Четкий захват: ученые ПНИПУ сделали бионические протезы рук более точными

Ученые ПНИПУ ранее разработали собственный линейный двигатель для протезов, а теперь нашли способ улучшить его конструкцию для упрощения производства и повышения характеристик готовых изделий.

Специалисты предложили заменять классические двигатели вращения на сферические и линейные, чтобы избежать тяжести и шума. Следующим этапом стала оптимизация конструкции для увеличения тягового усилия — одной из основных характеристик протезов.

Классические электродвигатели состоят из статора и ротора. Ученые усовершенствовали конструкцию пазов статора, что позволило устранить проблемы при укладке обмотки. Новый паз состоит из двух частей, зажимающих обмотку, что упрощает модульную сборку двигателя.

После изменения конструкции среднее тяговое усилие двигателя составило 10,3 Н, а размах колебаний — 21,05 Н. Однако высокое колебание затрудняет управление протезом, создавая лаг в системе.

Моделирование показало, что сталь магнитопровода недоиспользуется, так как индукция составляет примерно 1,15 Тл при насыщении стали в 1,8 Тл. Таким образом, ученым требуется или уменьшить количество стали для облегчения протезе, или увеличить напряжение питания для повышения мощности. В первом варианте уменьшение толщины паза для обмотки увеличило количество витков с 63 до 75, что снизило колебания тягового усилия почти на 50%, с незначительным уменьшением самого усилия до 10,03 Н, что считается допустимой потерей. Во втором варианте увеличение напряжения с 3,7 В до 7,4 В повысило тяговое усилие до 22,2 Н. Увеличение колебаний можно компенсировать системой управления, что делает второй вариант более предпочтительным.

Ученые ПНИПУ предложили новую конструкцию пазов статора для линейного двигателя в бионических протезах и выяснили, что увеличение напряжения питания расширяет диапазон развиваемого усилия. Применение результатов исследования на практике сделает протезы более точными, удобными в использовании и упростит их производство.