МОДУЛЬ ИСКУССТВЕННОЙ КИСТИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области медицинской техники, в частности к модулю искусственной кисти, применяемому для протеза, а также как исполнительный орган промышленного/бытового манипулятора или робота.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен кистевой протез с основанием (RU 2416379 С2, опубл. 20.04.2011), на котором, по меньшей мере, один пальцевый протез шарнирно установлен с возможностью движения вокруг, по меньшей мере, одной оси поворота посредством привода, соединенного с ним через устройство для передачи усилий. При этом устройство для передачи усилий выполнено между приводом и пальцевым протезом, жестким на растяжение и податливым при нажиме, и содержит тросовый или волокнистый компонент или прядь, а также опорные втулки для размещения осей, приданных основанию кисти и пальцевому протезу. Причем оси поворота опорных втулок перпендикулярны относительно друг друга.
Недостатком известного кистевого протеза является передача усилий от привода при помощи тросового и эластомерного компонентов с втулками, что приводит к неравномерному износу втулок и появлению люфтов.
Кроме того, из уровня техники известен кистевой протез с основанием (RU 2427348 С2, опубл. 27.08.2011, прототип), 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, при этом 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 выше раскрытого кистевого протеза является передача усилий от привода при помощи тросового и эластомерного компонентов с втулками, что приводит к неравномерному износу втулок и появлению люфтов.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной является разработка модуля искусственной кисти (кистевого протеза), обеспечивающий максимальная анатомическая схожесть с биологической кистью.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение максимальная анатомическая схожесть бионический кисти с биологической кистью и повышение надежности работы модуля искусственной кисти.
Указанный технический результат достигается за счет того, что модуль искусственной кисти содержит корпус, в котором расположены мотор-редуктор, связанный с ним двухступенчатый планетарный редуктор и контроллер кисти, выполненный с возможностью получения управляющих сигналов с электромиографического датчика по беспроводной связи и передачи их мотору редуктору, направляющие большого, указательного и среднего пальцев с напальчниками и П-образное основание, жестко закрепленное на боковой поверхности корпуса. При этом на основании закреплены нижние и верхние шарнирные соединения, на верхнем шарнирном соединении закреплены направляющие среднего и указательного пальцев, выполненные с возможностью движения вокруг оси поворота верхнего шарнирного соединения при помощи двухступенчатого планетарного редуктора, а на нижнем шарнирном соединении закреплена направляющая большого пальца, выполненная с возможностью движения вокруг оси поворота нижнего шарнирного соединения при помощи стяжки со стопором, один конец которой закреплен между направляющими указательного и среднего пальцев, а другим концом - с направляющей большого пальца.
Направляющие среднего и указательного пальцев согнуты под углом 30°-50°.
Направляющая большого пальца согнуты под углом 30°-40°.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - вид справа модуля искусственной кисти
Фиг. 2 - вид слева модуля искусственной кисти
1 - корпус; 2 - направляющая среднего пальца; 3 - направляющая указательного пальца; 4 - направляющая большого пальца; 5 - верхнее шарнирное соединение; 6 -нижнее шарнирное соединение; 7 - стяжка; 8 - стопор; 9 - напальчник; 10 - контроллер кисти; 11 - П-образное основание; 12 - верхняя резьбовая шпилька.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Модуль искусственной кисти содержит корпус (1), в котором расположены мотор-редуктор, связанный с ним дополнительный двухступенчатый планетарный редуктор и контроллер кисти (10), выполненный с возможностью получения управляющих сигналов с электромиографического датчика по беспроводной связи и передачи их мотору редуктору, согнутые под углом направляющие большого (4), указательного (3) и среднего (2) пальцев с напальчниками (9) и П-образное основание (11), жестко закрепленное на боковой поверхности корпуса (1) при помощи болтов и гаек. При этом на боковых поверхностях П-образного основании закреплены нижние (6) и верхние (5) шарнирные соединения, на верхнем (5) шарнирном соединении закреплены направляющие среднего (2) и указательного (3) пальцев, выполненные с возможностью движения вокруг оси поворота верхнего (5) шарнирного соединения при помощи двухступенчатого планетарного редуктора, а на нижнем (6) шарнирном соединении закреплена направляющая большого (4) пальца, выполненная с возможностью движения вокруг оси поворота нижнего (6) шарнирного соединения при помощи стяжки (7) со стопором (8), один конец которой закреплен между направляющими указательного (3) и среднего (2) пальцев, а другим концом - с направляющей большого (4) пальца.
Направляющие среднего (2) и указательного (3) пальцев согнуты под углом 30-50°.
Направляющая большого (4) пальца согнута под углом 30°-40°.
Модуль искусственной кисти работает следующим образом.
На культю надевается культеприемная гильза и корпус (1) -модуля искусственной кисти. Внутри корпуса (1) располагаются два электромиографических датчика. Человек имитирует заранее известные ему действия (сжатие, разжатие, движение кисти вверх, вниз, вправо или влево). При этом на культе напрягаются определенные группы мышц, вследствие чего между любыми двумя точками на коже возникает разность потенциалов, фиксируемая электромиографическими датчиками. Обработанный (оцифрованный) сигнал с электромиографического датчика передается на микроконтроллер модуля искусственной кисти с помощью блока беспроводной передачи выполненного в виде модуля Bluetooth с поддержкой технологии 4.0 и выше. Полученный сигнал обрабатывается программой микроконтроллера, и при соответствии всех параметров (не нажаты концевые выключатели, температура электродвигателя ниже критической и т.д.) подается напряжение на контакты контроллера (10) модуля искусственной кисти, к которым подключены контакты питания мотора-редуктора, приводящего в движение всю конструкцию. Мотор-редуктор - представляет собой электрический двигатель с двухступенчатым планетарным редуктором, посредством которого вращательный момент двигателя передается на первичный вал мотора-редуктора. Затем момент передается на вторичный вал дополнительного двухступенчатого редуктора посредством конической косозубой передачи со спиральным зубом, состоящей из двух шестерен, одна из которых закреплена на выходном валу мотора-редуктора, а другая на вторичном валу дополнительного двухступенчатого редуктора. С другого конца вторичного вала закреплено малое зубчатое колесо с прямозубой или косозубой эвольвентной цилиндрической зубчатой передачей, вращающее большое зубчатое колесо, которое связано с направляющими указательного (3) и среднего (2) пальцев. На верхней резьбовой шарнирной шпильке (12), закрепленной между направляющими указательного (3) и среднего (2) пальцев, закреплен один конец стяжки (7) со стопором (8), а на нижней резьбовой шарнирной шпильке, закрепленной на направляющей большого (4) пальца, закреплен другой конец стяжки (7). За счет вращения большого зубчатого колеса осуществляется вращение направляющих указательного (3) и среднего (2) пальцев и связанной с ними при помощи стяжки (7) направляющей большого (4) пальца. В результате чего, обеспечивается раскрытие кисти бионической руки, угол раскрытия ограничивает стопор (8) стяжки (7), Раскрытие кисти бионической руки происходит за счет движения вокруг оси поворота верхнего (5) шарнирного соединения направляющих среднего (2) и указательного (3) пальцев, закрепленных на верхнем (5) шарнирном соединении и за счет движения вокруг оси поворота нижнего (6) шарнирного соединения направляющей большого (4) пальца, закрепленной на нижнем (6) шарнирном соединении, расположенном на 44 мм ниже верхнего (5) шарнирного соединении. Вращение большого зубчатого колеса обеспечивает сжатие кисти бионической руки, в результате чего осуществляется захват в щепоть при помощи направляющих большого (4), указательного (3) и среднего (2) пальцев. На модуль искусственной кисти надета формообразующая оболочка, поверх которой надета косметическая оболочка. Питание контроллера руки и мотора-редуктора модуля искусственной кисти осуществляется при помощи аккумуляторной батареи либо снаружи корпуса под косметической оболочкой, либо в корпусе за мотором-редуктором в специальном отсеке.
Места крепления стяжки (7) выбраны так, чтобы угол между крайними положениями при раскрытии направляющих указательного (3) и среднего (2) пальцев указательного и среднего пальцев составлял 40°-50° (расстояние между осями верхней резьбовой шарнирной шпильки и верхнего шарнирного соединения составляет 12-15 мм), а при раскрытии направляющей большого (4) пальца - 40°-60° (расстояние между осями нижней резьбовой шарнирной шпильки и нижнего шарнирного соединения составляет 12-15 мм). Максимальное раскрытие кисти составляет 90-110 мм.
Для изготовления конструктивных элементов модуля (корпус, направляющие, П-образное основание и др.) применяют сталь, дюралюминий, титан, полиамид. Мизинец и безымянный пальцы дополняются формообразующей и косметической оболочками.
Использование в заявленном модуле искусственной кисти, согнутых под углом направляющих большого, указательного и среднего пальцев с напальчниками и использованием стяжки обеспечивается необходимая кинематика кисти для выполнения захвата в щепоть и максимальный угол раскрытия кисти, что обеспечивает максимальную анатомическую схожесть бионический кисти с биологической, а также повышается надежность работы за счет возможности захвата как крупных, так и маленьких предметов.
Применение в заявленном модуле искусственной кисти корпуса, в котором расположены мотор-редуктор, связанный с ним дополнительный двухступенчатый планетарный редуктор и контроллер кисти позволяет обеспечить смыкание кисти с необходимой скоростью и усилием, обеспечивает максимальную анатомическую схожесть бионический кисти с биологической, а также повышается надежность работы, за счет применение более простых и надежных в работе конструкций привода. Усилие смыкания кисти составляет не менее 120 Н, время смыкания - не более 1 сек.
Применение П-образного основания, жестко закрепленное на боковой поверхности корпуса, позволяет поместить модуль искусственной кисти с приводом внутри формообразующий оболочки, максимально сохраняя при этом оптимальный внешний вид, что обеспечивает максимальную анатомическую схожесть бионический кисти с биологической.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой изобретения.