ПРОТЕЗ КИСТИ Российский патент 2008 года по МПК A61F2/54 

Изобретение относится к медицине, к протезированию и может быть использовано в протезах верхних конечностей с тяговым управлением и пассивным (пружинным) схватом.

В качестве аналога рассматриваются конструкции кистей с активным раскрытием и пассивным (пружинным) схватом, управляемые одной тягой, например, кисть 901 [1] или кисть ЛНИИ-52-1 [1].

В качестве прототипа предлагаемой конструкции кисти рассматривается кисть 9549 [2].

Кинематическая схема кисти 9549 приведена на фиг.1.

При приложении усилия к гибкой тяге 1, закрепленной неподвижно на приводном барабане 2, последний приходит во вращательное движение, которое передается посредством приводного рычага 3 к исполнительному четырехзвеннику 7, 8, 9, 10, соединяющему первый палец 4 и блок II-V пальцев 5. При этом после снятия усилия с тяги 1, под действием пружины 6 звенья механизма совершают движение в обратном направлении и пальцы кисти смыкаются. Пружина 6, кроме возврата в сомкнутое положение, обеспечивает заданное усилие схвата.

Недостатком известных технических решений является то, что усилие в тяге возрастает по мере раскрытия кисти и может достигать значения порядка 80 Н.

Это происходит за счет того, что плечо приводного рычага по мере поворота приводного барабана увеличивается и, наряду с ростом упругой силы пружины, обеспечивающей схват, в большей степени растет усилие в тяге управления.

Кроме того, эти технические решения обладают еще одним недостатком - неопределенностью усилия схвата в сомкнутом положении кисти, в котором приводной рычаг находится в положении вблизи мертвой точки механизма привода и, при малых технологических отклонениях, может мешать полному смыканию кисти.

Задачей изобретения является уменьшение усилия раскрытия кисти, прилагаемого к тяге управления, при обеспечении заданной величины усилия схвата.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом протезе кисти, содержащем подпружиненный четырехзвенный механизм, приводной барабан, приводимый в действие тягой управления, введен кулачок в виде отрезка спирали и опорный ролик, обкатывающийся по кулачку. При этом кулачок жестко соединен с приводным барабаном, а четырехзвенный механизм кинематически связан с опорным роликом.

Кулачок может быть выполнен в виде отрезка логарифмической спирали.

Кулачок может быть выполнен в виде отрезка спирали Архимеда.

Сущность предлагаемого протеза поясняется фиг.2 - конструктивно-кинематической схемой и фиг.3 - результатами расчета усилий в управляющей тяге по ее экскурсии.

На фиг.3 позицией 13 представлено изменение усилия в тяге для кулачка в виде отрезка логарифмической спирали, 14 - для кулачка в виде отрезка спирали Архимеда и 15 - для рычажного привода, характерного для прототипа.

Протез кисти включает приводной барабан 2, жестко соединенный с кулачком 11, опорный ролик 12, кинематически связанный с исполнительным четырехзвенным механизмом 7, 8, 9, 10, соединяющим первый палец 4 с блоком II-V пальцев 5, пружину 6, обеспечивающую усилие схвата, и управляющую тягу 1, жестко закрепленную на приводном барабане 3, осуществляющую передачу управляющего усилия к механизму кисти.

Из конструктивно-кинематической схемы предлагаемой конструкции видно, что введены кулачок 11 и опорный ролик 12, осуществляющие связь приводного барабана 2 с исполнительным четырехзвенным механизмом 7, 8, 9, 10, соединяющим первый палец с блоком II-V пальцев. Фиксация кисти в сомкнутом положении достигается пружиной схвата 6, раскрытие кисти происходит при приложении усилия к тяге управления 1.

При приложении усилия к тяге управления 1 она приводит во вращение приводной барабан 2, которое через кулачок 11, закрепленный на приводном барабане, передается посредством давления на опорный ролик 11 к исполнительному четырехзвеннику 7, 8, 9, 10, соединяющему первый палец 4 и блок II-V пальцев 5.

После снятия усилия с тяги 1, под действием пружины 6 звенья совершают движение в обратном направлении и пальцы кисти смыкаются.

Благодаря отсутствию приводного рычага 3 прототипа достигается полная определенность усилия схвата в сомкнутом положении кисти.

Подбор положения оси опорного ролика на рычаге первого пальца и радиуса опорного ролика позволяет получить минимальное значение плеча силы опорного ролика относительно оси вращения приводного барабана, что минимизирует усилие в управляющей тяге.

Для выбора формы кулачка были проведены расчеты усилия в управляющей тяге по ходу экскурсии для логарифмической и архимедовой спиралей, представленные на фиг.3 позициями 13, 14 соответственно.

Позицией 15 представлены усилия для кисти-прототипа.

Предпочтение отдается логарифмической спирали, так как у нее сохраняется угол между радиус-вектором в точке касания к касательной, в то время как у архимедовой спирали этот угол возрастает по мере увеличения угла поворота, за счет чего плечо силы реакции возрастает больше, чем у логарифмической спирали при равных начальных условиях.

Как явствует из фиг.3, введение кулачкового механизма с кулачком в форме отрезка логарифмической спирали гарантирует не менее, чем двукратное снижение усилия в тяге управления.

Литература

1. Коротков П.А. Исследования механизмов искусственных кистей. - Диссертация, Л., ЛНИИП, 1952.

2. Каталог протезных полуфабрикатов инструмента, оборудования и приспособлений. - М., 1976.

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию, и может быть использовано в протезах верхних конечностей с тяговым управлением и пассивным (пружинным) схватом. Протез кисти содержит подпружиненный четырехзвенный механизм, приводной барабан, приводимый в действие тягой управления, кулачок и опорный ролик, обкатывающийся по кулачку. Кулачок выполнен в виде отрезка спирали и жестко соединен с приводным барабаном. Четырехзвенный механизм кинематически связан с опорным роликом. Техническим результатом изобретения является уменьшение усилия раскрытия кисти, прилагаемого к тяге управления, при обеспечении заданной величины усилия схвата. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Протез кисти, содержащий подпружиненный четырехзвенный механизм и приводной барабан, приводимый в действие тягой управления, отличающийся тем, что в него введен кулачок в виде отрезка спирали и опорный ролик, обкатывающийся по кулачку, при этом кулачок жестко соединен с приводным барабаном, а четырехзвенный механизм кинематически связан с опорным роликом.2. Протез кисти по п.1, отличающийся тем, что кулачок выполнен в виде отрезка логарифмической спирали.3. Протез кисти по п.1, отличающийся тем, что кулачок выполнен в виде отрезка спирали Архимеда.