Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3591
.pdf
Я, Эдвард Чарльз Роберт Маккаркс, подданный Великобритании, проживающий по адресу: Линкольнс Инн
Филдс, 57 и 58, Лондон, W.C. 2, настоящим заявляю о характере данного изобретения (сообщение,
полученное мной из-за границы от компании Livingston Artificial Limb Company, корпорации, организованной и
существующей в соответствии с законами штата Делавэр, по адресу: Уолл-стрит, 67, город, округ и штат
Нью-Йорк). Соединенные Штаты Америки), а способ его осуществления должен быть подробно описан и
установлен в следующем заявлении: Настоящее изобретение относится к усовершенствованному
искусственному протезу конечности, включающему ладонь с пальцами и большим пальцем, закрепленными
на ней на шарнире.
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного механизма управления пальцами,
позволяющего им перемещаться в различной степени при захвате предмета, что позволяет более точно
имитировать захват, осуществляемый человеческой рукой.
Изобретение представляет собой искусственный протез конечности, включающий ладонь с пальцами и
большим пальцем, закрепленными на ней на шарнире, и в котором механизм управления пальцами включает
в себя приводной вращающийся элемент, соединенный с пальцем для вращения его вокруг оси вращения, и
вращающийся приводной элемент, который расположен таким образом, чтобы вращаться в противоположных
направлениях и который фрикционно взаимодействует с указанным приводным элементом.
Изобретение также заключается в том, что приводной элемент представляет собой червяк, зацепляющийся с
сегментом червяка, закрепленным на пальце указанного червяка, имеющего коническую трение.
лицевая поверхность, к которой коническая фрикционная поверхность на приводном элементе или головке
прижимается с помощью пружины.
Изобретение дополнительно заключается в том, что приводные элементы или головки множества пальцев
вращаются одной зубчатой цепью, проходящей вокруг главной зубчатой шестерни и вокруг зубьев [Цена 1/-3
на нескольких приводных элементах, причем цепь предпочтительно направляется холостыми звездочками,
расположенными между приводными элементами.50
Другие вспомогательные особенности изобретения будут четко изложены в прилагаемых пунктах формулы
изобретения, приведенных в конце данного описания. 55
На прилагаемых рисунках:
Рисунок 1 представляет собой вертикальный продольный разрез искусственной конечности, воплощающей
мои усовершенствования, причем разрез выполнен перпендикулярно плоскости ладони 60 кисти и по линии
1-1, рис. 2.
На рисунке 2 представлен вид сбоку, частично в разрезе, искусственной конечности со стороны ладони. На
рисунке 3 представлен фрагментарный продольный разрез 65, демонстрирующий один из пальцев
искусственной конечности в сложенном или закрытом положении.
На рисунке 4 представлен фрагментарный разрез, в увеличенном масштабе, части механизма, приводящего в
действие один из пальцев; разрез 70 выполнен по линии 4-4 на рис. 2.
На рисунках 5 и 6 представлены поперечные сечения, выполненные по линиям, пронумерованным
соответствующими цифрами на рисунке 2. Рисунок 7 представляет собой фрагментарный поперечный разрез,
выполненный по линии 7-7, рис. 2. 75 Рисунок 8 представляет собой увеличенный фрагмент, взятый по линии
8-8 на рис. 7. Рисунок 9 представляет собой увеличенный фрагмент, взятый по линии 9-9 на рис. 2.
Схожие обозначения указывают на 80 соответствующих частей на всех изображениях.
Мои усовершенствования предназначены для использования с секцией 1 руки, которая может быть
прикреплена к культе 85 реальной руки любым подходящим способом, предплечьем 3, которое шарнирно
соединено своим задним концом с передним концом руки посредством поперечного штифта 2, запястьем 4,
которое шарнирно соединено своим задним концом с передним концом предплечья таким образом, чтобы
иметь возможность поворачиваться относительно него вокруг продольной оси, ладонью, которая шарнирно
соединена своим задним концом с передним концом запястья посредством поперечного штифта 6 таким
образом, чтобы иметь возможность поворачиваться вбок относительно ладони, множеством пальцев, каждый
из которых состоит из первой секции 7, шарнирно соединенной с ладонью посредством штифта 8, второй
секции 9, шарнирно соединенной с первой секцией посредством штифта 10, и третьей секции 11, шарнирно
соединенной со второй секцией посредством штифта 12, и большой палец, включающий первую секцию 13,
шарнирно соединенную с ладонью с помощью штифта 14, и вторую секцию 15, шарнирно соединенную с
первой секцией с помощью штифта 16. Все эти элементы предпочтительно выполнены в полой или трубчатой
форме любым подходящим и одобренным способом, так чтобы механизм для их управления располагался
внутри них.
Поскольку средства для приведения в действие различных пальцев, предназначенных для складывания или
закрытия и раскладывания или открытия изделия, одинаковы, следующее описание, относящееся к одному из
них, будет применимо ко всем различным пальцам.
24 представляет собой сегмент червячной передачи, расположенный внутри внутренней части первой секции
каждого пальца и соединенный с ней концентрично относительно шарнирного соединения между этой секцией
пальца и ладонью. Этот сегмент червя соединяется с червем 25, ось которого расположена перпендикулярно
плоскости ладони. При повороте этого червяка в том или ином направлении первая секция с пальцами будет
повернута либо в открытое, либо в закрытое положение. Внутри каждой секции пальца и прилегающей части
ладони расположен первый рычаг 17, который шарнирно соединен между ее задней и передней частями
посредством штифта 18 на прилегающей части этой секции пальца с одной стороны оси шарнирного
соединения 8 между этой секцией пальца и ладонью. Внутренний или задний рычаг первого рычага может
свободно скользить вдоль, но не способен вращаться; это достигается путем пропускания этого заднего
рычага через отверстие, образованное в поперечной перекладине 19, которая жестко закреплена на
внутренней стороне ладони. 20 представляет собой второй рычаг, который частично расположен в первом и
втором пальцевых сегментах и шарнирно соединен между своими рычагами посредством поперечного
штифта 21 на втором пальцевом сегменте с одной стороны шарнирного соединения 10 между первым и
вторым пальцевыми сегментами. Внутренний рычаг этого второго рычага шарнирно соединен с передним
рычагом первого рычага 17, а передний или внешний рычаг этого второго рычага соединен с внутренним
концом звена 22, которое расположено внутри второго и третьего пальцевых сегментов и имеет передний
конец, соединенный шарниром 23 с третьим пальцевым сегментом с одной стороны шарнирного соединения
12 между вторым и третьим пальцевыми сегментами.
70 В положении частей, показанных на фиг. 1 и 2, все пальцы максимально развернуты, при этом первый и
второй рычаги 17, 20 и звено 22 расположены практически на одной линии, шарнир первого рычага
расположен снаружи от шарнира 8, соединяющего ладонь и первую секцию, а шарниры 21, 23 второго рычага
и звена расположены на значительном расстоянии от соответствующих шарниров 10, 12, соединяющих
вторую секцию пальца с первой и третьей секциями. При повороте червяка 25 в направлении складывания
или закрытия первой секции пальца, первый рычаг 17 будет скользить через поперечную перекладину 19, не
качаясь, однако, на своей точке опоры 18 в сколько-нибудь значительной степени. Это относительное
движение первой секции пальца go90 и первого рычага вызовет внутреннее натяжение второго рычага 20,
соединенного со второй секцией пальца, так что этот второй рычаг в данный момент действует как звено и 95
приводит к перемещению второй секции пальца в сложенное или закрытое положение, как показано на рис. 3.
Поскольку относительное положение второго рычага и второй секции пальца изменяется на 100 в результате
этой последней операции, передняя часть второго рычага 20 воздействует на третью секцию пальца
посредством звена 22, так что эта третья секция пальца смещается на 106 из своего развернутого положения,
показанного на рис.
1, в сложенное или закрытое положение, указанное на рис. 3. Изменение направления вращения первой
секции пальца под действием червячной передачи и червячной передачи 10l приведет к тому, что вторая и
третья секции пальцев развернутся из положения, показанного на рис. 3, в положение, показанное на рис. 1,
благодаря действию первого и второго рычагов 17, 20 и звена 22. 115 Для управления первой и второй
частями большого пальца используется конструкция, аналогичная той, что применяется для управления
каждым из пальцев. Этот механизм управления большим пальцем включает в себя червячный редуктор 50,
закрепленный на внутренней части 13, предназначенной для большого пальца, концентричный с ее
шарниром, червяк 51, расположенный перпендикулярно червям механизма управления пальцем и
зацепляющийся с сегментом 125, предназначенным для большого пальца. Внешняя, или вторая, секция для
большого пальца удерживается в развернутом положении пружиной 49, которая предпочтительно имеет
центральную витую часть, окружающую шарнир 16, в то время как ее противоположные концы 13(1 239,004
239,004 соединены соответственно с внутренней и внешней секциями для большого пальца, как показано на
рис. 2.
При повороте первой секции для большого пальца внутрь с помощью червяка 51 и червячной передачи 50,
внешняя секция для большого пальца движется вместе с внутренней секцией до тех пор, пока внешняя секция
для большого пальца не зацепится за соседний указательный палец, после чего пружина для большого
пальца 49 деформируется и позволяет внешней секции для большого пальца оставаться неподвижной
независимо от внутренней секции, что позволяет руке сжиматься, имитируя кулак, без поломки каких-либо
частей. Изменение направления движения червячного механизма и зубчатой передачи приводит к повторному
раскрытию секций червячного механизма.
Для каждого пальца предусмотрен приводной механизм, позволяющий одновременно смыкать и размыкать
его, но при этом механизм устроен таким образом, что если какой-либо из этих пальцев столкнется с
препятствием, препятствующим его движению в том или ином направлении, этот палец может оставаться в
состоянии покоя независимо от остальных пальцев, что позволяет руке в сомкнутом состоянии захватывать
предметы неправильной формы, имитируя работу человеческой руки. В данном случае это достигается путем
соединения с каждой цифрой; это означает наличие частей, которые взаимодействуют друг с другом за счет
трения, так что основной приводной механизм для нескольких цифр может скользить относительно одной или
нескольких цифр, не мешая операции закрытия или открытия остальных цифр, свобода движения которых не
ограничена. Предпочтительная форма этого фрикционного устройства, используемого с каждым из пальцев,
как показано на чертежах, имеет следующую конструкцию:
26 представляет собой вал, на котором установлен червяк 25, который 4,5 расположен на противоположных
концах в подшипниках, образованных в верхней части ладони 5 и в прилегающей части поперечной балки 19.
На своем внутреннем конце червяк 25 входит в зацепление с выступом или воротником 27 на валу SO 26, а на
своем внешнем конце он снабжен конической фрикционной поверхностью 28, которая входит в зацепление с
конической фрикционной поверхностью 30 соответствующей формы, образованной на приводной головке 29,
установленной на 6,5-й смежной части вала червяка 26. Эта приводная головка податливо прижимается своей
фрикционной поверхностью к поверхности соседнего червяка с помощью пружины 31, окружающей наружную
часть вала 26 и зацепляющей свой внутренний конец с приводной головкой, в то время как ее наружный конец
упирается в винтовую гайку 32, зацепляющуюся с резьбовой наружной частью вала 26, как показано на рис. 4.
80 обозначает звездочку: колесо или обод, образованный на внешней части каждой из приводных головок.
Между соседними зубчатыми колесами различных червячных передач пальцев расположены промежуточные
или холостые зубчатые колеса 33, которые шарнирно закреплены 7() на прилегающей части ладони. В
центральной части ладони расположено главное или ведущее зубчатое колесо 34, которое установлено на
шпинделе 36, вращающемся в ладони в подшипниках, расположенных на ней 75 под прямым углом к
плоскости ладони. Цепной ремень 35 проходит вокруг главной звездочки 34, ведомых звездочек 80 различных
приводных головок и холостых звездочек 80 33, так что при повороте главной звездочки в том или ином
направлении все приводные головки одновременно поворачиваются для открытия или закрытия пальцев.
Если в этот момент времени пальцы не соприкасаются без препятствий, то фрикционное соединение между
приводными головками и соседними червячными колесами заставит несколько пальцев открываться и
закрываться синхронно. Однако если движение одного или нескольких пальцев будет затруднено,
соответствующий палец будет отставать из-за проскальзывания, вызванного фрикционным контактом между
соответствующей приводной головкой и червяком, в то время как остальные пальцы, которые не
соприкасаются без препятствий, будут работать нормально во время своего движения открытия и закрытия.
Если одному из пальцев было позволено закрыться лишь частично из-за столкновения с препятствием
раньше остальных, то этот палец во время реверсивного движения ведущего зубчатого колеса 34 и связанных
с ним частей достигнет своего полностью открытого положения на 1,05 опережения остальных пальцев, и
когда последние также переместятся в свое полностью открытое положение, приводная головка
соответствующего пальца, которая уже достигла своего открытого положения, просто будет проскальзывать в
фрикционном контакте с соответствующим червячным колесом до тех пор, пока все части не будут
возвращены в свое равномерно открытое положение.
Для обеспечения полного открытия и закрытия отдельных пальцев вращательное движение основного или
ведущего зубчатого колеса 34 определяется таким образом, чтобы механизм управления пальцами получал
от этого основного зубчатого колеса 120 движение, превышающее необходимое для полного открытия и
закрытия. Это движение ведущего зубчатого колеса 34 может! может быть получен из любого подходящего
источника и передан в него любым подходящим способом. Например, как показано на чертежах, это может
быть достигнуто с помощью линии закрытия 38 и линии открытия 37, расположенных на запястье, предплечье
и руке и соединенных их задними концами любым подходящим образом с каким-либо подвижным элементом
тела, так что эти две линии могут быть проведены попеременно в противоположных направлениях, причем
внутренние или передние концы этих линий соединены с ведущим зубчатым колесом с диаметрально
противоположных сторон, как показано на рис. 2, так что при натяжении линии закрытия ведущее колесо
будет поворачиваться в направлении закрытия пальцев, а при натяжении линии открытия несколько пальцев
будут открыты.
В связи с расположением большого пальца на ладони под углом к остальным пальцам, используется
небольшая модификация механизма передачи движения от цепного ремня 35 к червячному механизму
большого пальца, предпочтительный вариант которого показан на фиг. 2, 7 и S и имеет следующую
конструкцию:
52 представляет собой червячный вал, расположенный внутри ладони параллельно плоскости 25t и
установленный в подшипниках внутри нее.
Червяк 51, вращающийся вокруг большой пальца, соединен с этим валом за счет трения, так что, когда
большой палец может свободно вращаться, этот червяк будет вращаться вместе со своим валом, но если
большой палец столкнется с препятствием, этот вал сможет вращаться независимо от червяка. Для этой цели
наружный конец червяка входит в зацепление с выступом или воротником 53 на валу 52, а внутренний конец
этого червяка снабжен конической фрикционной поверхностью 54, которая входит в зацепление с
соответствующей конической фрикционной поверхностью 55 на приводной головке 56, которая имеет шлицы
на этом валу и прижимается к соответствующему червяку посредством пружины 57, окружающей этот вал и
зацепляющей свой наружный конец с этой приводной головкой, в то время как ее внутренний конец входит в
зацепление с винтовой гайкой 58 43, расположенной на этом валу, как показано на рис. 8. Вращательное
движение валу 52, управляющему большим пальцем, передается посредством промежуточного вала 59,
установленного на ладони и снабженного ведомым звездочкой 60, которая входит в зацепление с цепным
ремнем 35, а также снабженного коническим зубчатым колесом 61, зацепляющимся с коническим зубчатым
колесом 62 на валу 52, управляющем большим пальцем.
Таким образом, секции для большого пальца складываются и раскладываются синхронно с секциями для
пальцев практически одинаковым образом, так что секции для большого пальца либо движутся вместе с
секциями для пальцев, либо могут оставаться позади 6() в случае, если они наткнутся на препятствие,
которое препятствует движению этих секций для большого пальца в любом направлении.
Шарнирное соединение между ладонью и запястьем призвано обеспечить возможность поворота ладони вбок
относительно запястья, имитируя движение человеческой руки в этом отношении.
Предпочтительно, средства, с помощью которых это достигается, имеют следующую конструкцию:
представляет собой червяк, расположенный внутри запястья и зацепляющийся с сегментом червячной
передачи 39, установленным на внутреннем конце ладони, концентричным с шарнирным соединением между
ним и запястьем.
Этот приводной червяк для ладони снабжен 75 ведомым зубчатым колесом 41, которое принимает цепь или
зубчатый ремень 42, один конец которого прикреплен к линии открытия цифры 37, а другой — к линии
закрытия цифры 38, как показано на фиг. 1 и 8(2). Таким образом, рывок назад по линии закрытия приведет к
повороту червяка управления ладонью в направлении бокового наклона ладони внутрь относительно
запястья одновременно с тем, как пальцы сомкнуты относительно ладони, а рывок назад по линии открытия
приведет к тому, что ладонь будет отведена наружу относительно запястья одновременно с тем, как пальцы
снова переместятся в открытое или развернутое положение.
При надавливании ладонью в любом направлении на предмет желательно допустить ее некоторую гибкость
(95), чтобы имитировать действие человеческой ладони в этом отношении при взаимодействии с
неподвижным предметом. В данном случае это возможно путем установки червячного колеса 100,
приводящего в движение ладонь, на шпиндель 81, который установлен внутри ладони, таким образом, чтобы
это червячное колесо могло перемещаться в продольном направлении по шпинделю, и путем создания двух
пружин 43, 44, которые 105 установлены на этом шпинделе и зацепляют свои внутренние концы с
противоположными концами этого червячного колеса, а их внешние концы зацепляются с соседними
подшипниками этого шпинделя, как показано на рис. 9, 110, или другими подходящими упорами или опорами,
которые могут быть предусмотрены внутри ладони для этой цели. Натяжение пружин 43, 44 определяется
таким образом, что они обычно удерживают червячный механизм и зубчатое колесо, приводящие ладонь, в
центральном положении. Однако, если на ладонь или пальцы, установленные на ней, оказывается боковое
давление независимо от давления, оказываемого червячным механизмом, приводящим ладонь, то последний
вместе со своим зубчатым колесом будет перемещаться вдоль шпинделя 81 в одном или другом направлении
и деформировать одну из пружин 43, 44, которые, податливо сопротивляясь этому отклонению ладони или
пальцев, будут перемещаться вдоль него.
Когда такое отклонение прекращается, восстанавливающие пружины 43, 44 снова возвращают приводной
червяк в центральное или нейтральное положение. o9,001X принимает линии открытия и закрытия 38, 65 37,
как показано на рис. 5.
Следует отметить, что несколько устройств, воплощенных в данном изобретении, сравнительно просты по
конструкции, учитывая функции, которые они призваны выполнять, они не подвержены поломкам и могут
легко и бесшумно эксплуатироваться, а также позволяют перемещать различные подвижные элементы таким
образом, чтобы они с большой точностью имитировали соответствующие части человеческого тела и
позволяли использовать руку практически так же, как и естественную руку.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
Соседние файлы в папке патенты