Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к актуаторам конечностей, и может быть использовано в медицине, космонавтике, строительстве, на промышленных предприятиях. Перчатка-экзоскелет содержит линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является источником питания моторов и управления направлением их вращения, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности и соединительные элементы для механической связи моторов с кольцами и напальчниками. Соединительные элементы являются гибкими штоками, выполненными в виде скрученных нитей, которые одними концами закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, пропущены через сквозные отверстия в малом браслете и через проушины колец с обеспечением продольного расположения нитей вдоль предплечья и жесткого прикрепления их другими концами к напальчникам. Большой и малый браслеты выполнены с возможностью их крепления на предплечье с помощью ремней и соединены жесткой сцепкой, длина которой соответствует индивидуальному размеру предплечья. В результате обеспечивается эргономичная, простая и безопасная конструкция при использовании. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к актуаторам конечностей и может быть использовано в медицине, космонавтике, строительстве, на промышленных предприятиях.

Известен линейный актуатор, содержащий жесткий шпиндель с резьбой с мотором, вращение которого приводит шпиндель в движение (заявка US №20120222510, MПК F16H 19/02, публ. 2012).

Недостатками такой конструкции являются жесткость конструкции, позволяющая придавать шпинделю только прямолинейное движение, относительно большой размер и ограничение резьбой длины, на которую может выдвигаться шпиндель.

Известен линейный актуатор, содержащий цепь, зажатую между двух шестеренок, двигающих ее при вращении (патент US №7905156, МПК В66С 23/00, публ. 2008).

Недостатками такого решения являются отсутствие возможности быстрого изменения направление движения цепи по вертикальной оси, а также то, что размер звеньев цепи обязан быть сопоставимым с размером шестерней.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является экзоскелет кисти руки человека, содержащий жесткие линейные актуаторы, приводом для которых является блок моторов, установленный на каркасе устройства, располагающегося на тыльной стороне ладони, причем в качестве датчика движения конечностей используют потенциометры, которые регистрируют изменения в положении пальцев. Каждый палец по отдельности соединен посредством актуатора с мотором, установленным на основании, которое представляет собой корпус микроконтроллера, управляющего работой моторов. Само основание может крепиться на ладони с помощью нейлоновых ремней, металлических или пластиковых колец и т.д. В некоторых вариантах осуществления управления может использоваться как пять отдельных модулей обратной связи по силе для каждого пальца, так и один общий модуль, чтобы соответствовать всем пяти пальцам руки. Для каждого из пальцев в качестве датчика может использоваться пара перпендикулярно расположенных потенциометров. В роли потенциометров могут выступать потенциометры вращения или оптические датчики, магнитные датчики и т.п.Данные с потенциометров поступают в микроконтроллер, который, анализируя их, приводит в действие нужные моторы, передающие крутящий момент на линейный привод, вследствие чего происходит сгибание пальцев руки(заявка US №20160259417, MПК G06F 3/014, G06F 3/016, G06F 3/017, G06T 19/006, G08B 6/00, публ. 2016).

Недостатками известного решения являются расположение корпуса устройства непосредственно на самой кисти, что увеличивает нагрузку на ладонь, расположение моторного привода непосредственно на самой кисти, что уменьшает возможную площадь соприкосновения каркаса с кожей, которая нужна для ликвидации нагрузки моторов, использование ненадежных потенциометров в качестве датчиков движения пальцев, которые не могут регистрировать изменения в положении пальцев, если последние выйдут за пределы границ действия потенциометра, и не имеют прямого контакта с кожей, а также жесткость линейного привода.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание эргономичного, легкого и подвижного привода для экзоскелета, имеющего упрощенную систему передачи силы.

Техническая задача достигается тем, что в перчатке-экзоскелете с линейными актуаторами, содержащей линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является источником питания моторов и управляет направлением вращения моторов, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности, а также соединительные элементы для механической связи моторов с кольцами и напальчниками, соединительными элементами являются гибкие штоки, представляющие собой скрученные нити, которые одним концом закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, пропущены через сквозные отверстия, выполненные в малом браслете и через проушины, выполненные в нижней части колец для продольного расположения нитей вдоль предплечья, и жестко прикреплены другим концом к напальчникам, причем большой и малый браслеты, являющиеся элементами крепления на предплечье, оснащены ремнями и соединены жесткой сцепкой, длина которой соответствует индивидуальному размеру предплечья. Внутри каждого напальчника имеются электрические кнопки для управления направлением вращения вала мотора.

Линейный актуатор содержит мотор, жестко закрепленный к станине и подключенный к модулю управления, и гибкий шток, одним концом соединенный с валом мотора, а другим - с кубом, имеющим возможность перемещения по направляющей, выполненной в станине.

Технический результат заключается в эргономичности, простоте и безопасности в использовании за счет возможности соединения движимой части и привода на технически сложной поверхности благодаря гибкости актуатора, которая позволяет изгибать его вдоль поверхности, полезной длины хода штока, которой является почти вся длина нити, малый размер актуатора и возможность регулировки его длины, возможность использования в качестве натяжителя любой вид прутковых изделий (например, кевларовые нити), что во много раз повышает предельную мощность актуатора.

Сущность поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлена схема линейного актуатора с гибким штоком; на фиг. 2 - схема перчатки-экзоскелета с линейными актуаторами в сборе.

Линейный актуатор (фиг. 1а, б) содержит мотор 1, жестко закрепленный на станине 2, изготовленной, например, из пластика. К контактам мотора 1 присоединены провода 3, подключенные к модулю 4, являющемуся источником питания мотора 1, который управляет направлением вращения мотора 1. На валу 5 мотора 1 закреплена скрученная, например, нейлоновая, кевларовая или из другого упругого материала нить 6, являющаяся гибким штоком, одним концом закрепленная на валу 5 мотора 1, а другим - например, на кубе 7, изготовленном, например, из пластика. Куб 7 закреплен на станине 2. В станине 2 выполнена направляющая 8 для возможности перемещения куба 7.

Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами (фиг. 2а) содержит пять актуаторов (по количеству пальцев на руке), каждый из которых подключен к соответствующему мотору 1, закрепленному в соответствующем посадочном месте 9 в большом браслете 10, изготовленном, например, из пластика, по индивидуальным размерам предплечья. Нити 6 (фиг. 2б) пропущены через сквозные отверстия, выполненные в малом браслете 11 для продольного расположения нитей 6 вдоль предплечья, и через проушины 12, выполненные в нижней части колец 13. Одними концами нити 6 закреплены на валах 5 моторов 1, а другими жестко прикреплены к напальчникам 14, выполняющим функцию куба 7, тем самым осуществляя механическую связь между моторами 1 и напальчниками 14. Малый браслет 11 изготовлен, например, из пластика по индивидуальным размерам предплечья. Жесткая сцепка 15, соединяющая большой браслет 10 с малым браслетом 11, изготовлена например, из пластика. Одними концами жесткая сцепка 15 зафиксирована на боковых стенках большого браслета 10, а другими концами - на боковых стенках малого браслета 11. Длина жесткой сцепки 15 выбрана, исходя из индивидуальных размеров предплечья. Высота расположения жесткой сцепки 15 на боковых стенках большого браслета 10 и малого браслета 11 выбрана, исходя из индивидуальных размеров предплечья. Кольца 13 в количестве девяти элементов изготовлены, например, из пластика, по индивидуальным размерам пальцев. Напальчники 14 в количестве пяти элементов, изготовлены, например, из пластика по индивидуальным размерам пальцев. К напальчникам 14 жестко закреплены нити 6. Напальчники 14 надеваются на верхние фаланги пальцев. Напальчники 14 на верхних фалангах пальцев размещены так, чтобы нити 6 проходили по внутренней стороне ладони. Внутри каждого из напальчников 14 имеются две электрические кнопки (на рисунке не показаны), расположенные под подушечкой пальца и над ногтем. В нижней части большого браслета 10 (фиг. 2в) протянут ремень 16 для закрепления большого браслета 10 на предплечье. Большой браслет 10 закреплен на внутренней стороне предплечья с помощью ремня 16. В нижней части малого браслета 11 протянут ремень 17 для закрепления малого браслета 11 на предплечье. Малый браслет 11 закреплен на внутренней стороне предплечья с помощью ремня 17.Перчатка-экзоскелет, надетая на руку, повернутую внутренней стороной ладони кверху, представлена на фиг. 2г. В нижней части колец 13 имеются проушины 12, через которые пропущены нити 6, которые далее пропущены через сквозные отверстия 18 в малом браслете 11. Кольца 13 надевают на основные и средние фаланги пальцев. Кольца 13 на фалангах размещают так, чтобы проушины 12 размещались на внутренней стороне ладони.

Работа линейного актуатора с гибким штоком заключается в следующем.

Модуль 4 включает мотор 1. Вследствие вращения вала 5 мотора 1, нить 6 скручивается и натягивается, из-за чего уменьшается ее длина и совершается полезная работа, куб 7 движется в сторону мотора 1. При изменении направления вращения мотора 1, посредством команды с модуля 4, нить 6 раскручивается.

Работа перчатки-экзоскелета с линейными актуаторами заключается в следующем.

При нажатии электрической кнопки, находящейся под подушечкой пальца в напальчнике 14 мотор 1, отвечающий за нажатую электрическую кнопку, начинает вращаться. Вследствие вращения вала 5 мотора 1, нить 6 начинает скручиваться и натягиваться, из-за чего уменьшается ее длина, совершается полезная работа и палец сжимается. При нажатии кнопки, находящейся над ногтем, мотор 1 начинает вращаться в противоположную сторону относительно предыдущего варианта. Вследствие вращения вала 5 мотора 1 в обратную сторону, нить 6 начинает раскручиваться, из-за чего ее натяжение слабеет и палец разжимается. В случае неисправности мотора 1 и его неуправляемого вращения необходимо нажать электрическую кнопку, отвечающую за противоположное вращение мотора 1, что приведет к остановке мотора 1, пока нажата электрическая кнопка.

1. Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами, содержащая линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является источником питания моторов и управления направлением их вращения, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности и соединительные элементы для механической связи моторов с кольцами и напальчниками, отличающаяся тем, что упомянутые соединительные элементы являются гибкими штоками, выполненными в виде скрученных нитей, которые одними концами закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, пропущены через сквозные отверстия, выполненные в малом браслете, и через проушины, выполненные в нижней части колец, с обеспечением продольного расположения нитей вдоль предплечья и жесткого прикрепления их другими концами к напальчникам, при этом большой и малый браслеты выполнены с возможностью их крепления на предплечье с помощью ремней и соединены жесткой сцепкой, длина которой соответствует индивидуальному размеру предплечья.

2. Перчатка-экзоскелет по п. 1, отличающаяся тем, что моторы линейных актуаторов жестко закреплены в большом браслете и подключены к модулю управления.

3. Перчатка-экзоскелет по п. 1, отличающаяся тем, что внутри каждого напальчника имеются электрические кнопки для управления направлением вращения вала мотора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к электродинамическим элементам, предназначенным для преобразования электрической энергии в механическую, и может быть использовано в робототехнике, преимущественно в исполнительных системах манипулятора.

Изобретение относится к электротехнике и робототехнике и может быть использовано как трехкоординатный двигатель различных узлов. Технический результат состоит в возможности бесконтактного перемещения упругих стержней под действием электрического тока и возможность точной уставки координат перемещения и положения.

Изобретение относится к способу и устройству для регулировки работы гидравлической стрелы, содержащей, по меньшей мере, две подвижные друг относительно друга соединенные секции.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводом роботов. .

Изобретение относится к робототехнике и позволяет снизить энергозатраты, повысить надежность и улучшить динамические характеристики механизмов. .

Изобретение относится к робототехнике , а более конкретно к приводам линейного перемещения исполнительного органа манипулятора . .
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, медицинской реабилитации и может быть использовано для вторичной профилактики артериальной гипертонии I-II степени.

Изобретение относится к области медицины, а именно к лечебной физкультуре, спортивной медицине, ортопедии, неврологии, реабилитации, и может быть использовано при лечении поясничного остеохондроза с болевым синдромом.
Изобретение относится к массажу и может быть использовано для оздоровления и улучшения общего состояния организма человека. Сначала изучают результаты медицинской диагностики, для выявления общих противопоказаний для проведения воздействия на ткани тела.

Группа изобретений относится к медицинской технике и может применяться для проведения физиотерапевтических процедур. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности терапевтического воздействия и увеличение проницаемости лекарственных средств через кожный покров.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для регенерации нервных клеток мозга с применением физической нагрузки для детей младшего возраста содержит горизонтальное основание на опорах, механизм нагружения, выполненный в виде чехла, прикрепленного к основанию, в чехле расположены друг над другом два тканевых матраса, закрепленные между собой эластичной лентой, создавая единое целое, вдоль нижнего матраса, по всей длине, выполнены внутренние карманы треугольной формы, через которые зигзагообразно проходит воздушная труба, концы воздушной трубы ограничены ниппелями, поперек верхнего матраса, по всей его ширине, выполнены внутренние карманы треугольной формы, через которые зигзагообразно проходит воздушная труба, концы воздушной трубы ограничены ниппелями, причем карманы верхнего и нижнего матраса образованы сложением ткани в форме треугольника с креплением его к нижней и верхней части каждого из матрасов по всей длине карманов, на основании установлены элементы крепления, а по высоте чехла выполнены отверстия, по два, напротив каждого из элементов крепления, чехол зафиксирован на основании посредством ремешка, соединяющего отверстия на чехле с элементами крепления, причем чехол зафиксирован на половине площади основания.

Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительной медицине, физиотерапии и может быть использовано для восстановительного лечения больных с патологией позвоночника и спинного мозга на шейном уровне для формирования опорной функции верхних конечностей.
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано при лечении сердечно-сосудистых больных после перенесенного острого коронарного синдрома и кардиохирургических вмешательств.

Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительному лечению больных артериальной гипертензией в сочетании с метаболическими нарушениями. Для этого назначается терапия препаратами лизиноприл и симвастатин, стандартная диета №8, а также с пациентами проводится 14 занятий физическими упражнениями в водной среде, через день, по 30-40 минут с применением специального оборудования - нудл, аквапояс, мячи, перчатки, поясные ремни, водные гантели, доски, с частотой пульса пациентов не более 120 уд./мин и используются ректальные озоновые инсуффляции с помощью физиотерапевтических аппаратов «Colonic Machine Toxygen BSC-UV» и «Medozons System УОТА-60-01», с концентрацией озона 6000 мкг/л, объемом на одну процедуру 1000 мл, длительностью 5-7 минут, в количестве 14 процедур, также через день.
Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии, ЛФК, неврологии, пульмонологии, медицинской реабилитации, и может быть использовано в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта (ИИ) при наличии сопутствующих хронических нарушений функции дыхательной системы вне обострения.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при проведении комплексного оздоровления организма. Для этого в течение 30 дней проводят оздоровительный курс, из которых в первые 3-7 дней проводят голодание, на следующий день после голодания проводят тюбаж печени с приемом отвара желчегонных трав.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к актуаторам конечностей, и может быть использовано в медицине, космонавтике, строительстве, на промышленных предприятиях. Перчатка-экзоскелет содержит линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является источником питания моторов и управления направлением их вращения, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности и соединительные элементы для механической связи моторов с кольцами и напальчниками. Соединительные элементы являются гибкими штоками, выполненными в виде скрученных нитей, которые одними концами закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, пропущены через сквозные отверстия в малом браслете и через проушины колец с обеспечением продольного расположения нитей вдоль предплечья и жесткого прикрепления их другими концами к напальчникам. Большой и малый браслеты выполнены с возможностью их крепления на предплечье с помощью ремней и соединены жесткой сцепкой, длина которой соответствует индивидуальному размеру предплечья. В результате обеспечивается эргономичная, простая и безопасная конструкция при использовании. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх