IT201800002604U1 - Protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DEL MODELLO DI UTILITÀ AVENTE PER TITOLO:

PROTESI DI MANO SOTTOATTUATA A DITA BLOCCABILI AZIONABILE MEDIANTE SENSORE PIEZORESISTIVO A FORMA DI CALOTTA SFERICA”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione fa riferimento al campo della tecnica comprendente le protesi di arto superiore del tipo cinematico ovvero dotate di meccanismi che consentono di ottenere il movimento di alcune, o di tutte, le dita necessarie alla presa di un oggetto ed azionabili meccanicamente o elettricamente. In particolare il trovato oggetto della presente invenzione riguarda una protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica. La presente invenzione mira a sviluppare una protesi di mano dotata di meccanismo di azionamento sottoattuato, economica e dotata di un sistema elettronico di azionamento affidabile che non necessiti il contatto elettrico con lutilizzatore. Un meccanismo sottoattuato è un cinematismo in cui il numero di attuatori è minore del numero di gradi di libertà. Le mani robotiche attualmente esistenti forniscono una buona funzionalità di presa, anche se, non sono in grado di replicare esattamente la capacità di presa propria della mano umana. Molte mani robotiche sono dotate di un sistema di attuazione intrinseco, il quale, posto completamente all’interno della struttura della mano, governa simultaneamente il movimento delle dita e l’opposizione del pollice. Questa scelta progettuale, unita ad un sistema di attuazione basato su azionamenti elettrici tradizionali, limita notevolmente il numero di gradi di libertà, poiché non è possibile disporre di più di uno o due attuatori all’interno della mano. La carenza di gradi di libertà comporta l'impossibilità, da parte della mano, di avvolgersi intorno all’oggetto afferrato durante un generico compito di presa. Il problema tecnico è quello di ottenere un movimento articolato delle dita, capace di adattarsi alla generica forma dell’oggetto, pur non potendo disporre di un numero elevato di attuatori in grado di governare i vari gradi di libertà. Un ulteriore problematica tecnica risiede nel fatto che utilizzando un meccanismo sottoattuato con i sistemi esistenti allo stato dell’arte non si riesce ad avere un movimento di singole dita, ma l’azionamento dell’attuatore prevede la chiusura sul palmo di tutte e cinque le dita contemporaneamente. L’obiettivo è raggiunto mediante le caratteristiche descritte nella rivendicazione principale. Le rivendicazioni dipendenti delineano forme di realizzazione vantaggiose dell’invenzione.

Sono pertanto noti allo stato dell’arte e comunemente impiegati protesi cinematiche che consentono il movimento di tutte le dita, caratterizzate da meccanismi che azionano singolarmente ciascun dito; spesso tali meccanismi sono, pertanto, complessi, molto costosi, ma soprattutto pesanti ed ingombranti. Tali aspetti sono fondamentali per chi dovrà utilizzare questo tipo di strumento. Inoltre i sistemi di azionamento sono tutti realizzati mediante sensori mioelettrici ovvero elettrodi a contatto con l’utilizzatore, difficili da gestire e soggetti ad interferenze che possono alterare il segnale. Un esempio è descritto nel brevetto IT 1415546 relativo ad una protesi di mano in cui tutte le cinque dita sono azionate da un unico tirante anelastico. Seppur tale protesi possa ritenersi facilmente realizzabile, quindi economica, dotata di una cinematica di funzionamento semplice e garantisca una forza di presa piuttosto elevata rispetto ad altre soluzioni note, non consente il bloccaggio delle singole dita.

Un altro esempio è rappresentato dal brevetto con numero di pubblicazione FR2957245 in cui si descrive una protesi in cui è presente un sistema di tendini tensori ed estensori, entrambi comandati da un rispettivo tendine principale. Tale sistema pur se utilizza un meccanismo di azionamento sottoattuato, non consente il bloccaggio di uno o più dita, costringendo l’utilizzatore a chiudere sempre tutte e cinque le dita contemporaneamente. Inoltre non prevede un azionamento che non necessiti il contatto elettrico con l’utilizzatore.

Un altro esempio presente allo stato dellarte è rappresentato da un dispositivo di afferraggio antropomorfo, comprendente un corpo principale definente una superficie di presa, una pluralità di elementi articolati girevolmente connessi a detto corpo principale per afferrare un oggetto azionati tramite un sensore piezo-resistivo atto ad essere collocato in corrispondenza di un muscolo o di un tendine di un utilizzatore in maniera tale da rilevarne una contrazione. Svantaggiosamente tale soluzione, se applicata ad una protesi di mano, pur se consente di attuare il meccanismo di presa mediante un sistema sottoattuato, non consente all’utilizzatore di poter scegliere di muovere solo alcune dita. Si pensi ad esempio al caso di voler prendere un foglio di carta fra due dita. Con tale soluzione risulta impossibile in quanto ogni volta che si aziona l’attuatore, gli elementi articolati si muoveranno tutti insieme. Inoltre il sensore piezo-resistivo che aziona il tirante principale potrebbe non sentire la contrazione del muscolo o del tendine, in quanto essendo collocato in corrispondenza del muscolo o del tendine, senza alcun elemento elastico interposto, potrebbe non rilevare sempre la contrazione, dato che la geometria del muscolo non è costante ma varia in continuo in base al movimento dell’utilizzatore.

Secondo uno scopo il trovato oggetto della presente invenzione intende realizzare una protesi di mano cinematica realizzata mediante un sistema sotto attuato.

Secondo un altro scopo il trovato oggetto della presente invenzione intende azionare la chiusura di tutte e cinque le dita, azionando un unico tirante elastico per la presa di un oggetto.

Secondo un ulteriore scopo il trovato oggetto della presente invenzione intende comandare l’attuatore che azionerà il tiro dell'unico tirante elastico mediante un azionamento che non necessiti il contatto elettrico con l’utilizzatore.

Secondo ancora un ulteriore scopo il trovato oggetto della presente invenzione intende interporre un elemento elastico far il muscolo e il sensore piezo-resistivo con una forma che si adatti alla variazione di geometria del muscolo garantendo sempre la lettura della contrazione.

Il trovato oggetto della presente invenzione realizza gli scopi prefissati in quanto trattasi di una protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica che comprende: - una base (1) a forma di palmo di mano, su cui sono incernierati dei mezzi di presa a forma di dita rispettivamente di pollice, indice medio anulare e mignolo Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- dei mezzi di presa a forma di dita, costituiti ciascuno da tre falangi incernierate fra loro ed attraversate rispettivamente ciascuno da un tirante, il cui tiro ne determina la chiusura a mo’ di tendine Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2; - un pistoncino di bloccaggio a pulsante (13), posto al centro di un archetto (12) appena al di sopra di ciascun tirante di ogni dito, il cui azionamento determina la discesa di uno stelo (5) che si inserisce ad incastro trascinandosi parte del tirante, all’interno di uno scavo (11) praticato sulla base (1) sottostante l’archetto (12), determinando il blocco della corsa di ciascun tirante bloccato ad incastro all’interno dello scavo (11) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- una piccola puleggia (10) incernierata sulla base (1) in prossimità di una zona laterale alla cerniera del pollice, su cui scorre un tirante che attraversa il pollice stesso, il cui tiro determina la chiusura del pollice e contemporaneamente genera un momento che ne aziona la rotazione verso la base (1) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un primo bilanciere (9) i cui estremi laterali sono collegati alle estremità di ciascun tirante che attraversa rispettivamente l’indice e il pollice Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un secondo bilanciere (7), di cui un estremo, è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del primo bilanciere (9) e l’altro estremo è collegato al tirante che attraversa il medio Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un terzo bilanciere (8) i cui estremi laterali sono collegati alle estremità di ciascun tirante che attraversa rispettivamente il dito anulare e il mignolo Tav.

1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un quarto bilanciere (6), di cui un estremo è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del secondo bilanciere (7) e l’altro estremo è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del terzo bilanciere (8) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un tirante elastico (4), collegato ad un estremo ad un punto pressoché centrale del quarto bilanciere (6) e sull’altro estremo ad un tamburo (3) che ruota azionato da un motorino elettrico (2) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un motorino elettrico (2) azionato da un’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) che legge ed elabora un segnale inviato da un sensore piezoresistivo (17);

- una batteria ricaricabile (15) che alimenta l’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14), posta in un alloggio realizzato in prossimità della base (1) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- una calotta sferica (18) in materiale flessibile, la cui superficie sferica è tenuta a contatto con un muscolo o un tendine contratto da un utilizzatore, una fascia elastica (16) Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2;

- un sensore piezo resistivo (17), posizionato a contatto con la base della calotta sferica (18) tale da leggere la pressione esercitata dalla contrazione del muscolo e o del tendine dell’utilizzatore, il cui detto sensore piezoresistivo (17) invia un segnale di pressione all’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) che a sua volta azionerà il motorino elettrico (2) con un’intensità di potenza proporzionale all’intensità della pressione letta dal sensore piezoresistivo (17), la cui rotazione del detto motorino elettrico (2), azionerà la rotazione del tamburo (3) che a sua volta metterà in tiro il tirante elastico (4) che azionerà la chiusura di tutte e cinque le dita Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2.

Grazie alla particolare forma a calotta sferica (18), che si adatta alla variazione di geometria del muscolo e o del tendine si avrà sempre una superficie a contatto che trasferirà la variazione di pressione al sensore piezoresistivo (17) il quale sarà sempre in grado di inviare il segnale all’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) che invierà il segnale di attuazione al motorino elettrico (2) che azionerà la chiusura di tutte e cinque le dita.

Inoltre grazie al pistoncino di bloccaggio a pulsante (13), è possibile bloccare la chiusura solo di alcune dita, fornendo all’ utilizzatore la possibilità di adattare la presa di volta in volta a seconda delle svariate circostanze Tav. 1 Fig. 1, Tav. 2 Fig. 2.

Al fine di garantire sempre la lettura del segnale di pressione la fascia elastica (16) può tenere a contatto con il muscolo contratto dall’utilizzatore e o con il tendine una o più calotte sferiche (18) con al di sotto a contatto con la base di ciascuna detta calotta sferica (18), uno o più sensori piezoresistivi (17) collegati all’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14).

Oltretutto ciascun dito può essere mantenuto steso da un mezzo elastico che si oppone al tiro di ciascun tirante che ne aziona la chiusura.

Queste caratteristiche, insieme alla struttura complessiva dell’invenzione, consente di ottenere rilevanti vantaggi dal punto di vista economico in quanto sia la componentistica meccanica, sia quella elettronica può essere facilmente realizzata in serie e, al tempo stesso, non richiede particolare manutenzione nel tempo. Il trovato oggetto della presente invenzione sarà di seguito descritto in un suo modo preferenziale di realizzazione, che farà riferimento alle figure allegate. Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente, di una forma di realizzazione dell’invenzione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l’ausilio dei disegni illustrati nelle tavole allegate. Chiunque del mestiere potrà meglio comprendere l’invenzione, da una descrizione dettagliata dei disegni, come segue:

Tav. 1 Fig. 1: Vista dall’alto dell’invenzione con tutti i suoi elementi essenziali che la compongono. Al fine di maggior chiarezza, nella vista è stato ingrandito e messa in prospettiva la sezione del pistoncino di bloccaggio a pulsante (13).

Tav. 2 Fig. 2: Vista prospettica di un’applicazione dell’invenzione che mostra la protesi in fase di chiusura delle dita.

L’invenzione è stata precedentemente descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferenziale. Tuttavia è chiaro che l’invenzione è suscettibile di numerose varianti che rientrano nel proprio ambito, nel quadro delle equivalenze tecniche.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI DEL MODELLO DI UTILITÀ AVENTE PER TITOLO: “PROTESI DI MANO SOTTOATTUATA A DITA BLOCCABILI AZIONABILE MEDIANTE SENSORE PIEZORESISTIVO A FORMA DI CALOTTA SFERICA” TESTO DELLE RIVENDICAZIONI 1. Protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica, caratterizzata da: - una base (1) a forma di palmo di mano, su cui sono incernierati dei mezzi di presa a forma di dita rispettivamente di pollice, indice medio anulare e mignolo; - dei mezzi di presa a forma di dita, costituiti ciascuno da tre falangi incernierate fra loro ed attraversate rispettivamente ciascuno da un tirante, il cui tiro ne determina la chiusura a mo’ di tendine; - un pistoncino di bloccaggio a pulsante (13), posto al centro di un archetto (12) appena al di sopra di ciascun tirante di ogni dito, il cui azionamento determina la discesa di uno stelo (5) che si inserisce ad incastro trascinandosi parte del tirante, all'interno di uno scavo (11) praticato sulla base (1) sottostante l’archetto (12), determinando il blocco della corsa di ciascun tirante bloccato ad incastro all'interno dello scavo (11); - una piccola puleggia (10) incernierata sulla base (1) in prossimità di una zona laterale alla cerniera del pollice, su cui scorre un tirante che attraversa il pollice stesso, il cui tiro determina la chiusura del pollice e contemporaneamente genera un momento che ne aziona la rotazione verso la base (1); - un primo bilanciere (9) i cui estremi laterali sono collegati alle estremità di ciascun tirante che attraversa rispettivamente l’indice e il pollice; - un secondo bilanciere (7), di cui un estremo, è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del primo bilanciere (9) e l’altro estremo è collegato al tirante che attraversa il medio; - un terzo bilanciere (8) i cui estremi laterali sono collegati alle estremità di ciascun tirante che attraversa rispettivamente il dito anulare e il mignolo; - un quarto bilanciere (6), di cui un estremo è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del secondo bilanciere (7) e l’altro estremo è collegato mediante tirante ad un punto pressoché centrale del terzo bilanciere (8); - un tirante elastico (4), collegato ad un estremo ad un punto pressoché centrale del quarto bilanciere (6) e sull’altro estremo ad un tamburo (3) che ruota azionato da un motorino elettrico (2); - un motorino elettrico (2) azionato da un’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14); - un’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) che legge ed elabora un segnale inviato da un sensore piezoresistivo (17); - una batteria ricaricabile (15) che alimenta l’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14), posta in un alloggio realizzato in prossimità della base (1); - una calotta sferica (18) in materiale flessibile, la cui superficie sferica è tenuta a contatto con un muscolo o un tendine contratto da un utilizzatore, da una fascia elastica (16); - un sensore piezoresistivo (17), posizionato a contatto con la base della calotta sferica (18) tale da leggere la pressione esercitata dalia contrazione del muscolo e o del tendine dell’utilizzatore, il cui detto sensore piezoresistivo (17) invia un segnale di pressione all’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14) che a sua volta azionerà il motorino elettrico (2) con un’intensità di potenza proporzionale all’intensità della pressione letta dal sensore piezoresistivo (17), la cui rotazione del detto motorino elettrico (2), azionerà la rotazione del tamburo (3) che a sua volta metterà in tiro il tirante elastico (4) che azionerà la chiusura di tutte e cinque le dita.
2. 2. Protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che la fascia elastica (16) può tenere a contatto con il muscolo contratto dall’utilizzatore e o con il tendine una o più calotte sferiche (18) con al di sotto a contatto con la base di ciascuna detta calotta sferica (18), uno o più sensori piezo resistivi (17) collegati all’unità elettronica di elaborazione dati e controllo (14).
3. 3. Protesi di mano sottoattuata a dita bloccabili azionabile mediante sensore piezoresistivo a forma di calotta sferica secondo le rivendicazioni da 1 a 2, caratterizzato dal fatto che ciascun dito può essere mantenuto steso da un mezzo elastico che sì oppone al tiro di ciascun tirante che ne aziona la chiusura.