MX2008009053A - Dispositivo, sistema y metodo para el tratamiento con compresion de una parte del cuerpo. - Google Patents
Dispositivo, sistema y metodo para el tratamiento con compresion de una parte del cuerpo.Info
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Abstract
Un dispositivo para tratamiento por compresión de una parte del cuerpo comprende un elemento de compresión 20, adaptado para rodear al menos parcialmente la parte del cuerpo, y una unidad de activación 10, dispuesta para ajustar el elemento de compresión para proporcionar una fuerza de compresión a la parte del cuerpo; la unidad de activación comprende un activador de material activo; también se describe un sistema que comprende dicho dispositivo y métodos para su uso terapéutico, cosmético y no terapéutico y operación.
Description
DISPOSITIVO, SISTEMA Y METODO PARA EL TRATAMIENTO CON COMPRESION DE UNA PARTE DEL CUERPO
CAMPO TECNICO
La presente descripción se relaciona con un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo. La descripción también se relaciona con un sistema para el tratamiento con compresión, que comprende tal dispositivo y con un método de tratamiento con compresión, utilizando tal dispositivo. La descripción se relaciona además con accionadores que pueden utilizarse en el dispositivo para el tratamiento con compresión, pero también en otras aplicaciones en donde una correa se va a apretar alrededor de un objeto.
ANTECEDENTES
Las terapias con compresión pueden utilizarse para el tratamiento y/o profilaxis de varias condiciones, incluyendo, de manera no exclusiva, Trombosis de las Venas Profundas (DVT), trastornos vasculares, trastornos circulatorios, edemas, condiciones cardiacas (tratadas mediante contrapulsación), linfedema, quemaduras y embolismos. Otras áreas de uso puede ser la terapia para la tensión, terapia con masaje, verificación de la
presión sanguínea, mecanismos de ajuste apropiado para prótesis y trajes para evitar la recolección de la sangre en partes del cuerpo de pilotos o conductores de automóviles de carreras sometidas a fuerzas G. La US 2004/0073146 A1 describe un dispositivo portátil para mejorar el flujo sanguíneo en un miembro en vista de disminuir el riesgo de desarrollar una Trombosis de las Venas Profundas. El dispositivo comprende una correa, que se enrolla alrededor del miembro, y un alojamiento que comprende un motor, que está colocado para jalar la correa mediante un movimiento oscilante, de manera que se aplica una fuerza compresiva al miembro. El motor de la US 2004/0073146 A1 es un tipo electromagnético, que proporciona una baja relación de potencia a peso, y por lo tanto es un dispositivo muy voluminoso. Cuando se combina con la baja eficiencia de los motores descritos y los elementos de transmisión de potencia, el resultado es una corta vida de la batería. Además, el dispositivo requeriría un mecanismo de aseguramiento complejo para mantener la presión durante un periodo más largo que aquél del movimiento oscilante. También, debido a las capacidades de torque de los motores electromagnéticos convencionales, sería difícil cumplir con los requisitos de fuerza para la profilaxis de la Trombosis de las Venas Profundas utilizando esta tecnología y en un formato compacto. Además, puesto que el movimiento oscilante se produce a través de un mecanismo intermedio y la mecánica del tejido de cada paciente es diferente,
habrá poco o ningún control de la salida de la fuerza real aplicada por las correas al paciente. La US 2002/0173735 A1 , describe un dispositivo para el tratamiento con contrapulsaciones externas de una enfermedad cardiaca o trastorno circulatorio. El dispositivo comprende un manguito, que se va a envolver alrededor de la extremidad de un paciente. Los extremos del manguito se unen uno con el otro de manera que la activación eléctrica de los accionadores del manguito causará que se constriña. Los accionadores pueden ser accionadores de solenoide, que proporcionan típicamente un movimiento oscilante. El dispositivo de la US 2002/0173735 A1 sólo es adecuado para aplicaciones con impulsos, puesto que el accionador de solenoide no puede mantener una fuerza durante un periodo más largo que aquél del movimiento oscilante, puesto que se requeriría una corriente muy alta para proporcionar una baja frecuencia u operación estática. Este dispositivo también proporciona una baja relación de potencia a peso, resultando en un dispositivo pesado. Además, el dispositivo sólo es capaz de proporcionar movimientos pequeños, debido a los requisitos de un ajuste apretado del manguito. Además, los accionadores de solenoide son sólo capaces de proporcionar movimientos pequeños, planteando por lo tanto requisitos de ajuste apretado en el manguito. Las limitaciones del movimiento de los accionadores también limitarán las fuerzas reales que uno puede aplicar al paciente, puesto que la resistencia del tejido del paciente tendrá que
superarse para alcanzar niveles de fuerza significativos. La US 6,494,852 B1 , describe un dispositivo de compresión neumático ambulante portátil, que comprende una manga que tiene células inflables, que están acopladas a un conducto que suministra un fluido desde un dispositivo de control. El uso de accionamiento neumático como se describe en la US
6,494,852 B1 , también proporciona una baja relación de potencia a peso y, por lo tanto, hace al dispositivo voluminoso. Además, la eficiencia de los dispositivos neumáticos es baja, puesto que gastan mucha energía en sus compresores, válvulas, acumuladores, conductos y expansión de la vejiga, además de gastar energía en cada ciclo de desinflado, dejando salir el aire comprimido a los alrededores. Por lo tanto, tal dispositivo requiere una unidad de potencia sobredimensionada y proporcionará vidas cortas de la batería. El uso de vejigas neumáticas también resulta en prendas voluminosas, no respirables, alrededor del miembro del paciente. Los dispositivos de comprensión que tienen correas o manguitos que comprenden un material activo, que están pretendidos para enrollarse alrededor de una parte del cuerpo, se ilustran en la US 5,997,465, US 6,123,681 , US 6,198,204 B1 , EP 1 324 403 A1 , US 2004/0167375 A1 , WO 2004/093763 A1 y US 2005/0043657 A1. Estos dispositivos generalmente requieren grandes cantidades de material activo, y por lo tanto, sólo son adecuados actualmente para aplicaciones de alto costo. Algunos de los conceptos mostrados en estos documentos también requieren materiales activos que tienen propiedades que no pueden lograrse en una producción a
gran escala o no pueden mantenerse durante muchos ciclos de accionamiento con materiales conocidos. Cada una de las configuraciones de la técnica anterior plantearía una carga indebida en las propiedades del material activo. Los materiales requieren realizar combinaciones extremas de golpes y fuerza contra los pacientes, con una geometría que varía ampliamente y resistencia del tejido. Por lo tanto, se necesita un material excesivo o un material con muy alto rendimiento para los dispositivos, conduciendo tanto a dispositivos de alto costo como a problemas de confiabilidad y seguridad incrementados en los dispositivos prácticos. Por lo tanto, existe la necesidad de un dispositivo mejorado para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Un objetivo de esta descripción es proporcionar un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, que elimina o al menos alivia algunas o todas las desventajas de la técnica anterior. Un objetivo particular es proporcionar un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, que tiene una relación de potencia a peso mejorada.
Aún otro objetivo es proporcionar un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, que pueda producirse a un costo razonable. Aún otro objetivo es proporcionar un dispositivo adecuado para tratamientos ambulatorios con una larga vida de la batería. Aún otro objetivo es proporcionar un medio seguro y fácil de utilizar para aplicar tratamientos con compresión. Aún otro objetivo es proporcionar un dispositivo para el tratamiento con compresión, que pueda hacerse muy compacto y que pueda exhibir una baja altura desde la parte del cuerpo y hacia fuera. Los objetivos anteriores se cumplen completa o parcialmente por los dispositivos, sistemas y métodos de acuerdo con las reivindicaciones independientes anexas. Las modalidades se exponen en las reivindicaciones dependientes anexas, en la siguiente descripción y en los dibujos anexos. De acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo. El dispositivo comprende un miembro de compresión, adaptado para rodear al menos parcialmente la parte del cuerpo, y una unidad de accionamiento, colocada para apretar el miembro de compresión para proporcionar una fuerza compresiva a la parte del cuerpo. La unidad de accionamiento comprende un accionador de un material activo. Por "material activo" se entiende un material que exhibe un fuerte acoplamiento entre los mecanismos de almacenamiento de energía (fuerte es con relación al acoplamiento observado en otros
materiales comunes). En particular, con respecto a esta descripción, el término "material activo" pretende cubrir materiales que exhiben un fuerte acoplamiento entre los mecanismos de almacenamiento de energía eléctrica, química o térmica y mecánica (electromecánica, termomecánica, electrotermomecánica o electroquimiomecánica). Tales materiales se han clasificado por la comunidad de investigadores. Generalmente, tales materiales activos se clasifican en los siguientes grupos: polímeros electroactivos, cerámicas y cristales electroactivos y materiales con memoria de la forma. Los polímeros electroactivos (EAP) comprenden materiales activados por el campo E, tales como ferroeléctricos, piezoeléctricos, electroestrictivo, electretos, elastómeros de cristal líquido, elastómeros activados por la tensión de Maxwell y compuestos de los mismos. Los polímeros electroactivos también comprenden polímeros conductores activados electroquímicamente, compuestos ionoméricos de polímero-metal (IPMC), nanotubos de carbono y geles de polímero electroactivo. Los materiales de este tipo se describen y caracterizan en Bar-Cohen Y. (editor): Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles: Realitv, Potential. and Challenqes, 2a Edición, SPIE Press, Bellingham, 2004. Las cerámicas y cristales electroactivos comprenden materiales piezoeléctricos, electroestrictivos y compuestos de piezocerámica-polímero, materiales magnetoestrictivos y materiales con un solo cristal. Los materiales de este tipo se describen y caracterizan en Moulson A.J., Herbert J.M.:
Electroceramics: Materials, Properties, Applications, 2a Edición, John Wiley &
Sons, West Sussex, 2003. Los materiales con memoria de la forma incluyen aleaciones con memoria de la forma, que pueden activarse por la temperatura o activarse por el Campo H, y polímeros con memoria de la forma. Los materiales de este tipo se describen y caracterizan en Otsuka K., Wayman CM.: Shape Memory
Materials, Cambridge University Press, Cambridge, 1999. Esta reconocido que en este campo que evoluciona rápidamente, que nuevos materiales están siendo descubiertos o diseñados de manera constante. Nuevos accionadores del material activo, posiblemente con un desempeño excepcional, podrían desarrollarse a partir de tales nuevos materiales, y por lo tanto, las modalidades en esta aplicación podrían implementarse con tales accionadotes avanzados (y beneficiase de las fuerzas, densidad de la potencia o velocidad del movimiento incrementados). Al utilizar un accionador de un material activo, es posible proporcionar un dispositivo de compresión compacto, que puede producirse a bajo costo, y que puede proporcionarse con suficiente capacidad de fuerza. La unidad de accionamiento puede colocarse para afectar de manera gradual el miembro de compresión. Al apretar de manera gradual el miembro de compresión, es posible utilizar accionadores que son capaces de movimientos muy pequeños, los cuales se repiten para proporcionar un movimiento suficiente.
En el dispositivo, un miembro de sujeción puede conectarse al accionador para realizar un movimiento cíclico, y el miembro de sujeción puede colocarse para acoplar un miembro móvil, conectado al miembro de compresión. El movimiento cíclico puede ser, por ejemplo, asimétrico, elíptico, sustancialmente circular o sustancialmente oscilante. El miembro móvil puede, durante una primera parte del movimiento cíclico, moverse con el miembro de sujeción, y durante una segunda parte del movimiento cíclico, moverse con relación al miembro de sujeción. Por lo tanto, durante la primera parte del movimiento cíclico, puede haber ningún o muy poco movimiento relativo (deslizamiento) entre el miembro de sujeción y el miembro móvil, y durante la segunda parte del movimiento cíclico, puede haber un deslizamiento entre el miembro de sujeción y el miembro móvil, o un desacoplamiento completo. Durante la primera parte del movimiento cíclico, el miembro de sujeción puede estar en acoplamiento de transferencia de fuerza con el miembro móvil, y durante la segunda parte del movimiento cíclico, el acoplamiento de transferencia de fuerza puede eliminarse o reducirse sustancialmente. El dispositivo puede comprender además medios para desviar el miembro móvil y el miembro de sujeción uno hacia el otro. Tales medios de desviación pueden incrementar la capacidad de fuerza de la unidad de accionamiento, y puede tomar la forma de, por ejemplo, resortes y otros elementos elásticos.
El miembro de sujeción puede proporcionarse con un recubrimiento resistente al desgaste. Tales recubrimientos se conocen per se por la persona con experiencia. El miembro de sujeción puede proporcionarse con un recubrimiento que mejore el agarre. Tales recubrimientos son conocidos per se por la persona con experiencia. La unidad de accionamiento puede comprender además un segundo accionador y un segundo miembro de sujeción. El primer y segundo miembros de sujeción pueden coordinarse y operar de manera simultánea o de una manera alterna. El miembro de sujeción y el segundo miembro de sujeción pueden colocarse en caras opuestas del miembro móvil. De manera alterna, o como un complemento, el miembro de sujeción y el segundo miembro de sujeción pueden colocarse en la misma cara del miembro móvil. Una frecuencia del movimiento cíclico puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 a 200 Hz, de aproximadamente 0.2 a 20 kHz o de aproximadamente 20 kHz a 1 MHz. El dispositivo puede comprender además medios de rectificación para proporcionar un movimiento de una vía del miembro móvil. Tal rectificación puede incrementar la capacidad de fuerza al reducir o eliminar el deslizamiento entre el miembro de sujeción y el miembro móvil.
De acuerdo con un primer principio, el accionador puede comprender una región activa que se extiende paralela con una dirección en la cual el miembro móvil es desplazable, en donde el miembro móvil tiene una porción sustancialmente plana o ligeramente curva orientada hacia el accionador, y en donde el miembro de sujeción sobresale del accionador hacia el miembro móvil. La región activa es la parte del accionador que proporciona el movimiento. En una primera modalidad, pueden proporcionarse medios de amplificación por medio de una morfología el material activo. El accionador puede comprender al menos dos conjuntos de electrodos, cada conjunto de electrodos está conectado de manera operativa a una región del material activo del accionador y es controlable de manera individual, y en donde la región del material activo del accionador está conectada de manera operativa al miembro de sujeción. Los conjuntos de electrodos pueden ser controlables para controlar la dirección del movimiento del miembro móvil. Un primer conjunto de electrodos puede ser controlable para mover el miembro móvil en una primera dirección, y en donde el segundo conjunto de electrodos puede ser accionable para mover el miembro móvil en una segunda dirección opuesta. El accionador puede tener al menos una frecuencia resonante o antirresonante favorable, y en donde al menos uno de los conjuntos de
electrodos puede ser accionado en la frecuencia resonante o antirresonante favorable. Los medios de rectificación pueden proporcionarse por el miembro de sujeción, durante una porción del movimiento cíclico, en donde el miembro de sujeción es móvil con relación al miembro móvil, siendo móvil en una primera dirección una distancia, que es mayor que una distancia que una contrafuerza proporcionada por un sistema que comprende la parte del cuerpo y el miembro de compresión durante la porción del movimiento cíclico, es capaz de mover el miembro móvil en una segunda dirección opuesta. En una segunda modalidad, los medios de rectificación pueden proporcionarse por la unidad de accionamiento que comprende al menos dos miembros de sujeción, cada miembro de sujeción es controlable de manera individual para realizar un movimiento cíclico respectivo. En esta modalidad, los miembros de sujeción pueden colocarse para ser accionados con un retraso entre sus movimientos cíclicos respectivos, de manera que, en cualquier punto en el tiempo, al menos uno de los miembros de sujeción está en acoplamiento de transferencia de fuerza con el miembro móvil. De acuerdo con un segundo principio, el material activo puede conectarse al miembro de sujeción vía medios de amplificación. Los medios de amplificación pueden comprender un miembro de guía de onda y/o de formación de la onda, o una estructura equivalente. El material activo y los medios de amplificación pueden colocarse de manera que una primera frecuencia de accionamiento aplicada
al material activo, proporciona una primera dirección del movimiento cíclico del miembro de sujeción, y una segunda frecuencia de accionamiento diferente, aplicada al material activo, proporciona una segunda dirección opuesta del movimiento cíclico del miembro de sujeción. Los medios de rectificación pueden proporcionarse por el miembro de sujeción, durante una porción del movimiento cíclico, en donde el miembro de sujeción es móvil con relación al miembro móvil, siendo móvil en una primera dirección una distancia, que es mayor que una distancia, con la cual una contrafuerza proporcionada por un sistema que comprende la parte del cuerpo y el miembro de compresión durante la porción del movimiento cíclico, es capaz de mover el miembro móvil en una segunda dirección opuesta. En una tercera modalidad, los medios de amplificación pueden comprender un cuerno resonante, que está conectado al miembro de sujeción y al alojamiento o armazón de la unidad de accionamiento. El accionador puede proporcionarse en un borde externo del cuerno resonante. Por ejemplo, el accionador puede proporcionarse en un nodo del cuerno resonante. El cuerno resonante puede tener una sección transversal, que se ahúsa hacia el miembro de sujeción. En una cuarta modalidad, los medios de amplificación pueden comprender una aleta o un brazo que se extiende del accionador al miembro de sujeción.
Al menos dos aletas pueden extenderse del accionador a un miembro de sujeción respectivo. De acuerdo con un tercer principio, el miembro móvil puede proporcionarse con medios para el entrelazado positivo con el miembro de sujeción. Tal entrelazado positivo puede proporcionar los medios de rectificación. Los medios para el entrelazado positivo pueden comprender una estructura de trinquete que se extiende en una dirección paralela con la dirección del movimiento del miembro móvil. Los medios para el entrelazado positivo pueden comprender al menos dos estructuras de trinquete paralelas. En una quinta modalidad, la estructura de trinquete puede comprender una pluralidad de dientes colocados secuencialmente, cada diente tiene al menos una superficie de aseguramiento adaptada para la interacción con el miembro de sujeción. Dos superficies de aseguramiento adyacentes pueden estar separadas por una distancia que es menor que la carrera máxima de accionador. El accionador puede comprender una primera región activa colocada para mover el miembro de sujeción en una dirección paralela con la dirección del movimiento pretendida del miembro móvil, y una segunda región activa, colocada para mover el miembro de sujeción en una dirección lejos del miembro móvil.
La primera región activa puede colocarse para mover el miembro de sujeción en una dirección paralela con la dirección del movimiento pretendido del miembro móvil a una primera velocidad, y un movimiento en una segunda dirección sustancialmente opuesta, a una segunda velocidad más alta. La segunda velocidad puede adaptarse para ser suficiente para mover el miembro móvil en su dirección de movimiento pretendida, a pesar de una contrafuerza de la parte del cuerpo comprimida. El miembro de sujeción y el miembro móvil pueden, durante el primer y segundo movimientos, desviarse uno hacia el otro. En una sexta modalidad, un miembro de sujeción respectivo que comprende un gancho respectivo, puede colocarse para interactuar con la estructura de trinquete respectiva. Los miembros de sujeción pueden colocarse para accionarse con un retraso entre sus movimientos cíclicos respectivos, tal que, en cualquier punto de tiempo, al menos uno de los miembros de sujeción está en acoplamiento de transferencia de fuerza con su estructura de trinquete asociada. De acuerdo con un cuarto principio, el miembro móvil puede comprender un miembro de guía que se extiende sustancialmente paralelo con su dirección de movimiento pretendida, por lo que el miembro de sujeción comprende primer y segundo miembros de abrazadera separados longitudinalmente, que son controlables para el acoplamiento liberable con el
miembro de guía, por lo que el miembro de sujeción comprende además un miembro de movimiento longitudinal que se extiende entre los miembros de abrazadera, por lo que el miembro de movimiento longitudinal es expandible y contraíble de manera controlable en una dirección paralela con el miembro de guía. Los miembros de abrazadera y el miembro de movimiento longitudinal pueden ser controlables de manera individual. Los miembros de abrazadera y el miembro de movimiento longitudinal pueden ser accionables en los siguientes estados: a) un estado de aseguramiento, por lo que los miembros de abrazadera están en un estado de transmisión de fuerza con relación al miembro de guía, b) un primer estado de movimiento, por lo que el primero de los miembros de abrazadera está en un estado de transmisión de fuerza con relación al miembro de guía, en donde el segundo de los miembros de abrazadera es móvil con relación a la pared del espacio, y en donde el miembro de movimiento longitudinal está expandido o contraído, y c) una segunda fase de movimiento, por lo que el segundo de los miembros de abrazadera está en un estado que transmite fuerza con relación al miembro de guía, en donde el primero de los miembros de abrazadera es móvil con relación al miembro de guía, y en donde el miembro de movimiento longitudinal está expandido o contraído.
De acuerdo con un quinto principio, el accionador puede colocarse para causar que el miembro de sujeción realice un movimiento oscilante, que tiene un componente en un plano sustancialmente paralelo con una dirección de movimiento pretendida del miembro móvil, por lo que los medios de rectificación se proporcionan para: proporcionar una alta fricción entre el miembro de sujeción y el miembro móvil durante una primera parte del movimiento oscilante, en donde el miembro de sujeción se mueve en una primera dirección en el plano, y proporcionar una baja fricción entre el miembro de sujeción y el miembro móvil durante una segunda parte del movimiento oscilante, en donde el miembro de sujeción se mueve en una segunda dirección opuesta. Los medios de rectificación pueden proporcionarse entre el miembro de sujeción y el miembro móvil. Los medios de rectificación pueden proporcionarse entre el miembro móvil y un miembro de base, al cual el accionador está montado de manera fija. Los medios de rectificación pueden comprender microfilamentos inclinados. Los medios de rectificación comprenden además una estructura de trinquete colocada para la interacción con los microfilamentos inclinados. El dispositivo puede comprender opcionalmente medios para desacoplar al menos parcialmente los medios de rectificación, para permitir el
movimiento relativo entre el miembro de sujeción y el miembro móvil en ambas de la primera y segunda direcciones. De acuerdo con un sexto principio, la unidad de accionamiento puede colocarse para controlar una distancia radial entre la parte del cuerpo y el miembro de compresión, o un miembro de conexión conectado al miembro de compresión. La unidad de accionamiento puede comprender una base de montaje, que se extiende entre dos porciones separadas circunferencialmente del miembro de compresión, o del miembro de conexión, y en donde un elemento accionador flexionable de manera controlable, se proporciona para controlar una distancia radial entre la base de montaje y el miembro de compresión o el miembro de conexión conectado al miembro de compresión. Un mecanismo de trinquete puede proporcionarse en la base de montaje para la interacción de un borde del elemento del accionador. Los bordes opuestos del elemento del accionador pueden acoplar estructuras de trinquete respectivas, y una porción central del elemento del accionador puede acoplar el miembro de compresión o el miembro de conexión. En una modalidad, el miembro móvil puede integrarse con el miembro de compresión. En una modalidad, el miembro móvil puede formarse en una pieza con el miembro de compresión.
En una modalidad, el miembro móvil puede unirse de manera fija al miembro de compresión. En otra modalidad, el miembro móvil puede conectarse al miembro de compresión mediante un miembro de conexión. En otra modalidad, el miembro móvil puede unirse de manera liberable al miembro de compresión. De acuerdo con un séptimo principio, el miembro móvil puede comprender una parte giratoria, que está colocada de manera giratoria alrededor de un eje sustancialmente central, y en donde el miembro de sujeción está colocado para actuar en una superficie de la parte giratoria. El miembro de sujeción puede colocarse para acoplar una superficie de la parte giratoria, a una distancia del eje central, en donde un huso es giratorio alrededor del eje central y está conectado a la parte giratoria, y en donde el miembro de compresión o un miembro de conexión, conectado al miembro de compresión, es enrollable en el huso. Un solo miembro de compresión o miembro de conexión puede enrollarse en el huso. Dos o más miembros de compresión o miembros de conexión pueden enrollarse en el huso, y extenderse en direcciones esencialmente diferentes del eje central. Los diámetros efectivos de la parte giratoria y el miembro de huso pueden ser diferentes.
Al menos dos partes giratorias pueden conectarse al huso, y un accionador respectivo puede colocarse al interactuar con las partes giratorias. Las partes giratorias pueden colocarse sustancialmente en una porción de extremo respectiva del huso. Los medios de amplificación se proporcionan por medio de una morfología del material activo. El accionador puede comprender al menos dos conjuntos de electrodos, cada conjunto de electrodos está conectado de manera operativa a una región del material activo del accionador y es controlable de manera individual, y la región del material activo del accionador puede conectarse de manera operable al miembro de sujeción. Un primero de los conjuntos de electrodos es controlable para mover el miembro móvil en una primera dirección, y el segundo conjunto de electrodos puede ser accionabie para mover el miembro móvil en una segunda dirección opuesta. El accionador puede tener al menos una frecuencia resonante o antirresonante favorable, y al menos uno de los conjuntos de electrodos puede ser accionabie en la frecuencia resonante o antirresonante favorable. La unidad de accionamiento puede comprender dos accionadores, que son accionables de manera individual. Los accionadores pueden ser accionables en diferentes fases. Al menos uno de los accionadores puede colocarse en un ángulo agudo con relación al miembro móvil.
Al menos uno de los accionadores puede tener al menos una frecuencia resonante o antirresonante favorable, y al menos uno de los conjuntos de electrodos del accionador puede ser accionable a la frecuencia resonante o antirresonante favorable. De acuerdo con un octavo principio, el accionador puede comprender un motor, seleccionado de un grupo que consiste de un motor del tipo de excitación del cuerno, un motor giratorio de onda fija, un motor de onda viajera desplazada y un motor ultrasónico, el motor está conectado de manera operativa a un huso, en donde el miembro de compresión, o un miembro de conexión, conectado al miembro de compresión, se enrolla en el huso. Tal motor puede ser un motor giratorio. El motor puede conectarse al huso vía un mecanismo de transmisión de la potencia. Un solo miembro de compresión o miembro de conexión puede enrollarse en el huso. Dos o más miembros de compresión o miembros de conexión pueden enrollarse en el huso, y extenderse en direcciones esencialmente diferentes del huso. Una parte de salida giratoria del motor puede ser coaxial con el huso. El miembro de compresión puede estar formado principalmente de uno o más materiales pasivos.
Tales materiales pasivos pueden, sin embargo, ser elásticos, comprimibles, rígidos o flexibles. Al menos una unidad de accionamiento puede colocarse en una dirección paralela con la parte del cuerpo, y el miembro de compresión puede extenderse en una dirección sustancialmente perpendicular desde al menos una unidad de accionamiento. La unidad de accionamiento puede estar colocada para apretar dos miembros de compresión que se extienden en diferentes direcciones, o dos extremos de un solo miembro de compresión que rodean al menos parcialmente la parte del cuerpo. Al menos dos unidades de accionamiento pueden colocarse en paralelo, cada unidad de accionamiento está colocada para apretar al menos un miembro de compresión. Las unidades de accionamiento pueden colocarse para apretar los miembros de compresión jalándolos en direcciones opuestas. De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, el dispositivo comprende una unidad de accionamiento, adaptada para rodear al menos parcialmente la parte del cuerpo, la unidad de accionamiento está colocada para proporcionar una fuerza compresiva gradual a la parte del cuerpo, la unidad de accionamiento comprende un accionador de un material activo, es decir, un material, que tras la estimulación eléctrica o electromecánica, cambia sus propiedades geométricas.
El accionador del material activo puede ser expandible y contraíble en una dirección circunferencial. El material activo puede tener una velocidad de expansión, que es más alta que una velocidad de contracción. La unidad de accionamiento puede comprender primera y segunda porciones, que son desplazables una con dirección a la otra en una dirección sustancialmente circunferencial, la primera porción se proporciona con una estructura de trinquete y la segunda porción se proporciona con un miembro de sujeción. La unidad de accionamiento puede comprender dos miembros de sujeción, cada interacción del miembro de sujeción con la estructura de trinquete, o una estructura de trinquete respectiva, es controlable de manera individual. Los miembros de sujeción pueden colocarse para ser accionados con un retraso entre sus movimientos cíclicos respectivos, de manera que en cualquier punto en el tiempo, al menos uno de los miembros de sujeción está en un acoplamiento de transferencia de fuerza con su estructura de trinquete asociada. El miembro de sujeción puede colocarse en un borde más externo de la segunda porción. La estructura de trinquete y el miembro de sujeción pueden desviarse uno hacia el otro.
El miembro de sujeción puede comprender un segundo accionador que controla un elemento flexionable, colocado para acoplar la estructura de trinquete para mantener la fuerza compresiva en la parte del cuerpo. El accionador y el elemento flexionable pueden formar una estructura con una capa doble. El elemento flexionable puede colocarse para encerrar sustancialmente un borde externo de la segunda porción. El elemento flexionable puede formarse en una pieza con el accionador del material activo. Una porción del elemento flexionable que está diseñada para entrar en contacto con la estructura de trinquete puede proporcionarse con un recubrimiento que mejora el agarre y/o desgaste. El dispositivo puede dimensionarse y adaptarse para formar un manguito alrededor de la parte del cuerpo. El dispositivo puede formarse como una hoja que tiene porciones de borde opuestas, proporcionadas con medios de conexión para conectar las porciones del borde una con otra para formar el manguito. La unidad de accionamiento y el miembro de compresión, si lo hay, puede formar una capa activa, el dispositivo puede comprender al menos uno de: una capa del sensor, colocada entre la capa activa y la parte del cuerpo; una capa interna, colocada entre la capa del sensor o la capa activa, y la parte del cuerpo; y una capa externa, colocada fuera de la capa activa.
La capa interna y la capa del sensor pueden integrarse para formar una capa desechable. Tal capa desechable puede comprender medios para conectarse de manera mecánica y/o eléctrica con la capa activa. Tal capa desechable puede comprender medios para transferir una señal de la capa desechable a la capa activa o a una unidad de control, que está externa al dispositivo. De acuerdo con un tercer aspecto, se proporciona un sistema que comprende un dispositivo como se describió anteriormente, y una unidad de control, conectada al dispositivo y colocada para proporcionar una señal de control al dispositivo. En el sistema, el dispositivo puede comprender una capa del sensor que incluye al menos un elemento sensor, en donde la unidad de control está colocada para recibir una señal de retroalimentación del sensor. La unidad de control puede estar integrada al menos parcialmente con el dispositivo. De acuerdo con un cuarto aspecto, se proporciona el uso de un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo como se describió anteriormente, para tratar y/o prevenir una condición seleccionada de un grupo que consiste de Trombosis de las Venas Profundas (DVT), un trastorno vascular, un trastorno circulatorio, un edema, una condición cardiaca, linfedema y un embolismo.
De acuerdo con un quinto aspecto, se proporciona el uso de un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo como se describió anteriormente, para evitar o contrarrestar la recolección de sangre en una parte del cuerpo de una persona sometida a una fuerza G. De acuerdo con un sexto aspecto, se proporciona el uso de un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo como se describió anteriormente, para terapia de la tensión, terapia con masaje, verificación de la presión sanguínea, o como un mecanismo de ajuste apropiado para una prótesis. De acuerdo con un séptimo aspecto, se proporciona el uso no terapéutico de un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo como se describió anteriormente. De acuerdo con un octavo aspecto, se proporciona el uso de un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo como se describió anteriormente, para propósitos no médicos. Los ejemplos de tales propósitos no médicos incluyen tratamientos cosméticos tales como la reducción de la celulitis y endurecimiento de las mamas. Otros ejemplos de tratamientos no médicos pueden incluir tratamiento con masaje para propósitos de relajación. De acuerdo con un noveno aspecto, se proporciona un método para operar un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, el método comprende apretar un miembro que rodea una parte del cuerpo para proporcionar una fuerza compresiva a la parte del cuerpo, y
controlar una unidad de accionamiento del dispositivo, conectado al miembro y que comprende un accionador del material activo, para proporcionar gradualmente la fuerza compresiva.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las Figuras 1a-1d ilustran de manera esquemática una parte del cuerpo, provista con un dispositivo de compresión. La Figura 2 es una vista en despiece en perspectiva esquemática de algunos constituyentes de un dispositivo de compresión de acuerdo con una modalidad. La Figura 3 es una vista en sección esquemática de una unidad de accionamiento de acuerdo con una primera modalidad. La Figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de una parte del cuerpo provista con un dispositivo de compresión. Las Figuras 5a-5c ilustran de manera esquemática la unidad de accionamiento de acuerdo con una segunda modalidad. Las Figuras 6a y 6b ilustran de manera esquemática parte de una unidad de accionamiento de acuerdo con una tercera modalidad. Las Figuras 7a-7c ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una cuarta modalidad. Las Figuras 8a-8b ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una quinta modalidad.
La Figura 9 ilustra de manera esquemática parte de una dispositivo de accionamiento de acuerdo con una sexta modalidad. Las Figuras 10a-10d ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una séptima modalidad. La Figura 11 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una octava modalidad. La Figura 12 ilustra de manera esquemática las señales de accionamiento para la unidad de accionamiento de la Figura 11. Las Figuras 13a-13c ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una novena modalidad. Las Figuras 14a-14g ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una décima modalidad. Las Figuras 5a- 5b ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una decimoprimera modalidad. La Figura 16 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una decimosegunda modalidad. La Figura 17 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una decimotercera modalidad. La Figura 18 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento de acuerdo con una decimocuarta modalidad. Las Figuras 19a-19b ilustran de manera esquemática partes de la unidad de accionamiento de acuerdo con una versión de la decimocuarta modalidad.
Las Figuras 20a-20b ilustran de manera esquemática partes de una unidad de accionamiento de acuerdo con otra versión de la decimocuarta modalidad. La Figura 21 es un diagrama de bloques, que ilustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión. La Figura 22 es un diagrama de bloques, que ¡lustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión de acuerdo con otra modalidad. La Figura 23 es un diagrama de bloques, que ilustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión de acuerdo con aún otra modalidad. Las Figuras 24a-24b ilustran de manera esquemática los diseños del miembro de sujeción de acuerdo con una primera modalidad. Las Figuras 25a-25b ilustran de manera esquemática los diseños del miembro de sujeción de acuerdo con una segunda modalidad. Las Figuras 26a-26e ilustran de manera esquemática los diseños para los miembros de sujeción y/o los miembros móviles de acuerdo con una tercera modalidad. Las Figuras 27a-27l ilustran de manera esquemática los diseños adicionales para los miembros de sujeción y/o los miembros móviles. Las Figuras 28a-28f ilustran de manera esquemática los diseños adicionales para los miembros de sujeción y/o los miembros móviles.
DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES
Las Figuras 1a-1 d, ilustran de manera esquemática los dispositivos de compresión 1 colocados alrededor de una parte del cuerpo 2 respectiva. La parte del cuerpo ilustrada es ejemplar únicamente. Se entiende que un dispositivo de compresión puede formarse para ajustarse en cualquier parte del cuerpo deseada, tal como un pie, la pierna inferior, la pierna superior, el brazo inferior, el brazo superior, el torso, abdomen, etc. Cada dispositivo de compresión 1 comprende una unidad de accionamiento 10, que puede tener un conector 12 para la conexión a, por ejemplo, un suministro de potencia externo (no mostrado), un controlador (no mostrado) o un dispositivo de verificación (no mostrado). También se indica una tela externa 13 del dispositivo de compresión 2. Además, el dispositivo de compresión 1 puede tener la forma de una hoja, que se va a envolver alrededor de la parte del cuerpo, por lo que las porciones del borde de la misma se conectan una con otra mediante un arreglo de unión 11 , que puede tener la forma de un dispositivo de gancho y rizo (tal como Velero®), una cremallera, botones, cuerdas, cinta adhesiva, etc. Como otra opción, el dispositivo de compresión puede formar una manga para jalarse, es decir, una manga que no tiene un arreglo de unión. En las modalidades ilustradas en las Figuras 1a-1 b, se proporciona una sola unidad de accionamiento 10, mientras que en las modalidades ilustradas en las Figuras 1c- d, se proporcionan dos unidades de
accionamiento 10 en paralelo, con una sección de elementos electrónicos 17, que puede colocarse entre las unidades de accionamiento 10. La Figura 2 es una vista en despiece en perspectiva esquemática de algunos constituyentes de un dispositivo de compresión de acuerdo con una modalidad. En la modalidad ilustrada en la Figura 2, el dispositivo de compresión comprende una capa externa 13 y una capa interna 16. Por claridad, los elementos electrónicos, la batería, los cables, la unidad de recarga, etc., no se ilustran en la Figura 2. Entre las capas externa e interna 13, 16, puede haber una capa del accionador 14 colocada, que comprende una o más unidades de accionamiento 10 y, cualquiera que sea el caso, uno o más miembros de compresión 20. La unidad de accionamiento y los miembros de compresión pueden diseñarse de acuerdo con cualquiera de las modalidades descritas a continuación. Las combinaciones de tales modalidades también pueden proporcionarse. En la modalidad ¡lustrada en la Figura 2, tres unidades de accionamiento 10 se colocan en una base flexible 21 opcional, que se extiende en paralelo con la parte del cuerpo 2 (Figuras a-1d). Los miembros de compresión 20a, 20b, se extienden de los accionadores 10, de manera que rodean al menos parcialmente la parte del cuerpo 2 (Figuras 1 a-1d) cuando el miembro de compresión está en uso.
Además, una capa del sensor 15 opcional puede proporcionarse entre la capa del accionador 14 y la parte del cuerpo 2. La capa del sensor puede comprender uno o más sensores o arreglos del sensor 30, que pueden utilizarse para medir, por ejemplo, la presión (por ejemplo, la presión superficial o la presión sanguínea), la temperatura, el flujo (por ejemplo, el flujo sanguíneo), conforme se necesita en el tratamiento. El sensor o sensores de la capa del sensor pueden conectarse a una unidad de control para proporcionar retroalimentación durante el uso del dispositivo de compresión. La capa externa 13 puede seleccionarse para proporcionar un exterior atractivo al dispositivo de compresión 2 y para proteger el dispositivo de compresión contra el medio externo, por ejemplo, fluidos, polvo, caspa, etc. La capa externa también puede proporcionarse con una interconexión del usuario, por ejemplo, que comprende uno o más dispositivos de entrada, tales como botones, etc., y/o uno o más dispositivos de salida, tales como una pantalla, lámparas de indicación, etc. La capa interna 16 puede seleccionase para proporcionar una transición uniforme entre la capa del accionador y la parte del cuerpo 2. La capa interna 16 también puede seleccionarse para proteger el dispositivo de compresión contra los fluidos, polvo, caspa, etc. La capa interna también puede seleccionarse para absorber los exudados. Es posible proporcionar la capa interna como por ejemplo, una media desechable o un material absorbente.
Se reconoce que la capa interna puede comprender varias capas, cada una que realiza una función diferente, y algunas de las cuales son desechables y/o reemplazables. También, una o más capas pueden integrarse unas con otras. Por ejemplo, una capa interna puede integrarse con la capa del sensor, una capa externa puede integrarse con la capa del accionador y los sensores pueden integrarse en, por ejemplo, el interior de los miembros de compresión, es decir, integrarse con la capa del accionador. Como otra alternativa, la capa del accionador y la capa interna, y opcionalmente también la capa del sensor, pueden integrarse. Como aún otra alternativa, todas las capas pueden integrarse, opcionalmente con la unidad de accionamiento que forma una parte retirable y reutilizable. La unidad de accionamiento 10 comprende un accionador del material activo, como se definió anteriormente. Los ejemplos de materiales activos incluyen materiales tales como piezocerámicas, cerámicas electroestrictivas, magnetoestrictores, aleaciones de memoria activadas con el campo H y polímeros ferroeléctricos (por ejemplo, piezoeléctricos, electroestrictivos, de tensión de Maxwell y compuestos). Los ejemplos adicionales de materiales activos incluyen polímeros conductores, nanotubos de carbono, IPMC y aleaciones de memoria activadas por la temperatura. Aún los ejemplos adicionales de materiales activos incluyen geles, polímeros con memoria (activados por la temperatura o el pH).
La unidad de accionamiento puede colocarse para apretar gradualmente el miembro de compresión, de manera que un golpe de compresión deseado se produce por el accionador que realiza al menos dos, de manera preferida un número mayor de ciclos o pasos de movimiento. Por ejemplo, las piezocerámicas, cerámicas electroestrictivas y magnetoestrictores pueden utilizar decenas a cientos de miles de ciclos o pasos para producir un golpe de compresión deseado. Las aleaciones con memoria, los polímeros conductores, IPMC y algunos polímeros ferroeléctricos pueden utilizar cientos a miles de ciclos o pasos para producir un golpe de compresión deseado. Algunos polímeros ferroeléctricos y algunos polímeros conductores pueden utilizar decenas a cientos de ciclos o pasos para producir un golpe de compresión deseado. Generalmente, un mayor número de pasos puede ser deseable para simplificar cualquier mecanismo de retroalimentación existente, puesto que la diferencia de presión entre dos ciclos o pasos puede ser despreciable. Además, en vista del comportamiento cíclico del accionador, con el fin de proporcionar un movimiento para apretar el miembro de compresión 20 alrededor de la parte del cuerpo, pueden necesitarse medios de rectificación, o de otra manera el miembro de compresión simplemente se movería hacia atrás y hacia delante con una frecuencia que corresponde a aquella de la frecuencia de operación del accionador, y con una amplitud muy
baja, particularmente inefectiva, para comprimir la parte del cuerpo subyacente. En algunas modalidades, los medios de rectificación pueden proporcionarse por medio del accionador que realiza un movimiento simétrico o elíptico. Por ejemplo, un movimiento asimétrico puede proporcionarse por la morfología del accionador, y puede proporcionarse por resortes, bloques, címbalos, accionadores con múltiples DOF. Opcionalmente, dos o más accionadores pueden operar el paralelo con un retraso en la fase para producir el movimiento, caso en el cual los accionadores también pueden ser simétricos. Los medios de rectificación también pueden proporcionarse para accionar el material activo en un modo de vibración resonante o antirresonante, por ejemplo, utilizando múltiples electrodos, accionadores con forma simétrica, modos acoplados, ondas desplazantes o incluso accionadores múltiples. Un mecanismo de interconexión puede proporcionarse entre el accionador y un miembro de sujeción, que realiza el movimiento asimétrico o elíptico. Puede hacerse uso de los modos resonantes o antirresonantes del mecanismo de interconexión, por ejemplo, dándole una forma adecuada. El mecanismo de interconexión también puede utilizarse para proporcionar la amplificación del movimiento. También es posible utilizar múltiples accionadores que operan en paralelo con un retraso de la fase.
Aún otra alternativa es proporcionar trinquetes de micro o mesoescala en el miembro de sujeción o en el miembro móvil. También es posible proporcionar un accionador principal para el movimiento de avance o retirada, y un accionador secundario para controlar la interacción entre el miembro de sujeción y el miembro móvil. Se reconoce además que el uso de un accionador de "variación de saltos", puede requerir que la frecuencia de saltos sea más alta que las características dinámicas del cuerpo y el miembro de compresión, de manera que el miembro de compresión no se moverá (deslizará) de manera inadvertida con respecto a la unidad de accionamiento durante la parte del ciclo del accionador cuando hay poca o ninguna fuerza que está siendo transmitida. También, si se desea una operación silenciosa, la frecuencia de salto debe ser mayor de 20 kHz. Una variación el salto con una frecuencia menor puede combinarse con un arreglo de aseguramiento inercial para evitar el deslizamiento. Una "doble fijación" puede proporcionarse mediante la operación coordinada de dos o más accionadores, en donde al menos un accionador sostiene el miembro móvil en cualquier momento dado. Las modalidades descritas en la presente proporcionan todas un autoaseguramiento cuando la potencia baja, ya sea mediante acoplamiento friccional o mediante entrelazado positivo, es decir, se mueven cuando la
potencia se aplica y retienen el miembro móvil cuando no se aplica potencia. Por lo tanto, los accionadores sólo consumen potencia durante los periodos de movimiento. El miembro de compresión puede ser un arnés o correa generalmente delgado, opcionalmente respirable, que es flexible y/o flexionable los suficiente para adaptarse a la forma de la parte del cuerpo. Opcionalmente, el miembro de compresión puede ser elástico. El miembro de compresión 20 puede, en particular en donde sólo hay una unidad de accionamiento en un lado de la parte del cuerpo, comprender dos capas, una que se mueve debido a la acción de la unidad de accionamiento, y una que es sustancialmente estacionaria con relación a la parte del cuerpo. De manera preferida, la fricción entre las capas debe ser baja, para no transferir fuerzas de cizallamiento a la parte del cuerpo. De manera alterna, el miembro de compresión puede exhibir una baja fricción con relación a la capa interna 16. Opcionalmente, el miembro de compresión puede formarse para corresponder con el contorno de la parte del cuerpo. El arreglo de unión 11 puede proporcionarse en, o conectarse al miembro de compresión 20. El miembro de compresión 20 puede proporcionarse en diferentes tamaños o longitudes, y puede ser intercambiable, para ajustarse a partes del cuerpo dimensionadas de manera diferente.
También, la rigidez del miembro de compresión 20 puede seleccionarse para adaptarse a la aplicación pretendida: más rígido para profilaxis DVT y otros tratamientos con compresión de alta velocidad o el tipo de impulsos, y menos rígido para tratamientos con compresión seudoestáticos, tales como VLU o linfedema. El miembro de compresión 20, junto con las capas interna y/o externa 13, 16, y opcionalmente la capa del sensor 15, pueden hacerse de materiales de bajo costo, y pueden incorporarse en un empaque desechable por razones de esterilización o por compromisos durante la vida/desempeño. La descripción se dirigirá ahora a diferentes modalidades de la unidad de accionamiento 10. La mayoría de las siguientes modalidades están pretendidas para materiales activados por el campo E (es decir, ferroeléctricos), pero pueden proporcionarse utilizando otros tipos de material activos. Por ejemplo, una versión de un polímero activado de manera electroquímica requeriría un electrolito y un contraelectrodo para asegurar la operación confiable durante varios ciclos. Un material con memoria activada por la temperatura requeriría una fuente de calentamiento (sistema de suministro resistivo o de fluido/aire) y un medio de enfriamiento, tal como un disipador de calor, fluido/suministro o un dispositivo Peltier. Los dispositivos pueden tener ligeras diferencias debido a las características de expansión/contracción de los materiales. Por ejemplo, los polímeros y las cerámicas, cuando se excitan, con frecuencia se expanden a
lo largo de un eje principal, mientras que se controlan a lo largo de otro eje, mientras que las aleaciones con memoria pueden hacerse para que se contraigan. Las señales de accionamientos pueden ser diferentes en términos de voltaje, corriente, frecuencia de operación y forma de onda. Algunos materiales, por ejemplo, las aleaciones con memoria, pueden requerir un resorte de desviación para regresarlos a su configuración original. Tal resorte puede implementarse directamente en el accionador o ser doble como un resorte de desviación, como se indica en los ejemplos. En algunas de las modalidades descritas, el accionador puede jalarse directamente en el miembro de compresión. Sin embargo, esto no es necesario, y algunas veces incluso no es deseable. En su lugar, puede proporcionarse un miembro de conexión, que puede unirse o desprenderse del miembro de compresión, mientras que otra parte del mismo interactúa con el accionador. Esto puede ser deseable para evitar que los exudados entren en la región del contacto del accionador. También, es deseable utilizar el miembro de conexión para transformar la energía entre el accionador y el miembro de compresión, para corresponder mejor con las dinámicas del cuerpo y del accionador, para mejorar la vida y para permitir la reutilización del accionador y su miembro de conexión, mientras que el miembro de compresión puede ser desechable. En todas las modalidades, puede proporcionarse un "fusible" mecánico para proteger al usuario y/o al accionador contra las fuerzas excesivas. Los ejemplos de tales fusibles pueden ser un sujetador del tipo de
gancho y rizo, una tela diseñada con una resistencia al rompimiento, sujetadores utilizados comúnmente, tales como botones o broches de presión de liberación rápida o un superelástico/tela plásticas/material con un plato en su comportamiento de la tensión-deformación. Tales telas y materiales se conocen por la persona con experiencia en el campo de la compresión médica. De manera alterna, puede proporcionarse un fusible mecánico diseñando el miembro de sujeción y el miembro móvil de manera que se deslicen cuando la fuerza ejercida por el miembro de compresión en el miembro móvil exceda la fuerza de fricción entre el miembro de sujeción y el miembro móvil. La Figura 3 es una vista en sección esquemática de una unidad de accionamiento 100 de acuerdo con una primera modalidad, que puede colocarse como se indica en las Figuras 1 a-1 d, 2 y 4. Como un ejemplo no limitante, esta modalidad puede proporcionarse utilizando un resorte de desviación con electrodos múltiples de un material activo resonante. En tal dispositivo, la rectificación puede lograrse mediante una interconexión de fricción. La unidad de accionamiento 100 puede extenderse en una dirección perpendicular a la sección, a lo largo de todo o parte del dispositivo de compresión 1. La unidad de accionamiento 100 comprende un alojamiento 107a, 107b, en donde una primera parte 107a del alojamiento sostiene un sustrato flexible 102, en el cual se coloca el accionador 101. El accionador
tiene un miembro de sujeción 106 que sobresale del accionador y hacia la segunda parte 107b del alojamiento. La segunda parte del alojamiento sostiene un resorte de desviación 103. Un miembro móvil 20, que puede integrarse con o conectarse al miembro de compresión, se sujeta entre el resorte de desviación 103 y el miembro de sujeción 106. El sustrato flexible 102 puede colocarse para proporcionar una desviación adicional del miembro de sujeción 106 hacia el miembro móvil 120. El accionador 101 puede proporcionarse como un material activo resonante, que tiene amplificación integrada, más que un mecanismo de amplificación separado. Al utilizar dos conjuntos de electrodos 104, 105, al accionador 101 y por lo tanto al miembro de sujeción 106, puede dárseles de una manera conocida per se, un movimiento de dos dimensiones, como se indica por los números de referencia R1 y R2. La fase entre los electrodos puede utilizarse para controlar la dirección (R1 o R2) y la velocidad del movimiento del miembro de sujeción. También, la densidad de la potencia será más alta si ambos conjuntos de electrodos 104, 105 son accionados que si fueran excitados de manera individual. Los detalles de cómo proporcionar el accionador pueden encontrarse en la US 6,765,335 B2, la US 2002/0074901 A1 y la US 6,870,304, el contenido total de las cuales se incorpora en la presente como referencia.
La capacidad de fuerza de esta modalidad se determina en gran medida por el resorte de desviación, la amplitud obtenible del movimiento del resorte fuera del plano y la elasticidad equivalente del miembro móvil 120 y el accionador 101. También, la provisión de un sustrato flexible de alta resistencia 102, incrementa la capacidad de fuerza proporcionando soporte para el material activo, mejor calidad acústica y una resistencia a la fatiga más alta, permitiendo una fuerza de desviación más grande entre el miembro de sujeción y el miembro móvil, sin dañar el material activo. Esto también permite formar las ondas de vibración para la operación resonante. Así, la dirección del movimiento (D1 o D2) del miembro móvil
120, se controla por el movimiento (R1 o R2) del miembro de sujeción 106. La Figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de una parte del cuerpo 2 provista con un dispositivo de compresión. Para propósitos de ilustración, este dispositivo de compresión comprende cuatro unidades de accionamiento 100a, 100b, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1300, 200', 900, 1100 y 1200, que pueden seleccionarse de manera arbitraria de aquéllas descritas en la presente descripción. Una primera disposición de la unidad de accionamiento se proporciona en la parte superior de la Figura 4, esta disposición comprende dos unidades de accionamiento de una sola dirección, 100a, 100b, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1300, que están colocadas en una base flexible 21 y conectadas a un miembro móvil respectivo, que puede estar integrado con, o conectarse al miembro de compresión 20. Las unidades de
accionamiento 100a, 100b jalan cada un miembro de compresión respectivo 20 en la D1 para apretar el miembro de compresión. Una segunda disposición de la unidad de accionamiento se proporciona en la parte izquierda inferior de la Figura 4, esta disposición comprende una unidad de accionamiento de dos direcciones 200', 900, 1100, es decir, una unidad de accionamiento colocada para jalar de manera simultánea dos miembros de compresión 20. Esta unidad de accionamiento también puede montarse en una base flexible 21. Una tercera disposición de la unidad de accionamiento se proporciona en la parte derecha inferior de la Figura 4, esta disposición comprende una unidad de accionamiento 1200 que se expande radialmente, que al expandirse en una dirección radial DR puede jalar uno o dos miembros de compresión 20. Esta unidad de accionamiento también puede montarse en una base flexible 1221. Además, en la Figura 4, se indica arreglo de unión 1 1 , que puede utilizarse para conectar dos bordes del dispositivo de compresión para formar un manguito, y también para ajustar el tamaño del dispositivo de compresión. Se reconoce que una o más de las disposiciones de la unidad de accionamiento pueden proporcionarse, conforme se requiera, en el dispositivo de compresión. Las Figuras 5a-5c ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 200 de acuerdo con una segunda modalidad, en la cual un
mecanismo de transmisión de la potencia 208 se proporciona entre un miembro de sujeción 206 y un huso 209, en el cual, un miembro de compresión 220, o un miembro de conexión, conectado al miembro de compresión 220, se enrolla. El accionador de las Figuras 5a-5c puede utilizar un material activo resonante, tal como piezocerámicas, por ejemplo, en la forma de un material apilado o voluminoso con múltiples electrodos, accionado a una frecuencia resonante o antirresonante adecuada. La Figura 5a ilustra la mitad de la unidad de accionamiento 200, que puede ser simétrica alrededor de la línea de simetría L. El accionador 201 con los conjuntos de electrodos 204, 205 y los resortes de desviación 203, pueden proporcionarse en un alojamiento 207, similar al de la modalidad de la Figura 3. Sin embargo, en lugar del miembro de sujeción 206 que actúa directamente en el miembro de compresión 220, el miembro de sujeción 206 actúa en una superficie de contacto 210 de una rueda 208 o una estructura con forma de disco. Por lo tanto, la rueda 208 forma un miembro móvil. La superficie de contacto 210 puede proporcionarse en un diámetro externo de la rueda, por lo que el huso 209, que tiene un diámetro más pequeño, puede conectarse de manera fija a, y giratorio con la rueda 208, alrededor de un eje común. Por lo tanto, la relación entre la superficie de contacto 210 y el huso constituirá una relación de engrane del mecanismo de transmisión de la potencia.
La Figura 5b ilustra una unidad de accionamiento de una sola dirección 200, mientras que la Figura 5c ilustra una unidad de accionamiento de dos direcciones 200' que jalan dos miembros de compresión 220a, 220b. La rueda 208, o al menos la superficie de contacto 210 puede hacerse de un material resistente al desgaste, tal como cerámica o metal. La unidad de accionamiento 200, 200' puede proporcionarse con un solo accionador, o con accionadores dobles, que operan en las ruedas colocadas en diferentes extremos del huso 209. La fase entre los conjuntos de electrodos puede utilizarse para determinar la dirección del movimiento y la velocidad. Otros mecanismos de transmisión diferentes a un huso pueden utilizarse. El accionador de las Figuras 5a-5c puede, como un ejemplo, también diseñarse similar a aquél de la Figura 3, se hace referencia a la US 6,765,335 B2, la US 2002/0074901 A1 o la US 6,870,304, el contenido total de las cuales se incorpora en la presente como referencia. Las Figuras 6a y 6b ilustran de manera esquemática parte de una unidad de accionamiento 300 de acuerdo con una tercera modalidad, el accionador de la cual puede proporcionarse mediante un mecanismo de amplificación del movimiento resonante, utilizando modos con múltiples vibraciones o modos de vibración acoplada de un cuerno o accionador resonante.
En las Figuras 6a y 6b, el alojamiento se ha dejado fuera por claridad. Un par de accionadores 301 a, 301 b, se han colocado con un punto de sujeción respectivo 311 a un alojamiento o armazón de la unidad de accionamiento 300, y se han conectado a una estructura de amplificación 312, que puede ser, por ejemplo, un cuerno micromoldeado de metal o de un polímero de baja pérdida acústica. El cuerpo puede tener uno o más puntos de sujeción adicionales al alojamiento o armazón de la unidad de accionamiento 300. Además, la estructura de amplificación 312 puede proporcionarse con un miembro de sujeción 306, que va a interactuar con un miembro móvil 320, que puede ser el miembro de compresión o un miembro de conexión conectado al mismo. Un resorte de desviación 303 puede colocarse entre un punto de sujeción 313 y el miembro móvil 320, para proporcionar una fuerza de fricción entre el miembro de sujeción 306 y el miembro móvil 320. El miembro de sujeción 306 y/o el miembro móvil 320 pueden proporcionarse con un recubrimiento resistente al desgaste, tal como cromo, cerámica o un recubrimiento de un polímero diseñado. El miembro de sujeción 306 y/o el miembro móvil 320 también pueden proporcionarse con un recubrimiento o estructura superficial que mejore la fricción. Los accionadores 301a, 301 b pueden accionarse a frecuencias predeterminadas para causar que la estructura de amplificación 312 proporcione un movimiento de avance o retirada (R1 , R2) del miembro de sujeción 306 y un movimiento de avance
(apriete) R1 o de retirada (liberación) D2 correspondiente del miembro móvil 320. Para permitir que se logre una alta fuerza, el accionador debe colocarse en nodos laterales del cuerno resonante 312 como se ilustra en la Figura 6a. También, la asimetría en el movimiento del miembro de sujeción mejora la capacidad de la fuerza proporcionando un vector de la fuerza del miembro de sujeción hacia el miembro móvil, que está inclinado con relación al miembro móvil y que tiene componentes tanto paralelos con, como perpendiculares a la dirección del movimiento pretendida D1. La capacidad de fuerza adicional puede proporcionarse mediante accionadores dobles, cada uno de los cuales está orientado hacia el miembro móvil 320. También es posible colocar la estructura de amplificación 312 de manera que el miembro de sujeción 306 actuará en un mecanismo de transmisión, como se describió con respecto a las Figuras 5a-5c, la Figura 9 y la Figura 17. Tal mecanismo de transmisión puede incrementar además la capacidad de la fuerza. Las frecuencias de excitación apropiadas para esta configuración dependen en gran medida de la forma de la estructura del cuerno resonante. El movimiento lateral y transverso del miembro de sujeción puede determinarse como funciones de la frecuencia. Esas funciones pueden, a su vez, determinarse por la forma, puntos de sujeción, entradas del accionador y propiedades mecánicas del cuerno resonante. En particular, la forma del
cuerno puede tener un efecto principal en el nivel de amplificación que se puede lograr. Conforme la forma del cuerno se estrecha hacia el miembro de sujeción, la amplitud de la vibración dentro del material se incrementará en correspondencia con el estrechamiento. Por lo tanto, la amplitud de la vibración máxima puede alcanzarse en el miembro de sujeción y la salida de la fuerza resultante puede maximizarse. Generalmente, se requiere una simulación por computadora para optimizar los parámetros para un diseño particular. El cuerno ilustrado en las Figuras 6a-6b no es una modalidad fácil para la producción, y puede, por lo tanto, necesitar optimización en términos del peralte de la inclinación hacia el miembro de sujeción, los ángulos de cada extremidad del cuerno, la colocación del accionador y del punto de sujeción, la selección del material en el punto de sujeción (método de unión), tamaño requerido del miembro de sujeción y las ecuaciones generales del contorno del molde para maximizar la canalización de la onda, y debido a la consideración de las tolerancias de fabricación. Los accionadores preferidos para la modalidad de las Figuras 6a-6b incluyen materiales poliméricos activados por el campo E, materiales cerámicos/de cristal, materiales magnetoestrictivos o un material con memoria activado por el campo H. La dirección DA de movimiento ilustrada del accionador es simplemente una opción, y también puede necesitar optimización como se describió anteriormente.
Las Figuras 7a-7c ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 400 de acuerdo con una cuarta modalidad, que puede proporcionarse como un accionador similar al descrito con respecto a las Figuras 6a y 6b. En esta modalidad, el dispositivo de accionamiento 400 comprende un alojamiento 407 y uno o más accionadores 401 , que se extienden en un plano que es sustancialmente paralelo al plano en el cual el miembro móvil 406 se va a mover. De una superficie del accionador orientada hacia el miembro móvil 420, sobresale una pluralidad de miembros de sujeción 406, por lo que una estructura de amplificación respectiva 412 se proporciona entre cada miembro de sujeción 406 y el accionador. Los accionadores pueden colocarse en uno o ambos lados de los miembros móviles 420, como se ilustra en las Figura 4. Los accionadores pueden desviarse por resortes de desviación 403 hacia el miembro móvil 420, y pueden proporcionarse electrodos 404, 405 y 414 similares a lo que se describió en las Figuras 3 y 5a-5c. Refiriéndose a la Figura 7c, la estructura de amplificación 412 puede diseñarse para proporcionar el miembro de sujeción 406 con un primer componente del movimiento B1 , por ejemplo, mediante un movimiento de flexión de la estructura de amplificación. Además, la estructura de amplificación 412 puede diseñarse para proporcionar al miembro de sujeción con un segundo componente del movimiento E1 , por ejemplo, mediante un movimiento de extensión de la estructura de amplificación 412.
Al controlar las frecuencias de accionamiento y/o la fase aplicada a los electrodos 404, 405, puede proporcionarse un movimiento de avance (R1 , D1 ) o de retirada (R2, D2) del miembro móvil 420, combinando los movimientos vibratorios B1 y D1 fuera de fase, en donde el desplazamiento de fase entre B1 y E1 y las magnitudes de B1 y E1 son funciones de la frecuencia. Esas funciones pueden determinarse por la forma, puntos de sujeción y propiedades mecánicas del cuerno resonante. Para lograr una alta fuerza con la modalidad de las Figuras 7a-7c, el número de miembros de sujeción 406 debe maximizarse. En realidad, las tolerancias de fabricación pueden limitar el número de miembros de sujeción que pueden proporcionarse a un costo comercialmente viable. Las configuraciones ilustradas en las Figuras 6a-6b y 7a-7c, permiten que se proporcione un accionador muy delgado, mientras que se mantiene una alta capacidad de fuerza, puesto que permiten que tanto material activo como sea posible se coloque en un diseño de bajo perfil. Por ejemplo, los accionadores ilustrados en las Figuras 6a-6b y 7a-7c pueden hacerse tan delgados como de 3-6 mm, mientras que son de 30-40 mm de largo, en la dirección paralela a la parte del cuerpo. La configuración del accionador en, por ejemplo, la US 6,870,304 no puede lograr esto, puesto que la fuente de vibración en el mismo siempre se configura de un manera transversal al mecanismo de empuje. Por lo tanto, los accionadores de la US 6,870,304, requieren un mecanismo de transmisión, por ejemplo, como se describió en la presente con respecto a las Figuras 5a-5c.
Las Figuras 8a-8b ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 500 de acuerdo con una quinta modalidad. En esta modalidad, la unidad de accionamiento 500 comprende un alojamiento 507, en el cual se coloca un motor giratorio de onda viajera resonante, un motor giratorio de onda fija, un motor de onda viajera desplazada, un motor ultrasónico giratorio general o un motor similar 501. Tales motores son conocidos por la persona con experiencia. Un eje de salida (no mostrado) del motor 501 , se conecta vía un mecanismo de transmisión 518 a un huso 509, colocado entre los montajes del huso 515a, 515b. El huso puede colocarse de manera análoga a las Figuras 5a-5c. El mecanismo de transmisión de las Figuras 8a y 8b comprende una primera rueda dentada en contacto con eje de salida del motor y una segunda rueda dentada, que está en contacto angular con la primera rueda dentada y conectada al huso 509. Mientras que las ruedas dentadas son una opción, las ruedas de fricción pueden ser otra opción para el mecanismo de transmisión. Dependiendo de la dirección de rotación del motor 501 (R1 o R2), el miembro de compresión 520 puede enrollarse en (D1 ) o fuera (D2) del huso. La dirección y velocidad de rotación del motor puede controlarse mediante la fase entre las secciones excitadas del rotor, es decir, la velocidad de la onda viajera.
Los motores referidos con relación a las Figuras 8a-8b, también pueden montarse directamente en el eje del huso, con la condición de que un torque suficientemente alto pueda proporcionarse. Para una descripción adicional de motores ultrasónicos, se hace referencia a Toshiiku, S., Kenjo T.: An Introduction to Ultrasonic Motors, Clarendon Press, Oxford, 1993. La Figura 9 ilustra de manera esquemática parte de una unidad de accionamiento 600 de acuerdo con una sexta modalidad. En esta modalidad, que es similar a la descrita con referencia a las Figuras 5a-5c, un par de accionadores separados 601 a, 601 b se colocan en un ángulo inclinado, de manera preferida agudo a una rueda 608, un accionador para cada dirección. La rueda 608, a su vez, está conectada a un huso 609, en el cual el miembro de compresión 620, o un miembro de conexión conectado al mismo, pueden enrollarse. Así, al activar un primer accionador 601 a, el miembro de sujeción 606 se moverá en la dirección indicada por el número de referencia R1 , por lo que el miembro de compresión 620 se moverá en la dirección indicada por el número de referencia D1. De manera opuesta, al accionar el segundo accionador 601 b, el miembro de sujeción 606 se moverá en la dirección opuesta R2 y el miembro de compresión 620 se moverá en la dirección opuesta D2. De manera alterna, los accionadores pueden accionarse juntos con una diferencia de fase para proporcionar efectos similares. Los accionadores, que pueden proporcionarse cada uno con una
configuración apilada o como accionadores voluminosos, pueden accionarse en su 1a frecuencia de resonancia o antirresonancia longitudinal respectiva. Los accionadores 601a, 601b pueden montarse con relación al alojamiento 607 utilizando montajes elásticos 603. Los accionadores también pueden comprender múltiples conjuntos de electrodos, de manera que una combinación de vibración de flexión y longitudinal puede establecerse en cada accionador. Esto permite que se produzca un movimiento elíptico más controlado del miembro de sujeción. Las Figuras 10a-10d ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 700 de acuerdo con una séptima modalidad. En esta modalidad, la unidad de accionamiento 700 comprende un alojamiento 707a, 707b, a través del cual un miembro de compresión 720, o un miembro de conexión conectado al mismo es deslizable. El miembro de compresión 720 puede proporcionarse con una estructura de trinquete 722, que comprende al menos dos, de manera preferida, una pluralidad de superficies de aseguramiento 722a y un número correspondiente sustancialmente de superficies de rampa 722b. Las superficies de aseguramiento 722a pueden estar todas orientadas hacia la misma dirección, típicamente la dirección D2 en la cual se va a lograr el efecto de aseguramiento. Un accionador, que puede comprender primera y segunda secciones del accionador 701a, 701 b, puede colocarse en una o en ambas caras del miembro de compresión 720. Una primera sección del accionador
701 a puede tener una sección transversal alargada que forma un ángulo agudo con relación al miembro de compresión 720, y puede extenderse tras la activación, para acoplar la superficie de aseguramiento 722a, empujando por lo tanto el miembro de compresión 720 en la dirección indicada por el número de referencia D1. La parte más externa del accionador puede formar un miembro de sujeción 706 adaptado para la interacción con la estructura de trinquete 722. El accionador 701 a, 701 b y el miembro de compresión 720 pueden desviarse unos hacia otros mediante resortes de desviación 703a, 703b. La segunda sección del accionador 701 b, que es opcional, puede colocarse para flexionar el accionador, de manera que el miembro de sujeción 706 se mueve lejos del acoplamiento con la estructura de trinquete 722. Las Figuras 10b-10d ilustran una secuencia de movimiento de la unidad de accionamiento 700 ilustrada en la Figura 10a. En una primera fase, ¡lustrada en la Figura 10b, la primera sección del accionador 701a se extiende, de manera preferida lentamente, mientras está en contacto con una superficie de aseguramiento de la estructura de trinquete 722, para mover la estructura de trinquete 722 y el miembro de compresión 720 en la dirección DA1. En una segunda fase, ilustrada en la Figura 10c, la primera sección del accionador 701 a se contrae a una velocidad más alta que la
velocidad de extensión en la primera fase, para acoplar la superficie de aseguramiento a la derecha de la superficie de aseguramiento acoplada en la primera fase. Por lo tanto, el miembro de sujeción se moverá como se indica por la flecha DA2. Típicamente, la velocidad de esta fase debe ser más alta que el primer modo natural del sistema creado por la parte del cuerpo y el miembro de compresión. Típicamente, el tiempo del paso máximo para esta segunda fase debe ser menor que el tiempo de respuesta asociado del sistema creado por el miembro de compresión y la parte del cuerpo. Para las aplicaciones en donde el miembro de compresión es razonablemente rígido en comparación con la parte del cuerpo, la recuperación elástica de la parte del cuerpo determinará el tiempo del paso permisible más lento. En las aplicaciones en donde el miembro de compresión es razonablemente más suave en comparación con la parte del cuerpo, la recuperación elástica del miembro de compresión determinará el tiempo del paso permisible más lento. De manera preferida, el tiempo del paso para esta fase puede ser del 5% o menos del tiempo de recuperación para el sistema creado por el miembro de compresión y la parte del cuerpo, para asegurar una dinámica de compresión adecuada y una eficiencia general. La primera y segunda fases se repiten para hacer avanzar de manera macroscópica el miembro de compresión 720 en la dirección D . En una tercera fase, ilustrada en la Figura 10d, el segundo accionador 701 b se activa, para causar que el miembro de sujeción se mueva
lejos de la estructura de trinquete 722, permitiendo por lo tanto un movimiento libre del miembro de compresión también en la dirección D2. El miembro de sujeción se moverá por lo tanto en la dirección indicada en la flecha DA3. La primera y segunda secciones del accionador pueden colocarse como una estructura con dos capas, por lo que un movimiento de flexión se logra mediante el accionamiento de la segunda sección del accionador 701 b. Los movimientos de la primera y segunda secciones del accionador pueden coordinarse para reducir las tensiones en las secciones y reforzar el desempeño. Tal movimiento coordinado de las secciones del accionador 701 a y 701 b, también puede hacer uniforme la operación del dispositivo, extendiendo por lo tanto la vida del componente, reduciendo la transmisión de la vibración del paso al alojamiento o reduciendo el ruido audible. El rápido retorno de la segunda fase puede proporcionarse de diferentes maneras, dependiendo del tipo de accionador utilizado. Los materiales activados por el campo E pueden estar en corto circuito. Los polímeros conductores pueden someterse a un voltaje inverso rápido y las aleaciones con memoria activada por la temperatura pueden calentarse rápidamente. La estructura de trinquete 722 puede ser de nano o mesoescala y moldearse directamente en el miembro de compresión o el miembro de conexión. La estructura de trinquete proporciona la rectificación y una alta capacidad de fuerza.
Los accionadores descritos con respecto a las Figuras 10a-10d pueden tomar pasos más largos que los descritos previamente, típicamente de aproximadamente 100 mieras a aproximadamente 1 mm o más. También requieren un material más activo o materiales con densidad de energía mayor. Aunque tales modalidades pueden requerir más material activo, o materiales con una densidad de energía mayor, que los ejemplos previos para alcanzar una salida de potencia similar, tienen algunas ventajas significativas con respecto a los procedimientos de accionamiento resonante, tales como una vida más larga del miembro de sujeción y del miembro de conexión, menores tensiones de operación en el miembro de sujeción (permitiendo una selección de un material con fricción más alta tales como polímeros y elastómeros), operación más silenciosa (puede accionarse a menos de 20 kHz), requisitos de tolerancia de fabricación menores, más control del movimiento del miembro de sujeción y potencialmente una fuerza de sujeción más alta debido a la capacidad de utilizar superficies entrelazadas fuertes entre el miembro de sujeción y el miembro de conexión. Un par de unidades de accionamiento coordinadas tales como las descritas en las Figuras 10a-10d pueden colocarse para proporcionar un acoplamiento gradual coordinado. La Figura 11 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento 800 de acuerdo con una octava modalidad. La Figura 12 ilustra de manera esquemática las señales de accionamiento para las unidades de accionamiento de la Figura 11. Esta modalidad es similar a
aquélla descrita con respecto a la Figura 3 para aplicaciones que requieren una fuerza de tracción más alta. La unidad de accionamiento 800 comprende un sustrato flexible 802 colocado en un alojamiento superior 807a y porta dos o más accionadores 801 a, 801b, que son accionables de manera individual. Los miembros de sujeción 806a, 806b sobresalen del accionador respectivo hacia el miembro móvil 820, que puede ser un miembro de compresión o una parte de conexión conectada al mismo. Los resortes de desviación 803a, 803b pueden proporcionarse en un alojamiento inferior 807b para desviar el miembro móvil 820 hacia los miembros de sujeción 806a, 806b. Puede proporcionarse una desviación adicional mediante el sustrato flexible 802. En una disposición alterna, los resortes de desviación 803a, 803b pueden reemplazarse con otro grupo de accionadores. La operación es similar al caso con los resortes de desviación, excepto que pueden lograrse fuerzas más altas. En tal situación, los accionadores opuestos, colocados opuestos al miembro de compresión 820, se accionarían en fase uno el otro, de manera que cada par de accionadores opuestos, o miembros de sujeción opuestos, actuarían para sujetar y liberar el miembro de compresión 820. Además, en tal modalidad alterna, el miembro de compresión 820 puede proporcionarse con una textura similar a un trinquete en ambas de sus superficies orientadas al accionador. En esta modalidad, los accionadores 801 a, 801b pueden ser accionables con un retardo o retraso de fase P, por ejemplo, como se indica
por la Figura 12, que indica las señales S804a, S8o5a, S804b, S8o5b al conjunto de electrodos respectivos, 804a, 805a, 805a, 805b del accionador respectivo 801a, 801 b. Al activar el primer conjunto de electrodos 804a, 804b del accionador respectivo 801 a, 801 b, un movimiento del miembro de sujeción que corresponde al número de referencia R1 pueden proporcionarse, resultando en un movimiento de apriete D1 del miembro móvil 820. Al activar el segundo conjunto de electrodos 805a, 805b del accionador respectivo 801a, 801b, un movimiento del miembro de sujeción correspondiente al número de referencia R2 puede proporcionarse, resultando en un movimiento de liberación D2 del miembro móvil 820. Por lo tanto, los accionadores pueden controlarse de manera que en cualquier punto de tiempo, al menos uno de los miembros de sujeción 806a, 806b está en contacto de transferencia de fuerza con el miembro móvil 820. Así, los miembros de sujeción 806a, 806b pueden "caminar" sobre el miembro móvil 820. Los miembros de sujeción 806a, 806b pueden ser asimétricos, con microsalientes o con forma de V, como se indica en las Figuras 25a-25b, 26a-26e, 27a-27l o 28a-28f. También, el miembro móvil 820 puede proporcionarse con una estructura con microsalientes para la interacción con la estructura del miembro de sujeción 806a, 806b. De manera alterna, puede dependerse de la fricción estática para generar una fuerza de sostén estática.
Las unidades de accionamiento mismas, pueden construirse de una manera asimétrica, de manera que la fuerza de tracción y la fuerza de retorno se adaptan a los requisitos de la aplicación de compresión. Las aplicaciones de compresión en general, no requieren una alta fuerza de retorno, de manera que al utilizar la mayoría del material activo en la fase de tracción de la compresión, uno puede maximizar la fuerza de tracción mientras que reduce al mínimo la cantidad de material activo y todavía mantiene un movimiento razonable para el golpe de retorno (a niveles de fuerza menores). Una alta capacidad de fuerza se obtiene mediante el movimiento gradual coordinado, por lo que un miembro de sujeción siempre entra en contacto con el miembro móvil. También, la provisión de un sustrato flexible de alta resistencia 102, incrementa la capacidad de fuerza proporcionando soporte para el material activo, mejor calidad acústica y resistencia a la fatiga más alta, permitiendo una fuerza de desviación mayor entre el miembro de sujeción y el miembro móvil, sin dañar el material activo. Esto también permite formar las ondas de vibración para la operación resonante. La combinación de las propiedades de fricción estática de la interconexión y la fuerza de desviación también puede utilizarse como un fusible mecánico configurable. Si la fuerza externa excede la fuerza máxima sustentable en la interconexión entre el miembro de sujeción y el miembro de compresión, empezará a deslizarse. Este fusible mecánico puede utilizarse para proporcionar un nivel adicional de seguridad mecánica para el usuario
y/o como un medio para proteger los componentes internos de las unidades de accionamiento. Las Figuras 13a-13c ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 900 de acuerdo con una novena modalidad. En esta modalidad, el miembro móvil, es decir, los miembros de compresión 920a, 920b, o los miembros de conexión conectados al mismo, se proporcionan con una estructura de trinquete o una serie de perforaciones 922. El miembro de sujeción 906 puede tomar la forma de un gancho que se extiende desde un aditamento de base 921 , el gancho es flexionable y/o expandible/contraíble por los accionadores respectivos 901a, 901b. Por lo tanto, los accionadores comprenden accionadores de flexión para controlar el miembro de sujeción entre una posición de sujeción y una posición de no sujeción (o reposicionamiento); y accionadores de extensión para proporcionar el movimiento de tracción o el movimiento de reposicionamiento. En la porción externa del miembro de sujeción, un gancho u otro tipo de dispositivo de entrelazado positivo se forma para la interacción con la estructura de trinquete o las perforaciones 922. La estructura de trinquete puede extenderse en una dirección paralela a la dirección del movimiento del miembro móvil, y puede comprender al menos dos, posiblemente tres o más estructuras de trinquete paralelas. Los miembros de sujeción pueden colocarse para ser accionados con un retardo entre sus movimientos cíclicos respectivos, de manera que en cualquier punto en el tiempo, al menos uno de los miembros
de sujeción está en un acoplamiento de transferencia de fuerza con su estructura de trinquete asociada. Por ejemplo, los accionadores que controlan la extensión de los miembros de sujeción pueden accionarse a un retardo de fase de 180 grados, mientras que los accionadores que controlan la sección de los miembros de sujeción pueden accionarse a un retardo de fase de 90 grados. De manera preferida, se utilizan formas de onda con una forma (es decir, no sinusoidales). Por lo tanto, siempre hay una fijación positiva del miembro móvil. Así, refiriéndose a la Figura 13c, un par de miembros de sujeción 906 que acoplan un miembro móvil 920a en un lado de la unidad de accionamiento 900, pueden realizar los movimientos indicados por R1 y R1\ en donde R1 y R1 ' pueden estar retrasados 180 grados, es decir, la mitad de un periodo. De manera similar, los miembros de sujeción 906 en el otro lado de la unidad de accionamiento 900 pueden realizar movimientos similares. En la Figura 13c, un movimiento de retirada es indicado por R2 y R2', en donde R2 y R2' pueden estar retrasados 180 grados, es decir, la mitad de un periodo. Los miembros de sujeción 906 pueden colocarse dentro de un espacio interior de un alojamiento 907a, 907b. Un electrolito para los accionadores del polímero accionado de manera electroquímica puede colocarse en el espacio. Además, un contraelectrodo puede imprimirse a lo largo de las paredes interiores del miembro de guía 907a, 907b.
Se reconoce que la unidad de accionamiento de las Figuras 13a-13c puede proporcionarse como de doble lado o de un solo lado, es decir, operando sobre uno o dos miembros móviles 920a, 920b. La sujeción positiva proporcionada por la unidad de accionamiento 900 mejora la capacidad de la fuerza. Una alternativa en este caso es que el miembro de sujeción 906 sea simplemente una pieza pasiva que se forma en o fuera de la punta más externa del accionador 901. En este sentido, podría ser una estructura similar a un gancho que se une al accionador, pero también podría ser una pieza que está perforada o prensada de un material pasivo en el extremo del accionador. El miembro de sujeción también puede ser un sustrato flexible en el cual los accionadores se fabrican y la punta podría ser un miembro moldeado de ese sustrato, o depositarse de manera separada en el sustrato durante la fabricación. La unidad de accionamiento de las Figuras 13a-13c es más adecuada para los materiales activos del tipo de polímero y aleación con memoria, puesto que la falta de precompresión y el requisito de las fuerzas de tensión niegue el uso de materiales activos del tipo cerámica, que pueden agrietarse cuando se someten a esfuerzos de tensión. El mecanismo de trinquete del miembro de compresión acomoda el arrastre de los accionadores a través del número y la separación. Las Figuras 14a-14g ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 1000 de acuerdo con una décima modalidad. Esta unidad
de accionamiento comprende un miembro móvil 1020, conectado a un primer miembro de compresión y un miembro de guía 1023 conectado a otro miembro de compresión 20, que puede extenderse en una dirección opuesta al primer miembro de conexión. El miembro de guía puede comprender un canal u otra estructura tubular, que tiene una sección transversal arbitraria, y que se extiende sustancialmente paralelo con una dirección de movimiento pretendida del miembro móvil, por lo que el miembro de sujeción es móvil dentro del canal o estructura tubular. Un miembro de sujeción, conectado al miembro móvil 1020, comprende primer y segundo miembros de abrazadera separados longitudinalmente 1006a, 1006b, que son controlables para el acoplamiento liberable del miembro de guía 1023. En la modalidad ilustrada en las Figuras 14a-14g, los miembros de abrazadera 1006a, 1006b pueden ser expandibles y contraíbles de manera controlable e individual, en una dirección transversal a la dirección del movimiento, de manera que los miembros de abrazadera 1006a, 1006b pueden acoplar el miembro de guía, por ejemplo, las paredes internas de un canal, para asegurar el miembro de sujeción con relación al miembro móvil. El miembro de sujeción puede comprender además un miembro de movimiento longitudinal 1006c que se extiende entre los miembros de abrazadera. El miembro de movimiento longitudinal 1006c puede ser expandible y contraíble de manera controlable en una dirección paralela con la dirección del movimiento.
Los cables 1024 para controlar los miembros de abrazadera 1006a, 1006b y el miembro de movimiento longitudinal 1006c pueden incluirse en la estructura. De manera alterna, el miembro de guía puede comprender una pista o riel de guía, por lo que los miembros de abrazadera abarcan total o parcialmente la pista o riel de guía. La unidad de accionamiento 1000 de la Figura 14a puede proporcionar una alta capacidad de fuerza mediante la provisión de una superficie texturizada en los miembros de abrazadera y en el miembro de guía. Tal texturizado puede implementarse fácilmente como un paso final en la fabricación de unidades de accionamiento monolíticas. La texturización también puede aplicarse al miembro de abrazadera orientado a las superficies del miembro de guía. La capacidad de fuerza se mejora por el hecho de que siempre hay un miembro de abrazadera que mantiene contacto con el miembro de guía. La unidad de accionamiento 1000 puede operarse como sigue: Refiriéndose a la Figura 14b, un primer miembro de abrazadera 1006a puede desacoplarse, mientras que el segundo miembro de abrazadera 1006b está acoplado. Refiriéndose a la Figura 14c, el miembro de movimiento longitudinal 1006c es alargado. El segundo miembro de abrazadera 1006b permanece acoplado. Refiriéndose a la Figura 14d, el primer miembro de abrazadera 1006a está acoplado. El segundo miembro de abrazadera 1006b permanece acoplado. Refiriéndose a la Figura 14e, el segundo miembro de
abrazadera 1006 está desacoplado, mientras que el primer miembro de abrazadera 1006a está acoplado. Refiriéndose a la Figura 14f, el miembro de movimiento longitudinal 1006c se contrae. El primer miembro de abrazadera 1006a permanece acoplado. Refiriéndose a la Figura 14g, ambos miembros de abrazadera 1006a, 1006b están acoplados, por lo que el accionador se ha movido una distancia D, como se indica en la figura. Utilizando los principios expuesto con respecto a las Figura 14a-14g, es posible proporcionar un aseguramiento tras el retiro de la potencia. La fricción estática entre el miembro de guía y los miembros de abrazadera puede utilizarse, de manera alterna, pueden proporcionarse estructuras de trinquete en el miembro de guía y/o los miembros de abrazadera. También es posible proporcionar esta disposición relativamente silenciosa, utilizando accionadores de polímero o de cerámica. En el caso de que el miembro longitudinal sea del tipo de constricción (se constriñe durante la activación más que se expande como se describe en las Figuras 14b-g), entonces la secuencia de operación para los miembros de abrazadera deberá invertirse de aquélla mostrada en las Figuras 14b-14g. Se prefiere que el accionador 1006a, 1006b, 1006c se construya como un bloque monolítico. De esta manera, los conjuntos de electrodos para el miembro de movimiento longitudinal 1006c y el primer y segundo miembros de abrazadera 1006a, 1006b pueden imprimirse de manera automática durante el procedimiento de formación de las capas del accionador. Un
bloque monolítico también requiere menos refuerzos en los puntos de sujeción 1012, puesto que tales conexiones se hacen de manera automática como resultado del procedimiento de fabricación. La modalidad de las Figuras 14a-14g no es muy adecuada para los accionadores longitudinales del tipo de cerámica sin alteraciones a los miembros de abrazadera. La razón de esto, es que generalmente los accionadores del tipo de cerámica que operan en el modo longitudinal, no pueden proporcionar un golpe suficiente para desacoplar el miembro de guía sin unas estrictas tolerancias de fabricación. En el caso de un accionador del tipo de cerámica, los miembros de abrazadera pueden ser de naturaleza dimorfa para generar suficiente longitud del golpe para desacoplar el miembro de guía durante la operación. Como una alternativa a los accionadores del tipo de cerámica, los accionadores de un solo cristal pueden lograr un golpe suficiente en un modo longitudinal, de manera que los miembros de abrazadera pueden acoplar y desacoplar el miembro de guía. El procedimiento de las Figuras 14a-14g es bastante apropiado para los accionadores del polímero en general. En el caso de accionadores de polímero activados electroquímicamente, el espacio alrededor del accionador 1006 se llenaría con un electrolito adecuado. Un contraelectrodo puede imprimirse en la superficie interna del miembro de guía y podrían formarse perforaciones o surcos longitudinales en el miembro longitudinal, para facilitar el ingreso y egreso rápido de los iones del electrolito hacia el
polímero y viceversa durante la operación. El diseño detallado de tales surcos se facilita mejor mediante la simulación por computadora y validación experimental para determinar las velocidades de operación finales, las tensiones y capacidades de tracción para un diseño particular. Las superficies de los accionadores de abrazadera 1006a y/o
1006b o el canal con el cual se interconectan, puede modelarse para tener rebordes microformados como en las Figuras 24a-28, para incrementar la fuerza de sujeción que pueden aplicar a la pista del alojamiento. Por lo tanto, la fuerza de sujeción del accionador puede incrementarse más allá de la disponible de simples superficies lisas de la pista y la abrazadera. La separación de tal patrón del trinquete debe ser menor que la longitud del golpe máximo de la sección del accionador primario 1006c. Las Figuras 15a-15b ilustran de manera esquemática una unidad de accionamiento 1100 de acuerdo con una decimoprimera modalidad. En esta modalidad, el accionador 1 101 , unido al arnés de montaje 1126, puede colocarse para causar que el miembro de sujeción 1106 realice un movimiento oscilante, que tiene un componente en un plano sustancialmente paralelo con una dirección de movimiento pretendida D1 del miembro móvil 1 120a, 1 120b. El miembro móvil 1 120a, 1120b puede sujetarse entre dos accionadores 1101 o entre un accionador 1101 y una base de montaje 1121 , como se ilustra en las Figuras 15a-15b. Entre el miembro de sujeción 1106 y el miembro móvil 1 120a, 1120b, puede proporcionarse un dispositivo de rectificación 1125a, 1125b que
proporciona una alta fricción entre el miembro de sujeción 1106 y el miembro móvil 1 120a, 1 120b durante una primera parte del movimiento oscilante, en donde el miembro de sujeción se mueve en una primera dirección (DP) en el plano, y proporcionar una baja fricción entre el miembro de sujeción 1 106 y el miembro móvil 1 120a, 1120b durante una segunda parte (DS) del movimiento oscilante, en donde el miembro de sujeción se mueve en una segunda dirección opuesta. Así, durante la primera parte (DP) de un golpe, el dispositivo de rectificación causará que el miembro móvil 1 120a, 1120b siga el movimiento del miembro de sujeción 1106, mientras que durante la segunda parte del golpe, el dispositivo de rectificación permitirá que el miembro móvil 1 102a, 1 120b se deslice con relación al miembro de sujeción 1106. La base de montaje y los accionadores pueden desviarse ligeramente unos hacia los otros. Tales dispositivos de rectificación pueden colocarse también entre la base de montaje 1121 y el miembro móvil. Como un ejemplo de un dispositivo de rectificación, pueden mencionarse microfilamentos inclinados o asimétricos o inclinados. Los ejemplos no limitantes incluyen filamentos de aguja de plástico o metálicos. También pueden proporcionarse labios o rebordes inclinados. El accionador necesita moverse más que la distancia de acoplamiento/desacoplamiento del dispositivo de rectificación, para asegurar un movimiento positivo neto. Los materiales del accionador adecuados particularmente, comprenden polímeros electroactivos de clasificación ferroeléctrica o de
polímero conductor, aleaciones con memoria de la forma o cristales o cerámicas piezoeléctricos. Las versiones piezoeléctricas pueden requerir que se proporcionen resortes de desviación como se ilustra, por ejemplo, en la Figura 3. Las versiones poliméricas podrían incluir accionadores laminados o arreglos de accionadores o accionadores con múltiples capas, con las capas siendo paralelas al miembro móvil. El accionador podría ser un solo accionador montado en el arnés de montaje. De manera alterna, el arnés de montaje, la base de montaje y el accionador pueden moldearse o construirse juntos de otra manera. La fuerza de desviación F, que fija el miembro móvil 1 120a,
1120b entre el miembro de sujeción y la base de montaje 1121 , puede aplicarse de una manera conocida per se. La unidad de accionamiento 1100 ilustrada en la Figura 15a puede ser un dispositivo de una sola vía, sin la capacidad de proporcionar una liberación controlada de los miembro móviles 1 120a, 1 120b. Como se ilustra en la Figura 15b, la unidad de accionamiento 1100 de la Figura 15a puede modificarse en una unidad de accionamiento 1 100', que es capaz de liberar de manera controlada los miembros móviles 1 120a, 1 120b. Esto puede lograrse proporcionando un dispositivo 1 127, 1 128, por ejemplo, un mecanismo de pinzas, que tras el accionamiento, causa que el dispositivo de rectificación 1125a, 1 125b se desacople al menos parcialmente de los miembros móviles 1 120a, 1120b, permitiendo por lo tanto el movimiento en cualquier dirección, incluyendo un movimiento de liberación.
Tal mecanismo de pinzas puede aliviar la fuerza de desviación F y/o actuar para separar el accionador 1101 de la base de montaje 1121. Otra opción para permitir el desacoplamiento podría ser permitir que el miembro de sujeción se mueva lejos del miembro móvil, por ejemplo, mediante un mecanismo de plegado. De manera alterna, el dispositivo de rectificación podría proporcionarse en el miembro móvil 1120a, 1 20b, en lugar de sobre el miembro de sujeción y sobre la base de montaje 1121. En otra opción, los microf ¡lamentos del dispositivo de rectificación 1 125a, 1125b podrían construirse de accionadores de flexión de un material activo. Tras la activación, pueden retraerse en el miembro de sujeción 1 106 y la base flexible 1 121 desacoplando por lo tanto el accionador 1101 de los miembros móviles 1120a, 1120b. El movimiento de los microfilamentos de material activo y los accionadores podría coordinarse en el caso de que uno quisiera una retirada controlada del miembro móvil. Las capacidades de fuerza de este diseño se determinan por la relación de la distancia de acoplamiento/desacoplamiento del mecanismo de rectificación y la longitud de la corrida de los accionadores, y las capacidades de fuerza de los accionadores. Por lo tanto, no hay necesidad de un mecanismo de desviación directo, el acoplamiento adecuado puede lograrse con una ligera desviación, la eficiencia de este mecanismo de accionamiento puede ser muy alta.
Además, los medios de rectificación pueden comprender una estructura de trinquete colocada para la interacción con los microfilamentos inclinados. Tal estructura de trinquete puede colocarse en la superficie o superficies orientadas hacia los microfilamentos, para proporcionar un entrelazado positivo mediante la interacción con los microfilamentos. La Figura 16 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento 1200 de acuerdo con una decimosegunda modalidad, en donde la unidad de accionamiento 1200 se coloca para controlar una distancia radial DR (Figura 4) entre la parte del cuerpo 2 y el miembro móvil (miembro de compresión 1220, o un miembro de conexión conectado al miembro de compresión). En esta modalidad, el miembro de compresión rodea la parte del cuerpo, y la unidad de accionamiento se coloca entre la parte del cuerpo y el miembro de compresión. Cuando se activa, la unidad de accionamiento empuja localmente el miembro de compresión lejos de la parte del cuerpo, apretando por lo tanto de manera efectiva el miembro de compresión. La unidad de accionamiento puede comprender una base de montaje 1221 , que se extiende entre dos porciones separadas circunferencialmente del miembro móvil 1220. Un elemento del accionador flexionable de manera controlable 1201 puede proporcionarse para controlar una distancia radial DR, a lo largo de la línea L de simetría, entre la base de montaje 1221 y el miembro móvil 1220. Una porción central del elemento del accionador 1201 puede apoyarse contra el interior del miembro móvil 1220, mientras que los bordes o puntas del elemento del accionador 1201 pueden
¡nteractuar con una estructura de trinquete 1222 colocada en, o integrada con la base de montaje. El accionador 1201 puede suplementarse con un resorte 1230, que puede desviarse de manera adecuada hacia la posición apretada (P2) o hacia la posición liberada (P1 ). También puede proporcionarse un elemento de resorte 1231 en el borde más externo de la base de montaje 1221 , este elemento de resorte más externo está colocado para proporcionar una fuerza que tiene un componente radial hacia el miembro móvil 1220. Tal elemento de resorte puede mejorar la relación de transmisión de la fuerza de deformación para mejorar además el desempeño. La unidad de accionamiento 1200 de la Figura 16 puede operar como sigue. En la posición suelta P1 mostrada en la parte superior de la Figura 16, el borde del elemento del accionador 1201 está en acoplamiento con la porción más externa de la estructura de trinquete 1222. Mediante la activación del elemento del accionador 1221 , se flexiona, junto con el resorte 1230, causando por lo tanto que su porción central se mueva lejos de la base de montaje 1221 en una dirección radial, a lo largo de la línea de simetría L. Mientras se flexiona, el borde del elemento del accionador se desplaza a lo largo de la estructura de trinquete 1222, lo cual puede evitar que se mueva hacia atrás. Volviendo ahora a la porción inferior de la Figura 16, que muestra la unidad de accionamiento 1200 en su posición apretada P2, se nota que se alcanza un efecto de apretado neto ??.
La modalidad de la Figura 16 puede operar como un accionador de salto, o dos accionadores 1201 pueden colocarse en paralelo para controlarse de manera individual. Este procedimiento también puede invertirse para liberar el miembro de compresión. De manera alterna, para liberar la unidad de accionamiento 1200 de la Figura 16, puede utilizarse un movimiento de salto invertido, o un mecanismo de desacoplamiento separado puede proporcionarse. Por ejemplo, la retirada controlada de la unidad de accionamiento puede lograrse utilizando un accionador con múltiples conjuntos de electrodos configurados. La activación coordinada de ambos conjuntos de electrodos puede crear un movimiento elíptico en el punto de contacto entre el accionador 1201 y la estructura de trinquete 1222 que tiene un sentido en la dirección de las manecillas del reloj o en contra de las manecillas del reloj. El movimiento de esta modalidad, en general, sería similar a aquél descrito en la Figura 10b-10d para una configuración inerte (salto). Este procedimiento puede ser muy útil para los materiales activos que requieren precompresión, tales como las cerámicas. También puede ser útil para algunos accionadores poliméricos unirlos al sustrato flexible en un estado estirado para mantener la mejora de la propiedad que se alcanza a través de tal estiramiento. Un ejemplo son los polímeros ferroeléctricos, en donde la resistencia al rompimiento dieléctrico se
incrementa de manera significativa conforme las cadenas del polímero se alinean durante el preestiramiento. La Figura 17 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento 1300 de acuerdo con una decimotercera modalidad, que es una posible aplicación práctica de las modalidades descritas en la Figuras 5a-5c o 9. La unidad de accionamiento 1300 de la Figura 17 comprende un alojamiento 1307 que tiene una o dos aberturas para un miembro móvil 1320. Solo un miembro móvil se muestra en la Figura 17, pero se reconoce que dos o más miembros pueden proporcionarse. Las disposiciones del accionador que comprenden los accionadores respectivos 1301 , los resortes de desviación 1303, los conjuntos de electrodos 1304, 1305 y los miembros de sujeción 1306 se indican. El accionador 1301 puede montarse mediante puntos de montaje 131 1 en una abrazadera de montaje 1340. Un huso 1309 se proporciona en una porción central de la unidad de accionamiento 1300, que se extiende entre las ruedas respectivas 1308 que tienen superficies de contacto respectivas 1310 para la interacción con el miembro de sujeción respectivo 1306. Por lo tanto, las ruedas 1308 forman un mecanismo de transmisión 1318 del miembro de sujeción 1306 al huso 1309. En la modalidad de la Figura 17, puede proporcionarse una alta capacidad de fuerza mediante la porción del material activo del accionador que está fija con relación a la abrazadera de montaje 1340 solo en sus nodos (puntos o líneas de vibración mínima), es decir, los puntos de montaje 1311 coinciden con los nodos de la porción del material activo excitado. Esto
proporciona una velocidad de vibración máxima y alivia las tolerancias de la fabricación en el alojamiento. También, la abrazadera de montaje 1340 puede ser un arnés flexible, que puede desviarse hacia la rueda 1308. La Figura 18 ilustra de manera esquemática una unidad de accionamiento 400 de acuerdo con una decimocuarta modalidad. En esta modalidad, cada unidad de accionamiento primaria 1401a rodea parcialmente la parte del cuerpo 2. La unidad de accionamiento primaria 1401 está colocada para proporcionar una fuerza de compresión gradual a la parte del cuerpo 2, mediante la interacción entre una estructura de trinquete 1422 y el miembro de sujeción 1406 conectado al accionador primario 1401 a. La modalidad ilustrada en la Figura 18 puede operar de una manera similar a lo que se ha descrito con respecto a las Figuras 11 y 13a-13c, es decir, que tienen miembros de sujeción coordinados que operan en paralelo, de manera que siempre hay un miembro de sujeción que acopla la estructura de trinquete, mientras que el otro miembro de sujeción se mueve con relación a la estructura de trinquete. El hecho de que siempre haya un miembro de sujeción acoplando la estructura de trinquete, proporciona una alta capacidad de fuerza. También, al colocar el dispositivo de las Figuras 18-20a y 20b para jalar solamente en su estado pasivo y expandirse en su estado activo, el dispositivo se autoasegurará cuando no se aplica potencia al mismo, reduciendo por lo tanto el consumo de potencia.
El accionador primario 1401a puede ser expandióle y contraíble en una dirección circunferencial, es decir, es variable en longitud y se enrolla alrededor de la parte del cuerpo. En un primer extremo o borde, el accionador primario 1401 a puede unirse a un alojamiento 1407, que puede contener componentes electrónicos y conectores, etc. En un segundo extremo o borde, el accionador primario 1401a acopla la estructura de trinquete 1422. Entre el a accionador primario 1401a respectivo y la parte del cuerpo, puede haber una capa interna 1445, que en un extremo o borde está unida al alojamiento 1407, y en un segundo extremo o borde se proporciona con un dispositivo de unión 1411 para la unión a la otra capa interna. La estructura de trinquete 1422 se coloca cerca del segundo extremo o borde de la capa interna 1445. La estructura de trinquete 1422 puede tener superficies de aseguramiento orientadas lejos del accionador primario 1401 a. En el segundo extremo del accionador primario 1401a, un miembro de sujeción 1406 que tiene un accionador secundario 1401b puede colocarse, que va a interactuar con la estructura de trinquete 1422. El miembro de sujeción 1406 puede unirse al segundo borde del accionador primario 1401a y extenderse hacia el primer borde del accionador primario 1401a. Además, el miembro de sujeción puede flexionarse lejos del accionador primario 1401 a hacia la estructura de trinquete, para formar un borde sobresaliente, que puede acoplar una superficie de aseguramiento de la estructura de trinquete para asegurar el accionador primario 1401 a con relación a la estructura de trinquete 1422. La flexión del miembro de sujeción
1406 puede proporcionarse por un accionador secundario 1401 b, que junto con el miembro de sujeción 1406 puede formar una estructura con dos capas. Fuera del miembro de sujeción, y conectando el exterior del accionador primario 1401a y la capa interna 1445, puede haber una estructura de cubierta 1442, que también puede servir como un miembro de desviación para desviar el miembro de sujeción hacia la estructura de trinquete 1422. Las Figuras 19a-19b ilustran un primer diseño del miembro de sujeción 1406, en donde un resorte de punta 1443 se coloca para encerrar el borde del accionador primario 1401 a, posiblemente con una estructura de refuerzo 1441 provista entre el borde y el resorte de punta 1443. El accionador secundario 1401b puede colocarse en el interior del miembro de sujeción para proporcionar una estructura flexionable con doble capa. Las Figuras 20a-20b ilustran un segundo diseño del miembro de sujeción 1406, en donde el accionador secundario se proporciona al menos parcialmente en un rebajo en el accionador primario 1401 a. El accionador secundario 1401 b se hace flexible, con un extremo del mismo unido a un extremo del rebajo y el otro extremo del mismo provisto con un miembro de sujeción 1406. En la configuración de las Figuras 20a, 20b, el accionador secundario 1401 b y el accionador primario 1401a pueden construirse ambos de una pieza monolítica de material activo. Esta unidad monolítica puede tener múltiples patrones de electrodos para el accionador primario y el accionador secundario. Es posible encaminar los alambres de la señal para el
accionador secundario a lo largo de las capas internas del accionador primario de regreso a la base dentro del alojamiento 1407. El miembro de sujeción 1406 puede comprender un componente adicional que está unido al material activo, y puede incluir un recubrimiento resistente al desgaste, o puede ser una extensión del material activo mismo, pero sin los electrodos y por lo tanto estar inactivado. Además, la región de refuerzo 1441 puede simplemente ser un material activo que no tiene electrodos, es decir, está inactivo. Una simple barra de distribución 1444 puede utilizarse para conectar los electrodos internos de las capas de accionador secundario a las trazas de la señal para el accionador secundario que puede correr a través o a lo largo del accionador primario. De esta manera, toda la estructura puede fabricarse de una manera automática, reduciendo los requisitos del montaje. Además, en esta configuración, todas las conexiones eléctricas del accionador pueden hacerse en el alojamiento y todas las trazas eléctricas sellarse del medio ambiente. En una configuración con los accionadores primarios que pueden contraerse en lugar de expandirse, la estructura de cubierta 1442 regresará el accionador a su forma original tras la desactivación. En este sentido, el miembro de sujeción avanza a lo largo del miembro de compresión durante la fase de apagado del ciclo de accionamiento, y el nivel de compresión se incrementa durante la fase de activación del ciclo de accionamiento. Tal ciclo de accionamiento se observará en una implementación de aleación con memoria de la modalidad.
Esta modalidad es adecuada para materiales poliméricos y con memoria de la forma. En particular, es muy adecuada para materiales con memoria de la forma. La razón de esto es que los materiales con memoria de la forma son muy robustos y pueden soportar el desgaste y desgarre del medio circundante, puesto que no requieren electrolitos que pueden fugarse o capas dieléctricas delgadas que pueden perforarse. También, la modalidad permite la compresión rápida con el material con memoria de la forma durante el ciclo de calentamiento con un reinicio más lento durante el ciclo de enfriamiento. Puede tomarse una ventaja total del calentamiento por impulsos del material con memoria, logrando por lo tanto velocidades del inicio de la presión extremadamente rápidas (que es adecuado para aplicaciones de ECP o de DVT por impulsos) y un golpe máximo puede lograrse por ciclo de accionamiento, dada la longitud larga de los accionadores primarios. Finalmente, la configuración puede emplear un mantenimiento de la presión sin potencia, de manera que la potencia sólo debe proporcionarse al material activo durante los movimientos. De esta manera, la eficiencia total del dispositivo en las aplicaciones que requieren ciclos de trabajo de alta presión significativos, puede mantenerse a un nivel relativamente alto, incluso con materiales con memoria activada por la temperatura o materiales poliméricos más ineficientes. La unidad de accionamiento 1400 de las Figuras 18-20b puede operar como sigue.
Primero, el dispositivo de compresión se coloca alrededor de la parte del cuerpo, y los segundos bordes de la capa interna 1445 se unen por los sujetadores 141 1 , de manera que el dispositivo de compresión se ajusta de manera apretada alrededor de la parte del cuerpo. Como un segundo paso opcional, el miembro de sujeción 1406 se hace acoplar a una porción de la estructura de trinquete 1422, que es la parte de la estructura de trinquete que está más cercana al alojamiento 1407. Tercero, el accionador primario 1401 a se activa para expandirse, causando por lo tanto que el miembro de sujeción 1406 se desplace hacia el extremo de la estructura de trinquete 1422, que está más lejos del alojamiento 1407. Conforme el accionador primario 1401a se expande, el miembro de sujeción 1406 puede empujarse sobre una superficie de rampa y hacia el acoplamiento con la siguiente superficie de aseguramiento de la estructura de trinquete 1422. De manera alterna, el accionador secundario 1401 b puede utilizarse para desacoplar el miembro de sujeción de su acoplamiento con la estructura de trinquete, y a continuación reacoplarse con la siguiente superficie de aseguramiento. La Figura 21 es un diagrama de bloques, que ilustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión. De acuerdo con la estrategia de diseño ilustrada en la Figura 21 , un accionador del material activo 1502, controlado por un controlador 1501 puede colocarse para interactuar con un miembro de compresión 1507 vía un dispositivo de
rectificación del movimiento 1505. Opcionalmente, el mecanismo de amplificación del movimiento 1504 puede proporcionarse entre el accionador del material activo 1503 y el dispositivo de rectificación del movimiento 1505. También opcionalmente, puede proporcionarse un mecanismo de transmisión 1506, como en las Figuras 5a-5c, 8a-8b y 9, entre el dispositivo de rectificación del movimiento 1505 y el miembro de compresión 1507. También opcionalmente, puede proporcionarse un elemento de desviación 1503 para desviar el accionador de un material activo 1502 hacia el mecanismo de amplificación del movimiento 1504, si lo hay, o hacia el dispositivo de rectificación del movimiento 1505. La Figura 22 es un diagrama de bloques, que ilustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión de acuerdo con otra modalidad. De acuerdo con la estrategia de diseño ilustrada en la Figura 22, un accionador primario 1602, controlado por el controlador 1601 puede colocarse para interactuar con un miembro de compresión 1607 vía un dispositivo de rectificación del movimiento 1605. Opcionalmente, un accionador de acoplamiento/desacoplamiento 1608 puede proporcionarse para controlar el acoplamiento del accionador primario 1602 con el dispositivo de rectificación del movimiento 1605. El accionador de acoplamiento/desacoplamiento 1608 también puede controlarse por el controlador 1601. Opcionalmente, un elemento de desviación 1603 puede proporcionarse para desviar el accionador del material activo 1602 hacia el dispositivo de rectificación 1605.
La Figura 23 es un diagrama de bloques, que ilustra de manera esquemática los componentes del dispositivo de compresión de acuerdo con aún otra modalidad. En esta estrategia de diseño, un controlador 1701 controla dos conjuntos de accionadores 1702a, 1702b que operan en paralelo, y que pueden proporcionarse con un elemento de desviación respectivo 1703a, 1703b. Los conjuntos del accionador 1702a, 1702b pueden acoplar un miembro de compresión 1707 vía un dispositivo de rectificación del movimiento 1705. Las Figuras 24a-24b ilustran de manera esquemática los diseños del miembro de sujeción de acuerdo con un primera modalidad, en donde el miembro de sujeción 1806 se ahúsa del lado orientado hacia el accionador 1850 hacia el lado orientado del miembro móvil 851. Las Figuras 25a-25b ilustran de manera esquemática los diseños del miembro de sujeción de acuerdo con una segunda modalidad, en donde el miembro de sujeción se ahúsa, justo como en las Figuras 24a-24b, pero en donde el miembro de sujeción tiene forma de flecha. Tal punta puede orientarse de manera que ningún borde puede capturar el miembro móvil, y también ayuda a mantener las fuerzas deseable en el miembro móvil, de manera que permanece recto durante el apriete. Las Figuras 26a-26e ilustran de manera esquemática los diseños del miembro de sujeción de acuerdo con una tercera modalidad, en donde el miembro de sujeción 2006 se ahúsa de un lado orientado hacia el accionador 2050 hacia el lado orientado hacia el miembro móvil 2051 , y en donde el
último lado tiene microsalientes de acuerdo con cualquiera de los patrones proporcionados en las Figuras 26b-26e. De las Figuras 26b-26e, se reconoce que los diseños del miembro de sujeción indicados en las Figuras 24a-24b y 25a-25b pueden combinarse con microsalientes, proporcionando una estructura de trinquete en el miembro de sujeción. Al proporcionar dientes asimétricos en la estructura de trinquete, el agarre del miembro móvil puede mejorarse además. La forma de V puede facilitar el retiro de las partículas (polvo, caspa) de la estructura de trinquete, y también puede proporcionar amortiguamiento acústico. Las Figuras 27a-27l ilustran de manera esquemática diseños adicionales del miembro de sujeción, todos los cuales están pretendidos para moverse en una dirección principal de derecha a izquierda vis a vis un miembro móvil. El miembro de sujeción puede proporcionarse con un canal de alineación 2760 que se extiende en la dirección principal, como se ilustra en las Figuras 27a, 27b, 27d, 27f, 27g y 27I. Tales canales de alineación 2760 pueden utilizarse para controlar la dirección del movimiento del miembro móvil, para evitar desviaciones, y pueden proporcionarse en el miembro de sujeción y/o en el miembro móvil. Básicamente, cualesquier estructuras de alineación interactuantes, pueden proporcionarse en el miembro de sujeción y en el miembro móvil (ya sea una rueda o una correa) para asegurarse que el movimiento relativo entre el miembro de sujeción y el miembro móvil siga una dirección pretendida.
Los canales de alineación 2760 pueden utilizarse en conjunto con estructuras correspondientes en la superficie del miembro de compresión o el miembro móvil para mantener la alineación durante el ciclo de compresión. De manera alterna, tales diseños pueden tener un patrón en la superficie del miembro de compresión o el miembro móvil para interactuar de una manera ventajosa con la superficie del miembro de sujeción. Los patrones correspondientes en el miembro de sujeción y el miembro de compresión pueden utilizarse para mejorar las capacidades de fuerza de la interconexión (mediante el aseguramiento positivo de las dos superficies), mantiene la alineación durante cada golpe, mantiene al miembro de compresión centrado con respecto a la unidad de accionamiento, etc. Los miembros de alineación grabados 2761 pueden utilizarse en conjunto con estructuras correspondientes en la superficie del miembro de sujeción para mantener la alineación durante el ciclo de compresión. Las Figuras 28a-28f ilustran de manera esquemática los diseños adicionales alternos del miembro de sujeción. Mientras que los accionadores se han descrito para utilizarse con un miembro de compresión en un dispositivo de tratamiento con compresión, tales accionadores pueden tener además áreas de aplicación, tales como el apriete de cinturones para asientos, accionadores de cables de alta fuerza, mecanismos de enrollamiento del cable, equipo de procesamiento de hojas continuas, sistemas de apriete de accionamiento de banda ajustables, restrictores de flujo ajustables, bombas peristálticas, etc.
Se nota que en las modalidades en donde las superficies de aseguramiento (Figuras 10a-10d, 13a-13c, 16, 18, 19a-19b, 20a- 20b, aparecen, la separación entre dos superficies de aseguramiento adyacentes puede ser menor que la longitud de la corrida disponible máxima del accionador. En algunas modalidades, la separación de las superficies de aseguramiento puede ajustarse una fracción de la longitud de la corrida disponible del accionador, de manera que bajo condiciones de baja fuerza (poca compresión), el accionador puede ejecutar un paso sobre una pluralidad de superficies de aseguramiento con cada corrida, pero conforme el miembro de compresión se aprieta alrededor de la parte del cuerpo (niveles de compresión incrementada), y los pasos del accionador se vuelven más pequeños (debido a la fuerza incrementada del miembro de compresión), la separación resultante de las superficies de aseguramiento todavía es suficiente para que al menos pasos únicos puedan hacerse con cada corrida completa del accionador. Por lo tanto, un medio para limitar las capacidades de la fuerza de esta configuración, es mediante el diseño de la relación entre la separación de la superficie de aseguramiento y la longitud de la carrera del accionador disponible. Cuando el requisito de fuerza excede la capacidad del accionador para llevar a cabo al menos un solo paso, la rectificación se perderá y el miembro de compresión no será capaz ya un avance adicional. Se reconoce que los accionadores descritos en la presente pueden utilizarse en cualquier aplicación en donde una correa se va a apretar alrededor de un objeto o para jalar una correa. Por lo tanto, la descripción en
la presente no está limitada a dispositivos para el tratamiento con compresión de las parte del cuerpo, sino a cualquier dispositivo para apretar o jalar una correa.
Claims (15)
1.- Un dispositivo para el tratamiento con compresión de una parte del cuerpo, el dispositivo comprende: un miembro de compresión, adaptado para rodear al menos parcialmente una parte del cuerpo, y una unidad de accionamiento, colocada para apretar el miembro de compresión para proporcionar una fuerza compresiva a la parte del cuerpo, la unidad de accionamiento comprende un accionador de un material activo, en donde un miembro de sujeción se conecta al accionador para realizar un movimiento cíclico, y en donde el miembro de sujeción está colocado para acoplar el miembro móvil, conectado al miembro de compresión.
2. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la unidad de accionamiento está colocada para apretar gradualmente el miembro de compresión.
3. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el miembro móvil, durante una primera parte del movimiento cíclico, es móvil con el miembro de sujeción, y durante una segunda parte del movimiento cíclico, es móvil con relación al miembro de sujeción.
4. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque durante la primera parte del movimiento cíclico, el miembro de sujeción está en un acoplamiento de transferencia de fuerza con el miembro móvil, y en donde durante la segunda parte del movimiento cíclico, el acoplamiento de transferencia de fuerza es eliminado o reducido sustancialmente.
5.- El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque una frecuencia del movimiento cíclico está en el intervalo de aproximadamente 1 a 200 Hz, de aproximadamente 0.2 a 20 kHz o de aproximadamente 20 kHz a 1 MHz.
6. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque comprende medios de rectificación para proporcionar un movimiento de una vía del miembro móvil.
7. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el miembro móvil comprende una parte giratoria, que está colocada de manera giratoria alrededor de un eje sustancialmente central, y en donde el miembro de sujeción está colocado para actuar en una superficie de la parte giratoria.
8. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el miembro de sujeción está colocado para acoplar una superficie de la parte giratoria, a una distancia del eje central, en donde un huso es giratorio alrededor del eje central, y está conectado a la parte giratoria, y en donde el miembro de compresión o un miembro de conexión, conectado al miembro de compresión se enrolla en el huso.
9. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque los diámetros efectivos de la parte giratoria y el miembro de huso son diferentes.
10. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-11 , caracterizado además porque la unidad de accionamiento comprende dos accionadores, que son accionables de manera individual.
11. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el dispositivo está dimensionado y adaptado para formar un manguito alrededor de la parte del cuerpo.
12. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la unidad de accionamiento y el miembro de compresión, si lo hay, forman una capa activa, y en donde el dispositivo comprende al menos uno de: una capa del sensor, colocada entre la capa activa y la parte del cuerpo; una capa interna, colocada entre la capa del sensor o la capa activa y la parte del cuerpo; y una capa externa, colocada fuera de la capa activa.
13. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la capa interna y la capa del sensor están integradas para formar una capa desechable.
14. - Un sistema que comprende un dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y una unidad de control, conectada al dispositivo y colocada para proporcionar una señal de control al dispositivo.
15.- El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende una capa del sensor que incluye al menos un elemento del sensor, y en donde la unidad de control está colocada para recibir una señal de retroalimentación del sensor.
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