RU2779492C1 - Artificial bioelectric hand - Google Patents
Artificial bioelectric hand Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779492C1 RU2779492C1 RU2021135256A RU2021135256A RU2779492C1 RU 2779492 C1 RU2779492 C1 RU 2779492C1 RU 2021135256 A RU2021135256 A RU 2021135256A RU 2021135256 A RU2021135256 A RU 2021135256A RU 2779492 C1 RU2779492 C1 RU 2779492C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- artificial
- fingers
- bioelectric
- hand
- finger
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 6
- 210000000707 Wrist Anatomy 0.000 claims abstract description 3
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 claims description 25
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 210000004247 Hand Anatomy 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003811 Fingers Anatomy 0.000 description 79
- 210000003462 Veins Anatomy 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 210000001364 Upper Extremity Anatomy 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 210000002310 Elbow Joint Anatomy 0.000 description 2
- 210000000245 Forearm Anatomy 0.000 description 2
- 210000003813 Thumb Anatomy 0.000 description 2
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 1
- 210000001513 Elbow Anatomy 0.000 description 1
- 210000004932 Little Fingers Anatomy 0.000 description 1
- 210000003205 Muscles Anatomy 0.000 description 1
- 210000000282 Nails Anatomy 0.000 description 1
- 210000003857 Wrist Joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 230000036244 malformation Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002991 molded plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике в области протезирования, а именно к биоэлектрическим однохватовым протезам верхних конечностей и может быть использовано для протезирования людей с ограничениями жизнедеятельности всех половозрастных групп, имеющих врожденные пороки развития и/или ампутации на уровне кисти, вычленение в лучезапястном суставе, предплечья, а также вычленение в локтевом суставе и на уровне плеча с использованием механического ротационного локтя.The invention relates to medical equipment in the field of prosthetics, namely to bioelectric single-grip prostheses of the upper limbs and can be used for prosthetics for people with disabilities of all gender and age groups with congenital malformations and/or amputations at the level of the hand, articulation in the wrist joint, forearm, and disarticulation at the elbow joint and at shoulder level using a mechanical rotational elbow.
Известна искусственная кисть (патент RU 2341233, опубликовано 20.12.2008), с тяговым управлением, содержащая облицовку, каркас, установленные в нем на осях первый палец и блок II-V пальцев, шарнирно связанные между собой посредством двух промежуточных рычагов, один из которых двуплечий, пружину, шкив, соединенную с ним тягу, кулачок и ролик. Кулачок установлен на одной оси с подпружиненным шкивом и жестко связан с ним. Ролик расположен на свободном конце двуплечего рычага и поджимается к поверхности кулачка посредством дополнительной пружины, одновременно поворачивающей пальцы кисти в раскрытое положение. Кулачок профилирован таким образом, что сила трения покоя ролика равна или больше силы его скатывания по кулачку. При освобождении подпружиненного шкива и жестко связанного с ним кулачка последний через ролик и рычаги фиксирует пальцы в любом, в том числе промежуточном положении.An artificial hand is known (patent RU 2341233, published on 12/20/2008), with traction control, containing a lining, a frame, a first finger and a block of II-V fingers installed on the axes, pivotally connected to each other by means of two intermediate levers, one of which is two-armed , spring, pulley, rod connected to it, cam and roller. The cam is mounted on the same axis with a spring-loaded pulley and is rigidly connected to it. The roller is located at the free end of the two-arm lever and is pressed against the surface of the cam by means of an additional spring, which simultaneously rotates the fingers of the hand to the open position. The cam is profiled in such a way that the static friction force of the roller is equal to or greater than the force of its rolling over the cam. When the spring-loaded pulley and the cam rigidly connected to it are released, the latter, through the roller and levers, fixes the fingers in any, including the intermediate position.
Недостатком данного устройства является его тяговый принцип работы. Тяговые протезы требуют большего количества ремней и креплений в области плеча, что приводит к дискомфорту пользователя. У протеза отсутствует механизм поворота запястья, который в быту очень необходим пользователю протеза. Протез открывается и закрывается только от одного строго определенного движения рукой, что вносит сложности при выполнении некоторых мелких манипуляций. При любом ударе по пальцам спереди, например, при необходимости толкнуть дверь, вся нагрузка приходится на тягу, шкив, ролик, у которых нет демпфирующей системы, что может привести к поломке изделия. Пальцы из-за своей округлой формы и неупругого материала в области ногтя не позволяют пользователю брать мелкие тонкие предметы. Ввиду сложности конструкции устройства и большого количества деталей и узлов обслуживание и ремонт должны производиться высококвалифицированным специалистом.The disadvantage of this device is its traction principle of operation. Traction prostheses require more straps and attachments in the shoulder area, resulting in user discomfort. The prosthesis does not have a mechanism for turning the wrist, which is very necessary for the user of the prosthesis in everyday life. The prosthesis opens and closes only from one strictly defined hand movement, which makes it difficult to perform some minor manipulations. With any blow to the fingers from the front, for example, if it is necessary to push the door, the entire load falls on the rod, pulley, roller, which do not have a damping system, which can lead to product failure. The fingers, due to their rounded shape and inelastic material in the nail area, do not allow the user to pick up small thin objects. Due to the complexity of the design of the device and the large number of parts and assemblies, maintenance and repair must be carried out by a highly qualified specialist.
Также известна механическая кисть (патент RU 2245120, опубликовано 27.01.2005), содержащая ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно-соединительными 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.Also known is a mechanical hand (patent RU 2245120, published 01/27/2005) containing 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 crank 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.
Недостатком данного устройства является конструкция пальцев, не позволяющая протезу выдержать удар по пальцам ни сверху, ни сбоку. При любом ударе по пальцам спереди, например, при необходимости толкнуть дверь, вся нагрузка приходится на места креплений пальцев, что может привести к поломке изделия.The disadvantage of this device is the design of the fingers, which does not allow the prosthesis to withstand a blow to the fingers either from above or from the side. In case of any impact on the fingers from the front, for example, if it is necessary to push the door, the entire load falls on the places where the fingers are attached, which can lead to breakage of the product.
Известен активный биомеханический кистевой протез (патент RU 2731607, опубликовано 07.09.2020), содержащий по крайней мере один двухсуставный внешний цилиндр, цилиндрическое колесо со спиральной прорезью, салазки, установленные на колесо, и по крайней мере один мотор. Двухсуставный внешний цилиндр выполнен в форме пальца и состоит из трех последовательно соединенных полых цилиндров. В каждом двухсуставном цилиндре размещен внутренний двухсуставный стержень из трех последовательно скрепленных между собой стержней с обеспечением возможности сгибания внешнего двухсуставного цилиндра. Цилиндрическое колесо выполнено с возможностью поворота для перемещения поперечного стержня, задающего ход движения связанному с ним нижнему внутреннему стержню и среднему полому внешнему цилиндру. Салазки выполнены в виде скоб с прорезями для движения поперечного стержня и скрепляют мотор и палец. Мотор прикреплен к основанию кисти и приводит в движение цилиндрическое колесо за счет сигналов с датчиков давления, установленных на поверхности остаточных мышц руки.An active biomechanical hand prosthesis is known (patent RU 2731607, published on 09/07/2020), containing at least one two-joint external cylinder, a cylindrical wheel with a spiral slot, a sled mounted on the wheel, and at least one motor. The two-joint outer cylinder is made in the form of a finger and consists of three hollow cylinders connected in series. In each two-joint cylinder there is an inner two-joint rod of three rods connected in series with each other with the possibility of bending the outer two-joint cylinder. The cylindrical wheel is rotatable to move the transverse rod, which sets the course of motion for the lower inner rod associated with it and the middle hollow outer cylinder. The sled is made in the form of brackets with slots for the movement of the transverse rod and fastens the motor and the pin. The motor is attached to the base of the hand and drives the cylindrical wheel due to signals from pressure sensors installed on the surface of the residual muscles of the hand.
Недостатками данного устройства является его громоздкость, значительная масса, применение дорогостоящих материалов, таких как титан и тантал, необходимость наличие длинной культи предплечья для осуществления экзокрепления, обеспечивающего заявленную грузоподъемность, а также механика I пальца, не позволяющая обеспечить цепкий хват.The disadvantages of this device are its bulkiness, significant weight, the use of expensive materials such as titanium and tantalum, the need for a long forearm stump to carry out exo-attachment that provides the declared load capacity, as well as the mechanics of the first finger, which does not allow for a tenacious grip.
Наиболее близким к заявляемому решению искусственной биоэлектрической кисти руки является механизм схвата детского однохватового биоэлектрического протеза верхней конечности (патент RU 2719658, опубликовано 21.04.2020). Устройство механизма схвата детского однохватового биоэлектрического протеза верхней конечности содержит корпус, по меньшей мере один мотор или мотор-редуктор постоянного тока с планетарным, циклоидальным или волновым редуктором, по меньшей мере одну цилиндрическую зубчатую передачу и по меньшей мере одну червячную передачу. Мотор или мотор-редуктор постоянного тока с планетарным, циклоидальным или волновым редуктором соединен с основанием корпуса. Ведущее колесо цилиндрической зубчатой передачи закреплено на выходном валу мотора или мотор-редуктора и находится в зацеплении с ведомым колесом зубчатой передачи, передающим вращение на вал. Червяк червячной передачи расположен на валу, при этом червяк приводит в действие колесо червячной передачи, соединенное с подвижной конечной частью биоэлектрического протеза, заменяющей большой палец. Подвижная конечная часть биоэлектрического протеза, заменяющая большой палец, имеет рычаг, ось которого соединяется с помощью тяги с осью аналогичного рычага подвижной конечной части биоэлектрического протеза, заменяющей указательный, средний, безымянный пальцы и мизинец.The closest to the claimed solution of an artificial bioelectric hand is the grasping mechanism of a children's single-grip bioelectric prosthesis of the upper limb (patent RU 2719658, published 04/21/2020). The gripping mechanism device of a children's single-grip bioelectric prosthesis of the upper limb contains a body, at least one DC motor or gear motor with a planetary, cycloidal or wave gear, at least one spur gear and at least one worm gear. A DC motor or gear motor with a planetary, cycloidal or wave gear is connected to the base of the housing. The driving wheel of the spur gear is fixed on the output shaft of the motor or gearmotor and is engaged with the driven wheel of the gear, which transmits rotation to the shaft. The worm gear worm is located on the shaft, while the worm drives the worm gear wheel connected to the movable end part of the bioelectric prosthesis replacing the thumb. The movable end part of the bioelectric prosthesis, which replaces the thumb, has a lever, the axis of which is connected by means of a rod to the axis of a similar lever of the movable end part of the bioelectric prosthesis, which replaces the index, middle, ring fingers and little finger.
Недостатком данного технического решения является то, что в случае фронтальной нагрузки, например, при необходимости толкнуть дверь, нагрузку прежде всего испытывают тяги, зубчатые колеса и планетарная передача мотора, что негативно повлияет на долговечность механизмов.The disadvantage of this technical solution is that in the case of a frontal load, for example, if it is necessary to push the door, the load is primarily experienced by the rods, gear wheels and the planetary gear of the motor, which will negatively affect the durability of the mechanisms.
Задачей предлагаемого изобретения является создание прочной и надежной конструкции протеза способного толкать, тянуть и выдерживать ударные нагрузки. При этом протез должен обладать цепким хватом, быть компактным и применимым для всех половозрастных групп.The objective of the invention is to create a durable and reliable design of the prosthesis capable of pushing, pulling and withstand shock loads. At the same time, the prosthesis should have a tenacious grip, be compact and applicable to all sex and age groups.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении прочности конструкции, ее упрощении и повышении цепкости хвата.The technical result of the claimed invention is to increase the strength of the structure, simplify it and increase the tenacity of the grip.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что искусственная биоэлектрическая кисть руки содержит силовую раму, состоящую из верхнего и нижнего подрамников, соединенных между собой передним и задним держателями мотор-редуктора, с установленными на нее искусственными I-V пальцами, при этом искусственные II-V пальцы установлены с возможностью вращения на неподвижную ось, которая закреплена между верхним и нижним подрамниками, а искусственный I палец установлен непосредственно на верхнем подрамнике, искусственные I-V пальцы выполнены в виде двуплечих угловых рычагов, один конец которых повторяет форму соответствующего ему пальца, при этом форма искусственного пальца задается накладками из эластичного материала повышенного трения, второй конец двуплечих угловых рычагов искусственных I-V пальцев соединен с подвижной осью, второй конец двуплечего углового рычага искусственного I пальца соединен с подвижной осью посредством тяги, подвижная ось посредством двух тяг соединена с гайкой, расположенной на ходовом винте, присоединенном к выходному валу мотор-редуктора, мотор-редуктор закреплен в переднем и заднем держателе мотор-редуктора внутри силовой рамы выходным валом в направлении искусственных пальцев, при этом через задний держатель мотор-редуктора к силовой раме крепится узел ротации кисти.The claimed technical result is achieved due to the fact that the artificial bioelectric hand contains a power frame, consisting of the upper and lower subframes, interconnected by the front and rear holders of the motor-reducer, with artificial I-V fingers installed on it, while the artificial fingers II-V mounted with the possibility of rotation on a fixed axle, which is fixed between the upper and lower subframes, and the artificial I finger is installed directly on the upper subframe, the artificial fingers I-V are made in the form of two-arm angular levers, one end of which repeats the shape of the corresponding finger, while the shape of the artificial finger is set by overlays of an elastic material of increased friction, the second end of the two-arm angle levers of the artificial I-V fingers is connected to the movable axle, the second end of the two-arm angle lever of the artificial I-finger is connected to the movable axle by means of a rod, the movable axle is connected to the movable axle by means of two rods with a nut located on the lead screw attached to the output shaft of the gear motor, the gear motor is fixed in the front and rear holder of the gear motor inside the load frame with the output shaft in the direction of the artificial fingers, while the assembly is attached to the load frame through the rear holder of the gear motor brush rotation.
При этом искусственные II-V пальцы расположены на неподвижной оси на заданном расстоянии друг от друга с помощью межпальцевых втулок, установленных на неподвижную ось между упомянутыми пальцами, при этом упомянутые пальцы жестко соединены между собой на неподвижной оси и двигаются одновременно.In this case, artificial fingers II-V are located on a fixed axis at a predetermined distance from each other with the help of interdigital bushings mounted on a fixed axis between said fingers, while said fingers are rigidly connected to each other on a fixed axis and move simultaneously.
При этом искусственные I-V пальцы установлены на неподвижные оси с возможностью вращения через подшипники.At the same time, artificial I-V fingers are mounted on fixed axles with the possibility of rotation through bearings.
При этом двуплечие угловые рычаги искусственных I-V пальцев выполнены в виде цельнометаллических деталей.At the same time, two-arm angle levers of artificial I-V fingers are made in the form of all-metal parts.
При этом верхний и нижний подрамники выполнены из алюминия.At the same time, the upper and lower subframes are made of aluminum.
При этом накладки из эластичного материала повышенного трения выполнены из полиуретана с вставками на уровне подушечек пальцев из полиуретана повышенного трения.At the same time, the pads made of an elastic material of increased friction are made of polyurethane with inserts at the level of the fingertips made of polyurethane of increased friction.
При этом механизм ротации кисти выполнен с возможность вращения кистью на 180 градусов вдоль оси искусственной биоэлектрической кисти руки.At the same time, the hand rotation mechanism is configured to rotate the hand by 180 degrees along the axis of the artificial bioelectric hand.
При этом искусственная биоэлектрическая кисть руки снабжена кнопкой-индикатором заряда аккумуляторной батареи.At the same time, the artificial bioelectric hand is equipped with a battery charge indicator button.
При этом искусственная биоэлектрическая кисть руки снабжена механизмом аварийного раскрытия кисти.At the same time, the artificial bioelectric hand is equipped with an emergency hand opening mechanism.
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания технического решения с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, and advantages of the present invention follow from the following description of the technical solution using the drawings, which show:
фиг. 1 - структурная схема искусственной биоэлектрической кисти руки;fig. 1 - block diagram of an artificial bioelectric hand;
фиг. 2 - структурная схема внутренней конструкции искусственной биоэлектрической кисти руки;fig. 2 - block diagram of the internal structure of the artificial bioelectric hand;
фиг. 3 - структурная схема искусственной биоэлектрической кисти руки в раскрытом состоянии;fig. 3 - block diagram of an artificial bioelectric hand in the open state;
фиг. 4 - структурная схема искусственной биоэлектрической кисти руки в сомкнутом состоянии.fig. 4 is a block diagram of an artificial bioelectric hand in a closed state.
Цифрами обозначены следующие конструктивные элементы: 1 - силовая рама; 2 - нижний подрамник; 3 - верхний подрамник; 4 - передний держатель мотор-редуктора; 5 - задний держатель мотор-редуктора; 6 - искусственный I палец; 7 - искусственный II палец; 8 - искусственный III палец; 9 - искусственный IV палец; 10 - искусственный V палец; 11 - мотор-редуктор; 12 - плата управления; 13 - верхняя крышка; 14 - нижняя крышка; 15 - узел ротации кисти; 16 - накладка пальца из полиуретана; 17 - вставка из полиуретана повышенного трения; 18 - неподвижная ось; 19 - шайба подшипника; 20 - подшипник; 21 - межпальцевая втулка; 22 - подвижная ось; 23 - тяга искусственного I пальца; 24 - тяги искусственных II-V пальцев; 25 - гайка; 26 - ходовой винт; 27 - аккумуляторная батарея; 28 - кнопка включения; 29 - биометрические датчики; 30 - кнопка-индикатор заряда аккумулятора; 31 - заглушка механизма аварийного раскрытия кисти; 32 - винт крепления.The numbers indicate the following structural elements: 1 - power frame; 2 - lower subframe; 3 - upper subframe; 4 - front holder of the motor-reducer; 5 - rear holder of the motor-reducer; 6 - artificial I finger; 7 - artificial II finger; 8 - artificial third finger; 9 - artificial IV finger; 10 - artificial V finger; 11 - motor-reducer; 12 - control board; 13 - top cover; 14 - bottom cover; 15 - brush rotation node; 16 - polyurethane finger pad; 17 - insert made of high friction polyurethane; 18 - fixed axle; 19 - bearing washer; 20 - bearing; 21 - interdigital sleeve; 22 - movable axle; 23 - traction artificial I finger; 24 - traction artificial II-V fingers; 25 - nut; 26 - lead screw; 27 - battery; 28 - power button; 29 - biometric sensors; 30 - battery charge indicator button; 31 - plug of the emergency opening mechanism of the brush; 32 - fastening screw.
Искусственная биоэлектрическая кисть руки (фиг. 1, 2) включает в себя силовую раму (1), состоящую из фрезерованных алюминиевых нижнего подрамника (2) и верхнего подрамника (3), скрепленных с помощью переднего держателя мотор-редуктора (4) и заднего держателя мотор-редуктора (5) в единый силовой несущий конструктивный элемент, к которому крепятся искусственный I палец (6), искусственный II палец (7), искусственный III палец (8); искусственный IV палец (9), искусственный V палец (10), мотор-редуктор (11), плата управления (12), верхняя крышка (13), нижняя крышка (14), при этом задний держатель мотор-редуктора (5) представляет из себя цельнолитой пластмассовый элемент, к которому крепится узел ротации кисти (15).The artificial bioelectric hand (Fig. 1, 2) includes a power frame (1) consisting of milled aluminum lower subframe (2) and upper subframe (3), fastened with the front holder of the motor-reducer (4) and the rear holder motor-reducer (5) into a single power-bearing structural element, to which artificial finger I (6), artificial finger II (7), artificial finger III (8) are attached; artificial IV finger (9), artificial V finger (10), gear motor (11), control board (12), top cover (13), bottom cover (14), while the rear holder of the gear motor (5) represents a one-piece molded plastic element to which the brush rotation assembly (15) is attached.
Каждый искусственный I-V палец (6-10) представляет из себя двуплечий угловой рычаг. При этом на один конец упомянутых рычагов устанавливается накладка пальца из полиуретана (16), повторяющая форму соответствующего ей пальца, накладка пальца из полиуретана (16) в области подушечек пальцев имеет вставку из полиуретана повышенного трения (17).Each artificial I-V finger (6-10) is a two-arm angular lever. At the same time, a polyurethane finger pad (16) is installed at one end of the mentioned levers, repeating the shape of the corresponding finger, the polyurethane finger pad (16) in the area of the finger pads has an insert of increased friction polyurethane (17).
Искусственные II-V пальцы (7-10) установлены на неподвижную ось (18), которая в свою очередь закреплена на верхнем подрамнике (3) и нижнем подрамнике (2), искусственный I палец (6) закреплен на верхнем подрамнике (3) через шайбу подшипника (19, фиг.3), позволяющую не касаться верхнего подрамника (3). В центр вращения каждого искусственного I-V пальца (6-10) впрессованы подшипники (20), позволяющие пальцам вращаться.Artificial fingers II-V (7-10) are mounted on a fixed axle (18), which, in turn, is fixed on the upper subframe (3) and lower subframe (2), artificial finger I (6) is fixed on the upper subframe (3) through bearing washer (19, figure 3), which allows not to touch the upper subframe (3). Bearings (20) are pressed into the center of rotation of each artificial I-V finger (6-10), allowing the fingers to rotate.
Искусственные II-V пальцы (7-10) расположены на неподвижной оси (18) на заданном с помощью межпальцевых втулок (21) расстоянии друг от друга, межпальцевые втулки (21) также осуществляют упор на подшипники (20) пальцев, не мешая их работе и маскируют внутри себя неподвижную ось (18), делая конструкцию более жесткой и прочной.Artificial fingers II-V (7-10) are located on a fixed axis (18) at a distance set with the help of interdigital bushings (21) from each other, interdigital bushings (21) also focus on the bearings (20) of the fingers, without interfering with their work and mask the fixed axis (18) inside themselves, making the structure more rigid and durable.
Второй конец вышеупомянутых рычагов искусственных I-V пальцев (6-10) соединен с подвижной осью (22) через подшипники (20). При этом второй конец рычага искусственного I пальца (6) соединен с подвижной осью (22) посредством тяги искусственного I пальца (23), при этом на подвижной оси (22) между искусственным III пальцем (8) и искусственным IV пальцем (9) для упрочнения конструкции установлена межпальцевая втулка (21). Подвижная ось (22) посредством двух тяг искусственных II-V пальцев (24) соединена с гайкой (25), имеющей четырехзаходную резьбу, установленной на ходовом винте (26), который в свою очередь закреплен на выходном валу мотор-редуктора. Данное техническое решение позволяет передавать большее усилие на сжатие пальцев, а также фиксирует хват после выключения мотор-редуктора (11).The second end of the aforementioned levers of artificial I-V fingers (6-10) is connected to the movable axle (22) through bearings (20). At the same time, the second end of the lever of the artificial 1st finger (6) is connected to the movable axis (22) by means of a pull of the artificial 1st finger (23), while on the movable axis (22) between the artificial III finger (8) and the artificial IV finger (9) for to strengthen the structure, an interdigital bushing (21) is installed. The movable axle (22) is connected by means of two links of artificial II-V fingers (24) to a nut (25) having a four-start thread mounted on the lead screw (26), which in turn is fixed to the output shaft of the motor-reducer. This technical solution allows you to transfer more force to the fingers, and also fixes the grip after turning off the motor-reducer (11).
Мотор-редуктор (11) крепится внутри силовой рамы (1) продольно в переднем держателе мотор-редуктора (4) и заднем держателе мотор-редуктора (5) через уплотнители (не показаны), выходным валом в направлении искусственных I-V пальцев (6-10).The motor-reducer (11) is mounted inside the power frame (1) longitudinally in the front holder of the motor-reducer (4) and the rear holder of the motor-reducer (5) through seals (not shown), with the output shaft in the direction of artificial I-V fingers (6-10 ).
Работа механизма искусственной биоэлектрической кисти руки осуществляется следующим образом: при включении аккумуляторной батареи (27) соответствующей кнопкой включения (28), расположенной на верхней крышке (13), происходит инициализация и диагностика платы управления (12), после чего искусственная биоэлектрическая кисть руки переходит в режим работы.The operation of the mechanism of the artificial bioelectric hand is carried out as follows: when the battery (27) is turned on by the corresponding power button (28) located on the top cover (13), the control board (12) is initialized and diagnosed, after which the artificial bioelectric hand goes into operating mode.
Сигналы с биометрических датчиков (29) поступают на плату управления (12), где происходит их обработка в соответствии с заданными параметрами алгоритма обработки. Измеренная величина электрического потенциала на поверхности культи пользователя фильтруется и усиливается платой управления (12) для пропорционального управления мощностью мотор-редуктора (11), реализующего хват/раскрытие.Signals from biometric sensors (29) are sent to the control board (12), where they are processed in accordance with the specified parameters of the processing algorithm. The measured value of the electric potential on the surface of the user's stump is filtered and amplified by the control board (12) to proportionally control the power of the motor-reducer (11) that implements the grip/opening.
При поступлении биоэлектрического сигнала управления искусственная биоэлектрическая кисть может работать в двух режимах: 1) выполнение раскрытия кисти (фиг. 3) при наличии соответствующего сигнала с датчика (29); 2) выполнение хвата кисти (фиг. 4) при наличии противоположного сигнала с другого датчика (29). При выполнении команды хвата или раскрытия кисти, в зависимости от посылаемого сигнала на плату управления (12) производится включение мотор-редуктора (11). Мотор-редуктор (11) вращает ходовой винт (26), который перемещает гайку (25). С помощью прикрепленных к гайке (25) двух тяг искусственных II-V пальцев (24) осуществляется хват/раскрытие кисти. Движение искусственных II-V пальцев (7-10) осуществлено за счет тяг искусственных II-V пальцев (24), а с помощью тяги искусственного I пальца (23) осуществлено движение искусственного I пальца (6). When a bioelectric control signal is received, the artificial bioelectric hand can operate in two modes: 1) opening the hand (Fig. 3) in the presence of a corresponding signal from the sensor (29); 2) performing a grip of the hand (Fig. 4) in the presence of an opposite signal from another sensor (29). When executing a command to grab or open the hand, depending on the signal sent to the control board (12), the motor-reducer (11) is turned on. The geared motor (11) turns the lead screw (26) which moves the nut (25). With the help of two artificial II-V fingers (24) attached to the nut (25), the grip/opening of the hand is carried out. The movement of the artificial II-V fingers (7-10) is carried out due to the pulls of the artificial II-V fingers (24), and with the help of the pull of the artificial I finger (23), the movement of the artificial I finger (6) is carried out.
Обратная связь с платой управления (12) в процессе выполнения хвата/раскрытия кисти обеспечивается ограничителями силы тока мотор-редуктора (11).Feedback from the control board (12) in the process of gripping/opening the hand is provided by the current limiters of the motor-reducer (11).
Через задний держатель мотор-редуктора (5) к силовой раме (1) крепится узел ротации кисти (15), позволяющий осуществлять вращение кистью на 180 градусов. К узлу ротации кисти (15) крепится культеприемник (не показан).The hand rotation unit (15) is attached to the power frame (1) through the rear holder of the motor-reducer (5), which allows the hand to be rotated 180 degrees. A stump receiver (not shown) is attached to the hand rotation assembly (15).
Искусственная биоэлектрическая кисть руки оснащена кнопкой-индикатором заряда аккумуляторной батареи (30), при нажатии на которую зажигается встроенный в кнопку-индикатор заряда аккумуляторной батареи (30) светодиод. Светодиод светится зеленым светом, в случае если заряд аккумуляторной батареи (27) достаточен, и красным светом, если заряд аккумуляторной батареи (27) составляет менее 20%, что говорит о необходимости поставить аккумуляторную батарею (27) на зарядку в ближайшее время. Светодиод гаснет самостоятельно спустя короткий промежуток времени. В случае если аккумуляторная батарея (27) все же разрядилась во время эксплуатации, хват кисти фиксируется. Если при этом кистью захвачен какой-либо предмет и его необходимо извлечь, то в нижней крышке (14) расположена заглушка механизма аварийного раскрытия кисти (31), находящаяся в районе искусственного I пальца (6). При удалении заглушки механизма аварийного раскрытия кисти (31) открывается доступ к винту крепления (32) тяги искусственного I пальца (23), который необходимо выкрутить, после чего искусственный I палец (6) будет свободно открываться.The artificial bioelectric hand is equipped with a button-indicator of the battery charge (30), when pressed, the LED built into the button-indicator of the battery charge (30) lights up. The LED lights up green if the battery (27) is sufficiently charged, and red if the battery (27) is less than 20%, indicating that the battery (27) needs to be charged soon. The LED goes out automatically after a short period of time. If the battery (27) is still discharged during operation, the grip of the hand is fixed. If at the same time an object is captured by the brush and it needs to be removed, then in the lower cover (14) there is a plug for the emergency opening mechanism of the hand (31), located in the area of the artificial first finger (6). When removing the cap of the mechanism of emergency opening of the hand (31), access to the screw (32) of the artificial finger I (23) is opened, which must be unscrewed, after which the artificial finger I (6) will open freely.
Наличие несущей силовой рамы позволяет сделать конструкцию прочной и выдерживать ударные нагрузки. Расположенные внутри силовой рамы мотор-редуктор и механизм передачи усилия от мотор-редуктора к искусственным пальцам защищены силовой рамой от внешних ударных воздействий, а способ крепления искусственных пальцев к силовой раме позволяет тянуть и толкать искусственными пальцами различные массивные предметы, а также выдерживать различные ударные нагрузки по искусственным пальцам без существенных воздействий на механизм передачи усилия от мотор-редуктора к искусственным пальцам и сам мотор-редуктор, что способствует долгой и надежной работе механизмов. Стоящий продольно в силовой раме мотор-редуктор с расположенным по направлению к искусственным пальцам выходным валом позволяет не использовать тяжелые и громоздкие зубчатые колеса, оставив минимум полезных деталей для повышения надежности и простоты конструкции. Сокращение количества деталей, применение легких материалов, таких как алюминий и пластик, позволяет изготавливать протез компактным и легким, а также варьировать его размеры для применения пользователями всех половозростных групп. В случае необходимости, по решению врача, можно увеличить массу искусственной биоэлектрической кисти руки, как правило, чтобы предотвратить искривление позвоночника из-за разницы давлений на позвоночник слева и справа, присутствует возможность установить дополнительные грузы на нижний подрамник и/или верхний подрамник. Выполнение искусственных пальцев двусоставными из полиуретана и полиуретана повышенного трения позволяют хвату быть цепким. Наличие узла ротации, индикатора заряда аккумуляторной батареи и возможности самостоятельного аварийного раскрытия кисти позволяет сделать эксплуатацию искусственной биоэлектрической кисти руки более комфортной для пользователя.The presence of a load-bearing power frame allows you to make the structure durable and withstand shock loads. The motor-reducer located inside the power frame and the mechanism for transmitting force from the motor-reducer to the artificial fingers are protected by the power frame from external impacts, and the method of attaching the artificial fingers to the power frame allows you to pull and push various massive objects with artificial fingers, as well as withstand various shock loads on artificial fingers without significant impact on the mechanism for transferring force from the motor-reducer to artificial fingers and the motor-reducer itself, which contributes to the long and reliable operation of the mechanisms. Standing longitudinally in the power frame, the motor-reducer with the output shaft located towards the artificial fingers makes it possible not to use heavy and bulky gears, leaving a minimum of useful parts to increase reliability and simplicity of design. Reducing the number of parts, the use of lightweight materials such as aluminum and plastic, allows the prosthesis to be made compact and lightweight, as well as to vary its size for use by users of all gender and age groups. If necessary, according to the decision of the doctor, it is possible to increase the mass of the artificial bioelectric hand, as a rule, to prevent curvature of the spine due to the difference in pressure on the spine on the left and right, it is possible to install additional weights on the lower stretcher and / or upper stretcher. The two-piece artificial fingers made of polyurethane and high friction polyurethane allow the grip to be tenacious. The presence of a rotation unit, a battery charge indicator and the possibility of independent emergency opening of the hand makes the operation of an artificial bioelectric hand more comfortable for the user.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779492C1 true RU2779492C1 (en) | 2022-09-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4409529A (en) * | 1980-03-24 | 1983-10-11 | Hugh Steeper Limited | Prosthesis |
| US8021435B2 (en) * | 2007-01-17 | 2011-09-20 | Luis Armando Bravo Castillo | Functional hand prosthesis mechanism |
| RU2663941C1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-08-13 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Electromechanical hand |
| RU189912U1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Миолимб" (ООО "Миолимб") | Adaptation to human prosthesis |
| RU2719658C1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-04-21 | Общество с ограниченной ответственностью "МОТОРИКА" | Gripping mechanism of pedicle single-seam bioelectric prosthesis of upper limb |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4409529A (en) * | 1980-03-24 | 1983-10-11 | Hugh Steeper Limited | Prosthesis |
| US8021435B2 (en) * | 2007-01-17 | 2011-09-20 | Luis Armando Bravo Castillo | Functional hand prosthesis mechanism |
| RU2663941C1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-08-13 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Electromechanical hand |
| RU189912U1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Миолимб" (ООО "Миолимб") | Adaptation to human prosthesis |
| RU2719658C1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-04-21 | Общество с ограниченной ответственностью "МОТОРИКА" | Gripping mechanism of pedicle single-seam bioelectric prosthesis of upper limb |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kyberd et al. | The design of anthropomorphic prosthetic hands: A study of the Southampton Hand | |
| In et al. | Jointless structure and under-actuation mechanism for compact hand exoskeleton | |
| KR101226927B1 (en) | Robot system for rehabilitation | |
| WO2010018358A2 (en) | A device resembling a part of the human body which is able to be actuated | |
| Gasser et al. | Design and preliminary assessment of Vanderbilt hand exoskeleton | |
| Schulz et al. | A hydraulically driven multifunctional prosthetic hand | |
| CN101524297B (en) | Exoskeleton manipulator and use method | |
| WO2008030419A2 (en) | A modular mechanical device resembling a human arm and hand | |
| CN109172063A (en) | A kind of Coupled Rigid-flexible artifucial limb hand with complaisant grasping characteristic | |
| Gillespie et al. | Toward improved sensorimotor integration and learning using upper-limb prosthetic devices | |
| US20080109084A1 (en) | Confirming Artificial Finger Mechanism | |
| CN112120837A (en) | Self-adaptive gripping flexible artificial hand | |
| CN201510382U (en) | Multi-finger exoskeleton manipulator | |
| Damerla et al. | A review of the performance of extrinsically powered prosthetic hands | |
| RU2779492C1 (en) | Artificial bioelectric hand | |
| Ma et al. | Design and control of a powered knee orthosis for gait assistance | |
| Nemoto et al. | F3Hand II: A flexible five-fingered prosthetic hand using curved pneumatic artificial muscles | |
| CN110538015B (en) | Mechanical artificial limb arm | |
| Wedyan et al. | A wearable robotics assistive device: design, technical solutions, and implementation | |
| US11000398B2 (en) | Flexor hinge orthosis and wrist-driven flexor hinge orthosis | |
| Ullah et al. | A soft robotic glove for assistance and rehabilitation of stroke affected patients | |
| McPherson et al. | Motor-augmented wrist-driven orthosis: Flexible grasp assistance for people with spinal cord injury | |
| Shahid et al. | Development of an electrooculogram-activated wearable soft hand exoskeleton | |
| Nemoto et al. | F3Hand: A five-fingered prosthetic hand driven with curved pneumatic artificial muscles | |
| Haarman et al. | Joint stiffness compensation for application in the EXTEND hand orthosis |