Двухканальное устройство тактильного воздействия

Полезная модель относится к медицине, а именно к протезированию, и может быть использована совместно с протезами верхних или нижних конечностей, оснащенных сенсорными устройствами.
Известно устройство тактильного восприятия (WO 2015193856 A1 [2]), содержащее устройство обратной связи, информационный интерфейс и датчик усилия. Приводится метод управления устройством обратной связи, основанный на применении алгоритма порогового восприятия, при котором устройство обратной связи активируется при превышении полученным от датчика усилия сигналом уровня границы зоны нечувствительности. При этом информационный интерфейс описывается различными модификациями как проводной, так и беспроводной передачи.
Основным недостатком данного устройства является сложность настройки околопорогового восприятия, при котором могут возникать автоколебательные процессы в устройстве обратной связи.
Известно устройство позиционного очувствления (RU, патент на ИЗ 2712306, МПК A61F 2/54, A61F 2/17), содержащее основание с продольными пазами, в которые вставлены с возможностью продольного перемещения подпружиненные контактные элементы двух активаторов, соединенные кинематически с приводной системой, отличающееся тем, что механизм перемещения активаторов выполнен в виде тросовой передачи, содержащей первый гибкий трос, закрепленный с одной стороны в канавке малого передающего шкива двойного блока шкивов, шарнирно закрепленного на основании, а с другой - соединен с приводным звеном рычажного пальцевого механизма активной искусственной кисти, оснащенной электромеханическим или механическим приводным устройством, при этом первый гибкий трос размещен в гибкой упругой направляющей, закрепленной с одной стороны на корпусе кисти, а с другой на основании устройства позиционного очувствления, а также второй гибкий трос, закрепленный в канавке шкива большего диаметра и соединенный кинематически с распределительным шкивом, шарнирно установленным на основании, образуя две ветви тросовой передачи разнонаправленного поступательного движения и прикрепленный к концу возвратной пружины растяжения, второй конец которой неподвижно соединен с основанием, причем один активатор прикреплен к одной из ветвей передачи поступательного движения, а второй к ветви противоположного направления движения.
Недостатком данного устройства можно назвать отсутствие реализации дозированного управляемого надавливания на кожу человека, что говорит о неспособности передать ощущение упругости объекта через информационный канал.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности можно считать устройство (RU, патент на ПМ 192741, МПК A61F 2/68), которое содержит два электромеханических привода вращения, оснащенные датчиками углового отклонения, соединенных каждый непосредственно или через механическую передачу с винтами, расположенными параллельно друг другу и образующими вращательно-поступательные пары с индивидуальными гайками. Каждая упомянутая гайка оснащена выступом или отверстием, позволяющим образовать ось вращения с отдельным шатуном. Оба шатуна кинематически связаны вращательной парой с роликом и замыкаются на нем. Таким образом, совместная работа двух электромеханических приводов приводит к перемещению вышеупомянутого ролика по двум взаимно перпендикулярным осям. При этом тактильное восприятие пользователем происходит при непосредственном контакте кожи с материалом ролика.
Недостатком данной конструкции можно назвать необходимость синхронизации вращения электромеханических приводов, что предполагает использование специальных технических средств и алгоритмов, усложняющих систему и приводящих к снижению отказоустойчивости и надежности.
Задачей полезной модели является повышение быстродействия использования устройства тактильного воздействия при очувствлении малых перемещений функциональных элементов протеза.
Поставленная задача достигается тем, в двухканальном устройстве тактильного воздействия, содержащем два электромеханических привода вращения с датчиками углового отклонения, передачу винт-гайка и ролик, причем гайка имеет выступ, благодаря которому она образует ось вращения с роликом, первый электромеханический привод выполнен с возможностью приведения в движение винта через шатунный механизм таким образом, что совместное перемещение второго электромеханического привода, винта, гайки и ролика организовано перпендикулярно коже, а вращательно-поступательная пара винта с гайкой предназначена для перемещения ролика по поверхности кожи.
Сущность заявляемого устройства поясняется примером его реализации и чертежами, на которых схематично представлено устройство.
На фиг. 1 показана кинематическая схема двухканального устройства тактильного воздействия.
На фиг. 2 показана одна из возможных технических реализаций двухканального устройства тактильного воздействия.
Двухканальное устройство тактильного воздействия, содержит два электромеханических привода вращения 1 и 2, оснащенные датчиками углового отклонения 3 и 4, соответственно, при этом электромеханический привод вращения 1 посредством шатунного механизма 5 перемещает электромеханический привод вращения 2. Перемещаемый электромеханический привод вращения 2 соединен кинематически с винтом 6, образующим вращательно-поступательную пару с гайкой 7. Гайка 7 оснащена выступом 8, позволяющим образовать ось вращения с роликом 9. Таким образом, совместная работа двух электромеханических приводов 1 и 2 приводит к перемещению ролика 9 по двум перпендикулярным осям.
Устройство работает следующим образом.
Двухканальное устройство тактильного воздействия закрепляется на коже человека. Дозированное на основе показаний датчика углового отклонения 3 вращение вала электромеханического привода 1 приводит в движение винт 6 через шатунный механизм 5. Винт 6 образует с гайкой 7 поступательную передачу. Ролик 9 имеет общую ось вращения с гайкой 7 благодаря выступу 8. Благодаря шатунному механизму 5 совместное перемещение электромеханического привода 2, винта 6, гайки 7 и ролика 9 организовано перпендикулярно коже. Ролик 9, при этом, осуществляет передачу тактильной информации на кожу путем касания и надавливания на нее. Вал электромеханического привода вращения 2 соединен непосредственно с винтом 6. Дозированное благодаря информации с датчика 4 вращение винта 6 позволяет перемещать вдоль винта гайку 7 с закрепленным на ней через выступ 8 роликом 9. Таким образом, ролик может управляемо перемещаться по поверхности кожи, передавая тактильную информацию о геометрии объекта, удерживаемого, например, протезом.
Восприятие формы предмета, его рельефа осуществляется путем осязания, в котором принимает участие кожный и двигательный анализаторы. На основании этих особенностей осязания в качестве параметров обратной связи пользователю необходимо передавать одновременно две величины - усилие и величину раскрытия функциональных элементов протеза. Для достижения интуитивной тактильной обратной связи необходимо удовлетворять условию соответствия модальности (раздражителя). Для соответствия модальностей сила сжатия протеза передается путем надавливания ролика на кожу в предлагаемом устройстве, а расстояние между функциональными элементами протеза путем перемещения точки надавливания по коже.
Отличительными признаками заявляемого устройства являются
снабжение механизма передачи движения от электродвигателя к ролику рычажным (шатунным) механизмом, кинематически связанным с электродвигателем вращения.
Снабжение механизма передачи движения от электродвигателя к ролику передачей винт-гайка позволяет увеличить зону восприятия пользователем углового или линейного перемещения функциональных элементов протеза, что повышает эффективность использования устройства тактильного воздействия при очувствлении малых перемещений функциональных элементов протеза. Также снабжение механизма передачи движения от электродвигателя к ролику передачей винт-гайка позволяет реализовать самоторможение движения ролика для повышения быстродействия и для снижения энергозатрат при передаче информации об усилии взаимодействия с объектом в статике (например, при удержании инструмента протезом).
Снабжение двухканального устройства тактильного воздействия роликом позволяет улучшить восприятие усилия при одновременном движении функциональных элементов протеза, снизив трение о кожу пользователя. Таким образом, достигается возможность очувствления упругих объектов, изменяющих свою форму при внешнем силовом воздействии.