WO2015177701A1 - Dispositivo exoesqueletico de rehabilitacion para los dedos de la mano - Google Patents

Dispositivo exoesqueletico de rehabilitacion para los dedos de la mano Download PDF

Info

Publication number
WO2015177701A1
WO2015177701A1 PCT/IB2015/053605 IB2015053605W WO2015177701A1 WO 2015177701 A1 WO2015177701 A1 WO 2015177701A1 IB 2015053605 W IB2015053605 W IB 2015053605W WO 2015177701 A1 WO2015177701 A1 WO 2015177701A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phalanx
plate
movement
upper plate
proximal
Prior art date
Application number
PCT/IB2015/053605
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oscar Fernando AVILÉS SANCHEZ
Hoffman Fernando RAMÍREZ GUIO
Cesar Augusto CÁCERES FAJARDO
María Fernanda GÓMEZ DÍAZ
Original Assignee
Universidad Militar Nueva Granada
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Militar Nueva Granada filed Critical Universidad Militar Nueva Granada
Publication of WO2015177701A1 publication Critical patent/WO2015177701A1/es

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices ; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

Definitions

  • the present patent application consists of an exoskeletal device designed to perform a flexion and extension therapy for the purpose of rehabilitation of the fingers in people suffering from mobility problems in said members.
  • the device comprises systems of areas such as biomechanics, mechanics, electronics and software, which together form a tool that allows the physiotherapist to perform a useful and effective treatment that requires less time, allows to specify the type of movement and the number of repetitions Recommended for each user.
  • the present invention has its application within the field of biomechatronic devices for the rehabilitation of the fingers, specifically the device was developed to be implemented in therapies comprising flexion and finger extension exercises.
  • Zhang et al. (2009) 2 show a design of an exoskeleton for index finger rehabilitation.
  • the article shows a device that allows the rehabilitation of an index finger through a mechanism of 4 degrees of freedom, which allows the movements of flexion - extension and abduction - adduction, through the use of pulleys and a motor for each phalanx, in addition the device allows to vary the length that corresponds to each phalanx so that it can be used in different patients, as it also allows to vary the flexion angle.
  • Tetsuo and collaborators (2006) 3 present the design and development of two concepts for a portable haptic interface of 4 degrees of freedom with active and passive multipoint points for force feedback for the index finger.
  • This document shows the realization of a haptic interface device with 20 degrees of freedom for one hand. It is a master-slave device, which communicates with a virtual interface on a PC. Each finger is modeled as a mechanism of 4 degrees of freedom.
  • two proposals are presented, in the first one a statically balanced haptic interface with an RLM type balancing mechanism and a perpendicular integrated spring, the second proposal is a mechanical belt of RLM-shaped brakes that provide active force response.
  • US patent 5516249 teaches a kinetic exoskeleton for a finger that uses a bar system implemented from a series of actuators that manipulate or handle the finger remotely, in turn also handles a series of magnetic variables for its operation, modules that allow a free but limited movement and a series system of sensors to give the answer depending on the resistance forces.
  • US 4986280 refers to a system for measuring the relative angular orientation of two relatively mobile skeleton links or segments of a living body that are joined in a joint.
  • the system that teaches the document can be adapted to have at least two applications, measure the amplitude of joint movement by recording the angle of flexion between two links of the skeleton and generate electrical signals representative of the various positions of an anatomical part, specifically the hand.
  • US patent application 2005/0178213 presents a device for determining the rotation of the fingers using a displacement sensor as an important function in the recognition of sign language.
  • the device integrates a displacement sensor secured to a first arm, a fixed-length lever, where the end of said lever is secured to the second arm, the other end of said lever is secured to the actuator of the displacement sensor whereby a turn of the shaped rotary assembly, will cause the lever to push and / or pull the actuator and therefore produce a displacement.
  • the device is implemented on the outside of a glove since only in this position can the mechanical elements of the system be coupled.
  • US 61 10130 shows an exoskeletal device arranged to measure the positions of the links and the angles of the joints of an animated body, where the body comprises a plurality of links joined by joints.
  • the device is fixed to a first mobile terminal of said animated body and a second fixed terminal.
  • the device has means to measure the angle of the joints.
  • the signals taken allow to determine the position of the terminals and based on the knowledge of the structure, calculate the angle of the joints.
  • US patent application 2010305717 relates to an electric assistance device to help a user move their hand, which corresponds to a rehabilitation device to train the movement of a user's hand, where the system comprises a platform that joins the user's hand; a plurality of finger assemblies operatively connected to the platform, each finger assembly has a motor, a proximal assembly having a proximal guide rail, and an intermediate assembly which has an intermediate guide rail, where the system has a pair of knuckle indicators that correspond to virtual centers that enable the movement of the finger to be controlled and maintain the rotational axes of the fingers around the virtual center when the Proximal and intermediate assemblies are driven by means of the motor. It should be clarified that the device in this document does not reveal or refer to an electronic control system such as that of the present invention.
  • patent application WO 201 1054983 discloses a drive device for a disabled hand that basically corresponds to an exoskeleton formed by a series of segments articulated with one another by ends through intermediate parts articulated in turn by some raised supports fixed by their bases to different predetermined points of each finger, where the free end of a first of said segments is fixed to a moving part of the user, and where part of the segments comprises a protruding thrust portion to push the respective finger by different points when the moving part moves, which triggers the simultaneous movement of the segments, so that the hand is directed towards a more closed position, folding the fingers in the direction of the thumb or the other side.
  • said document does not show a combination of elements such as those of the device of the present invention, much less reveals or suggests the presence of an electronic control system comprising a control card formed by a microprocessor to control the disclosed device.
  • CN 202537871 which discloses an exoskeletal device for hand and wrist rehabilitation in a user, where the device comprises a wrist, a thumb, a power source, an index finger, a middle finger and a finger should be considered.
  • ring where the power source is fixed directly on the wrist, and the thumb, index finger, middle finger and ring finger connect to the power source.
  • a motor activates a screw nut for power, and the device has a simple structure and is easy to implement. The exercise with this device can be performed with multiple degrees of freedom and a large number of flexible rehabilitation movements can be obtained.
  • the exoskeletal device of this document also does not make reference or guide to the person versed in the matter to couple to said device an electronic system that allows to control each of the subsystems that compose said device.
  • Biomechatronics integrates mechanics, electronics and computer systems.
  • the mechanical systems are of great importance since they must be coupled in such a way that it does not cause any type of atrophy to the person who is using it, and they are the most ergonomic possible so that the person does not feel uncomfortable with the device.
  • electronic and computational systems fulfill a very special task, that of being able to give the person the most natural movement in the biomechatronic device through feedback control or with special motors for slow movement.
  • a biomechatronic device has been designed to understand and control each of the subsystems that make up the device, such as the mechanical, electronic and biomechanical system of the hand.
  • the software was also developed to achieve the extension and flexion therapy of the fingers according to the repetition number that The specialist considers necessary for each therapy, thus obtaining a rehabilitation with results similar to that performed by the physiotherapist and which demands less time from it, since with this device several patients can be treated simultaneously and in less time.
  • the present invention is an exoskeletal device for the rehabilitation of the hands, designed for people with a high affectation in the mobility of the fingers.
  • the purpose of the mechanism is to provide a high degree of mobility and stability security.
  • the mechanism was conceived under a mechanical system of easy manufacture, operation within reach of the operator and of course comfortable. This implies better results for the person carrying the device (the mitten).
  • the system used for the design of the equipment was the bar mechanism, which when compared with other mechanisms such as the pulley system, the simple extender system or the sliding channel system, is superior since the other systems do not comply with the requirements for the ideal use of the device. In this way aspects of design, manufacturing, use and costs were not feasible.
  • the bar system was useful from the beginning because it allows the coupling between phalanges (proximal, middle and distal) by means of pinion screws and a zipper that allow a free movement ideal for the correct exercise of the affected limb.
  • the mechanism for the index finger was developed, since the operation of the mechanism can be easily extrapolated to the other fingers of the hand.
  • design tests were carried out, finding the flaws and successes of the design ensuring the perfect coupling between parts.
  • the mechanism of three phalanges is connected to each other by screws, the first phalanx, that is the proximal phalanx, takes the responsibility of holding the whole mechanism, this is fixed by a back plate which remains fixed.
  • the remaining parts allow the movement of flexion or extension of the bars at an angle of 85 ° thanks to the action of the motor on the axes and zippers of the system.
  • Connected to the first phalanx is the middle phalanx which is coupled by through screws to a rear plate, practically follows the pattern of behavior of the proximal phalanx, which varies with respect to this is that the upper plate allows an angle of flexion or 100 ° extension.
  • the distal phalanx which has its back plate connected to the middle phalanx, the angle of flexion that allows this mechanism is 80 °.
  • the electronic system used corresponds to a simple control system that nevertheless has great advantages in relation to other control systems.
  • the system of the present invention incorporates a port USB that allows the transport of data between the control card and a computer.
  • Fig. 1 It shows a schematic view of the exoskeletal device according to the present invention. The figure shows what the phalanges are like and the mitt that fits the user's hand.
  • Fig. 2. Shows an exploded view of the exoskeletal device of the present invention.
  • Fig. 3. Shows a frontal view of the proximal phalanx shown in the exoskeletal device of Figures 1 and 2.
  • FIG. 4 Shows an isometric view of the proximal phalanx of Figure 3
  • Fig. 5. Shows a front view of the middle phalanx shown in the exoskeletal device of Figures 1 and 2.
  • Fig. 6. Shows an isometric view of the middle phalanx of Figure 5.
  • Fig. 7. Shows a front view of the distal phalanx shown in the exoskeletal device of Figures 1 and 2.
  • Fig. 8. Shows an isometric view of the distal phalanx of Figure 7.
  • Fig. 9. Shows in three views the general design of the exoskeletal device mitten.
  • Fig. 10 Schematically shows the main parts that make up the electronic system implemented in the present invention.
  • Fig. 1 It is a plan view of the engine used to move the phalanges.
  • Fig. 12. Shows a schematic diagram of the control process implemented in the present invention. Detailed description of the invention
  • the present invention was developed to help people who have lost mobility in the fingers caused by various factors.
  • the purpose of the device developed is to improve the treatment in terms of quality and performance, likewise the reduction in price is sought both in the device, as in the treatment itself.
  • the mitten-type device has been designed to accommodate people with low phalangeal mobility.
  • the mechanism comprises a simple bar system which, complemented by a system of springs and mechanical limits, allows the device to be freely operated and easily adapted to any shape.
  • Figure 1 shows an isometric view of the exoskeletal device for index finger rehabilitation (1) of the present invention.
  • the device comprises a body formed by a system of bars also called phalanges, in their order are: proximal phalanx (2), middle phalanx (3), and distal phalanx (4). These pieces are made of acrylic material.
  • the movement of the phalanges is given by the movement of the independent motors (5), in this case three are indispensable, one for each phalanx.
  • An essential feature of these engines is that they must be simple and lightweight to aid in the mechanical performance of the design and in reducing the overall weight of the mitt (6).
  • the design implemented in the The present invention resembles the finger, this in order to allow the movement of flexion - natural extension thereof.
  • FIG 3 shows a front view of the proximal phalanx (2), likewise in Figure 4 an isometric view of this same phalanx can be observed.
  • the proximal phalanx (2) is fixed to the mitt (6) by means of a support that has a series of grooves (2f). The two pieces are joined by means of fixed screws that seat the proximal phalanx (2) to a rigid support (6a) of the mitt.
  • the proximal phalanx (2) has a rear plate (2b) in which the motor (2e) is fixed. This has a pinion (2i) which is coupled to a rack (2j) which is located on the outside of an upper plate (2a).
  • the movement of the upper plate (2a) is limited by two ends, the flexure contactor (2g) and the extension contactor (2d), in this way the upper plate (2a) can rotate around its axis (2c ) at a maximum angle established by the two ends, while the rear plate (2b) remains immobile fixed to the mitt (6).
  • the proximal phalanx (2) performs the flexion or extension movement, depending on the direction in which the motor is rotating (2e), the flexion angle allowed by the mechanism is 85 ° .
  • the middle phalanx (3) is located between the proximal phalanges (2) and the distal phalanx (4).
  • Figure 5 shows a front view of the plates that make up this piece.
  • the middle phalanx (3) is coupled to the upper plate (2a) of the proximal phalanx (2) by means of through screws (7) that couple the through grooves (2h) with the groove (3f) of the back plate (3b).
  • the upper plate (3a) is coupled to the distal phalanx (4) by means of through screws (7) that couple the grooves (3c) with the grooves (4f) of the plate rear (4b) of the distal phalanx (4).
  • the motor (3e) also has a pinion (3i).
  • This is located on the lower side of the rear plate (3b) allowing its axis to pass through and adjust the two plates of the middle phalanx (3).
  • the two plates have an axis of rotation the point (3c) allowing an opening angle of 100 °.
  • the upper plate (3a) has an external (3j) cremaller that allows it to slide together with the pinion (3i) in a limited space between the two ends of the race, (3d) and (3g).
  • Figure 6 also shows an isometric view of the middle phalanx (3). This figure shows the final arrangement of the coupling formed by the plates (3a) and (3b), as well as the location of the motor (3e) in the lower plate.
  • Figures 7 and 8 show the frontal and isometric views of the distal phalanx (4).
  • This is located after the middle phalanx (3), joined by means of the slots (4f) of the back plate (4b) and the groove (3h) of the upper plate of the middle phalange (3a).
  • the motor (4e) is located next to the rear plate (4b), a pinion (4i) is fitted on its axis, which fits into the groove (4h) of the rear plate (4b).
  • the movement of the piece is limited by two running ends one of flexion (4d) and another of extension (4g), the pinion (4i) as in the previous cases, it slides by an external rack (4j) located in the top plate (4a).
  • the rotational movement of this piece on the shaft (4c) is similar to that of the middle phalanx (3), however in this case the maximum opening angle reached is 80 °.
  • a mitt (6) was designed in resistant, ergonomic, economical material and adaptable to the manufacturing and work conditions.
  • the material used is silicone mixed with calcium carbonate and, to provide greater strength, inlays are provided fiberglass
  • Figure 9 illustrates some views of the designed mitt, this piece has three openings, one for the thumb (6c), another for the remaining 4 fingers (6d), and one last (6b) for the entry of the hand inside the mitten (6).
  • a special pedestal (6a) was made where the proximal phalanx (2) is attached. To this pedestal (6a), the index finger system (figure 4) is fixed through screws (2f).
  • the electronic system (8) is made up of 3 main parts as shown in figure 10.
  • the power supply (8a) has an AC alternating current input and a dual direct DC current output. The nominal values of voltage and current delivered by the source are sufficient to move the motors and power the part in charge of the voltage regulation of the PIC microprocessor.
  • the control card (8b) is made up of:
  • a voltage regulator to supply the operating voltage to the microprocessor usually 5 V.
  • Noise and noise filters were also implemented at the regulator at the input and output, using capacitors connected to the output ground;
  • Microcontroller the microprocessor used comprises a USB communication module for communication with the computer and also has the necessary ports for motor control. The information received by the USB port from the computer, is addressed to the corresponding port giving the control signal of the motors; Digital potentiometers, these are powered by a 5 V voltage source in order to control the speed and rotation of the motor;
  • pushbuttons were used at the beginning and at the end of each of the zippers, to count the number of push-ups that have been made, the pushbuttons send a signal to the PIC so that it makes the decision if it is a movement flexion, extension or an order to stop the mechanism;
  • Operational amplifiers were used for two purposes, the first to displace the potentiometer signal and thus be able to reverse the motor rotation. They were also used as a voltage inverting amplifier which transmits the voltage to the bases of the power transistors, in order to control the speed and direction of rotation of the motor;
  • LED light emitting diodes two LED diodes were used to indicate the status of the USB connection.
  • the electronic system (8) comprises actuators (8c). To select the appropriate engines, a dynamic analysis of the system was carried out taking into account the total passage of the mechanism (approximately 64 g) and its length (about 1 1 cm), the weight of the finger (about 40 g) and the gravity (9,832 m / s 2 ).
  • each One of these has a type D profile shaft (5b), that is to say that a part of the shaft is flattened, and metal sprocket (5a) with a 100: 1 ratio, which ensures the robustness of the element and gives a longer service life.
  • the control system is composed of the electronic system (8) described above, and the control process (9) implemented in the microprocessor.
  • the system also comprises a graphical interface through which the user can control the phalanx he wishes, the number of times the flexion-extension movement must be performed and the speed at which the movement must be performed. You can also stop the process at any time.
  • Figure 12 specifies the control process (9) implemented by the microprocessor to carry out the control of the device.
  • the process starts (9a) with the connection of the device to the computer through a USB interface (9b).
  • the instructions sent from the computer such as speed, number of push-ups or reset instructions (9c) are reviewed. If a restart instruction (9d) is found, the motors are returned to the initial position (9e), in this case the phalanges must be returned to the extended position and then the motors are turned off.
  • the number of push-ups (9g) is evaluated. If the programmed number of push-ups is reached, the motors (9f) must be turned off, if the number of push-ups have not been reached, the instruction is sent to the phalanx to flex (9h). If when evaluating the movement of flexion in this phalanx (9i) it is found that it should not be flexed, the motors are started until they reach the initial position (9j), otherwise, the motors must be started until the device arrives to the final position (9k). In this way both movements of flexion (9k) and extension (9j) are achieved. While the flexion - extension process is carried out, the necessary pulses are sent to the digital resistors (9m) in order to control the speed of the motor movement.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo exoesquelético diseñado para ejecutar una terapia de flexión y extensión con fines de rehabilitación del dedo índice en personas que sufran problemas de movilidad en los tendones de los dedos. El campo de aplicación de la presente invención corresponde a dispositivos biomecatrónicos para la rehabilitación de los dedos de las manos, específicamente el dispositivo se desarrollo para ser implementado en terapias que comprenden ejercicios deflexión y extensión del dedo. En la presente invención se ha diseñado un dispositivo biomecatrónico que permita comprender y controlar cada uno de los subsistemas que componen dicho dispositivo, como lo son el sistema mecánico, electrónico y biomecánico de la mano

Description

DISPOSITIVO EXOESQUELÉTICO DE REHABILITACIÓN PARA LOS
DEDOS DE LA MANO
Objetivo de la invención
La presente solicitud de patente de invención consiste en un dispositivo exoesquelético diseñado para ejecutar una terapia de flexión y extensión con fines de rehabilitación de los dedos de la mano en personas que sufran problemas de movilidad en dichos miembros. El aparato comprende sistemas de áreas como la biomecánica, mecánica, electrónica y software, las cuales en conjunto, conforman una herramienta que permite al fisioterapeuta realizar un tratamiento útil y eficaz que demanda menor tiempo, permite precisar el tipo de movimiento y el número de repeticiones recomendadas para cada usuario.
Campo de la invención
La presente invención tiene su aplicación dentro del campo de los dispositivos biomecatrónicos para la rehabilitación de los dedos de las manos, específicamente el dispositivo se desarrollo para ser implementado en terapias que comprenden ejercicios de flexión y extensión del dedo.
Antecedentes de la invención
Las personas adultas que tienen algún tipo de pérdida de movilidad total o parcial en los tendones de las manos, deben someterse a terapias realizadas por un fisioterapeuta. Estas consisten en hacer ejercicios de flexión y extensión en cada uno de los dedos afectados y deben hacerse de manera repetitiva y precisa con el fin de lograr resultados óptimos. Lo anterior demanda una gran cantidad de tiempo y de atención por parte del especialista. Con el objeto de facilitar la recuperación de movimiento en la mano, se han creado diversos sistemas que permiten la estimulación de los dedos de la mano con movimientos asistidos. Estos desarrollos se describen a continuación:
Popescu y colaboradores (2002)1 presentan un diseño para un guante con realimentación de fuerza. Este guante presenta una interfaz háptica diseñada para interacciones en ambientes virtuales, posee realimentación de fuerza y soporta hasta los 16 N, es usado en los dedos pulgares, medio e índice. Para controlar el movimiento utiliza actuadores neumáticos acoplados en la pala de la mano, los cuales a su vez tienen sensores de efecto Hall e infrarrojos, mediante acondicionamiento electrónico y comunicación por RS232 en un PC pueden saber la posición en la cual se encuentra cada dedo.
Zhang y colaboradores (2009)2 muestran un diseño de un exoesqueleto para rehabilitación del dedo índice. En el artículo se muestra un dispositivo que permite realizar la rehabilitación de un dedo índice mediante un mecanismo de 4 grados de libertad, el cual permite realizar los movimientos de flexión - extensión y abducción - aducción, mediante el uso de poleas y de un motor para cada falange, además el dispositivo permite variar la longitud que corresponde a cada falange para que pueda ser usado en diferentes pacientes, como también permite variar el ángulo de flexión.
Por otra parte, Tetsuo y colaboradores (2006)3 presentan el diseño y desarrollo de dos conceptos para una interfaz háptica portable de 4 grados de libertad con multipuntos activos y pasivos para realimentación de fuerza para el dedo índice. Este documento muestra la realización de un dispositivo de interfaz háptica con 20 grados de libertad para una mano. Es un dispositivo maestro- esclavo, el cual se comunica con una interfaz virtual en un PC. Cada dedo es modelado como un mecanismo de 4 grados de libertad. Para la obtención de un dispositivo que permita realizar los movimientos de flexión y extensión se presentan dos propuestas, en la primera una interfaz háptica estáticamente equilibrada con un mecanismo de balanceo tipo RLM y un muelle integrado de modo perpendicular, la segunda propuesta es cinta mecánica de frenos de forma RLM que proporciona respuesta de fuerza activa.
La patente de US 5516249 enseña un exoesqueleto cinestético para un dedo que usa un sistema de barras implementado de una serie de actuadores que manipulan o manejan el dedo a distancia, a su vez también maneja una serie de variables magnéticas para su funcionamiento, módulos que permiten un movimiento libre pero limitado y un sistema en serie de sensores para dar la respuesta en función de las fuerzas de resistencia.
Generalmente los mecanismos, características y conceptos no varían unos de otros. Así, la patente US 4986280 se refiere a un sistema de medición de la orientación angular relativa de dos enlaces del esqueleto relativamente móviles o segmentos de un cuerpo vivo que se unen en una articulación. El sistema que enseña el documento puede adaptarse para tener al menos dos aplicaciones, medir la amplitud de movimiento articular registrando el ángulo de flexión entre dos enlaces del esqueleto y generar señales eléctricas representativas de las diversas posiciones de una parte anatómica, específicamente la mano.
La solicitud de patente US 2005/0178213 presenta un dispositivo para determinar la rotación de los dedos usando un sensor de desplazamiento como función importante en el reconocimiento del lenguaje de señas. El dispositivo integra un sensor de desplazamiento asegurado a un primer brazo, una palanca de longitud fija, donde el extremo de dicha palanca se asegura al segundo brazo, el otro extremo de dicha palanca es asegurado al actuador del sensor de desplazamiento por lo que un giro del conjunto rotativo conformado, hará que la palanca empuje y/o tire del actuador y por lo tanto producir un desplazamiento. El dispositivo se implementa en la parte externa de un guante ya que solamente en esta posición pueden acoplarse los elementos mecánicos del sistema.
La patente US 61 10130 muestra un dispositivo exoesquelético dispuesto para medir las posiciones de los enlaces y los ángulos de las articulaciones de un cuerpo animado, donde el cuerpo comprende una pluralidad de vínculos unidos por articulaciones. El dispositivo se fija a un primer terminal móvil de dicho cuerpo animado y a un segundo terminal fijo. El dispositivo cuenta con medios para medir el ángulo de las junturas. Las señales tomadas permiten determinar la posición de las terminales y basándose en el conocimiento de la estructura, calcular el ángulo de las junturas.
La solicitud de patente US 2010305717 se relaciona con un dispositivo de asistencia eléctrica para ayudar a un usuario a mover su mano, el cual corresponde a un dispositivo de rehabilitación para entrenar el movimiento de la mano de un usuario, donde el sistema comprende una plataforma que se une a la mano del usuario; una pluralidad de ensambles de dedo conectados operativamente con la plataforma, cada ensamble de dedo tiene un motor, un ensamble proximal que tiene un riel guía proximal, y un ensamble intermedio que tiene un riel guía intermedio, en donde el sistema cuenta con un par de indicadores de nudillos que corresponden a unos centros virtuales que habilitan el movimiento del dedo que se va a controlar y mantienen los ejes rotacionales de los dedos alrededor del centro virtual cuando los ensambles proximal e intermedio se accionan por medio del motor. Cabe aclarar que el dispositivo de este documento no revela o hace referencia a un sistema electrónico de control como el de la presente invención.
De otro lado, la solicitud de patente WO 201 1054983 revela un dispositivo de accionamiento para una mano discapacitada que corresponde básicamente a un exoesqueleto formado por una serie de segmentos articulados entre sí por unos extremos a través de unas piezas intermedias articuladas a su vez por unos soportes elevados fijados por sus bases a diferentes puntos predeterminados de cada dedo, donde el extremo libre de un primero de dichos segmentos está fijado a una parte móvil del usuario, y donde parte de los segmentos comprende una porción saliente de empuje para empujar el respectivo dedo por diferentes puntos cuando la parte móvil se desplaza, lo que desencadena el movimiento simultaneo de los segmentos, de forma tal que la mano se dirige hacia una posición más cerrada, replegando los dedos en dirección hacia el pulgar o hacia el otro lado. No obstante, dicho documento no muestra una combinación de elementos como los del dispositivo de la presente invención, ni mucho menos revela o sugiere la presencia de sistema electrónico de control que comprende una tarjeta de control conformada por un microprocesador para controlar el dispositivo revelado.
Adicionalmente, se debe considerar el documento CN 202537871 que divulga un dispositivo exoesquelético para la rehabilitación de mano y muñeca en un usuario, donde el dispositivo comprende una muñeca, un pulgar, una fuente de potencia, un dedo índice, un dedo medio y un dedo anular, en donde la fuente de potencia se fija directamente sobre la muñeca, y el pulgar, el dedo índice, el dedo medio y el dedo anular se conectan con la fuente de potencia. Así mismo, un motor activa una tuerca de tornillo para obtener potencia, y el dispositivo tiene una estructura simple y es fácil de implementar. El ejercicio con este dispositivo se puede realizar con múltiples grados de libertad y se puede obtener una gran cantidad de movimientos de rehabilitación flexible. El dispositivo exoesquelético de este documento tampoco hace referencia o guía a la persona versada en la materia a acoplar a dicho dispositivo un sistema electrónico que permita controlar cada uno de los subsistemas que componen dicho dispositivo.
De acuerdo a lo anterior, existe la necesidad de un exoesqueleto para dedo que brinde una configuración sencilla para el operador, que permita mejorar los movimientos de extensión y flexión del dedo, dar mayor libertad de movimiento usando un mecanismo estable tal como el mecanismo de barras. Descripción de la invención
La biomecatrónica integra la mecánica, la electrónica y los sistemas computacionales. En los aparatos dispuestos para la rehabilitación de las diferentes partes del cuerpo humano, los sistemas mecánicos son de gran importancia puesto que se deben acoplar de tal manera que no le cause ningún tipo de atrofiamiento a la persona que lo esté usando, y sean lo más ergonómico posible para que la persona no se sienta incomoda con el aparato. Igualmente, los sistemas electrónicos y computacionales cumplen con una tarea muy especial, la de poder dar a la persona el movimiento más natural en el dispositivo biomecatrónico mediante control realimentado o con motores especiales para movimiento lento.
Por tal razón se ha diseñado un dispositivo biomecatrónico que permita comprender y controlar cada uno de los subsistemas que componen dicho dispositivo, como lo son el sistema mecánico, electrónico y biomecánico de la mano. Así mismo se desarrolló el software para lograr realizar la terapia de extensión y flexión de los dedos de la mano acorde al número de repetición que el especialista considere necesarias para cada terapia, obteniendo así una rehabilitación con resultados similares a la realizada por parte del fisioterapeuta y la cual demanda menor tiempo del mismo, ya que con este dispositivo se pueden atender varios pacientes simultáneamente y en menor tiempo.
La presente invención se trata de un dispositivo exoesquelético para la rehabilitación de las manos, diseñada para personas con una alta afectación en la movilidad de los dedos. La finalidad del mecanismo es proporcionar un alto grado de seguridad movilidad y estabilidad. El mecanismo fue concebido bajo un sistema mecánico de fácil fabricación, manejo al alcance del operario y por supuesto cómodo. Lo anterior implica mejores resultados para la persona que porta el dispositivo (la manopla).
El sistema utilizado para el diseño del equipo fue el mecanismo de barras, el cual al compararlo con otros mecanismos tales como el sistema de poleas, el sistema de extensor simple o el sistemade canal deslizante, es superior ya que los otros sistemas no cumplen con los requerimientos para el uso ideal del dispositivo. De esta manera aspectos de diseño, fabricación, utilización y costos no eran factibles. El sistema de barras fue útil desde un principio debido a que permite el acople entre falanges (proximal, media y distal) por medio de tornillos piñones y una cremallera que complementados permiten un movimiento libre ideal para el correcto ejercicio de la extremidad afectada.
Para establecer el funcionamiento del aparato de la presente invención, se realizó un análisis dinámico usando un programa de simulación, para lo cual se introdujeron las coordenadas de las barras y se incluyo el eje del motor en el mecanismo. Para el análisis detallado de las posición inicial y final del mecanismo, se varió el ángulo de entrada al mismo, el cual corresponde al motor, y se observo el comportamiento de cada una de las barras que simulan las falanges de los dedos, de esta manera se encontraron las diferentes posiciones que puede adoptar el mecanismo y de igual manera se garantiza que las dimensiones de las barras no causan truncamiento alguno en el movimiento de los dedos.
En una modalidad de la presente invención, se desarrollo el mecanismo para el dedo índice, ya que el funcionamiento del mecanismo puede extrapolarse fácilmente a los otros dedos de la mano. Con el fin de establecer el comportamiento del mecanismo, se realizaron pruebas de diseño, encontrando las falencias y aciertos del diseño asegurando el perfecto acople entre piezas.
El mecanismo de tres falanges es conectado entre sí por tornillos, la primera falange, o sea la falange proximal, toma la responsabilidad de sostener todo el mecanismo, esta es fijada por una placa trasera la cual permanece fija. Las piezas restantes permiten el movimiento de flexión o extensión de las barras a un ángulo de 85° gracias a la acción del motor sob re los ejes y cremalleras del sistema. Conectada a la primera falange se encuentra la falange media la cual va acoplada por tornillos pasantes a una placa trasera, prácticamente sigue el patrón de comportamiento de la falange proximal, lo que varia con respecto a esta es que la placa superior permite un ángulo de flexión o extensión de 100°. Por último se encuentra la falange distal la cual tiene su placa trasera conectada ala falange media, el ángulo de flexión que permite este mecanismo es de 80°.
Para la fabricación de la manopla se utilizaron materiales cómodos y resistentes como lo son la silicona con carbonato de calcio e incrustaciones de fibra de vidrio con el fin de garantizar un uso continuo y un peso alto.
El sistema electrónico usado corresponde a un sistema de control simple que sin embargo presenta grandes ventajas con relación a otros sistemas de control. Así por ejemplo el sistema de la presente invención incorpora un puerto USB que permite el transporte de datos entre la tarjeta de control y un computador.
Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se adjunta a la presente memoria descriptiva una serie de figuras ilustrativas donde se podrá comprender más fácilmente las innovaciones y ventajas del aparato exoesquelético desarrollado.
Breve descripción de las Figuras
Las principales ventajas y características de la presente invención serán más claras a partir de la descripción detallada que sigue a continuación, con referencia a las figuras adjuntas,
Fig. 1 . Muestra una vista esquemática del dispositivo exoesquelético acorde a la presente invención. La figura muestra como es la disposición de las falanges y la manopla que se ajusta a la mano del usuario.
Fig. 2. Muestra un despiece del dispositivo exoesquelético de la presente invención.
Fig. 3. Muestra una vista frontal de la falange proximal mostrada en el dispositivo exoesquelético de las figuras 1 y 2.
Fig. 4. Muestra una vista isométrica de la falange proximal de la figura 3
Fig. 5. Muestra una vista frontal de la falange media mostrada en el dispositivo exoesquelético de las figuras 1 y 2.
Fig. 6. Muestra una vista isométrica de la falange media de la figura 5.
Fig. 7. Muestra una vista frontal de la falange distal mostrada en el dispositivo exoesquelético de las figuras 1 y 2.
Fig. 8. Muestra una vista isométrica de la falange distal de la figura 7. Fig. 9. Muestra en tres vistas el diseño general de la manopla del dispositivo exoesquelético.
Fig. 10. Muestra esquemáticamente las partes principales que conforman el sistema electrónico implementado en la presente invención.
Fig. 1 1 . Es una vista de planta del motor utilizado para mover las falanges.
Fig. 12 .Muestra un diagrama esquemático del proceso de control implementado en la presente invención. Descripción detallada de la invención
La presente invención se desarrolló para ayudar a las personas que han perdido la movilidad en los dedos de las manos ocasionada por diversos factores. La finalidad del dispositivo desarrollado es mejorar el tratamiento en cuanto a calidad y rendimiento, así mismo se busca la reducción en el precio tanto en el dispositivo, como en el tratamiento mismo.
El dispositivo tipo manopla se ha diseñado para adaptarse a personas con baja movilidad de las falanges. El mecanismo comprende un sistema sencillo de barras el cual complementado con un sistema de resortes y límites mecánicos le permiten al aparato un libre manejo y una adaptación fácil a cualquier forma.
En la figura 1 se observa una vista isométrica del dispositivo exoesquelético para rehabilitación de dedo índice (1 ) de la presente invención. El dispositivo comprende un cuerpo conformado por un sistema de barras también denominadas falanges, en su orden son: falange proximal (2), falange media (3), y falange distal (4). Estas piezas están elaboradas en material acrílico. El movimiento de las falanges esta dado por el movimiento de los motores independientes (5), en este caso son indispensables tres, uno para cada falange. Una característica esencial de estos motores es que deben ser sencillos y ligeros para ayudar en el desempeño mecánico del diseño y en la reducción del peso total de la manopla (6). El diseño implementado en la presente invención tiene semejanza al dedo, esto con el fin de permitir el movimiento de flexión - extensión natural del mismo.
En la gráfica extruida de la figura 2, se pueden apreciar las diferentes piezas que intervienen en la estructura del dispositivo exoesquelético. El detalle de cada pieza se muestra en las figuras siguientes.
La figura 3 muestra una vista frontal de la falange proximal (2), así mismo en la figura 4 se puede observar una vista isométrica de esta misma falange. La falange proximal (2) se fija a la manopla (6) por medio de un soporte que presenta una serie de ranuras (2f). Las dos piezas se unen por medio de tornillos fijos que asientan la falange proximal (2) a un soporte rígido (6a) de la manopla. La falange proximal (2) presenta una placa trasera (2b) en la cual se fija el motor (2e). Este presenta un piñón (2i) el cual esta acoplado a una cremallera (2j) la cual se localiza en la parte externa de una placa superior (2a). El movimiento de la placa superior (2a) está limitado por dos fines de carrera, el contactor de flexión (2g) y el contactor de extensión (2d), de esta manera la placa superior (2a) puede rotar alrededor de su eje (2c) a un ángulo máximo establecido por los dos fines de carrera, mientras que la placa trasera (2b) permanece inmóvil fija a la manopla (6). A medida que gira la placa superior (2a), la falange proximal (2) realiza el movimiento de flexión o extensión, dependiendo del sentido en que está girando el motor (2e), el ángulo de flexión que permite el mecanismo es de 85°.
La falange media (3) se sitúa entre las falanges proximal (2) y la falange distal (4). La figura 5 muestra una vista frontal de las placas que conforman esta pieza. Como se puede apreciar, la falange media (3) es acoplada a la placa superior (2a) de la falange proximal (2) por medio de tornillos pasantes (7) que acoplan las ranuras pasantes (2h) con la ranura (3f) de la placa trasera (3b). La placa superior (3a) se acopla a la falange distal (4) por medio de tornillos pasantes (7) que acoplan las ranuras (3c) con las ranuras (4f) de la placa trasera (4b) de la falange distal (4). Estos puntos de ajuste pueden ser modificados facilitando la adaptación del dispositivo a diferentes tamaños de falanges. En este caso, el motor (3e) también cuenta con un piñón (3i). Este se ubica en el costado inferior de la placa trasera (3b) permitiendo que su eje atraviese y ajuste las dos placas de la falange media (3). Las dos placas presentan un eje de rotación el punto (3c) permitiendo un ángulo de apertura de 100°. La placa superior (3a) tiene una cremaller a (3j) externa que le permite deslizarse en conjunto con el piñón (3i) en un espacio limitado entre los dos fines de carrera, (3d) y (3g).
La figura 6 muestra igualmente una vista isométrica de la falange media (3). En esta figura puede apreciarse la disposición final del acople conformado por las placas (3a) y (3b), así como la ubicación del motor (3e) en la placa inferior.
Las figuras 7 y 8 muestran las vistas frontal e isométrica de la falange distal (4). Esta se encuentra situada después de la falange media (3), unida por medio de las ranuras (4f) de la placa trasera (4b) y la ranura (3h) de la placa superior de la falange media (3a). A un costado de la placa trasera (4b) se ubica el motor (4e), sobre su eje se acomoda un piñón (4i) el cual encaja en la ranura (4h) de la placa trasera (4b). El movimiento de la pieza está limitado por dos fines de carrera uno de flexión (4d) y otro de extensión (4g), el piñón (4i) al igual que en los casos anteriores, se desliza por una cremallera externa (4j) ubicada en la placa superior (4a). El movimiento de rotación de esta pieza sobre el eje (4c) es similar al de la falange media (3), sin embargo en este caso el ángulo de apertura máximo alcanzado es de 80°.
Para empalmar el dedo índice dentro del sistema de barras, se debe tener una estructura confortable de agarre, con este fin se diseño una manopla (6) en material resistente, ergonómico, económico y adaptable a las condiciones de fabricación y trabajo. El material utilizado es silicona mezclada con carbonato de calcio y, para brindar una mayor fortaleza, se proporcionan incrustaciones de fibra de vidrio. En la figura 9 se ilustran algunas vistas de la manopla diseñada, esta pieza tiene tres aberturas, una para el dedo pulgar (6c), otra para los 4 dedos restantes (6d), y una última (6b) para el ingreso de la mano dentro de la manopla (6). Para que la manopla (6) soportara el peso del mecanismo se hizo un pedestal (6a) especial donde se sujeta la falange proximal (2). A este pedestal (6a), se fija el sistema del dedo índice (figura 4) a través de tornillos (2f).
El sistema electrónico (8) está conformado por 3 partes principales tal como se muestra en la figura 10. Una fuente de alimentación (8a), una tarjeta de control (8b) y actuadores (8c) correspondientes a los motores (5) dispuestos en cada una de las falanges. La fuente de alimentación (8a) tiene una entrada de corriente alterna AC y una salida dual de corriente directa DC. Los valores nominales de voltaje y corriente que entrega la fuente, son suficientes para mover los motores y alimentar la parte encargada de la regulación de voltaje del microprocesador PIC.
La tarjeta de control (8b) está conformada por:
a. Un regulador de voltaje para suministrar el voltaje de operación al microprocesador (usualmente 5 V).En el regulador también se implementaron filtros de ruido a la entrada y la salida, usando condensadores conectados a tierra de salida;
b. Microcontrolador, el microprocesador empleado comprende un módulo de comunicación USB para la comunicación con el computador y además cuenta con los puertos necesarios para el control de los motores. La información recibida por el puerto USB desde el computador, es direccionada al puerto correspondiente dando la señal de control de los motores; Potenciómetros digitales, estos se alimentan con una fuente de voltaje de 5 V con el fin de controlar la velocidad y el giro del motor;
Finales de carrera, se usaron pulsadores al principio y al final de cada una de las cremalleras, para contabilizar el número de flexiones que se han realizado, los pulsadores envían una señal al PIC para que este tome la decisión si se trata de un movimiento de flexión, extensión o una orden para parar el mecanismo;
Amplificadores operacionales, se usaron para dos propósitos, el primero para desplazar la señal del potenciómetro y así poder invertir el giro del motor. También se utilizaron como amplificador inversor de voltaje el cual transmite el voltaje a las bases de los transistores de potencia, para así controlar la velocidad y el sentido de giro del motor;
Transistores de potencia, estos junto con el amplificador operacional y el potenciómetro digital controlan el sentido de giro y la velocidad de los motores;
Diodos emisores de luz LED, se utilizaron dos diodos LED para indicar el estado de la conexión USB.
El sistema electrónico (8) comprende unos actuadores (8c). Para seleccionar los motores adecuados se realizó un análisis dinámico del sistema tomando en cuenta el paso total del mecanismo (aproximadamente 64 g) y la longitud del mismo (alrededor de 1 1 cm), el peso del dedo (alrededor de 40 g) y la gravedad (9.832 m/s2). Con estos datos se seleccionaron los motores DC (5) cuyo torque es suficiente para ejercer la función de movimiento de las falanges (alrededor de 1 .8 Kg-cm), en la figura 1 1 se aprecia una vista de los motores utilizados, cada uno de estos cuenta con un eje de perfil tipo D (5b), es decir que una parte del eje es aplanada, y piñonería metálica (5a) con relación 100:1 lo cual asegura la robustez del elemento y da una mayor vida útil. El sistema de control está compuesto por el sistema electrónico (8) descrito arriba, y el proceso de control (9) implementado en el microprocesador. El sistema también comprende una interfaz gráfica mediante la cual el usuario puede controlar la falange que desee, el número de veces que se debe realizar el movimiento de flexión - extensión y la velocidad a la cual se debe realizar el movimiento. Igualmente se puede parar en cualquier momento el proceso.
En la figura 12 se especifica el proceso de control (9) implementado por el microprocesador para llevar a cabo el control del dispositivo. El proceso se inicia (9a) con la conexión del dispositivo a la computadora por medio de una interfaz USB (9b). Cuando se conecta la interfaz USB, se revisan las instrucciones enviadas desde la computadora tales como la velocidad, número de flexiones o instrucciones de reinicio (9c). Si se encuentra una instrucción de reinicio (9d) se retorna a los motores a la posición inicial (9e), en este caso se debe regresar las falanges a la posición extendida y luego se apagan los motores.
Si no se da una instrucción de reinicio, se evalúa el número de flexiones (9g). Si se alcanza el número de flexiones programado, se deben apagar los motores (9f), si no se han alcanzado el número de flexiones, se envía la instrucción a la falange a flexionar (9h). Si al evaluar el movimiento de flexión en esta falange (9i) se encuentra que no se debe flexionar, se encienden los motores hasta llegar a la posición inicial (9j), en el caso contrario, se deben encender los motores hasta que el dispositivo llegue a la posición final (9k). De esta manera se consiguen ambos movimientos tanto el de flexión (9k) como el de extensión (9j). Al tiempo que se realiza el proceso de flexión - extensión, se mandan los pulsos necesarios a las resistencias digitales (9m) con el fin de controlar la velocidad del movimiento de los motores.
Se considera que no es necesario hacer más extensa esta descripción para que un experto en la materia comprenda el alcance y las ventajas de la invención. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga alteración en la forma esencial del invento. Todos los términos técnicos y científicos aquí empleados tienen el mismo significado tal como comúnmente los entienden aquellos expertos en la técnica. Todas las publicaciones, solicitudes de patente y patentes y otras referencias mencionadas, quedan incorporadas por referencia en su totalidad.

Claims

REIVINDICACIONES
Dispositivo exoesquelético de rehabilitación (1 ) para el dedo índice que comprende un cuerpo conformado por una manopla (6) y un sistema de barras o falanges que comprende las falanges proximal (2), media (3) y distal (4), las cuales se impulsan por medio de motores independientes controlados a través de un sistema electrónico de control, en donde el dispositivo (1 ) está caracterizado porque:
La falange proximal (2) está conformada por una placa superior (2a) y una placa trasera (2b), en donde la placa superior (2a) permanece fija por medio de tornillos a un soporte rígido (6a) de la manopla (6), un primer motor (2e) se fija a la placa trasera (2b) de manera que un piñón (2i) unido a su eje se acopla a una cremallera (2j) localizada en la parte externa de la placa superior (2a); el movimiento de la placa superior (2a) está limitado por dos fines de carrera (2g) y (2d), las placas superior (2a) y trasera (2b) se unen en un punto de rotación (2c) cuyo ángulo de apertura máximo se encuentra establecido por la posición de los dos fines de carrera (2g y 2d); dicha falange proximal (2) se fija a la manopla (6) por medio de un soporte que presenta una serie de ranuras (2f);
la falange media (3) se sitúa entre las falanges proximal (2) y la falange distal (4), acoplada a la placa superior (2a) de la falange proximal (2) por medio de tornillos pasantes (7) que acoplan las ranuras pasantes (2h) con la ranura (3f) de la placa trasera (3b); un segundo motor (3e) está ubicado en el costado inferior de la placa trasera (3b) y cuenta con un piñón (3i) el cual imprime movimiento a una cremallera externa (3j) ubicada en el costado de la placa superior (3a); el movimiento de esta placa está limitado por dos finales de carrera (3d) y (3g), los cuales se encuentran ubicados en los extremos de la cremallera (3j); la falange distal (4) se encuentra situada después de la falange media (3), y está unida por medio de las ranuras (4f) de la placa trasera (4b) y la ranura (3h) de la placa superior (3a); dicha falange comprende un motor (4e) que se encuentra a un costado de la placa trasera (4b) y sobre su eje se acomoda un piñón (4i) el cual encaja en la ranura (4h) de la placa trasera (4b); el movimiento se realiza en torno a un punto de unión (4c); el piñón (4i) se desliza por una cremallera externa (4j) ubicada en la placa superior (4a); en los extremos de la cremallera (4j) se ubican dos fines de carrera, uno de flexión (4d) y otro de extensión (4g), los cuales limitan el ángulo de apertura entre la placa superior (4a) y la placa trasera (4b);
en donde el sistema electrónico de control comprende una tarjeta de control (8b) conformada por un microprocesador con un modulo de comunicación USB, potenciómetros digitales, interruptores de fin de carrera para contabilizar el numero de flexiones que se realizan, amplificadores operacionales y transistores de potencia, que junto con los amplificadores operacionales y los potenciómetros digitales controlan el sentido de giro y la velocidad de los motores.
Un dispositivo exoesquelético de rehabilitación para el dedo índice de acuerdo a la reivindicación 1 en donde la manopla (6) tiene tres aberturas, una para el dedo pulgar (6c), otra para los dedos restantes (6d), y una última (6b) para el ingreso de la mano dentro de la manopla. Igualmente la manopla comprende un soporte fijo (6a) donde se sujeta la falange proximal (2).
Un dispositivo exoesquelético de rehabilitación para el dedo índice de acuerdo a la reivindicación 1 en donde el eje de los motores es cilindrico con una parte plana formando un perfil tipo D (5b). Un dispositivo exoesquelético de rehabilitación para el dedo índice de acuerdo a la reivindicación 1 donde el sistema electrónico es alimentado por medio de un regulador de voltaje en el cual se implementan filtros de ruido a la entrada y la salida.
Un método para controlar el movimiento de flexión - extensión a través de un dispositivo exoesquelético para rehabilitación del dedo índice que comprende un cuerpo conformado por una manopla (6) y un sistema de barras o falanges que comprende las falanges proximal (2), media (3) y distal (4), las cuales se impulsan por medio de motores independientes controlados a través de un sistema electrónico de control,
en donde la falange proximal (2) está conformada por una placa superior (2a) y una placa trasera (2b), y donde la placa superior (2a) permanece fija por medio de tornillos a un soporte rígido (6a) de la manopla, un primer motor (2e) se fija a la placa trasera (2b) de manera que un piñón (2i) unido a su eje se acopla a una cremallera (2j) localizada en la parte externa de la placa superior (2a); el movimiento de la placa superior (2a) está limitado por dos fines de carrera (2g) y (2d), las placas superior (2a) y la placa trasera (2b) se unen en un punto de rotación (2c) cuyo ángulo de apertura máximo se encuentra establecido por la posición de los dos fines de carrera (2g y 2d); dicha falange proximal (2) se fija a la manopla (6) por medio de un soporte que presenta una serie de ranuras (2f);
en donde la falange media (3) se sitúa entre las falanges proximal (2) y la falange distal (4), acoplada a la placa superior (2a) de la falange proximal (2) por medio de tornillos pasantes (7) que acoplan las ranuras pasantes (2h) con la ranura (3f) de la placa trasera (3b); un segundo motor (3e) está ubicado en el costado inferior de la placa trasera (3b) y cuenta con un piñón (3i) el cual imprime movimiento a una cremallera externa (3j) ubicada en el costado de la placa superior (3a);el movimiento de esta placa está limitado por dos finales de carrera (3d) y (3g) los cuales se encuentran ubicados en los extremos de la cremallera (3j);
en donde la falange distal (4) se encuentra situada después de la falange media (3), y está unida por medio de las ranuras (4f) de la placa trasera (4b) y la ranura (3h) de la placa superior (3a); dicha falange comprende un motor (4e) que se encuentra a un costado de la placa trasera (4b) y sobresu eje se acomoda un piñón (4i) el cual encaja en la ranura (4h) de la placa trasera (4b);el movimiento se realiza en torno a un punto de unión (4c); el piñón (4i) se desliza por una cremallera externa (4j) ubicada en la placa superior (4a); en los extremos de la cremallera (4j) se ubican dos fines de carrera uno de flexión (4d) y otro de extensión (4g), los cuales limitan el ángulo de apertura entre la placa superior (4a) y la placa trasera (4b);
y en donde el sistema electrónico de control del dispositivo (1 ) comprende una tarjeta de control (8b) conformada por un microprocesador con un modulo de comunicación USB, potenciómetros digitales, interruptores de fin de carrera para contabilizar el numero de flexiones que se realizan, amplificadores operacionales y transistores de potencia, que junto con los amplificadores operacionales y los potenciómetros digitales controlan el sentido de giro y la velocidad de los motores;
y que se caracteriza porque comprende las etapas de:
a. conectar el dispositivo (1 ) a una computadora por medio de la interfaz USB; b. revisar las instrucciones enviadas desde la computadora tales como la velocidad, número de flexiones o instrucciones de reinicio; c. regresar las falanges (2, 3, 4) a la posición extendida y apagar los motores si se encuentra una instrucción de reinicio;
d. evaluar el número de flexiones de acuerdo a la instrucción enviada;
e. enviar la instrucción (9h) a la falange a flexionar;
f. apagar los motores al alcanzar el número de flexiones programado;
g. encender los motores hasta llegar a la posición inicial (9i) (falanges en la posición extendida) cuando el movimiento no sea de flexión;
h. encender los motores hasta que el dispositivo llegue a la posición final (9k), cuando el movimiento sea de flexión;
i. enviar pulsos de voltaje a las resistencias digitales (9m) para controlar la velocidad del movimiento de los motores (5).
PCT/IB2015/053605 2014-05-19 2015-05-15 Dispositivo exoesqueletico de rehabilitacion para los dedos de la mano WO2015177701A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CO14107178A CO6960102A1 (es) 2014-05-19 2014-05-19 Dispositivo exoesquelético de rehabilitación para los dedos de la mano
CO14107178 2014-05-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015177701A1 true WO2015177701A1 (es) 2015-11-26

Family

ID=51565185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2015/053605 WO2015177701A1 (es) 2014-05-19 2015-05-15 Dispositivo exoesqueletico de rehabilitacion para los dedos de la mano

Country Status (2)

Country Link
CO (1) CO6960102A1 (es)
WO (1) WO2015177701A1 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109528448A (zh) * 2018-12-20 2019-03-29 东南大学 一种外骨骼手指康复训练装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100305717A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Kai Yu Tong Wearable power assistive device for helping a user to move their hand
US20130261514A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 The Hong Kong Polytechnic University Wearable power assistive device for hand rehabilitation
CN103417355A (zh) * 2012-12-02 2013-12-04 上海理工大学 穿戴式外骨骼手功能康复训练器
WO2014068509A2 (en) * 2012-11-01 2014-05-08 University Of Cape Town Hand exoskeleton

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100305717A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Kai Yu Tong Wearable power assistive device for helping a user to move their hand
US20130261514A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 The Hong Kong Polytechnic University Wearable power assistive device for hand rehabilitation
WO2014068509A2 (en) * 2012-11-01 2014-05-08 University Of Cape Town Hand exoskeleton
CN103417355A (zh) * 2012-12-02 2013-12-04 上海理工大学 穿戴式外骨骼手功能康复训练器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109528448A (zh) * 2018-12-20 2019-03-29 东南大学 一种外骨骼手指康复训练装置
CN109528448B (zh) * 2018-12-20 2021-05-18 东南大学 一种外骨骼手指康复训练装置

Also Published As

Publication number Publication date
CO6960102A1 (es) 2014-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iqbal et al. A multi-DOF robotic exoskeleton interface for hand motion assistance
ES2558024B1 (es) Dispositivo robótico modular y auto-adaptativo para la rehabilitación de la mano y procedimiento de uso
WO2014136958A1 (ja) ハンドエグゾスケルトン装置
Gezgin et al. Synthesis of a Watt II six-bar linkage in the design of a hand rehabilitation robot
KR101098565B1 (ko) 손 재활 로봇 기구
CN103494703B (zh) 一种手指康复训练装置
CN106983634A (zh) 一种基于多段连续结构的外骨骼手指功能康复装置
KR101628397B1 (ko) 착용식 로봇의 어깨관절 구조체
Lambercy et al. Design of a thumb exoskeleton for hand rehabilitation
KR20170086238A (ko) 착용형 손 재활장치
EP2914404A2 (en) Hand exoskeleton
CN106236512B (zh) 一种实现行走足部位姿的步态康复机器人
ES2544890B2 (es) Exoesqueleto robotizado con soporte de codo deslizante autoajustable para brazo humano
CN103538077A (zh) 一种多自由度机器仿生手
ES2804838T3 (es) Dispositivo de rehabilitación de manos
Ismail et al. Extra robotic thumb and exoskeleton robotic fingers for patient with hand function disability
VanHuy et al. Simple robotic hand in motion using arduino controlled servos
CN108201497B (zh) 穿戴式手部复健辅具系统
Carbone et al. Numerical and experimental performance estimation for a ExoFing-2 DOFs finger exoskeleton
US20150290071A1 (en) Multiple Degree of Freedom Portable Rehabilitation System Having DC Motor-Based, Multi-Mode Actuator
KR20180038113A (ko) 손 재활을 위한 착용형 메커니즘
Yang et al. Ring-pull type soft wearable robotic glove for hand strength assistance
WO2015177701A1 (es) Dispositivo exoesqueletico de rehabilitacion para los dedos de la mano
KR101849478B1 (ko) 손 및 손목 재활 로봇
Macovei et al. A short overview of upper limb rehabilitation devices

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15795677

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15795677

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1