Устройство для ходьбы

 

Использование: в медицинской технике, а именно в травматологии и ортопедии. Сущность: устройство для ходьбы содержит опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища в подмышечной области, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой. Оба рычага выполнены с возможностью осевого перемещения. Один из рычагов связан с опорной платформой. Другой - шарнирно соединен с костыликом. Механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением состоит из цилиндрического многозубчатого храпового колеса с наклонными зубьями на торце и цилиндрическим углублением с профильным осевым отверстием в торцевой части, неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах щитка, цилиндрических пружин, радиального подшипника, крышки, цилиндрического углубления оси, штифта, окна, рычага с осью продетого в кольцо, свободно перемещаемого в торце оси шарнира, и связанного тросом с собачкой механизма фиксации с храповым зацеплением рычага. Длинное плечо рычага вторым тросом соединено через рычаг и механизм натяжения с П-образной скобой, перемещаемой внутри голеностопного стремени и взаимодействующей с опорной платформой (стелькой) обуви. Короткое плечо рычага выполнено с возможностью воздействия через штифт и пружины на подвижное зубчатое колесо. 6 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к травматологии и ортопедии.

Известно устройство для ходьбы [1] , содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом с помощью оси шины, снабженные элементами крепления к ноге, и опорным элементом, установленным на свободном конце шин. Оно также снабжено шестерней и рукояткой, установленными на общей оси, причем шестерня укреплена на каркасе, рукоятка установлена с возможностью перемещения относительно шестерни, а шины выполнены в виде двух шарнирно связанных звеньев, снабжены ограничителем и имеют зубчатый сектор, взаимодействующий с шестерней.

Данное устройство не обеспечивает передвижение и поддержание массы тела пользователя с спинно-мозговой травмой ввиду отсутствия храпового механизма и средств управления им.

Известно также устройство для шагового перемещения [2], содержащее две пары несущих рычагов, соединенных между собой посредством шарнирных узлов, установленные на каждом из несущих рычагов средства крепления к ногам и шарнирно связанные с несущими рычагами опорные поверхности. Шарнирный узел снабжен стопорным механизмом, включающим сегмент с наклонными зубьями, взаимодействующую с ним собачку и средство управления собачкой.

Устройство обеспечивает поддержание массы тела, но не обеспечивает передвижение пользователя с травмированным позвоночником ввиду отсутствия кинематической схемы передачи усилий мышц рук на опорные стойки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является шагопед [3] , содержащий опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища, а другим - с опорной платформой для обуви, поясной и поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанные между собой полусферические зубчатые колеса, валы и барабан с тросом, закрепленный на опорной стойке, а механизм регулирования подвижности коленного шарнира выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанным с подвижной опорой, при этом один рычаг выполнен с возможностью осевого перемещения и связан с опорной платформой.

Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой, при этом один рычаг выполнен с возможностью осевого перемещения и связан с опорной платформой.

Устройство конструктивно усложнено ввиду наличия механизма передачи усилий мышц рук на опорные рычаги, что требует постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела. Это в свою очередь не позволяет использовать мышечную силу рук для выполнения других функций (например, для переноса груза) одновременно с поддержанием массы тела и передвижением. Кроме того, оно функционально ограничено из-за расположения шарнирной опоры для туловища на уровне тазобедренных суставов, что увеличивает нагрузку на позвоночник на всех режимах шагового перемещения и стоячего отдыха.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для ходьбы, в котором новое выполнение конструкции опорных рычагов позволило бы поддерживать массу тела пользователя только в подмышечной области как при ходьбе, так и при стоячем отдыхе, что в свою очередь позволило бы дозировать нагрузку на позвоночник, например, с помощью корсета. Наличие механизма фиксации длины опорных рычагов позволит, в момент опоры массы тела на любой из них, динамически фиксировать их длину.

Поставленная задача решается устройством для ходьбы, содержащим опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища в подмышечной области, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой, при этом оба рычага выполнены с возможностью осевого перемещения и один из них связан с опорной платформой, а другой - шарнирно соединен с костыликом. Отличительными признаками этого устройства является то, что механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением состоит из цилиндрического многозубчатого храпового колеса с наклонными зубьями на торце и цилиндрическим углублением с профильным осевым отверстием в торцевой части, перемещаемого по многогранной оси, расположенной внутри кольцевого углубления, неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах щитка, цилиндрических пружин, радиального подшипника, крышки, цилиндрического углубления оси, штифта, окна, рычага с осью продетого в кольцо, свободно перемещаемого в торце оси шарнира и связанного торцом с собачкой механизма фиксации с храповым зацеплением рычага, длинное плечо рычага вторым тросом соединено через рычаг и механизм натяжения с П-образной скобой, перемещаемой внутри голеностопного стремени и взаимодействующей с опорной платформой (стелькой) обуви, и короткое плечо рычага выполнено с возможностью воздействия через штифт и пружины на подвижное зубчатое колесо.

Совокупность вышеперечисленных признаков предлагаемого устройства для ходьбы позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что механизм фиксации длины верхнего опорного рычага с храповым закреплением позволяет в момент опоры массы тела на этот рычаг динамически фиксировать его длину. Кроме того, уменьшается нагрузка на позвоночник, за счет поддержания массы тела пользователя только в подмышечной области как при ходьбе, так и при стоячем отдыхе, что в свою очередь позволяет дозировать нагрузку на позвоночник, например с помощью корсета.

На фиг. 1 изображено устройство, закрепленное на теле пользователя, вид сбоку; на фиг. 2 - вид спереди; на фиг. 3 - вид сбоку, в момент опоры на согнутую конечность; на фиг. 4 - кинематическая модель шагопеда; на фиг. 5 - механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, вид сбоку; на фиг. 6 - то же, в разрезе.

Устройство содержит (фиг. 1, 2, 3, 4) нижние опорные рычаги 1, верхние неподвижные опорные рычаги 2, механизм фиксации длины верхнего рычага с храповым зацеплением 3, верхние подвижные опорные рычаги 4, шарнирно соединенные одним концом с костыликами 5, а другим - с верхней половиной корпуса механизма фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, подколенные щитки 6, голеностопные щитки 7 со стременем, карманы щитков 8, поддерживающие ремни 9, (фиг. 4) опорную платформу для обуви 10, управляющую платформу 11 (фиг. 4, 5, 6), механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, состоящий из цилиндрического многозубчатого храпового колеса 12 с наклонными зубьями на торце и многогранным осевым отверстием, цилиндрического углубления в верхней части щитка 6 с многогранной осью 14, конец которой имеет цилиндрическую форму и расположен в подшипнике 15, с тыльной стороны оси расположено профильное углубление, заканчивающееся поперечной прорезью для перемещения штифта 17, рычага 18 с осью 19, неподвижного храпового цилиндрического колеса 20, расположенного на выступах верхней половины корпуса механизма фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, цилиндрических пружин 21, 22, кольца 23, тросов 24, 25, крышки корпуса 26 со сферическим выступом и отверстиями 27 для крепежных винтов, механизм фиксации длины верхнего подвижного опорного рычага, состоящий из корпуса 28, цилиндрических пружин 29, 30, 31, собачки 32, рейки с наклонными зубьями 33, прутка с кулачком 34, ползуна 35.

Работа устройства следующая. Тело пользователя подвешивается в подмышечной области на костылях 5 и/или корсете. При этом костылики 5 через опорные рычаги 4, 2, 1 упираются в опорные платформы для обуви 10. Ноги от выпадания из опорных рычагов удерживаются поддерживающими ремнями 9, прикрепляемыми к щиткам 6. В области коленного шарнира рычаги 1, 2 образуют шарнирное соединение на оси 14. Программируемая подвижность шарнирного соединения на уровне коленных суставов обеспечивается механизмом фиксации коленного шарнира с храповым зацеплением. Под действием массы тела подошва воздействует на управляющую подвижную платформу 11, шарнирно соединенную с опорной платформой 10 на уровне носка обуви. В свою очередь, опорная платформа 10 упирается в стельку обуви и через стремя 7, карман 8 связана с опорным рычагом 1. В результате происходит взаимное сближение платформ 10, 11, и соответственно передвижение платформы 11 через трос 25 приводит к взаимному сближению рычагов 1, 2. При этом рычаг 13 поворачивается на оси 19 и перемещается вниз кольцо 23, одновременно короткий конец рычага воздействует на штифт 17, который сжимает пружину 22. В результате пружина 21 расправляется и перемещает многозубчатое храповое колесо 12 до момента зацепления его зубьев с зубьями колеса 20. В свою очередь, перемещение кольца 26 вызывает перемещение троса 24, который перемещает вниз ползун 35, воздействующий на кулачок 34. В результате происходит сжатие пружины 30 и собачка 32 вступает в храповое зацепление с рейкой 33, которая в свою очередь является нижним концом опорного рычага 4 с костыликами 5. Тем самым достигается блокирование подвижности, в сторону расправления, коленного шарнира и фиксируется длина опорных рычагов 4, 2.

При любом из рассматриваемых вариантов произвольного подгибания нижних конечностей не происходит, т.к. механизм фиксации коленного шарнира с храповым зацеплением позволяет расправлять конечности, в т.ч. и под нагрузкой, но блокирует их сгибание. Надежность храпового зацепления в коленном шарнире достигается свободным ходом зубчатого колеса 12 относительно колеса 20, а храповый эффект обеспечивается пружиной 21. Свободный конец шарнира, когда отсутствует опора тела на эту конечность, обеспечивается тем, что усилие сжатия пружины 22 превышает усилие сжатия пружины 21. В результате в разгруженном шарнире зубчатое колесо 12 отодвигается от зубьев колеса 20, чем и обеспечивается свобода вращения шарнира. Предполагается, что нижние конечности пользователя под действием гравитационной составляющей расправляются в коленном шарнире, в случае принятия им вертикального положения, при этом наличие незначительной мышечной контраптуры не является ограничением применения устройства, т.к. высота опорных подвижных рычагов 4 регулируется с помощью механизма фиксации с храповым зацеплением 3 под максимально возможное расправление нижних конечностей пользователя.

Таким образом, в статическом положении масса пользователя поддерживается в тазобедренной и подмышечной зонах на жестком каркасе, образованном рычагами 1, 2, 4. При этом с помощью соответствующих групп мышц верхней половины туловища опираемую массу можно перераспределять по опорным точкам каркаса, обеспечивая устойчивое состояние пользователя как в стоячем положении, так и при перемещении.

Работа устройства в динамике отличается тем, что перемещение нижних конечностей пользователя обеспечивается перенесением центра тяжести на одну из опорных нижних конечностей и освобождения за счет этого зубчатого зацепления механизмов фиксации шарниров с храповым зацеплением коленного и длины опорных рычагов неопорной конечности.

В результате у пользователя появляется возможность стоячего отдыха, ходьбы, переход из статического положения в сидячее и наоборот, в процессе реабилитации спинно-мозговой травмы с одновременной дозированной нагрузкой на позвоночник. Первоначальное обучение пользователя применению устройства должно производиться либо инструкторами, либо с помощью поводка, закрепленного на монорельсе, - самостоятельно.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, упрощается конструкция для ходьбы, повышается надежность и обеспечивается автоматическое регулирование устройства под антропометрические параметры пользователя, что позволяет перемещаться и отдыхать в вертикальном положении инвалидам с спинальными повреждениями.

Формула изобретения

Устройство для ходьбы, содержащее опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища в подмышечной области, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой, при этом оба рычага выполнены с возможностью осевого перемещения и один из них связан с опорной платформой, а другой шарнирно соединен с костыликом, отличающееся тем, что механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением состоит из цилиндрического многозубчатого храпового колеса с наклонными зубьями на торце и цилиндрическим углублением с профильным осевым отверстием в торцевой части, перемещаемого по многогранной оси, расположенной внутри кольцевого углубления, неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах щитка, цилиндрических пружин, радиального подшипника, крышки, цилиндрического углубления оси, штифта, окна, рычага с осью, продетого в кольцо, свободно перемещаемого в торце оси шарнира, и связанного тросом с собачкой механизма фиксации с храповым зацеплением рычага, длинное плечо рычага вторым тросом соединено через рычаг и механизм натяжения с П-образной скобой, перемещаемой внутри голеностопного стремени и взаимодействующей с опорной платформой (стелькой) обуви, а короткое плечо рычага выполнено с возможностью воздействия через штифт и пружины на подвижное зубчатое колесо.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6