АССИСТИРУЮЩИЙ РОБОТ-ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ КИСТИ
ASSISTING SIMULATOR ROBOT FOR THE DAMAGED HAND

Изобретение относится к медицинской восстанавливающей технике, и именно, к ассистирующему роботу-тренажеру с интеллектуальной системой управления (далее – тренажер), предназначенному для восстановления нормальной моторики кистей рук, т.е. для реабилитации пациентов с двигательной дисфункцией верхних конечностей и нарушениями моторики кистей рук, в том числе обусловленными поражением центральной нервной системы, с возможностью мультиплицирования числа лечебных мест при одном модуле управления и общей силовой установке.
Из уровня техники известны различные варианты подобных устройств, имеющих подобное назначение.
Например, известен документ RU 175852 U1, опубликованный 21.12.2017, раскрывающий экзоскелетное устройство для реабилитации рук, включающее два идентичных рычажных механизма, расположенных зеркально, каждый из которых через последовательно соединенные шарниры связан через траверсу со стойкой, при этом оси первого и второго шарниров выполнены с возможностью ориентации на центр сустава плеча, третий шарнир соединен со вторым и, кроме того, с первым выходным звеном рычажного механизма, четвертый шарнир соединен с первым, первое выходное звено рычажного механизма выполнено с возможностью соединения с плечом через поддерживающий элемент и со вторым выходным звеном через шарнир, положение оси которого выполнено с возможностью соосного расположения относительно оси локтевого сустава, все шарниры оснащены активными приводами, отличающееся тем, что активные приводы установлены соосно осям шарниров, ось третьего шарнира соосна оси первого выходного звена, а оси первого и второго шарнира расположены в диапазоне углов 85-95°.
Также из уровня техники (US 2013012362 A1, опубликованный 10.01.2013) известно устройство для реабилитации кисти, которое включает в себя основание, имеющее опору для руки. Первый привод крепится к основанию и включает в себя первый выходной конец. Второй привод соединен с первым выходным концом первого привода и включает в себя второй выходной конец. К второму выходному концу подключается рука. Один из первых и вторых выходных концов вращается вокруг оси, другой из первого и второго выходных концов совершает возвратно-поступательное движение в определенном направлении, повторяя заданную траекторию.
Наиболее близким по своей конструкции является документ US 5466213 A, опубликованный 14.11.1995, который раскрывает интерактивного робота-терапевта, который взаимодействует с пациентом, чтобы сформировать двигательные навыки пациента, направляя конечность пациента через серию желаемых упражнений с помощью роботизированной руки. Конечность пациента приводится в полный диапазон движений для восстановления нескольких групп мышц. Приводная система, соединенная с роботизированной рукой, управляется контроллером, который обеспечивает команды для направления роботизированной руки через серию требуемых упражнений.
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная эффективность и функциональность тренажера.
Таким образом, задачей заявленного изобретения является устранение недостатков известного уровня техники.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретения, является обеспечение максимальной точности повторения движений реабилитируемой кистью движений кисти, которая не является поврежденной.
Совокупность признаков независимого пункта формулы является полной и достаточной для достижения указанного технического результата.
Ассистирующий робот-тренажер для кисти содержит силовую гидравлическую станцию, к которой через гибкие шланги и кабели подключены роботизированная перчатка, сенсорная перчатка и интеллектуальный блок управления. Весь комплекс может крепиться к подвижной стойке с возможностью регулировки по высоте относительно пола.
Сенсорная перчатка выполнена из гибкого материала, на частях, соответствующих косным частям кисти человека, которой размещены сенсорные элементы, фиксирующие движения соответствующих частей кисти. Блок управления содержит элементы получения импульсов от сенсоров сенсорной перчатки, элементы преобразования указанных импульсов в сигналы для приведения в действие силовой станции: гидронасосов. Роботизированная перчатка содержит полые жесткие части, повторяющие соответствующие костные части кисти человека, которые в местах проекции суставов кисти соединены шарнирами с обеспечением полноценных движений кисти руки человека, одетой в данную роботизированную перчатку. Полые жесткие части содержат элементы соединения с гидроканалами гидронасосов.
Сенсорная перчатка соединена с блоком управления при помощи проводов, а роботизированная перчатка соединена с блоком управления при помощи гидроканалов.
Тренажер включает в себя стойку, на которой крепятся все основные части или универсальный кранштейн, позволяющий крепить тренажёр на изголовье кровати, дивана, стула или кресла.
Каждая перчатка тренажер содержит элементы фиксации на кисти пользователя.
Роботизированная перчатка содержит детали (части), повторяющие соответствующие костные части кисти человека, которые в местах проекции суставов кисти соединены шарнирно с обеспечением полноценных движений кисти руки человека, одетой в данную роботизированную перчатку. Детали данной перчатки предпочтительно выполнены из металла.
Сенсорная перчатка выполнена из любого гибкого материала, например текстиль, любой эластичный синтетический нетканый материал, на частях, соответствующих косным частям кисти человека, которой размещены сенсорные элементы в качестве сенсорных элементов могут быть выполнены мио датчики, угловые датчики, датчики упругости или иные подходящие датчики, фиксирующие движения соответствующих частей кисти, передавая импульсы на блок управления, который, получая данные импульсы, дает соответствующие сигналы на гидронасосы, которые толкают по гидроканалам жидкость.
При этом датчиками упругости являются датчики сгибания.
Блок управления представляет собой компьютерный блок, который любым известным образом получаемые импульсы переводит в сигналы для приведения в действие соответствующих гидронасосов, которые могут быть выполнены в виде сервоприводов.
Роботизированная и сенсорная перчатки закреплены на стойке при помощи рычагов и шарниров. Части роботизированной перчатки соединены с блоком управления и силовой станцией с гидронасосами при помощи гидроканалов.
Сенсорная перчатка соединена с блоком управления при помощи электрических проводов.
Заявленное изобретение обеспечивает предоставление лицам, нуждающимся в восстановительных процедурах для кистей рук, компактного, портабельного, высоко точного тренажёра, полностью и точно воспроизводящего и транслирующего моторику здоровой кисти на повреждённую для выработки в мозгу модели нормальной работы и восстановления работоспособности тканей и суставов повреждённой кисти.
Трехмерная динамика движений сенсорной перчатки полностью без искажений передается на роботизированную перчатку, обеспечивая полное повторение трехмерной динамики движений за счет гидравлических связей (жидкость не подвержена сжатию).
В тренажере возможность прямой передачи усилия со здоровой руки на восстанавливаемую руку сочетается с наличием непрерывной обратной связи от всех суставов и с каждой фаланги восстанавливаемой кисти для исключения избыточных усилий или углов движения, и, таким образом, для избегания возможного травмирования.
В тренажере предусмотрена возможность контроля блоком управления всех параметров движения восстанавливаемой кисти в строгом соответствии с установками врача по углам и амплитудам сгибаний-разгибаний, по направлениям и углам поворотов, по усилиям, по интенсивности движений и автоматического регулирования этих параметров.
Заявленное изобретение позволяет обеспечить точную физиологичность движений кисти руки человека, с учетом движения всех суставов кисти в 3D-плоскости. Это приводит к воспроизведению нормальных паттернов движения кистей, восстановления и закрепления паттернов движений кистей пациента, которые будут ему необходимы при самостоятельном использовании рук.
Гидравлика, применяемая в устройстве, позволяет одинаково эффективно управлять тренажёром и достигать точной моторики на обеих кистях.
Блок управления и силовая станция передают импульс от сенсорной перчатки на здоровой кисти с незначительной регулируемой микро-паузой, позволяющей пользователю визуально наблюдать, анализировать свои действия и эффект от них, и, таким образом, активировать определённые области головного мозга в режиме прямой и обратной связи.
Работает устройство следующим образом:
Пользователь, имеющий одну поврежденную руку и одну неповрежденную, надевает роботизированную перчатку на поврежденную кисть, фиксируя ее на месте таким образом, чтобы части перчатки полностью повторяли контуры кисти (для этого в каждой перчатке предусмотрены элементы фиксации, а также необходимо использовать роботизированную перчатку соответствующего размера, поскольку кисти рук ребенка, женщины и мужчины отличаются по размерам), а на здоровую руку – сенсорную перчатку, фиксируя ее элементом фиксации. Далее, выполняя движение частями кисти (пальцами) здоровой руки, пользователь при помощи сенсоров передает импульс на блок управления, который, в свою очередь, передает сигнал на соответствующие гидронасосы для приведение соответствующих частей роботизированной перчатки поврежденной кисти, приводя в движение соответствующие фаланги и суставы поврежденной кисти, воспроизводя повторные движения здоровой руки. Таким образом осуществляется восстановление моторики поврежденной руки за счет выполнения именно правильных движений с необходимым усилием.
Заявленным устройством можно пользоваться также и при повреждении обеих кистей, надевая роботизированную перчатку на одну из поврежденных кистей одного пользователя, а сенсорную перчатку - на здоровую кисть другого пользователя для возможности передачи движений на поврежденную кисть.
Таким образом, за счет полного повторения роботизированной перчаткой моторики кисти руки пользователя и передачи импульсов по гидравлическим каналам, обеспечивающим передачу от одной перчатки на другую любого движения любой из ее частей, обеспечивается максимально точное повторение движений реабилитируемой кистью движений кисти, которая не является поврежденной.
Заявленное изобретение является новым и имеет изобретательский уровень по сравнению с известным уровнем техники.
Заявленное изобретение отвечает условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку оно может использоваться в промышленности.
Хотя настоящее изобретение было раскрыто со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, это не предназначено для ограничения настоящего изобретения, специалисты с общими знаниями в данной области техники настоящего изобретения могут модифицировать и осуществить его, не отступая от идеи и объема изобретения, следовательно, объем охраны настоящего изобретения должен регулироваться объемом, заданным в его формуле.