SISTEMA DE PRÓTESIS MODULAR DE BRAZO
Campo de ¡a invención
La presente invención se relaciona con el campo de las prótesis, específicamente a las prótesis modulares para personas que carecen del miembro a nivel transradial.
Antecedentes
El estado de la técnica en el documento US 2005/0021154 A1 describe un dispositivo de manejo para una prótesis de dedo que comprende un método y un aparato para determinar la impedancia compleja de un componente eléctrico. El método comprende las etapas de aplicar una señal de entrada al componente que comprende una pluralidad de frecuencias discretas simultáneamente y determinar la impedancia compleja del componente en cada una de las frecuencias usando una técnica de demodulación discreta en dos parámetros relacionados con ¡a impedancia compleja en cada uno de los valores discretos de frecuencias. Este método es aplicable en entornos eléctricamente ruidosos y puede usarse para determinar la impedancia y ios parámetros de circuito equivalentes para una batería. También se puede aplicar a las interconexiones del sistema de batería para permitir que se determinen las corrientes del sistema de baterías.
También se tiene el documento US 4,094,018, como parte del estado de la técnica, el cual describe una mano y antebrazo artificial que comprende una mano artificial y un antebrazo comprenden una carcasa alargada abierta en su extremo trasero adaptada para recibir el trozo de un antebrazo humano y el brazo adyacente, adaptados para su fijación. Una placa dentro de la carcasa montada de manera pivotante una serie de conjuntos de dedos dentro de la carcasa, con dichos conjuntos de dedos que sobresalen de la carcasa. Un conjunto de pulgar está separado de dichos conjuntos de
dedos y montado de forma pivotante sobre dicha placa, con el conjunto de pulgar sobresaliendo del alojamiento y opuesto al conjunto de dedo índice. Un árbol de levas está articulado sobre dicha placa y monta una serie de levas espaciadas que se registran respectivamente con los extremos interiores de los conjuntos de dedos. Una leva incluye un par de superficies de leva opuestas para el registro simultáneo con los conjuntos de dedo índice y pulgar. Un muelle presiona dichos conjuntos de dedos en una posición abierta contra dichas levas. Un motor eléctrico reversible dentro de la carcasa tiene un eje de salida engranado al árbol de levas. Una fuente de alimentación, un conmutador y un circuito eléctrico dentro de la carcasa conectan dicho motor. El interruptor bajo el control de un trozo de brazo puede ser activado en una dirección, girando dichas levas en una dirección que mueve dichos conjuntos de dedo y pulgar hacia adentro para agarrar un objeto, desactivando dicho interruptor deteniendo dichos dedos. Activar sucesivamente dicho conmutador en la dirección opuesta inv rtiendo dicho motor, girando dichas levas en la dirección opuesta girando dichos conjuntos pulgar y dedo para moverse hacia fuera liberando dicho objeto.
De igual manera, se tiene al documento US 4,248,881 que describe una mano artificial controlada de manera digital que tienen un movimiento totalmente articulado de la muñeca. La invención proporciona un dispositivo manipulador remoto controlado digitalmente, capaz de reproducir todos los movimientos principales del antebrazo, muñeca y mano humanos en un paquete en línea compacto. Este movimiento se lleva a cabo sin el requisito de realimentación, haciendo de este modo a la invención apropiada para el control digital por ordenador. El embalaje de! dispositivo permite que sea sellado, lo que significa que puede ser utilizado como un manipulador a distancia que puede reproducir el brazo humano y los movimientos de la mano. El envase también produce un dispositivo prostético ligero y cosméticamente agradable para uso humano.
Por último, señalar al documento X 329845 que describe un socket
ajustable para prótesis de miembro inferior el cual permite ajustar una prótesis a las variaciones, que comprende: un sistema de ajuste que se encarga de compensar la pérdida de la masa muscular, un sistema de estructura que es un soporte rígido que proporciona apoyo al socket, una abrazadera, una estructura de apoyo y un sistema base que contiene el sistema de inflado de los sujetadores y un sistema perno orificio que permite el ensamble del sistema de ajuste y del sistema de estructura.
Las desventajas que presentan las demás prótesis conocidas respecto a la invención son:
Los modelos de prótesis del mercado emplean su construcción en una sola pieza, donde generalmente es necesario reemplazar el dispositivo completo si alguna falla se presenta. El modelo de prótesis de la presente invención emplea una construcción modular, esto permite reemplazar por módulos independientes si en alguno se presenta una cierta falla o si es necesario actualizarlos.
Tienen funciones limitadas: Muchas de las prótesis en el mercado tienen capacidad para un solo movimiento, flexión y extensión, son totalmente mecánicas o incluso no cuentan con ningún movimiento. La prótesis de la presente invención permite movimiento independiente en los dedos pulgar e Indice, con lo cual pueden ejecutar funciones de mayor precisión para distintas actividades.
Necesitan ser personalizadas: Normalmente el uso de una prótesis de brazo está condicionado a que esta sea a la medida del muñón de usuario, para así poder dar seguridad y comodidad en el manejo. Esto puede presentarse como un problema, ya que con el paso del tiempo las dimensiones del usuario pueden cambiar y eso conlleva que la prótesis se tiene que rediseñar. Además, este diseño puede tardar semanas o incluso meses de desarrollo.
Su precio es muy elevado: al utilizar métodos de fabricación convencionales como e\ maquinado CNC o inyección de plástico con moldes, se incrementa el precio final de la prótesis, lo cual los deja en desventaja ante nuestro modelo de hasta 20 veces
menor precio.
La presente invención está diseñada para ayudar a pacientes que padezcan !a falta de alguna extremidad superior con nivel del antebrazo, ya sea por motivos congénitos o por amputación, a su desarrollo social y personal, En cuanto a su funcionalidad, esta permite ejecutar acciones del día a día, como tomar un vaso, sujetar una pluma, sujetar una tarjeta, sujetar una puerta, entre otras más. Impiementa también un sistema ajustabfe a la forma del muñón del usuario, permitiendo que el agarre de la prótesis ai cuerpo sea segura, confortable y que, a diferencia de otras prótesis del mercado, no se necesite de un especialista y de semanas de adecuación y entrenamiento para poder iniciar a usarla.
Cuenta con un sistema de control manipulado por sensores mioeiéctricos, (no ilustrados) los cuales mandan señales obtenidas de los músculos del usuario y mediante el procesamiento en el algoritmo de control, ejecuta las funciones programadas en la prótesis de una manera muy intuitiva y fácil de aprender.
La prótesis de brazo está fabricada con materiales de calidad y muy duraderos, utilizando técnicas de fabricación de última generación que nos permiten la creación de piezas complejas a un bajo costo. Esto nos permite tener un precio del dispositivo mucho menor del que se maneja en el mercado de prótesis de brazo con funciones similares, llegando hasta 20 veces menor precio.
La presente invención proporciona una prótesis modular de brazo, que comprende: un primer módulo que incluye un sistema motriz y un mecanismo para movimiento de dedos y una tarjeta de control; un segundo módulo que tiene un primer lado configurado para acoplarse al primer módulo y un segundo lado configurado para acoplarse a un muñón de un usuario; el segundo módulo incluye, en su parte interna, un sistema neumático con una válvula de admisión de aire para inflar la parte interna del segundo módulo y una válvula de expulsión de aire para desinflar la parte interna del segundo módulo.
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En una modalidad, la prótesis modular de brazo comprende un módulo intermedio entre e! primer módulo y el segundo módulo, el módulo intermedio incluye una batería de suministro de energía para ¡a prótesis, dicha batería suministra energía a ¡a tarjeta de control.
En otra modalidad la prótesis modular de brazo comprende una batería de suministro de energía en el primer módulo para la prótesis, dicha batería suministra energía a una tarjeta de control ubicada en el primer módulo.
También, la presente invención proporciona un módulo para prótesis modular de brazo, que comprende: un primer lado configurado para acoplarse a un módulo adicional y un segundo lado configurado para acoplarse a un muñón de un usuario; el módulo incluye, en su parte interna, un sistema neumático con una válvula de admisión de aire para inflar la parte interna del módulo y una válvula de expulsión de aire para desinflar la parte interna del módulo.
En una modalidad el módulo para prótesis modular de brazo comprende además un módulo intermedio entre el módulo y el módulo adicional, el módulo adicional incluye un sistema motriz y un mecanismo para movimiento de dedos y una tarjeta de control, el módulo intermedio incluye una batería de suministro de energía para la prótesis, dicha batería suministra energía a la tarjeta de control.
También, el módulo para prótesis modular de brazo incluye una batería de suministro de energía en el módulo adiciona! para la prótesis, dicha batería suministra energía a una tarjeta de control ubicada en el módulo adicional.
Breve descripción de fas figuras
Para dar una mejor comprensión de la invención, a continuación, se proporciona una descripción de la misma, junto con los dibujos que se acompañan y en los cuales:
La figura 1 es una vista de la prótesis de brazo dividida en módulos de la
presente invención;
La figura 2 es una vista en despiezado del módulo de Palma de la prótesis de brazo de la presente invención;
La figura 3 es una vista en despiezado del módulo de Socket-Chasis de la prótesis de brazo de la presente invención;
La figura 4 es una vista en despiezado del módulo de Socket-Muñón de la prótesis de brazo de ia presente invención;
La figura 5 es una vista de sección de las guías de ensamblaje de ¡a prótesis de brazo de la presente invención;
La figura 8 es una vista de sección del ensamblaje del módulo de Socket-
Muñón;
La figura 7 es Diagrama de bloques de conexión eléctrica, lectura de datos y envío de señales de la tarjeta de control para el funcionamiento de ¡a prótesis modular; y
La figura 8 es Diagrama de flujo del algoritmo de control de prótesis modular de brazo robótica, que explica como son controladas las funciones de la prótesis por uso de 2 sensores mioeléctricos;
La figura 9 es una vista de la prótesis de brazo dividida en módulos de una Jad de la presente invención; y
La figura 10 es una vista en despiezado del módulo de Palma de la prótesis de brazo de la modalidad de la presente invención. uescnpcion detallada de ¡a ir
Con referencia a la figura 1 , se pueden apreciar las diferentes partes/módulos de ia prótesis con sus respectivos sensores mioeléctricos (1 , 2, 3, 4). La prótesis de brazo es un dispositivo para personas que carecen del miembro al nivel transradial, ya sea por causas congénitas o amputaciones. La prótesis está conformada por tres
módulos principales (1 , 2, 3), el primer módulo denominado Palma (1 ) es el encargado de almacenar el sistema motriz, la tarjeta de control y el mecanismo encargado del movimiento de los dedos, el segundo módulo denominado Socket-Chasis (2) tiene como función ser el acoplamiento entre la Palma y el SockeMVSuñón (3), asi como el almacenamiento de la batería, y el tercer módulo denominado Socket-Muftón (3) que es el encargado de acoplar la prótesis al usuario final, los cuales están conectados entre sí por medio de guías de ensamblaje (8,9) las cuales permiten una ensamblaje firme y seguro.
En relación a la figura 2, el módulo de Palma (1 ), comprende dedos distales (5) y dedos proximaies (6) los cuales son la parte principal para el agarre de objetos duplicando las funciones básicas de una mano que son flexión, extensión, tecleo y pinza. Para ia realización de estos movimientos se utiliza el sistema motriz (7) encargado de generar la fuerza de agarre por medio de servomotores (12), los cuales son controlados por la tarjeta de control (14), siendo la encargada de procesar las señales de los sensores mioeléctricos (4) y traducir las señales a movimiento en la prótesis, al accionar un comando con los sensores mioeléctricos (4), la tarjeta de control (14) se encarga de mandar la señales correspondientes a cada uno de los servomotores (12) para generar las acciones en la prótesis, los servomotores (12) mueven una polea la cual a su vez enreda un cable que se encuentra en el interior de los dedos los cuales son los que transmiten la fuerza de los servomotores hacia los dedos. Los dedos distales (5) se conectan con los dedos proximaies (6) por medio de tornillos Chicago (1 ), se incluye un mecanismo para la extensión de la mano el cual consta de resortes torsíonales (10) que generan una fuerza en dirección contraria a la de los servomotores (12), para que, al dejar de aplicar la fuerza para la flexión, ios resortes regresen los dedos de la prótesis a su posición original. Los dedos distales (5), dedos proximaies (8) y el sistema motriz (7) se mantienen unidos gracias a los tornillos Chicago (1 1) con lo que permiten el movimiento del módulo de Palma (1 ). El sistema motriz comprende el servomotor (12),
tarjeta de control (14) y tapa de palma (13), que se encargan del movimiento independiente de los dedos pulgar e índice, y en conjunto de los dedos medio, anular y meñique. La combinación de estos movimientos permite programar diferentes funciones que facilitan el desempeño de las actividades cotidianas del usuario. La tarjeta de control (14), se encarga de manipular las señales de entrada de sensores mioeléctricos (4), y de salida para el movimiento de los servomotores (12) permitiendo un control muy sencillo sin necesidad de un entrenamiento prolongado. El sistema de ¡a Palma (1) tiene un diseño orgánico que se asemeja bastante a una mano humana real, lo cual la hace muy atractiva al ojo humano.
De acuerdo a la figura 3, se tiene el módulo de Socket-Chasis (2) que va acoplado con el módulo de Palma (1) por medio de una guía de ensamblaje (8). Este sistema se encarga de almacenar la batería (17) que suministra energía al dispositivo. La duración promedio de la batería (17) es de aproximadamente 8 horas de trabajo continuo, permitiendo su uso durante el día y realizar la recarga durante la noche. El módulo de Socket-Chasis (2) está integrado por la tapa (16) para protección y contención de la batería (17), un Jack (18) diseñado especialmente para poder acopiar la batería (17) al Socket-Chasis (2), e! Jack (18) tiene acopladas 2 placas (19a, 19b) las cuales sirven para el acoplamiento a las terminales de corriente de la batería (17), la pantalla (21) muestra el menú de opciones programadas para generar el movimiento de la prótesis. En la zona de la muñeca, se ubican todas las conexiones necesarias para la comunicación de los sensores mioeléctricos (4) y de energía, los cuales se comunican con la tarjeta de control (14).
Respecto a ¡a figura 4, el módulo de Socket- uñón (3) va acoplado con el módulo de Socket-Chasis (2), por medio de la guía de ensamblaje (9). Es el encargado de la sujeción a la extremidad del usuario. Está compuesto por un circuito neumático (22) en la parte interna, el cual, al ingresar volumen de aire, cambia su forma, aprisionando el muñón y manteniéndolo en su posición, esto permite elaborar medidas
definidas de tallas, proporcionando al usuario la que más se ajuste al tamaño de su muñón incluso si sus dimensiones cambian con el tiempo. Asimismo, comprende una válvula de admisión de aire (23), esta válvula de modelo tipo WALBRO WYJ33 sirve para el ingreso de aire al circuito neumático (22) en un solo sentido, se presiona el bulbo en la parte lateral del socket muñón (3) empujando el aire que se almacena dentro del bulbo, hacia e! tubo de salida, el cual está conectado por medio de una manguera (no ilustrada) al conector de 3.2 mm (28) para ingreso de aire al circuito neumático (22) al retirar la presión del bulbo el vacio que se genera dentro realiza una función de succión de aire, el cual rellena el bulbo de aire, esto genera un ciclo de ingreso de aire el cual es el utilizado para controlar la presión interna del circuito neumático y una válvula de expulsión de aire (24) para liberar la presión y retirar la prótesis con facilidad.
El módulo Sockeí-Muñón (3) está en contacto directo con el usuario y sirve para el agarre de su muñón. Está compuesto por un circuito neumático (22) interno que se infla y desinfla para el agarre del muñón de una manera cómoda y versátil, una válvula de admisión de aire (23), un Socket-Chasis (25), un copie de conexión (26), tapadera de válvula de escape (27) y válvula de escape de aire (24). Ai presionar la válvula de admisión de aire (23), está inyecta aire a presión que hace al circuito neumático (22) aumentar su volumen y así aprisionar el muñón del usuario, la válvula de escape (24) sirve para liberar la presión y así poder retirar la prótesis del brazo del usuario.
Respecto a la figura 5, se pueden observar las guías de ensamblaje (9, 8) por la parte inferior del Socket (25), el cual es la carcasa que protege el muñón y funciona como chasis para el módulo socket muñón (3) para el ensamblaje (9) con el módulo Socket-Chasis (2), haciendo un montaje modular que permite cambiar los módulos en caso de mantenimiento o actualización, estas gulas sirven como rieles guías para el posicionamiento correcto y unión entre componentes, el ensamblaje (9) cuenta con la modalidad de poder girar determinados grados para un ajuste dependiendo de la persona. La guia de ensamblaje (8), está diseñada para ser ensamblada de una sola
manera y que tenga un ensamblaje sólido.
Respecto a la figura 8, se puede observar una vista de sección de la parte inferior del módulo de Socket-Muñón (3), para dar una imagen más clara sobre el Socket-Muñón (3), este comprende en su interior un circuito neumático (22) el cual tiene dos conectares (28) de 3.2 mm, un conector se conecta a la válvula de admisión de aire (23) por medio de mangueras, el otro conector (28) de 3.2 mm va conectado a un copie (26), para el roscado de ía válvula de escape de aire (24).
Respecto a ía figura 7, se muestra un diagrama del funcionamiento de ¡a tarjeta de control (14) de ¡a invención, la energía ia proporciona una batería (17) la cual pasa a un regulador de voltaje (41 ), que alimenta 2 sensores myoelectrico (42,43), el controlador (46) y los 3 servomotores (50,51 ,52). Los sensores myoelectrico (42,43), se encargan de registrar y traducir ¡as señales del cuerpo del usuario a una señal analogía, la cual el controlador (48) registra esas señales, y por medio de un algoritmo de control (figura 8) el controlador (46) manda una serie de pulsos (47,48,49) a cada uno de los servomotores (50,51 ,52), para generar una serie coordina da movimiento los cuales se traducen en funciones de la prótesis.
Respecto a ia figura 8 se muestra un diagrama de flujo el cuaí da una representación del funcionamiento del algoritmo de contro de la Prótesis modular de brazo. Ei sistema inicializa la variable timer (T), la variable (i) y coloca en su posición inicial a la Prótesis modular de brazo, ei ciclo inicia con ¡a lectura de sensor 1 , cuando se cumple la condición del sensor 1 , sobrepasar cierto rango programado en el controlador (S1 >), realiza una suma al valor de "i", si la siguiente condición de sensor 2 (S2<) no se cumple, el ciclo continua y si el valor de "i" es mayor a 4, el valor de "i" se restablece a 0. De cumplirse !a condición de sensor 2 (S2>), se acciona una función de la prótesis, determinada por el valor de "i", al accionarse la función el valor de "i" se restablece a 0, y así comienza el ciclo de nuevo (inicio).
En las figuras 9 y 10 se ilustra una modalidad de la invención.
Con referencia a la figura 9, se pueden apreciar las diferentes partes/módulos de ia prótesis con sus respectivos sensores mioeiéctricos (100, 300, 400). La prótesis de brazo es un dispositivo para personas que carecen del miembro al nivel transradiaí, ya sea por causas congénitas o amputaciones. La prótesis está conformada por dos módulos principales (100, 300), el primer módulo denominado Palma (100) es el encargado de almacenar el sistema motriz, la tarjeta de control y el mecanismo encargado de! movimiento de los dedos y la batería, y el módulo denominado Socket- Muñón (300) que es el encargado de acoplar la prótesis al usuario fina!, los cuales están conectados entre sí por medio de guias de ensamblaje (800) las cuales permiten una ensamblaje firme y seguro.
En relación a la figura 10, el módulo de Palma (100), comprende dedos distales (500) y dedos proximales (800) los cuales son la parte principal para el agarre de objetos replicando las funciones básicas de una mano que son flexión, extensión, tecleo y pinza. Para la realización de estos movimientos se utiliza el sistema motriz (700) encargado de generar ¡a fuerza de agarre por medio de servomotores (120), los cuales son controlados por la tarjeta de control (140), siendo la encargada de procesar las señales de los sensores mioeiéctricos (400) y traducir las señales a movimiento en la prótesis, al accionar un comando con los sensores mioeiéctricos (400), la tarjeta de control (140) se encarga de mandar ía señales correspondientes a cada uno de ¡os servomotores (120) para generar las acciones en la prótesis, los servomotores (120) mueven una polea la cual a su vez enreda un cable que se encuentra en el interior de los dedos los cuales son los que transmiten la fuerza de los servomotores hacia los dedos, todo esto alimentado por una batería (142) en el módulo de la palma (100). Los dedos distales (500) se conectan con los dedos proximales (600) por medio de tornillos tipo Chicago (111), se incluye un mecanismo para ia extensión de la mano el cual consta de resortes torsionales (110) que generan una fuerza en dirección contraria a la de los servomotores (1 0), para que, al dejar de aplicar la fuerza para ía flexión, los resortes
regresen los dedos de ¡a prótesis a su posición original. Los dedos distaies (500), dedos proximales (800) y e! sistema motriz (700) se mantienen unidos gracias a ¡os tornillos Chicago (111) con lo que permiten el movimiento del módulo de Palma (100), El sistema motriz comprende el servomotor (120), tarjeta de control (140) y tapa de palma (130), que se encargan del movimiento independiente de los dedos pulgar e índice, y en conjunto de los dedos medio, anular y meñique. La combinación de estos movimientos permite programar diferentes funciones que facilitan el desempeño de las actividades cotidianas de! usuario. La tarjeta de control (140), se encarga de manipular las señales de entrada de sensores mioeléctrícos (400), y de salida para el movimiento de los servomotores (120) permitiendo un control muy sencillo sin necesidad de un entrenamiento prolongado. El módulo de la Palma (100) tiene un diseño orgánico que se asemeja bastante a una mano humana real, lo cual la hace muy atractiva al ojo humano.
El módulo de Socket- uñón (300) está compuesto por un circuito neumático (220) en la parte interna, el cual, al ingresar volumen de aire, cambia su forma, aprisionando el muñón y manteniéndolo en su posición, esto permite elaborar medidas definidas de tallas, proporcionando al usuario la que más se ajuste al tamaño de su muñón incluso si sus dimensiones cambian con el tiempo. Asimismo, comprende una válvula de admisión de aire (230), esta válvula de modelo tipo WALBRO VWJ33 sirve para el ingreso de aire ai circuito neumático (220) en un solo sentido, se presiona el bulbo en la parte lateral del socket muñón (300) empujando el aire que se almacena dentro del bulbo, hacia el tubo de salida, el cual está conectado por medio de una manguera (no ilustrada) al conector de 3.2 mm (280) para ingreso de aire al circuito neumático (220) al retirar la presión del bulbo el vacío que se genera dentro realiza una función de succión de aire, el cual rellena el bulbo de aire, esto genera un ciclo de ingreso de aire el cual es el utilizado para controlar la presión interna del circuito neumático y una válvula de expulsión de aire (270) para liberar la presión y retirar la
prótesis con facilidad.
La presente invención se ha descrito e ilustrado en su modalidad preferida, sin embargo, un técnico medio en la materia podrá visualizar variaciones que queden comprendidas dentro deí alcance de las siguientes reivindicaciones.