Разработка и исследование ортезных систем для реабилитации пациентов с нарушениями в опорно-двигательных функциях
Разработка и исследование технического средства реабилитации с приводами для людей с ограниченными функциями
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 13
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………. 15
Ортопедические аппараты ………………………………………………………………………… 15
Конструкция и функциональные особенности ортезной системы ………………. 19
2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ ………………………………………………… 32
Антропометрия и входные данные ……………………………………………………………. 32
Мощности на валах привода ……………………………………………………………………… 36
Расчет планетарной прямозубой передачи привода……………………………………. 38
Выбор материалов и определение допускаемых напряжений …………………….. 39
Проектный расчет зацепления …………………………………………………………………… 41
KISSsoft – программный комплекс для расчета и анализа деталей машин ….. 42
Проектирование ступеней редуктора в KISSsoft ………………………………………… 44
Качественные показатели зубчатой передачи ……………………………………………. 52
Построение 3D модели в SolidWorks …………………………………………………………. 56
Разработка кронштейна для закрепления привода ……………………………………… 62
Контроллер, источник питания, и энкодер…………………………………………………. 69
3 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ …………………. 73
3.1 Инициация проекта ……………………………………………………………………………… 73
3.2 Оценка коммерческого и инновационного потенциала проведения
научных исследований ……………………………………………………………………………… 78
3.3 Планирование процесса управления научно-технических
исследовательских ……………………………………………………………………………………. 86
3.4 Определение финансовой эффективности и оценка научно-технического
уровня исследования…………………………………………………………………………………. 95
3.5 Определение ресурсоэффективности научного исследования ………………. 97
4. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………… 101
Производственная безопасность…………………………………………………………………. 101
4.1 Разбор выявленных вредных факторов при производстве и эксплуатации
автоматизированных ТСР ………………………………………………………………………….. 102
4.1.1 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………….. 102
4.1.2 Расчёт необходимого освещения в рабочей комнате……………………… 103
4.1.3 Повышенный уровень шума …………………………………………………………. 106
4.1.4 Отклонение показателей микроклимата………………………………………… 107
4.1.5 Химические вещества …………………………………………………………………… 107
4.1.6 Охлаждение поверхности параподиума ………………………………………… 108
4.1.7 Электрический ток ……………………………………………………………………….. 108
4.1.8 Острые кромки, заусенцы, шероховатости на поверхности заготовок,
деталей оснастки и инструментов ………………………………………………………………. 109
Экологическая безопасность ………………………………………………………………………. 109
Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………. 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 113
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………… 115
ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………… 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ………………………………………………………………………………………. 131
ПРИЛОЖЕНИЕ В ……………………………………………………………………………………… 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ………………………………………………………………………………………. 135
С 2012 по 2020 количество людей с ограниченными возможностями в России
уменьшилось. Такие изменения связаны с улучшением качества медицины,
условий труда и общего уровня жизни.
Различное медицинское оборудование позволяет ускорить и облегчить
процесс восстановления.
Сейчас разработаны и внедрены на рынок уникальные аппараты для
восстановления мышечной активности при травмах позвоночника и спинного
мозга, детском церебральном параличе (ДЦП), других заболеваниях с параличами
верхних и нижних конечностей. С их помощью успешно проходят реабилитацию
сотни детей и взрослых в различных лечебных и образовательных центрах.
Однако на данный момент возможности медицинского оборудования все
еще могут быть расширены. Многофункциональность подразумевает
автоматизацию различных процессов, упражнений, направленных на
восстановление опорно-двигательного аппарата.
Рынок электродвигателей и возможность проектирования и создания
микроредукторов с большими передаточными числами позволяют подобрать и
использовать такие приводы, мощности которых хватит для совершения тех самых
упражнений.
Автоматизированные ТСР представлены только на зарубежном рынке и
имеют достаточно высокую стоимость. Запуск отечественного производства,
возможно, повысит процент людей, которым реабилитационные центры помогут
справиться со всеми недугами.
Объект проектирования и актуальность разработки
Цели проводимой работы
Исследование многофункционального технического средства реабилитации,
а именно установить компактные приводы с редукторами на тазовый, коленный и
голеностопный сустав, которые буду обеспечивать имитацию ходьбы,
сгиба/разгиба сустава с помощью ПО
Обоснование для разработки
Актуальность работы обусловлена необходимостью исключить фактор
человеческой помощь из программы реабилитации инвалидов. На
подсознательном уровне на людей с ДЦП негативно может влиять осознание того,
что им в выполнении каких-либо упражнений помогает доктор. Автоматизация
позволит избежать данной проблемы.
Основное содержание работы
Создание, расчет и установка приводов с редукторами на ортезную систему.
Методы исследования
В качестве метода исследования выберем расчетный метод, этот метод
позволяет точно оценивать и анализировать полученные данные.
Расчетный метод будем использовать, как в ключе расчетов, производимых
вручную, так и в математических программах.
Источники для разработки
Источником является продукт реабилитационного центра ООО «ТехноМед»
Задачи, предполагаемые к выполнению в условиях диссертации
• Рассмотреть стандартные конструкции средств реабилитации пациентов.
• Рассмотреть различные типы редукторов.
• Разработать 3-d модель и необходимую конструкторскую документацию.
• Провести необходимые исследования ТСР, которые позволят изделию быть
технологичным, долговечным, работоспособным, устойчивым к
колебательному воздействию.
• Обеспечить экономическую целесообразность изделия.
• Обеспечить безопасность человека при использовании изделия
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В ходе выполнения магистерской диссертации были систематизированы и
закреплены знания в сфере профессиональной деятельности. Основная цель
проекта достигалась путем последовательного решения поставленных задач:
• Проведен обзор аналогов технических средств реабилитации пациентов с
нарушение опорно-двигательного аппарата
• Проанализированы виды редукторов и зубчатых передач.
• Разработан и проанализирован трехступенчатый планетарный редуктор с
необходимым передаточным числом.
• Выполнен расчет требуемых затрат на НИОКР, выделены сильные и слабы
стороны проекта, оценена конкурентоспособность разработанного продукта.
• Изучены вопросы технической безопасности при работе с параподиумами и
работой медицинского персонала. Составлен список опасных и вредных факторов
и принцип борьбы с ними.
Также был описан принцип работы с ортезной системой ШР-2 ООО
«ТехноМед». После этого были определены места установки приводов, для
автоматизации совершения реабилитационных упражнений. Разработан
специальный кронштейн, позволяющий легко установить или же снять привод для
самостоятельного занятия. Для передачи вращения используется соединительная
муфта, в основе которой шестигранная форма «шипа» и «паза».
В ходе исследований планетарного редуктора были перебраны несколько
вариаций с различными числами зубьев, модулями зацепления и межосевыми
расстояниями. В результате был выбран и представлен в проекте наиболее
удачный и подходящий вариант с необходимым крутящим моментом
В итоге, разработан привод для образца ТСР медицинской компании
«ТехноМед», соответствующий техническому заданию. Привод имеет
маленькие габариты, питание от сменного аккумулятора 12В, возможность
быстро снятия или закрепления, что упрощает работу медицинского персонала
или частного пользования. Конструкция приводов не является окончательной
разработкой и может подвергаться некоторому количеству технологических
измерений
И в окончании, можно утверждать, что главный фактор для проведения
научно-исследовательских работ в данной сфере – это облегчение и ускорение
процесса восстановления и повседневной жизни людей с инвалидностью и
другими ограничениями жизнедеятельности
1.Журавлев, В.Н. Машиностроительные стали: Справочник / В.Н.
Журавлев, О.И. Николаева. – Москва: Издательство «Машиностроение», 1992, —
480 с. Текст: непосредственный.
2.Планетарный редуктор [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://gearmotor.ru/planetary-gearhead.htm,свободный.[датаобращения:
21.01.2021].
3.Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х т.: Т.
2 / В.И. Анурьев. – Москва: Издательство «Машиностроение», 2001, — 912 с. Текст:
непосредственный.
4.Параподиум динамический PD [Электронный ресурс]. Режим доступа:
https://www.medtehno.ru/catalog/parapodiumy/parapod_dinam/,свободный.[дата
обращения: 16.01.2021].
5.ПРОЕКТИРОВАНИЕПЛАНЕТАРНЫХЗУБЧАТЫХПЕРЕДАЧ
[Электронныйресурс].Режимдоступа:
http://window.edu.ru/resource/677/36677/files/dvgtu09.pdf,свободный.[дата
обращения: 16.01.2021].
6.ПЛАНЕТАРНЫЙ МОТОР-РЕДУКТОР MРП‑32M. [Электронный
ресурс].–Режимдоступа:https://electroprivod.ru/gearmotor-mrp-32m.htm,
свободный. [дата обращения: 15.01.2021].
7.Штремель А.А. Проектирование оборудования для хранения и
демонстрации учебных проектов [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/28493, свободный. [дата обращения: 16.01.2021].
8.Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое
пособие / П.И. Орлов. – Москва: Издательство «Машиностроение», 1988, — 544 с.
Текст: непосредственный.
9.Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х т.: Т.
1 / В.И. Анурьев. – Москва: Издательство «Машиностроение», 2001, — 920 с. Текст:
непосредственный.
10.ГОСТ 11284-75 Отверстия сквозные под крепежные детали. Размеры
(с Изменением N 1). Технические условия (с Изменением N 1). [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200020798, свободный.
[дата обращения: 22.01.2021].
11.ГОСТ 8530-90 (ИСО 2982-72, ИСО 2983-75, СТ СЭВ 3341-81, СТ СЭВ
3342-81) Подшипники качения. Гайки, шайбы и скобы для закрепительных и
стяжных втулок. Технические условия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/1200012897, свободный. [дата обращения: 27.01.2021].
12.Планетарный редуктор: устройство и виды [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://innodrive.ru/articles/planetarnyy-reduktor/, свободный. [дата
обращения: 20.02.2021].
13.БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ [Электронный ресурс]. Режим
доступа:https://electroprivod.ru/brushless.htm,свободный.[датаобращения:
26.02.2021].
14.Планетарный редуктор [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://gearmotor.ru/planetary-gearhead.htm,свободный.[датаобращения:
26.02.2021].
15.KISSsoft.Проектирование передач [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: https://www.kisssoft.com/ru/, свободный. [дата обращения: 30.02.2021].
16.С.А. Макушкин, В.Г.Певнев РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ
ПРИВОДОВ[Электронныйресурс].Режимдоступа:
https://www.gubkin.ru/faculty/mechanical_engineering/chairs_and_departments/engine
ering_mechanics/dm/Metodichki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C%2
01.pdf, свободный. [дата обращения: 27.02.2021].
17.Сталь45.[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
https://www.allmetals.ru/document/33806-staly-45/, свободный. [дата обращения:
25.02.2021].
18.Расчет и построение эвольвенты, сопряжение и анимация пары
шестерен[Электронныйресурс].Режимдоступа:
http://solidworld.ru/kms_catalog+stat+cat_id-3+page-1+nums-86.html,свободный.
[дата обращения: 28.02.2021].
19.ТычинскийА.В.Оптимизацияпараметров5D-принтерас
параллельной кинематикой при расположении управляющих приводов вдоль оси
цилиндра[Электронныйресурс].Режимдоступа:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/28148?locale=en, свободный. [дата обращения:
02.03.2021].
20. Рындина Ю.С. Разработка и исследование возможностей кровати-
трансформера для людей с ограниченными функциями [Электронный ресурс].
Режимдоступа:http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61051,свободный.[дата
обращения: 06.03.2021]
21.Вибрация в технике / под ред. В.Н. Челомея. – М.: Машиностроение,
1978. – Т. 6. – 456 с.
22. Техэксперт. Правила по охране труда работников дезинфекционного
дела и по содержанию дезинфекционных станций, дезинфекционных отделов,
отделенийпрофилактическойдезинфекциисанитарно-эпидемиологических
станций,отдельныхдезинфекционныхустановок.
http://docs.cntd.ru/document/901728136. [Дата обращения 28.03.2020].
23. Техэксперт. ГОСТ 12.1.003-2014 Система стандартов безопасности
труда(ССБТ).Шум.Общиетребованиябезопасности.
http://docs.cntd.ru/document/1200118606. [Дата обращения 04.04.2020].
24. Техэксперт. ГОСТ 12.4.026-2015 Система стандартов безопасности
труда (ССБТ). Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная.
Назначениеиправилаприменения.Общиетехническиетребованияи
характеристики.http://docs.cntd.ru/document/1200136061.[Датаобращения
04.04.2020].
25. Техэксперт. ГОСТ 12.1.012-2004 Система стандартов безопасности
труда(ССБТ).Вибрационнаябезопасность.Общиетребования.
http://docs.cntd.ru/document/1200059881. [Дата обращения 04.04.2020].
26. Техэксперт. ГОСТ 12.4.299-2015. Система стандартов безопасности
труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Рекомендации по
выбору,применениюитехническомуобслуживанию.
http://docs.cntd.ru/document/1200121959. [Дата обращения 04.04.2020].
27. Техэксперт. ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Оборудование производственное. Общие требования безопаcности
http://docs.cntd.ru/document/901702428. [Дата обращения 04.04.2020].
28. Техэксперт. ГОСТ 12.2.062-81 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ).Оборудованиепроизводственное.Ограждениязащитные.
http://docs.cntd.ru/document/9051598.[ Дата обращения 04.04.2020].
29. Техэксперт. ГОСТ Р 22.0.02-2016 Безопасность в чрезвычайных
ситуациях. Термины и определения. http://docs.cntd.ru/document/1200139176. [Дата
обращения 04.04.2020].
30. Толмачев Г.А. Математическое моделирование возникновения и
развитияприродныхпожаров[Электронныйресурс].Режимдоступа:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61015, свободный. [дата обращения: 16.03.2021]
31. Техэксперт. СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микро-
климатупроизводственныхпомещений.
ttp://docs.cntd.ru/document/901704046. Дата обращения 04.04.2020.
32. Техэксперт. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Гигиенические требования к
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
http://docs.cntd.ru/document/901865498. Дата обращения 04.04.2020.
33. Техэксперт. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 Гигиенические требования к
естественному,искусственномуисовмещенномуосвещениюжилыхи
общественных зданий. http://docs.cntd.ru/document/901859404. Дата обращения
04.04.2020.
34. Техэксперт. СанПиН 2.1.3.2630-10 Санитарно-эпидемиологические
требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность.
http://docs.cntd.ru/document/902217205. [Дата обращения 04.04.2020].
35. Финансовыйменеджмент,ресурсоэффективностьи
ресурсосбережение: учебно-методическое пособие / И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова,
Н.А. Гаврикова, Н.В. Шаповалова, Л.Р. Тухватулина З.В. Криницына; Томский
политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2014 г.
36. KISSsoft — программный комплекс для расчета и анализа деталей машин
[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kisssoft.compmechlab.ru/,
свободный. [дата обращения: 02.03.2021]
37. Ортопедическоеобеспечениекакинструментмедицинской
реабилитации пациентов с синдромом отвисающей стопы [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44261532, свободный. [дата
обращения: 25.02.2021]
Читать «Разработка и исследование ортезных систем для реабилитации пациентов с нарушениями в опорно-двигательных функциях»
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (174 отзыва)
4.8 (2878 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (35 отзывов)
4.8 (30 отзывов)