УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ОБРАТНОЙ ТАКТИЛЬНОЙ СВЯЗИ, ИНТЕГРИРОВАННОЕ В ПЕРЧАТКИ Российский патент 2024 года по МПК A41D19/15 

Изобретение относится к устройствам передачи обратной тактильной связи и может быть интегрировано в средства индивидуальной защиты кистей рук и найти применение в различных областях народного хозяйства, в частности в промышленной, строительной, сельскохозяйственной отраслях, а также в экипировке туристов, спортсменов и спасательных служб.

Тактильное чувство (осязание) - способность человека ощущать прикосновения, благодаря наличию тактильных рецепторов сконцентрированных в коже, мышцах и слизистых оболочках. Разнообразное происхождение рецепторов обуславливают ощущения, вызываемые прикосновением, вибрацией, давлением, влиянием фактуры и протяженности. (Осязательные органы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. В 86 т. (82 т. И 4 доп.). - СПб., 1890-1907).

Чувствительные к нежным прикосновениям и небольшому давлению рецепторы, расположены в верхней части дермы. Рецепторы, отвечающие за сильное давление и травмирующие прикосновение, расположены в глубине дермы и практически все окружены капсулами. Чувство холода, тепла и болевые ощущения воспринимаются ветвящимися нервными окончаниями, расположенными на границе дермы с эпидермисом. В различные чувствительные зоны головного мозга по нервам в виде электрических импульсов поступает информация от всех задействованных рецепторов. (Эпштейн М. Хаптика. Человек осязающий // Эпштейн М.Н. Философия тела / Тульчинский Г.Л. Тело свободы. - СПб.: Алетейя, 2006, с. 16-38).

Нервные окончания, в коже отвечающие за чувствительность (обратная тактильная связь) к давлению это тактильные тельца или тельца Мейснера. Этот тип механорецепторов отвечающий за чувствительность к давлению наделен самой высокой чувствительностью к восприятию вибраций.

Наибольшая концентрация наблюдается на подушечках пальцев кистей рук. (Pare, Michel; Joseph Е., Mazurkewicz; Allan M., Smith; Frank L., Rice (15 September 2001). « The Meissner Corpuscle Revised: A Multiafferented Mechanoreceptor with Nociceptor Immunochemical Properties)). The Journal of Neuroscience 21(18): 7236-46.

В виду поверхностного расположения в дерме, тактильные тельца более всего чувствительны к прикосновениям и вибрациям. Их обостренная чувствительность обеспечивает нейронную основу обуславливая способность человека читать текст Брайля. (Thornbury, Julia М.; Mistretta, Charlotte М. (January 1981). Tactile sensitivity as a function of age». Journal of Gerontology. 36(1): 34-9.).

В процессе использования человеком средств индивидуальной защиты кистей рук (перчатки) возникает проблема, связанная с потерей чувствительности, кончиков пальцев и, в общем, всей кисти. Толщина и вид материала, из которого изготовлены перчатки, играют ключевую роль в потере чувствительности, так как происходит изоляция рецепторов расположенных на подушечках пальцев кистей рук. Таким образом, чем толще и грубее материал из которого изготовлены перчатки, тем слабее чувствительность пальцев кисти и соответственно тем сложнее пользователю использовать перчатки. Низкая чувствительность (слабая тактильная обратная связь) в перчатках затрудняет, а зачастую и вовсе делает невозможным использование перчаток при работе со сложными устройствами, где требуется высокая чувствительность рук. Это крайне затрудняет жизнь пользователя, так как часто это происходит в условиях внешнего физического воздействия, химического или биологического, когда защита крайне необходима для кистей рук пользователя. Пользователю приходится многократно снимать перчатки, оголяя кисти рук для восстановления тактильной связи необходимой при проведении манипуляций с механизмами и устройствами. Это может повторяться многократно отвлекая внимание пользователя в момент снятия и надевания перчаток, что создает условия несущие риск возникновения технологической катастрофы и повреждения кистей рук человека.

Отсутствие обратной тактильной связи несет угрозу жизни альпинистов и скалолазов при восхождении особенно в условиях отрицательных температур, когда сильный мороз не позволяет снять с кистей рук перчатки, а руки не чувствуя достаточно обратную тактильную связь плохо информируют головной мозг человека вследствие, чего человек совершает недопустимые ошибки.

Известна перчатка с точками захвата и способ ее изготовления патент (US 20070031601 A1) где описывается перчатка снабженная множеством маленьких точек из жидкого винилового материала. Точки расположены как на внутренней, так и на внешней поверхностях перчатки. Точки захвата расположены стратегически таким образом, чтобы качество растяжения перчатки не ограничивалось.

К недостаткам перчатки относятся: тонкий материал непригодный для использования в период отрицательных температур и наличие виниловых точек, используемых в изделии, которые в холодную погоду твердеют, что ведет к потере сцепления точек с предметами.

Известна перчатка с участками кончиков пальцев имеющими конфигурацию наконечника пули патент (US 10602788 B2) включающая область запястья, область ладони и область пальца. Перчатка может быть изготовлена из нитрильного каучука. Для облегчения сгибания пальцев может быть предусмотрена область ремешка, которая частично или полностью охватывает суставы пальцев пользователя. Области кончиков указательного и среднего пальцев на выполняются гладкими, чтобы пользователь мог измерить пульс пациента. Эти участки для кончиков пальцев могут иметь уменьшенный или меньший диаметр и окружность, чтобы плотно натягивать материал перчатки вокруг кончиков пальцев пользователя и, таким образом, оказывать на них давление, чтобы можно было обнаружить даже слабый пульс у пациента.

К недостаткам перчатки относятся: ограниченная область применения(перчатки применяются только в медицинских учреждениях) и отсутствие способности защиты кистей рук от холода и травм.

Известна спортивная перчатка с улучшенными тактильными ощущениями патент (US 20170238632) включающая переднюю и заднюю части, соединенные для образования корпуса перчатки, четыре части для пальцев, часть для большого пальца и отверстие для приема руки, а также ремешок, подпругу или другой механизм для удержания перчатки на руке. Перчатка состоит из гибкого материала с низким коэффициентом трения и низкими адгезионными свойствами, тактильных участков или слоев с высоким коэффициентом трения или высокими адгезионными свойствами на передней и боковой частях пальцев. Улучшенная спортивная перчатка включает материалы с высоким коэффициентом трения в типичных точках контакта на руке игрока, которые взаимодействуют с мячом при броске.

К недостаткам известной спортивной перчатки относится низкая способность передачи обратной тактильной связи, обусловленная наличием различных изолирующих материалов в местах контакта кисти с поверхностями.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к предполагаемому изобретению является тактильная перчатка для использования в виртуальной среде патент (US №20160296838 A1) состоящая из микропроцессора, двигателя соединенного с распределительным валом, основного баллона расположенного под распределительным валом и соединенного с контроллером клапана первой трубкой. Контроллер клапана снабжен несколькими клапанами, при этом коллектор соединен с первой трубкой и связан с одним или несколькими значениями. Перчатка, включает один или несколько тактильных датчиков соединенных с одним или несколькими клапанами с помощью второй трубки, при этом микропроцессор сконфигурирован для приема сигнала от вычислительного устройства и в ответ приводит в действие двигатель. Двигатель вращает распределительный вал для сжатия основного баллона, нагнетая воздух из основного баллона к одному или нескольким клапанам и управляя контроллером клапана, чтобы открыть один или несколько клапанов для приведения в действие одного или нескольких тактильных датчиков.

Недостаток известного технического решения -ограниченная область применения, обусловленная невозможностью использования вне системы виртуальной реальности, большая материалоемкость, обуславливающая большую себестоимость.

Таким образом, для решения существующей проблемы частичной или полной потери чувствительности при использовании индивидуальных средств защиты кистей рук возникает необходимость в создании устройства с обратной тактильной связью применение которого минимизирует риск возникновения аварийных ситуаций вызванных недостаточной обратной тактильной связью.

Цель изобретения разработка устройства передачи обратной тактильной связи с возможностью его интеграции в перчатки применение которого создаст условия для увеличения чувствительности кистей рук, что минимизирует возникновение аварийных ситуаций при работе в перчатках.

Для достижения поставленной цели разработано устройство передачи обратной тактильной связи, интегрированное в перчатки. Устройство (Фиг. 1) состоит из: внутреннего корпуса [1] и наружного корпуса [2]. Корпус [1] и корпус [2] образованы из пластины [3] и пластины [4] соответственно в которых проделаны углубления в виде цилиндров [5] снабженных по центру сквозными отверстиями [6]. При этом в цилиндрах расположены возвратные пружины [7], в которые вставлены гаптические элементы [8]. Корпус [1] плотно закрыт крышкой [9], а корпус [2] крышкой [10]. Гаптические элементы [8] состоят из стержней [11] и магнитных шайб [12], прикрепленных к одному из концов стержня [11]. При этом гаптические элементы [8] вставлены в возвратные пружины [7], расположенные в цилиндрах [5] с возможностью линейного перемещения через сквозные отверстия [6] стержней [11] до места крепления магнитных шайб [12] которые имеют больший диаметр, чем стержни [11]. Внутренний корпус [1] монтируется (Фиг. 2) внутри перчатки [13] так чтобы крышка [9] прилегала к материалу перчатки, а гаптические элементы были направлены вверх для расположения на них подушечек фаланг пальцев кистей рук. Наружный корпус [2] монтируется с наружи перчатки крышкой [10] строго напротив внутреннего корпуса, при этом все гаптические элементы [8] выполнены и располагаются магнитными шайбами [12] одноименно по отношению друг к другу с возможностью отталкивания друг от друга при сближении.

Устройство работает следующим образом. При использовании предложенного устройства, пользователь надевает на кисти рук перчатки. Далее в процессе эксплуатации, когда пользователь дотрагивается до поверхности предмета происходит давление пальцев пользователя на гаптические элементы [8] внутреннего корпуса [1]. Находясь под давлением пальцев пользователя гаптические элементы [8] внутреннего корпуса [1] сдвигаются вперед, сближаясь своими магнитными шайбами [12] смагнитными шайбами [12] гаптических элементов [8] наружного корпуса [2]. Вследствие того, что магнитные шайбы внутренних и внешних корпусов расположены одноименно по отношению друг к другу при сближении происходит взаимное отталкивание, что ведет к выдвижению гаптических элементов [8] наружного корпуса [2]. При выдвижении вперед гаптических элементов наружного корпуса они соприкасаются с поверхностью предмета, повторяя его контуры в плоскости. Если, например, поверхность гладкая то соприкосновение произойдет практически одновременно всех элементов внешнего корпуса, если же поверхность волнистая то в начале с поверхностью соприкоснутся гаптические элементы, находящиеся на гребне волны в самой верхней точке и дальше по убыванию. Упираясь в поверхность гаптические элементы наружного корпуса останавливаются, повторяя контур контактируемой поверхности и так как человек продолжает давить на поверхность пальцами кисти руки происходит сближение соприкасающихся с поверхностью элементов с приближающимися элементами внутреннего корпуса, между которыми действует сила отталкивания. Происходит передача обратной тактильной связи через изолирующий материал перчатки, так как гаптические элементы [8] внутреннего корпуса [1] отталкиваются от гаптических элементов [8] наружного корпуса [2], в такой же последовательности, как и те, прикасаются к поверхности. Происходит передача формы поверхности предмета на пальцы кисти рук, пользователь ощущает строение поверхности вибрацией, давлением, влиянием фактуры и протяженности. Рецепторы, расположенные на пальцах ощущают различную степень давления зависящей от строения поверхности предмета, информируя пользователя о структуре поверхности предмета. Пальцы ощущают форму предмета, так как происходит контакт с гаптическими элементами непосредственно контактирующими с поверхностью предмета и соответственно и давление на палец оказывают гаптические элементы расположенные строго напротив них. Передача обратной тактильной связи происходит несмотря на наличие изолирующих рецепторы материалов, так как через используемые материалы действует сила магнитного отталкивания одноименно расположенных магнитных шайб. Пользователь манипулирует необходимыми предметами, контактируя с различными поверхностями ощущая обратную тактильную связь. После контакта с поверхностью предмета пользователь убирает руки с поверхности предмета и пружины возвращают гаптические элементы в первоначальное положение.

Предложенное техническое решение позволяет интегрировать в перчатки устройство передачи обратной тактильной связи, что увеличит чувствительность пальцев кистей рук минимизируя возникновение аварийных ситуаций при работе в перчатках.

Изобретение относится к устройствам передачи обратной тактильной связи и может быть интегрировано в средства индивидуальной защиты кистей рук и найти применение в различных областях народного хозяйства, в частности в промышленной, строительной, сельскохозяйственной отраслях, а также в экипировке туристов, спортсменов и спасательных служб. Цель изобретения - разработка устройства передачи обратной тактильной связи с возможностью его интеграции в перчатки, применение которого создаст условия для увеличения чувствительности кистей рук, что минимизирует возникновение аварийных ситуаций при работе в перчатках. Для достижения поставленной цели разработано устройство передачи обратной тактильной связи, интегрированное в перчатки, где используется сила отталкивания одноименно расположенных магнитов. Предложенное техническое решение позволяет увеличить чувствительность пальцев кистей рук, минимизируя возникновение аварийных ситуаций при работе в перчатках. 2 ил.

Устройство передачи обратной тактильной связи, интегрированное в перчатки, содержащее перчатку, отличающееся тем, что оно состоит из внутреннего и наружного корпусов, образованных из пластин, в которых проделаны углубления в виде цилиндров, снабженных по центру сквозными отверстиями, при этом в цилиндрах расположены возвратные пружины, в которые вставлены гаптические элементы, состоящие из стержней и прикрепленных к их концам магнитных шайб, при этом внутренний корпус монтируют внутри перчатки так, чтобы его крышка прилегала к материалу перчатки, а гаптические элементы были направлены стержнями вверх для расположения на них подушечек фаланг пальцев кистей рук, наружный корпус монтируют строго напротив внутреннего корпуса снаружи перчатки, при этом магнитные шайбы внутреннего и наружного корпусов расположены одноименно по отношению друг к другу с возможностью отталкивания друг от друга при сближении.