RU214343U1

RU214343U1 - BIONIC PROSTHETIC HAND

Info

Publication number: RU214343U1
Application number: RU2022113525U
Authority: RU
Inventors: Юлия Олеговна Уразбахтина; Елена Сергеевна Морозова; Камилла Рифовна Уразбахтина
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-10-24

Abstract

Использование: протезирование, область искусственных кистей рук. Технический результат: повышение надежности протеза кисти руки за счет конструкции системы управления бионической кисти. Сущность полезной модели: бионический протез кисти руки, содержащий электромеханическую кисть, ладонь, шарнирно соединенные с ней первый, второй, третий, четвертый, пятый пальцы, электроприводы сгибания пальцев и систему управления, включающую микроконтроллер, соединенные с ним управляющие драйверы электроприводов систем сгибания пальцев, интерфейсы для приема биоэлектрических сигналов управления, сетевые интерфейсы для проводной и беспроводной коммуникации с внешними устройствами, средства ввода-вывода отображения и настройки функций протеза, датчики угла сгибания пальцев, тензометрические датчики усилия схвата, устройство электропитания, отличающийся тем, что система управления дополнительно содержит блок обработки входного сигнала и блок согласования уровней напряжения.

Usage: prosthetics, area of artificial hands. EFFECT: increasing the reliability of the hand prosthesis due to the design of the bionic hand control system. The essence of the utility model: a bionic prosthesis of the hand, containing an electromechanical hand, a palm, the first, second, third, fourth, fifth fingers articulated with it, electric drives for bending the fingers and a control system that includes a microcontroller connected to it control drivers for electric drives of the finger bending systems, interfaces for receiving bioelectric control signals, network interfaces for wired and wireless communication with external devices, input-output tools for displaying and setting prosthesis functions, finger flexion angle sensors, strain gauge grip force sensors, a power supply device, characterized in that the control system additionally contains a block input signal processing and voltage level matching unit.

Description

Полезная модель относится к области протезирования, конкретнее к области искусственных кистей рук.The utility model relates to the field of prosthetics, more specifically to the field of artificial hands.

Известен протез кисти руки с основанием, на котором, по меньшей мере, один пальцевый протез шарнирно установлен с возможностью движения вокруг, по меньшей мере, одной оси поворота посредством привода, соединенного с ним через устройство для передачи усилий. Устройство для передачи усилий выполнено между приводом и пальцевым протезом жестким на растяжение и податливым при нажиме. Устройство для передачи усилий содержит тросовый или волокнистый компонент или прядь, а также опорные втулки для размещения осей, приданных основанию кисти и пальцевому протезу. Оси поворота опорных втулок перпендикулярны относительно друг друга [патент РФ №2416379, A61F 2/54, 07.12.2006].Known prosthesis of the hand with a base on which at least one finger prosthesis is pivotally mounted with the possibility of movement around at least one axis of rotation by means of a drive connected to it through a force transmission device. The force transfer device is made between the drive and the finger prosthesis rigid in tension and pliable when pressed. The force transfer device comprises a cable or fibrous component or strand, as well as support bushings for accommodating axes attached to the base of the hand and the finger prosthesis. The axes of rotation of the support bushings are perpendicular to each other [RF patent No. 2416379, A61F 2/54, 07.12.2006].

Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели, невысокая надежность, обусловленная наличием большого количества механических звеньев, подверженных износу.The disadvantages of the analog are high weight and size indicators, low reliability due to the presence of a large number of mechanical links subject to wear.

Известна механическая кисть, которая содержит ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными пустотелыми фалангами, жилки для сжимания искусственных пальцев в кулак и возвратные пружинки для выпрямления искусственных пальцев. Механическая кисть также содержит храповое колесо со шкивом, расположенным под храповым колесом, и имеющим проточку по периметру для размещения пучка жилок, собачку храповика, вороток для поворачивания храпового колеса и фиксатор для удержания собачки. При этом жилки для сжимания искусственных пальцев в кулак закреплены в концах верхних фаланг, пропущены внутри искусственных пальцев, проходят в шкиве храпового колеса и закреплены в манжете, выполненной с возможностью установки выше локтевого сустава. Причем искусственные пальцы выполнены с возможностью сжимания в кулак при сгибании руки или повороте шкива с помощью воротка за счет натяжения жилок и с возможностью выпрямления за счет возвратных пружинок, при выпрямлении руки или при выведении собачки из зацепления с зубом храпового колеса [патент РФ №22451120, A61F 2/56, 02.09.2002].Known mechanical hand, which contains a palm, artificial fingers formed by hinged hollow phalanges, veins for squeezing artificial fingers into a fist and return springs for straightening artificial fingers. The mechanical hand also contains a ratchet wheel with a pulley located under the ratchet wheel and having a groove along the perimeter to accommodate the bundle of veins, a ratchet pawl, a knob for turning the ratchet wheel and a latch to hold the pawl. In this case, the veins for squeezing the artificial fingers into a fist are fixed at the ends of the upper phalanges, passed inside the artificial fingers, pass in the ratchet wheel pulley and are fixed in the cuff, which can be installed above the elbow joint. Moreover, the artificial fingers are made with the possibility of clenching into a fist when the arm is bent or the pulley is turned with the help of a knob due to the tension of the veins and with the possibility of straightening due to the return springs, when the arm is straightened or when the pawl is disengaged from the ratchet wheel tooth [RF patent No. 22451120, A61F 2/56, 09/02/2002].

Недостатками аналога являются высокие массогабаритные показатели, обусловленные наличием сложной механической системой, и отсутствие электроприводов, позволяющих осуществлять перемещения пальцев кисти руки.The disadvantages of the analog are high weight and size indicators due to the presence of a complex mechanical system, and the lack of electric drives that allow moving the fingers of the hand.

Известен протез кисти руки, характеризующийся тем, что включает механическую кисть, содержащую ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными фалангами с каналами, через которые протянуты тросы, концы которых закреплены на верхних фалангах, и каналами, через которые протянуты резинки, пережатые винтами в каждой фаланге, четыре пальца объединены попарно посредством системы тросов и двух шкивов, объединенных посредством тросов и третьего шкива, который объединен с большим пальцем посредством тросов и четвертого шкива, соединенного посредством троса с узлом натяжения тросов, в основании большого пальца выполнен выступ, на который установлено основание большого пальца с зубчиками, зафиксированными на выступе посредством пружины и кнопки, расположенными в полости кисти напротив основания большого пальца [патент РФ №160806, A61F 2/54, 05.10.2015].A prosthesis of the hand is known, characterized in that it includes a mechanical hand containing a palm, artificial fingers formed by hinged phalanges with channels through which cables are stretched, the ends of which are fixed on the upper phalanges, and channels through which elastic bands are stretched, clamped by screws in each phalanx, four fingers are connected in pairs by means of a system of cables and two pulleys, combined by means of cables and the third pulley, which is connected to the thumb by means of cables and the fourth pulley, connected by means of a cable to the cable tension unit, a ledge is made at the base of the thumb, on which the base is installed thumb with teeth fixed on the protrusion by means of a spring and a button located in the cavity of the hand opposite the base of the thumb [RF patent No. 160806, A61F 2/54, 05.10.2015].

Недостатками аналога являются невысокая надежность, обусловленная наличием системы тросов, подверженных износу и дальнейшему обрыву, и ограниченные возможности перемещения пальцев искусственной кисти, обусловленные перемещением всех пальцев за счет одного электродвигателя.The disadvantages of the analog are low reliability due to the presence of a cable system subject to wear and further breakage, and limited ability to move the fingers of an artificial hand, due to the movement of all fingers due to one electric motor.

Известен кистевой протез, который содержит основание и соединительные элементы для закрепления кистевого протеза на культе руки, а также, по меньшей мере, один шарнир для сгибания и разгибания кистевого протеза относительно соединительных элементов. Основание удерживается в нейтральном положении против усилия пружины. Основанию придан, по меньшей мере, один пружинящий элемент, имеющий прогрессивную характеристику и по мере увеличения угла сгибания или разгибания создающий возрастающее ответное усилие [патент РФ №2423952, A61F 2/58, 21.12.2006].Known carpal prosthesis, which contains the base and connecting elements for fixing the carpal prosthesis on the stump of the hand, as well as at least one hinge for bending and unbending the carpal prosthesis relative to the connecting elements. The base is held in a neutral position against the force of the spring. The base is given at least one spring element having a progressive characteristic and as the angle of flexion or extension increases, creating an increasing response force [RF patent No. 2423952, A61F 2/58, 21.12.2006].

Недостатками аналога являются невысокая надежность, обусловленная применением пружин для осуществления перемещений пальцев, и ограниченные возможности перемещения пальцев кисти, обусловленные отсутствием системы управления и электроприводов для осуществления перемещений.The disadvantages of the analogue are the low reliability due to the use of springs for moving the fingers, and the limited ability to move the fingers of the hand, due to the lack of a control system and electric drives for moving.

Известен модульный бионический протез руки, который предназначен для протезирования инвалидов с частично ампутированной кистью и с сохранением части пальцев. Бионический протез руки содержит культеприемное устройство ладони пользователя с полой эластичной перчаткой, гибкий браслет управления протезом, модули пальцев, интерфейсы для приема биоэлектрических сигналов управления, сетевые интерфейсы для проводной и беспроводной коммуникации с внешними устройствами, средства ввода-вывода отображения и настройки функций протеза, устройство электропитания. Микроконтроллер управления протезом обрабатывает поступающие биоэлектрические сигналы управления в соответствии с заданными параметрами алгоритма обработки. Протез имеет режимы управления с различными шаблонами схватов. Сгибание-разгибание каждого пальца производят приводные системы модулей пальцев. Каждый палец занимает свое положение по форме удерживаемого предмета с контролем сигнала сенсоров обратной связи [патент РФ №192333, A61F 2/54, 17.14.2019].Known modular bionic hand prosthesis, which is designed for prosthetics of disabled people with a partially amputated hand and with the preservation of part of the fingers. The bionic hand prosthesis contains a user's palm stump device with a hollow elastic glove, a flexible prosthesis control bracelet, finger modules, interfaces for receiving bioelectric control signals, network interfaces for wired and wireless communication with external devices, input-output display and prosthesis function settings, a device power supply. The prosthesis control microcontroller processes the incoming bioelectric control signals in accordance with the specified parameters of the processing algorithm. The prosthesis has control modes with different grip patterns. Flexion-extension of each finger is produced by the drive systems of the finger modules. Each finger takes its position according to the shape of the object being held with the control of the feedback sensor signal [RF patent No. 192333, A61F 2/54, 14/17/2019].

Недостатками аналога являются высокая масса и невысокое быстродействие, обусловленные многокомпонентностью и сложностью системы управления протеза кисти руки.The disadvantages of analog are high weight and low speed, due to the complexity and complexity of the control system of the hand prosthesis.

Известен электромеханический протез кисти для протезирования руки, который на уровне предплечья содержит корпус, приемную гильзу, каркасы первого, второго, третьего, четвертого пальцев и пятый палец, выполненный в виде упругого звена, и механизм движения кисти с микроэлектроприводами. Каркас первого пальца закреплен на первой оси вращения, каркас третьего пальца и каркас четвертого пальца закреплены на второй оси вращения. Первая ось вращения и вторая ось вращения крепятся неподвижно в корпусе. Каркас второго пальца закреплен в каркасе третьего пальца при помощи третьей оси вращения. Каркас четвертого пальца и пятый палец выполнены в виде единого блока, в котором облицовка каркаса четвертого пальца выполнена за одно целое с облицовкой пятого пальца. Механизм движения кисти выполнен в виде механизма схвата, механизма отведения и механизма ротации. Механизм схвата выполнен в виде первого микроэлектропривода, снабженного микроконтроллером механизма схвата и исполнительным органом механизма схвата первого, второго и третьего каркасов пальцев. Первый микроэлектропривод и микроконтроллер механизма схвата расположены в корпусе механизма схвата, при этом корпус механизма схвата жестко крепится в корпусе. Механизм отведения выполнен в виде второго микроэлектропривода, закрепленного на каркасе третьего пальца и снабженного микроконтроллером механизма отведения и исполнительным органом механизма отведения второго от третьего каркаса пальцев. Микроконтроллер механизма отведения расположен на корпусе механизма схвата, а механизм ротации выполнен в виде третьего микроэлектропривода, снабженного микроконтроллером механизма ротации и исполнительным органом механизма ротации кисти. Третий микроэлектропривод и микроконтроллер механизма ротации закреплены внутри корпуса механизма ротации. Приемная гильза закреплена на корпусе механизма ротации, причем корпус механизма ротации жестко прикреплен к корпусу. Все три микроэлектропривода связаны с системой управления кистью, закрепленной на блоке автономного питания, размещенном на корпусе механизма ротации и снабженном устройством управления блоком автономного питания. На приемной гильзе установлены электроды съема сигнала мышечной активности, связанные с системой управления кистью, которая связана с микроконтроллером механизма схвата, микроконтроллером механизма отведения и микроконтроллером механизма ротации.An electromechanical hand prosthesis for hand prosthetics is known, which at the level of the forearm contains a body, a receiving sleeve, frames of the first, second, third, fourth fingers and a fifth finger made in the form of an elastic link, and a hand movement mechanism with microelectric drives. The frame of the first finger is fixed on the first axis of rotation, the frame of the third finger and the frame of the fourth finger are fixed on the second axis of rotation. The first axis of rotation and the second axis of rotation are fixedly mounted in the housing. The frame of the second finger is fixed in the frame of the third finger by means of the third axis of rotation. The frame of the fourth finger and the fifth finger are made in the form of a single block, in which the lining of the frame of the fourth finger is made in one piece with the lining of the fifth finger. The movement mechanism of the hand is made in the form of a gripping mechanism, an abduction mechanism and a rotation mechanism. The gripping mechanism is made in the form of the first microelectric drive equipped with a microcontroller of the gripping mechanism and an executive body of the gripping mechanism of the first, second and third finger frames. The first microelectric drive and the gripper mechanism microcontroller are located in the gripper mechanism housing, while the gripper mechanism housing is rigidly fixed in the housing. The abduction mechanism is made in the form of a second microelectric drive fixed on the frame of the third finger and equipped with a microcontroller for the abduction mechanism and an executive body for the mechanism for retracting the second from the third skeleton of the fingers. The microcontroller of the retraction mechanism is located on the body of the gripper mechanism, and the rotation mechanism is made in the form of a third microelectric drive, equipped with a microcontroller of the rotation mechanism and an executive body of the hand rotation mechanism. The third microelectric drive and the microcontroller of the rotation mechanism are fixed inside the housing of the rotation mechanism. The receiving sleeve is fixed on the body of the rotation mechanism, and the body of the rotation mechanism is rigidly attached to the body. All three microelectric drives are connected to the hand control system, which is mounted on an autonomous power supply unit, placed on the body of the rotation mechanism and equipped with an autonomous power supply unit control device. Electrodes for picking up the signal of muscle activity are installed on the receiving sleeve, connected to the hand control system, which is connected to the microcontroller of the gripping mechanism, the microcontroller of the abduction mechanism and the microcontroller of the rotation mechanism.

Недостатками аналога являются высокая масса, обусловленная многокомпонентностью протеза кисти, невысокое быстродействие и невысокая надежность, обусловленные многокомпонентностью и сложностью системы управления протеза кисти руки.The disadvantages of the analogue are the high weight due to the multicomponent nature of the hand prosthesis, low speed and low reliability due to the multicomponent nature and complexity of the hand prosthesis control system.

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является бионический протез кисти руки, содержащий электромеханическую кисть, ладонь, шарнирно соединенные с ней пальцы, систему управления протезом и системы сгибания первого-пятого пальцев, каждая из которых включает в себя электроприводы с червячной передачей, при этом система управления протезом выполнена в виде микропроцессорной системы и включает в себя микроконтроллер управления протезом и соединенным с ним управляющие драйверы электроприводов систем сгибания пяти пальцев, датчики угла сгибания пяти пальцев, тензометрические датчики усиления схвата, датчики смещения поверхности удерживаемого протезом предмета, привод устройства блокировки поворотного основания первого пальца, сетевые интерфейсы для проводной и беспроводной коммуникации с внешними устройствами, интерфейсы для приема биоэлектрических сигналов управления, средства ввода-вывода отображения и настройки функций протеза, устройство электропитания [патент РФ №176303, A61F 2/54, 11.07.2017].The closest analogue of the claimed utility model is a bionic prosthesis of the hand, containing an electromechanical hand, palm, fingers articulated with it, a prosthesis control system and flexion systems of the first to fifth fingers, each of which includes electric drives with a worm gear, while the control system The prosthesis is made in the form of a microprocessor system and includes a microcontroller for controlling the prosthesis and connected to it the control drivers for the electric drives of the five-finger flexion systems, five-finger flexion angle sensors, strain-gauge sensors for strengthening the grip, displacement sensors for the surface of the object held by the prosthesis, and the drive for the locking device for the rotary base of the first finger , network interfaces for wired and wireless communication with external devices, interfaces for receiving bioelectric control signals, input-output tools for displaying and configuring prosthesis functions, power supply device [RF patent No. 176303, A61F 2/54, 07/11/2017].

Недостатками ближайшего аналога являются высокие массогабаритные показатели, обусловленные использованием червячных передач для сгибания каждого пальца, и невысокая надежность, обусловленная сложной конструкцией системы управления протеза кисти руки.The disadvantages of the closest analogue are high weight and size indicators due to the use of worm gears for bending each finger, and low reliability due to the complex design of the hand prosthesis control system.

Задача полезной модели - снижение массы протеза кисти руки.The purpose of the utility model is to reduce the weight of the hand prosthesis.

Технический результат предлагаемой протезной модели - повышение надежности протеза кисти руки за счет усовершенствования средства управления бионической кисти.The technical result of the proposed prosthetic model is to increase the reliability of the hand prosthesis by improving the bionic hand control.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается бионическим протезом кисти руки, содержащим электромеханическую кисть, ладонь, шарнирно соединенные с ней первый, второй, третий, четвертый, пятый пальцы, электроприводы сгибания пальцев и средство управления, включающее микроконтроллер, соединенные с ним управляющие драйверы электроприводов сгибания пальцев, интерфейсы для приема биоэлектрических сигналов управления, сетевые интерфейсы для проводной и беспроводной коммуникации с внешними устройствами, средства ввода-вывода отображения и настройки функций протеза, датчики угла сгибания пальцев, тензометрические датчики усилия схвата, устройство электропитания, блок обработки входного сигнала, отличающимся тем, что средство управления содержит блок согласования уровней напряжения, с которым соединен блок обработки входного сигнала и который соединен с микроконтроллером, причем блок согласования уровней напряжения выполнен с возможностью разделения отфильтрованного и усиленного входного сигнала на две составляющие, одна из которых поступает на микроконтроллер через операционный усилитель, где инвертируется, диод и оптопару.The problem is solved, and the technical result is achieved by a bionic prosthesis of the hand, containing an electromechanical hand, a palm, the first, second, third, fourth, fifth fingers articulated with it, electric drives for bending the fingers and a control tool that includes a microcontroller, control drivers of electric drives connected to it finger flexion, interfaces for receiving bioelectric control signals, network interfaces for wired and wireless communication with external devices, input-output tools for displaying and setting prosthesis functions, finger flexion angle sensors, strain gauge grip force sensors, power supply device, input signal processing unit, different the control means contains a voltage level matching unit, to which the input signal processing unit is connected and which is connected to the microcontroller, and the voltage level matching unit is configured to separate the filtered and this input signal into two components, one of which is fed to the microcontroller through an operational amplifier, where it is inverted, a diode and an optocoupler.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема средства управления бионическим протезом руки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a functional diagram of the control means for the bionic prosthesis of the hand.

Бионический протез кисти руки со средством управления состоит из блока обработки входного сигнала 1, блока согласования уровней напряжения 2, микроконтроллера 3, драйверов 4. электроприводов 5. первого пальца 6, второго пальца 7, третьего пальца 8, четвертого пальца 9. пятого пальца 10, датчиков угла положения пальцев 11, датчиков давления 12, устройства электропитания 13 и интерфейса 14 для беспроводной коммуникации с внешними устройствами.The bionic hand prosthesis with a control device consists of an input signal processing unit 1, a voltage level matching unit 2, a microcontroller 3, drivers 4. electric drives 5. the first finger 6, the second finger 7, the third finger 8, the fourth finger 9. the fifth finger 10, finger angle sensors 11, pressure sensors 12, power supply device 13 and interface 14 for wireless communication with external devices.

Блок обработки входного сигнала 1 электрически соединен с блоком согласования уровней напряжения 2. Блок обработки 1 содержит в себе не электрический аппарат экстренного отключения. Блок согласования уровней напряжения 2 электрически соединен с микроконтроллером 3. Микроконтроллер 3 электрически соединен с драйверами 4 и интерфейсом для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14. Драйверы 4 электрически соединены с электроприводами 5. Электроприводы 5 механически соединены с первым пальцем 6, вторым пальцем 7, третьим пальцем 8, четвертым пальцем 9 и пятым пальцем 10. На первом пальце 6, втором пальце 7, третьем пальце 8. четвертом пальце 9 и пятом пальце 10 механически закреплены датчики угла сгибания пальцев 11 и датчики давления 12. Датчики угла сгибания пальцев 11 и датчики давления 12 электрически соединены с микроконтроллером 3. Устройство электропитания 13 электрически соединено с блоком обработки входного сигнала 1, блоком согласования уровней напряжения 2, микроконтроллером 3, драйверами 4, электроприводами 5, датчиками угла сгибания пальцев 11, датчиками давления 12 и интерфейсом для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14. Блок обработки входного сигнала 1, блок согласования уровней напряжения 2. микроконтроллер 3, драйверы 4, устройство электропитания 13 и интерфейс для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14 механически прикреплены к неэлектропроводящему корпусу.The input signal processing unit 1 is electrically connected to the voltage level matching unit 2. The processing unit 1 contains a non-electric emergency shutdown device. The voltage level matching unit 2 is electrically connected to the microcontroller 3. The microcontroller 3 is electrically connected to the drivers 4 and the interface for wireless communication with external devices 14. The drivers 4 are electrically connected to the electric drives 5. The electric drives 5 are mechanically connected to the first finger 6, the second finger 7, the third finger 8, fourth finger 9 and fifth finger 10. Finger flexion angle sensors 11 and pressure sensors 12 are mechanically fixed on the first finger 6, second finger 7, third finger 8. Finger flexion angle sensors 11 and sensors pressure sensors 12 are electrically connected to the microcontroller 3. Power supply device 13 is electrically connected to the input signal processing unit 1, voltage level matching unit 2, microcontroller 3, drivers 4, electric drives 5, finger angle sensors 11, pressure sensors 12 and an interface for wireless communication with external devices 14. Block about input signal processing unit 1, voltage level matching unit 2. microcontroller 3, drivers 4, power supply device 13 and interface for wireless communication with external devices 14 are mechanically attached to a non-conductive housing.

Бионический протез кисти руки со средством управления функционирует следующим образом. На блок обработки входного сигнала 1 поступают электрические входные сигналы от периферической нервной системы человека. В блоке обработки входного сигнала 1 поступающие входные сигналы фильтруются от шумов и усиливаются. Из блока обработки 1 входной сигнал поступает в блок согласования уровней напряжения 2. В блоке согласования уровней напряжения отфильтрованный и усиленный входной сигнал разделяется на две равные составляющие. Одна из составляющих проходит через диод VD1 и через систему, включающую в себя оптопару положительной полуволны, поступает на микроконтроллер 3. Другая составляющая проходит через операционный усилитель, где инвертируется, после чего проходит через диод VD2 и через систему, включающую в себя оптопару отрицательной полуволны, попадает на микроконтроллер 3. Микроконтроллер 3 обрабатывает сигналы, поступающие из блока согласования уровней напряжения 2. и формирует сигналы управления для драйверов 4. Микроконтроллер 3 подает сигналы управления на драйверы 4 только того электропривода 5 или только тех электроприводов 5. которые необходимо привести в движение. Драйверы 4 преобразуют сигналы управления от микроконтроллера 3 в сигналы управления электроприводами 5. Электроприводы 5 приходят в движение после поступления сигналов управления от драйверов 4. Направление и величина перемещения рабочего органа электроприводов 5 зависит от полярности и величины сигнала управления электроприводами, поступающего с микроконтроллера 3 через драйверы 4. Перемещение рабочих органов различных электроприводов 5 может происходить на разную величину в зависимости от того, какие сигналы управления поступают на соответствующие электропривода 5 от драйверов 4. Механическое движение рабочих органов электроприводов 5 передается к первому пальцу 6, второму пальцу 7, третьему пальцу 8. четвертому пальцу 9 и пятому пальцу 10, в результате чего первый палец 6, второй палец 7. третий палец 8, четвертый палец 9 и пятый палец 10 приводятся в движение. Движение электроприводов 5 прекращается после прекращения подачи сигналов управления от драйверов 4. При этом первый палец 6. второй палец 7, третий палец 8, четвертый палец 9 и пятый палец 10 фиксируются в необходимом положении. Необходимое и текущее положение первого пальца 6. второго пальца 7, третьего пальца 8, четвертого пальца 9 и пятого пальца 10 определяется микроконтроллером 3 в зависимости от сигналов, поступающих от датчиков угла сгибания пальцев 11. Силы давления первого пальца 6. второго пальца 7. третьего пальца 8, четвертого пальца 9 и пятого пальца 10 определяются микроконтроллером 3 в зависимости от сигналов датчиков давления 12. Микроконтроллер 3 перестает подавать сигнал на драйверы 4 после получения необходимых сигналов от датчиков угла сгибания пальцев 11 и датчиков давления 12. Устройство электропитания 13 обеспечивает электрическое питание блока обработки входного сигнала 1. блока согласования уровней напряжения 2, микроконтроллера 3, драйверов 4, электроприводов 5. датчиков угла сгибания пальцев 11, датчиков давления 12 и интерфейса для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14. Интерфейс для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14 обеспечивает связь бионического протеза кисти руки с внешним устройством, на котором может отображаться информация о состоянии бионического протеза кисти руки и об уровне заряда устройства электропитания 13. На блоке обработки входного сигнала 1 расположена механическая кнопка. В случае, если пациент почувствовал удары током со стороны бионического протеза кисти руки либо фантомные боли - при нажатии на механическую кнопку, расположенную в устройстве электропитания 13, срабатывает неэлектронный аппарат экстренного отключения, который механически отсоединяет устройство электропитания 13 от блока обработки входного сигнала 1, блока согласования уровней напряжения 2, микроконтроллера 3, драйверов 4, электроприводов 5, датчиков угла сгибания пальцев 11, датчиков давления 12 и интерфейса для беспроводной коммуникации с внешними устройствами 14; механически отсоединяет бионический протез кисти руки от культи пациента.The bionic hand prosthesis with a control device functions as follows. The input signal processing unit 1 receives electrical input signals from the human peripheral nervous system. In the input signal processing block 1, incoming input signals are filtered from noise and amplified. From the processing unit 1, the input signal enters the voltage level matching unit 2. In the voltage level matching unit, the filtered and amplified input signal is divided into two equal components. One of the components passes through the VD1 diode and through the system, which includes a positive half-wave optocoupler, enters the microcontroller 3. The other component passes through the operational amplifier, where it is inverted, and then passes through the VD2 diode and through the system, which includes the negative half-wave optocoupler, enters the microcontroller 3. The microcontroller 3 processes the signals coming from the voltage level matching unit 2. and generates control signals for the drivers 4. The microcontroller 3 sends control signals to the drivers 4 of only that electric drive 5 or only those electric drives 5. that need to be set in motion. Drivers 4 convert control signals from microcontroller 3 into control signals for electric drives 5. Electric drives 5 start moving after receiving control signals from drivers 4. The direction and amount of movement of the working body of electric drives 5 depends on the polarity and magnitude of the control signal for electric drives coming from microcontroller 3 through drivers 4. The movement of the working bodies of various electric drives 5 can occur by different amounts, depending on what control signals are received by the corresponding electric drives 5 from the drivers 4. The mechanical movement of the working bodies of the electric drives 5 is transmitted to the first finger 6, the second finger 7, the third finger 8. the fourth finger 9 and the fifth finger 10, whereby the first finger 6, the second finger 7. the third finger 8, the fourth finger 9 and the fifth finger 10 are driven. The movement of the actuators 5 stops after the termination of the control signals from the drivers 4. In this case, the first finger 6. the second finger 7, the third finger 8, the fourth finger 9 and the fifth finger 10 are fixed in the required position. The required and current position of the first finger 6. second finger 7, third finger 8, fourth finger 9 and fifth finger 10 is determined by the microcontroller 3 depending on the signals from the sensors of the angle of fingers 11. Pressure force of the first finger 6. second finger 7. third finger 8, fourth finger 9 and fifth finger 10 are determined by the microcontroller 3 depending on the signals of the pressure sensors 12. The microcontroller 3 stops sending a signal to the drivers 4 after receiving the necessary signals from the angle sensors of the fingers 11 and pressure sensors 12. The power supply device 13 provides electrical power input signal processing unit 1. voltage level matching unit 2, microcontroller 3, drivers 4, electric drives 5. finger bending angle sensors 11, pressure sensors 12 and interface for wireless communication with external devices 14. Interface for wireless communication with external devices 14 provides communication bionic prosthetic hand with an external device that can display information about the state of the bionic prosthesis of the hand and the level of charge of the power supply device 13. A mechanical button is located on the input signal processing unit 1. If the patient feels electric shocks from the side of the bionic hand prosthesis or phantom pains, when the mechanical button located in the power supply device 13 is pressed, the non-electronic emergency shutdown device is activated, which mechanically disconnects the power supply device 13 from the input signal processing unit 1, the unit matching voltage levels 2, microcontroller 3, drivers 4, electric drives 5, finger angle sensors 11, pressure sensors 12 and an interface for wireless communication with external devices 14; mechanically disconnects the bionic hand prosthesis from the patient's stump.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет снизить массу протеза кисти руки, а также повысить надежность протеза кисти руки за счет введения в систему управления блока согласования уровней напряжения.Thus, the claimed utility model allows to reduce the weight of the hand prosthesis, as well as to increase the reliability of the hand prosthesis by introducing a voltage level matching unit into the control system.

Claims

Bionic prosthesis of the hand, containing an electromechanical hand, a palm, the first, second, third, fourth, fifth fingers articulated to it, electric drives for bending the fingers and a control device that includes a microcontroller, control drivers for electric drives for bending the fingers connected to it, interfaces for receiving bioelectric signals controls, network interfaces for wired and wireless communication with external devices, input-output tools for displaying and setting prosthesis functions, finger flexion angle sensors, strain gauge grip force sensors, power supply device, input signal processing unit, characterized in that the control tool contains a matching unit voltage levels, to which the input signal processing unit is connected and which is connected to the microcontroller, and the voltage level matching unit is configured to split the filtered and amplified input signal into two components, one of which comes t to the microcontroller through an operational amplifier, where it is inverted, a diode and an optocoupler.