[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2020231294A1 - Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности - Google Patents

Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности Download PDF

Info

Publication number
WO2020231294A1
WO2020231294A1 PCT/RU2020/000218 RU2020000218W WO2020231294A1 WO 2020231294 A1 WO2020231294 A1 WO 2020231294A1 RU 2020000218 W RU2020000218 W RU 2020000218W WO 2020231294 A1 WO2020231294 A1 WO 2020231294A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spiroid
prosthesis
finger
worm
module
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000218
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Константин Валерьевич ШИРИАЗДАНОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МОТОРИКА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МОТОРИКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МОТОРИКА"
Priority to EP20805429.6A priority Critical patent/EP3970670B1/en
Publication of WO2020231294A1 publication Critical patent/WO2020231294A1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2002/701—Operating or control means electrical operated by electrically controlled means, e.g. solenoids or torque motors
    • 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
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2002/704—Operating or control means electrical computer-controlled, e.g. robotic control

Definitions

  • the invention relates to the field of medical technology in the field of prosthetics and bioelectric prosthetics, namely to prosthetics of the upper extremities.
  • the present invention describes a technical solution related to the device of a finger and hand module of a bioelectric upper limb prosthesis.
  • a prosthesis is an artificial replacement for an amputated or damaged part of the body, controlled by various mechanisms and designed to perform special actions and / or recreate the appearance of the user's limb.
  • a module is an independent part of the structure of an upper limb prosthesis that performs a certain set of functions.
  • Drive is a mechanism for transferring rotary motion from one place to another, which includes at least one motor and one gearbox, or a gearmotor, transmission, as well as attachment points.
  • Bioelectric prostheses are known from the prior art, in which the functions of mobility of the fingers are realized in various ways.
  • the closest to the solution under consideration are designs in which the mobility of each finger of the hand is provided by a separate gear motor for each finger, included in the design of the finger, or a motor with a gearbox, which is located in the body of the finger or in the palm of the hand.
  • the presence of each finger of its own independent motor and drive allows the prosthesis to perform gestures and individual operations that imitate the natural movements of the fingers and hand of a person.
  • prostheses in which the propellers are used for the simultaneous movement of two or four fingers, fixed together motionlessly.
  • the fingers are arranged in groups, which makes the prosthesis simpler and easier, that is, convenient to use.
  • the disadvantage of such technical solutions is the difficulty in the manufacture of a compact prosthesis, since the use of available in modern conditions
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) massive motors limits the minimum possible size of the prosthesis finger module, while there are restrictions on the relative position of the hinges that allow the fingers to be attached to the hand prosthesis, and the set of possible gestures and movements that the prosthesis can perform is also limited.
  • spur gearboxes driven by traction rods leading to finger blocks
  • screw-nut transmissions driven by finger rods, cable transmissions.
  • the transmission itself - at the point of attachment to the hand module is made in such a way that the overall size of the hand does not correspond to the natural one - the presence of protruding elements on the hand is an irrational use of space and leads to an increase in the dimensions of the finger module or a decrease in its bearing capacity.
  • the disadvantage of this technical solution lies in the fact that the hand prosthesis with such a solution has increased dimensions of the finger modules or will have a reduced bearing capacity, which is reflected in the deterioration of the appearance of the hand prosthesis as a whole or its performance, and also complicates the use of the structure for for small size prostheses.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) specialized publications on the topic (for example, Krainev AF Dictionary-reference book on mechanisms. M .: Mashinostroenie, 1987. S. 433; GOST Ns 22850-77. Spiroid transmissions. Terms, definitions and designations. M .: Publishing house of standards, 1978.).
  • the technical problem solved in the claimed invention is the need to expand the functionality of the upper limb prostheses by ensuring the protection of the elements of its mechanism from foreign objects and external influences, the compactness of such a mechanism, reducing the weight of the device as a whole and increasing its load capacity while maintaining the aesthetic external type of device as part of the final product - an upper limb prosthesis.
  • the thumb in addition to the folding function, must perform the function of rotation around the longitudinal axis.
  • the possibility of rotation of the remaining fingers is also not excluded, but is not mandatory from the point of view of prosthesis users.
  • worm gearing imposes restrictions on the methods of fastening the rod connecting the lower phalanx with the fixed part of the pin module, because the space above the axis of rotation of the lower phalanx, in which the thrust mount should be located from geometric conditions, is occupied by the worm crown or the front support of the worm.
  • Another disadvantage of worm gearing is that significant radial and axial loads occur on the worm, which requires the use of bearings that can: perceive them simultaneously, while miniature rolling bearings, as a rule, have a small bearing capacity one by one of directions. This forces the use of plain bearings as supports for the worm, which reduces the overall efficiency of the mechanism.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) open methods and software for constructing three-dimensional electronic models of the surfaces of teeth of this type of gear, the difficulties of the technology of manufacturing fine-modular spiroid rims by processing on CNC machines.
  • the technical result of the patentable invention is to create a design of the upper limb prosthesis, which is compact in terms of the general arrangement of the prosthesis, while the small width of the finger module in the area of the lower phalanx hinge makes it possible to implement small standard sizes of the upper limb prosthesis hand.
  • the fastening of the upper phalanx rod inside the spiroid transmission space reduces the dimensions of the finger module and makes it easier to give it an aesthetic appearance, since the rod is hidden inside the lower phalanx body.
  • the ability to have simultaneous engagement of two spiroid gear rims with a worm provides greater load capacity with smaller dimensions, since it doubles the number of teeth involved in engagement from 3-4 to 6-8, which in turn increases the bearing capacity of the mechanism.
  • the transmission can be performed with two crowns, the radial forces on the worm from engagement with two spiroid crowns are compensated, and the rear support of the worm perceives only the axial load, which makes it possible to use a thrust rolling bearing as the rear support of the worm. This allows for a high bearing capacity of the mechanism without loss of efficiency in the rear support.
  • the teeth of the spiroid rims are turned inward and are visible only from the ends, the prosthesis is provided with a more aesthetic appearance and the gearing is protected from foreign objects and environmental factors.
  • the claimed technical result is ensured by the integration of the spiroid gear sector and the bearing element used to transmit the movement into a single piece - a combined lever or a combined crown, which reduces the dimensions and weight of the transmission and allows fixing the thrust of the lower phalanx in the spiroid gear housing in the space inside the silhouette of the spiroid gear transmission.
  • the finger motor can now be located both in the body of the finger itself, and within the body of the hand.
  • a spiroid drive gear makes it possible to create not only new designs of fingers, but also a new design of a hand prosthesis or a hand module of an upper limb prosthesis.
  • the thumb module with spiroid transmission which implies the placement of the thumb rotation actuator inside the movable part of the thumb, consists of
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) an electric geared motor, a housing made of aluminum, its alloys, titanium or its alloys, in which at least one adapter sleeve is installed for fastening the drive and fixing the worm from axial displacement, while the sleeve can be made integral with the motor housing - the gearbox, as well as the rear support of the worm in the form of a sliding bearing, a rolling bearing with an angular contact or a thrust rolling bearing, a spiroid worm of a cylindrical or conical type of single and or multi-thread, a front support of a worm in the form of a sliding bearing or rolling bearing, left and right spiroid gear rims made of stainless steel with wear-resistant coating, carbon steel with anti-corrosion coating, bronze, aluminum alloy with special coating or other material with similar properties, installed in the housing on plain or rolling bearings, while they can be made integral with the supporting elements - e.g.
  • lug for fixing holes tia and / or semi-axis.
  • Combined crowns can be connected to each other, for example, using a bracket that mates with an element of the hand prosthesis.
  • the decorative finger cover is attached to the drive housing and can be made of polyamide, carbon composite, rubber, silicone, and combinations thereof.
  • the finger pivot mechanism is entirely located within the finger pad.
  • the combined design of the spiroid gear rim allows obtaining the width of the thumb module in the region of the lower phalanx pivot axis not exceeding 10-11 mm.
  • a finger module with a spiroid transmission involving the placement of the drive inside the palm of the hand prosthesis, consists of an electric motor-reducer, a housing made of aluminum, its alloys, titanium or its alloys, in which at least one adapter sleeve is installed for attaching the drive and fixing worm from axial displacement, while the sleeve can be made integral with the housing of the gear motor.
  • the worm being in engagement with the spiroid teeth made on a pair of combined levers, drives a four-link lever mechanism formed by the body of the finger module, a pair of combined spiroid levers, a rod and the upper phalanx of the finger.
  • the levers can be connected to each other and to the cover, for example, using spacer sleeves and mounted in the body on the axle shafts made integrally on the Lever parts, on the body part, or on the shafts that are separate parts.
  • the cover can be made of plastic, carbon composite, fiberglass composite, rubber, silicone, or combinations thereof.
  • the upper phalanx is attached on the pivot axis to the combined levers of the lower phalanx and is connected by a rod with the body part of the finger module, while the coupling of the rod and the body of the finger occurs inside the spiroid transmission space.
  • the brush module with a spiroid drive gearbox consists of a frame made of aluminum or titanium alloy by casting, stamping, welding or additive manufacturing. Attached to the frame are modules of at least two fingers with spiroid drive gearboxes, an active or passive thumb rotation module, to which a thumb module with a spiroid drive gearbox is attached. Protective and decorative overlays are attached to the frame, for example, made of carbon composite, composite based on fiberglass, polyamide, rubber, or their combinations. Also, at least one adapter is attached to the frame for installing the hand prosthesis on the patient's sleeve, or an adapter for interfacing with other modules such as, for example, a wrist flexion module, an active or passive wrist rotation module, and a quick-change hand prosthesis module.
  • Finger motor control boards can be attached to the inner edges of the pads, a magnetic feedback sensor can be installed on the boards according to the position of the lower phalanx, in this case the board is located so that the axis of rotation of the lower phalanx of the finger with the magnet fixed in it is opposite the sensor microcircuit and, thus , the absolute angular position of each finger is determined.
  • the driver board with sensor can be mounted inside the thumb pad.
  • the control of the prosthesis is provided by signals from the myoelectric sensors located in the sleeve or other structural part of the prosthesis, and an accumulator can also be located in the sleeve.
  • FIG. 2 combined crown
  • FIG. 3 thumb module (side view)
  • FIG. 4 thumb module (top view)
  • FIG. 5 finger module (side view)
  • FIG. 6 finger module (top view)
  • FIG. 7 brush module (general view).
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 1 - Lever combined with a spiroid toothed crown; 2 - spiroid toothed sector; 3 - lever; 4 - semi-axis; 5 - thrust of the lower phalanx; 6 - gear motor; 7 - body; 8 - adapter sleeve; 9 - worm; 10 - rolling bearing; 11 - sliding bearing; 12 - bracket; 13 - thumb pad; 14 - rotary axis; 15 - brush frame; 16 - finger module with spiroid transmission; 17 - thumb rotation module; 18 - thumb module.
  • a finger module was developed with a two-crown spiroid gear transmission, in which in each of the parts the combined lever (1) an integrated gearing element - the spiroid gear sector (2), and the bearing elements of the part - the lever (3), and the semi-axle ( 4), which made it possible to fix the traction of the lower phalanx (5) in the body of the spiroid gear in the space inside the silhouette of the spiroid gear.
  • the used spiroid gear being made two-crowned - with two spiroid gear sectors (2) on two bearing parts (1) also increases the number of teeth that are simultaneously engaged.
  • the thumb module with a spiroid drive gearbox which implies the placement of the finger rotation drive inside the movable part of the finger, consists of an electric motor-reducer (6), a housing (7) made of alloy D16T, in which an adapter sleeve (8) is installed for attaching the drive and fixing the worm (9) from axial displacement, the rear support of the worm in the form of a thrust rolling bearing (10), a cylindrical single-threaded worm, the front support of the worm in the form of a sliding bearing (11), left and right spiroid gear rims made of stainless steel installed in the housing on plain bearings, and made integrally with supporting elements - a projection for mounting holes and a semi-axle.
  • the combined crowns are interconnected by means of a bracket (12) mated with a thumb rotation drive.
  • the thumb pad (13) is attached to the drive housing and is made of polyamide.
  • the finger module with a spiroid drive gearbox which implies the placement of the drive inside the palm of the hand prosthesis, consists of an electric motor-reducer (6), a housing (7) made of alloy D16T, in which an adapter sleeve (8) is installed for attaching the drive and fixing the worm (9) from axial displacement, the back support of the worm in the form of a thrust rolling bearing (10), a cylindrical single-threaded spiroid worm, the front support of the worm in the form of a sleeve bearing (11), left and right spiroid gear rims made of stainless steel mounted in the housing on bearings sliding, and made completely with supporting elements - lever (3) and
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) semi-axis (4).
  • a rod (5) made of stainless alloy is attached, connecting the stationary body (7) with the upper phalanx.
  • the levers are connected to each other and to the lining of the lower phalanx by means of spacer sleeves.
  • the lining of the lower phalanx is made of polyamide.
  • the upper phalanx is attached to the pivot shaft (14) to the combined levers of the lower phalanx and is connected by a rod to the body part.
  • the hand module with the spiroid transmission of the finger modules consists of a frame (15) made of an aluminum alloy by the additive method. Attached to the frame are finger modules with a spiroid drive gear (16), an active thumb rotation module (17), to which the thumb module (18) is attached. Protective and decorative overlays made of polyamide are attached to the frame.

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

Изобретение относится к области медицинской техники в сфере протезирования и может быть использовано для изготовления пальца протеза со спироидным редуктором и модульной конструкции протеза верхней конечности. Техническим результатом изобретения является создание конструкции протеза верхней конечности, отличающейся компактностью в плане общей компоновки протеза, большей нагрузочной способностью при меньших габаритах изделия, эстетичным видом и защитой зубчатого зацепления от попадания посторонних предметов и факторов внешней среды. Заявленный технический результат обеспечивается за счет интеграции спироидного зубчатого сектора и несущего элемента, используемого для передачи движения в единую деталь, что снижает габариты и вес передачи и позволяет закрепить тягу нижней фаланги в корпусе передачи. При этом, мотор пальца теперь может располагаться как в корпусе самого пальца, так и в пределах корпуса кисти.

Description

ПАЛЕЦ ПРОТЕЗА СО СПИРОИДНЫМ РЕДУКТОРОМ
И МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПРОТЕЗА ВЕРХНЕЙ КОНЕЧНОСТИ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области медицинской техники в сфере протезирования и биоэлектрического протезирования, а именно к протезированию верхних конечностей. В частности, настоящее изобретение описывает техническое решение, относящееся к устройству модуля пальца и кисти биоэлектрического протеза верхней конечности.
ГЛОССАРИЙ
Протез - искусственная замена ампутированной или поврежденной части тела, управляемая посредством различных механизмов и предназначенная для выполнения специальных действий и / или воссоздания внешнего вида конечности пользователя.
Пользователь - лицо или объект, которое использует протез для выполнения конкретной функции.
Модуль - самостоятельная часть конструкции протеза верхней конечности, выполняющая определенный набор функций.
Привод - механизм для передачи вращательного движения от одного места к другому, включающий в себя по крайней мере один мотор и один редуктор, или мотор- редуктор, трансмиссию, а также узлы крепления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны биоэлектрические протезы, в которых реализуются функции подвижности пальцев различными способами. Наиболее близким к рассматриваемому решению являются конструкции, в которых подвижность каждого пальца кисти обеспечивается за счет отдельного для каждого пальца мотор-редуктора, включенного в конструкцию пальца, или мотора с редуктором, который располагается в корпусе пальца или в ладони кисти. Наличие у каждого пальца собственного независимого мотора и привода позволяет обеспечить выполнение протезом жестов и отдельных операций, имитирующих естественные движения пальцев и кисти человека.
Также известны протезы, в которых движители используются для одновременного движения двух или четырех пальцев, скрепленных между собою неподвижно. Пальцы компонуются в группы, что делает протез более простым и легким, то есть удобным в применении. Недостатком таких технических решений являются трудности при изготовлении компактного протеза, поскольку использование доступных в современных условиях
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) массивных двигателей ограничивает минимально возможный размер модуля пальца протеза, при этом существуют ограничения по взаимному расположению шарниров, позволяющих осуществить крепление пальцев к протезу кисти, а также ограничивается и набор возможных жестов и движений, которые может выполнить протез.
Между тем, производители всего мира стремятся к тому, чтобы сделать протез легче и компактнее - чтобы он по массе и габариту соответствовал массе и габарита собственной руки пользователя - в этом случае пользование протезом не приводит к искривлению позвоночника, дисбалансу в опорно-двигательной системе, лучше воспринимается самим пользователем. Невозможность миниатюризировать рабочие механизмы протеза, не потеряв при этом в надежности и прочности конструкции, существенно сдерживает развитие детского протезирования. До настоящего времени не найдены какие-либо оптимальные формы и конструктивные решения, которые бы позволили создать протез, полностью имитирующий размеры и функции руки человека, но такая задача остаётся очень актуальной.
В современном протезировании используются как правило простые механизмы передачи движения: цилиндрические редукторы с приводом на тяги, ведущие к блокам пальцев; передачи винт-гайка с приводом на тяги пальцев, тросиковые передачи.
Известны и более совершенные механизмы пальцев биоэлектрических протезов, в которых используются цилиндрические червячные передачи, например, патент Ns US9387095B2 на изобретение “Prosthetics and orthotics”, дата публикации: 2015-07-09. Данное решение раскрывает конструкцию пальца, при которой привод располагается в корпусе пальца и выступает за габариты червячного венца. Такое расположение привода позволяет обеспечить возможность движения пальцем независимо от других и при использовании существующих миниатюрных моторов может обеспечить габарит пальца, близкий к пальцу взрослого человека. В то же время, сама передача - в узле крепления к модулю кисти сделана так, что общий габарит кисти не соответствует естественному - наличие на кисти выступающих элементов является нерациональным использованием пространства и ведет к росту габаритов модуля пальца или снижению его несущей способности. Таким образом, недостаток данного технического решения заключается в том, что протез кисти с таким решением обладает увеличенными габаритами модулей пальцев или будет иметь пониженную несущую способность, что выражается в ухудшении внешнего вида протеза кисти в целом или его эксплуатационных качеств, а также усложняет использование конструкции для для протезов малых типоразмеров.
Из уровня техники также известны спироидные передачи сами по себе, но не в применении для изготовления протезов, в том числе изобретения Ns SU 364783 (дата публикации: 1972-12-28), SU 209167 (дата публикации: 1968-01-17), SU 1054602 (дата публикации: 1983-11-15), SU 1520278 (дата публикации: 1989-11-07) и другие, а также
2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) специализированные публикации по теме (например, Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987. С. 433; ГОСТ Ns 22850-77. Передачи спироидные. Термины, определения и обозначения. М.: Издательство стандартов, 1978.).
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Техническая проблема, решаемая в заявленном изобретении, заключается в необходимости расширения функциональных возможностей протезов верхних конечностей за счет обеспечения защищенности элементов его механизма от попадания посторонних предметов и внешних воздействий, компактности такого механизма, уменьшения веса устройства в целом и повышения его нагрузочной способности при сохранении эстетичного внешнего вида устройства в составе конечного изделия - протеза верхней конечности. При этом, в отличие от остальных пальцев кисти, имеющих только одну степень свободы, большой палец кроме функции складывания должен выполнять функцию поворота вокруг продольной оси. Возможность поворота остальных пальцев также не исключается, но не является обязательной с точки зрения пользователей протеза.
Известные из уровня техники решения, основанные на использовании червячной передачи в модулях пальцев протезов кисти, требуют применения специальных конструктивных мер для соблюдения эстетического вида конструкции, вписывания в габариты человеческого пальца, и защиты зацепления от внешней среды. Это ведет к усложнению конструкции, росту массы и габаритов, усложняет повторное использование конструкции модуля пальца в протезах малых типоразмеров и требует других компромиссов с техническими показателями качества зубчатого зацепления таким как количество зубьев, одновременно участвующих в зацеплении, и другими конструктивными решениями. Применение червячной передачи накладывает ограничения на способы крепления тяги, связывающей нижнюю фалангу с неподвижной частью модуля пальца, т.к. пространство выше оси поворота нижней фаланги, в котором должно располагаться крепление тяги из геометрических условий, оказывается занято червячным венцом или передней опорой червяка. Еще один недостаток червячного зацепления заключается в том, что на червяке возникают значительные как радиальные так и осевые нагрузки, что требует применения подшипников, способных : воспринимать их одновременно, в то время как миниатюрные подшипники качения, как правило, имеют малый запас несущей способности по одному из направлений. Это заставляет использовать в качестве опор червяка подшипники скольжения, что снижает общий КПД механизма.
Использование спироидной передачи для протезов пальца не раскрывалось ранее в уровне техники и неочевидно для среднего специалиста по следующим причинам: отсутствие открытых стандартов на геометрический синтез и расчет параметров спироидного зацепления, технологические трудности при изготовлении мелкомодульного спироидного венца методом обкатки на универсальных зуборезных станках, отсутствие з
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) открытых методик и программного обеспечения для построения трехмерных электронных моделей поверхностей зубьев данного типа передач, трудности технологии изготовления мелкомодульных спироидных венцов методом обработки на станках с ЧПУ.
Использование спироидной передачи для протезов кисти также не раскрывалось в силу вышеописанных причин, поскольку создание протеза кисти с модулями пальцев на спироидных передачах, требует расчета, моделирования и изготовления мелкомодульного спироидного зацепления.
Технический результат патентуемого изобретения заключается в создании конструкции протеза верхней конечности, отличающейся компактностью в плане общей компоновки протеза, при этом, малая ширина модуля пальца в районе шарнира нижней фаланги позволяет реализовывать малые типоразмеры кисти протеза верхней конечности. Крепление тяги верхней фаланги внутри пространства спироидной передачи уменьшает габариты модуля пальца и облегчает придание ему эстетичного внешнего вида, поскольку тяга оказывается скрыта внутри корпуса нижней фаланги. Возможность иметь одновременное зацепление двух спироидных зубчатых венцов с червяком обеспечивает большую нагрузочную способность при меньших габаритах, поскольку в два раза увеличивает количество зубьев участвующих в зацеплении с 3-4 до 6-8, что в свою очередь увеличивает несущую способность механизма. Т.к. передачу возможно выполнить двухвенцовой, радиальные силы на червяке от зацепления с двумя спироидными венцами оказываются скомпенсированы, и задняя опора червяка воспринимает только осевую нагрузку, что делает возможным применение упорного подшипника качения в качестве задней опоры червяка. Это позволяет иметь высокую несущую способность механизма без потерь в КПД в задней опоре. Кроме этого, поскольку зубья спироидных венцов обращены внутрь и видны только с торцов, обеспечивается придание протезу более эстетичного вида и защита зубчатого зацепления от попадания посторонних предметов и факторов внешней среды.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет интеграции спироидного зубчатого сектора и несущего элемента, используемого для передачи движения в единую деталь - рычаг комбинированный или венец комбинированный, что снижает габариты и вес передачи и позволяет закрепить тягу нижней фаланги в корпусе спироидной передачи в пространстве внутри силуэта спироидной зубчатой передачи. При этом, мотор пальца теперь может располагаться как в корпусе самого пальца, так и в пределах корпуса кисти.
Использование спироидного приводного редуктора позволяет создать не только новые конструкции пальцев, но и новую конструкцию протеза кисти или модуля кисти протеза верхней конечности.
Модуль большого пальца со спироидной трансмиссией, предполагающий размещение привода поворота пальца внутри подвижной части пальца, состоит из
4
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) электрического мотор-редуктора, корпуса, выполненного из алюминия, его сплавов, титана или его сплавов, в котором установлена по крайней мере одна втулка-адаптер для крепления привода и фиксации червяка от осевого смещения, при этом, втулка может быть выполнена зацело с корпусом мотор-редуктора, а также задней опоры червяка в виде подшипника скольжения, подшипника качения с угловым контактом или упорного подшипника качения, спироидного червяка цилиндрического или конического типа одно- и или многозаходного, передней опоры червяка в виде подшипника скольжения или подшипника качения, левого и правого спироидных зубчатых венцов, выполненных из нержавеющей стали с износостойким покрытием, углеродистой стали с антикоррозионным покрытием, бронзы, алюминиевого сплава со спецпокрытием или другого материала с похожими свойствами, установленных в корпусе на подшипниках скольжения или качения, при этом они могут быть выполнены зацело с несущими элементами - например, выступом под крепежные отверстия и/или полуосью. Комбинированные венцы могут быть связаны между собой, например, с помощью кронштейна, сопрягаемого с элементом протеза кисти. Декоративная накладка пальца крепится к корпусу привода и может быть выполнена из полиамида, композита на основе углеволокна, резины, силикона и их комбинаций. Таким образом, механизм поворота пальца целиком располагается внутри накладки пальца. Комбинированная конструкция спироидного зубчатого венца позволяет получать ширину модуля большого пальца в районе оси поворота нижней фаланги не превышающую 10-11 мм.
Модуль пальца со спироидной трансмиссией, предполагающий размещение привода внутри ладони протеза кисти, состоит из электрического мотор-редуктора, корпуса, выполненного из алюминия, его сплавов, титана или его сплавов, в котором установлена по крайней мере одна втулка-адаптер для крепления привода и фиксации червяка от осевого смещения, при этом, втулка может быть выполнена зацело с корпусом мотор-редуктора. Червяк находясь в зацеплении со сприроидными зубьями, выполненными на паре комбинированных рычагов, приводит в движение четырехзвенный рычажный механизм, образованный корпусом модуля пальца, парой комбинированных спириодных рычагов, тягой и верхней фалангой пальца. Рычаги могут быть соединены друг с другом и с накладкой, например, с помощью дистанционных втулок и крепиться в корпусе на полуосях выполненных зацело на Детали рычага, на корпусной детали, или на осях, являющихся отдельными деталями. Накладка может быть выполнена из пластика, карбонового композита, композита на основе стекловолокна, резины, силикона или их комбинаций. Верхняя фаланга крепится на поворотной оси к комбинированным рычагам нижней фаланги и связывается тягой с корпусной деталью модуля пальца, при этом сопряжение тяги и корпуса пальца происходит внутри пространства спироидной передачи. Комбинированная
5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) конструкция спироидного зубчатого рычага позволяет получать ширину модуля пальца в районе оси поворота нижней фаланги не превышающую 10-11 мм.
Модуль кисти со спироидным приводным редуктором состоит из рамы, выполненной из алюминиевого или титанового сплава методом литья, штамповки, сварки или аддитивным методом. К раме крепятся модули по крайней мере двух пальцев со спироидными приводными редукторами, модуль активной или пассивной ротации большого пальца, к которому крепится модуль большого пальца со спироидным приводным редуктором. К раме крепятся защитно-декоративные накладки, выполненные например из карбонового композита, композита на основе стекловолокна, полиамида, резины или их комбинаций. Также к раме крепится по крайней мере один адаптер для установки протеза кисти на гильзу пациента, или адаптер для сопряжения с другими модулями такими как, например, модуль сгиба запястья, модуль активного либо пассивного поворота запястья, модуль быстрой смены протеза кисти. К внутренним ребрам накладок могут крепиться платы управления двигателями пальцев, на платы может быть установлен магнитный датчик обратной связи по положению нижней фаланги, в этом случае плата располагается так что ось поворота нижней фаланги пальца с закрепленным в ней магнитом оказывается напротив микросхемы датчика и, таким образом, определяется абсолютное угловое положение каждого пальца В приводе большого пальца плата драйвера с датчиком может крепиться внутри накладки большого пальца. Использование модулей пальцев со сприроидной зубчатой трансмиссией позволяет получать модули кисти с размером в самой широкой части ладони в диапазоне от 70 до 95 мм, без изменения параметров зубчатого зацепления, параметров корпуса привода пальца, и качественных изменений конструкции модулей пальца. Это достигается за счет того, что комбинированная конструкция спироидного зубчатого рычага позволяет модулям пальцев иметь малую ширину в районе шарнира нижней фаланги, что является лимитирующим фактором для минимально возможной ширины протеза кисти и его габаритов в целом. Управление протезом обеспечивается по сигналам расположенных в гильзе или иной конструктивной части протеза миоэлектрических датчиков, также в гильзе может быть расположен аккумулятор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее. Фиг. 1 - рычаг комбинированный,
Фиг. 2 - венец комбинированный,
Фиг. 3 - модуль большого пальца (вид сбоку),
Фиг. 4 - модуль большого пальца (вид сверху),
Фиг. 5 - модуль пальца (вид сбоку),
Фиг. 6 - модуль пальца (вид сверху),
Фиг. 7 - модуль кисти (общий вид).
6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 1 - Рычаг комбинированный со спироидным зубчатым венцом; 2 - спироидный зубчатый сектор; 3 - рычаг; 4 - полуось; 5 - тяга нижней фаланги; 6 - мотор-редуктор; 7 - корпус; 8 - втулка-адаптер; 9 - червяк; 10 - подшипник качения; 11 - подшипник скольжения; 12 - кронштейн; 13 - накладка большого пальца; 14 - поворотная ось; 15 - рама кисти; 16 - модуль пальца со спироидной трансмиссией; 17 - модуль ротации большого пальца; 18 - модуль большого пальца.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Для решения обозначенной проблемы был разработан модуль пальца с двухвенцовой спироидной зубчатой передачей, в которой в каждой из деталей рычаг комбинированный (1) интегрирован элемент зубчатого зацепления - спироидный зубчатый сектор (2), и несущие элементы детали - рычаг (3), и полуось (4), что позволило закрепить тягу нижней фаланги (5) в корпусе спироидной передачи в пространстве внутри силуэта спироидной зубчатой передачи. Используемая спироидная передача будучи выполнена двухвенцовой - с двумя спироидными зубчатыми секторами (2) на двух несущих деталях (1) также увеличивает количество зубьев, одновременно находящихся в зацеплении.
Возможность получения при осуществлении изобретения технического результата подтверждается следующим образом:
Модуль большого пальца со спироидным приводным редуктором, предполагающий размещение привода поворота пальца внутри подвижной части пальца, состоит из электрического мотор-редуктора (6), корпуса (7), выполненного из сплава Д16Т, в котором установлены втулка-адаптер (8) для крепления привода и фиксации червяка (9) от осевого смещения, задней опоры червяка в виде упорного подшипника качения (10), цилиндрического однозаходного червяка, передней опоры червяка в виде подшипника скольжения (11 ), левого и правого спироидных зубчатых венцов из нержавеющей стали, установленных в корпусе на подшипниках скольжения, и выполненных зацело с несущими элементами - выступом под крепежные отверстия и полуосью. Комбинированные венцы связаны между собой с помощью кронштейна (12), сопрягаемого с приводом ротации большого пальца. Накладка большого пальца (13) крепится к корпусу привода и выполнена из полиамида.
Figure imgf000009_0001
Модуль пальца со спироидным приводным редуктором, предполагающий размещение привода внутри ладони протеза кисти, состоит из электрического мотор- редуктора (6), корпуса (7), выполненного из сплава Д16Т, в котором установлены втулка- адаптер (8) для крепления привода и фиксации червяка (9) от осевого смещения, задней опоры червяка в виде упорного подшипника качения (10), цилиндрического однозаходного спироидного червяка, передней опоры червяка в виде подшипника скольжения (11 ), левого и правого спироидных зубчатых венцов из нержавеющей стали, установленных в корпусе на подшипниках скольжения, и выполненных зацело с несущими элементами - рычагом (3) и
7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) полуосью (4). В пространстве между спироидными зубчатыми рычагами в корпусе крепится тяга (5) из нержавеющего сплава, связывающая неподвижный корпус (7) с верхней фалангой. Рычаги соединены друг с другом и с накладкой нижней фаланги с помощью дистанционных втулок. Накладка нижней фаланги выполнена из полиамида. Верхняя фаланга крепится на поворотной оси (14) к комбинированным рычагам нижней фаланги и связывается тягой с корпусной деталью.
Модуль кисти со спироидной трансмиссией модулей пальцев состоит из рамы (15), выполненной из алюминиевого сплава аддитивным методом. К раме крепятся модули пальцев со спироидным приводным редуктором (16), модуль активной ротации большого пальца (17), к которому крепится модуль большого пальца (18). К раме крепятся защитно- декоративные накладки, выполненные из полиамида.
8
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

ФОРМУЛА
1. Устройство модуля пальца протеза со спироидной трансмиссией, привод поворота пальца которого расположен внутри внутри подвижной части пальца.
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что спироидная трансмиссия имеет по меньшей мере один спироидный зубчатый венец по одну из сторон от оси червяка.
3. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что в качестве задней опоры червяка спироидной передачи используется упорный подшипник качения.
4. Устройство модуля пальца протеза со спироидной трансмиссией, привод которого располагается внутри ладони протеза кисти.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что спироидная трансмиссия имеет по меньшей мере один спироидный зубчатый венец по одну из сторон от оси червяка.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве задней опоры червяка спироидной передачи используется упорный подшипник качения.
7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что тяга нижней фаланги закреплена внутри пространства спироидной передачи.
8. Устройство модуля кисти со спироидным приводным редуктором, состоящее из по крайней мере одного модуля пальца со спироидным приводным редуктором.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что используется плата управления двигателями с установленными на них датчиками обратной связи, которая расположена на оси вращения подвижного звена модуля пальца.
9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2020/000218 2019-05-13 2020-05-12 Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности WO2020231294A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20805429.6A EP3970670B1 (en) 2019-05-13 2020-05-12 Prosthesis digit member with spiroid reducer and modular design of upper limb prosthesis

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114311A RU2727893C1 (ru) 2019-05-13 2019-05-13 Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности
RU2019114311 2019-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020231294A1 true WO2020231294A1 (ru) 2020-11-19

Family

ID=71741309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000218 WO2020231294A1 (ru) 2019-05-13 2020-05-12 Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3970670B1 (ru)
RU (1) RU2727893C1 (ru)
WO (1) WO2020231294A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11771571B2 (en) * 2021-06-28 2023-10-03 Alt-Bionics, Inc. Modular prosthetic hand system
PL440584A1 (pl) * 2022-04-20 2023-10-23 Aether Biomedical Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Urządzenie protetyczne

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU209167A1 (ru) А. М. Фефер Спироидная передача
US3509583A (en) * 1965-09-09 1970-05-05 Bendix Corp Electro-mechanical hand having tactile sensing means
SU364783A1 (ru) 1971-02-22 1972-12-28 Центральный научно исследовательский институт технологии шиностроени Спироидная эвольвентная передача
SU1054602A1 (ru) 1980-05-14 1983-11-15 Предприятие П/Я Г-4086 Спироидна передача
SU1520278A1 (ru) 1987-10-09 1989-11-07 Предприятие П/Я Ю-9788 Спироидна передача
US5888246A (en) * 1994-03-12 1999-03-30 Royal Infirmary Of Edinburgh Nhs Trust Motor drive system and linkage for hand prosthesis
WO2003017876A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-06 Bergomed Ab Drive device for a finger prosthesis
US9387095B2 (en) 2012-07-23 2016-07-12 Touch Bionics Limited Prosthetics and orthotics

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2093027B1 (en) * 2006-12-07 2011-02-09 Panasonic Corporation Joint mechanism
PL221882B1 (pl) * 2010-01-14 2016-06-30 Michał Wasielewski Modułowa proteza ręki człowieka z modularnymi, mechanicznie niezależnymi modułami palców
RU2506931C2 (ru) * 2012-05-03 2014-02-20 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР МЕДИКО-СОЦИАЛЬНОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ, ПРОТЕЗИРОВАНИЯ И РЕАБИЛИТАЦИИ ИНВАЛИДОВ ИМ. Г.А. АЛЬБРЕХТА ФЕДЕРАЛЬНОГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО АГЕНТСТВА" (ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта ФМБА России) Протез кисти
CN107803849A (zh) * 2017-12-30 2018-03-16 赵孝勇 一种仿生机器人手指
CN109620487B (zh) * 2019-02-19 2020-07-28 上海理工大学 一种假肢拇指机构

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU209167A1 (ru) А. М. Фефер Спироидная передача
US3509583A (en) * 1965-09-09 1970-05-05 Bendix Corp Electro-mechanical hand having tactile sensing means
SU364783A1 (ru) 1971-02-22 1972-12-28 Центральный научно исследовательский институт технологии шиностроени Спироидная эвольвентная передача
SU1054602A1 (ru) 1980-05-14 1983-11-15 Предприятие П/Я Г-4086 Спироидна передача
SU1520278A1 (ru) 1987-10-09 1989-11-07 Предприятие П/Я Ю-9788 Спироидна передача
US5888246A (en) * 1994-03-12 1999-03-30 Royal Infirmary Of Edinburgh Nhs Trust Motor drive system and linkage for hand prosthesis
WO2003017876A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-06 Bergomed Ab Drive device for a finger prosthesis
US9387095B2 (en) 2012-07-23 2016-07-12 Touch Bionics Limited Prosthetics and orthotics

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3970670A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3970670B1 (en) 2024-04-17
EP3970670A4 (en) 2023-01-18
EP3970670A1 (en) 2022-03-23
RU2727893C1 (ru) 2020-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103690279B (zh) 一种基于行星齿轮系的欠驱动假肢手系统
WO2020231294A1 (ru) Палец протеза со спироидным редуктором и модульная конструкция протеза верхней конечности
EP2135588B1 (en) Prostheses with mechanically operable digit members
EP2931204B1 (en) Reconfigurable exoskeleton
EP2178680B1 (en) Wearable mechatronic device
CN106038007A (zh) 仿生假肢手
CN109172060B (zh) 一种上肢假肢的假肢手
JP2018525207A (ja) 生体力学的人工親指
CN102198664B (zh) 具有中心球面副的两自由度球面并联的机器人仿生踝关节
CN106491312B (zh) 人体仿生膝关节、髋关节传动系统
CN102729258A (zh) 双马达运动模块
CN107928840A (zh) 具有独立摆臂结构的原位植入仿生人工肛门括约肌假体
Dalla Gasperina et al. AGREE: A compliant-controlled upper-limb exoskeleton for physical rehabilitation of neurological patients
CN111759662A (zh) 手臂辅助装置
CN117549282A (zh) 一种变刚度柔性膝关节外骨骼及其控制方法
CN114347057B (zh) 人形机器人
US11786380B2 (en) Bionic wrist joint based on asymmetric 3-RRR parallel mechanism
CN107972063A (zh) 一种电机驱动的仿人型机器人
CN108836582A (zh) 一种三自由度串并混联假手腕关节
CN206085075U (zh) 一种机器人的骨架及采用该骨架的机器人
CN110538015A (zh) 一种机械假肢手臂
CN111017063B (zh) 一种直驱式类人双足机器人
CN210447288U (zh) 仿生假手和其他假手的特短电动二自由度腕关节
JP4682018B2 (ja) 関節支持装具
CN210850329U (zh) 助力式仿生关节

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20805429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020805429

Country of ref document: EP

Effective date: 20211213