ITUB20155281A1 - Meccanismo di attuazione cinematico per protesi di mano - Google Patents

Description

"MECCANISMO DI ATTUAZIONE CINEMATICO PER PROTESI DI MANO"

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un meccanismo di attuazione di protesi di mano di tipo articolato senza l'uso dì motori. Tale meccanismo è configurato per riprodurre il movimento di chiusura apertura della dita di una mano protesica sfruttando una forza esterna che può essere generata, per esempio dall'interazione della mano con l'oggetto da afferrare o con l'ausilio della mano controlaterale.

DESCRIZIONE DELLA TECNICA NOTA

Sono noti alcuni tentativi di realizzare protesi di mano, in particolare umana, che sostituisca una mano biologica in sua assenza. Le persone che hanno subito 1'amputazione di una mano si vendono infatti private di funzionalità estremamente importanti e indispensabili per condurre la propria vita in autonomia. Tra ie protesi, quelle di tipo cinematico presentano l'esigenza di essere facilmente azionate anche in assenza di alimentazione esterna. Queste sono particolarmente indicate per i paesi in via di sviluppo, dove le risorse economiche sono limitate e dove si registrano il maggior numero di amputazioni di arto. A tal fine, è dunque necessario che i movimenti degli arti residui, o del organo controlaterale, producano r azionamento di chiusura/apertura delle protesi. La tecnica nota prevede l'impiego di una trasmissione a cavi, fissata ad un imbracatura, per il trasferimento di potenza dalle articolazioni sane (in relazione al livello di amputazione) alla protesi Per livelli di amputazione prossimali e distali, in una tipica applicazione, l'imbracatura è vestita sulla spalla del 1'amputato e la chiusura/apertura della protesi è realizzala attraverso il movimento di retro-posizione e anteposizione dell'articolazione scapolo-toracica.

Tra i tentativi effettuati per soddisfare tali esigenze nell'ambito della tecnica nota, sono presenti i documenti brevettuali US1861678 A, US2347909 A, e US2464577 A. Tali documenti affrontano il problema di attuare i movimenti di apertura e chiusura della mano utilizzando i movimenti del arto residuo attraverso una trasmissione cavi,

Uno dei principali limiti di tali dispositivi è legato alla necessità dì indossare l'imbracatura necessaria per ancorare il cavo di azionamento al corpo del amputato. Tali imbracatura, oltre ad essere necessariamente motivo di fastidio, possibile causa di irritazioni cutanea e di compressione dei nervi, non rende agevole il processo di applicazione e rimozione della protesi da parte dell'amputato (evento che può ripetersi numerose volte durante l'arco della giornata).

Un altro tentativo effettuato per soddisfare tale esigenze è presentato nel documento US1380664 A, ovvero da una mano protesica il cui movimento di apertura/chiusura è ottenuto sfruttando la forza di interazione tra palmo della protesi e oggetto da afferrare mediante un meccanismo-a perno ed asola,

Il suddetto documento brevettuale, pur fornendo un dispositivo di azionamento di pìccole dimensioni e facilmente indossatale, presenta l'importante svantaggio di non consentire in alcun modo elevati rapporti di riduzione tra la potenza esercitata dall'amputato durante l'interazione/collisione con l'oggetto e la potenza motrice della protesi. Un tale dispositivo noto ha lo svantaggio, quindi, di avere un limitato rapporto di riduzione tra ior2a di interazione e forza di presa, limitandone di fatto l'applicazione pratica nella vita di tutti i giorni.

In conclusione, pertanto, la tecnica nota sopra citata non soddisfa completamente i bisogni dell'amputato.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione è ideare un meccanismo facilmente e comodamente indossatile, capace di azionare una protesi di mano senza l'uso di motori. Nell'ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione fornire un dispositivo di interfaccia atto a trasformare la potenza di interazione tra protesi ed elemento esterno (dovute ad esempio alla spinta del arto residuo del amputato sull·'oggetto da afferrare o dall'azione dell'arto controlaterale1 in potenza motrice per le dita/pinze della protesi con elevati rapporti di riduzione. Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo di attuazione cinematico e da una protesi rivendicati nelle annesse rivendicazioni indipendenti.

Esecuzioni preferite sono evidenziate nelle sottorivendicazioni .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di una esecuzione preferita dell'invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

- la figura 1 mostra un esempio dì uso da parte di un amputato della protesi di mano secondo l'invenzione, in particolare l'amputato attraverso la spinta esercitata dal braccio aziona la chiusura delle dita della protesi;

- la figure 2 mostra una possibile realizzazione di protesi di mano secondo l'invenzione avente il meccanismo di attuazione integrato e azionato dal movimento relativo della protesi rispetto all'invaso;

- la figura 3 mostra una possibile realizzazione di protesi di mano secondo l'invenzione avente il meccanismo di attuazione integrato e azionato dal movimento relativo del palmo della protesi rispetto al corpo della protesi;

- la figure A mostra una possibile realizzazione di sistema di attuazione applicato ad una protesi cinematica di mano commerciale secondo l'invenzione.

Con riferimento alle figure citate, la protesi di mano articolata secondo l'invenzione è globalmente indicata col numero 1.

Tale protesi è preferibilmente atta a riprodurre una mano umana nelle dimensioni e nei movimenti, ma non esclude di poter riprodurre una mano di un animale avente un metacarpo e dita atte a muoversi in flessione ed in adduzione.

Per "metacarpo''si definisce una porzione della mano dalla quale si estendono le dita, delimitato inferiormente dai palmo e superiormente dal dorso della mano. Il metacarpo si estende sostanzialmente lungo un piano. Per "piano metacarpale" si intende un piano sostanzialmente mediano rispetto al metacarpo.

Per "falange prossimale" delle dita si intende la falange di ciascun dito, direttamente collegata al metacarpo, mentre per "falange distale" si intende quella più distante dal metacarpo .

Per "flessione" si intende la rotazione della falange prossimale lungo un piano sostanzialmente ortogonale al piano metacarpale ed attorno ad un asse parallelo al piano metacarpale, mentre per "asse di flessione" si intende tale asse di rotazione.

In particolare, in riferimento alla figura 2, la protesi (1) comprende mezzi di flessione delle dita atti a far ruotare le dita (12) attorno ad un asse e attuati da una trasmissione meccanica (13) in grado di convertire il moto traslatorio del gruppo slitta (2) rispetto al telaio (3) in rotazione delle dita (12). La protesi (1) comprendente quindi un telaio (3), che sarà connesso con il polso dell'amputato, sul quale è ricavata o fissata una cremagliera {45, La protesi è poi composta da una slitta (2) vincolata in modo da permettere la sua traslazione relativa rispetto al telaio (3). Su detta slitta (2] è montata in modo folle una ruota dentata (5) tale da ingranare con la cremagliera (4) fissa sul telaio (3). Tra la slitta (2) e il telaio (3) è interposto un elemento elastico (6), ad esempio una molla a compressione, in modo da riportare la slitta (2) nelle sue condizioni iniziali ogni qual volta non vi sia carico applicato all'estremità della mano. La ruota dentata (5) può essere calettata direttamente sull'albero di trasmissione (8), permettendo la trasmissione di potenza in modo bi-direzionale, oppure può essere montata su di una ruota libera {7) coassiale con l'albero di trasmissione (8). In questo caso la ruota libera (7) è configurata in modo da permettere La trasmissione di potenza tra ruota (5) e albero (8) ogni qual volta la slitta (2) sia fatta traslare in verso tale da avvicinarsi al polso dell'amputato, ovvero minimizzando la distanza tra slitta (2) e telaio (3), ovvero qualora la protesi (1) sia soggetta ad una sollecitazione di compressione ottenibile spingendo la protesi (1) contro un ostacolo. La ruota libera (7) non permetterà invece la trasmissione di potenza tra ruota (5} e albero (8) per traslazioni in verso opposto al precedente, ovvero massimizzando la distanza tra slitta (2) e telaio (3), ovvero quando la protesi (1) non sia soggetta a carico esterno di compressione e la slitta (2) sia riportata in condizioni iniziali dall'elemento elastico (6). Questa configurazione permette di ottenere un meccanismo di chiusura della protesi multi-stadio, 1/ albero (8) è calettato ad un meccanismo di irreversibilità (9) ad esempio di tipo a rocchetto, e collegato ad almeno un dito della protesi (12}, Il meccanismo di irreversibilità (9) permette di mantenere una determinata configurazione del dito/a (12) qualora la slitta (2) sia riportata nella configurazione iniziale, ovvero non venga applicato un carico di compressione sulla slitta. Il rocchetto (9) è reso folle attraverso la leva (IO) attivabile dall'esterno e il/ie dito/a della protesi (12) sono richiamate in estensione attraverso la/e molla/e torsionale/i (11), In riferimento alla figura 3, il medesimo meccanismo è configurato in modo da mantenere fisso u corp0 ρr o t1rispetto al polso. Ir. questa realizzazione la slitta(2)risulta solidale oon il telaio (15) e il moto(generato dalla forza di contatto tra palmo [15, e oggetto da afferrare, viene trasmesso per mezzo della cremagliera(4)aUa ruota (S). in riferimento alla figura 4, il meccanismo è inteso come sistema di attuazione di una protesi di mano cinematica commerciale ,16,. Il meccanismo è qur configurato in modo da tendete il cavo di attuazione (17, di detta protesi cinematica<(>16<)>per la chiusura delle dita.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1,Protesi di mano (1) avente almeno un dito articolato (12) attuato da un meccanismo (13), comprendete almeno una slitta (2) & almeno una cremagliera (4} libere di traslare l'una rispetto all'altra. La cremagliera è configurata in modo da ingranare con almeno una ruota dentata (5) connessa con la rotazione di almeno un dito (L2) di detta protesi (1) . Il meccanismo (13) è quindi configurato ai fine di convertire il movimento traslatorio relativo tra slitta (2) e cremagliera (4) in rotazione di almeno un dito (12), Il movimento di traslazione può essere realizzato : -— della protesi (1) rispetto al telaio (3), ovvero il polso; — in alternativa, dal palmo (15) rispetto alla protesi (1}. Tale movimento di traslazione può essere generato dalle forze di interazione della protesi (1) con l'oggetto da afferrare, oppure da un ostacolo, oppure dall'arto contro laterale.
2. 2. Protesi di mano secondo rivendicazione 1, in cui il meccanismo di attuazione (13) è configurato in modo tale da permettere la rotazione delle dita (12) a più stadi. La ruota di trasmissione (5) sarà quindi connessa in serie con una ruota libera (7) e configurata In modo da permettere la conversione del moto da traslazione in rotazione solo in una direzione, ovvero quando vi è una forza di compressione agente sulla protesi 51}. Il moto inverso della slitta è realizzato attraverso elementi elastici (6), mentre un sistema di irreversibilità (9), de-selezionabile mediante una leva {10), permette di mantenere in posizione il/le dito/a della protesi o di tornare alla postura di partenza.
3. 3. Meccanismo (13) In grado di convertire il movimento traslatorio in rotazione, configurato in modo da permettere la rotazione, a più stadi secondo rivendicazione 2, di un rocchetto per l'avvolgimento di un cavo di attuazione (17) di una protesi di mano commerciale (16).