RU2072813C1

RU2072813C1 - Electric drive for fingers of artificial hand

Info

Publication number: RU2072813C1
Authority: RU
Inventors: В.М. Беренштейн
Original assignee: Центральный институт протезирования и протезостроения
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: medical engineering, prosthetics. SUBSTANCE: electric drive comprises roller overrunning double-sided coupling 11 coupled to output gear of slow-down transmission 6 and to screw of crossed-axis helical gearing, and friction clutch coupled to output gear of high-speed transmission 4 and to overrunning double-sided coupling 8. Friction clutch comprises friction disc and spring disposed between friction disc and collar of second transmission. EFFECT: improved reliability of drive in operation due to modified mechanism of transmission ratio. 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к протезированию и протезостроению. The invention relates to medical equipment, namely, prosthetics and prosthetics.

Известен электропривод искусственной кисти с автоматически меняющимся передаточным отношением редуктора, содержащий электродвигатель, редуктор с переменным передаточным отношением, датчик нагрузки, связанный с редукторов, винтовую передачу, связанную с пальцами кисти. Датчик нагрузки включает пружину, деформация которой зависит от нагрузки на выходном звене привода, определяющей передаточное отношение редуктора (авт. св. N 145308, кл. A 61 F 2/54, 1960). Known electric artificial brush with automatically changing gear ratio of the gearbox, containing an electric motor, gearbox with a variable gear ratio, a load sensor associated with the gearboxes, a helical gear associated with the fingers of the brush. The load sensor includes a spring, the deformation of which depends on the load on the output link of the drive, which determines the gear ratio of the gearbox (ed. St. N 145308, class A 61 F 2/54, 1960).

Привод с переменным передаточным отношением по сравнению с приводом, имеющим постоянное передаточное отношение, позволяет в несколько раз повысить силу схвата и скорость перемещения пальцев искусственной кисти без увеличения расхода энергии. Этот привод содержит редуктор с плавно меняющимся передаточным отношением, что потребовало существенное увеличение габаритов и веса привода. The drive with a variable gear ratio compared to a drive with a constant gear ratio allows several times to increase the grip force and the speed of movement of the fingers of an artificial brush without increasing energy consumption. This drive contains a gearbox with a smoothly changing gear ratio, which required a significant increase in the dimensions and weight of the drive.

Эти недостатки отсутствуют в приводе, редуктор которого может содержать одно из двух значений передаточного отношения (авт. св. N 721093, кл. A 61 F 2/54, 1980). These disadvantages are absent in the drive, the gearbox of which can contain one of two gear ratios (ed. St. N 721093, class A 61 F 2/54, 1980).

Редуктор данного привода содержит две параллельно расположенные ступени зубчатой передачи, подключаемые к выходному валу с помощью кулачковых муфт, причем подвижное звено, связанное с выходным валом и осуществляющее переключение, перемещается при преодолении пружиной крутящего момента путем скольжения элементов муфт по наклонной плоскости. The gearbox of this drive contains two parallel gear stages connected to the output shaft using cam couplings, and the movable link connected to the output shaft and engaged in shifting moves when the spring overcomes the torque by sliding the coupling elements on an inclined plane.

К недостаткам прототипа следует отнести малую надежность, обусловленную переключением кулачковых муфт: выходной вал не может одновременно получать вращение от двух ступеней зубчатой передачи, а подпружиненное звено в определенной фазе переключения не контактирует ни с одной из двух передач. Для переключения необходимо резкое изменение момента сопротивления при значительной скорости, достаточной для перемещений подвижного звена в этой фазе по инерции. Однако в реальных условиях при наличии мягких пальцев искусственной кисти и косметической оболочки эти условия соблюдаются не всегда. В связи с тем, что резьбовая передача на выходе привода самотормозящая или используется механизм фиксации, особое затруднение связано с раскрытием кисти после сильного схвата, так как в процессе раскрытия кисти требуется последовательное включение медленной и быстрой передачи. The disadvantages of the prototype include low reliability due to the switching of cam couplings: the output shaft cannot simultaneously receive rotation from two stages of the gear transmission, and the spring-loaded link in a certain switching phase does not contact any of the two gears. To switch, a sharp change in the moment of resistance is necessary at a significant speed sufficient for inertial movements of the movable link in this phase. However, in real conditions, in the presence of soft fingers of an artificial brush and cosmetic shell, these conditions are not always observed. Due to the fact that the threaded gear at the output of the drive is self-braking or the locking mechanism is used, a particular difficulty is associated with the opening of the brush after a strong grip, since the slow and fast transmission is required in series to open the brush.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы электропривода с двумя значениями передаточного отношения редуктора путем изменения механизма передаточного отношения. The aim of the invention is to increase the reliability of the electric drive with two values of the gear ratio of the gearbox by changing the gear ratio.

Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе искусственной кисти, содержащей электродвигатель, зубчатый редуктор, медленную и быструю выходную винтовую передачи, введена роликовая муфта обгона двухстороннего действия, которая связана с выходным колесом медленной передачи и осью винтовой передачи, а также фрикционную муфту, которая связана с выходным колесом быстрой передачи и муфтой обгона двухстороннего действия и которая содержит фрикционный диск и пружину, причем пружина расположена между фрикционным диском и буртом второй передачи. This goal is achieved by the fact that in the electric drive of an artificial brush containing an electric motor, a gear reducer, a slow and fast output helical gear, a double-acting overtaking roller clutch is introduced, which is connected to the output gear of the slow gear and the axis of the helical gear, as well as a friction clutch that is connected with an output quick-drive wheel and a double-acting overtaking clutch and which contains a friction disk and a spring, the spring being located between the friction disk and the collar A swarm of transmission.

На чертеже представлена кинематическая схема электропривода пальцев искусственной кисти. The drawing shows a kinematic diagram of the electric fingers of an artificial brush.

Электропривод содержит последовательно соединенные электродвигатель 1, зубчатый редуктор 2, включающий медленную передачу 4, быструю передачу 5. Выходное колесо медленной передачи 6 связано с осью винта 7 винтовой передачи через роликовую муфту обгона двухстороннего действия 8, а выходное колесо 9 быстрой передачи 4 через вилку 10 муфты обгона, связанной с фрикционной муфтой 11, содержащей фрикционный диск 12 и пружину 13, причем пружина расположена между фрикционным диском 12 и буртом 14 оси винта. The electric drive contains a serially connected electric motor 1, a gear reducer 2, including a slow gear 4, fast gear 5. The output gear of the slow gear 6 is connected to the axis of the screw 7 of the screw gear via a double-acting overtaking roller clutch 8, and the output gear 9 of the fast gear 4 through the plug 10 the overtaking clutch associated with the friction clutch 11 containing the friction disk 12 and the spring 13, the spring being located between the friction disk 12 and the shoulder 14 of the screw axis.

Электропривод пальцев искусственной кисти работает следующим образом. The electric fingers of an artificial brush works as follows.

При свободном перемещении пальцев в процессе схвата искусственной кисти к винтовой передаче приложена небольшая нагрузка, причем электродвигатель 1 передает вращение через редуктор 2 одновременно медленной передаче 3 и быстрой передаче 4. Пружина 13 через бурт 14 оси винта 7 прижимает фрикционный диск 12 к выходному колесу 9 быстрой передачи 4 с вилкой 10 муфты обгона и, тем самым, включает фрикционную муфту 11, при этом выходное колесо 9 быстрой передачи осуществляет вращение через вилку 10 муфты обгона оси винта 7, а выходное колесо 6 медленной передачи 3 прокручивается в роликовой муфте обгона двухстороннего действия 8. Работа электропривода соответствует в данном случае режиму быстрого перемещения и малой нагрузки. With the free movement of the fingers during the grip of the artificial brush, a small load is applied to the screw gear, and the electric motor 1 transmits the rotation through the gearbox 2 simultaneously to the slow gear 3 and the fast gear 4. The spring 13 presses the friction disc 12 through the shoulder 14 of the screw axis 7 to the output wheel 9 fast gear 4 with a fork 10 of the overtaking clutch and, thus, includes a friction clutch 11, while the output wheel 9 of the fast transmission rotates through the fork 10 of the clutch of the overtaking of the axis of the screw 7, and the output wheel 6 is slow drive 3 is scrolled in a roller clutch of double-acting overtaking 8. The operation of the electric drive in this case corresponds to the mode of rapid movement and low load.

В процессе схвата искусственной кистью возрастает нагрузка на оси винта 7, увеличивается трение на фрикционной муфте 11, зависимое от силы прижатия фрикционного диска 12, которая определяется разностью силы сжатия пружины 13 и силы на оси винта 7. С возрастанием силы на оси винта 7 момент трения на муфте становится меньше крутящего момента на выходном колесе 9 быстрой передачи 4, колесо 9 начинает прокручиваться и, благодаря муфте обгона 8, включается медленная передача 3. При превышении силы на оси винта силы сжатия пружины момент трения на фрикционной муфте становится независимым от пружины и равным относительно небольшому остаточному моменту. Привод начинает работать в режиме медленного перемещения при большой нагрузке. Остаточный момент на фрикционной муфте несущественно снижает КПД, привода, его основное назначение сохранение связи между выходным колесом 9 быстрой передачи с вилкой 12 роликовой муфты обгона двухстороннего действия 8. In the process of gripping with an artificial brush, the load on the axis of the screw 7 increases, friction on the friction clutch 11 increases, depending on the compressive force of the friction disk 12, which is determined by the difference between the compression force of the spring 13 and the force on the axis of the screw 7. With increasing force on the axis of the screw 7, the friction moment the clutch becomes less than the torque on the output wheel 9 of the fast transmission 4, the wheel 9 starts to scroll and, due to the overtaking clutch 8, the slow gear 3 is activated. When the spring compression force exceeds the spring force, the friction moment on the friction ion clutch becomes independent of the spring and equal to a relatively small residual moment. The drive starts to operate in slow motion mode under heavy load. The residual moment on the friction clutch insignificantly reduces the efficiency of the drive, its main purpose is to maintain communication between the output wheel 9 of the fast transmission with the fork 12 of the double-acting overtaking roller clutch 8.

При реверсе электродвигателя, соответствующей раскрытию пальцев кисти, благодаря связи выходного колеса 9 быстрой передачи с вилкой 12 муфты обгона, происходит переключение роликовой муфты обгона 8, осуществляя работу привода первоначально в силовом режиме через медленную передачу 3 и затем при ослаблении силы на оси винта и включении фрикционной муфты в быстром режиме через быструю передачу 4, при этом выходное колесо 6 медленной передачи прокручивается в роликовой муфте обгона 8. When reversing the electric motor, corresponding to the opening of the fingers, due to the connection of the output wheel 9 of the fast transmission with the fork 12 of the overtaking clutch, the overtaking roller clutch 8 is switched on, operating the drive initially in power mode through slow transmission 3 and then when the force on the screw axis is weakened and turned on the friction clutch in fast mode through fast gear 4, while the output wheel 6 of the slow gear scrolls in the overtaking roller clutch 8.

Преимущество устройства перед базовым объектом состоит в повышении надежности. The advantage of the device over the base object is to increase reliability.

Повышение надежности работы электропривода связано с плавным переходом одного режима работы привода в другой без фазы, в котором обе параллельные передачи не связаны с выходным валом. Improving the reliability of the drive is associated with a smooth transition from one drive operation mode to another without a phase in which both parallel gears are not connected to the output shaft.

Повышение надежности работы дало возможность в опытном образце электропривода реализовать повышение тягового усилия по сравнению с серийным электроприводом, содержащим редуктор с постоянным передаточным отношением более чем в 2,5 раза, а скорость более 2-х раз; сила схвата пальцев искусственной кистью увеличилась с 3,5 до 10 кг, а время перемещения пальцев снизилось с 0,9 до 0,4 с, при этом вес и габариты привода практически не изменились. Improving the reliability of operation made it possible in a prototype electric drive to realize an increase in traction compared to a serial electric drive containing a gearbox with a constant gear ratio of more than 2.5 times and a speed of more than 2 times; the grip force of the fingers with an artificial brush increased from 3.5 to 10 kg, and the time of movement of the fingers decreased from 0.9 to 0.4 s, while the weight and dimensions of the drive remained virtually unchanged.

Claims

An electric finger drive of an artificial brush, comprising an electric motor, a gear reducer in the form of fast and slow parallel gears and an output helical gear, characterized in that a friction clutch and a double-acting overtaking roller clutch are introduced into it, which is connected to the output gear of the slow gear and a screw gear screw, and the friction clutch is connected to the output wheel of the fast transmission and the double-acting overtaking clutch and is made in the form of a friction disc and a spring located between the friction screw drive screw collar.