Исследования малогабаритных электромеханических приводов линейных микроперемещений для автономных ортопедических аппаратов автоматизированного остеосинтеза

• Автор: Федотов, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 192 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние исследований в области чрескостно-го остеосинтеза

1.2. Требования, предъявляемые к программируемому электромеханическому приводу автоматизированного ортопедического аппарата
1.3. Современное состояние исследований и разработок в области создания программируемых электромеханических приводов линейных микроперемещений для автоматизированных ортопедических аппаратов

1.4. Постановка задач исследования

Глава 2. РЕАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОРТОПЕДИЧЕСКОГО АППАРАТА

2.1. Конструкция электромеханического привода ортопедического аппарата

2.2. Анализ микропроцессорных систем управления приводом автоматизированного ортопедического аппарата
2.3. Программно - алгоритмическое обеспечение микропроцессорной системы управления электромеханического привода
2.4. Выводы по главе
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОРТОПЕДИЧЕСКОГО АППАРАТА
3.1. Экспериментальные исследования микропроцессорной системы управления автоматизированного ортопедического аппарата
3.2. Экспериментальные исследования шагового двигателя привода аппарата
3.3. Экспериментальное определение КПД исполнительного механизма привода ортопедического аппарата
3.4. Экспериментальные исследования кинематической погрешности роликовинтовой передачи привода
3.5. Выводы по главе

Глава 4. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ МАЛОГАБАРИТНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОРТОПЕДИЧЕСКОГО АППАРАТА
4Л. Разработка математической модели динамики механической части привода ортопедического аппарата
4.2. Разработка математической модели динамики шагового двигателя ДШ25-0,001-45УХЛ
4.3. Разработка математической модели микропроцессорной системы управления электромеханического привода ортопедического аппарата
4.4. Исследование математической модели динамики электромеханического привода автоматизированного ортопедического аппарата
4.5. Анализ эквивалентного момента при работе шагового двигателя ДШ25-0,001-45УХЛ
4.6. Выводы по главе
Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОРТОПЕДИЧЕСКОГО АППАРАТА
5.1. Анализ известных методик проектирования систем и объектов
5.2. Анализ и синтез силовой части электромеханического привода ортопедического аппарата
5.3. Разработка схемы синтеза микропроцессорной системы управления электромеханического привода ортопедического аппарата
5.4. Разработка методики проектирования малогабаритного электромеханического привода линейных микроперемещений
5.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Во многих отраслях народного хозяйства требуется широкое внедрение программируемых электромеханических приводов, обеспечивающих технологический процесс без участия человека и построенных на базе последних достижений в области науки и техники.
В частности, в медицине начинается внедрение автоматизированных ортопедических аппаратов, в том числе для обеспечения процесса остеосинтеза. Остеосинтез основан на ориентации и фиксации костных фрагментов травмированной в результате перелома длинной трубчатой кости устройством, размещенным на данной конечности, сжатии (компрессии) костных фрагментов до образования хрящевидной прослойки на торцах этих фрагментов и последующего циклического растяжения костей на величину порядка 20 - 200 мкм за цикл дистракции при суммарном растяжении 1 мм в сутки [69].
Осуществление этой технологии, разработанной профессором Г.А. Илиза-ровым в Курганском научном центре «Восстановительная травматология и ортопедия», медсестрой вручную с помощью винтовых стяжек и гаечного ключа «5 раз в сутки приводит к неоптимальному циклу дистракции. При этом травмированные кровеносные сосуды, нервные и мышечные ткани медленно заживают, а пациент испытывает весьма неприятные болезненные ощущения.
К тому же при сложных переломах необходимо не только чистое растяжение кости, но и деформация более сложного вида, например, с изгибом.
Оптимальный цикл дистракции (примерно 50 включений аппарата в сутки) требует обеспечения микроперемещеиий порядка 20 мкм за цикл дистракции и обеспечение заданного врачом вида деформации.
В соответствии с этим во Владимирском государственном университете под руководством профессора Козырева В.В. был разработан автономный ортопедический аппарат автоматизированного остеосинтеза.
Как показали испытания первых экспериментальных образцов аппарата, они отличались несовершенством конструкции, в частности, системы управления, повышенным весом и малой надежностью.
Научно-технические цели данной работы имеют актуальность для медицины и социальной сферы, так как направлены на решение одной из проблем ортопедии, связанной с эффективным лечением переломов и ряда заболеваний конечностей.
Целью данной работы является:
- разработка усовершенствованной структуры электромеханического привода аппарата и согласование параметров электронной, электрической и механи-

ствии с технологическим циклом процесса лечения кости конечности по методу чрескостного остеосинтеза.
Программный модуль 1 - «настройка аппаратных и программных устройств».
В начале работы, при включении блока управления приводами МПСУ, осуществляется настройка аппаратных и программных устройств микроконтроллера в соответствие с его техническим описанием. При невыполнении этого блока программы автоматизированный ортопедический аппарат функционировать не будет:
- на ножки двунаправленного порта 3 микроконтроллера выставляются «1», чем обеспечивается их готовность к работе. С порта 3 выдаются синхронизирующие импульсы, обеспечивающие выбор и работу одного из драйверов управления РВЬ3774, и, следовательно, работу соответствующего двигателя. Кроме этого, выдаются также сигналы остановки работы приводов ортопедического аппарата в случае каких-либо отклонений от назначенного врачом технологического цикла лечения или нарушений в процессе функционирования. Тем самым обеспечивается контроль над выполнением одних из основных требований по обеспечению технологического процесса - последовательная работа приводов аппарата и экстренная остановка работы аппарата;
- настройка непосредственно универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) на рабочий режим для обеспечения 8-разрядной передачи данных (значений параметров процесса лечения: перемещения за цикл дистракции, периода между циклами дистракции, скорости и направления вращения двигателей) в микроконтроллер пульта управления с начальным старт - импульсом и конечным стоп - импульсом, при этом устанавливается режим рабочего энергопотребления.
Программный модуль 2 - «чтение установок функционирования МПСУ из энергонезависимой памяти данных и обеспечение записи в нее».
После того, как система настроена, читаются уставки из энергонезависимой памяти данных ЕЕРЯОМ с кристалла АТ24С01 во внутреннюю память данных КАМ.
Микросхема памяти АТ24С01 фирмы Айпе1 емкостью 128 байт используется как дополнительный модуль энергонезависимой внешней памяти данных ЕЕР1ЮМ. В ней хранятся программные настройки и текущие значения параметров процесса лечения, обеспечивающие восстановление параметров функционирования ортопедического аппарата, сохраненных при предыдущем сеансе работы перед отключением питания.
Как было отмечено выше, реализация этого требования является одним из основных, предъявляемых к программно-алгоритмическому обеспечению МПСУ привода аппарата, в процессе обеспечения непрерывности технологического цикла лечения.