RU2754125C1 - Controlled hand prosthesis - Google Patents
Controlled hand prosthesis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754125C1 RU2754125C1 RU2020119895A RU2020119895A RU2754125C1 RU 2754125 C1 RU2754125 C1 RU 2754125C1 RU 2020119895 A RU2020119895 A RU 2020119895A RU 2020119895 A RU2020119895 A RU 2020119895A RU 2754125 C1 RU2754125 C1 RU 2754125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hand
- prosthesis
- insole
- fingers
- sensors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
- A61F2/54—Artificial arms or hands or parts thereof
- A61F2/58—Elbows; Wrists ; Other joints; Hands
- A61F2/583—Hands; Wrist joints
- A61F2/585—Wrist joints
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
- A61F2/54—Artificial arms or hands or parts thereof
- A61F2/58—Elbows; Wrists ; Other joints; Hands
- A61F2/583—Hands; Wrist joints
- A61F2/586—Fingers
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины и протезирования конечностей человека, моделирования отдельных частей человеческого тела. В случае реализации предлагаемого технического решения представляется возможным изготовление протеза руки человека с независимой подвижностью пальцев и ориентацией кисти за счет поворота запястья по двум осям.The invention relates to the field of medicine and prosthetics of human limbs, modeling of individual parts of the human body. If the proposed technical solution is implemented, it is possible to manufacture a human hand prosthesis with independent mobility of the fingers and orientation of the hand due to the rotation of the wrist along two axes.
Известны устройства протезов с управлением от биопотенциалов мышц (патенты №396112; №396113; №2427348). Суть биомеханических протезов состоит в том, что после ампутации культя руки сохраняет остатки имевшихся ранее хватательных мышц. При их сокращении поступает электрический импульс, воспринимаемый расположенными на коже электродами. Электронная усилительная система в электродах позволяет включать/выключать электродвигатель, осуществляющий перемещение пальцев и поворот запястья. По команде от системы управления кисть может выполнять один из нескольких запрограммированных типов захватов. Протезы позволяют осуществлять вращательные движения в кисти, захватывать и удерживать предметы.Known prosthetic devices with control from the biopotentials of muscles (patents No. 396112; No. 396113; No. 2427348). The essence of biomechanical prostheses is that after amputation, the stump of the hand retains the remnants of the previously existing grasping muscles. When they contract, an electrical impulse is received, which is perceived by electrodes located on the skin. An electronic amplification system in the electrodes allows you to turn on / off the electric motor that moves the fingers and rotates the wrist. On command from the control system, the brush can perform one of several pre-programmed gripping types. Dentures allow for rotational movements in the hand, gripping and holding objects.
К недостаткам вышеуказанных устройств, следует отнести то, что они имеют ограниченное число возможных передающих сигналов (обычно не более четырех), что не позволяет обеспечить необходимую подвижность предплечья, поэтому реализуется ограниченное число видов захвата и поворота запястья только по одной оси. Кроме того, большие погрешности при регистрации биопотенциалов мышц затрудняют выполнение мелких и точных движений, а в случае необходимости подготовки кожи для размещения сетки электродов увеличивается время установки и подключения протеза.The disadvantages of the above devices include the fact that they have a limited number of possible transmitting signals (usually no more than four), which does not allow providing the necessary mobility of the forearm, therefore, a limited number of types of gripping and rotating the wrist along one axis is realized. In addition, large errors in the registration of muscle biopotentials make it difficult to perform small and precise movements, and if it is necessary to prepare the skin for placing the grid of electrodes, the time for installing and connecting the prosthesis increases.
Наиболее близким к заявленному протезу по принципу управления является протез руки, управляемый движением ключицы (патент РФ №2068246, «Многофункциональный активный протез руки», 2013 г..) В материалах этого патента описывается протез, который крепится на специальный наплечник, внутри которого размещены датчики перемещения ключицы в трех плоскостях, сигналы с которых используются для управления локтевым суставом и поворота запястья по двум осям. Управление захватом кисти осуществляется от биопотенциалов оставшихся мышц плеча. Кисть имеет одну степень свободы. Недостатками указанного выше протеза руки являются отсутствие управления отдельными пальцами и невозможность одновременной ориентации кисти и движение плеча, что затрудняет позиционирование протеза в пространстве.The closest to the claimed prosthesis on the principle of control is a hand prosthesis controlled by the movement of the clavicle (RF patent No. 2068246, "Multifunctional active hand prosthesis", 2013). The materials of this patent describe a prosthesis that is attached to a special shoulder pad, inside which sensors are placed movement of the clavicle in three planes, signals from which are used to control the elbow joint and rotate the wrist along two axes. Hand grip is controlled from the biopotentials of the remaining shoulder muscles. The brush has one degree of freedom. The disadvantages of the above hand prosthesis are the lack of control of individual fingers and the impossibility of simultaneous orientation of the hand and movement of the shoulder, which makes it difficult to position the prosthesis in space.
Сущность же заявленного изобретения заключается в том, что протез кисти руки, выполненный с возможностью, крепления на культю предплечья посредством обхвата, содержит подвижные пальцы и оснащен дистанционным механизмом управления движениями пальцев и поворота кисти. Пальцы протеза кисти выполнены в виде подпружиненных звеньев (имитации фаланг пальцев) с механическими тягами, соединенными с расположенными в запястье дистанционно управляемыми сервоприводами тяг и механизмом поворота кисти. Дистанционное управление включает в себя восемь сенсорных датчиков управляющих сигналов, микроконтроллеры, приемопередатчики (трансиверы) и источники электропитания, причем датчики расположены в двухслойной стельке обуви, четыре датчика из которых являются управляющими разгибанием пальцев протеза кисти и встроены в верхнем слое стельки в зоне движения пальцев ноги, а четыре других датчика управления поворотом кисти в запястье размещены по бокам нижнего слоя стельки, в зоне пятки стопы и в зоне подушечки стопы, также в стельке в зоне свода стопы размещены микроконтроллер, приемопередатчик и питающая их батарейка, кроме того, в протезе кисти руки расположены электрический аккумулятор, приемопередатчик и микроконтроллер, который связан с сервоприводом тяг и механизмом поворота кисти посредством многоканального проводного кабеля культе.The essence of the claimed invention lies in the fact that the hand prosthesis, configured to be attached to the stump of the forearm by means of a grip, contains movable fingers and is equipped with a remote mechanism for controlling finger movements and turning the hand. The fingers of the hand prosthesis are made in the form of spring-loaded links (imitation of the phalanges of the fingers) with mechanical rods connected to remotely controlled servo drives of the rods located in the wrist and a hand rotation mechanism. The remote control includes eight touch sensors for control signals, microcontrollers, transceivers (transceivers) and power supplies, and the sensors are located in a two-layer shoe insole, four of which control the extension of the fingers of the hand prosthesis and are built into the upper layer of the insole in the zone of movement of the toes , and four other sensors for controlling the rotation of the hand in the wrist are located on the sides of the lower layer of the insole, in the heel of the foot and in the area of the ball of the foot, also in the insole in the area of the arch of the foot there is a microcontroller, a transceiver and a battery that feeds them, in addition, in a hand prosthesis an electric battery, a transceiver and a microcontroller are located, which is connected to the servo drive of the rods and the hand rotation mechanism by means of a multichannel wire cable to the stump.
Устройство заявленного протеза представлено на следующих фигурах:The device of the claimed prosthesis is shown in the following figures:
фиг. 1 - Принципиальная схема управления протезом предплечья;fig. 1 - Schematic diagram of the control of the forearm prosthesis;
фиг. 2 - Стелька двухслойная и протез предплечья;fig. 2 - Two-layer insole and forearm prosthesis;
фиг. 3 - Схема управляющей стельки;fig. 3 - Scheme of the control insole;
фиг. 4 - Схема управляемого протеза предплечья;fig. 4 - Diagram of a controlled forearm prosthesis;
фиг. 5 - Общий вид опытной системы;fig. 5 - General view of the experimental system;
фиг. 6 - Управляющая стелька, опытный образецfig. 6 - Control insole, prototype
Устройство управляемого протеза кисти руки представляет собой протез кисти руки 1 (фиг. 1) с подвижными запястьем и пальцами, управляемыми от стельки 2, надет на культе предплечье руки с помощью обхвата 3. (фиг. 2.) Пальцы протеза кисти выполнены в виде подпружиненных звеньев-фаланг 4 и оснащены механическими тягами 5, которые соединены с расположенными в кисти, дистанционно управляемыми сервоприводами 6 тяг и расположенными в запястье сервоприводами поворота и наклона кисти. Дистанционное управление состоит из сенсорных датчиков 7 и 8 управляющих сигналов, микроконтроллера, приемопередатчика в стельке и плоской батарейки.The device of a controlled hand prosthesis is a hand prosthesis 1 (Fig. 1) with a movable wrist and fingers controlled from the
Датчики расположены в двухслойной стельке 2 обуви таким образом, что четыре датчика 7 из восьми, которые являются управляющими сгибанием пальцев протеза кисти, встроены в верхнем слое стельки 2 в зоне движения пальцев ноги, а четыре других датчика 8 управления поворотом кисти в запястье размещены по бокам нижнего слоя стельки 2 в зонах пятки и подушечки стопы, также в стельке 2 в зоне свода стопы 9 размещены микроконтроллер, приемопередатчик (трансивер) и питающая их плоская батарейка. Кроме того, в протезе кисти 1 расположены приемопередатчик (трансивер) 10, микроконтроллер 11 и электрический аккумулятор 12. Микроконтроллер 11 и аккумулятор 12 связаны с сервоприводом 6 тяг и механизмом поворота кисти посредством многоканального проводного кабеля.The sensors are located in the double-
Действие и управление протезом руки осуществляется следующим образом.The operation and control of the hand prosthesis is carried out as follows.
Управление осуществляется от двуслойной стельки 2 в обуви, в которую встроены сенсорные датчики 7 верхнего слоя для управления пальцами протеза кисти 1 и датчики 8 нижнего слоя для управления поворотом кисти. Приведение в действие датчиков 7 осуществляется нажатием пальцами ноги для управления пальцами протеза, причем один крайний датчик сделан общим под безымянный палец и мизинец стопы, и соответственно управляет безымянным пальцем и мизинцем протеза. Команды на поворот кисти в запястье отдаются при помощи перераспределения веса на стопе на датчики веса 8. Для снятия сигналов с датчиков, в стельке, в зоне своды стопы 9 расположены плоские батарейка, микроконтроллер и приемопередатчик. Для приема сигналов со стельки 2 и включения сервопривода 6 в протезе 1 расположены, приемопередатчик 10, второй микроконтроллер 11 и электрический аккумулятор 12. Крепление протеза на культе предплечья выполнено посредством обхвата 3, к которому крепится запястье кистевого протеза 1, при этом пальцы протеза кисти 1 оснащены звеньями с пружинами 13 с механическими тягами 5, соединенными с расположенным в запястье кисти дистанционно управляемым сервоприводом тяг 6.The control is carried out from a two-
Пальцы кисти протеза 1 в исходном состоянии сжаты пружинами 13. При нажатии одного из четырех датчиков 7 на стельке пальцами стопы включаются сервопривода 6 одноименных пальцев на протезе, разжимая их. Причем один крайний датчик 7 сделан общим под безымянный палец и мизинец стопы, и соответственно управляет безымянным пальцем и мизинцем протеза.The fingers of the hand of the
При нажатии подушечкой стопы на передний датчик веса 8, в запястье протеза включается привод 6, опускающий кисть.When the ball of the foot is pressed on the
При нажатии пяткой на задний датчик веса 8, в запястье протеза включается соответствующий привод 6, поднимающий кисть.When the heel presses on the
При нажатии левым краем стопы на левый датчик веса из группы датчиков 8, в запястье протеза включается соответствующий привод, поворачивающий кисть протеза против часовой стрелки.When the left edge of the foot is pressed on the left weight sensor from the group of
При нажатии правым краем стопы на правый датчик веса из группы датчиков 8, в запястье включается привод, отвечающий повороту кисти протеза по часовой стрелке.When the right edge of the foot is pressed on the right weight sensor from the group of
Если давление на любой датчик веса становится слишком большим, то происходит отключение протеза, это означает, что человек идет, то есть на время ходьбы протез отключается. Чтобы протез снова включился нужно снять вес тела со стельки и ждать три секунды. Пороговое давление, вызывающее отключение протеза настраивается в управляющей программе, в зависимости от веса человека.If the pressure on any weight sensor becomes too large, then the prosthesis turns off, this means that the person is walking, that is, the prosthesis is turned off while walking. In order for the prosthesis to turn on again, you need to remove the body weight from the insole and wait three seconds. The threshold pressure causing the shutdown of the prosthesis is set in the control program, depending on the weight of the person.
Для удобства управления протезом построена дистанционная система управления от стопы посредством радиопередатчика (фиг. 3, 4). Но управление также возможно через проводное соединение, без использования радиопередатчика.For the convenience of controlling the prosthesis, a remote control system from the foot is built by means of a radio transmitter (Figs. 3, 4). But control is also possible via a wired connection, without using a radio transmitter.
Общий вид опытной системы показан на фиг. 5, и образец опытной стельки показан на фиг. 6.A general view of the experimental system is shown in FIG. 5, and a sample of a test insole is shown in FIG. 6.
В результате внедрения данной разработки, пациент получает протез с независимым движением пальцев без проведения хирургических операций и простого способа установки органа управления в виде стельки, вставляемой в любую обувь.As a result of the implementation of this development, the patient receives a prosthesis with independent movement of the fingers without surgery and a simple way to install a control in the form of an insole that can be inserted into any shoe.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119895A RU2754125C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Controlled hand prosthesis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119895A RU2754125C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Controlled hand prosthesis |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754125C1 true RU2754125C1 (en) | 2021-08-27 |
Family
ID=77460476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119895A RU2754125C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Controlled hand prosthesis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754125C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800461C1 (en) * | 2022-07-04 | 2023-07-21 | Алексей Геннадиевич Ружицкий | Prosthesis and a point of attachment of an external device to the prosthesis (options) |
WO2024010497A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | Алексей Геннадиевич РУЖИЦКИЙ | Prosthesis and assembly for attaching an external device thereto (variants) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2592842A (en) * | 1948-07-10 | 1952-04-15 | Samuel W Alderson | Shoulder harness for artificial arms |
RU127620U1 (en) * | 2012-07-31 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | MULTIFUNCTIONAL ACTIVE HAND PROSTHETIS |
US9114030B2 (en) * | 2007-02-06 | 2015-08-25 | Deka Products Limited Partnership | System for control of a prosthetic device |
RU2635632C1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Бионик Натали" | Method and system of intellectual bionic limb control |
RU192179U1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Bionic hand |
-
2020
- 2020-06-16 RU RU2020119895A patent/RU2754125C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2592842A (en) * | 1948-07-10 | 1952-04-15 | Samuel W Alderson | Shoulder harness for artificial arms |
US9114030B2 (en) * | 2007-02-06 | 2015-08-25 | Deka Products Limited Partnership | System for control of a prosthetic device |
RU127620U1 (en) * | 2012-07-31 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | MULTIFUNCTIONAL ACTIVE HAND PROSTHETIS |
RU2635632C1 (en) * | 2016-12-14 | 2017-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Бионик Натали" | Method and system of intellectual bionic limb control |
RU192179U1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Bionic hand |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800461C1 (en) * | 2022-07-04 | 2023-07-21 | Алексей Геннадиевич Ружицкий | Prosthesis and a point of attachment of an external device to the prosthesis (options) |
WO2024010497A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | Алексей Геннадиевич РУЖИЦКИЙ | Prosthesis and assembly for attaching an external device thereto (variants) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2003250679B2 (en) | Positioning of lower extremities artificial proprioceptors | |
US20210093470A1 (en) | Peripheral Neural Interface Via Nerve Regeneration To Distal Tissues | |
Controzzi et al. | The SSSA-MyHand: a dexterous lightweight myoelectric hand prosthesis | |
CA2601778C (en) | Prosthetic and orthotic systems usable for rehabilitation | |
Micera et al. | Hybrid bionic systems for the replacement of hand function | |
Johansen et al. | Control of a robotic hand using a tongue control system—A prosthesis application | |
Imbinto et al. | Treatment of the partial hand amputation: an engineering perspective | |
WO2004017871A2 (en) | Positioning of lower extremities artificial proprioceptors | |
US10828177B2 (en) | System and method for electrotactile feedback | |
WO2007002250A2 (en) | System and method for gait training | |
EP1549263A1 (en) | Movement facilitation device | |
EP1861049A1 (en) | System and method for conscious sensory feedback | |
US20190117417A1 (en) | Bidirectional limb neuro-prosthesis | |
Bandara et al. | Upper extremity prosthetics: current status, challenges and future directions | |
RU2754125C1 (en) | Controlled hand prosthesis | |
Welker et al. | Teleoperation of an ankle-foot prosthesis with a wrist exoskeleton | |
Bertos et al. | Upper-limb prosthetic devices | |
Li et al. | The prosthetic arm: A dramatic improvement for the limb amputation from the humerus | |
Luzzio | Controlling an artificial arm with foot movements | |
US20240358529A1 (en) | Foot controller systems for prosthetic arms, their methods of production and use | |
Malešević | Osseointegrated Prosthesis with Neural Control and Sensory Feedback | |
Mundkur | The Bionic Human: A Review of Interface Modalities for Externally Powered Prosthetic Limbs | |
TR2023005398A2 (en) | A ROBOTIC KNEE UNIT | |
WO2019029777A1 (en) | A novel cyber-organic motor-neuralinterface |