Беспроводные протезы для реабилитации людей с ограниченной подвижностью

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 535:621.373.8

БЕСПРОВОДНЫЕ ПРОТЕЗЫ ДЛЯ РЕАБИЛИТАЦИИ ЛЮДЕЙ С ОГРАНИЧЕННОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ

Спиркин А.Н., Щеглов П.Д.

Пензенский государственный университет Пенза, Россия

Социальная и физическая реабилитация людей с ограниченными возможностями входит в число приоритетных направлений современной биоинженерии. В статье рассматриваются вопросы создания беспроводных систем управления роботизированных протезов, которые помогут инвалидам реабилитироваться после тяжелой болезни и вернуться к активному образу жизни.

Ключевые слова: вертикализация пациента, роботизированный протез, беспроводные технологии, радиотрансивер.

биоинженерия роботизированный протез инвалид

WIRELESS PROSTHESIS FOR REHABILITATION OF PEOPLE WITH LIMITED MOBILITY

Spirkin AN, Shcheglov P.

Penza State University

Penza, Russia

Social and physical rehabilitation of people with disabilities is one of the priority areas of modern bio-engineering. The article deals with the creation of wireless control systems for robotic prostheses, which will help disabled people to be rehabilitated after a serious illness and return to an active lifestyle.

Key words: patient verticalization, robotic prosthesis, wireless technology, radio transceiver.

В настоящее время часто из-за серьезных травм, неудачно сделанных операций, перенесенного инсульта многие люди обречены на инвалидность и вынуждены остаток жизни провести в инвалидном кресле. Задачи социальной адаптации этих людей и создания для них максимально комфортных условий проживания являются актуальными для любого государства. Успешное решение этих задач немыслимо без разработок новых медицинских и технических средств с использованием последних достижений научно-технического прогресса. Разрабатываемые технические средства реабилитации людей с ограниченными физическими возможностями должны быть направлены на максимально возможную мобилизацию резервных сил организма, адаптацию к новым условиям существования и на скорейшее восстановление социального статуса [1,2].

В медицине используется такой термин: «вертикализация больного» [3]. Вертикальное положение тела и ходьба - это важные условия для обеспечения правильности функционирования внутренних органов больного, они позволяют нормализовать артериальное давление, подвижность суставов, обеспечить вентиляцию легких и т.п. Человек, который всю свою жизнь сидит в инвалидном кресле, с помощью роботизированных механотерапевтических устройств сможет самостоятельно вставать и садится, ходить по дому, по улице, по лестницам без посторонней помощи.

На кафедре «Информационно-измерительная техника и метрология» Пензенского государственного университета ведутся работы по созданию роботизированного протеза нижних конечностей, предназначенного для людей с ограниченными физическими возможностями. Структурная схема разрабатываемого устройства приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема роботизированного протеза нижних конечностей

Устройство содержит три блока - блок управления (БУ), в состав которого входят центральное процессорное устройство (ЦПУ), радиотрансивер (РТ1), источник питания (ИП1). Блок БУ управляет двумя роботизированными конструкциями - протезами, прикрепляемыми соответственно к левой (ЛН) и правой (ПН) ноге. В состав эти конструкций входят радиотрансиверы РТ2 и РТ3, контроллеры КС1 и КС2 ступни, а также контроллеры КК1 и КК2 колен. Контроллеры служат для управления пневматическими приводами соответственно ступни (ППС1) и колена (ППК1) левой и приводами ступни (ППС2) и колена (ППК2) правой ноги. Приводы используются для управления рычагами и шарнирами соответственно левой (РШ1) и правой (РШ2) ноги. В протезах размещаются источники питания ИП2 и ИП3. В ЦПУ записаны программы управления движения протезами ног, учитывающие различные способы движения - ходьба по ровной местности, спуск или подъем по лестнице. Человек выбирает необходимую программу передвижения с помощью пульта управления, который может быть выполнен в виде портативного устройства, располагаемого на руке человека. Поступившая задача передается с помощью радиотрансивера РТ1 в протезы левой ЛН и правой ПН ноги. На протезах ног происходит прием сигнала с помощью РТ2 и РТ3, затем сигнал поступает на контроллер колена КС1, КС2 и ступни КК1, КК2, на которых поступивший сигнал обрабатывается и подается нужная комбинация для совершения действий пневмоприводами колен ППС1, ППС2 и ступней ППК1, ППК2, которые приводят в движение рычаги и шарниры РШ1 и РШ2, в результате в каждой ноге протеза выполняется определенная последовательность операций - поднятие ноги, ее сгибание и выпрямление.

Для длительных прогулок предполагается использование рюкзака с мощными аккумуляторами и устройств заряда источников питания протеза, в котором располагается также и блок управления, выполненный в виде приборного модуля. В качестве источников питания ИП2 и ИП3 могут использоваться небольшие аккумуляторные батареи, размещенные в конструкциях соответственно левой и правой ноги. Внешний вид разрабатываемого устройства приведен на рисунке 2.

Предлагаемый комплекс позволит инвалидам, которые раньше были прикованы к постели, самостоятельно вставать на ноги. При этом человек может не только перемещаться по своей квартире, но и вести активный образ жизни (ходить на прогулки, посещать рестораны, театры, выставки, учиться и даже ходить на свидания).

Рисунок 2 - Внешний вид разрабатываемого комплекса

Список используемых источников

1. Алисейчик, А.П. Биомехатронный исследовательский комплекс для двигательной нейрореабилитации // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2014. - № 12. - С. 53-58.

2. Рубенович, Е.М. Антропоморфный механизм с управляемыми стопами при импульсных воздействиях / A.M. Формальский // Исследование робототехнических систем. - 2014. - № 8 - 181 с.

3. Гришин, А.А., Биомехатроника и лечебно-исследовательские тренажеры. Концептуальные и медико-биологические основы / Ю.П. Герасименко, Т.Р. Мошонкина, В.Е. Павловский, А.К. Платонов, Н.С. Сербенюк // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2012. - № 12. - С. 37-45.

Размещено на Allbest.ru