RU219183U1 - EXOSKELETON FOR REHABILITATION OF MOTOR ACTIVITY OF THE HAND - Google Patents
EXOSKELETON FOR REHABILITATION OF MOTOR ACTIVITY OF THE HAND Download PDFInfo
- Publication number
- RU219183U1 RU219183U1 RU2022134624U RU2022134624U RU219183U1 RU 219183 U1 RU219183 U1 RU 219183U1 RU 2022134624 U RU2022134624 U RU 2022134624U RU 2022134624 U RU2022134624 U RU 2022134624U RU 219183 U1 RU219183 U1 RU 219183U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distal
- exoskeleton
- proximal
- hand
- axes
- Prior art date
Links
- 230000037023 motor activity Effects 0.000 title claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 3
- 206010008129 cerebral palsy Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 210000003811 finger Anatomy 0.000 description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 11
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 6
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 description 4
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007659 motor function Effects 0.000 description 3
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000003155 kinesthetic effect Effects 0.000 description 2
- 210000000236 metacarpal bone Anatomy 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 230000000272 proprioceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 208000012902 Nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 208000025966 Neurological disease Diseases 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 description 1
- 210000000511 carpometacarpal joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000926 neurological effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 231100000430 skin reaction Toxicity 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для лечения постинсультных, посттравматических взрослых пациентов и детей с ДЦП. Экзоскелет содержит корпус, установленные на корпусе неподвижный фиксатор ладони и привод, связанный с механизмом перемещения дистального фалангового элемента с фиксатором дистальных фаланг пальцев. Механизм перемещения дистального фалангового элемента представляет собой совокупность подвижных рычагов, образующих пространственную конструкцию в виде двух последовательно расположенных проксимальной и дистальной пар последовательно соединенных первого и второго параллелограммов. В месте соединения выходных концов рычагов второго параллелограмма проксимальной пары параллелограммов и входных концов первого параллелограмма дистальной пары параллелограммов размещен проксимальный фаланговый элемент, в теле которого выполнена дуговая прорезь для углового перемещения по ней входящего в состав первого параллелограмма дистальной пары рычага регулирования расстояния между осями вращения указанной пространственной конструкции. Технический результат заключается в обеспечении анатомичности движений экзоскелета при сжатии и раскрытии кисти с возможностью регулировки под разный размер рук. 9 ил. The utility model relates to medical equipment and can be used to treat post-stroke, post-traumatic adult patients and children with cerebral palsy. The exoskeleton comprises a body, a stationary palm lock mounted on the body, and a drive connected to a mechanism for moving the distal phalangeal element with a lock of the distal phalanges of the fingers. The mechanism for moving the distal phalangeal element is a set of movable levers that form a spatial structure in the form of two successively located proximal and distal pairs of the first and second parallelograms connected in series. At the junction of the output ends of the levers of the second parallelogram of the proximal pair of parallelograms and the input ends of the first parallelogram of the distal pair of parallelograms, a proximal phalanx element is placed, in the body of which an arc slot is made for angular movement along it of the lever for regulating the distance between the axes of rotation of the specified spatial designs. The technical result consists in ensuring the anatomical movements of the exoskeleton during compression and opening of the hand with the possibility of adjustment for different hand sizes. 9 ill.
Description
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для лечения постинсультных, посттравматических взрослых пациентов и детей с ДЦП.The utility model relates to medical equipment and can be used to treat post-stroke, post-traumatic adult patients and children with cerebral palsy.
Известны различные экзоскелеты, предназначенные для реабилитации неврологических больных (см. Клочков А.С., Черникова Л.А. Роботизированные и механотерапевтические устройства для восстановления функции руки после инсульта // Российский медицинский журнал. 2014. №22. С.1589). Существующие роботизированные технологии позволяют проводить максимально эффективную кинезитерапию практически всех изолированных и комплексных движений руки, в том числе и целенаправленных. Развитие технологий и расширение ассортимента данных устройств делают их более компактными и экономически доступными для индивидуального использования. У пациентов появляется возможность продолжить курс активной комплексной реабилитации на дому после выписки из стационара, что может значительно ускорить восстановление двигательной функции руки.There are various exoskeletons designed for the rehabilitation of neurological patients (see Klochkov A.S., Chernikova L.A. Robotic and mechanotherapeutic devices for restoring hand function after a stroke // Russian Medical Journal. 2014. No. 22. P. 1589). Existing robotic technologies allow for the most effective kinesitherapy of almost all isolated and complex hand movements, including targeted ones. The development of technologies and the expansion of the range of these devices make them more compact and affordable for individual use. Patients have the opportunity to continue the course of active complex rehabilitation at home after discharge from the hospital, which can significantly speed up the recovery of motor function of the hand.
В качестве функциональных элементов медицинских реабилитационных экзоскелетов кисти руки, осуществляющих сгибание и разгибание пальцев, используются гибкие тросовые тяги, плоские пружинные элементы, дуговые направляющие с роликами, сложные рычажные композиции. В совокупности с другими особенностями конструкций такие функциональные элементы могут иметь различные преимущества и недостатки.Flexible cable rods, flat spring elements, arc guides with rollers, and complex lever compositions are used as functional elements of medical rehabilitation exoskeletons of the hand, which perform finger flexion and extension. Together with other design features, such functional elements can have various advantages and disadvantages.
Известна полезная модель модуля большого пальца экзоскелета кисти руки (RU 186619 U1, ООО «Нейроботикс», 24.01.2019), являющаяся составной частью устройства для медицинской реабилитации - моторизованного экзоскелета кисти руки, которая может быть использована для восстановления двигательных функций большого пальца руки у пациентов с неврологическими заболеваниями, частичным параличом после перенесенного инсульта. Она обеспечивает функциональную возможность осуществления реабилитационных мероприятий по разработке запястно-пястного сустава большого пальца руки, связанных с восстановлением функции приведения-отведения большого пальца, за счет конструктивного выполнения модуля большого пальца экзоскелета, обеспечивающего подвижность опоры большого пальца кисти руки относительно каркаса экзоскелета кисти руки. Модуль большого пальца экзоскелета кисти руки имеет основание, снабженное электроприводом. Основание выполнено с обеспечением возможности сопряжения с каркасом экзоскелета кисти руки. Вал электропривода кинематически связан посредством рычажного механизма с опорой большого пальца. Опора большого пальца снабжена фиксирующими элементами и установлена посредством оси на основании модуля с обеспечением возможности ее возвратно-поворотного движения. Ось коллинеарна анатомической оси вращения большого пальца кисти руки.A useful model of the hand exoskeleton thumb module is known (RU 186619 U1, Neurobotics LLC, 01/24/2019), which is an integral part of a device for medical rehabilitation - a motorized hand exoskeleton, which can be used to restore motor functions of the thumb in patients with neurological diseases, partial paralysis after a stroke. It provides a functional possibility for the implementation of rehabilitation measures for the development of the carpometacarpal joint of the thumb, associated with the restoration of the adduction-abduction function of the thumb, due to the constructive implementation of the exoskeleton thumb module, which ensures the mobility of the thumb support relative to the hand exoskeleton frame. The thumb module of the exoskeleton of the hand has a base equipped with an electric drive. The base is made with the possibility of pairing with the frame of the exoskeleton of the hand. The electric drive shaft is kinematically connected by means of a lever mechanism with the thumb support. The thumb support is provided with locking elements and is installed by means of an axis on the base of the module with the possibility of its reciprocating movement. The axis is collinear to the anatomical axis of rotation of the thumb.
Недостаток конструкции состоит в том, что отсутствует возможность изменять расстояние между опорой большого пальца и его фиксирующим элементом, вследствие чего изделие невозможно настраивать для работы с пациентами разных возрастных групп с разными размерами рук.The disadvantage of the design is that it is not possible to change the distance between the thumb support and its fixing element, as a result of which the product cannot be adjusted to work with patients of different age groups with different hand sizes.
Известна перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами (RU 2717046 С1, ОГУ им. И.С.Тургенева, 17.03.2020). 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.Known exoskeleton glove with linear actuators (RU 2717046 C1, OSU named after I.S. Turgenev, 17.03.2020). The exoskeleton glove contains linear actuators according to the number of fingers on the hand, a control module that is a power source for the motors and controls the direction of their rotation, belts, rings and fingertips for attaching the glove to the limbs, and connecting elements for mechanical connection of the motors with rings and fingertips. The connecting elements are flexible rods made in the form of twisted threads, which are fixed at one end to the motor shafts placed on a large bracelet, passed through through holes in the small bracelet and through the lugs of the rings, ensuring a longitudinal arrangement of the threads along the forearm and rigidly attaching them with other ends to fingertips. The large and small bracelets are made with the possibility of their fastening on the forearm with the help of straps and are connected by a rigid hitch, the length of which corresponds to the individual size of the forearm. The result is an ergonomic, simple and safe design in use.
Недостаток состоит в том, что тяги устройства выполнены в виде гибких скрученных нитей, которые могут создавать сопротивление движениям пальцев только в одном направлении - при их сгибании. При этом процедурные упражнения, предполагающие создание движения (или сопротивление движению) в противоположном направлении реализовываться на данном устройстве не могут.The disadvantage is that the rods of the device are made in the form of flexible twisted threads, which can create resistance to the movements of the fingers in only one direction - when they are bent. At the same time, procedural exercises that involve the creation of movement (or resistance to movement) in the opposite direction cannot be implemented on this device.
Известны тренажер с биологической обратной связью для реабилитации суставов кистей и пальцев рук и способ его работы (RU 2720323 С1, ФГАОУ ВО КФУ, 28.04.2020). Тренажер с биологической обратной связью состоит из модуля управления, выполненного в виде полого пластикового корпуса, фиксируемого на предплечье пациента, модуля двигателя сгибания/разгибания кисти руки, при этом он оснащен шаговым двигателем для сгибания/разгибания кисти руки, модулем управления с расположенным в модуле управляющим микроконтроллером, контроллером шагового двигателя для сгибания/разгибания кисти и контроллером для управления сервоприводом. На внешней стороне предплечья больной руки пациента фиксируют модуль управления тренажера, пальцы пациента вставляют в пальцы перчатки и фиксируют пальцы перчатки на подложке фиксации пальцев перчатки, ладонь пациента фиксируют на суппорт-фиксаторе кисти руки, на здоровой руке пациента на среднем и указательном пальцах фиксируют датчики для измерения кожно-гальванической реакции пациента.A simulator with biofeedback for the rehabilitation of the joints of the hands and fingers and the method of its operation are known (RU 2720323 C1, FGAOU VO KFU, 04/28/2020). The simulator with biofeedback consists of a control module made in the form of a hollow plastic case fixed on the patient's forearm, a motor module for flexion/extension of the hand, while it is equipped with a stepper motor for flexion/extension of the hand, a control module with a controller located in the module. a microcontroller, a stepper motor controller for flexion/extension of the hand, and a controller for controlling a servo drive. The control module of the simulator is fixed on the outer side of the forearm of the patient's diseased hand, the patient's fingers are inserted into the fingers of the glove and the fingers of the glove are fixed on the substrate for fixing the fingers of the glove, the patient's palm is fixed on the support-fixator of the hand, sensors are fixed on the patient's healthy hand on the middle and index fingers for measurements of the galvanic skin response of the patient.
Недостаток состоит в том, что траектория движения, предназначенная для сгибания пальцев руки, не является анатомичной, из-за чего будет происходить неестественное выгибание кисти руки вверх, что невозможно и недопустимо для некоторых категорий пациентов.The disadvantage is that the trajectory of movement intended for bending the fingers is not anatomical, due to which an unnatural upward bending of the hand will occur, which is impossible and unacceptable for some categories of patients.
Описаны манипуляционный модуль экзоскелета, захватное устройство манипуляционного модуля экзоскелета, палец захватного устройства манипуляционного модуля экзоскелета (RU 2769584 С1, Серов, 04.04.2022). Манипуляционный модуль содержит захватное устройство, поворотный узел и приемную гильзу, которая соединена через поворотный узел с захватным устройством и имеет во внутреннем пространстве рукав, установленный на расстоянии от стенок гильзы и по внутренней поверхности которого расположена воздушная подушка. Во внутреннем пространстве приемной гильзы расположена также панель управления захватным устройством и поворотным узлом. Захватное устройство имеет три пальца, которые состоят из трех фаланг и двух шарнирно закрепленных тяг. Корпус захватного устройства имеет три опорные площадки для шарнирного соединения пальцев и тяг с корпусом. Использование группы изобретений позволяет исключить возможность воздействия перемещаемого объекта на кисть руки оператора.A manipulation module of an exoskeleton, a gripper of a manipulation module of an exoskeleton, a finger of a gripper of a manipulation module of an exoskeleton are described (RU 2769584 C1, Serov, 04.04.2022). The manipulation module contains a gripping device, a swivel assembly and a receiving sleeve, which is connected to the gripping device through a swivel assembly and has a sleeve in the internal space, installed at a distance from the walls of the sleeve and on the inner surface of which an air cushion is located. In the inner space of the receiving sleeve there is also a control panel for the gripping device and the rotary assembly. The gripping device has three fingers, which consist of three phalanges and two hinged rods. The body of the gripper has three support pads for pins and rods to be articulated with the body. The use of a group of inventions makes it possible to exclude the possibility of the effect of the object being moved on the operator's hand.
Недостатком является невозможность использования изделий для проведения реабилитационных процедур, предусматривающих сгибание и разгибание пальцев кисти человека из-за отсутствия анатомичности захватного устройства модуля экзоскелета.The disadvantage is the impossibility of using products for rehabilitation procedures involving flexion and extension of the human fingers due to the lack of anatomy of the gripping device of the exoskeleton module.
Известно устройство для восстановления движений в верхней конечности (RU 181515 U1, Дудиков, 17.07.2018). Устройство для восстановления движений в верхней конечности содержит экзоскелет для верхней конечности, состоящий из опоры для предплечья и опоры для кисти, соединенных подвижно между собой при помощи валов первого и второго шаговых двигателей, причем на опоре для фиксации предплечья закреплены первый и второй шаговые двигатели, ремни для фиксации и блок управления, на опоре для кисти закреплены ремни для фиксации, третий и четвертый шаговые двигатели, на валах которых закреплен каркас, к каркасу прикреплены гибкие фиксаторы с текстильными застежками и крепления, содержащие герконы и с торцевых сторон светодиоды, причем текстильные застежки имеют магниты. Недостаток устройства несовпадение осей валов шаговых двигателей с осями межфаланговых суставов, что делает сгибание и разгибание пальцев кисти руки неанатомичным и непригодным для проведения реабилитационных медицинских процедур.A device for restoring movements in the upper limb is known (RU 181515 U1, Dudikov, 07/17/2018). The device for restoring movements in the upper limb contains an exoskeleton for the upper limb, consisting of a support for the forearm and a support for the hand, movably connected to each other by means of the shafts of the first and second stepper motors, and the first and second stepper motors, belts are fixed on the support for fixing the forearm for fixation and a control unit, straps for fixation are fixed on the support for the hand, the third and fourth stepper motors, on the shafts of which the frame is fixed, flexible clamps with textile fasteners and fasteners containing reed switches and LEDs on the end sides are attached to the frame, and the textile fasteners have magnets. The disadvantage of the device is the mismatch between the axes of the shafts of stepper motors and the axes of the interphalangeal joints, which makes flexion and extension of the fingers non-anatomical and unsuitable for rehabilitation medical procedures.
Известен тренажер с биологической обратной связью для реабилитации суставов и мышц кистей и пальцев рук (RU 2735986 С1, ООО "СЕРВИС-РОБОТ", 11.11.2020). Тренажер состоит из модуля управления, модуля повышающего преобразователя напряжения для питания шаговых двигателей, модуля двигателя сгибания/разгибания кисти руки, модуля двигателя сгибания/разгибания пальцев руки, датчиков контроля кожно-гальванической реакции организма, перчатки для фиксации кисти руки и подключаемого в Интернет компьютера. Модуль управления выполнен в виде полого пластикового корпуса, фиксируемого на предплечье пациента. Перчатка для фиксации кисти руки содержит пластиковый фиксатор пальцев с т-образным штырем и запорной планкой для фиксации пальцев перчатки на подложке, а также резистор изгиба, вшитый в указательный палец перчатки с возможностью его использования в качестве абсолютного энкодера для измерения угла сгибания пальцев руки. Тренажер также содержит браслет из мягкой ткани с вшитыми в него двумя миосенсорами, фиксируемый на предплечье с помощью ленты-липучки. Достигается повышение эксплуатационной надежности и удобства эксплуатации тренажера.Known simulator with biofeedback for the rehabilitation of the joints and muscles of the hands and fingers (RU 2735986 C1, LLC "SERVICE-ROBOT", 11.11.2020). The simulator consists of a control module, a voltage boost converter module for powering stepper motors, a hand flexion/extension motor module, a hand flexion/extension motor module, sensors for monitoring the skin-galvanic reaction of the body, a glove for fixing the hand and a computer connected to the Internet. The control module is made in the form of a hollow plastic case fixed on the patient's forearm. The glove for fixing the hand contains a plastic finger lock with a T-shaped pin and a locking plate for fixing the fingers of the glove on the substrate, as well as a bending resistor sewn into the index finger of the glove with the possibility of using it as an absolute encoder for measuring the angle of bending of the fingers. The simulator also contains a soft fabric bracelet with two myosensors sewn into it, fixed on the forearm with Velcro. EFFECT: increased operational reliability and ease of use of the simulator.
Недостаток состоит в том, что траектория движения, предназначенная для сгибания пальцев руки, не является анатомичной, из-за чего будет происходить неестественное выгибание кисти руки вверх, что невозможно и недопустимо для некоторых категорий пациентов.The disadvantage is that the trajectory of movement intended for bending the fingers is not anatomical, due to which an unnatural upward bending of the hand will occur, which is impossible and unacceptable for some categories of patients.
Известен способ реабилитации больных после инсульта или травмы с использованием роботизированного комплекса, включающего экзоскелет конечности человека, управляемый через интерфейс мозг-компьютер посредством воображения движений (RU 2622206 С2, ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, 13.06.2017). Пациенту предъявляют задание по кинестетическому воображению движения конечности, анализируют паттерны мозговой активности пациента, возникающие при воображаемом движении. Передают данные в компьютер для выделения сигналов, ответственных за воображение движения. Предъявляют пациенту по зрительной обратной связи результаты распознавания выполняемого задания в виде метки на экране. По изменению метки определяют правильность выполнения задания. При этом результаты распознавания выполняемого задания по кинестетическому воображению движения паретичной конечности дополнительно предъявляют по тактильной и проприоцептивной обратной связи посредством экзоскелета, надетого на паретичную конечность пациента. При правильном распознавании выполняемого задания экзоскелетом перемещают конечность в направлении воображаемого движения, а при неправильном результате - в противоположном направлении. Способ позволяет увеличить эффективность лечения, что достигается за счет дополнительного вовлечения тактильной проприоцептивной чувствительности в восстановление двигательных функций. Экзоскелет кисти руки, используемый для проведения реабилитационных процедур включает в себя пневмомышцу, шарнир, тягу, ложемент, рычаг-фалангу и крепления.There is a known method for the rehabilitation of patients after a stroke or injury using a robotic complex, including a human limb exoskeleton, controlled via a brain-computer interface through the imagination of movements (RU 2622206 C2, N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, 13.06.2017). The patient is presented with a task on the kinesthetic imagination of the movement of the limb, the patterns of the patient's brain activity that occur during the imaginary movement are analyzed. Data is transmitted to a computer to isolate the signals responsible for the imagination of movement. The results of recognition of the task being performed are presented to the patient by visual feedback in the form of a mark on the screen. By changing the label, the correctness of the task is determined. At the same time, the results of recognition of the task being performed by the kinesthetic imagination of the movement of the paretic limb are additionally presented by tactile and proprioceptive feedback by means of an exoskeleton worn on the patient's paretic limb. With the correct recognition of the task being performed, the exoskeleton moves the limb in the direction of the imaginary movement, and with an incorrect result, in the opposite direction. The method allows to increase the effectiveness of treatment, which is achieved due to the additional involvement of tactile proprioceptive sensitivity in the restoration of motor functions. The exoskeleton of the hand used for rehabilitation procedures includes a pneumomuscle, a hinge, a rod, a lodgment, a phalanx lever and fasteners.
Недостатком конструкции является несовпадение оси шарнира с осями межфаланговых суставов, что делает сгибание и разгибание пальцев кисти руки неанатомичным и непригодным для проведения реабилитационных медицинских процедур.The disadvantage of the design is the non-coincidence of the hinge axis with the axes of the interphalangeal joints, which makes the flexion and extension of the fingers non-anatomical and unsuitable for rehabilitation medical procedures.
Известен тренажер для восстановления подвижности пальцев рук (RU 147759 U1, Каплан, 20.11.2014). Полезная модель относится к медицине и предназначена для реабилитации пациентов с параличами верхних конечностей. Полезная модель направлена на обеспечение возможности движения каждым пальцем руки по мысленным командам пациента. Указанный результат достигается тем, что тренажер для восстановления подвижности пальцев рук, содержит экзоскелет кисти руки, приводы перемещения пальцев экзоскелета с блоком их управления при этом он снабжен индивидуальным приводом перемещения каждого из пальцев, снабженных средством привлечения внимания пациента, а вход блока управления приводами пальцев соединен с электроэнцефалографическим шлемом, надеваемом на голову пациента, при этом блок управления содержит последовательно соединенные блок регистрации электроэнцефалограммы, блок анализа электроэнцефалограммы и блок формирования команд на приводы пальцев.Known simulator for restoring the mobility of the fingers (RU 147759 U1, Kaplan, 11/20/2014). The utility model relates to medicine and is intended for the rehabilitation of patients with paralysis of the upper limbs. The utility model is aimed at providing the ability to move each finger of the hand according to the mental commands of the patient. This result is achieved by the fact that the simulator for restoring the mobility of the fingers, contains an exoskeleton of the hand, drives for moving the fingers of the exoskeleton with a control unit, while it is equipped with an individual drive for moving each of the fingers, equipped with a means of attracting the attention of the patient, and the input of the control unit for the drives of the fingers is connected with an electroencephalographic helmet worn on the patient's head, while the control unit contains a series-connected electroencephalogram recording unit, an electroencephalogram analysis unit and a unit for generating commands for finger drives.
Недостаток состоит в том, что фаланговые элементы экзоскелета соединены последовательно так, что оси их подвижных соединений не совпадают с осями межфаланговых суставов, что делает сгибание и разгибание пальцев кисти руки неанатомичным и непригодным для проведения реабилитационных медицинских процедур.The disadvantage is that the phalangeal elements of the exoskeleton are connected in series so that the axes of their movable joints do not coincide with the axes of the interphalangeal joints, which makes flexion and extension of the fingers non-anatomical and unsuitable for rehabilitation medical procedures.
Описан экзоскелет для пассивной реабилитации рук (CN 114081793 (A), SHENZHEN NATIONAL RES INSTITUTE OF HIGH PERFORMANCE MEDICAL DEVICES CO LTD, 25.02.2022). Устройство для сгибания и разгибания четырех пальцев содержит силовое устройство, способное независимо управляемого основания направляющего рельса, соединительного компонента ближнего пальца, соединенного с основанием направляющего рельса и способного вращаться вокруг первого центра вращения относительно основания направляющего рельса, и соединительного компонента среднего пальца, соединенного с возможностью вращения с соединительным элементом ближнего пальца компонент и выполнен с возможностью вращения вокруг второго центра вращения относительно ближнего пальца соединительного компонента.An exoskeleton for passive hand rehabilitation is described (CN 114081793 (A), SHENZHEN NATIONAL RES INSTITUTE OF HIGH PERFORMANCE MEDICAL DEVICES CO LTD, February 25, 2022). The device for flexion and extension of four fingers contains a power device capable of independently controlled guide rail base, a connecting component of the middle finger connected to the base of the guide rail and capable of rotating around the first center of rotation relative to the base of the guide rail, and a connecting component of the middle finger connected with the possibility of rotation with the connecting element of the proximal finger of the component and is rotatable around the second center of rotation relative to the proximal finger of the connecting component.
Недостаток - не предусмотрена возможность изменения расстояния между осями вращения элементов экзоскелета, к которым крепятся соответствующие фаланги пальцев, что делает невозможным использование экзоскелета для реабилитации пациентов разных возрастных групп.The disadvantage is that it is not possible to change the distance between the axes of rotation of the exoskeleton elements to which the corresponding phalanges of the fingers are attached, which makes it impossible to use the exoskeleton for the rehabilitation of patients of different age groups.
Известен экзоскелет для реабилитации рук, направленный на обеспечение тренировки как сгибательных, так и разгибательных групп мышц кисти руки (RU 175854 U1, ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, 21.12.2017 - прототип). Устройство включает платформу, установленную на предплечье и зафиксированную поддерживающим элементом. С платформой соединен базовый рычаг, установленный параллельно кисти и оснащенный сервоприводом. Два подвижных рычага соединены между собой вращательной парой. При этом рычаг оснащен сервоприводом, соединен с базовым рычагом вращательной парой и опирается на проксимальные фаланги. Второй подвижный рычаг параллелен средним фалангам, соединен с ними через поддерживающий элемент, кинематически связан с базовым рычагом через шатун. Шатун соединен с базовым рычагом и вторым рычагом вращательными парами с осями вращения, параллельными оси вращения базового рычага.Known exoskeleton for the rehabilitation of hands, aimed at providing training for both flexion and extensor muscle groups of the hand (RU 175854 U1, Pirogov Russian National Research Medical University, 21.12.2017 - prototype). The device includes a platform mounted on the forearm and fixed with a supporting element. A base lever is connected to the platform, mounted parallel to the hand and equipped with a servo drive. Two movable levers are interconnected by a rotational pair. In this case, the lever is equipped with a servo drive, is connected to the base lever by a rotational pair and rests on the proximal phalanges. The second movable lever is parallel to the middle phalanxes, connected to them through the supporting element, kinematically connected to the base lever through the connecting rod. The connecting rod is connected to the base lever and the second lever by rotational pairs with rotation axes parallel to the axis of rotation of the base lever.
Недостаток состоит в том, что конструкция не предусматривает возможности регулировки расстояния между двумя вращательными парами, расположенными вблизи межфаланговых суставов, что делает невозможным изменение длины подвижного рычага и, соответственно, настройку длины конструкции под разные длины проксимальных фаланг кистей пациентов разных возрастных групп. Поддерживающие элементы для фаланг пальцев не обладают анатомичной формой.The disadvantage is that the design does not provide for the possibility of adjusting the distance between two rotational pairs located near the interphalangeal joints, which makes it impossible to change the length of the movable lever and, accordingly, adjust the length of the structure to different lengths of the proximal phalanges of the hands of patients of different age groups. The supporting elements for the phalanges of the fingers do not have an anatomical shape.
Проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является обеспечение анатомичных движений экзоскелета при сгибании и разгибании пальцев пациента во время реабилитационных процедур с возможностью регулировки размера экзоскелета в соответствии с размером руки пациента.The problem to be solved by this utility model is to provide anatomical movements of the exoskeleton during flexion and extension of the patient's fingers during rehabilitation procedures with the ability to adjust the size of the exoskeleton in accordance with the size of the patient's hand.
Данная проблема решается благодаря особенностям разработанной кинематической схемы конструкции экзоскелета, позволяющим совместить оси вращения подвижной части экзоскелета с осями вращения пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов пальцев пациента, изменять расстояние между осями подвижной части экзоскелета.This problem is solved due to the features of the developed kinematic scheme of the exoskeleton design, which makes it possible to combine the rotation axes of the exoskeleton movable part with the rotation axes of the metacarpophalangeal and proximal interphalangeal joints of the patient's fingers, to change the distance between the axes of the exoskeleton movable part.
Патентуемый экзоскелет для реабилитации двигательной активности кисти руки содержит корпус, установленные на корпусе неподвижный фиксатор ладони и привод, связанный с механизмом перемещения дистального фалангового элемента с фиксатором дистальных фаланг пальцев.Patent-pending exoskeleton for rehabilitation of motor activity of the hand contains a body, a fixed palm fixator mounted on the body, and a drive connected to a mechanism for moving the distal phalangeal element with a fixator of the distal phalanges of the fingers.
Отличие состоит в следующем.The difference is as follows.
Механизм перемещения дистального фалангового элемента представляет собой совокупность подвижных рычагов, образующих пространственную конструкцию в виде двух последовательно расположенных проксимальной и дистальной пар последовательно соединенных первого и второго параллелограммов.The mechanism for moving the distal phalangeal element is a set of movable levers that form a spatial structure in the form of two successively located proximal and distal pairs of the first and second parallelograms connected in series.
В месте соединения выходных концов рычагов второго параллелограмма проксимальной пары параллелограммов и входных концов первого параллелограмма дистальной пары параллелограммов размещен проксимальный фаланговый элемент, в теле которого выполнена дуговая прорезь для углового перемещения по ней входящего в состав первого параллелограмма дистальной пары рычага регулирования расстояния между осями вращения указанной пространственной конструкции.At the junction of the output ends of the levers of the second parallelogram of the proximal pair of parallelograms and the input ends of the first parallelogram of the distal pair of parallelograms, a proximal phalanx element is placed, in the body of which an arc slot is made for angular movement along it of the lever for regulating the distance between the axes of rotation of the specified spatial designs.
Сгибание или разгибание экзоскелета в осях вращения, от неподвижного пястного элемента к проксимальному фаланговому элементу и далее к дистальному фаланговому элементу обеспечено четырьмя подвижными рычагами, расположенными на уровне проксимального фалангового элемента между рычагами проксимальной и дистальной пар параллелограммов, при этом положение осей вращения указанной пространственной конструкции смещено в плоскости конструкции за ее пределы и выбрано из условия совпадения с осями вращения пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов кисти руки.Flexion or extension of the exoskeleton in the axes of rotation, from the fixed metacarpal element to the proximal phalangeal element and further to the distal phalangeal element, is provided by four movable levers located at the level of the proximal phalangeal element between the levers of the proximal and distal pairs of parallelograms, while the position of the axes of rotation of the specified spatial structure is shifted in the plane of the structure beyond its limits and is selected from the condition of coincidence with the axes of rotation of the metacarpophalangeal and proximal interphalangeal joints of the hand.
Технический результат заключается в обеспечении анатомичности движений экзоскелета при сжатии и раскрытии кисти пациента с возможностью регулировки под разный размер рук. Указанное позволяет использовать изделие для реабилитации пациентов разных возрастных групп - как взрослых, так и детей.The technical result consists in ensuring the anatomical movements of the exoskeleton during compression and opening of the patient's hand with the possibility of adjustment for different hand sizes. This allows the product to be used for the rehabilitation of patients of different age groups - both adults and children.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах, где:The essence of the utility model is illustrated in the drawings, where:
фиг.1 - кинематическая схема подвижной части экзоскелета с демонстрацией положения осей вращения подвижных элементов экзоскелета относительно межфаланговых суставов пальца;figure 1 - kinematic diagram of the movable part of the exoskeleton with a demonstration of the position of the axes of rotation of the movable elements of the exoskeleton relative to the interphalangeal joints of the finger;
фиг. 2-4 - кинематическая схема подвижной части экзоскелета с демонстрацией сгибания;fig. 2-4 - kinematic diagram of the movable part of the exoskeleton with a demonstration of bending;
фиг.5-7 - кинематическая схема подвижной части экзоскелета с демонстрацией изменения ее длины;Fig.5-7 - kinematic diagram of the movable part of the exoskeleton with a demonstration of the change in its length;
фиг. 8 - прототип экзоскелета кисти руки с описанной кинематической схемой подвижной части;fig. 8 - a prototype of the exoskeleton of the hand with the described kinematic scheme of the moving part;
фиг. 9 - регулировка длины подвижной части экзоскелета. Стрелкой показана дуговая прорезь, обеспечивающая регулировку.fig. 9 - adjustment of the length of the movable part of the exoskeleton. The arrow shows an arc slot that provides adjustment.
Конструкция экзоскелета показана на фиг. 1-7, где позициями на чертежах обозначены следующие элементы: корпус 1, электромеханический привод 2, неподвижный пястный элемент 11, соответствующий пястной кости, подвижный фаланговый элемент 12, соответствующий проксимальной фаланге пальца, подвижный фаланговый элемент 13, соответствующий дистальной фаланге пальца, фиксатор 14 ладони, фиксатор 15 дистальных фаланг пальцев, рычаги 21, 22, формирующие полуподвижную пространственную конструкцию, рычаги 23, 24, 31-34, формирующие подвижные пространственные конструкции, промежуточные рычаги 41-44, обеспечивающие пространственную передачу движения.The design of the exoskeleton is shown in Fig. 1-7, where the positions in the drawings indicate the following elements:
В теле подвижного фалангового элемента 12, соответствующего расположению проксимальной фаланги пальца выполнена дуговая прорезь 51, по которой перемещается рычаг 52 регулирования.In the body of the movable
Схематично изображены оси 61 и 62 вращения подвижной части экзоскелета, совпадающие с осями вращения соответственно пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов. Схематично показаны ось 70 пястной кости, оси 71-73 фаланг пальца.Schematically depicted are the
Подвижная часть экзоскелета кисти руки, соответствующая описываемой кинематической схеме, представляет собой пространственную механическую конструкцию, обеспечивающую сгибание и разгибание пальцев руки пациента с возможностью индивидуальной регулировки длины конструкции.The movable part of the exoskeleton of the hand, corresponding to the described kinematic scheme, is a spatial mechanical structure that provides flexion and extension of the patient's fingers with the possibility of individual adjustment of the length of the structure.
Все элементы конструкции кроме корпуса 1, электромеханического привода 2 и неподвижного пястного элемента 11 перемещаются друг относительно друга в плоскости XZ в процессе функционирования экзоскелета. Рычаги 21-24, соединяющие элементы 11 и 12, образуют полуподвижную пространственную конструкцию в виде двух последовательно соединенных параллелограммов.All structural elements except
Точка, обозначающая ось 61, относительно которой происходит вращение подвижного фалангового элемента 12, находится на пересечении прямых, проходящих через оси подвижных соединений элементов 11, 21, 22 и элементов 12, 23, 24. Рычаги 31-34, соединяющие фаланговые элементы 12 и 13, образуют подвижную пространственную конструкцию в виде двух последовательно соединенных параллелограммов с изменяемой исходной формой.The point indicating the
Относительно признака полуподвижности пространственной конструкции, сформированной рычагами 21-24, следует пояснить, что рычаги могут изменять свое взаимное положение в процессе сгибания и разгибания, но нижние оси (показаны позициями 211,221) рычагов 21 и 22 не смещаются, так как закреплены в неподвижном пястном элементе 11. Именно поэтому конструкция из 4-х рычагов 21-24 изменяет свою форму, но вся конструкция не смещается в плоскости XZ, в отличие от подвижной пространственной конструкции, образованной рычагами 31-34, которая и изменяет свою форму, и полностью смещается и наклоняется относительно неподвижных элементов 1, 2 и 11.Regarding the sign of semi-mobility of the spatial structure formed by the levers 21-24, it should be clarified that the levers can change their relative position in the process of flexion and extension, but the lower axes (shown by positions 211,221) of the
Точка, обозначающая ось 62, относительно которой происходит вращение дистального фалангового элемента 13 в системе координат проксимального фалангового элемента 12, находится на пересечении двух прямых, проходящих через оси подвижных соединений элементов 52, 31, 32 и элементов 13, 33, 34. Так, оси 61 и 62 вынесены за пределы конструкции подвижной части экзоскелета в плоскости XZ. Они совпадают с осями вращения пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов и одновременно являются осями вращения подвижной части экзоскелета кисти руки. Это обеспечивает анатомичность движений экзоскелета и естественную траекторию движения пальцев при их сгибании и разгибании в ходе реабилитационной процедуры, что показывают положения схематично изображенных осей 71-73 фаланг.The point denoting the
Благодаря использованию промежуточных подвижных рычагов 41-44, размещенных между двумя парами пространственных параллелограммов, происходит передача движения от рычага 22, являющегося местом приложения силы от электромеханического привода 2, закрепленного на корпусе 1, до фалангового элемента 13. В результате этого элемент 13 перемещается как относительно подвижного фалангового элемента 12, так и относительно неподвижного пястного элемента 11, что также обеспечивает анатомичность движений экзоскелета. Фиксаторы 14 и 15 удерживают соответственно ладонь и дистальные фаланги пальцев в неподвижном положении относительно элементов 11 и 13.Through the use of intermediate movable levers 41-44, located between two pairs of spatial parallelograms, the movement is transmitted from the
Изменение длины подвижной части экзоскелета в направлении оси X, и, соответственно, расстояния между осями 61 и 62, осуществляется за счет углового перемещения рычага 52 регулирования по направлению дуговой прорези 51 с последующей фиксацией его положения и соответствующих перемещений элементов 32-34, 13, задающих исходную форму двух подвижных параллелограммов, расположенных между фаланговыми элементами 12 и 13. Возникающее при этом перемещение оси 62 в направлении оси Z может компенсироваться формой и размерами сменных фиксаторов 14 и 15.The change in the length of the movable part of the exoskeleton in the direction of the X axis, and, accordingly, the distance between the
Пример осуществления. Образец экзоскелета (см. фиг. 8, 9) реализован в соответствии с формулой полезной модели, испытан на добровольцах разных возрастных групп, имеющих размер рук разных размеров. В результате проведенных испытаний у испытуемых за счет конструктивных особенностей подвижной части экзоскелета и путем регулировки длины подвижной части экзоскелета удалось добиться совмещения осей пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов с осями вращения подвижной части экзоскелета, вынесенными за пределы конструкции. Следствием этого является обеспечение экзоскелетом анатомичного движения при сгибании и разгибании пальцев, чем и подтверждается заявленный технический результат.Модельные процедуры проводились длительностью до 20 мин, и за этот срок у испытуемых не возникало дискомфорта в движениях суставов при раскрытии-сжатии кисти и в тактильных ощущениях.Implementation example. A sample of the exoskeleton (see Fig. 8, 9) is implemented in accordance with the formula of the utility model, tested on volunteers of different age groups with different hand sizes. As a result of the tests, due to the design features of the movable part of the exoskeleton and by adjusting the length of the movable part of the exoskeleton, it was possible to achieve alignment of the axes of the metacarpophalangeal and proximal interphalangeal joints with the axes of rotation of the movable part of the exoskeleton, taken out of the structure. The consequence of this is that the exoskeleton provides anatomical movement during flexion and extension of the fingers, which confirms the claimed technical result. Model procedures were carried out for up to 20 minutes, and during this period the subjects did not experience discomfort in the movements of the joints during the opening-compression of the hand and in tactile sensations.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU219183U1 true RU219183U1 (en) | 2023-07-03 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118383994A (en) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) | Bionic exoskeleton rehabilitation manipulator and method for nerve rehabilitation |
| RU232954U1 (en) * | 2024-11-18 | 2025-03-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) | ROBOTIC GLOVE FOR NEUROMUSCULAR REHABILITATION |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101219541A (en) * | 2008-01-28 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | Exoskeleton Mechanism Based on Parallelogram Links |
| CN101455609A (en) * | 2008-12-29 | 2009-06-17 | 哈尔滨工业大学 | Exoskeleton mechanism based on parallelogram connection-rod and wire rope |
| CN109793640A (en) * | 2019-01-24 | 2019-05-24 | 苏州睿智瀚医疗科技有限公司 | Hand exoskeleton mechanism |
| CN110051508A (en) * | 2019-05-31 | 2019-07-26 | 山东海天智能工程有限公司 | A kind of four finger driving mechanisms of rehabilitation training |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101219541A (en) * | 2008-01-28 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | Exoskeleton Mechanism Based on Parallelogram Links |
| CN101455609A (en) * | 2008-12-29 | 2009-06-17 | 哈尔滨工业大学 | Exoskeleton mechanism based on parallelogram connection-rod and wire rope |
| CN109793640A (en) * | 2019-01-24 | 2019-05-24 | 苏州睿智瀚医疗科技有限公司 | Hand exoskeleton mechanism |
| CN110051508A (en) * | 2019-05-31 | 2019-07-26 | 山东海天智能工程有限公司 | A kind of four finger driving mechanisms of rehabilitation training |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118383994A (en) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) | Bionic exoskeleton rehabilitation manipulator and method for nerve rehabilitation |
| RU232954U1 (en) * | 2024-11-18 | 2025-03-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) | ROBOTIC GLOVE FOR NEUROMUSCULAR REHABILITATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aubin et al. | A pediatric robotic thumb exoskeleton for at-home rehabilitation: The isolated orthosis for thumb actuation (IOTA) | |
| Babaiasl et al. | A review of technological and clinical aspects of robot-aided rehabilitation of upper-extremity after stroke | |
| Schabowsky et al. | Development and pilot testing of HEXORR: hand EXOskeleton rehabilitation robot | |
| Biggar et al. | Design and evaluation of a soft and wearable robotic glove for hand rehabilitation | |
| Lee et al. | Development of a biomimetic hand exotendon device (BiomHED) for restoration of functional hand movement post-stroke | |
| Ueki et al. | Development of a hand-assist robot with multi-degrees-of-freedom for rehabilitation therapy | |
| CN106214418A (en) | A kind of flexible wearable ectoskeleton drive lacking is all referring to training rehabilitation mechanical hand | |
| KR101098565B1 (en) | Hand rehabilitation robot apparatus | |
| Ertas et al. | AssistOn-Finger: An under-actuated finger exoskeleton for robot-assisted tendon therapy | |
| CN109481226A (en) | A kind of both hands tracking mode multiple degrees of freedom software finger gymnastic robot and application method | |
| CN109771222A (en) | A finger rehabilitation robot with adduction and abduction function | |
| Guo et al. | Development of force analysis-based exoskeleton for the upper limb rehabilitation system | |
| CN206063381U (en) | A kind of ectoskeleton drive lacking is all referring to training rehabilitation device | |
| RU219183U1 (en) | EXOSKELETON FOR REHABILITATION OF MOTOR ACTIVITY OF THE HAND | |
| RU2695721C1 (en) | Method of restoration of hand function in patients with paralysis and paresis of upper limbs | |
| CN110251364A (en) | A robot for upper limb rehabilitation training | |
| Jiang et al. | Application of robot to hand function rehabilitation | |
| RU2720323C1 (en) | Exerciser with biological feedback for joints and hands rehabilitation and method of its operation | |
| Macovei et al. | A short overview of upper limb rehabilitation devices | |
| CN207203052U (en) | Multi-mode hand training instrument | |
| Tan et al. | Hand-assisted rehabilitation robot based on human-machine master-slave motion mode | |
| RU2683071C2 (en) | Rehabilitation-massage device for hand and fingering | |
| Shalal et al. | Designing and construction a low cost robotic exoskeleton for wrist rehabilitation | |
| US20240148593A1 (en) | Apparatus for limb rehabilitation and method of using same | |
| CN208611269U (en) | A kind of novel and multifunctional finger rehabilitation training robot |