Конструкція протеза кисті руки із оптимізацією кількості ступенів вільності

Abstract

В роботі проведено обгрунтування конструкції протеза кисті руки із оптимізацією кількості ступенів вільності. Проаналізовано промислові високотехнологічні протези, такі, як bebionic та i-Limb, і показано, що вони реалізують низьку кількість ступенів вільності, зокрема активних. Розглянуто конструкції протезів кисті руки із збільшеною кількістю ступенів вільності, зокрема антропоморфний протез руки з 19 ступенями вільності. Проведено постановку задачі оптимізації структури ступенів вільності біонічного протеза кисті. Показано, що така задача оптимізації є багатокритеріальною, оскільки необхідно одночасно максимізувати функціональні можливості протеза, забезпечити зручність та надійність керування, мінімізувати масу, енергоспоживання та собівартість. Запропоновано виконати протез із збільшеним числом пасивних ступенів вільності. Сумарно, з точки зору виведеної спрощеної оптимізаційної моделі реалізовано 5 активних та 5 пасивних ступенів вільності, що є краще ніж в розглянутих протезах bebionic та i-Limb. При цьому ні складність конструкції ні керованість ні рівень енергоспоживання не зросли.

The paper provides a justification for the design of a hand prosthesis with optimization of the number of degrees of freedom. Industrial high-tech prostheses, such as bebionic and i-Limb, are analyzed and shown to implement a low number of degrees of freedom, in particular active ones. Designs of hand prostheses with an increased number of degrees of freedom are considered, in particular an anthropomorphic hand prosthesis with 19 degrees of freedom. The problem of optimizing the structure of the degrees of freedom of a bionic hand prosthesis is formulated. It is shown that such an optimization problem is multi-criteria, since it is necessary to simultaneously maximize the functionality of the prosthesis, ensure convenience and reliability of control, minimize mass, energy consumption and cost. It is proposed to make a prosthesis with an increased number of passive degrees of freedom. In total, from the point of view of the derived simplified optimization model, 5 active and 5 passive degrees of freedom are implemented, which is better than in the considered bebionic and i-Limb prostheses. At the same time, neither the complexity of the design, nor the controllability, nor the level of energy consumption have increased.