Экспериментальный стенд для определения максимально выдерживаемой силы тяговой нити в биотехническом протезе
Владельцы патента RU 2791952:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова" (RU)
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к стендам для настройки и испытаний составляющих элементов биотехнического протеза. Устройство содержит металлическое основание, алюминиевую направляющую, крепёжные изделия, механический привод, палец биотехнического протеза, съёмно-пластиковую опору, тяговую нить, резистивный датчик нагрузки, лабораторные источники питания постоянного тока и осциллограф. В качестве опорной стойки составляющей конструкции используется металлическое основание, на которое посредством крепёжных изделий закрепляется алюминиевая направляющая. На алюминиевой направляющей фиксируются механический привод, палец биотехнического протеза и съёмно-пластиковая опора с использованием крепёжных изделий. Тяговая нить соединена между пальцем биотехнического протеза и выходным валом механического привода вдоль алюминиевой направляющей. Датчик нагрузки фиксируется на верхнем основании съёмно-пластиковой опоры. Механический привод и датчик нагрузки подключены к лабораторному источнику питания постоянного тока. Помимо основного электрического питания, к резистивном датчику нагрузки через делитель напряжения подключен осциллограф. Технический результат заключается в возможности определения пригодности использования тяговой нити, эксплуатируемой в биотехнических протезах. 1 ил.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к стендам для настройки и испытаний составляющих элементов биотехнического протеза.
Работа экспериментального стенда заключается в следующем: используемый механический привод, а именно выходной вал совершает крутящий момент, производя натяжение тяговой нити, тем самым приводя в движение палец биотехнического протеза. При натяжении тяговой нити дистальная фаланга пальца биотехнического протеза взаимодействует со съёмно-пластиковой опорой, а именно с поверхностью резистивного датчика нагрузки. Производимая работа позволяет регистрировать выходные параметры посредством использования осциллографа. Получаемые данные в ходе эксперимента необходимо соотнести с данными, представленных в технической документации резистивного датчика нагрузки для составления числового сравнения между имеющимися физическими величинами, а именно тактильной силы дистальной фаланги пальца биотехнического протеза и максимально-выдерживаемой силы тяговой нити с использованием формулы веса:
,
где 
– масса тела;
– коэффициент пропорциональности между массой тела и силой тяжести (
).
для основного расчёта и математического оператора c физическими величинами:
,
где 
– сила, прикладываемая со стороны дистальной фаланги пальца биотехнического протеза;
– максимально-выдерживаемая сила тяговой нити.
для числового сравнения. Данное изобретение обеспечивает возможность проверки пригодности использования тяговой нити, используемой в биотехнических протезах, через определение тактильной силы дистальной фаланги биотехнического протеза, что позволит избежать её обрыва в ходе эксплуатации.
Задачей предлагаемого изобретения является создание специального экспериментального стенда, который позволит определить пригодность использования тяговой нити, эксплуатируемой в биотехнических протезах, посредством измерения тактильной силы дистальной фаланги пальца протеза при взаимодействии с резистивным датчиком нагрузки, закреплённым на верхнем основании съёмно-пластиковой опоры.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в экспериментальном стенде, содержащем металлическое основание, алюминиевую направляющую, крепёжные изделия, механический привод, палец биотехнического протеза, съёмно-пластиковую опору, тяговую нить, резистивный датчик нагрузки, лабораторные источники питания постоянного тока и осциллограф предлагается: использовать металлическое основание в качестве опорного элемента, на котором посредством крепёжных изделий будет закреплена алюминиевая направляющая с фиксацией механического привода, съёмно-пластиковой опоры и пальца биотехнического протеза, закрепить резистивный датчик нагрузки на верхнее основание съёмно-пластиковой опоры, а также тяговую нить между выходным валом механического привода и пальцем биотехнического протеза, использовать лабораторный источник питания постоянного тока для датчика нагрузки и механического привода, использовать осциллограф для регистрации выходного электрического сигнала с делителя напряжения резистивного датчика нагрузки.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена структурная функциональная схема экспериментального стенда для определения нагрузки тяговой нити посредством измерения тактильной силы дистальной фаланги пальца биотехнического протеза.
Стенд имеет металлическое основание в виде опорной стойки 1, алюминиевую направляющую 2, механический привод 3, палец биотехнического протеза 4, съёмно-пластиковую опору 5, тяговую нить 6, резистивный датчик нагрузки 7, лабораторный источник питания постоянного тока для механического привода 8, лабораторный источник питания постоянного тока для резистивного датчика нагрузки 9 и осциллограф 10.
На алюминиевой направляющей закреплены механический привод 3, палец биотехнического протеза 4 и съёмно-пластиковая опора 5. На съёмно-пластиковой опоре 5 прикреплён резистивный датчик нагрузки 7, а также между выходным валом механического привода 3 и пястной костью пальца биотехнического протеза 4, проведена тяговая нить 6 вдоль алюминиевой направляющей 2. Также имеется возможность осуществление регулировки съёмно-пластиковой опоры 5 по горизонтальной оси посредством поступательного движения, что позволяет изменять некоторые условия при проведении эксперимента в зависимости от размеров испытуемых пальцев биотехнического протеза.
В качестве устройства питания для механического привода 3, в стенде используется лабораторный источник питания постоянного тока 8 с напряжением 
и потребляемым электрическим током 
. Для резистивного датчика нагрузки используется лабораторный источник питания постоянного тока 9 с напряжением 
и потребляемым электрическим током 
.
При подаче электрического тока на экспериментальный стенд, происходит намотка тяговой нити 6 выходным валом механического привода 3, посредством вращательного движения. При намотке тяговой нити 6, палец биотехнического протеза 4 совершает работу, тем самым взаимодействуя с резистивным датчиком нагрузки 7, закрепленным на верхнем основании съёмно-пластиковой опоры 5. При увеличении силы натяжения нити увеличивается сила, прикладываемая дистальной фалангой пальца биотехнического протеза 4 к съёмно-пластиковой опоре 5, на которой расположен резистивный датчик нагрузки 7. С помощью резистивного датчика нагрузки 7 имеется возможность зарегистрировать выходной электрический сигнал для определения действующей нагрузки посредством зависимого отношения массы и напряжения, представленного в технической документации резистивного датчика нагрузки 7.
Для регистрации выходного электрического сигнала с делителя напряжения резистивного датчика нагрузки 7 используется осциллограф 10. Данный выходной электрический сигнал можно обработать и проанализировать, использовав техническую документацию, поставляемую с резистивным датчиком нагрузки 7 для определения тактильной силы дистальной фаланги пальца протеза 4 при взаимодействии со съёмно-пластиковой опорой 5.
При измерении нагрузки, можно определить действующую тактильную силу дистальной фаланги пальца биотехнического протеза 4, воспользовавшись формулой веса.
,
где – масса тела;
– коэффициент пропорциональности между массой тела и силой тяжести ().
После нахождения тактильной силы дистальной фаланги пальца биотехнического протеза 4, можно найти максимально-выдерживаемую силу тяговой нити 6, воспользовавшись формулой веса. Отличие нахождения данных физических величин лишь в том, что в случае тактильной силы, искомая сила действует на опору, а в максимально-выдерживаемой силе тяговой нити 6, сила действует на подвес.
После получения двух физических величин, их можно сравнить. Данное сравнение физических величин необходимо для определения возможности обрыва тяговой нити 6. Сравнение данных физических величин осуществляется посредством подстановки их между математическим оператором:
,
где – сила, прикладываемая со стороны дистальной фаланги пальца биотехнического протеза;
– максимально-выдерживаемая сила тяговой нити.
После подстановки физических величин с использованием математического оператора их следует сравнить. Если сила, прикладываемая со стороны дистальной фаланги пальца биотехнического протеза больше, чем максимально-выдерживаемая сила тяговой нити, то тяговая нить оборвётся. Таким образом данное сравнение на основе проведённого эксперимента может определить пригодность использования тяговой нити в биотехнических протезах.
Экспериментальный стенд для определения максимально выдерживаемой силы тяговой нити в биотехническом протезе, содержащий металлическое основание, на котором закреплена алюминиевая направляющая посредством использования крепёжных изделий, палец биотехнического протеза и механический привод, между которыми вдоль горизонтально-расположенной алюминиевой направляющей протянута и закреплена с обоих концов тяговая нить, съёмно-пластиковая опора, регулировка которой может осуществляться по горизонтальной оси посредством поступательного движения, что позволяет изменять некоторые условия при проведении эксперимента в зависимости от размеров испытуемых пальцев биотехнического протеза, резистивный датчик нагрузки, закреплённый на верхнем основании съёмно-пластиковой опоры, позволяющий регистрировать выходной электрический сигнал посредством использования осциллографа для составления отношения между выходным напряжением и массой для последующего определения тактильной силы дистальной фаланги пальца биотехнического протеза при взаимодействии со съёмно-пластиковой опорой.
