МОДУЛЬ БОЛЬШОГО ПАЛЬЦА ЭКЗОСКЕЛЕТА КИСТИ РУКИ

Полезная модель относится к области медицинской техники, является составной частью устройства для медицинской реабилитации - моторизованного экзоскелета кисти руки и может быть использована для восстановления двигательных функций большого пальца руки у пациентов с неврологическими заболеваниями, частичным параличом после перенесенного инсульта.
Из существующего уровня техники известен экзоскелет кисти руки, который представляет собой каркас с закрепленными на нем модулями пальцев кисти, при этом каждый модуль снабжен электроприводом сгибания-разгибания пальца и фиксирующими элементами. Недостатком известного решения является недостаточная функциональность устройства, заключающаяся в отсутствии возможности восстановления функции приведения-отведения большого пальца руки, за которую отвечает запястно-пястный сустав большого пальца, обеспечивающий 5 видов движений, в том числе противопоставление. Это основной сустав для совершения охватывающих движений кистью. При его повреждении возникает потеря двигательных функций в объеме 50%. Отсутствие возможности восстановления двигательной функции данного сустава препятствует полной реабилитации кисти руки. Указанный недостаток обусловлен выполнением модуля большого пальца, включающего опору большого пальца кисти руки, снабженную фиксирующими элементами и выполненную монолитно с каркасом экзоскелета кисти руки без возможности ее поворота (см., напр., US 2018/0177666 А1, опубл. 28.01.2018).
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности восстановительной терапии кисти руки.
Поставленная задача решается за счет того, что модуль большого пальца экзоскелета кисти руки, включающий опору большого пальца кисти руки, снабженную фиксирующими элементами, согласно техническому решению, имеет основание, выполненное с обеспечением возможности сопряжения с каркасом экзоскелета кисти руки и снабженное электроприводом, вал которого кинематически связан посредством рычажного механизма с опорой большого пальца, установленной посредством оси на основании модуля с обеспечением возможности ее возвратно-поворотного движения, при этом указанная ось коллинеарна анатомической оси вращения большого пальца кисти руки.
Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение функциональной возможности осуществления реабилитационных мероприятий по разработке запястно-пястного сустава большого пальца руки, связанных с восстановлением функции приведения-отведения, за счет конструктивного выполнения модуля большого пальца экзоскелета, обеспечивающего подвижность опоры большого пальца кисти руки относительно каркаса экзоскелета кисти руки.
Основание может быть выполнено с обеспечением возможности разъемного или неразъемного сопряжения с каркасом экзоскелета кисти руки.
Рычажный механизм может представлять собой жестко установленное на валу электропривода ведущее коромысло, шарнирно связанное через шатун с ведомым коромыслом, жестко закрепленным на опоре большого пальца.
Для повышения эргономичности и безопасности использования устройства рычажный механизм может быть расположен в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения оси соединения основания модуля и опоры большого пальца.
Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства, где
на фиг. 1 изображен экзоскелет кисти руки с модулем большого пальца;
на фиг. 2 изображен модуль большого пальца, вид спереди;
на фиг. 3 изображен модуль большого пальца, вид сбоку.
Модуль большого пальца экзоскелета кисти руки имеет основание 1, снабженное электроприводом 2. Вал 3 электропривода 2 кинематически связан посредством рычажного механизма 4 с опорой 5 большого пальца. Опора большого пальца снабжена фиксирующими элементами 6 и установлена посредством оси 7 на основании 1 модуля с обеспечением возможности ее возвратно-поворотного движения. Ось 7 коллинеарна анатомической оси вращения большого пальца кисти руки, то есть параллельна ей или соосна в зависимости от формы выполнения основания 1 большого пальца.
Основание 1 выполнено с обеспечением возможности сопряжения с каркасом экзоскелета кисти руки. Это сопряжение может быть неразъемным, то есть основание 1 может быть выполнено воедино с каркасом 8 экзоскелета или с возможностью клеевого соединения с каркасом 8. В других исполнениях основание 1 может быть выполнено с обеспечением возможности разъемного сопряжения с каркасом 8 экзоскелета, например, при помощи крепежных винтов или соединения шип-паз.
Рычажный механизм 4 предназначен для преобразования вращательного движения вала 3 электропривода 2 в возвратно-поворотное движение опоры 5 большого пальца и представляет собой механизм, составленный из звеньев (рычагов), соединенных между собой в низшие кинематические пары. Например, рычажный механизм 4 может быть выполнен как жестко установленный на валу электропривода ведущий кривошип, шарнирно связанный через шатун с коромыслом, закрепленным на опоре 5 большого пальца. Или рычажный механизм 4 может быть выполнен как диск, жестко установленный на валу 3 электропривода 2 с эксцентриситетом, шарнирно связанным с коромыслом, закрепленным на опоре 5 большого пальца. Или рычажный механизм 4 может быть выполнен в виде рычажной передачи типа «качалка-тяга».
В предпочтительном варианте выполнения устройства рычажный механизм представляет собой жестко установленное на валу 3 электропривода 2 ведущее коромысло 9, шарнирно связанное через шатун 10 с ведомым коромыслом 11, жестко закрепленным на опоре 5 большого пальца.
В некоторых вариантах выполнения рычажный механизм может быть расположен в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения оси 7 соединения основания 1 модуля и опоры 5 большого пальца. В этом случае целесообразно размещать электропривод 2 и опору 5 большого пальца таким образом, что ось вала 3 и ось 7 расположены параллельно друг другу.
Работает устройство следующим образом.
Экзоскелет закрепляется на кисти руки пациента, при этом большой палец располагается на опоре 5 большого пальца и прикрепляется к ней с помощью фиксирующих элементов 6. Вал 3 электропривода 2 приводят во вращательное движение, которое передается рычажным механизмом 4 опоре 5 большого пальца. При этом опора 5 большого пальца совершает поворот относительно основания 1 вокруг оси 7.
При выполнении рычажного механизма 4 в виде жестко установленного на валу 3 электропривода 2 ведущего кривошипа, шарнирно связанного через шатун с коромыслом, закрепленным на опоре 5 большого пальца, вал 3 электропривода 2 непрерывно вращается в одну сторону, увлекая за собой ведущий кривошип, сообщающий через шатун возвратно-вращательное движение коромыслу, передающему это движение опоре 5 большого пальца. Крайние положения опоры 5 большого пальца наступают, когда кривошип и шатун располагаются на одной прямой. Перемещение коромысла из одного крайнего положения в другое происходит при повороте кривошипа на угол прямого хода, а обратный ход коромысла - во время поворота кривошипа на оставшийся угол обратного хода.
При выполнении рычажного механизма 4 в виде диска, жестко установленного на валу 3 электропривода 2 с эксцентриситетом и шарнирно связанного с коромыслом, закрепленным на опоре 5 большого пальца, электропривод 2 может быть выполнен с валом 3, осуществляющим, как только прямой ход, так и прямой и обратный ход, в зависимости от выбранных размеров звеньев, входящих в рычажный механизм 4. Тот же принцип выбора режимов работы электропривода 2 применим к рычажному механизму, выполненному в виде рычажной передачи типа «качалка-тяга».
В предпочтительном варианте выполнения рычажного механизма 4 в виде жестко установленного на валу 3 электропривода 2 ведущего коромысла 9, шарнирно связанного через шатун 10 с ведомым коромыслом 11, жестко закрепленным на опоре 5 большого пальца, вал 3 электропривода 2 делает неполный оборот, при этом ведущее коромысло 9 передает вращение через шатун 10 ведомому коромыслу 11 с ограниченным углом поворота, переводя опору 5 большого пальца в одно из крайних положений. После этого вал 2 электропривода меняет направление вращения в обратную сторону, ведущее коромысло 9 вместе с валом 2 совершает поворот в обратную сторону, передавая движение через шатун 10 ведомому коромыслу 11 до момента, пока ведомое коромысло 11 не переведет опору 5 большого пальца в противоположное крайнее положение.
Большой палец руки совершает возвратно-поворотные движения вместе с опорой 5, поскольку закреплен на ней. Благодаря выполнению оси 7 коллинеарной анатомической оси вращения большого пальца кисти руки, точкой приложения силы электропривода 2 приведения-отведения большого пальца является его проксимальная фаланга и опора 5 приводит в движение большой палец по траектории, являющейся окружностью с центром вращения, который совпадает с центром вращения запястно-пястного сустава большого пальца пациента.
Применение технического решения в конструкции экзоскелета позволит повысить эффективность восстановительной терапии кисти руки за счет обеспечения возможности проведения реабилитационных мероприятий по разработке запястно-пястного сустава, связанных с восстановлением функции приведения-отведения большого пальца руки и способствующих анатомически правильному воспроизведению естественного движения большого пальца во время тренировок с использованием экзоскелета кисти руки.