МЕХАНИЧЕСКИЙ АНТРОПОМОРФНЫЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2023 года по МПК A61F2/56 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезостроению, и может найти применение в быту людей с ограниченными возможностями, а также найти применение в условиях связанных с риском радиационного или биологического заражения.

Известен антропоморфный манипулятор (патент РФ №1465520) содержащий задающее устройство и исполнительное устройство. Задающее устройство имеет три подвижных звена. Исполнительное устройство включает в себя: плечо, предплечье, кисть и закреплено на основании. Основание и звенья соединены между собой кинематическими парами. Кинематическая пара образована основанием и звеном и обеспечивает движение типа ротация. Плечо задающего устройства образовано двумя подвижными звеньями с возможностью соединения с корпусом оператора универсальным (карданным) шарниром.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные его применением только в робототехнике и необходимость использования внешнего источника энергии.

Известен копирующий манипулятор (патент РФ№135956) содержащий задающее и исполнительное устройство, выполненные с возможностью закрепления соответственно на корпусе оператора и основании и содержат плечо, предплечье, кисть, соединенные между собой вращательными парами. Предплечье задающего устройства снабжено ложементом для соединения его с предплечьем оператора. Плечо задающего устройства содержит два звена, соединенных между собой поступательной парой с возможностью соединения с корпусом и предплечьем оператора посредством карданов. Оси карданов и поступательная пара оснащены приборами замера относительного движения звеньев.

Недостатками известного устройства являются сложная конструкция, содержащая несколько двигателей и необходимость наличия внешнего источника энергии.

Известна механическая рука (патент РФ №201029) состоящая из наружной предплечевой гильзы в которую посредством шариковых направляющих скольжения, вставлена внутренняя предплечевая гильза. Внутренняя предплечевая гильза снабжена кистевым упором, ладонной площадкой, к которой прикреплены, пять гибких клавиш управления искусственными пальцами с фиксаторами пальцев пользователя. Перпендикулярно внутри к гильзе крепят опорную ось с пятью направляющими роликами, по которым перемещаются пять плетеных шнуров натяжения. Опорная ось шарнирно соединена рычагами с подвижной натяжной осью, на которой располагают пять направляющих роликов. Внутренняя предплечевая гильза снабжена боковыми прорезями прижатия, поверх которых крепят ремень фиксации механической руки. Внешняя гильза снабжена бугром прижатия, в который при сжатии клавиш управления упираются пять шарнирно прикрепленных искусственных пальца, каждый из которых состоит из трех шарнирно соединенных сегментов. Каждый сегмент содержит в нижней точке упругие пластины раскрытия и наружные эластичные рифленые подушечки.

Недостаток известной механической руки обусловлен небольшим диапазоном удлинения устройства.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному объекту является механическая кисть (патент РФ №2245120) содержащая ладонь, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными пустотелыми фалангами, жилки для сжимания искусственных пальцев в кулак и возвратные пружинки для выпрямления искусственных пальцев. Механическая кисть также содержит храповое колесо со шкивом, расположенным под храповым колесом, и имеющим проточку по периметру для размещения пучка жилок, собачку храповика, вороток для поворачивания храпового колеса и фиксатор для удержания собачки. При этом жилки для сжимания искусственных пальцев в кулак закреплены в концах верхних фаланг, пропущены внутри искусственных пальцев, проходят в шкиве храпового колеса и закреплены в манжете, выполненной с возможностью установки выше локтевого сустава. Причем искусственные пальцы выполнены с возможностью сжимания в кулак при сгибании руки или повороте шкива с помощью воротка за счет натяжения жилок и с возможностью выпрямления за счет возвратных пружинок, при выпрямлении руки или при выведении собачки из зацепления с зубом храпового колеса.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием возможности удлинения устройства и сжатие искусственной кисти только в кулак без возможности манипулировать отдельно различными пальцами.

Цель предлагаемого технического решения заключается в разработке устройства, не требующего применения внешних источников энергии с большим диапазоном удлинения, применение которого облегчит быт и повысит функциональные возможности людей с ограниченными возможностями, а также создаст условия для применения устройства при ликвидации ЧС связанных с риском биологического или радиоактивного заражения.

Поставленная цель достигается тем, что предложен механический антропоморфный манипулятор (Фиг 1.), (Фиг. 2) состоящий из предплечевой гильзы [1], замкнутого с обоих концов полого телескопического удлинителя [2] и искусственной кисти [3]. Предплечевая гильза [1] снабжена прижимными пневматическими упорами [4], ручным пневматическим насосом [5] и трубками [6] соединяющими пневматический насос [5] с прижимными пневматическими упорами [4] и телескопическим удлинителем [2]. Телескопический удлинитель [2] вставлен в предплечевую гильзу [1] с возможностью вращения вокруг своей оси. На внешнем конце телескопического удлинителя [2] смонтирована искусственная кисть [3]. Искусственная кисть [3], состоит из полых искусственных пальцев [7], каждый из которых образован из трех шарнирно соединенных между собой фаланг [8]. Внутри каждой фаланги в нижней ее точке прикреплены упоры разжатия [9]. Искусственные пальцы [7] шарнирно соединены с искусственной ладонью [10]. Внутренний конец телескопического удлинителя [2] снабжен рычагом управления [11], на котором размещены переключатель насоса [12], рычаг насоса [13] и упоры управления [14] с кольцами фиксации [15]. На кольцах фиксации смонтированы катушки [16], на которые намотаны тяжи натяжения [17], которые свободным концом присоединены к крайним внутренним точкам [18], искусственных пальцев [7], с возможностью сжатия искусственных пальцев при сжатии упоров управления [14]. Катушки [16], снабжены механизмом автоматического сматывания [19] и механизмом блокировки тяжей натяжения [20]. Механизм блокировки тяжей натяжения [20] состоит из рифленых пластин [21] соединенных по бокам между собой пружинами [22], между пластинами расположены тяжи натяжения [17], с возможностью стопорения тяжей при сжатии упоров управления [14]. Телескопический удлинитель снабжен возвратным жгутом [23].

Заявленное устройство может быть изготовлено в промышленных условиях из не дорогих, но прочных материалов, например, из поливинилхлорида.

Устройство работает следующим образом. Пользователь перед использованием устройства просовывает руку в наружную предплечевую гильзу [1], затем переключателем пневматического насоса [12] устанавливает режим подачи воздуха в прижимные пневматические упоры [4], после чего пользователь производит активацию пневматического насоса при помощи рычага насоса [13], который нагнетает атмосферный воздух внутрь прижимных пневматических упоров [4]. Пневматические упоры, расширяясь под действием нагнетаемого в них воздуха, прижимают устройство к руке пользователя. После того как пользователь закрепил устройство у себя на руке оно готово к использованию. При необходимости удлинения устройства пользователь устанавливает переключателем [12] режим подачи воздуха в телескопический удлинитель [2], при помощи рычага насоса [13] нагнетает атмосферный воздух внутрь телескопического удлинителя [2], создаваемое избыточное давление внутри телескопического удлинителя ведет к удлинению телескопического удлинителя [2]. При удлинении устройства, тяжи натяжения [17] удлиняются вместе с телескопическим удлинителем [2], при этом благодаря механизму автоматического сматывания [19] они находятся в постоянном натяжении, что исключает перехлест или запутывание. После достижения устройством нужной длины пользователь просовывает пальцы в кольца фиксации [15] и путем сжатия упоров управления [14] манипулирует искусственными пальцами [7] искусственной кисти [3], за счет того, что тяжи натяжения [17] расположенные на упорах управления соединены с крайними внутренними точками [18] искусственных пальцев [7] с возможностью сжимания искусственных пальцев [7] при сжатии упоров управления [14]. При сжатии упоров управления [14] происходит срабатывание механизма блокировки тяжей натяжения [20] в виду того что механизм блокировки тяжей натяжения [20] смонтирован с возможностью блокировки тяжей натяжения [20] при изменении угла натяжения тяжей, вследствие того, что тяжи натяжения зажимаются между рифлеными пластинами. И чем больше пользователь давит на упоры управления, тем больше угол и больше тяжи впиваются в рифленые пластины, при этом рифли увеличивают площадь соприкосновения тем самым предотвращают проскальзывание тяжей. Пользователь, сжимая упоры управления посредством натяжения тяжей, приводит в движение искусственные пальцы, которыми проводит захват и необходимые ему манипуляции. Для приближения предмета к себе пользователь устанавливает переключатель на режим стравливания воздуха из устройства, что ведет к падению давления внутри телескопического удлинителя и благодаря возвратному жгуту [23] который при удлинении растягивается, а при падении давления внутри сжимается и устройство уменьшается в длину. После использования пользователь переводит переключатель в режим стравливания воздуха из прижимных пневматических упоров [4], что ведет к падению давления внутри них вследствие, чего они сдуваются и перестают фиксировать устройство на предплечье, пользователь вынимает из него руку и убирает на хранение.

Применение предложенного технического решения позволит облегчить быт и повысит функциональные возможности людей с ограниченными возможностями, а также создаст условия для применения устройства при ликвидации ЧС связанных с риском биологического или радиоактивного заражения. Устройство полностью автономно и не требует применения внешних источников энергии. Примеры конкретного использования.

Пример №1. Пользователь со спинальной травмой передвигаясь по квартире на инвалидной коляске решил проветрить комнату без посторонней помощи. Находясь в сидячем положении, он просовывает руку в устройство, затем при помощи рычага пневматического насоса нагнетает воздух в прижимные упоры и удобно фиксирует устройство на своем предплечье. После фиксации устройства на предплечье пользователь производит удлинение устройства, переключив переключатель на режим подачи воздуха внутрь телескопического удлинителя. Нагнетаемый воздух создает избыточное давление внутри телескопического удлинителя, что ведет к удлинению устройства. Пользователь удлиняет устройство до ручки окна, затем захватывает ручку окна, нажимая на упоры управления, которые соединены тяжами натяжения с искусственными пальцами и поворачивает ручку и тянет ее на себя, открывая окно, затем стравливает воздух и снимает с руки устройство. После проветривания комнаты пользователь просовывает руку в устройство, закрепляет и наведя на ручку окна закрывает окно и поворачивает ручку для фиксации в закрытое положение окна. После использования пользователь стравливает воздух и снимает с руки устройство.

Пример №2. Пользователь с травмированной верхней конечностью решил поменять в доме лампу освещения, принести и поставить стремянку ему не позволяют ограниченные травмой физические возможности. Пользователь применяет предложенное устройство, просунув здоровую руку в предплечевую гильзу и нагнетая воздух удобно закрепив на руке, затем берет лампочку в кисть устройства и наведя на плафон удлиняет устройство до необходимой длины и вкручивает лампочку в плафон. После использования пользователь стравливает воздух и снимает с руки устройство.

Устройство позволяет пользователю без посторонней помощи при необходимости произвести различные манипуляции при помощи одной руки.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезостроению. Механический антропоморфный манипулятор содержит искусственные ладонь и пальцы, шарнирно соединенные с искусственной ладонью, образованные тремя шарнирно соединенными полыми фалангами, тяжи натяжения искусственных пальцев. Устройство содержит предплечевую гильзу, снабженную прижимными пневматическими упорами, ручной пневматический насос и трубки, соединяющие пневматический насос с прижимными пневматическими упорами и телескопическим удлинителем. Телескопический удлинитель вставлен в предплечевую гильзу с возможностью вращения вокруг своей оси. На внешнем конце телескопического удлинителя смонтирована искусственная кисть, содержащая упоры разжатия, причем упоры разжатия прикреплены внутри каждой фаланги в нижней ее точке. Внутренний конец телескопического удлинителя снабжен рычагом управления телескопического удлинителя, на котором размещены переключатель ручного пневматического насоса, рычаг ручного пневматического насоса и упоры управления с кольцами фиксации, на которых смонтированы катушки с намотанными на них тяжами натяжения, свободным концом присоединенные к крайним внутренним точкам искусственных пальцев с возможностью сжатия искусственных пальцев при сжатии упоров управления. Катушки снабжены механизмом автоматического сматывания и механизмом блокировки тяжей натяжения, образованным из рифленых пластин, соединенных по бокам между собой пружинами. Между пластинами расположены тяжи натяжения с возможностью стопорения тяжей натяжения при сжатии упоров управления, а телескопический удлинитель снабжен возвратным жгутом. Техническим результатом является устройство, не требующее применения внешних источников энергии, с большим диапазоном удлинения, применение которого облегчает быт и повышает функциональные возможности людей с ограниченными возможностями. 2 ил.

Механический антропоморфный манипулятор, содержащий искусственные ладонь и пальцы, шарнирно соединенные с искусственной ладонью, образованные тремя шарнирно соединенными полыми фалангами, тяжи натяжения искусственных пальцев, отличающийся тем, что он содержит предплечевую гильзу, снабженную прижимными пневматическими упорами, ручной пневматический насос и трубки, соединяющие пневматический насос с прижимными пневматическими упорами и телескопическим удлинителем, при этом телескопический удлинитель вставлен в предплечевую гильзу с возможностью вращения вокруг своей оси, на внешнем конце телескопического удлинителя смонтирована искусственная кисть, содержащая упоры разжатия, причем упоры разжатия прикреплены внутри каждой фаланги в нижней ее точке, при этом внутренний конец телескопического удлинителя снабжен рычагом управления телескопического удлинителя, на котором размещены переключатель ручного пневматического насоса, рычаг ручного пневматического насоса и упоры управления с кольцами фиксации, на которых смонтированы катушки с намотанными на них тяжами натяжения, свободным концом присоединенные к крайним внутренним точкам искусственных пальцев с возможностью сжатия искусственных пальцев при сжатии упоров управления, при этом катушки снабжены механизмом автоматического сматывания и механизмом блокировки тяжей натяжения, образованным из рифленых пластин, соединенных по бокам между собой пружинами, между пластинами расположены тяжи натяжения с возможностью стопорения тяжей натяжения при сжатии упоров управления, при этом телескопический удлинитель снабжен возвратным жгутом.