WO2021123472A1 - Exoesqueleto de mano robótico flexible portátil - Google Patents

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WO2021123472A1
WO2021123472A1 PCT/ES2020/070758 ES2020070758W WO2021123472A1 WO 2021123472 A1 WO2021123472 A1 WO 2021123472A1 ES 2020070758 W ES2020070758 W ES 2020070758W WO 2021123472 A1 WO2021123472 A1 WO 2021123472A1
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finger
piece
hand
exoskeleton
user
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PCT/ES2020/070758
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English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Javier ESCLAPÉS JOVER
Manuel Alejandro GÓMEZ MENACHO
David PÉREZ ALBERTO
Mercedes Llorens Nicolau
Original Assignee
Universidad De Alicante
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • 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. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F5/0104—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations without articulation
    • A61F5/0118—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations without articulation for the arms, hands or fingers
    • 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
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285—Hand
    • 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
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285—Hand
    • A61H1/0288—Fingers

Definitions

  • the object is a portable flexible robotic exoskeleton for the hand, it being understood that a robotic exoskeleton is an aid to transmit movement to the user who has little or no movement due to neurological and / or physiological disorders.
  • the present invention falls within the category of robotic exoskeletons and therapeutic instruments.
  • portable robotic exoskeleton models have been created in the shape of a glove to help those who cannot move their fingers.
  • portable robotic exoskeletons for the hand have an actuation system that allows each finger to be moved and for their operation they have an electronics in charge of activating the motor mechanism that transmits the force.
  • exoskeletons for hand that exist are composed of rigid materials and with a complex mechanism for their actuation, these mechanisms make the volume of the exoskeleton for hand very large and / or heavy and not very functional for the user.
  • portable robotic exoskeletons are complex to maintain and fine-tune, due to their mechanism and bulk. Dirt stays on the components and makes the user unable to use the exoskeleton until each component is cleaned.
  • actuation is the pneumatic exoskeletons, they are connected to a pump valve control system that modulates the air pressure that directs the soft actuators, when the actuators are pressurized by air, they apply forces distributed along the length of the finger to promote finger movements and support different hand movements.
  • the present invention aims to solve the problems mentioned above.
  • the present invention has great advantages in terms of the functionality and design of the flexible portable robotic exoskeleton of sustainable cost, in addition to affordable materials, allowing the invention to be obtained in the most accessible way possible.
  • the objective is to create a socially responsible portable flexible robotic exoskeleton that gives movement to the hand of users who have little or no muscle tone, due to neurological disorders, chronic pathologies or any type of accident that has left the limb without mobility. Movement can be transmitted by reading myoelectric signals from another functional muscle.
  • the exoskeleton is manufactured flat, obtaining a minimum thickness to make it as less cumbersome and as ergonomic as possible for the user. It is designed with a flat shape which allows it to be reproduced in a 3D printer placing most of the surface on the work table, avoiding the placement of supports and / or critical areas that weaken, damage or disfigure the final shape of the product. Another advantage provided by the flat shape of the design is the strength of the exoskeleton throughout. The 3D printer will place each layer of flexible filament on the work table, creating the exoguante perpendicular to the forces that will be subjected, in addition to the fact that its thickness or height is minimal.
  • the socially responsible portable flexible robotic exoskeleton is modular, each part is printed separately and allows its subsequent coupling with the others, thus achieving greater adaptability to the user, as well as ease of customizing or adapting each part to it.
  • Another reason for opting for a Modular design is to subdivide a complex product into simpler parts or modules, so that the design, development and manufacturing tasks of the modules can be organized into subprojects that are carried out by different teams.
  • Establishing a modular structure has required criteria and methods to distribute the functions and establish the connections between modules, as well as techniques to adequately transmit information between the different members of the team.
  • the exoskeleton has an ergonomic design, taking into account the anthropometric measurements of the hand in all its positions and activities, that is, a study of all the quantitative and qualitative metric characters of the hand. In addition to the study of anthropometry, human factors such as biomechanics have been considered to understand how the hand moves and anatomy to see how it is composed.
  • the material is resistant to liquids so it is washable.
  • the material is breathable, which facilitates its prolonged use and avoids problems of skin infections and bad smell of it.
  • the product adapts to the user's needs and effectively fulfills the activities that the user wishes to carry out with it.
  • the design focuses its activity on the functionality of the product, in order to take into account the useful actions that can be carried out with the exoskeleton, incorporating information about them.
  • the exoskeleton consists of an external structure that conforms to the shape of the hand and consists of electronics, sensors, and a motor mechanism.
  • the ergonomic shape and flexible material assist in positioning the flexible robotic exoskeleton in the user's hand.
  • the exoskeleton comprises parts designed in a flat shape.
  • the material of manufacture is flexible and allows it to adapt to the geometry of the hand after manufacture.
  • the exoskeleton comprises the following parts: • Upper part that adjusts to the hand, being placed on the back of it. It is connected to the fingers by mechanical connection through a segment of the finger piece, so that that segment is placed on top. It is also connected across the width of the lower part that sits on the palm of the hand.
  • Lower part that sits on the palm of the hand. This part is attached to the top piece.
  • the lower part comprises discontinuous tubular channels, at least two for each finger.
  • Each channel comprises a tensioner. These channels serve as guides for the tensioners that transmit the tension force to the fingers and also serve as protection to the user from a possible chafing or strangulation when tension occurs, as well as to the tensioner itself when it comes into contact with other objects. .
  • Cover piece that is placed on top of the proximal part of the finger piece. It coincides in shape and size with the proximal part of the finger piece so that when it comes together it creates a container that houses the ring piece. In the same way, another cover piece is placed on the medial part of the finger piece, performing the same function.
  • Ring piece It is a cylindrical piece of rigid material in the shape of a ring that is inserted into the space left by the covered piece when it joins the proximal or medial part of the finger piece, giving grip to the whole on the finger. In this way, the exoskeleton finger takes the curved shape adjusting to the thickness of the user's finger.
  • Thumb piece Flat-shaped structure with a finger shape at one end and elongated at the other, the end that follows the shape of the finger is placed on the user's thumb and the elongated part is rolled up the front of the wrist to the top of this, fitting in the lower part of the thumb.
  • Tensioner piece The tensioner passes all the way around the fingers through the tubular channels on the edges of the fingers allowing it to adjust to any type of finger thickness when the actuation is activated and transmits the tension.
  • Bracelet Flat, adjustable and flexible structure that is responsible for supporting the control box and is located on the user's arm.
  • Control box Structure that houses all the electronics and mechanics that are responsible for transmitting the necessary force so that the user can reproduce basic movements.
  • the exoskeleton differentiates the part that is located in the user's hand and the part of the bracelet with the control and actuation box. These parts can be separated depending on the use that is given to it, facilitating separate assembly and disassembly.
  • the material of the present invention allows the handling of liquids avoiding residues after use, in addition to being breathable allowing prolonged use.
  • the flat shape of the exoskeleton makes it easy for the user to wash and maintain proper hygiene.
  • Additive manufacturing allows a generic exoskeleton model to be scaled to a specific measure, based on the measurements of the user's hand and without the need for a new design.
  • Produced by fused deposition modeling it provides the user or rehabilitation professional with the facility to customize and self-fabricate their own socially responsible portable flexible robotic exoskeleton.
  • Figure 1 Exploded perspective view of the socially responsible portable flexible robotic exoskeleton with the thumb and index finger.
  • the socially responsible portable flexible robotic exoskeleton is manufactured flat, due to its flexible composition, it can be adapted to the user's hand.
  • the portable flexible robotic exoskeleton comprises the following elements:
  • Ergonomically shaped upper 1 with flexible material to aid donning of the exoskeleton The outline of the upper part 1 is similar to that of the user's hand. At the top it connects with the 3 fingers of the exoskeleton. For this, it has small punctual and equidistant perforations forming a rectangle, with at least four perforations on each side. In the lower part it adjusts to the width of the wrist so that it can be grasped.
  • the outer side joins the lower part 2 of the exoskeleton by means of an elongated section located at the top. On the same outer side, at the height of the wrist, it has another elongated section that allows it to be attached to the user's wrist. On the inner side, both in the upper part and in the lower part, it has an elongated perforation that allows adjustment to the geometry of the hand.
  • Part of finger 3 is a flat structure with an irregular contour that is placed on top of each finger of the user so that its length varies depending on the finger in which it is located and can be scaled according to size, having a generic model for all fingers excluding the thumb.
  • Three parts are distinguished that coincide with the proximal, medial and distal part of the human finger. Between these three parts, there are two intermediate areas, where each area has two perforations leaving gaps that provide a more fluid movement in the joint of each phalanx. On the sides, on each phalanx, there are two projections that hug the user's finger. In the distal phalanx the structure changes and in total there are five projections, two on each side and one more in the central part.
  • tubular channels that house tensioners 8 that are responsible for transmitting the tension force to the fingers.
  • the tubular sections serve as a guide and protection for the tensioners 8 and prevent the user from being subjected to friction or strangulation when the tensioners 8 are actuated.
  • an area comprising two perforations that allow that when the finger contracts the flexible material no Resist this action.
  • it leaves gaps that provide a more fluid movement in the joint of each phalanx.
  • punctual perforations that allow the union with the pieces covers to later be able to contain the pieces rings.
  • finger 3 is connected to the upper part 1 of the exoskeleton thanks to equidistant punctual perforations, in the shape of a rectangle, where there are a minimum of four perforations per side.
  • finger 3 has a piece of elastic material 4 connected to the proximal phalanx of the finger, so that when the force exerted by the actuators, located in the control box, is reduced, when the finger is contracted, the material elastic 4 recovers its elastic deformation by returning the finger to an ergonomic opening position.
  • Cover piece 5 has an irregular outline and coincides in shape with the proximal part of the finger piece. So that when placing the cover piece 5 above the proximal part of the finger piece, container spaces are generated to be able to insert two ring pieces. This piece is printed separately to guarantee its flat shape and avoid the placement of supports on the finger piece, in addition to giving a minimum thickness to the whole. Another cover piece 5 is also placed in the medial part of finger piece 3 for the same purpose.
  • Ring piece 6 is a cylindrical piece with the shape of a ring that is inserted into the space left by the covering piece 5 when it joins the proximal part of finger piece 3, and in the same way and performing the same function They place two ring pieces 6 in the container space left by the cover piece 5 when it is placed on the medial part of the finger piece 3. In each cover piece 5 there are two ring pieces 6.
  • the ring piece 6 is made of a rigid material that adjusts to the thickness of the finger hugging the finger piece 3 to the user.
  • Thumb piece 7 is an independent part due to the complexity and greater degree of freedom compared to the other fingers.
  • the contour of the thumb 7 is irregular, the upper end is shaped similar to the user's thumb with a perforation in the center to prevent the material from producing resistance when the finger contracts.
  • On each side it has two projections that are responsible for hugging the finger when the tensioners act, these projections have at least four holes that allow the union.
  • At the edges it has tubular channels which in turn comprise tensioners 8.
  • the thumb piece 7 is joined on its two sides forming a curve that coincides with the bridge between the thumb and the index finger, in such a way that it facilitates placement. of this piece on the user's thumb.
  • the lower part of the piece is extended as long as necessary until it reaches and joins by means of the perforations that it presents with the lower piece 2, and thus allow the adjustment of the piece.
  • Tensioner piece 8 is made of a resistant tubular material that is inserted into the tubular channels of finger piece 3 and thumb piece 6. They are also inserted into the channels of the lower part 2. The tensioners are attached to the actuators located in the box. of control 8 that are in charge of winding on these when the motor mechanism is put into operation.
  • Armband 9 is a flat, adjustable and flexible structure that is responsible for supporting the control box 10 and is located on the user's arm.
  • Control box 10 is a structure that houses all the electronics and mechanics that transmit the necessary force so that the user can reproduce basic movements.
  • the actuators, located in the control box perform the traction of the fingers that are placed on the front part of the arm, so that the tension is in favor of the closing movement and the traction force allows the fingers to close starting from the distal phalanx to the proximal phalanx.

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Abstract

La presente invención se refiere a un exoesqueleto robótico flexible portátil para mano con diversidad funcional, debido a trastornos neurológicos u otro tipo de patología que le impida utilizar la mano de manera independiente. Presenta una estructura que se ajusta a la forma de la mano del usuario y las compone una electrónica, sensores y un mecanismo motriz. La ventaja del exoesqueleto robótico flexible portátil es su ergonomía y colocación a la mano del usuario, así como su modo de fabricación rápida y su mecanismo de apertura, que evita la utilización de motores o actuadores grandes que masifican el volumen del exoesqueleto, complicando su mantenibilidad y usabilidad. Su diseño tiene en cuenta parámetros de sostenibilidad económica, medioambiental y social, ya que tanto el diseño como el proceso de fabricación del exoesqueleto han sido optimizado para que se pueda reproducir mediante una máquina de modelado por deposición fundida de bajo coste, de esta manera, evita los costosos y complejos procesos de fabricación y moldes. Permite su fabricación y personalización en cualquier parte del mundo, lo que supone un ahorro en logística y distribución.

Description

EXOESQUELETO DE MANO ROBÓTICO FLEXIBLE PORTÁTIL
DESCRIPCIÓN
Exoesqueleto de mano robótico flexible portátil socialmente responsable.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Como indica el título de la invención, el objeto es un exoesqueleto robótico flexible portátil para mano, entendiéndose que un exoesqueleto robótico es una ayuda para transmitir el movimiento al usuario que tiene poco o nada de movimiento a causa de trastornos neurológicos y/o fisiológicos.
La presente invención se localiza dentro de la categoría de exoesqueletos robóticos e instrumentos terapéuticos.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Existen modelos de exoesqueleto robótico portátil para mano que consisten en una estructura externa que se sitúa en la mano y con su propia estructura rígida trasmite movimiento al miembro que tiene poca funcionalidad.
En general los modelos de exoesqueletos robóticos portátiles han sido creados con forma de guante para ayudar a mover los dedos a aquellas personas que no pueden hacerlo.
Normalmente, los exoesqueletos robóticos portátiles para mano cuentan con un sistema de actuación que permite mover cada dedo y para su funcionamiento cuentan con una electrónica encargada de activar el mecanismo de motores que transmite la fuerza.
Algunos exoesqueletos para mano convencionales que existen están compuestos por materiales rígidos y con un mecanismo complejo para su accionamiento, estos mecanismos hacen que el volumen del exoesqueleto para mano sea muy grande y/o pesado y poco funcional para el usuario. En general, los exoesqueletos robóticos portátiles presentan un mantenimiento y puesta a punto complejo, debido a su mecanismo y voluminosidad. La suciedad se queda en los componentes y hace que el usuario no pueda utilizar el exoesqueleto hasta que se realice la limpieza de cada componente.
Por otro lado tenemos los guantes para rehabilitación que detectan señales musculares y guían la mano para realizar ejercicios de recuperación. Este tipo de exoesqueleto sirve para pacientes que han perdido las funciones de la mano debido a lesiones o enfermedades relacionadas con los nervios, como puede ser el caso de accidentes cerebrovasculares y con distrofia muscular.
Estos exoesqueletos robóticos utilizan materiales compuestos que intentan ajustarse a la forma de la mano, cuentan con cables que permiten el movimiento de solo tres dedos, pulgar, índice y medio. Cada actuación funciona de forma independiente, proporcionando asistencia a cada dedo por separado.
Otra forma de actuación son los exoesqueletos neumática, están conectados a un sistema de control de válvula de bomba que modula la presión de aire que dirige los actuadores blandos, cuando los actuadores están presurizados por aire, aplican fuerzas distribuidas a lo largo de la longitud del dedo para promover los movimientos de éstos y soportan diferentes movimientos de la mano.
Otro de los problemas añadidos es que la mayoría de los exoesqueletos robóticos tienen un coste elevado, siendo un producto poco accesible, además de tener una tecnología y montaje complejo para el usuario o especialistas en rehabilitación.
Por todo ello, surge la necesidad de diseñar un exoesqueleto flexible, económico y que se puede adaptar perfectamente al usuario de forma personalizada.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención que se presenta pretende resolver los problemas mencionados anteriormente. La presente invención presenta grandes ventajas en cuanto a la funcionalidad y diseño del exoesqueleto robótico flexible portátil de coste sostenible, además de materiales asequibles, permitiendo obtener la invención de manera lo más accesible posible. El objetivo es crear un exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable que da movimiento a la mano de usuarios que presentan poco o nada de tono muscular, debido a trastornos neurológicos, patologías crónicas o cualquier tipo de accidente que haya dejado al miembro sin movilidad. El movimiento se puede transmitir gracias a la lectura de señales mioeléctricas de otro músculo funcional.
De forma detallada, se indican sus ventajas:
• El exoesqueleto se fabrica en plano, obteniendo un espesor mínimo para que sea lo menos aparatoso y más ergonómico posible para el usuario. Está diseñado con una forma plana lo que permite que se pueda reproducir en una impresora 3D situando la mayor parte de la superficie sobre la mesa de trabajo, evitando la colocación de soportes y/o zonas críticas que debiliten, dañen o desfiguren la forma final del producto. Otra de las ventajas que otorga la forma plana del diseño, es la resistencia del exoesqueleto a lo largo y ancho de éste. La impresora 3D irá colocando cada capa de filamento flexible sobre la mesa de trabajo creando el exoguante en perpendicular a las fuerzas que se verá sometido, además de que el espesor o altura de éste es mínimo.
• El diseño de los dedos y su material flexible permite la adaptación del exoesqueleto a cualquier tamaño de dedo.
• Permite una utilización del producto por parte del usuario aunque se carezca de tono muscular o movilidad alguna.
• Se puede accionar con cualquier músculo funcional que intervenga en el movimiento.
• Al fabricarse con una máquina de modelado por deposición fundida (FDM), ahorra costes elevados de distribución y logística, así como la problemática de llegar a destinos inalcanzables por medios de distribución convencional. El exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable está diseñado teniendo en cuenta parámetros de sostenibilidad económica, medioambiental y social. Para ello, tanto el diseño como el proceso de fabricación del exoesqueleto han sido optimizados para que pueda ser producido mediante una máquina de modelado por deposición fundida (FDM) de bajo coste, evitándose los costes de matricera convencionales, y a su vez abarata considerablemente el coste del conjunto.
• El exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable es modular, cada parte es impresa por separado y permite su posterior acoplamiento con las demás, de esta manera se consigue una mayor adaptabilidad al usuario, así como facilidad para poder personalizar o adaptar cada parte a éste. Otro de los motivos de optar por un diseño modular es subdividir en partes más simples o módulos un producto complejo, de manera que las tareas de diseño, desarrollo y fabricación de los módulos se pueden organizar en subproyectos que son realizados por diversos equipos. Establecer una estructura modular ha requerido de criterios y métodos para repartir las funciones y establecer las conexiones entre módulo, así como técnicas para transmitir adecuadamente la información entre los diferentes integrantes del equipo.
• Se puede conectar y desconectar de la parte eléctrica según el tipo de uso. Una vez se ha impreso el exoesqueleto y se ha obtenido el conjunto completo, éste puede ser conectado y desconectado con facilidad a la parte eléctrica del mismo, facilitando así su limpieza e higiene sin que se vea dañada esta parte.
• Se utilizan materiales de bajo coste y accesibles para todo el mundo, ahorrando un proceso de fabricación elevado.
• Diseño ergonómico, debido al tipo de material flexible que se utiliza, adaptándose fácilmente a la forma de la mano según el usuario. El exoesqueleto cuenta con un diseño ergonómico, teniendo en cuenta las medidas antropométricas de la mano en todas sus posiciones y actividades, es decir, un estudio de todos los caracteres métricos cuantitativos y cualitativos de la mano. Además del estudio de la antropometría, se han considerado factores humanos como la biomecánica para entender cómo se mueve la mano y la anatomía para ver cómo está compuesto.
• El material es resistente a líquidos por lo que es lavable.
• El material es transpirable, lo que facilita su uso prolongado y evita problemas de infecciones de piel y mal olor de esta.
• Durabilidad y uso continuo, a su vez, el producto se adapta a las necesidades del usuario y cumpliendo con efectividad las actividades que éste desea realizar con el mismo. El diseño focaliza su actividad hacia la funcionalidad del producto, para ello tener en cuenta las acciones útiles que se pueden realizar con el exoesqueleto, incorporando información sobre las mismas.
El exoesqueleto consiste en una estructura externa que se adecúa a la forma de la mano y consta de una electrónica, sensores y un mecanismo motriz. La forma ergonómica y el material flexible sirven de ayuda a la colocación del exoesqueleto robótico flexible a la mano del usuario.
El exoesqueleto comprende partes diseñadas en forma plana. El material de fabricación es flexible y permite que se adapte a la geometría de la mano después de su fabricación. El exoesqueleto comprende las siguientes partes: • Parte superior que se ajusta a la mano, situándose en el dorsal de la misma. Se conecta con los dedos mediante unión mecánica a través de un segmento de la pieza dedo, de modo que ese segmento se coloca sobre la parte superior. También está conectada a lo ancho con la parte inferior que se sitúa sobre la palma de la mano.
• Parte inferior que se sitúa sobre la palma de la mano. Esta parte va unida a la pieza superior. La parte inferior comprende canales tubulares discontinuos, mínimo dos por cada dedo. Cada canal comprende un tensor. Estos canales sirven de guías para que pasen los tensores que transmiten la fuerza de tensión a los dedos y también sirven como protección al usuario de una posible rozadura o estrangulamiento cuando se produce la tensión, así como al propio tensor cuando entra en contacto con otros objetos.
• Parte del dedo que se sitúa encima de cada dedo, excluyendo el pulgar. Es una estructura plana genérica para todos los dedos con un contorno irregular y una longitud variable en función del dedo en el que esté situado, ya que se puede escalar en función del tamaño del dedo del usuario. Se distinguen tres partes que coinciden con la parte proximal, medial y distal del dedo humano, donde en los extremos de estas partes hay salientes y en el borde canales tubulares que albergan tensores.
• Pieza cubre que se sitúa encima de la parte proximal de la pieza dedo. Coincide en forma y tamaño con la parte proximal de la pieza dedo de manera que al juntarse crea un recipiente contenedor que alberga la pieza anillo. De la misma manera se coloca otra pieza cubre sobre la parte medial de la pieza dedo realizando la misma función.
• Pieza anillo. Es una pieza cilindrica de material rígido con forma de anillo que se introduce en el interior del espacio que deja la pieza cubre cuando se une con la parte proximal o la medial de la pieza dedo, dando agarre al conjunto sobre el dedo. De esta manera el dedo del exoesqueleto toma la forma curva ajustándose al grosor del dedo del usuario.
• Pieza pulgar. Estructura de forma plana con forma de dedo por un extremo y alargada por otro, el extremo que sigue la forma del dedo se coloca en el dedo pulgar del usuario y la parte alargada se enrolla por la parte anterior de la muñeca hasta la parte superior de ésta, ajustándose en la parte baja del dedo pulgar.
• Pieza tensor. El tensor pasa por todo el contorno de los dedos a través de los canales tubulares que hay en los bordes de los dedos permitiendo que se ajuste a cualquier tipo de grosor de dedo cuando se pone en funcionamiento la actuación y transmite la tensión.
• Brazalete. Estructura plana, ajustable y flexible que se encarga de sostener la caja de control y va situada en el brazo del usuario. • Caja de control. Estructura que alberga toda la electrónica y mecánica que se encarga de transmitir la fuerza necesaria para que el usuario pueda reproducir movimientos básicos.
El exoesqueleto al ser modular se diferencia la parte que está situada en la mano del usuario y la parte del brazalete con la caja de control y actuación. Estas partes se pueden separar en función del uso que se le dé a éste, facilitando el montaje y desmontaje por separado.
El material de la presente invención permite la manipulación de líquidos evitando que se queden restos tras utilizarlo, además de transpirable permitiendo un uso prolongado. La forma plana del exoesqueleto concede al usuario que se pueda lavar con facilidad y tener una higiene correcta.
Debido al material con el que está fabricado y al diseño que permite que se ajuste a diferentes estructuras de mano del usuario, se evita que se realice la producción de diferentes tipos de exoesqueletos robóticos flexibles portátiles.
La fabricación aditiva permite que desde un modelo genérico del exoesqueleto se pueda escalar a una medida concreta, partiendo de las medidas de la mano del usuario y sin necesidad de realizar un nuevo diseño. Al producirse mediante modelado por deposición fundida da la facilidad al usuario o al profesional rehabilitador de personalizar y auto fabricar su propio exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Vista en perspectiva explosionada del exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable con el dedo pulgar e índice.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN
Como se ha comentado anteriormente, el exoesqueleto robótico flexible portátil socialmente responsable se fabrica en plano, debido a su composición flexible permite su adaptación a la mano del usuario.
El exoesqueleto robótico flexible portátil comprende los siguientes elementos:
• Parte superior 1 con forma ergonómica y material flexible que ayuda a la colocación del exoesqueleto. El contorno de la parte superior 1 es similar al de la mano del usuario. Por la parte de arriba conecta con los dedos 3 del exoesqueleto. Para ello dispone de pequeñas perforaciones puntuales y equidistantes formando un rectángulo, con mínimo cuatro perforaciones por cada lado. En la parte baja se ajusta al ancho de la muñeca para que se pueda agarrar a ésta. El lateral exterior se une con la parte inferior 2 del exoesqueleto mediante un tramo alargado situado en la parte de arriba. En el mismo lateral exterior, a la altura de la muñeca, dispone de otro tramo alargado que permite la sujeción a la muñeca del usuario. En el lateral interior, tanto en la parte alta como en la parte baja, dispone de una perforación alargada que permite el ajuste a la geometría de la mano.
• Parte inferior 2 con forma ergonómica y flexible para seguir la curva de la palma. La parte inferior 2 del exoesqueleto se coloca en la palma del usuario. En la parte de arriba tiene una curva que sirve para ajustarse mejor a la palma cuando se realiza la contracción de la mano. En el lateral exterior de la mano, tanto en la parte alta como en la parte baja a la altura de la muñeca hay perforaciones puntuales equidistantes que permite la unión con la parte superior 1 del dispositivo. En el lateral interior, en la parte alta y baja, dispone de una perforación alargada para el ajuste a la geometría de la mano. El centro se va estrechando haciendo que los tensores realicen la fuerza desde un punto central, intentando simular los tendones de la mano. A lo largo del centro hay canales tubulares, como mínimo dos por cada dedo. Cada canal comprende un tensor.
• Parte del dedo 3 es una estructura plana de contorno irregular que se sitúa encima de cada dedo del usuario de forma que su longitud varía en función del dedo en el que esté situado pudiéndose escalar según el tamaño, teniendo un modelo genérico para todos los dedos excluyendo el pulgar. Se distinguen tres partes que coinciden con la parte proximal, medial y distal del dedo humano. Entre esas tres partes, hay dos zonas intermedias, donde cada zona tiene dos perforaciones dejando unos huecos que otorgan un movimiento más fluido en la articulación de cada falange. En los laterales, en cada falange, se disponen de dos salientes que abrazan el dedo del usuario. En la falange distal cambia la estructura y en total se disponen de cinco salientes, dos por cada lateral y uno más en la parte central. En los bordes de esos salientes hay canales tubulares que albergan tensores 8 que se encargan de transmitir la fuerza de tensión a los dedos. Los tramos tubulares sirven como guía y protección para los tensores 8 y evitan que el usuario sufra rozaduras o estrangulamientos cuando se accionan los tensores 8. Entre cada falange, hay una zona que comprende dos perforaciones que permiten que cuando se produzca la contracción del dedo el material flexible no oponga resistencia a esta acción. Además, deja unos huecos que otorgan un movimiento más fluido en la articulación de cada falange. En cada falange, en los dos salientes, hay perforaciones puntuales que permiten la unión con las piezas cubre para posteriormente poder contener las piezas anillos. La parte baja del dedo 3 se conecta a la parte superior 1 del exoesqueleto gracias a unas perforaciones puntuales equidistantes, en forma de rectángulo, donde hay un mínimo de cuatro perforaciones por lado. Además el dedo 3 dispone de un pieza de material elástico 4 conectada a la falange proximal del dedo, de manera que cuando se reduce la fuerza que ejercen los actuadores, situados en la caja de control, cuando se realiza la contracción del dedo, el material elástico 4 recupera su deformación elástica haciendo que el dedo vuelva a una posición ergonómica de apertura.
• Pieza cubre 5 tiene un contorno irregular y coincide en forma con la parte proximal de la pieza dedo. De forma que al situar la pieza cubre 5 encima de la parte proximal de la pieza dedo, se generan espacios contenedores para poder introducir dos piezas anillo. Esta pieza se imprime por separado para garantizar su forma plana y evitar la colocación de soportes en la pieza dedo, además de dar un espesor mínimo al conjunto. También se sitúa otra pieza cubre 5 en la parte medial de la pieza dedo 3 con el mismo fin.
• Pieza anillo 6 es una pieza cilindrica con forma de anillo que se introduce en el interior del espacio que deja la pieza cubre 5 cuando se une con la parte proximal de la pieza dedo 3, y de la misma manera y realizando la misma función se colocan dos piezas anillo 6 en el espacio contenedor que deja la pieza cubre 5 al situarse sobre parte medial de la pieza dedo 3. En cada pieza cubre 5 van ubicadas dos piezas anillo 6. La pieza anillo 6 es de un material rígido que se ajusta al grosor del dedo abrazando la pieza dedo 3 al usuario.
• Pieza pulgar 7 es una parte independiente debido a la complejidad y mayor grado de libertad frente a los otros dedos. El contorno del pulgar 7 es irregular, el extremo superior tiene una forma similar al dedo pulgar del usuario con una perforación en el centro para evitar que el material produzca resistencia a la hora de que el dedo se contraiga. En cada lateral dispone de dos salientes que se encargan de abrazar el dedo cuando actúen los tensores, estos salientes tienes mínimo cuatro perforaciones que permiten la unión. En los bordes dispone de canales tubulares que a su vez, comprenden tensores 8. La pieza pulgar 7 se une por sus dos laterales formando una curva que coincide con el puente que hay entre el pulgar y el dedo índice, de manera que facilita la colocación de esta pieza en el pulgar del usuario. La parte baja de la pieza se prolonga todo lo necesario hasta alcanzar y unirse mediante las perforaciones que presenta con la pieza inferior 2, y así permitir el ajuste de la pieza.
• Pieza tensor 8 es de un material tubular resistente que se introduce en los canales tubulares de la pieza dedo 3 y pieza pulgar 6. También se introducen en los canales de la parte inferior 2. Los tensores se acoplan en los actuadores situados en la caja de control 8 que se encargan de enrollarse sobre éstos cuando se pone en funcionamiento el mecanismo motriz.
• Brazalete 9 es una estructura plana, ajustable y flexible que se encarga de sostener la caja de control 10 y va situada en el brazo del usuario. · Caja de control 10 es una estructura que alberga toda la electrónica y mecánica que se encarga de transmitir la fuerza necesaria para que el usuario pueda reproducir movimientos básicos. Los actuadores, situados en la caja de control, realizan la tracción de los dedos que se colocan por la parte anterior del brazo, de manera que la tensión está a favor del movimiento de cierre y la fuerza de tracción permite que los dedos se cierren empezando desde la falange distal hacia la falange proximal.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Exoesqueleto de mano robótico flexible portátil socialmente responsable que comprende:
• Parte superior situada en el dorsal de la mano, se conecta con los dedos mediante unión mecánica a través de un segmento de la pieza dedo, de modo que ese segmento se coloca sobre la parte superior. También está conectada a lo ancho con la parte inferior que se sitúa sobre la palma de la mano.
• Parte inferior situada sobre la palma de la mano. Esta parte va unida a la pieza superior. La parte inferior comprende canales tubulares discontinuos, mínimo dos por cada dedo. Cada canal comprende un tensor.
• Parte del dedo que se sitúa encima de cada dedo, excluyendo el pulgar. Es una estructura plana genérica para todos los dedos con un contorno irregular y una longitud variable. Se distinguen tres partes que coinciden con la parte proximal, medial y distal del dedo humano, donde en los extremos de estas partes hay salientes y en el borde canales tubulares que albergan tensores.
• Pieza cubre que se sitúa encima de la parte proximal de la pieza dedo y la parte medial. Coincide en forma y tamaño con la parte proximal de la pieza dedo.
• Pieza anillo. Es una pieza cilindrica de material rígido con forma de anillo que se introduce en el interior del espacio que deja la pieza cubre cuando se une con la parte proximal o la medial de la pieza dedo.
• Pieza pulgar. Estructura de forma plana con forma de dedo por un extremo y alargada por otro, el extremo que sigue la forma del dedo se coloca en el dedo pulgar del usuario y la parte alargada se enrolla por la parte anterior de la muñeca hasta la parte superior de ésta, ajustándose en la parte baja del dedo pulgar.
• Pieza tensor. El tensor pasa por todo el contorno de los dedos a través de los canales tubulares que hay en los bordes de los dedos.
• Brazalete. Estructura plana, ajustable y flexible que se encarga de sostener la caja de control y va situada en el brazo del usuario.
• Caja de control. Estructura que alberga toda la electrónica y mecánica que se encarga de transmitir la fuerza necesaria para que el usuario pueda reproducir movimientos básicos.
2. Exoesqueleto de mano robótico flexible portátil socialmente responsable según la reivindicación 1 fabricado con material flexible, transpirable y resistente a líquidos.
3. Exoesqueleto de mano robótico flexible portátil socialmente responsable según la reivindicación 1 que permite la fabricación por impresión en 3D.
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