CZ35938U1 - Pneumatic hand rehabilitation robot - Google Patents

Pneumatic hand rehabilitation robot Download PDF

Info

Publication number
CZ35938U1
CZ35938U1 CZ202239721U CZ202239721U CZ35938U1 CZ 35938 U1 CZ35938 U1 CZ 35938U1 CZ 202239721 U CZ202239721 U CZ 202239721U CZ 202239721 U CZ202239721 U CZ 202239721U CZ 35938 U1 CZ35938 U1 CZ 35938U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
pneumatic
pin
double
robot
finger
Prior art date
Application number
CZ202239721U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Jaroslav PrĹŻcha
CSc. Průcha Jaroslav doc. PhDr. Ing., Ph.D
Karel Hána
Hána Karel doc. Ing., Ph.D.
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České vysoké učení technické v Praze filed Critical České vysoké učení technické v Praze
Priority to CZ202239721U priority Critical patent/CZ35938U1/en
Publication of CZ35938U1 publication Critical patent/CZ35938U1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/54Artificial arms or hands or parts thereof
    • A61F2/58Elbows; Wrists ; Other joints; Hands
    • A61F2/583Hands; Wrist joints
    • A61F2/586Fingers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0214Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising by rotating cycling movement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1602Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1605Simulation of manipulator lay-out, design, modelling of manipulator

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Description

Pneumatický rehabilitační robot rukyPneumatic hand rehabilitation robot

Oblast technikyField of technology

Toto technické řešení se týká pneumatického rehabilitačního robota ruky, určeného pro reedukaci fyziologické hybnosti prstů ruky, využívajícího pneumatických prvků a určeného pro léčbu neurologických symptomů, především centrálního původu.This technical solution relates to a pneumatic rehabilitation robot for the hand, intended for the reeducation of the physiological movement of the fingers, using pneumatic elements and intended for the treatment of neurological symptoms, especially of central origin.

Dosavadní stav technikyState of the art

Funkce ruky je dosahována především pomocí koordinovaných pohybů prstů. Pneumatický rehabilitační robot ruky dokáže napodobovat pohyby prstů lidské ruky a realizovat rehabilitační trénink zahrnující možnost obnovy fyziologického řízení pohybu prstů ruky a reedukaci tohoto pohybu v centrální nervové soustavě, koordinaci jemné mechaniky ruky, obnovu síly prstů a jejich ohebnosti. Lidská ruka (kromě zápěstí) má 21 stupňů volnosti (palec 5, ostatní prsty 4x4 stupně volnosti).Hand function is achieved primarily through coordinated finger movements. The pneumatic rehabilitation robot of the hand can mimic the movements of the fingers of a human hand and implement rehabilitation training including the possibility of restoring physiological control of hand movements and reeducation of this movement in the central nervous system, coordination of fine hand mechanics, restoring finger strength and flexibility. The human hand (except the wrist) has 21 degrees of freedom (thumb 5, the other fingers 4x4 degrees of freedom).

Rehabilitační roboty jsou určené pro reedukaci pohybu končetin pacienta, které jsou postiženy ztrátovými onemocněními jejich hybnosti. Jsou založeny na využití biologické zpětné vazby, biofeedbacku, obvykle vizuálního, kde pacient, jehož postižená končetina je uchycena na efektoru robota, má sledovat požadovanou trajektorii pohybu nebo plnit stanovenou pohybovou úlohu. Rehabilitační robot prostřednictvím senzorů sleduje výsledek úsilí pacienta, a to prostřednictvím sledování okamžité polohy distální části končetiny (robot typu end-effector) nebo polohy ve všech rozhodujících kloubech (robot exoskeletonového typu), případně též prostřednictvím měření uplatněné svalové síly. Řídící jednotka, která je napojena na senzory zabudované v pohybovém mechanismu robota, přitom vyhodnocuje úspěch tohoto úsilí pacienta a v případě nezdaru robot s aktivním pohonem sám jemně a šetrně přebírá požadovaný pohyb, ovšem jen na dílčí, obvykle krátký úsek požadované trajektorie, načež opět poskytuje šanci pacientovi. Existují i roboty s pasivním řešením, které nezahrnují pohon, takže veškerý pohyb končetiny je jen důsledkem volního úsilí pacienta a jeho zbytkové svalové síly. Proces pohybu končetiny po požadované trajektorii nebo proces plnění požadované pohybové úlohy se stále opakuje, takže pacient po mnoha opakováních požadovaného pohybu získává možnost vytvoření nových paměťových stop a/nebo nových nervových spojení.Rehabilitation robots are designed to reeduce the movement of the patient's limbs, which are affected by loss-making diseases of their mobility. They are based on the use of biological feedback, biofeedback, usually visual, where the patient, whose affected limb is attached to the robot effector, has to follow the desired trajectory of movement or perform a specified movement task. The rehabilitation robot monitors the patient's effort through sensors by monitoring the immediate position of the distal limb (end-effector robot) or the position in all crucial joints (exoskeleton-type robot), or by measuring the applied muscular force. The control unit, which is connected to sensors built into the robot's motion mechanism, evaluates the success of this patient's effort and in case of failure the active-driven robot itself gently and gently takes over the required movement, but only for partial, usually short sections of the required trajectory. chance to the patient. There are also robots with a passive solution that do not involve drive, so all limb movement is only a result of the patient's free effort and residual muscle strength. The process of moving the limb along the desired trajectory or the process of performing the desired movement task is constantly repeated, so that after many repetitions of the desired movement, the patient gains the opportunity to create new memory traces and / or new neural connections.

Vytvoření nových paměťových stop a/nebo nových nervových spojení je důsledkem neuroplasticity centrální nervové soustavy. Tímto způsobem se pacient znovu učí, tedy re-edukuje ztracenou hybnost své postižené končetiny. Při tomto rehabilitačním postupuje tedy velmi důležité zabezpečit pohyb končetiny pacienta kooperujícím rehabilitačním robotem.The formation of new memory traces and / or new neural connections is due to the neuroplasticity of the central nervous system. In this way, the patient learns again, thus re-educating the lost momentum of his affected limb. During this rehabilitation procedure, it is therefore very important to ensure the movement of the patient's limb by the cooperating rehabilitation robot.

Rehabilitační roboty dále zahrnují procesorovou jednotku, jež přijímá data ze senzorů. Procesorová jednotka zahrnuje paměť, ve které jsou uložena data o požadovaném pohybu efektoru. Procesorová jednotka porovnává data přijímaná ze senzorů s daty uloženými v paměti, představujícími ideální požadovanou trajektorii pohybu končetiny. Výsledek porovnání poskytuje informaci o zlepšování hybnosti končetiny, která je cenná diagnosticky. V případě aktivního pohonu je výsledek porovnání dat rovněž informací pro řízení pohonů zajišťujících požadovaný pohyb končetiny, kterého zatím není pacient schopen.Rehabilitation robots also include a processor unit that receives data from the sensors. The processor unit includes a memory in which data on the desired effector movement is stored. The processor unit compares the data received from the sensors with the data stored in memory, representing the ideal desired limb trajectory. The result of the comparison provides information on improving limb momentum, which is valuable diagnostically. In the case of an active drive, the result of the data comparison is also information for the control of drives ensuring the required limb movement, which the patient is not yet able to do.

Z dosavadního stavu techniky je znám rehabilitační robot HANDEXOS, který navrhla společnost Medtronic. Tento robot disponuje pěti stupni volnosti a dokáže překonávat omezení rozsahu pohybu prstů ruky pacientů s hemiplegií. Pro každý prst má již tento robot svůj nezávislý pohybový modul, který se skládá ze tří ojnic, jejichž osy otáčení se nacházejí podél os kloubů prstů lidské ruky. Pohybový modul každého prstu je přitom nezávisle poháněn samostatným akčním členem.The HANDEXOS rehabilitation robot, designed by Medtronic, is known from the prior art. This robot has five degrees of freedom and can overcome the limitations of the finger movement of patients with hemiplegia. For each finger, this robot already has its own independent movement module, which consists of three connecting rods, the axes of rotation of which are located along the axes of the joints of the fingers of the human hand. The movement module of each finger is independently driven by a separate actuator.

- 1 CZ 35938 UI- 1 CZ 35938 UI

Je též znám robot ruky exoskeletonového typu. Jejich robot má 18 stupňů volnosti, přičemž palec 4 stupně volnosti, prsty 3 stupně volnosti a zápěstí 2 stupně volnosti. Zařízení využívá 17 nezávisle řízených motorů a snímá informace o poloze prstů ruky i jimi vyvíjených silách. Ruka se umisťuje nad pohybové mechanismy dorsálně. Zařízení je složité, nákladné a náročné na obsluhu, vhodné spíše pro výzkum než pro klinické použití (Ueki S, Kawasaki H, Ito S, Nishimoto Y, Abe M, Aoki T. et al. Dvelopment of a hand-assist robot with multi- degrees-of-freedom for rehabilitation therapy. IEEE ASME Trans Mechatron 2012; 17(1): 136-46).An exoskeleton-type hand robot is also known. Their robot has 18 degrees of freedom, with a thumb 4 degrees of freedom, fingers 3 degrees of freedom and a wrist 2 degrees of freedom. The device uses 17 independently controlled motors and captures information about the position of the fingers and the forces exerted by them. The hand is placed over the locomotor mechanisms dorsally. The device is complex, expensive and difficult to operate, suitable for research rather than clinical use (Ueki S, Kawasaki H, Ito S, Nishimoto Y, Abe M, Aoki T. et al. degrees-of-freedom for rehabilitation therapy (IEEE ASME Trans Mechatron 2012; 17 (1): 136-46).

Dále je znám rehabilitační robot pro neurorehabilitaci s názvem „Hand of Hope“, vyvinutý Hongkongskou polytechnickou univerzitou. Tento robot má celkem 5 stupňů volnosti a využívá pěti lineárních motorů. Toto relativní zjednodušení bylo umožněno volbou koncepce „endeffector“, kdy je prsty ruky pohybováno tak, že efektor robota je s prsty ruky spojen jen jejich konečky, a nejsou tedy zaváděny samostatné pohony pro každý kloub, jako je tomu u robota exoskeletonového typu. Popisovaný rehabilitační robot je schopen pro řízení pohybu využívat i elektromyografických signálů. Tento robot je koncipován i jako nositelný. Jeho využití však komplikují velké rozměry i hmotnost (Tong KY, Ho SK, Pang PM K, Hu XL. An intention driven hand functions task training robotic system. The 32nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Buenos Aires, Argentina, September, 2010).There is also a known rehabilitation robot for neurorehabilitation called "Hand of Hope", developed by Hong Kong Polytechnic University. This robot has a total of 5 degrees of freedom and uses five linear motors. This relative simplification has been made possible by the choice of the "endeffector" concept, where the fingers are moved so that the robot's effector is connected to the fingers only by their tips, and therefore no separate drives are introduced for each joint, as in the exoskeleton-type robot. The described rehabilitation robot is able to use electromyographic signals for motion control. This robot is also designed to be wearable. However, its use is complicated by large dimensions and weight (Tong KY, Ho SK, Pang PM K, Hu XL. An intention driven hand functions task training robotic system. The 32nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Buenos Aires, Argentina, September, 2010).

Společnost ORMED vyvinula a na trh uvedla robota typu „end-effector“ pro rehabilitaci ruky s názvem ARTROMOT. Efektory robota drží každý prst ruky za jeho koncovou část. Efektor má podobu do oblouku zahnutého lineárního prvku tvořeného řadou článků, jako je tomu např. u energořetězů průmyslových strojů značky IGUS apod., což při přenosu sil na konečky prstů dovoluje jistou míru ohebnosti a zároveň zajišťuje fýziologickou trajektorii pohybu konce prstu. Efektory jsou na straně pohonu upevněny na poháněnou společnou hřídel, schopnou indexované zapojovat pohyb jednotlivých prstů. Zařízení vyniká malým tlakem na klouby prstů, je bateriově poháněné, je rovněž nositelné, ale dosti rozměrné.ORMED has developed and launched an end-effector robot for hand rehabilitation called ARTROMOT. The robot's effectors hold each finger of its hand. The effector is in the form of an arc-curved linear element formed by a series of links, such as IGUS energy chains, etc., which allows a certain degree of flexibility when transmitting forces to the fingertips and also ensures the physiological trajectory of the fingertip movement. The effectors are mounted on the drive side on a driven common shaft, capable of indexing the movement of the individual fingers. The device excels with little pressure on the knuckles, is battery-powered, and is also wearable, but quite large.

Další princip využívaný pro konstrukci rehabilitačních robotů ruky je pneumatický, kdy se jako aktuátory aplikují pneumatické válce nebo pneumatické umělé svaly.Another principle used for the construction of hand rehabilitation robots is pneumatic, where pneumatic cylinders or pneumatic artificial muscles are applied as actuators.

Mechanismus exoskeletonového typu, zajišťující flexi i extenzi prstů, který využívá pneumatické svaly, vyvinuli např. na Tokyo Institute of Technology. Jako senzor slouží opět pneumatický prvek instalovaný na akru každého prstu, který měří velikost vlastní síly pacienta a zajišťuje tak požadovanou zpětnou vazbu prostřednictvím servopneumatických prvků, elektromagnetických servoventilů a též regulátorů tlaku. (Tadano K, Akai M, Kadota K, Kawashima K. Development of grip amplified glove using biarticular mechanism with pneumatic artificial rubber muscle. IEEE International Conference on Robotic and Automation Anchorage Convention District. Anchorage, AK,USA, May, 2010).The exoskeleton-type mechanism, which provides flexion and extension of the fingers, which uses pneumatic muscles, was developed, for example, by the Tokyo Institute of Technology. The sensor is again a pneumatic element installed on the acre of each finger, which measures the size of the patient's own force and thus provides the required feedback through servopneumatic elements, solenoid servovalves and also pressure regulators. (Tadano K, Akai M, Kadota K, Kawashima K. Development of grip amplified glove using biarticular mechanism with pneumatic artificial rubber muscle. IEEE International Conference on Robotic and Automation Anchorage Convention District. Anchorage, AK, USA, May, 2010).

Carnegie Mellon University v Pittsburghu (USA) vyvinula nový typ robota pro rehabilitaci funkce ruky, který je navíc řízen EMG signály. Tělo tohoto nositelného robota je pevné, umisťované na dorsální stranu ruky. Pohon je řešen pneumatickými válci, přičemž pohyb všech tří článků každého prstu je zajišťován pohybem pístnic vždy dvou pneumatických válců. Válce jsou umístěny na těle robota, tedy rovněž dorsálně. Pohyb pístnic na prsty ruky je přenášen pomocí tyčového mechanismu. Zařízení má dobrý terapeutický účinek, ale nezavedlo snímání sil vyvíjených pacientem, tedy ani potřebnou zpětnou vazbu (DiCicco M, Lucas L, Matsuoka Y. Comparison of control strategie for an EMG controlled orthotic exoskeleton for the hand. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. New Orleans, LA, USA, May, 2004).Carnegie Mellon University in Pittsburgh (USA) has developed a new type of robot for the rehabilitation of hand function, which is also controlled by EMG signals. The body of this wearable robot is firm, placed on the dorsal side of the hand. The drive is solved by pneumatic cylinders, while the movement of all three members of each finger is ensured by the movement of the piston rods of two pneumatic cylinders. The cylinders are located on the robot's body, ie also dorsally. The movement of the piston rods on the fingers is transmitted by a rod mechanism. The device has a good therapeutic effect, but has not implemented the sensing of the forces exerted by the patient, nor the necessary feedback (DiCicco M, Lucas L, Matsuoka Y. Comparison of control strategies for an EMG controlled orthotic exoskeleton for the hand. Automation (New Orleans, LA, USA, May, 2004).

Rutgers University (New Jersey, USA) navrhla zařízení, které zahrnuje čtyři pneumatické válce ze sklo-grafitového materiálu, které jsou na ruce pacienta instalovány palmámě a ukotveny v kulových čepech, čímž umožňují řízený pohyb všech prstů ruky včetně palce, zahrnující flexi, extenzi i addukci prstů. Samotný pneumatický pohon je kulovými čepy upevněn na podpůrné rukavici a lze jej nastavit podle velikosti dlaně uživatele. Mechanismus je doplněn HalovýmiRutgers University (New Jersey, USA) has designed a device that includes four pneumatic cylinders made of glass-graphite material, which are installed on the patient's hand palm and anchored in ball joints, allowing controlled movement of all fingers, including the thumb, including flexion, extension and finger reduction. The pneumatic drive itself is mounted on a support glove with ball joints and can be adjusted to the size of the user's palm. The mechanism is complemented by Halls

-2CZ 35938 UI senzory polohy pístnic válců, infračervenými snímači, resp. kamerovým systémem snímání polohy. Určování síly vyvinuté pacientem je však řešeno jen nepřímo, a to prostřednictvím vytvořeného simulačního výpočtového modelu virtuální síly. Zařízení může vyvinout sílu jen 16N na každý prst; vyniká sice malým třením, ale pracovní prostor pro pohyb prstů je velmi omezený. Hlavní medicínskou indikací tohoto robota ruky je domácí rehabilitace při potížích s karpálním tunelem (Bouzit M, Burdea G, Popescu G, Boian R. The Rutgers Master IINew design forcefeedback glove. IEEE ASME Trans Mechatron 2002; 7(2): 256-63).-2EN 35938 UI position sensors of cylinder rods, infrared sensors, resp. camera position sensing system. However, the determination of the force developed by the patient is solved only indirectly, through the created simulation calculation model of virtual force. The device can develop a force of only 16N per finger; Although it excels in low friction, the working space for finger movement is very limited. The main medical indication of this hand robot is home rehabilitation for carpal tunnel problems (Bouzit M, Burdea G, Popescu G, Boian R. The Rutgers Master IINew design forcefeedback glove. IEEE ASME Trans Mechatron 2002; 7 (2): 256-63) .

Cheng a kol. vyvinuli robotický přístroj pro rehabilitaci prstů ruky založený na uplatnění pěti dvojčinných pneumatických válců pro zajištění flexe a extenze prstů a dalšího dvojčinného válce pro flexi a extenzi v zápěstí. Zařízení je stolního typu, není nositelné. Pacient umístí ruku do pevného zařízení, přičemž pístnice pneumatických válců v roli efektorů robota jsou uchyceny na konečky prstů. Jedná se tedy o robot typu end-effector“. Toto řešení má problém s realizací trajektorie pohybu konečků prstů po zakřivené dráze, která není realizovaným způsobem řešitelná (Cheng, G., Liu, X.Z. A hand rehabilitation training robot Syslem and its hand. CN 106074085 (2016)).Cheng et al. developed a robotic finger rehabilitation device based on the use of five double-acting pneumatic cylinders to ensure flexion and extension of the fingers and another double-acting cylinder for flexion and extension in the wrist. The device is table type, not wearable. The patient places his hand in a fixed device, while the piston rods of the pneumatic cylinders in the role of robot effectors are attached to the fingertips. So it's an end-effector robot. " This solution has a problem with the realization of the trajectory of the fingertips along a curved path, which is not solvable in the implemented way (Cheng, G., Liu, X.Z. A hand rehabilitation training robot Syslem and its hand. CN 106074085 (2016)).

Americká patentová přihláška US 2016296345 AI (The University of Texas System, Austin, USA) popisuje rehabilitační robot ruky, který nepoužívá aktivních pohonů, a je tudíž pasivního řešení. Poloha prstů ruky je udržována v klidové fyziologické poloze vždy dvojicí pružin, proti jejichž síle pak pacient koná flexi i extenzi prstů ruky. Robot je exoskeletonového typu, pasivní pružinové elementy jsou tedy umístěny u každého z kloubů. Tento robot také zahrnuje řadu snímačů kroutícího momentu a výpočetní zařízení konfigurované pro řízení provozu robota.U.S. Patent Application No. 2016296345 A1 (The University of Texas System, Austin, USA) discloses a hand rehabilitation robot that does not use active drives and is therefore a passive solution. The position of the fingers is always maintained in a rest physiological position by a pair of springs, against the force of which the patient then performs the flexion and extension of the fingers. The robot is of the exoskeleton type, so the passive spring elements are located at each of the joints. This robot also includes a number of torque sensors and computing devices configured to control the operation of the robot.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Technické řešení si klade za cíl navrhnout pneumatického rehabilitačního robota ruky jak pasivního typu, tj. bez aktivních pohonů, tak aktivního typu, tj. s aktivními pohony, jenž je určen pro rehabilitaci fyziologického pohybu prstů ruky postižených poruchou hybnosti. Mechanická vazba mezi pohybem pístnic a pohybem samotných prstů ruky je přitom zajištěna prostřednictvím kinematického uspořádání pohybového ústrojí, vytvořeného pohyblivým spojením několika pevných dílů, vzájemně propojených v otočných čepech.The technical solution aims to design a pneumatic rehabilitation robot of the hand of both passive type, ie without active drives, and active type, ie with active drives, which is designed to rehabilitate the physiological movement of the fingers affected by movement disorders. The mechanical connection between the movement of the piston rods and the movement of the fingers themselves is ensured by means of a kinematic arrangement of the movement device, formed by a movable connection of several fixed parts, interconnected in pivot pins.

Pohybové ústrojí je schopno převést lineární pohyby pístnice pneumatického válce na fýziologickou flexi a extenzi prstů ruky ve velkém rozsahu požadovaného pohybu. Popsané pohybové ústrojí je připevněno na základním rámu. Pohybové ústrojí pro palec je oproti směru pohybových ústrojí ostatních prstů posunuto a pootočeno podle anatomických požadavků pravé, resp. levé ruky a je umístěno na pomocném rámu, který je pevně spojen se základním rámem úhlovým spojovacím blokem základního a pomocného rámu. Dna pneumatických válců jsou pomocí otočných uložení připojena na upevňovací bloky, které jsou pevně našroubovány najeden konec tenzometrických snímačů síly. Druhý konec těchto snímačů je upevněn na základním rámu, resp. (pro palec) na pomocném rámu. Tím je umožněno tenzometrické měření sil vyvíjených chtěným pohybem prstů ruky, čímž se získá informace o zbytkové schopnosti (síle) jednotlivých prstů provést flexi, resp. extenzi proti víceméně konstantnímu pneumatickému odporu vytvářeném pohybem pístu v pístnici. Tento odpor může být při pasivním režimu provozu robota zvyšován nebo snižován pomocí škrticích ventilů s vyústky na obou stranách dvojčinných pneumatických válců.The locomotor system is able to convert the linear movements of the piston rod of the pneumatic cylinder into physiological flexion and extension of the fingers in a large range of the required movement. The described movement device is mounted on the base frame. The movement device for the thumb is displaced and rotated according to the anatomical requirements of the right, resp. left hand and is placed on the subframe, which is firmly connected to the base frame by an angled connecting block of the base and subframes. The bottoms of the pneumatic cylinders are connected to fastening blocks by means of rotary bearings, which are firmly screwed onto one end of the strain gauges. The other end of these sensors is mounted on the base frame, resp. (for thumb) on the subframe. This enables the tensometric measurement of the forces exerted by the desired movement of the fingers, thus obtaining information about the residual ability (strength) of the individual fingers to perform flexion, resp. extension against the more or less constant pneumatic resistance created by the movement of the piston in the piston rod. This resistance can be increased or decreased during passive operation of the robot by means of throttle valves with diffusers on both sides of the double-acting pneumatic cylinders.

Pokud je využito aktivního režimu robota, což znamená, že pneumatické válce sehrávají roli aktivních pohonů, tedy aktuátorů robota, je nutné oba vyústky každého z pěti válců připojit na pneumatický okruh se zdrojem tlakového vzduchu a příslušným pneumatickým rozvaděčem, s výhodou řízeného elektromagnetem podle požadavků cvičení z řídící jednotky.If the active robot mode is used, which means that the pneumatic cylinders play the role of active drives, ie robot actuators, it is necessary to connect both diffusers of each of the five cylinders to a pneumatic circuit with compressed air source and appropriate pneumatic switchboard, preferably controlled by an electromagnet from the control unit.

CZ 35938 UICZ 35938 UI

V případě dvojčinného pneumatického válce lze na oba vyústky napojit jeden pneumatický rozvaděč typu 5/3 (pěticestný, třípolohový), a následně na něj navzájem paralelně zapojený zdroj tlakového vzduchu a dva pneumatické rozvaděče typu 3/2 (třícestný, dvoupolohový), v základní poloze otevřené (NO, „normal open“), což může být zajištěno např. pomocí pružin. Při vysouvání pístnice dvojčinného pneumatického válce nastává ohyb prstů (flexe), při jeho zasouvání nastává narovnání prstů (extenze). První pneumatický rozvaděč typu 3/2 je připojitelný do prostoru za dvojčinný pneumatický válec (mimo oblast pístnice) a druhý pneumatický rozvaděč typu 3/2 je připojitelný do prostoru před dvojčinný pneumatický válec (do oblasti pístnice).In the case of a double-acting pneumatic cylinder, one pneumatic switchboard type 5/3 (five-way, three-position) can be connected to both diffusers, followed by a compressed air source and two pneumatic switchboards type 3/2 (three-way, two-position) connected in parallel to each other. open (NO, "normal open"), which can be ensured eg by springs. When the piston rod of the double-acting pneumatic cylinder is extended, the fingers bend (flexion), when it is inserted, the fingers straighten (extension). The first pneumatic distributor type 3/2 can be connected to the space behind the double-acting pneumatic cylinder (outside the piston rod area) and the second pneumatic distributor type 3/2 can be connected to the space in front of the double-acting pneumatic cylinder (outside the piston rod area).

V pasivním režimu robota je pneumatický rozvaděč typu 5/3 v poloze (prostřední čtverec rozvaděče 33 na obr. 5) zajišťující průtok vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem a oběma pneumatickými rozvaděči typu 3/2, které jsou v základní poloze otevřené (pravý čtverec obou rozvaděčů 34a, 34b na obr. 5), což umožní pasivní cvičení vlastní silou pacienta bez kladení odporu vzduchu. Zdroj tlakového vzduchu není k pneumatickému rozvaděči typu 5/3 v pasivním režimu robota připojen.In the passive mode of the robot, the pneumatic switchboard type 5/3 is in position (middle square of switchboard 33 in Fig. 5) ensuring air flow between the double-acting pneumatic cylinder and both pneumatic switchboards type 3/2, which are open in the basic position (right square of both switchboards 34a, 34b in FIG. 5), which allows passive exercise by the patient's own strength without putting up air resistance. The compressed air source is not connected to the pneumatic switchboard type 5/3 in the passive mode of the robot.

V pasivním režimu robota s pneumatickým rozvaděčem typu 5/3 v poloze výše lze měřit sílu pohybu prstů pomocí připojených tenzometrů. Pokud jsou oba pneumatické rozvaděče typu 3/2 v otevřené poloze (pravý čtverec obou rozvaděčů 34a, 34b na obr. 5), lze měřit sílu volně vykonatelného pohybu ve flexi i extenzi (kinematické měření - tj. měření síly prstů při jejich pohybu bez zevního odporu).In the passive mode of the robot with a pneumatic switchboard type 5/3 in the higher position, the force of movement of the fingers can be measured using connected strain gauges. If both pneumatic cabinets type 3/2 are in the open position (right square of both cabinets 34a, 34b in Fig. 5), it is possible to measure the force of free movement in flexion and extension (kinematic measurement - ie measuring the force of fingers when moving without external resistance).

Pokud je jeden ze dvou pneumatických rozvaděčů typu 3/2 v otevřené poloze (pravý čtverec jednoho ze dvou rozvaděčů 34a/34b na obr. 5) a druhý v uzavřené poloze (levý čtverec jednoho ze dvou rozvaděčů 34a/34b na obr. 5), lze měřit sílu pohybu překonávajícího odpor vzduchu ve flexi nebo v extenzi (dynamické měření - tj. měření síly prstů při jejich pohybu proti zevnímu odporu). Z toho vyplývá, že pokud je první pneumatický rozvaděč 34a typu 3/2 v otevřené poloze (pravý čtverec rozvaděče 34a na obr. 5) a druhý pneumatický rozvaděč 34b typu 3/2 v uzavřené poloze (levý čtverec rozvaděče 34b na obr. 5), odpor vzduchuje kladen při vysouvání pístnice válce a lze měřit dynamickou sílu ve flexi. Naopak, pokud je první pneumatický rozvaděč 34a typu 3/2 v uzavřené poloze (levý čtverec rozvaděče 34a na obr. 5) a druhý pneumatický rozvaděč 34b typu 3/2 v otevřené poloze (pravý čtverec rozvaděče 34b na obr. 5), odpor vzduchu je kladen při zasouvání pístnice válce a lze měřit dynamickou sílu v extenzi. Přitom ovšem ve všech popsaných případech musí být výstup na obou rozvaděčích 34a i 34b při jejich stavu v uzavřené poloze (levý čtverec rozvaděčů 34a, 34b a výstup 3 na obr. 5) uzavřen.If one of the two pneumatic valves of type 3/2 is in the open position (right square of one of the two cabinets 34a / 34b in Fig. 5) and the other in the closed position (left square of one of the two cabinets 34a / 34b in Fig. 5), it is possible to measure the force of movement overcoming the resistance of the air in flexion or extension (dynamic measurement - ie measuring the force of the fingers as they move against external resistance). It follows that when the first pneumatic distributor 34a type 3/2 is in the open position (right square of the distributor 34a in Fig. 5) and the second pneumatic distributor 34b type 3/2 in the closed position (the left square of the distributor 34b in Fig. 5) , the air resistance is placed when the cylinder piston rod is extended and the dynamic force in flexion can be measured. Conversely, when the first pneumatic distributor 34a of the type 3/2 is in the closed position (left square of the distributor 34a in Fig. 5) and the second pneumatic distributor 34b of the type 3/2 in the open position (right square of the distributor 34b in Fig. 5), air resistance is placed when the cylinder piston rod is inserted and the dynamic force in the extension can be measured. However, in all the cases described, the outlet on both cabinets 34a and 34b must be closed when they are in the closed position (left square of cabinets 34a, 34b and outlet 3 in FIG. 5).

V aktivním režimu robota je pneumatický rozvaděč typu 5/3 v poloze (levý nebo pravý čtverec rozvaděče 33 na obr. 5) zajišťující průtok vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem a pouze jedním ze dvou pneumatických rozvaděčů typu 3/2, který je v otevřené poloze (levý čtverec jednoho z rozvaděčů 34 na obr. 5), a rovněž zajišťující průtok vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem a zdrojem tlakového vzduchu. Druhý ze dvou pneumatických rozvaděčů typu 3/2 není v aktivním režimu robota připojen. Vzduch ze zdroje tlakového vzduchu proudí do té části dvojčinného pneumatického válce (tj. za pneumatický válec mimo oblast pístnice, což pomůže pacientovi ve flexi, nebo před pneumatický válec do oblasti pístnice, což pomůže pacientovi ve extenzi) podle toho, který ze dvou pneumatických rozvaděčů typu 3/2 je připojen a který odpojen. Toto umožňuje pohyb prstů do maximální flexe nebo do maximální extenze, a rovněž to umožňuje zastavení pohybu prstu v kterékoliv poloze na základě přetlaku vytvořeného zdrojem tlakového vzduchu. V případě změny směru pohybu prstů (z flexe do extenze nebo z extenze do flexe) přepíná pneumatický rozvaděč typu 5/3 mezi jedním a druhým ze dvou pneumatických rozvaděčů typu 3/2, atím přepíná i část dvojčinného pneumatického válce, do které proudí vzduch ze zdroje tlakového vzduchu. S výhodou jsou oba pneumatické rozvaděče typu 3/2 v aktivním režimu robota ponechány v otevřené poloze (levý čtverec obou rozvaděčů 34 na obr. 5) pro kladení odporu vzduchu bez nutnosti přepínání poloh obou pneumatických rozvaděčů typu 3/2 při změně směru pohybu prstů.In the active mode of the robot, the pneumatic distributor type 5/3 is in position (left or right square of the distributor 33 in Fig. 5) ensuring air flow between the double-acting pneumatic cylinder and only one of the two pneumatic distributors type 3/2, which is in the open position ( the left square of one of the distributors 34 in Fig. 5), and also ensuring the air flow between the double-acting pneumatic cylinder and the source of compressed air. The second of the two pneumatic switchboards type 3/2 is not connected in the active mode of the robot. Air from the compressed air source flows into that part of the double-acting pneumatic cylinder (ie behind the pneumatic cylinder outside the piston rod area, which helps the patient in flexion, or in front of the pneumatic cylinder into the piston rod area, which helps the patient in extension) depending on which of the two pneumatic manifolds type 3/2 is connected and which is disconnected. This allows the fingers to move to maximum flexion or maximum extension, and also allows the finger to stop moving in any position due to the overpressure created by the source of compressed air. In the case of a change in the direction of finger movement (from flexion to extension or from extension to flexion), the pneumatic distributor type 5/3 switches between one and the other of the two pneumatic distributors type 3/2, thus also switching part of the double-acting pneumatic cylinder into which air flows from sources of compressed air. Preferably, both type 3/2 pneumatic distributors are left in the active mode of the robot in the open position (left square of both distributors 34 in Fig. 5) to resist air without having to switch the positions of both type 3/2 pneumatic distributors when changing the direction of finger movement.

-4CZ 35938 UI-4CZ 35938 UI

Vlastní konstrukce robota podle tohoto technického řešení je typu „end-effector“, což znamená, že efektory robota budou pohybovat každým prstem za jeho koneček, vždy v jedné rovině dané pohybovým ústrojím robota. Budou tudíž využity 3 stupně volnosti u každého prstu (flexe a extenze v metakarpofalangeálních a v interfalangeálních kloubech pro všechny prsty ruky kromě palce, kde budou využity rovněž tři stupně volnosti (v karpometakarpalním, metakarpofalangeálním a v interfalangeálním kloubu palce po jednom stupni, kdy palec provádí flexi a extenzi v jediné, konstrukcí robota dané rovině a je přitom touto konstrukcí situován do neměnné opoziční polohy). Celkově má robot 15 stupňů volnosti. Robot pro rehabilitaci funkce ruky tak není úplnou kopií složité lidské ruky, ale rehabilitační zařízení v podobě pohyblivé ortézy určené pro přímý kontakt s rukou. Funkce rehabilitačního robota může účinně zlepšit fúnkci rukou pacientů, zvláště těch, kteří jsou postiženi neurologickými syndromy centrálního původu.The actual construction of the robot according to this technical solution is of the "end-effector" type, which means that the robot's effectors will move each finger behind its end, always in one plane given by the robot's movement system. Therefore, 3 degrees of freedom will be used for each finger (flexion and extension in the metacarpophalangeal and interphalangeal joints for all fingers except the thumb), where three degrees of freedom will also be used (in the carpometacarpal, metacarpophalangeal and interphalangeal joints flexion and extension in a single plane of the robot and is situated in a fixed opposition position.) The robot has a total of 15 degrees of freedom. The function of a rehabilitation robot can effectively improve the hand function of patients, especially those with neurological syndromes of central origin.

Výhodou je, že pneumatický rehabilitační robot ruky využívá dvojčinných pneumatických válců, které zajišťují stabilizaci prstů ruky a zároveň kladou vůlí požadovaným cíleným pohybům prstů ruky víceméně konstantní odpor, přičemž tyto pneumatické válce lze využít i jako aktuátory pohonné jednotky robota, a tak z robota pasivního typu vytvořit robota aktivníhoThe advantage is that the pneumatic rehabilitation robot uses double-acting pneumatic cylinders, which ensure the stabilization of the fingers and at the same time put more or less constant resistance to the required targeted movements of the fingers, and these pneumatic cylinders can be used as actuators of the robot drive unit create active robot

Výhody řešení pneumatického rehabilitačního robota ruky podle tohoto technického řešení, který je určen pro léčbu neurologických symptomů centrálního původu a zahrnuje dvojčinné pneumatické válce, spočívají v tom, že:The advantages of the pneumatic rehabilitation robot hand solution according to this technical solution, which is intended for the treatment of neurological symptoms of central origin and includes double-acting pneumatic cylinders, are that:

• tyto dvojčinné pneumatické válce jsou využity pro stabilizaci prstů ruky a zároveň pro zajištění konstantního odporu kladeného cíleným pohybům prstů ruky;• these double-acting pneumatic cylinders are used to stabilize the fingers and at the same time to ensure a constant resistance to the targeted movements of the fingers;

• tyto dvoj činné pneumatické válce j sou využity též j ako pohonné j ednotky robota;• these double-acting pneumatic cylinders are also used as robot drive units;

• mechanická vazba mezi pohybem pístnic pneumatických válců a pohybem samotných prstů ruky je zajištěna prostřednictvím kinematického uspořádání pohybového ústrojí, vyťvořeného pohyblivým spojením několika vhodně tvarovaných pevných dílů a táhel, vzájemně propojených v otočných čepech, takže toto pohybové ústrojí je schopno převést lineární pohyby pístnice pneumatického válce na fyziologickou trajektorii pohybu konečku prstů při jejich flexi i extenzi ve velkém rozsahu požadovaného pohybu;• the mechanical connection between the movement of the piston rods of the pneumatic cylinders and the movement of the fingers itself is ensured by a kinematic arrangement of the movement device created by movable connection of several suitably shaped fixed parts and rods on the physiological trajectory of the fingertip movement during their flexion and extension in a large range of the required movement;

• spojení mezi pneumatickými válci spojenými s pohybovým ústrojím a základním rámem robota je uskutečněno prostřednictvím tenzometrických snímačů síly, které jsou při pohybu prstů namáhány na ohyb a měří tak síly, zejména síly vyvíjené rehabilitovanými prsty pacienta;• the connection between the pneumatic cylinders connected to the locomotive and the basic frame of the robot is made by means of strain gauges, which are bent during the movement of the fingers and thus measure the forces, especially the forces exerted by the patient's rehabilitated fingers;

• pneumatické válce jako aktuátory sloužící pro pohon robota v aktivním režimu jeho činnosti jsou napojeny na zdroj tlakového vzduchu, a to prostřednictvím pneumatických rozvaděčů;a • řízení pneumatických rozvaděčů je zjištěno z řídící jednotky robota, která k tomu využívá informací o změřených silách vyvíjených prsty pacienta při jejich flexi i extenzi, získávaných z tenzometrů, jakož i informaci o požadavcích na pohyb prstů, vizualizovaný na monitoru nebo v brýlích virtuální reality.• pneumatic cylinders as actuators used to drive the robot in the active mode of its operation are connected to a source of compressed air via pneumatic distributors, and • control of pneumatic distributors is determined from the robot control unit, which uses information about measured forces generated by patient's fingers during their flexion and extension, obtained from strain gauges, as well as information on finger movement requirements, visualized on a monitor or in virtual reality glasses.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:The essence of the technical solution is further clarified on examples of its implementation, which are described using the attached drawings, where:

-5CZ 35938 UI-5CZ 35938 UI

Obr. 1 znázorňuje konstrukci pneumatického rehabilitačního robota ruky v perspektivním pohledu;Giant. 1 shows the construction of a pneumatic hand rehabilitation robot in a perspective view;

Obr. 2 znázorňuje detail propojení pneumatického válce, pohybového ústrojí a tenzometrických snímačů síly;Giant. 2 shows a detail of the connection of the pneumatic cylinder, the movement device and the strain gauges;

Obr. 3 znázorňuje konstrukci kinematického uspořádání pohybového strojí přenášejícího pohyb pístnice pneumatického válce na pohyb prstů ruky;Giant. 3 shows the construction of a kinematic arrangement of a movement machine transmitting the movement of the piston rod of a pneumatic cylinder to the movement of the fingers;

Obr. 4 znázorňuje konstrukci pneumatického rehabilitačního robota ruky v pohledu seshora; aGiant. 4 shows the construction of a pneumatic hand rehabilitation robot in a top view; and

Obr. 5 znázorňuje řízený pneumatický obvod umožňující pasivní i aktivní režim robota.Giant. 5 shows a controlled pneumatic circuit enabling both passive and active robot mode.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Uvedená uskutečnění pneumatického rehabilitačního robota znázorňují příkladné varianty provedení technického řešení, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.These embodiments of the pneumatic rehabilitation robot show exemplary variants of the technical solution, which, however, have no limiting effect in terms of the scope of protection.

Pneumatický rehabilitační robot ruky, určený zejména pro léčbu neurologických symptomů spojených s poruchami hybnosti, využívá dvojčinných pneumatických válců 1, které zajišťují stabilizaci prstů ruky a zároveň kladou vůlí požadovaným cíleným pohybům prstů ruky víceméně konstantní odpor, přičemž tyto dvojčinné pneumatické válce 1 lze využít i jako aktuátory pohonné jednotky robota, atak z robota pasivního typu vytvořit robota aktivního typu. Mechanická vazba mezi pohybem pístnic 2 a pohybem samotných prstů ruky je přitom zajištěna prostřednictvím kinematického uspořádání pohybových ústrojí 38 a 38a. Tato, v podstatě identická, ústrojí jsou tvořena pohyblivým spojením několika pevných dílů, jenž jsou vzájemně propojené pomocí otočných čepů, j ak j e patrné z obr. 1 až 4. Pohybová ústroj í 38 pro druhý až pátý prst jsou upevněna k základnímu rámu 3 robota pomocí spojovacích bloků 4, přičemž každé upevnění je realizováno pomocí dvou šroubových spojů 5. Pohybové ústrojí 38a pro první prst ruky (palec) je upevněno k pomocnému rámu 3a robota pomocí spojovacího bloku 4a pomocného rámu 3a.The pneumatic hand rehabilitation robot, designed especially for the treatment of neurological symptoms associated with movement disorders, uses double-acting pneumatic cylinders 1, which ensure stabilization of the fingers and at the same time give more or less constant resistance to the required targeted hand movements. robot drive actuators attack from passive type robot to create active type robot. The mechanical connection between the movement of the piston rods 2 and the movement of the fingers themselves is ensured by means of the kinematic arrangement of the movement devices 38 and 38a. These, essentially identical, devices are formed by a movable connection of several fixed parts, which are interconnected by means of pivots, as can be seen from Figs. 1 to 4. The moving devices 38 for the second to fifth fingers are fixed to the base frame 3 of the robot. by means of connecting blocks 4, each fastening being realized by means of two screw connections 5. The movement device 38a for the first finger (thumb) is fastened to the subframe 3a of the robot by means of the connecting block 4a of the subframe 3a.

Spojovací blok 4, 4a je opatřen prvním čepem 6 a druhým čepem 7, jenž jsou uspořádány ve spojovacím bloku 4, 4a v odstupu nad sebou. Kolem prvního čepu 6 je otočně uspořádán výložník 14. Na výložníku 14 je vytvořen výběžek 15 výložníku, v němž je uspořádán třetí čep 8, ve kterém je otočně uspořádáno oko 16 prvního nástavce 17 spojeného s pístnicí 2 dvojčinného pneumatického válce L Na opačném konci je výložník 14 pomocí čtvrtého čepu 9 otočně upevněn ve druhém nástavci 18. Na opačném konci druhého nástavce 18 je pomocí sedmého čepu 12 výkyvné (otočně) umístěn blok 19 úchytu prstu, přičemž ve štěrbině 20 tohoto bloku 19 úchytu prstu je upevněn samotný úchyt 21 konečku prstu. Pneumatický rehabilitační robot je tedy řešen jako robot typu „end-effector“. Na druhém čepu 7, který je umístěn ve spojovacím bloku 4,4a a na pátém čepu 10. který je umístěn ve druhém nástavci 18 v blízkosti jeho spojení s výložníkem 14. je uspořádáno první lineární táhlo 22. Druhé lineární táhlo 23 je otočně uspořádáno na šestém čepu 11 upevněném na výložníku 14 a osmým čepem 13 upevněném na bloku 19 úchytu prstu.The connecting block 4, 4a is provided with a first pin 6 and a second pin 7, which are arranged in the connecting block 4, 4a at a distance above each other. A boom 14 is rotatably arranged around the first pin 6. A boom protrusion 15 is formed on the boom 14, in which a third pin 8 is arranged, in which the eye 16 of the first extension 17 connected to the piston rod 2 of the double-acting pneumatic cylinder L is rotatably arranged. 14 is rotatably mounted in the second extension 18 by means of a fourth pin 9. At the opposite end of the second extension 18, a finger grip block 19 is pivotally mounted by means of a seventh pin 12, the fingertip holder 21 itself being fixed in the slot 20 of this finger grip block 19. The pneumatic rehabilitation robot is therefore designed as an "end-effector" robot. A first linear rod 22 is arranged on the second pin 7, which is located in the connecting block 4,4a and on the fifth pin 10, which is located in the second extension 18 near its connection with the boom 14. The second linear rod 23 is rotatably arranged on a sixth pin 11 mounted on the boom 14 and an eighth pin 13 mounted on the finger grip block 19.

Popsané pohybové ústrojí 38. 38a je schopno převést lineární pohyby pístnice 2 dvojčinného pneumatického válce 1 prostřednictvím třetího čepu 8 umístěném v oku 16 prvního nástavce 17 pístnice 2 na výložník 14 a prostřednictvím dalších prvků pohybového ústrojí 38, 38a dále na fyziologickou flexi při vysunutí pístnice 2 a extenzi prstů ruky při zasunutí pístnice 2 ve velkém rozsahu požadovaného pohybu. Jednotlivá pohybová ústrojí 38 pro druhý až pátý prst jsou připevněna na základním rámu 3. Pohybové ústrojí 38a pro první prst ruky (palec), které je oproti směru pohybových ústrojí 38 ostatních prstů posunuto a pootočeno v podstatě o pravý úhel podle anatomických požadavků na opozici palce pravé, resp. levé ruky, je upevněno na pomocném rámu 3a, který je pevně spojen se základním rámem 3 prostřednictvím úhlového spojovacího bloku 24The described movement device 38. 38a is able to convert the linear movements of the piston rod 2 of the double-acting pneumatic cylinder 1 by means of a third pin 8 located in the eye 16 of the first extension rod 17 of the piston rod 2 into the boom 14 and by further elements of the movement device 38, 38a and the extension of the fingers when inserting the piston rod 2 over a large range of the required movement. The individual movement devices 38 for the second to fifth fingers are mounted on the base frame 3. The movement device 38a for the first finger (thumb), which is displaced and rotated substantially at right angles to the direction of the movement devices 38 of the other fingers according to anatomical requirements right, resp. of the left hand, is mounted on an auxiliary frame 3a, which is firmly connected to the base frame 3 by means of an angled connecting block 24

-6CZ 35938 UI základního a pomocného rámu 3 a 3a. Samotné pohybové ústrojí 38a pro první prst ruky (palec) je k pomocnému rámu 3a upevněno prostřednictvím spojovacího bloku 4a.-6EN 35938 Base and subframe AI 3 and 3a. The movement device 38a for the first finger (thumb) itself is fixed to the subframe 3a by means of a connecting block 4a.

Dna 25 dvojčinných pneumatických válců 1 jsou pomocí výkyvných uložení 26 připojena na upevňovací bloky 27. které jsou pevně našroubovány najeden konec tenzometrických snímačů 28 síly. Druhý konec tenzometrických snímačů 28 síly je prostřednictvím rektifikačních spojovacích bloků 37 upevněn na základním rámu 3, resp. pro první prst ruky (palec) na pomocném rámu 3a. Tím je umožněno tenzometrické měření sil vyvíjených chtěným pohybem prstů ruky, čímž se získá informace o zbytkové schopnosti (síle) jednotlivých prstů provést flexi, resp. extenzi proti víceméně konstantnímu pneumatickému odporu vytvářeném pohybem pístu v pístnici. Tento odpor může být při pasivním režimu provozu robota zvyšován nebo snižován pomocí škrticích ventilů 29 s vyústky 30. které jsou upevněny na obou koncích dvojčinných pneumatických válců LThe bottoms 25 of the double-acting pneumatic cylinders 1 are connected by means of pivoting bearings 26 to fastening blocks 27, which are firmly screwed onto one end of the strain gauges 28. The other end of the strain gauges 28 is fastened to the base frame 3 and 3, respectively, by means of rectifying connecting blocks 37. for the first finger (thumb) on the subframe 3a. This enables the tensometric measurement of the forces exerted by the desired movement of the fingers, thus obtaining information about the residual ability (strength) of the individual fingers to perform flexion, resp. extension against the more or less constant pneumatic resistance created by the movement of the piston in the piston rod. This resistance can be increased or decreased during the passive mode of operation of the robot by means of throttle valves 29 with diffusers 30, which are mounted on both ends of the double-acting pneumatic cylinders L

Pokud je využito aktivního režimu provozu robota, což znamená, že dvojčinné pneumatické válce 1 sehrávají roh aktivních pohonů, tedy aktuátorů robota, je nutné na oba vyústky 30 každého z pěti dvojčinných pneumatických válců 1 připojit pneumatický okruh se zdrojem 31 tlakového vzduchu a příslušnými pneumatickými rozvaděči 33, 34a a 34b, a zajistit řízenou aplikaci tlakového vzduchu, jak je zobrazeno na obr. 5.If the active operating mode of the robot is used, which means that the double-acting pneumatic cylinders 1 play the corner of active drives, ie robot actuators, it is necessary to connect a pneumatic circuit with a compressed air source 31 and corresponding pneumatic distributors to both diffusers 30 33, 34a and 34b, and provide a controlled application of compressed air, as shown in Fig. 5.

S výhodou lze použít pneumatický rozvaděč 33 typu 5/3 (pěticestný, třípolohový) řízený dvěma elektromagnety (po stranách levého a pravého čtverce rozvaděče 33 na obr. 5) řízenými podle požadavků cvičení z řídící jednotky 32. Optimální řešení představuje pneumatický rozvaděč 33 typu 5/3, který je v základní poloze otevřený pro průtok vzduchu do obou pneumatických rozvaděčů 34a, 34b typu 3/2 (třícestný, dvoupolohový). V základní otevřené poloze pneumatický rozvaděč 33 typu 5/3 zajistí pasivní cvičení vlastní sílou pacienta, případně kinematické měření síly vyvíjené prsty pacienta při flexi i extenzi. Sám o sobě však nezajistí zablokování dvojčinných pneumatických válců 1, což je nezbytnou podmínkou dynamické měření síly vyvíjené prsty pacienta při požadavku na jejich flexi nebo extenzi prostřednictvím tenzometrických snímačů 28 síly.Advantageously, a pneumatic switchboard 33 type 5/3 (five-way, three-position) controlled by two electromagnets (on the sides of the left and right squares of the switchboard 33 in Fig. 5) controlled according to exercise requirements from the control unit 32 can be used. / 3, which in the basic position is open for air flow to both pneumatic distributors 34a, 34b type 3/2 (three-way, two-position). In the basic open position, the pneumatic distributor 33 type 5/3 ensures passive exercise by the patient's own force, or kinematic measurement of the force exerted by the patient's fingers during flexion and extension. However, it does not in itself ensure the locking of the double-acting pneumatic cylinders 1, which is a necessary condition for the dynamic measurement of the force exerted by the patient's fingers when their flexion or extension is required by means of strain gauges 28.

Pro tento účel, který je nezbytný pro řízení robota z řídící jednotky 32 na základě uživatelského rozhraní 35 s blokem požadavků nájemnou motoriku prstů ruky, představených na vizualizačním zařízení 36 (monitoru nebo v brýlích virtuální reality), a na základě zpětnovazební informace z tenzometrických snímačů 28 síly, je potřebné doplnit pneumatický, elektromagneticky řízený rozvaděč 33 typu 5/3, v základní poloze otevřený, ještě dvěma pneumatickými, elektromagneticky řízenými rozvaděči 34a. 34b typu 3/2. Pneumatické rozvaděče 34a. 34b typu 3/2 jsou třícestné, dvoupolohové, monostabilní, např. typu NO (Normal Open), které bez elektromagnetické aktivace z řídící jednotky 32 zajistí otevření toku vzduchu ven z dvojčinných pneumatických válců 1 při pohybu pístnice 2 dovnitř, resp. ven z dvojčinného pneumatického válce 1, tedy při extenzi, resp. flexi prstů při pasivním a aktivním režimu robota, přičemž pasivní režim může být spojen s kinematickým změřením vlastní síly pacienta prostřednictvím tenzometrických snímačů 28 síly. Rovněž zajistí uzavření vzduchu v dvojčinných pneumatických válcích j_, zajištěné elektromagnetickou aktivací těchto rozvaděčů 34a. 34b z řídící jednotky 32. spojené s možností dynamického změření vlastní síly pacienta prostřednictvím tenzometrických snímačů 28 síly v pasivním režimu.For this purpose, which is necessary to control the robot from the control unit 32 on the basis of the user interface 35 with a block of rental motor skills of the fingers presented on the visualization device 36 (monitor or virtual reality glasses), and on the basis of feedback information from strain gauges 28 forces, it is necessary to supplement the pneumatic, electromagnetically controlled switchboard 33 type 5/3, open in the basic position, with two more pneumatic, electromagnetically controlled switchboards 34a. 34b type 3/2. Pneumatic distributors 34a. 34b type 3/2 are three-way, two-position, monostable, e.g. type NO (Normal Open), which without electromagnetic activation from the control unit 32 ensures the opening of the air flow out of the double-acting pneumatic cylinders 1 when moving the piston rod 2 inwards or out of the double-acting pneumatic cylinder 1, ie at extension, resp. finger flexion in the passive and active modes of the robot, wherein the passive mode may be associated with a kinematic measurement of the patient's own force by means of strain gauge force sensors 28. It also ensures the closure of the air in the double-acting pneumatic cylinders 11, ensured by the electromagnetic activation of these distributors 34a. 34b from the control unit 32, connected to the possibility of dynamically measuring the patient's own force by means of strain gauges 28 in the passive mode.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Specializovaný pneumatický rehabilitační robot jemné motoriky ruky, zaměřený zejména na léčbu neurologických symptomů spojených s poruchami hybnosti, je určený k uplatnění v lékařství jako rehabilitační terapeutický robot pro reedukaci poruch hybnosti prstů ruky.The specialized pneumatic rehabilitation robot of fine motor skills, focused mainly on the treatment of neurological symptoms associated with movement disorders, is intended for use in medicine as a rehabilitation therapeutic robot for the reeducation of movement disorders of the fingers.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Pneumatický rehabilitační robot ruky obsahující pět pohybových ústrojí (38, 38a), přičemž každé pohybové ústrojí (38, 38a) obsahuje vícero pevných dílů vzájemně propojených v otočných čepech, vyznačující se tím, že čtyři pohybová ústrojí (38) pro druhý až pátý prst jsou uspořádána v první horizontální rovině vedle sebe a každé z nich je upevněno pomocí spojovacích bloků (4) na základním rámu (3), přičemž jedno pohybové ústrojí (38a) pro první prst je uspořádáno ve druhé horizontální rovině vedle pohybového ústrojí (38) pro druhý prst, v poloze pootočené vzhledem k pohybovému ústrojí (38) pro druhý prst kolem své podélné osy o pravý úhel a upevněno pomocí spojovacího bloku (4a) k pomocnému rámu (3a), který je uspořádán vertikálně a připevněn na úhlový spojovací blok (24) základního rámu (3), přičemž každý spojovací blok (4, 4a) je opatřen prvním čepem (6) a druhým čepem (7), přičemž na prvním čepu (6) je otočně uspořádán výložník (14) opatřený výběžkem (15), ve výběžku (15) je uspořádán třetí čep (8), na kterém je otočně uspořádáno oko (16) prvního nástavce (17) spojeného spístnicí (2) dvojčinného pneumatického válce (1), přičemž výložník (14) je otočně spojen pomocí čtvrtého čepu (9) s druhým nástavcem (18), který je otočně spojen pomocí sedmého čepu (12) s blokem (19) úchytu prstu, přičemž blok (19) úchytu prstu je opatřen štěrbinou (20), ve které je upevněn úchyt (21) konce prstu, a blok (19) úchytu prstu je dále otočně uložen na osmém čepu (13) spolu s prvním koncem druhého lineárního táhla (23), přičemž úchyty (21) konce prstu všech pohybových ústrojí (38, 38a) jsou uzpůsobeny pro přijetí konců všech prstů ruky, přičemž druhý konec druhého lineárního táhla (23) je otočně uložen na šestém čepu (11) uspořádaném ve výložníku (14), přičemž první lineární táhlo (22) výložníkem (14) prochází a má jeden konec otočně uložený v druhém čepu (7) spojovacího bloku (4, 4a) a druhý konec v pátém čepu (10) druhého nástavce (18), přičemž dvojčinný pneumatický válec (1) je dále na svých koncích opatřen škrtícími ventily (29) s vyústky (30) a je ukončen dnem (25) uspořádaným v kyvném uložení (26) upevňovacího bloku (27), přičemž upevňovací blok (27) je spojen s tenzometrickým snímačem (28) síly upevněným k rektifikačnímu bloku (37), který je spojen se základním rámem (3).A pneumatic hand rehabilitation robot comprising five movement devices (38, 38a), each movement device (38, 38a) comprising a plurality of fixed parts interconnected in pivot pins, characterized in that the four movement devices (38) for the second to fifth the fingers are arranged side by side in the first horizontal plane and each of them is fixed by means of connecting blocks (4) on the base frame (3), one movement device (38a) for the first finger being arranged in the second horizontal plane next to the movement device (38) for the second finger, in a position rotated with respect to the movement device (38) for the second finger about its longitudinal axis by a right angle and fixed by means of a connecting block (4a) to an auxiliary frame (3a) which is arranged vertically and fixed to the angular connecting block ( 24) of the base frame (3), each connecting block (4, 4a) being provided with a first pin (6) and a second pin (7), wherein a boom (14) provided with a protrusion (15) is rotatably arranged on the first pin (6). , in the protrusion (15) it saves a third pin (8) is rotatably arranged on which the eye (16) of the first extension (17) is rotatably connected by the piston rod (2) of the double-acting pneumatic cylinder (1), the boom (14) being rotatably connected by a fourth pin (9) to the second extension (18) which is pivotally connected by means of a seventh pin (12) to the finger grip block (19), the finger grip block (19) being provided with a slot (20) in which the finger end grip (21) is fixed, and the finger grip block (19). 19) the finger grip is further rotatably mounted on the eighth pin (13) together with the first end of the second linear rod (23), the finger end grips (21) of all movement devices (38, 38a) being adapted to receive the ends of all fingers. the second end of the second linear rod (23) is rotatably mounted on a sixth pin (11) arranged in the boom (14), the first linear rod (22) passing through the boom (14) and having one end rotatably mounted in the second pin (7) of the connecting block (4, 4a) and a second end in the fifth pin (10) of the second extension (18), the double-acting pneumatic cylinder (1) 1e is provided at its ends with throttle valves (29) with diffusers (30) and is terminated by a bottom (25) arranged in the pivot bearing (26) of the mounting block (27), the mounting block (27) being connected to a strain gauge (28) fixed to the rectification block (37), which is connected to the base frame (3). 2. Pneumatický rehabilitační robot ruky, podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vyústky (30) dvojčinného pneumatického válce (1) je napojen pneumatický rozvaděč (33) typu 5/3, na který jsou paralelně napojeny první a druhý pneumatický rozvaděč (34a, 34b) typu 3/2 a zdroj (31) tlakového vzduchu.Pneumatic hand rehabilitation robot according to Claim 1, characterized in that a pneumatic distributor (33) of the 5/3 type is connected to the diffusers (30) of the double-acting pneumatic cylinder (1), to which the first and second pneumatic distributors (33) are connected in parallel. 34a, 34b) of type 3/2 and a source (31) of compressed air. 3. Pneumatický rehabilitační robot ruky, podle nároku 2, vyznačující se tím, že pneumatický rozvaděč (33) typu 5/3 je elektromagneticky řízený řídicí jednotkou (32), přičemž v otevřené poloze je uzpůsoben k zajištění průtoku vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem (1) a oběma pneumatickými rozvaděči (34a, 34b) typu 3/2, a v uzavřené poloze je uzpůsoben k zajištění průtoku vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem (1) a zdrojem (31) tlakového vzduchu, jakož i mezi dvojčinným pneumatickým válcem (1) a pouze jedním ze dvou pneumatických rozvaděčů (34a, 34b) typu 3/2.Pneumatic hand rehabilitation robot according to claim 2, characterized in that the pneumatic distributor (33) type 5/3 is electromagnetically controlled by the control unit (32), and in the open position it is adapted to ensure air flow between the double-acting pneumatic cylinder (1). ) and both pneumatic distributors (34a, 34b) type 3/2, and in the closed position it is adapted to ensure air flow between the double-acting pneumatic cylinder (1) and the source (31) of compressed air, as well as between the double-acting pneumatic cylinder (1) and only one of the two pneumatic valves (34a, 34b) of type 3/2. 4. Pneumatický rehabilitační robot ruky, podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že první a druhý pneumatický rozvaděč (34a, 34b) typu 3/2 jsou elektromagneticky řízené řídicí jednotkou (32), přičemž v otevřené poloze jsou uzpůsobeny k zajištění průtoku vzduchu mezi dvojčinným pneumatickým válcem (1) a vnějším prostředím, a v uzavřené poloze jsou uzpůsobeny k blokaci průtoku vzduchu ven z dvojčinného pneumatického válce (1).Pneumatic hand rehabilitation robot according to claim 2 or 3, characterized in that the first and second pneumatic distributors (34a, 34b) of type 3/2 are electromagnetically controlled by the control unit (32), and in the open position they are adapted to ensure flow of air between the double-acting pneumatic cylinder (1) and the external environment, and in the closed position are adapted to block the flow of air out of the double-acting pneumatic cylinder (1).
CZ202239721U 2022-03-08 2022-03-08 Pneumatic hand rehabilitation robot CZ35938U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202239721U CZ35938U1 (en) 2022-03-08 2022-03-08 Pneumatic hand rehabilitation robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202239721U CZ35938U1 (en) 2022-03-08 2022-03-08 Pneumatic hand rehabilitation robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ35938U1 true CZ35938U1 (en) 2022-04-12

Family

ID=81653801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ202239721U CZ35938U1 (en) 2022-03-08 2022-03-08 Pneumatic hand rehabilitation robot

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ35938U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309897B6 (en) * 2022-03-08 2024-01-17 České vysoké učení technické v Praze A pneumatic hand rehabilitation robot

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309897B6 (en) * 2022-03-08 2024-01-17 České vysoké učení technické v Praze A pneumatic hand rehabilitation robot

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haghshenas-Jaryani et al. A pilot study on the design and validation of a hybrid exoskeleton robotic device for hand rehabilitation
Polygerinos et al. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation
Lo et al. Exoskeleton robots for upper-limb rehabilitation: State of the art and future prospects
Niyetkaliyev et al. Review on design and control aspects of robotic shoulder rehabilitation orthoses
Xiong et al. A review of cable-driven rehabilitation devices
Gezgin et al. Synthesis of a Watt II six-bar linkage in the design of a hand rehabilitation robot
EP2343034B1 (en) Robotic arm for controlling arm movement
Pehlivan et al. Mechanical design of RiceWrist-S: A forearm-wrist exoskeleton for stroke and spinal cord injury rehabilitation
Shiota et al. Enhanced Kapandji test evaluation of a soft robotic thumb rehabilitation device by developing a fiber-reinforced elastomer-actuator based 5-digit assist system
CZ35938U1 (en) Pneumatic hand rehabilitation robot
Lin et al. NTUH-II robot arm with dynamic torque gain adjustment method for frozen shoulder rehabilitation
EP3634354A2 (en) Exoskeleton for upper arm
Gonçalves et al. Cable-driven robot for upper and lower limbs rehabilitation
Bortoletto et al. A springs actuated finger exoskeleton: From mechanical design to spring variables evaluation
CZ2022104A3 (en) A pneumatic hand rehabilitation robot
Troncossi et al. Feasibility study of a hand exoskeleton for rehabilitation of post-stroke patients
Macovei et al. A short overview of upper limb rehabilitation devices
Jin et al. Workspace analysis of upper limb for a planar cable-driven parallel robots toward upper limb rehabilitation
Zhang et al. Design and human–machine compatibility analysis of Co-Exos II for upper-limb rehabilitation
Kim et al. Cooperative hand therapy via a soft, wearable, and unilateral telerobotic system
Jarrasse et al. A methodology to design kinematics of fixations between an orthosis and a human member
Roy et al. Review of exoskeleton hand exercisers for paralyzed patient
Zhu et al. Mechanical design of a modular gripper for rehabilitation of stroke patients with hemiplegia
Veneva et al. Active assistive orthotic system:(exoskeleton) enhancing movement
RU219183U1 (en) EXOSKELETON FOR REHABILITATION OF MOTOR ACTIVITY OF THE HAND

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20220412