ЛИНЕЙНЫЙ АКТУАТОР ДЛЯ УСТРОЙСТВА ИСКУССТВЕННОЙ РУКИ Российский патент 2023 года по МПК A61F2/00 

Описание патента на изобретение RU2791805C1

Изобретение относится к медицине и к медицинской технике, а конкретно к области хирургии и предназначено для бионического протезирования и использования в качестве искусственных мышц.

Известна искусственная мышца по заявке на изобретение RU 97107496 от 05.05.1994, имеющая возможность сокращаться по длине, оболочку которой собирают из чередующихся продольных полос нерастяжимых лент с упругими лентами, концы которых крепятся с обеих сторон к двум или нескольким крепежным деталям и образуют герметичный воздушный мешок. Мышца сокращается за счет впуска и выпуска воздуха из мешка.

Известна искусственная мышца по патенту RU 2654680 от 07.06.2017, представляющая собой среду из полиорганосилоксана, эпоксидной смолы и катализатора полимеризации эпоксидной смолы, при этом указанная среда прошита нитями интерметаллида с памятью формы и нейлоновым и/или полиэтиленовым волокном, которые соединены с термоэлектрическим преобразователем продольной формы, расположенным вдоль указанного волокна.

Недостатком описанных устройств является сложность конструкции.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является линейный актуатор, входящий в устройство искусственной руки по патенту RU 2717046 от 13.06.2019. Оно содержит линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является и источником питания и управляет направлением вращения электродвигателей, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности и соединительные элементы для обеспечения механический связи моторов с кольцами и напальчниками. Соединительные элементы являются гибкими штоками в виде скрученных нитей, которые одними своими концами закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, а другими своими концами пропущены через сквозные отверстия в малом браслете и жестко прикреплены к напальчникам.

Недостатками описанного прототипа являются низкая надежность вследствие большой силы взаимного трения нитей в гибких штоках при скручивании и обусловленный этой причиной низкий коэффициент полезного действия устройства, а также негативное воздействие пыли окружающей среды на гибкие штоки.

Задача изобретения - увеличение коэффициента полезного действия и ресурса работы линейного актуатора за счет уменьшения силы трения нитей в гибком штоке при скручивании и защита его от пыли.

Технический результат достигается тем, что в линейный актуатор для устройства искусственной руки, содержащий модуль управления, являющийся и источником питания, и соединительный элемент, представляющий собой гибкий шток в виде скрученных нитей, который одним своим концом закреплен на валу электродвигателя, соединенного с модулем управления, а другим своим концом жестко прикреплен к имитатору кисти руки, введена эластичная трубка, а нити гибкого штока обработаны смазкой для уменьшения силы взаимного трения нитей друг о друга при скручивании и помещены в эластичную, например, латексную, трубку, изолирующую их от пыли окружающей среды и предотвращающую разбрызгивание смазки с поверхности скрученных нитей в процессе работы, а нити гибкого штока выполнены из полиэтилена, модуль управления представляет собой выполненные в одном корпусе электрически связанные блок питания, контроллер и электропривод и формирует управляющий сигнал, обеспечивающий регулирование скорости и направления вращения электропривода в заданных пределах.

Достигается увеличение КПД и ресурса работы актуатора.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:

- фиг.1 - структура гибкого штока в исходном состоянии;

- фиг.2 - структура гибкого штока в рабочем состоянии;

- фиг.3 - конструкция линейного актуатора в виде действующего макета искусственной руки в исходном положении;

- фиг.4 - конструкция линейного актуатора в виде действующего макета искусственной руки в рабочем положении.

На фиг.1-4 использованы следующие обозначения: 1 - гибкий шток в виде эластичной трубки; 21…2n - нити; 3 - кисть руки; 4 - предплечье; 5 - плечо; 6 - модуль управления, при этом модуль управления включает в себя блок питания, контроллер и электропривод, гибкий шток одним своим концом прикреплен к валу редуктора, связанного с валом электродвигателя, электрически соединенного с модулем управления, а другим своим концом, через плечо, локтевой сустав и предплечье, жестко прикреплен к имитатору кисти руки.

Заявляемое устройство работает следующим образом (см. фиг.4). При включении блока питания управляющий сигнал с модуля управления 7 подается на управляющую обмотку электродвигателя (на фиг.1 - 4 не показан), обеспечивая регулирование скорости и направления его вращения по заданной программе, в результате чего достигают заданного темпа сгибания/разгибания искусственной руки, состоящей из механические соединенных кисти 3, предплечьем 4 и плечом 5 с заданными амплитудой и частотой. При этом механическая связь реализована с помощью гибкого штока (см. фиг.1, 2) 1, состоящего из скрученных нитей 21…2n, обработанных минеральной смазкой и помещенных в эластичную трубку. Нити 2 гибкого штока 1 обработаны минеральной смазкой для уменьшения механического трения между ними и помещены в эластичную трубку для предотвращения разбрызгивания смазки в процессе работы и для защиты гибкого штока от воздействия пыли окружающей среды.

Введение в конструкцию линейного актуатора эластичной трубки и обработка нитей гибкого штока смазкой позволяют увеличить коэффициент полезного действия (КПД) устройства. В ходе эксперимента были получены следующие результаты. При потребляемой мощности электродвигателя в 10 Вт и при его КПД, равном 90%, полученное значение КПД на выходе устройства составило: при «сухом» штоке - 60%, при «смазанном» штоке - 80%. Таким образом, при смазанном штоке достигнуто повышение КПД на 20%.

В качестве нитей, составляющих гибкий шток, в процессе экспериментальных исследований были использованы углеродные нити, а также нити из шелка, капрона, полиамида, полиэстера и из полиэтилена. Наиболее износостойкими оказались нити из полиэтилена марки «dyneema» производства фабрики «Dutch state mines» (Голландия) и марки «spectra» фабрики «Allied signab (США).

Технический результат заключается в решении задачи изобретения, а именно, в увеличении коэффициента полезного действия устройства на 20% за счет уменьшения силы взаимного трения нитей в гибком штоке при скручивании и в обеспечении его защиты от пыли.

Похожие патенты RU2791805C1

название год авторы номер документа
Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами 2019
  • Оразов Илья Витальевич
  • Оразов Алексей Витальевич
RU2717046C1
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ СПОРТСМЕНОВ-ИГРОКОВ 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Галеева Ольга Борисовна
RU2600438C2
МАНИПУЛЯЦИОННЫЙ МОДУЛЬ ЭКЗОСКЕЛЕТА, ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО МАНИПУЛЯЦИОННОГО МОДУЛЯ ЭКЗОСКЕЛЕТА, ПАЛЕЦ ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА МАНИПУЛЯЦИОННОГО МОДУЛЯ ЭКЗОСКЕЛЕТА 2020
  • Серов Никита Михайлович
RU2769584C1
КИСТЕВОЙ ЭСПАНДЕР 2022
  • Иванова Инна Игоревна
RU2797728C1
РУКОЯТКА ЛЫЖНОЙ ПАЛКИ, СНАБЖЕННАЯ ПЕТЛЕЙ 2015
  • Крайс Владимир
  • Долл Кристоф
  • Хайм Эберхард
RU2702216C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА 1989
  • Раковский Владимир Федорович
RU2099847C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ РИСОВЫХ ЧЕКОВ 2024
  • Тарасенко Борис Федорович
  • Богатырев Николай Иванович
  • Гаврилов Владимир Николаевич
  • Николенко Александр Юрьевич
  • Бойко Алексей Алексеевич
RU2824826C1
КИСТЕВОЙ ЭСПАНДЕР 2022
  • Иванова Инна Игоревна
RU2797730C1
Имитатор демаскирующих признаков движущейся военной техники для внезапного изменения целевой обстановки в целях противодействия ВТО 2022
  • Герасименя Валерий Павлович
  • Осипов Петр Николаевич
  • Исаев Григорий Юрьевич
  • Комиссаров Виталий Викторович
  • Щетинин Дмитрий Юрьевич
  • Баранов Андрей Александрович
RU2799747C1
ПРОТЕЗ РУКИ ДЛЯ ПАЦИЕНТОВ СО СТЕПЕНЬЮ АМПУТАЦИИ ОТ ПАЛЬЦЕВ ДО ПРЕДПЛЕЧЬЯ, ПРОТЕЗ ЛУЧЕЗАПЯСТНОГО СУСТАВА, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ПРОТЕЗ КИСТИ РУКИ, УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ТРОСОВ ТЯГ ПАЛЬЦЕВ ПРОТЕЗА КИСТИ РУКИ (3 ВАРИАНТА), УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОМБИНАЦИЕЙ ПОЛОЖЕНИЯ ПАЛЬЦЕВ ПРОТЕЗА КИСТИ РУКИ (2 ВАРИАНТА) 2017
  • Ляшко Максим Александрович
RU2664171C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 791 805 C1

Реферат патента 2023 года ЛИНЕЙНЫЙ АКТУАТОР ДЛЯ УСТРОЙСТВА ИСКУССТВЕННОЙ РУКИ

Изобретение относится к медицинской технике, предназначено для бионического протезирования и использования в качестве искусственных мышц и позволяет увеличить КПД и ресурс работы линейного актуатора за счет уменьшения силы трения нитей в гибком штоке при скручивании и защита его от пыли. Линейный актуатор содержит модуль управления и соединительный элемент, представляющий собой гибкий шток в виде скрученных нитей, который одним своим концом закреплен на валу электродвигателя, соединенного с модулем управления, а другим своим концом жестко прикреплен к имитатору кисти руки. Нити гибкого штока обработаны смазкой для уменьшения силы взаимного трения нитей друг о друга при скручивании и помещены в эластичную, например латексную, трубку, изолирующую их от пыли окружающей среды и предотвращающую разбрызгивание смазки с поверхности скрученных нитей в процессе работы, нити гибкого штока выполнены из полиэтилена. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 791 805 C1

Линейный актуатор для устройства искусственной руки, содержащий модуль управления с источником питания и соединительный элемент, представляющий собой гибкий шток в виде скрученных нитей, который одним своим концом закреплен на валу электродвигателя, соединенного с модулем управления, а другим своим концом прикреплен к имитатору кисти руки, отличающийся тем, что гибкий шток представляет собой скрученные нити из полиэтилена, обработанные смазкой для уменьшения силы взаимного трения нитей друг о друга при скручивании и помещенные в эластичную трубку из латекса, изолирующую нити от пыли окружающей среды и предотвращающую разбрызгивание смазки с поверхности скрученных нитей в процессе работы, при этом модуль управления содержит размещенные в одном корпусе и электрически связанные блок питания, контроллер и электропривод и выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала, обеспечивающего регулирование скорости и направления вращения электродвигателя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2791805C1

Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами 2019
  • Оразов Илья Витальевич
  • Оразов Алексей Витальевич
RU2717046C1
Бионический экзоскелет 2017
  • Журавлёв Дмитрий Андреевич
RU2645804C1
СТОЙКИЙ К УСТАЛОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ СОСТАВНОЙ ТРОС 2018
  • Эрлендссон, Хьертур
RU2749526C1
0
SU88820A1
ЛАТЕКС, СОДЕРЖАЩИЙ ВОДУ И СТИРОЛЬНЫЙ БЛОК-СОПОЛИМЕР, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕГО 2012
  • Де Йонг Ваутер
RU2632873C2
US 20160259417 A1, 08.09.2016
СТАНОК ДЛЯ ДОВОДКИ ПЛАСТИН 0
SU181515A1

RU 2 791 805 C1

Авторы

Снегирев Александр Леонтьевич

Покотило Сергей Александрович

Красногоров Александр Алексеевич

Даты

2023-03-13Публикация

2021-12-28Подача