MX2007000682A - Mecanismo de protesis funcional para mano - Google Patents

Abstract

La presente invención titulada mecanismo de prótesis funcional para mano se refiere a una prótesis funcional para mano, cuyo objetivo es ofrecer a la población amputada una opción diferente para su rehabilitación empleando una tecnología práctica, eficiente e innovadora. El mecanismo de apertura y cierre de los dedos consiste en un tornillo sin fin y un móvil de desplazamiento acoplado al tornillo sin fin, dichos dispositivos están montados en una placa base y es enésta donde se montan y articulan los dedos de la mano artificial. Cuando el tornillo sin fin tiene un movimiento rotacional por efecto del actuador, el cuál puede ser un motor de corriente directa, se genera un desplazamiento lineal en el móvil de desplazamiento, esto genera la apertura de los dedos. El movimiento rotacional en sentido contrario permite que los dedos cierren. Se cuenta con una muñeca artificial que le permite tener el movimiento de pronación y supinación de la mano, la cuál se puede acoplar aun antebrazo mecánico o automático o directamente a un socket.

Description

MECANISMO DE PRÓTESIS FUNCIONAL PARA MANO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención recae en el área de dispositivos protésicos. Particularmente se refiere a una prótesis funcional para mano humana, cuyo objetivo es ofrecer a la población amputada una opción diferente para su rehabilitación empleando una tecnología práctica, eficiente e innovadora.

ANTECEDENTES Desde hace tiempo, la necesidad del hombre por desarrollar aparatos o sistemas para ayudar a las personas que sufrían la pérdida de algún miembro superior o inferior, ya sea por accidente o por malformación desde el nacimiento, ha llevado a la ingeniería a la creación de prótesis con el fin de ofrecer una opción diferente a la población amputada para su rehabilitación empleando los desarrollos tecnológicos que se van generando en éste sentido.

Las primeras prótesis que se construyeron eran meramente estéticas, es decir, no uncionales, posteriormente surgen las que operan por medio de sistemas mecánicos, enseguida aparecen prótesis para miembro superior (brazo) que sustituye a las tradicionales prótesis mecánicas de pinza o gancho, las cuales son accionadas mediante un chicote que obedece a los movimientos del hombro y ya en la actualidad surgen prótesis funcionales con un mayor desarrollo tecnológico que les permite ser más funcionales, ergonómicas, de fácil operación y mayor estética, acercándose cada vez mas a la apariencia y funcionamiento de un brazo o pierna real.

Con base a la investigación que se realizó, nos encontramos con tecnologías en las que se emplean diferentes mecanismos enfocados al campo de las prótesis de miembro superior para humanos, particularmente de mano, de los cuales se enlistan los que tienen un mayor parecido técnico con el mecanismo de prótesis funcional para mano: • El documento US5,013,326 se describe una mano artificial la cual esta provista de dedos torneados con cierta curvatura, el eje de éstas guarda un ángulo de 30° con respecto al eje del antebrazo y puede abrir hasta un ángulo de 70°. Cuenta también con un dedo pulgar, el cual tiene un ángulo agudo con respecto al plano del antebrazo, éste le permite tomar elementos o levantar objetos pequeños que se encuentren en una superficie. El movimiento de las falanges torneadas se transmite por medio de una media cremallera que va interna en éstas mismas. • El documento JP2080044 basa su funcionamiento en un mecanismo muy similar al descrito en la patente US5013326, donde el sistema mecánico corresponde a 3 ganchos ubicados de tal forma que simulan el dedo pulgar, índice y medio. Enfoca parte de su descripción en el actuador que genera el movimiento de la mano. • El documento WO0069375, 1968; se trata de una prótesis de mano la cuál tiene movimiento individual en cada uno de sus 5 dedos, cada dedo tiene un actuador independiente cuyo control se da por medio de galgas extensiométricas. • EL documento US5,200,679, 1993 describe una mano robótica que emplea un elemento protésico el cuál incluye 5 dedos. Cuenta con un motor de doble giro el cuál, por medio de dos cables, genera la apertura y cierre de la mano. Al girar el motor en un sentido genera una tensión en el primer cable, el cuál retrae las falanges hacia adentro de la mano y se genera el cierre, posteriormente el segundo cable genera una tensión en el segundo cable, esto por el giro inverso del motor, ello genera que los dedos regresen a la posición original de extensión, es decir, apertura de la mano. El documento US4,114,464 habla sobre un mecanismo de mano artificial la cuál consta de por lo menos un dedo y el pulgar y con ellos se genera la apertura y cierre de los mismos por medio de un engrane unido a cada uno de ellos, mismos que se comprometen o ajustan a un engrane de gusano el cuál esta acoplado a un motor. En el documento US4,377,305 describe el funcionamiento de una mano artificial la cual cuenta con dos sujetadores que articulan en un perno el cuál les brinda el movimiento de apertura y cierre de los sujetadores, además de que le brinda movimiento de flexo-extensión de los mismos sobre el mismo cuadrante o plano que la apertura y cierre, los sujetadores pueden rotar ya que están montados en un eje paralelo al eje del perno. El movimiento para apertura y cierre de los sujetadores se da por medio de una cremallera dual de sección curva y un engrane recto acoplado mecánicamente a ellas. Cuenta también con movimiento de aducción -abducción y giro de muñeca. En el documento US5,080,681, 1990 se describe el funcionamiento de una mano artificial que consta de dos falanges móviles y de un gancho que simula el dedo pulgar, el movimiento de apertura y cierre de las falanges que se describen de éste mecanismo de prótesis se da por medio de un dispositivo móvil accionado por medio de un actuador, cuando éste último se activa, el dispositivo móvil se desliza a través de una guía que se encuentra en el chasis de la mano artificial. Cuenta con un sistema de tendones artificiales los cuales están unidas al dispositivo móvil por un lado y posteriormente a las falanges, cuando el dispositivo se desplaza hacia próxima! (hacia el cuerpo del paciente) los tendones se contraen y generan el cierre de los dedos y cuando el móvil se desplaza a distal, los tendones se relajan y se genera la apertura de los dedos. El documento US5,888,246 describe el acoplamiento entre un tornillo sin fin y un engrane unido a un miembro de dedo: el tomillo sin fin transmite el movimiento al engrane y se genera el movimiento angular de un miembro que simula un dedo, tiene la opción de acoplarse a una mano artificial. En el documento US5,378,033 describe un complejo mecanismo de mano, el cuál consiste en tres dedos montados sobre un par de placas que están dentadas en tres secciones de su periferia, mediante ello se genera el giro de la mano por medio de engranes que transmiten el movimiento proveniente de un motor. La apertura y cierre de los dedos se da por medio de un mecanismo que cuenta con un par de engranes cónicos unidos, uno se une al eje del motor y el otro a una leva con seguidor, éste ultimo esta unido a tres elementos que sirven de guía a la base de los dedos, la trayectoria de elevación máxima del seguidor genera un movimiento a las tres guías unidas a cada dedo, estas transmiten el desplazamiento a la base de los dedos que articulan en uno de los discos, esto genera un efecto de palanca con lo cuál se abren, éste movimiento se transmite a las falanges por medio de un sistema de engranes acoplados desde la base del dedo hasta la falange distal del dedo por ambos lados con lo cual los dedos se van abriendo, cuando el seguidor tiene su descenso se genera el cierre de los dedos. El documento GB2072020 describe el funcionamiento de una prótesis de mano que utiliza un tomillo sin fin estándar para la acción de apertura y cierre de los dedos, es la que más se acerca a nuestra invención.

• El documento CN2680418Y describe el funcionamiento de una mano artificial empleando el sistema de tomillo sin fin ayudado de una palanca o vástago para el movimiento del dedo pulgar. Si bien todos los antecedentes son funcionales en el campo de la invención, sin embargo existen algunos que basan su funcionamiento de apertura y cierre de los dedos en un tornillo sin fin con cuerda estándar. En el presente documento se explican las diferencias técnicas de nuestro desarrollo respecto a los ya realizados, dichas diferencias se presentan no solo en el sistema de accionamiento de los dedos, sino también en la placa que soporta los elementos, en la funcionalidad de los dedos, etc. A continuación se explica más a detalle la presente invención.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Figura 1 ; Despiece del mecanismo del mecanismo de prótesis funcional para mano. Figura 2; Unión de los elementos descritos en la figura 1. Figura 3; Muñeca artificial (16) y los elementos que la componen. Figura 4; Conjunto de los dedos del sistema. Figura 5; Detalle del dedo índice, se puede observar el resorte (2-a) y el tensor (3 -a). Figura 6; Placa de soporte (5) de los elementos de la mano. Figura 7; Corte longitudinal de la placa de soporte. Figura 8; Tornillo sin fin de 4 entradas (9-a) y rodamiento (14). Figura 9; Móvil de desplazamiento (8). Figura 10; Acoplamiento de dedos (2), (3) y (1) con tornillo sin fin (9) y móvil de desplazamiento (8). Figura 11 ; Acoplamiento de móvil de desplazamiento (8) con tornillo sin fin (9).

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El mecanismo de prótesis funcional para mano está constituido por una placa de soporte (5) en forma de 'U' la cuál cuenta con un barreno en la parte central de la curvatura (proximal) en la cuál se aloja un actuador, preferentemente un motor de CD; en las paredes internas de la placa de soporte se tiene un par de guías de alojamiento (5-b), donde se ubica una placa de seguridad (10), un segundo par de guías de desplazamiento sobre las cuales se desliza un móvil de desplazamiento (9), dichas guías permite un movimiento completamente lineal al móvil de desplazamiento, mismo que se monta sobre un tomillo sin fin de cuatro entradas (9) y se desplaza sobre del mismo (de proximal a distal y viceversa), dicho tomillo se une a la flecha del actuador (motor de CD) por su parte proximal; sobre el extremo distal de la placa (la parte mas lejana a la curvatura de la placa de soporte) se montan y articulan 3 dedos; cuenta también con una muñeca artificial (16) colocada en la parte posterior de la placa de soporte (proximal) en la cual se aloja parte del cuerpo del actuador (motor de CO), finalmente se tiene una placa de unión (10) que une la placa de soporte con la muñeca artificial.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El mecanismo de prótesis funcional para mano consta del módulo de mano artificial con movimientos de apertura y cierre de los dedos, esta acción es generada por medio de un sistema de tomillo sin fin y un móvil de desplazamiento. La prótesis está elaborada preferentemente a base de aluminio, nylon, fibra de carbono, acero inoxidable y bronce. A continuación se describe a detalle cada parte del sistema, así como su funcionamiento y modo de operación.

El mecanismo de prótesis funcional para mano cuenta con una placa de soporte (5) la cuál está hecha de un material ligero y de alta resistencia, como lo es el aluminio alumec 89. La particularidad de esta placa de soporte es que lleva maquinado, en cada una de las paredes internas de la misma, una guía de desplazamiento, (5-a) de la figura 7, paralelas al eje del rotor del actuador (13) (en este caso se prefiere un motor de corriente directa o CD) que sirven para que los mamelones (8-a), figura 9, del móvil de desplazamiento (8) se deslicen de forma lineal sobre la placa de soporte (5) para generar la acción de apertura y cierre de los dedos. También cuenta con una caja de alojamiento (5-b) de la figura 7, maquinada de forma vertical o perpendicular al eje del rotor del actuador, la cuál sirve de alojamiento para la placa de seguridad (10), la cuál tiene la particularidad de que sirve para evitar que la flecha del actuador se salga de la carcasa del mismo cuanto se tiene una presión muy grande al momento de levantar elementos de un peso considerable. Cuenta también con barrenos para alojamiento de las flechas sobre las cuales articulan los dedos y con un barreno en el cuál se aloja el actuador (13), mismo que es sujetado o acoplado a la placa de soporte (5) por medio de elementos de sujeción, como pueden ser prisioneros. Para dar mayor seguridad al sistema, se cuenta con una muñeca artificial (16), figura 1, ubicada en la parte externa-proximal de la placa de soporte (5) la cual cuenta con una caja de alojamiento para el actuador (13) y una caja de alojamiento donde entra un extremo de la placa de unión (11). La placa de unión (11), figura 1, tiene la acción de sujetar mecánicamente la muñeca artificial con la placa de unión por medio de elementos de sujeción y por ende dar soporte y unión al actuador (13).

El mecanismo de la mano artificial consta de sólo tres dedos, como se observa en la figura 4 estos son; pulgar (1) con su puntera (1-b) para tener mayor superficie de contacto, índice; conformado por la falange distal articulada (2) y por el cuerpo índice (3) y por último el cordial (4); éstos elementos van montados sobre una placa de soporte (5) en su parte distal (frontal) y articulan en la placa de soporte (5), puede hacerse empleo de pemos, (6) y (7-a). La falange distal articulada (2), el cuerpo índice (3), el dedo cordial (4) y el dedo pulgar (1 ) se montan en la placa de soporte (5), como se muestra en la figura 2. El elemento (2) articula sobre el cuerpo índice (3) por medio del perno (7), figura 1 , a su vez, el mamelón (3 -a) entra en el barreno (5-e), ubicado en la placa de soporte (5), por la parte externa de (5), El dedo cordial (4) transmite su movimiento a (3) por medio del perno, en este caso se emplea uno de forma rectangular (6), el cual entra en el mamelón (3 -a) y en el mamelón (4-b); apoyándonos de la figura 1 , podemos observar que el perno (6) tiene un elemento cilindrico en uno de sus extremos, éste se acopla en el barreno (5-f) y es reforzado por medio de un elemento se sujeción (como un perno o seguro) para evitar se llegue a salir por efecto del movimiento, Por último el dedo pulgar (1) articula por medio del perno (7-a) el cuál se aloja en los barrenos (5-d) y (5-g), el dedo (1) se fija en (7-a) por medio de un elemento de sujeción (prisionero).

El dedo pulgar (1 ) se opone a los dos restantes y el mecanismo de apertura y cierre de los mismos se realizan en virtud del trabajo realizado entre el tornillo sin fin (9) y el elemento móvil o móvil de desplazamiento (8) y el movimiento es transmitido por medio de un actuador (13) (preferentemente un motor de CD). Los dedos (1) y (4) cuentan con una guía de deslizamiento, (1 -a) y (4-a) respectivamente mostrados en la figura 4, sobre las cuales sirven de guía para el mamelón (8-c) de la pieza (8), esto permite un desplazamiento angular de los dedos por efecto del movimiento lineal del móvil de desplazamiento (8) de la figura 9, el cuál se desplaza a lo largo del tomillo sin fin (9) que esta unido mecánicamente a la flecha del actuador (13).

En la figura 9, podemos observar que móvil de desplazamiento (8) cuenta con 4 entradas (8-b) y con un par de elementos salientes (8-a) que se deslizan sobre las guías (5-a) maquinadas en (5), las cuales se pueden observar con mas detalle en la figura 7, esto permite que (8) se deslice sobre (5) con mayor facilidad manteniendo un desplazamiento completamente lineal.

Es muy importante mencionar que el tornillo sin fin (9) cuenta con una placa de seguridad (10) que se aloja en la placa de soporte (5), la cual evita que (9) se deslice o tenga juego sobre (5), además de que le brinda mayor seguridad a (13) al momento de que el paciente llegue a levantar elementos de un peso considerable; cabe mencionar que hay una guía (5-b) maquinada en (5) sobre la cuál ajusta la placa de seguridad (10), éstas guías le sirven de límite a la placa y con ello se evita que (10) se desplace o tenga algún tipo de movimiento sobre (5), un rodamiento (14) brinda un mejor ajuste y evita la fricción entre (9) y (10).

La velocidad con que abren y cierran los dedos mostrados en la figura 4, depende directamente de la relación que existe entre el numero de entradas del tomillo, en éste caso son 4 entradas (9-a de la figura 8), y el paso diametral, sin embargo estos parámetros pueden variar dependiendo de las necesidades que se requieran del sistema. En los documentos de patente GB2072020 y CN2680418Y, también se emplea un tomillo sin fin como sistema de accionamiento de apertura y cierre de los dedos, éstos manejan o utilizan una cuerda estándar para el tornillo, a diferencia del que se emplea en la presente invención. El problema que presentan los documentos anteriores es que si en un momento determinado requieren que el sistema de apertura y cierre de los dedos tenga una velocidad mayor, es decir, que abra y cierre en menor tiempo, se requiere de un consumo mayor de corriente por parte del o los actuadotes. Así mismo al querer tener una mayor velocidad, por ende disminuirá el torque o potencia que existe en el motor de CD, lo cual se ve reflejado en que los dedos no tendrán una fuerza suficiente como para tomar elementos de un peso considerable, por otro lado, si lo que requieren es tener un mayor torque, la velocidad con que abren y cierran los dedos se verá disminuida considerablemente. Dicho problema se resuelve con el tomillo que se propone en la presente invención, ya que no es estándar debido a que cuenta con 4 entradas en lugar de una y su paso de avance es de entre 4 y cinco veces mayor a los convencionales. Ello le permite tener una velocidad considerable y una alto torque sin tener que brindarle un mayor consumo de corriente. Con el empleo de este tipo de tomillo de 4 entradas (9) se logra obtener una buena velocidad y un alto torque, es decir, no se sacrifica alguno de los dos parámetros que resultan de suma importancia en la prótesis de mano y no se requiere de mayor consumo de corriente. En la presente invención existe una relación entre el número de entradas del tornillo con su paso de avance, con ello se determina la velocidad con que el móvil de desplazamiento se desplazará sobre el tornillo sin fin, estos parámetros se ajustan dependiendo de las necesidades del paciente.

La forma en que opera este conjunto de elementos es el siguiente: Cuando el actuador (13) es energizado con polaridad positiva-negativa, la flecha del mismo transmite su movimiento rotacional al tornillo sin fin (9), ya que están acoplados mecánicamente, es en este momento cuando, por la misma acción rotacional, el móvil de desplazamiento (8) que se acopla a (9) tiene un desplazamiento lineal, paralelo al eje del rotor del actuador (13), de proximal a distal. Éste desplazamiento permite que los dedos (1) y (4), que están comprometidos con el mamelón (8-c) el móvil (8) por medio de las guías de deslizamiento (1-a ) y (4-a) respectivamente y articulados sobre la placa (5), tengan un movimiento angular, generándose así la acción de apertura de los dedos de la mano. En cuanto al cierre de los dedos, el funcionamiento es el mismo, lo único que se tiene que hacer es polarizar el actuador de forma inversa al de apertura (negativo -positivo), generándose así un desplazamiento del móvil (8) de distal a proximal sobre las guías de desplazamiento (5-a), de este modo tenemos la acción de cierre de los dedos de la mano. En la figura 10 podemos observar el movimiento de apertura y cierre de los dedos, así como su acoplamiento sobre el móvil de desplazamiento (8) y el tomillo sin fin (9). Es muy importante mencionar que el sistema cuenta con interruptores electromecánicos que impiden que el sistema de apertura y cierre de los dedos siga operando en sus límites de apertura y cierre máximos, cortando la corriente que es enviada al actuador una vez que llega a sus límites de operación. Al momento en que se efectúa el cierre de los dedos, se genera el movimiento de la falange articulada (2) sobre (3). Este mecanismo funciona de la siguiente manera: la falange articulada mantiene una posición original (de extensión) cuando la mano esta abierta, esto se logra por medio de un elemento resistivo o resorte (2-a) ubicado entre (2) y (3), como se muestra en la figura 4. Cuando la mano cierra, existe un elemento tensor interno (3 -a) en (3) que hace que (2) se retraiga hacia adentro de la mano, venciendo la fuerza del resorte (2-a), es decir, comprimiéndolo, de tal forma que cuando los dedos llegan a su cierre máximo, la puntera (1-b) empata con la falange articulada (2), esto permite que el paciente tome elementos pequeños con mayor precisión y facilidad. Cuando la mano abre, actúa nuevamente el resorte (2-a) que se encuentra en compresión, haciendo que (2) regrese a su posición original y el tensor (3-a) entre en reposo. Con ello se logra que la mano artificial tenga un parecido mayor con una mano biológica, ya que normalmente las manos artificiales que existen en el mercado cuentan con un dedo pulgar más largo de lo que es un dedo pulgar humano. Las dimensiones del mecanismo de prótesis fiincional para mano, en sus elementos mecánicos, quedan sujetas en relación a la anatomía del paciente

Claims (2)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Mecanismo de prótesis funcional para mano, constituido por: Una placa de soporte (5) en forma de 'U' la cuál cuenta con un barreno en la parte central de la curvatura (proximal) en la cuál se aloja un actuador, preferentemente un motor de CD; en las paredes internas de la placa de soporte se tiene un par de guías de alojamiento (5-b), donde se ubica una placa de seguridad (10), un segundo par de guías de desplazamiento sobre las cuales se desliza un móvil de desplazamiento (9), dichas guías permite un movimiento completamente lineal al móvil de desplazamiento, mismo que se monta sobre un tornillo sin fin de cuatro entradas (9) y se desplaza sobre del mismo (de proximal a distal y viceversa), dicho tomillo se une a la flecha del actuador (motor de CD) por su parte proximal; sobre el extremo distal de la placa (la parte mas lejana a la curvatura de la placa de soporte) se montan y articulan 3 dedos; cuenta también con una muñeca artificial (16) colocada en la parte posterior de la placa de soporte (proximal) en la cual se aloja parte del cuerpo del actuador (motor de CD), finalmente se tiene una placa de unión (10) que une la placa de soporte con la muñeca artificial.

2. Mecanismo de prótesis funcional para mano, con base en la reivindicación 1, donde las guías de alojamiento (5-b) sobre la placa de soporte sirven de alojamiento para una placa de seguridad (10) y cuya particularidad es que con ello se evita que el actuador (motor de CD) se dañe cuando se tiene una presión muy elevada al momento de levantar o soportar elementos de un peso considerable con la prótesis. Mecanismo de prótesis funcional para mano, con base en la reivindicación 1, donde los tres dedos son; pulgar (1), el cual cuenta con una puntera (1-b) cuyo objetivo es el permitir tener mayor superficie de contacto con los elementos que tome, índice; conformado por una falange distal articulada (2) y por un cuerpo de índice (3) y por último un dedo cordial (4), éstos elementos van montados sobre la parte distal de la placa de soporte (5) y articulan sobre ella. Mecanismo de prótesis funcional para mano, conforme a reivindicación 3, donde el dedo índice cuenta con una falange distal articulada (2); la particularidad de dicho elemento es que permite que, al cierre de los dedos, ésta empate con la puntera del dedo pulgar (1-b), permitiendo así que paciente pueda tomar elementos pequeños o delgados; cuando la mano cierra, un tensor interno (3-a) en (3) hace que la falange distal articulada (2) se retraiga hacia adentro de la mano, venciendo la fuerza de un resorte (2-a), es decir, comprimiéndolo, de tal forma que cuando los dedos llegan a su cierre máximo, la falange articulada (2) empata con la puntera (1-b) del dedo pulgar, permitiendo que el paciente tome elementos pequeños con mayor precisión y facilidad, y cuando la mano abre actúa el resorte (2-a) que se encuentra en compresión, haciendo que la falange distal articulada (2) regrese a su posición original y el tensor (3-a) entre en reposo. Mecanismo de prótesis funcional para mano, conforme a reivindicación 3, donde los dedos pulgar (1) y cordial (4) cuentan con unas guías de desplazamiento (4-a) y (1 -a) en su parte proximal (parte apuesta a la punta del dedo) sobre las cuales se desplaza cada uno de los mamelones del móvil de desplazamiento, dicho desplazamiento del móvil sobre las guías genera la acción de apertura y cierre de los dedos que articulan en la placa de soporte. Mecanismo de prótesis funcional para mano, conforme a reivindicación 1, donde el tomillo sin fin tiene la particularidad de que, por efecto de sus cuatro entradas, permite que el móvil de desplazamiento tenga una velocidad alta sin tener que disminuir el torque del actuador (motor de CD) y tener un menor consumo de corriente. Mecanismo de prótesis funcional para mano, con base en la reivindicación 1, la muñeca artificial se caracteriza porque tiene un barreno donde se aloja el actuador (motor de CD) y cuya función es la de darle cuerpo y protección al actuador y sirve de elemento de unión con la placa de soporte por medio de una placa de unión y puede unirse también a un posible socket o extensión de antebrazo manual o automático. Mecanismo de prótesis funcional para mano, con base en las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el mecanismo de prótesis funcional para mano, en sus elementos mecánicos, quedan sujetas en relación a la anatomía del paciente.