Проекты

Создание экзоскелета коленного сустава с применением аддитивных технологий и реверс-инжиниринга

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск»

Направление работы: Биофизика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1034
Предметы: Физика, Биология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

Данный проект предполагает создание индивидуализированной конструкции с целью реабилитации людей с физическими повреждениями и людей с повреждениями нервной системы. Также возможно использование конструкции для помощи при транспортировке грузов повышенной тяжести, для выполнения сложных видов работ военными и грузчиками.

Ключевой особенностью проекта является применение технологии реверс-инжиниринга для создания 3D-модели конструкции, что позволит учесть индивидуальные анатомические особенности конкретного пользователя для достижения максимальной простоты и комфорта при эксплуатации.

Цель

Разработка и создание автономного экзоскелета колена ноги человека, снижающего до минимума нагрузку на сустав.

Задачи

  1. Выполнить 3D-сканирование ноги.
  2. Создать 3D-модель экзоскелета.
  3. Напечатать 3D-модель.
  4. Собрать электронную цепь и написать программу для сервопривода.
  5. Собрать изделие и проверить работу готового механизма, при необходимости внести корректировки.
     

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • 3D-сканер
  • 3D-принтер
  • Компьютер для обработки 3D-моделей и электронных схем механизации
  • Сервоприводы

Описание

Работа над проектом выполнялась поэтапно. В первую очередь было необходимо разработать дизайн, опираясь на индивидуальную физиологию человека. (рис.1)

Рисунок 1 – Дизайн с использованием ремней

Основными этапами работы являлись выполнение 3D-сканирования ноги человека с помощью 3D-сканера Calibry и моделирование 3D-модели экзоскелета, так как это самый долгий и трудоёмкий процесс.

Рисунок 3 – Полученные данные 3D сканирования

Далее модель была отправлена на 3D-печать.

После получения готовой напечатанной модели авторы провели её тестирование и написали программу для электронной схемы механизации. Последним этапом работы была сборка изделия и финальное тестирование.

Финальное тестирование экзоскелета

Результаты работы/выводы

Результатом исследования является технология создания экзоскелетов на коленный сустав для травмированных людей. Данные экзоскелеты восполняют утраченные функции работы сустава или же помогают снизить нагрузку на сустав; с помощью специального механизма выполняется работа определенного сустава или суставной группы. Основное назначение экзоскелетов – помощь травмированным людям, а также людям, перенесшим инсульт и повреждения головного мозга.

Перспективы использования результатов работы

Перспективами дальнейшего использования данной технологии является создание индивидуализированной конструкции с целью реабилитации людей с физическими повреждениями и повреждениями нервной системы, а также ее применение при транспортировке грузов повышенной тяжести и выполнении сложных видов работ военными и грузчиками.