Патент на изобретение №2341233

(54) ИСКУССТВЕННАЯ КИСТЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для использования в протезах верхних конечностей с тяговым управлением. Искусственная кисть содержит облицовку, каркас, установленные в нем на осях первый палец и блок II-V пальцев, шарнирно связанные между собой посредством двух промежуточных рычагов, один из которых двухплечий, пружину, шкив, соединенную с ним тягу, кулачок и ролик. Кулачок установлен на одной оси с подпружиненным шкивом и жестко связан с ним. Ролик расположен на свободном конце двухплечего рычага и поджимается к поверхности кулачка посредством дополнительной пружины, одновременно поворачивающей пальцы кисти в раскрытое положение. Кулачек профилирован таким образом, что сила трения покоя ролика равна или больше силы его скатывания по кулачку. При освобождении подпружиненного шкива и жестко связанного с ним кулачка последний через ролик и рычаги фиксирует пальцы в любом, в том числе промежуточном положении. В результате при сравнительно небольших управляющих усилиях на единственной управляющей тяге искусственной кисти повышается надежность и функциональность протеза за счет возможности использования более прочной и жесткой тяги, а также за счет существенного сокращения управляющего хода этой тяги. 6 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для использования в протезах верхних конечностей с тяговым управлением.

Известны искусственные кисти по авторским свидетельствам СССР №646989 от 17.08.77 и №1785670 от 20.02.91, содержащие корпус, первый палец, блок II-V пальцев на осях, а также механизмы раскрытия-закрытия пальцев и их дожатия.

Данные устройства позволяют не только раскрыть искусственную кисть на необходимую величину и взять требуемый предмет, но также дают возможность увеличить силу схвата этого предмета пропорционально его весу, что повышает удобство пользования кистью.

Общими недостатками, свойственными вышеупомянутым протезам кистей, являются их конструктивная сложность, а главное – наличие двух тяг, потребных для управления их работой.

Известна, кроме того, искусственная кисть по авторскому свидетельству №507318 от 30.10.74, содержащая корпус, первый палец, блок II-V пальцев на осях, а также механизмы раскрытия-закрытия пальцев и их дожатия, которые в данном случае совмещены таким образом, что могут управляться одной тягой.

Сокращение числа тяг значительно упрощает алгоритм управления этим протезом кисти, однако, так же, как и в предыдущих конструкциях, оставляет механизм протеза достаточно сложным. Так как совмещение механизмов в данном случае привело к увеличению потребного хода тяги, а введение в конструкцию большего количества пружин – к увеличению управляющего усилия на этой тяге, необходимого для раскрытия кисти. К тому же функциональность этой кисти недостаточна из-за фиксированной величины силы дожатия.

Вышеупомянутые недостатки делают проблематичным использование упомянутых протезов кистей для ослабленных инвалидов и детей.

Известен также протез кисти по патенту Украины №42205 от 15.10.2001 взятый за прототип.

Данная искусственная кисть содержит каркас, закрепленные в нем на осях первый палец и блок II-V пальцев, которые шарнирно связаны посредством промежуточных звеньев со шкивом, выполненным за одно с барабаном. На поверхности барабана установлена пружина-тормоз, один конец которой жестко зафиксирован на корпусе кисти, а другой – загнут в виде петли, через которую пропущена тяга, прикрепленная к шкиву с барабаном. Внутри барабана размещена пружина кручения, один конец которой зафиксирован на шкиве, а другой – на оси. Для выполнения регулировки предусмотрена возможность поворота оси, после чего она может фиксироваться с одного конца гайкой, а с другого – упором.

Особенностью работы этого протеза является то, что односторонний пружинный тормоз не позволяет самопроизвольно раскрываться пальцам кисти независимо от их положения. Увеличение силы схвата в данном протезе кисти производится “пассивно”, дожатием о внешний упор или другой рукой, при этом односторонний пружинный тормоз позволяет выбрать образующийся в процессе дожатия люфт путем проворачивания барабана со шкивом относительно пружины-тормоза под действием пружины кручения. В результате такого дожатия сила схвата кисти может быть поднята до значительных величин, ограничиваемых только прочностью и жесткостью удерживаемого предмета и самой кисти. Следует отметить, что дожатие в данной конструкции не приводит к увеличению усилия на тяге при раскрытии кисти, так как для освобождения шкива с барабаном достаточно незначительного отклонения первого витка пружины-тормоза.

Основные недостатки конструкции протеза кисти по вышеупомянутому патенту Украины как раз и связаны с большой чувствительностью пружины-тормоза даже к небольшим усилиям для ее раскрытия:

– во-первых, в связи с тем, что растормаживание пружины-тормоза производится не в момент приложения усилия на раскрытие кисти, а еще при предварительном натяжении и выборе слабины тяги, последней, для исключения случайного и неконтролируемого раскрытия протеза кисти, должна быть придана дополнительная слабина;

– во-вторых, в том, что, опять же для исключения случайного и неконтролируемого раскрытия протеза тяга кисти должна изготавливаться из материалов более податливых и менее жестких; такие материалы, как правило, менее прочны и долговечны, чем традиционные и показавшие свою надежность, например облицованные пластиком металлические троссики, но последние обладают достаточно высокой изгибной жесткостью.

Как следствие, первое приводит к снижению функциональности взятого за прототип протеза кисти за счет увеличения рабочего хода его управляющей тяги, а второе – к снижению его надежности за счет необходимости использовать менее прочные и долговечные материалы для тяги.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно – повышение надежности и функциональности искусственной кисти за счет увеличения прочности и уменьшения величины хода ее управляющей тяги при сохранении сравнительно небольших усилий на ней при раскрытии протеза кисти.

Данная цель достигается тем, что в искусственной кисти, содержащей облицовку, каркас, установленные в нем на осях первый палец и блок II-V пальцев, шарнирно связанные между собой посредством двух промежуточных рычагов, один из которых двухплечий, пружину, шкив, соединенную с ним тягу, кулачок и ролик, кулачок установлен на одной оси с подпружиненным шкивом и жестко связан с ним, ролик расположен на свободном конце двухплечего рычага и поджимается к поверхности кулачка посредством дополнительной пружины, одновременно раздвигающей пальцы кисти в раскрытое положение, при этом кулачок профилирован таким образом, что сила трения покоя ролика равна или больше силы скатывания ролика по кулачку, в результате чего при освобождении подпружиненного шкива и жестко связанного с ним кулачка последний через ролик и рычаги фиксирует пальцы в любом, в том числе промежуточном положении.

Общий вид предлагаемой искусственной кисти и входящих в него элементов представлен на фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6, при этом:

– на фиг.1 изображен общий вид искусственной кисти;

– на фиг.2 – вид в сечении А-А при закрытом положении пальцев;

– на фиг.3 – вид в сечении А-А при полностью раскрытом положении пальцев;

– на фиг.4 – вид в сечении А-А при промежуточном положении пальцев с размещенным между ними предметом;

– на фиг.5 – вид на выносном элементе Б при закрытом положении пальцев;

– на фиг.6 – вид на выносном элементе В при полностью раскрытом положении пальцев.

Заявляемая искусственная кисть содержит облицовку 1, каркас 2, установленные в нем на осях вращения 3 и 4 первый палец 5 и блок II-V пальцев 6 соответственно. Последние шарнирно связаны между собой посредством двух промежуточных рычагов 7 и 8, присоединенных к ним посредством осей 9 и 10, не совпадающих с соответствующими осями вращения 3 и 4. При этом взаимодействие рычага 7 с первым пальцем 5 осуществляется через установленный на его ось вращения 3 кривошип 11. Кроме того, рычаг 8 является двухплечим и на его свободном конце 12 установлен ролик 13. Внутри каркаса на оси 14 установлен шкив 15, жестко связанный с ним кулачок 16 и пружина кручения 17, которая одним своим концом 18 закреплена на шкиве 15, другим 19 – присоединена к втулке 20, неподвижно установленной в каркасе 2. Одновременно через шкив 15 пропущена тяга 21, закрепленная на нем же. Кроме того, на оси вращения 3 первого пальца 5 установлена дополнительная пружина 22, выполненная в данном случае в виде пружины кручения, которая одним своим концом 23 упирается в установленный на каркасе 2 упор 24, а другим 25 – в установленный на оси 3 кривошип 11. Под действием этой дополнительной пружины 22 первый палец 5 и блок II-V пальцев 6 стремятся развернуться относительно каркаса 2 в направлении раскрытия, одновременно эта дополнительная пружина через систему рычагов 7 и 8 притягивает и удерживает ролик 13 в положении, поджатом к профилированной поверхности 26 кулачка 16 (фиг.2 и 5).

Заявляемая искусственная кисть является нормально закрытой, то есть при свободном состоянии тяги 21 первый палец 5 и блок II-V пальцев 6 под действием пружины кручения 17, преодолевающей действие дополнительной пружины 22, прижимаются либо друг к другу (фиг.2), либо к удерживаемому предмету 27 (фиг.4).

При натяжении тяги 21 шкив 15 совместно с кулачком 16 поворачивается против часовой стрелки относительно закрепленной в корпусе 2 оси 14, закручивая пружину кручения 17. Ролик 13, прокатываясь по профилированной поверхности 26 кулачка 16, освобождает через рычаги 7 и 8 первый палец 5 и блок II-V пальцев 6, которые, в свою очередь, поворачиваются относительно осей вращения 3 и 4 под действием дополнительной пружины 22. Кисть при этом раскрывается, позволяя охватить большим пальцем 5 и блоком II-V пальцев 6 необходимый предмет 27. Для фиксации предмета 27 пальцами кисти тяга 21 должна быть освобождена. После этого шкив 15 вместе с кулачком 16 под действием пружины кручения 17 поворачиваются в противоположном направлении. При этом ролик 13, прокатываясь по поверхности 26 кулачка 16, через рычаги 7 и 8 поворачивает, преодолевая усилие дополнительной пружины 22, первый палец 5 и блок II-V пальцев 6, относительно соответствующих осей вращения 3 и 4, кисть закрывается, осуществляя предварительный схват предмета 27. Сила предварительного схвата определяется результирующим воздействием противоположно действующих пружины кручения 17 и дополнительной пружины 22 и при необходимости может регулироваться за счет подбора параметров дополнительной пружины 22. С целью сокращения управляющей силы на тяге 21 предварительное усилие схвата назначают минимальным, исходя лишь из условий удержания предмета. Дальнейшее увеличение силы схвата, например, предмета 27 до необходимых значений обеспечивается путем дополнительного дожатия первого пальца 5 и блока II-V пальцев 6 другой рукой или о внешний упор. Это дожатие приводит к сближению пальцев между собой либо за счет сжатия оболочки 1 искусственной кисти, либо за счет деформации удерживаемого предмета 27. При этом ролик 13 под действием рычагов 7 и 8, одновременно преодолевающих через кривошип 11 усилие дополнительной пружины 22, отходит от профилированной поверхности 26 кулачка 16. Последний под действием пружины кручения 17 поворачивается вместе со шкивом 15 вдогон до упора в ролик 13 (фиг.4) в его новом положении. Из-за малого угла наклона профилированной поверхности 26 кулачка 16 относительно ролика 13 происходит самоторможение кисти в этом новом положении. Величина силы охвата при этом ограничиваются жесткостью и прочностью самой искусственной кисти, а также удерживаемого предмета.

Расфиксация и раскрытие заявляемого протеза кисти, в том числе после дожатия, осуществляется одновременно путем приложения силы натяжения к тяге 21. Эта сила включает в себя как усилие по преодолению противодействия пружины кручения 17, так и усилие по преодолению трения покоя ролика 13. Это последнее усилие превышает аналогичное усилие по раскрытию пружины – тормоза в прототипе, но лишь незначительно. Кроме того, сила трения покоя ролика 13 может регулироваться, в том числе в сторону ее уменьшения, путем подбора материалов для изготовления вышеупомянутых элементов (например, металлов с низким коэффициентом трения), использованием при необходимости смазок, а также тщательностью обработки контактирующих поверхностей элементов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет, сохранив свойственные прототипу преимущества, среди которых главным является сравнительно небольшое усилие на единственной управляющей тяге искусственной кисти, одновременно повысить надежность и функциональность протеза за счет возможности использования более прочной и жесткой тяги, а также за счет существенного сокращения управляющего хода этой тяги.

Формула изобретения

Искусственная кисть, содержащая облицовку, каркас, установленные в нем на осях первый палец и блок II-V пальцев, шарнирно связанные между собой посредством двух промежуточных рычагов, один из которых двухплечий, пружину, шкив, соединенную с ним тягу, кулачок и ролик, отличающаяся тем, что кулачок установлен на одной оси с подпружиненным шкивом и жестко связан с ним, ролик расположен на свободном конце двухплечего рычага и поджимается к поверхности кулачка посредством дополнительной пружины, одновременно поворачивающей пальцы кисти в раскрытое положение, при этом кулачок профилирован таким образом, что сила трения покоя ролика равна или больше силы его скатывания по кулачку, в результате чего при освобождении подпружиненного шкива и жестко связанного с ним кулачка последний через ролик и рычаги фиксирует пальцы в любом, в том числе промежуточном, положении.

РИСУНКИ