ранее ученые ПНИПУ разработали собственный линейный двигатель для протезов, а теперь нашли способ улучшить его конструкцию, чтобы упростить производство и повысить характеристики готовых изделий.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления», №3 за 2024 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Бионический протез с помощью чувствительных датчиков считывает электрических потенциал сохранившихся мышечных тканей руки, затем передает сигналы в микропроцессор. Это мощное устройство за доли секунды обрабатывает их и направляет нужную команду в двигатели, именно они приводят в движение части протеза.
Сейчас используют обычные двигатели вращения и передаточный механизм, чтобы преобразовать движение в линейное, то есть по прямой. А в случаях, когда требуется несколько степеней свободы, например, запястье человека наклоняется в двух направлениях и вращается, приходится встраивать три отдельных двигателя. Это усложняет конструкцию протеза, делает его тяжелым и шумным.
Ранее ученые ПНИПУ уже предложили заменять классические двигатели вращения на сферические и линейные, которые перекрывают эти недостатки. Следующий этап – оптимизировать конструкцию так, чтобы увеличить одну из основных характеристик протезов – тяговое усилие или по-другому вес, который способен выдержать протез.
Классические электродвигатели состоят из двух основных частей – статора и ротора. Первый – неподвижная часть, с внутренней стороны которой сделаны пазы, куда укладывается обмотка, питаемая током. Ротор отличается тем, что вращается. За счет их взаимодействия образуется магнитное поле, которое приводит в движение протез.
Сначала политехники усовершенствовали конструкцию пазов статора. Это позволило устранить проблемы в укладке обмотки, которые возникали при сборке. Новый паз состоит из двух частей, которые зажимают обмотку между собой и упрощают модульную сборку двигателя.
– Поcле изменения конструкции расчеты показали, что среднее тяговое усилие двигателя составило 10,3 Н, а размах колебания этого показателя – 21,05 Н. Последнее считается большим показателем, из-за него сложно определить, когда нужно начать тормозить или наоборот разгонять вторичный элемент, который является аналогом ротора в линейном двигателе. Применимо к протезам это выглядит, как лаг в системе управления. Будет сложно привести пальцы в желаемое положение, они будут перемещаться то слишком далеко, то недостаточно, – поясняет ведущий инженер кафедры электротехники и электромеханики ПНИПУ Александр Плюснин.
С помощью моделирования удалось выяснить, что сталь магнитопровода недоиспользуется, поскольку индукция (возбуждение электрического тока) в среднем составляет примерно 1,15 Тл, при значении насыщения стали в 1,8 Тл. Возникает вопрос, что лучше сделать с будущим протезом: уменьшить количество стали и сделать его легче или увеличить напряжение питания и повысить его мощность. Ученые ПНИПУ рассмотрели оба варианта.
– В первом случае мы уменьшили толщину паза для обмотки в статоре, благодаря этому количество витков увеличилось с 63 до 75. В результате такой оптимизации колебание тягового усилия упало почти до 50% от изначального. А вот само тяговое усилие при этом уменьшись с 10,3Н до 10,03Н, но это считается допустимой потерей, – рассказывает Александр Плюснин.
В качестве второго варианта совершенствования двигателя политехники оставили части статора неизменными, но увеличили питающее напряжение c 3,7 В до 7,4 В. Так тяговое усилие увеличилось до 22,2 Н.
– В данном случае увеличением колебаний тягового усилия можно пренебречь, так как двигатель способен работать и на более низком напряжении за счет системы управления. Мы выяснили, что увеличение напряжения питания позволит увеличить диапазон развиваемого усилия. При этом уменьшение магнитопровода лишь незначительно снизит вес. Второй вариант оптимизации конструкции подходит лучше, – объясняет старший преподаватель кафедры электротехники и электромеханики ПНИПУ Денис Опарин.
Ученые ПНИПУ предложили новую конструкцию пазов статора линейного двигателя для бионических протезов и выяснили, что увеличение напряжения питания увеличит диапазон развиваемого усилия. Применение на практике результатов исследования сделают бионический протез его более точным и удобным в использовании, а также упростят его производство с технологической точки зрения.
Контактное лицо: Кристина Путина (написать письмо автору)
Компания: Пермский Политех (все новости этой организации)
Добавлен: 04:34, 03.09.2024
Количество просмотров: 31
Страна: Россия
| ТГУ выпустил книгу о коте-библиотекаре, Тольяттинский государственный университет, 04:40, 03.09.2024, Россия |
1210 |
| В издательстве Тольяттинского государственного университета вышла книга «Приключения библиотечного кота Кузи» (6+). Тёплая и добрая история о смелости в открытии новых горизонтов стала первой книгой для детей в ассортименте издательства. |
|
| В ТГУ подготовят психологов-управленцев, Тольяттинский государственный университет, 04:40, 03.09.2024, Россия |
1206 |
| Тольяттинский государственный университет (ТГУ) внедряет новую модель обучения. Апробированная вузом организационно-ролевая модель образовательного процесса позволяет быстро создавать актуальные образовательные программы, востребованные у абитуриентов, с учётом запросов рынка труда. |
|
| Разработка ученых Пермского Политеха улучшит качество стекла в 2 раза, ПНИПУ, 04:37, 03.09.2024, Россия |
257 |
| Силикатные стекла используются в различных областях: от лабораторного оборудования до строительства и электроники. Для улучшения качества готового продукта необходимо повышать прозрачность и достигать однородности стекломассы. Ученые Пермского Политеха разработали для этих целей новый подход. Изобретение ускоряет получение изделий из стекла, которое при этом не имеет физических недостатков. |
|
| Дыбом встали – ученые Пермского Политеха рассказывают, что такое мурашки по коже, Пермский Политех, 04:34, 03.09.2024, Россия |
33 |
| Что общего у человека и дикобраза? Зачем нам мурашки и можем ли мы их контролировать? Какие болезни приводят к гусиной коже? Как быстро избавиться от неприятных ощущений, когда отсидел ногу или затекла рука? В чем секрет самого популярного массажера для головы? Об этом рассказывают ученые Пермского Политеха. |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, из-за чего могут разрушаться авиационные детали, Пермский Политех, 04:33, 03.09.2024, Россия |
32 |
| В авиапромышленности широко используются композитные материалы, состоящие из множества коротких или непрерывных волокон, в частности, углеродные слоисто-волокнистые композиты. К ним относится углепластик. Его популярность объясняется небольшой массой, высокой прочностью и возможностью создания из него изделий сложной формы. |
|
| Ученые Пермского Политеха разработали модель системы для глубокого сверления, Пермский Политех, 04:30, 03.09.2024, Россия |
34 |
| Среди технологических операций резания сверление играет особую роль. Это самый распространенный и экономически выгодный метод получения отверстий различных размеров. При этом для создания отверстий с соотношением глубины к диаметру более 10 единиц требуется специальное оборудование, режущий инструмент и особая технология. |
|
| ТГУ повышает качество преподавания фундаментальных дисциплин, Тольяттинский государственный университет, 04:39, 30.08.2024, Россия |
59 |
| На комиссии Минобрнауки России Тольяттинский государственный университет (ТГУ) успешно защитил программу повышения качества преподавания фундаментальных дисциплин на 2024–2025 годы. ТГУ намерен привлечь молодых специалистов, повысить зарплаты преподавателям фундаментальных дисциплин и сделать акцент на разработку современного цифрового онлайн-контента для повышения уровня подготовки студентов. |
|
| Первый крупный проект ПИШ ТГУ реализован на АВТОВАЗе, Тольяттинский государственный университет, 04:39, 30.08.2024, Россия |
55 |
| Передовая инженерная школа (ПИШ) «ГибридТех» Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) по заказу генерального партнёра – АО «АВТОВАЗ» – реализовала первый крупный проект. Модернизировано пять автоматических линий ультразвуковой сварки деталей обивки дверей и панели приборов автомобиля LADA Vesta. Это позволило заводу сократить расходы, увеличить производительность и уменьшить время ремонта оборудования. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
