ПОЧЕМУ ПИМ?

Пневматическая искусственная мышца (ПИМ)- это мягкий привод, преобразующий энергию сжатого воздуха в механическое движение путем сокращения

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

при подаче давления эластичная камера пытается расшириться радиально, но жесткая оплетка ограничивает это расширение, преобразуя его в продольное укорочение

ТИПЫ ПИМ

Данный тип мышц имеет гофрированную структуру с радиальными складками, при подаче давления они расправляются, вызывая осевое сокращение. Конструкция может быть выполнена эластичных материалов, или из материалов, имеющих память формы

складчатые

Классический тип мышц, конструкция состоит из эластичной трубки, заключенной в плетеную оболочку из высокопрочных волокон. При подаче давления трубка радиально расширяется, но плетеная оболочка ограничивает это расширение, преобразуя его в продольное укорочение

Маккиббена

Конструкция состоит из эластичной латексной трубки, в которую вшиты нерастяжимые нити. При подаче давления происходит локальное расширение стенок в зонах между нитями, что вызывает общее сокращение

вшитые нити

АКТУАЛЬНОСТЬ

ПРОБЛЕМАТИКА

Ежегодно миллионы людей нуждаются в реабилитации верхних конечностей после травм и инсультов. Промышленные экзоскелеты на электроприводах стоят от 450 тыс. руб. и весят более 4 кг, что ограничивает их доступность. Разрабатываемая конструкция с пневматическими искусственными мышцами МакКиббена весит всего 0,6 кг (без учёта источника воздуха) при себестоимости прототипа 136 044 руб. Ключевой экономический эффект достигается за счёт самостоятельного изготовления привода: себестоимость 1 метра ПИМ составила 287 руб. против 5 063 руб. у промышленного аналога

Ежегодно в России регистрируется от 450 до 470 тысяч случаев инсульта, причём к полноценной жизни возвращаются менее 20% пациентов- остальные нуждаются в длительной реабилитации, включая восстановление двигательных функций верхних конечностей. Более 8 тысяч человек ежегодно получают позвоночно-спинномозговую травму с повреждением спинного мозга, а общая численность получателей технических средств реабилитации в России в 2024 году превысила 1,5 миллиона человек. По данным Росстата, заболевания опорно-двигательного аппарата растут: зафиксирован рост на 12%, причём около 40% населения старше 50 лет страдают от заболеваний суставов

ЦЕЛЬ ПРОЕКТА:

разработка и испытание моделей пневматических искусственных мышц типа МакКиббена для экзоскелета верхней конечности человека

1. Пациенты, проходящие реабилитацию верхних конечностей
Люди с последствиями инсульта, травмами спинного мозга, повреждениями локтевого сустава, мышечной дистрофией
2. Промышленные рабочие и специалисты ручного труда
Сварщики, маляры, монтажники, сборщики на конвейерах, выполняющие монотонные операции с поднятыми руками. Экзоскелет снижает нагрузку на плечевой пояс и профилактирует профессиональные заболевания опорно-двигательного аппарата.

Реабилитационные центры и частные клиники
Заинтересованы в расширении парка оборудования для механотерапии без привлечения крупных бюджетов
Производственные предприятия и службы охраны труда
Стейкхолдеры, заинтересованные в снижении утомляемости персонала, уменьшении числа профзаболеваний и связанных с ними больничных. Внедрение экзоскелетов рассматривается как инструмент повышения производительности и сохранения здоровья работников

1. Реабилитационные центры и частные клиники
Заинтересованы в расширении парка оборудования для механотерапии без привлечения крупных бюджетов
2. Производственные предприятия и службы охраны труда
Стейкхолдеры, заинтересованные в снижении утомляемости персонала, уменьшении числа профзаболеваний и связанных с ними больничных. Внедрение экзоскелетов рассматривается как инструмент повышения производительности и сохранения здоровья работников

ЭКОНОМИКА

Электроника:

материалы:

оплата труда:

коммунальные услуги:

ИТОГО:

286511,4 РУБ.

аппаратная платформа, релейный модуль, блок питания 4488,4 руб.

кабельная оплетка, баллоны со сжатым воздухом, провода 131782,5 руб.

122 часа 12200 руб.

за два месяца работы 124 м2 126066,6 руб.

ЭТАПЫ РАБОТЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ

ИТОГОВАЯ СБОРКА

ПРОТОТИПЫ ПИМ

ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Конечная сборка полного
прототипа экзоскелета, тестирование

РАЗРАБОТКА

На этапе разработки прототипа экзоскелета был выполнен ручной набросок итогового проекта, который позволил наглядно представить, как будет выглядеть готовый экзоскелет, продумать его общую структуру, основные элементы и визуальное решение ещё на этапе первоначальной разработки.
А также был заранее продуман план по дальнейшей разработке экзоскелета для шейного отдела с поддержкой головы для людей, которые не могут держать её самостоятельно

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА И ПОДКЛЮЧЕНИЕ

В системе используется сжатый воздух из баллонов. Его распределение осуществляется через соленоиды от набора VEX EDR, которые управляют подачей и сбросом воздуха для сокращения или расслабления мышц.
Управление соленоидами происходит через одноканальный релейный модуль, получающий сигнал от контроллера Particle Photon. Питание всей системы обеспечивает блок питания LS-50-5. Для контроля давления в системе установлен манометр