Приспособление к протезу кисти человека

Полезная модель относится к медицине, а именно к протезированию, и может быть использована в протезах верхних конечностей с тяговым и/или активным управлением.
Известно устройство протеза кисти (Патент на ИЗ №2325876, RU, МПК A61F 2/54. Опубл. 10.06.2008), содержащее подпружиненный четырехзвенный механизм и приводной барабан, кинематически связанный с четырехзвенным механизмом посредством приводного рычага, и приводимый в движение тягой управления. Приводной барабан выполнен в виде тела вращения, образующая которого в сечении, перпендикулярном оси барабана, представляет собой кривую в форме отрезка спирали. При этом техническим результатом изобретения является уменьшение усилия раскрытия кисти, прилагаемого к тяге управления, при обеспечении заданной величины усилия охвата.
Недостатком известного устройства является отсутствие жёсткости кистевого схвата при смыкании кисти, что приводит к изменению усилия схвата при движении кисти и учёте инерции звеньев.
Известно устройство протеза кисти (Патент на ИЗ 2427348 RU, МПК A61F 2/54. Опубл. 27.08.2011) с основанием, на котором с возможностью движения посредством привода вокруг, по меньшей мере, одной оси поворота относительно основания шарнирно установлен пальцевый протез. В основании расположен первый привод, который через устройство для передачи усилий связан с пальцевым протезом и обеспечивает поворот вокруг первой оси поворота. В пальцевом протезе расположен второй привод, который обеспечивает поворот, по меньшей мере, части пальцевого протеза вокруг второй оси поворота относительно первой оси поворота. Второй привод через передачу, в частности с непересекающимися осями, связан с ведомым элементом, который выполнен в виде червяка, который находится в зацеплении с сегментом зубчатого колеса и образует винтовую зубчатую передачу.
Недостатком этого устройства можно назвать отсутствие податливости к внешним механическим воздействиям, что может привести к механическим повреждениям протеза и потере им функциональности.
Известно устройство (Патент на ИЗ №2341233 RU, МПК A61F 2/56. Опубл.20.12.2008) с тяговым управлением, которое содержит облицовку, каркас, установленные в нем на осях первый палец и блок пальцев, шарнирно связанные между собой посредством двух промежуточных рычагов, один из которых двухплечий, пружину, шкив, соединенную с ним тягу, кулачок и ролик. Кулачок установлен на одной оси с подпружиненным шкивом и жестко связан с ним. Ролик расположен на свободном конце двухплечего рычага и поджимается к поверхности кулачка посредством дополнительной пружины, одновременно поворачивающей пальцы кисти в раскрытое положение. Кулачок профилирован таким образом, что сила трения покоя ролика равна или больше силы его скатывания по кулачку. При освобождении подпружиненного шкива и жестко связанного с ним кулачка последний через ролик и рычаги фиксирует пальцы в любом, в том числе промежуточном положении.
К недостаткам данного устройства так же можно отнести отсутствие податливости к внешним механическим воздействиям.
Известны устройства (Патент  2528322 US,  SYVERUD ANNAR F, PETERSON BERTIL МПК A61F 2/58.  Дата публикации 31.10.1950)  с тяговым управлением, содержащее корпус, кинематически связанные пальцы с возвратным механизмом, реализованным пружинами разной длины для каждого пальца и общей пружиной, приводящей к схвату. Тросовая тяга при этом позволяет устройству быть податливым к внешним механическим воздействиям.
Недостатком данного устройства можно назвать отсутствие жёсткости при захвате объекта.
Известно устройство (Патент US 4225983, Заявитель: Radocy Robert Dick, Ronald E. МПК A61F 2/58 Дата публикации а 07.10.1980) с тяговым управлением, содержащее шарнирно соединённые крюкообразные элементы схвата, один из которых неподвижен и закреплён на фланце культи, а другой может совершать качающие движения. К подвижному элементу схвата подведена тяга и возвратная пружина. Подвижный элемент схвата снабжён перфорацией для штыря, приводимого вручную в состояние фиксации протеза. Недостатком данного устройства можно назвать ограниченность положений, зависящее от кучности перфорации, а также необходимость совершения дополнительных действий при фиксации схвата.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности можно считать устройство (US 3007176, Заявитель OTTO HAFNER МПК A61F 2/58 Дата публикации 07.11.1961), состоящее из корпуса, механических передач и приводной системы на пневматических мускулах, реализованных в эластичных герметичных ёмкостях, к которым подключены пневматические линии от источника сжатого газа. Возврат в исходное положение для каждого мускула реализован пружинами. Данная полезная модель обеспечивает податливость к внешним механическим воздействиям, а также относительную жёсткость при схвате объекта.
Однако пневматические мускулы не могут обеспечить самоторможения, что необходимо при удерживании объектов длительное время без дополнительных энергетических затрат. Данное устройство также требует наличие источника рабочего тела (газа), от параметров выхода которого (давление и расход) будет зависеть уровень податливости элементов конструкции, что снижает эффективность использования данного устройства по сравнению с предлагаемым.
Заявляемое приспособление к протезу кисти человека направлено на повышение податливости к внешним механическим воздействиям с сохранением жёсткости при выполнении функции схвата объектов.
Указанный результат достигается тем, что приспособление к протезу кисти человека содержит привод вращения с самотормозящим винтовым передаточным механизмом. При этом вращательное движение привода преобразуется в поступательное движение гайки самотормозящего винтового механизма.
Указанный результат достигается тем, что механизм передачи движения от гайки самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев кисти содержит полую втулку с работающим на сжатие упругим элементом - пружиной.
Указанный результат достигается тем, что механизм раскрытия пальцев протеза представляет собой кривошипно-коромысловое соединение с  наличием шатуна.
Указанный результат достигается также тем, что привод вращения выполнен в виде электродвигателя, подключаемого к источнику питания.
Отличительными признаками заявляемого приспособления являются:
- снабжение механизма передачи движения от гайки самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев кисти элементом, выполненным в виде полой втулки с работающей на сжатие пружиной известной длины.
- помимо упругого элемента полая втулка содержит шток, один конец которого касается упругого элемента и имеет упор, а второй конец шарнирно закреплён на кривошипе механизме раскрытия пальцев протеза.
- привод вращения выполнен в виде электродвигателя, подключаемого к источнику питания.
- полая втулка механизма передачи движения кинематически связана с гайкой самотормозящего винтового механизма посредством шарнира.
Снабжение механизма передачи движения от гайки самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев кисти элементом, выполненным в виде полой втулки с работающей на сжатие пружиной известной длины, позволяет повысить податливость пальцев протеза к внешним механическим воздействиям и сохранить жёсткость при выполнении функционального действия. Действительно, выполняя функциональное действие, а именно, смыкание пальцев протеза на объекте, связь между выходом самотормозящей передачи и механизмом раскрытия пальцев остаётся жёсткой благодаря упору на штоке, расположенному во втулке. В то же время при отсутствии объекта в рабочей зоне схвата протеза внешнее усилие, приложенное к пальцам протеза в направлении смыкания, приведёт к сжатию пружины в полой трубке, тем самым предотвратив повреждение самотормозящего винтового механизма и механизма раскрытия пальцев протеза. При этом решается задача сохранения жёсткости при выполнении функционального действия, а также задача податливости протеза к внешним механическим воздействиям. Это приводит к повышению надёжности использования устройства, а также увеличивает срок его эксплуатации. Соединение всех элементов кинематической связью позволяет одновременно и за счет всего одного привода (электродвигателя) обеспечить движение пальцев протеза для выполнения функционального действия.
В частных случаях реализации, в зависимости от задач, решаемых протезом, пальцы могут быть выполнены в виде крюков, зацепов или плоских губок схвата.
Сущность заявляемого приспособления поясняется примером его реализации и чертежами, на которых схематично представлено устройство. На фиг. 1 показано приспособление к протезу кисти  человека в исходном состоянии. На фиг. 2 показан мехатронный блок. На фиг. 3 показана взрыв-схема протеза  кисти с составляющими его элементами. На фиг.4 показана реализация механизма передачи движения от гайки самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев протеза кисти человека.
Приспособление к протезу кисти человека (Фиг.1, Фиг.2) содержит привод вращения 1 с самотормозящим винтовым передаточным механизмом 2 и полой втулкой 3, содержащей работающий на сжатие упругий элемент 4. Помимо упругого элемента 4 полая втулка 3 содержит шток 5, один конец которого касается упругого элемента 4 и имеет упор, а второй конец шарнирно закреплён к кривошипу 6 на механизме раскрытия пальцев протеза  кисти 7. При этом механизм раскрытия пальцев протеза кисти 7 представляет собой известное кривошипно-коромысловое соединение с  наличием шатуна 8. Все элементы закреплены в корпус 9.
Передача движения (Фиг.2, Фиг.3) от привода вращения 1 идёт через зубчатую передачу 10 до винта в винтовой самотормозящей передаче 2. Винт 2 в свою очередь вращается на подшипниках 11, расположенных в подшипниковых узлах, сформированных корпусом подшипникового узла 12, являющегося направляющей гайки 14, и прижимной пластиной 13. Вращательное движение винта 2 передаётся в поступательное движение гайки 14, которая движется по салазкам 15, образующим с ней антифрикционную пару. Датчики 16, закреплённые на корпусе гайки, дают информацию о концевых положениях хода гайки 14. К гайке 14 шарнирно присоединён механизм передачи движения в виде  полой втулки 3 с пружиной 4. Стопорный элемент 17 является упором для штока 5, который, в свою очередь, соединён шарнирно с известным механизмом раскрытия пальцев протеза  кисти 7. Крепёжные элементы 18 интегрируют конструкцию мехатронного блока в корпус кисти 9.
Механизм передачи движения от гайки самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев кисти (Фиг.4) состоит из втулки 3, содержащей пружину 4, штока 5, один конец которого снабжён упором, упирающимся в стопорный элемент 17, и имеющим направляющий штырь 21 для пружины 4. Второй конец штока 5 соединён с ответной частью механизма 20, шарнирно соединяемого с механизмом раскрытия пальцев протеза  кисти 7. Механизм передачи движения от гайки  2 самотормозящего винтового механизма до механизма раскрытия пальцев кисти 7 также содержит направляющие 19 для обеспечения жёсткости при передаче движения.
Приспособление к протезу кисти человека работает следующим образом.
При  раскрытии пальцев протеза кисти 7 кисти смодулированный  по ширине импульса сигнал управления, приходящий на исполнительный элемент 1 мехатронного блока, попадает на катушку возбуждения, что приводит к появлению магнитного поля, приводящего во вращательное движение ротор двигателя 1. Через зубчатую передачу 10 вращательное движение передаётся  винт 2 в самотормозящем винтовом передаточном механизме, который, вращаясь, позволяет направляющей гайке 14 двигаться в поступательном направлении по салазкам 15. В зависимости от положения направляющей гайки 14 относительно длины винта 2  самотормозящего винтового передаточного механизма  система управления определяет наличие крайнего положения по датчикам 16. Поступательное движение  направляющей гайки 14 является причиной смыкания и размыкания пальцев протеза кисти 7  через полую втулку 3 с пружиной 4. Помещённый в захват  пальцев протеза кисти 7 объект фиксируется усилием натяга передачи винт-гайка скольжения (передача винт-гайка скольжения образована винтом 2, гайкой 14 и направляющими15, установленными в держатели 12). При отсутствии объекта в зоне захвата пальцев протеза кисти 7 механическое воздействие на механизм раскрытия протеза в направлении смыкания (удар, прижатие) приводит к сжатию пружины 4 в полой втулке 3, что позволяет разорвать связь штока 5 со стопорным элементом 17 и осуществить движение штока 5 вдоль полой втулки 3 эффектом демпфирования, предотвращая механическое разрушение элементов   кисти протеза 7.