Накаблучник башмака пользователя экзоскелета
Владельцы патента RU 2649427:
Общество с ограниченной ответственностью "ЭкзоАтлет" (RU)
Изобретение относится к медицинской технике и может применяться в качестве накаблучника ножных опор экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости и предназначенного для оказания помощи при ходьбе людям с ограниченными двигательными возможностями, не имеющим возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей при нормальном функционировании верхних конечностей и верхней части корпуса. Накаблучник башмака пользователя экзоскелета содержит корпус накаблучника, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака пользователя и по меньшей мере один элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя. Корпус накаблучника снабжен дополнительной опорой, смонтированной в корпусе накаблучника с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной подошвенной поверхности корпуса накаблучника. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении величины силы трения, обусловленного взаимодействием подошвенной поверхности корпуса накаблучника с опорной поверхностью при повороте опорной ноги за счет мускульной силы нормально функционирующих верхних конечностей и верхней части корпуса пользователя и уменьшения его мускульных усилий. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к медицинской технике и может применяться в качестве накаблучника ножных опор экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости и предназначенного для оказания помощи при ходьбе людям с ограниченными двигательными возможностями, не имеющим возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей при нормальном функционировании верхних конечностей и верхней части корпуса.
Особенности предложенного конструктивного выполнения и применения накаблучника ножных опор экзоскелета обеспечивают его пользователю возможность осуществлять малозатратный с точки зрения расхода мышечной энергии поворот ноги пользователя относительно оси перпендикулярной опорной поверхности без отрыва подошвенной поверхности накаблучника от опорной поверхности.
Известна конструкция накаблучника башмака пользователя, включающая корпус накаблучника, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака пользователя и, по меньшей мере, один элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя [US 3851412, публ. 03.12.1974].
Недостаток данного накаблучника заключается в том, что для поворота опорной ноги пользователю в процессе движения приходится преодолевать силу трения скольжения, обусловленную взаимодействием подошвенной поверхности корпуса накаблучника с опорной поверхностью.
Известна также конструкция накаблучника башмака пользователя, включающая корпус накаблучника, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака пользователя и, по меньшей мере, один элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя [US 4727659, публ. 01.03.1988].
Недостаток данного накаблучника также заключается в том, что для поворота опорной ноги пользователю в процессе движения приходится преодолевать силу трения скольжения, обусловленную взаимодействием подошвенной поверхности корпуса накаблучника с опорной поверхностью. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа предложенного решения.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении величины силы трения, обусловленного взаимодействием подошвенной поверхности корпуса накаблучника с опорной поверхностью при повороте опорной ноги за счет мускульной силы нормально функционирующих верхних конечностей и верхней части корпуса пользователя и уменьшения его мускульных усилий.
Для достижения указанного технического результата в накаблучнике башмака пользователя, содержащем корпус накаблучника, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака пользователя, и, по меньшей мере, один элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя, в качестве пяточной части башмака пользователя используют пяточную часть башмака, интегрированного с опорным элементом стопы экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости, причем опорный элемент стопы экзоскелета соединен с голеностопным шарниром экзоскелета с помощью одной или двух соединительных стоек, а корпус накаблучника снабжен дополнительной опорой, смонтированной в корпусе накаблучника с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной подошвенной поверхности корпуса накаблучника.
При этом ось вращения дополнительной опоры может быть совмещена с вертикальной осью ноги пользователя.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 приведен общий вид накаблучника башмака пользователя; на фиг. 3 показан возможный вариант конструктивного выполнения башмака пользователя, интегрированного с опорным элементом стопы экзоскелета с образованием интегрированной стопы ножной опоры экзоскелета; а на фиг. 4 - размещение накаблучника на экзоскелете.
На фиг. 1, 2 и 3 обозначены:
1 - накаблучник;
2 - интегрированная стопа ножной опоры экзоскелета;
3 - ножная опора экзоскелета;
4 - нога пользователя;
5 - элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя;
6 - дополнительная опора;
7 - ось вращения дополнительной опоры относительно подошвенной части корпуса накаблучника;
8 - вертикальная ось ноги пользователя экзоскелета;
9 - башмак пользователя;
10 - корпус накаблучника;
11 - опорный элемент стопы экзоскелета;
12 - голеностопный шарнир экзоскелета;
13 - соединительная стойка для соединения опорного элемента стопы экзоскелета с голеностопным шарниром экзоскелета;
14 - стелька;
15 - заглушка;
16 - упорно-радиальный подшипник;
17 - уплотнение;
18 - упор;
19 - ось дополнительной опоры;
20 и 21 - первая и вторая шайбы;
22 и 23 - костыли;
24 - тазовое звено экзоскелета;
25 и 26 - элементы крепления ножных опор экзоскелета к бедрам и, соответственно, голеням ног пользователя экзоскелета;
27 - отверстие в корпусе накаблучника под размещение элемента крепления накаблучника к интегрированной стопе ножной опоры экзоскелета.
Накаблучник 1 для экзоскелета содержит корпус 10 накаблучника 1, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака 9 пользователя, и, по меньшей мере, один элемент 5 крепления корпуса 10 накаблучника 1 к башмаку 9 пользователя. В качестве пяточной части башмака 9 пользователя используют пяточную часть башмака 9, интегрированного с опорным элементом 11 стопы экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам 4 пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости. Башмак 9 пользователя, интегрированный с опорным элементом 11 стопы экзоскелета образуют интегрированную стопу 2. При этом опорный элемент 11 стопы экзоскелета соединен с голеностопным шарниром 12 экзоскелета с помощью, одной или двух соединительных стоек 13, а корпус 10 накаблучника 1 снабжен дополнительной опорой 6, смонтированной в корпусе 10 накаблучника 1 с возможностью поворота относительно оси вращения 7, перпендикулярной подошвенной поверхности корпуса 10 накаблучника 1.
При этом предпочтительно чтобы ось 7 вращения дополнительной опоры 6 была совмещена с вертикальной осью 8 ноги 4 пользователя.
Ось 19 дополнительной опоры 6 смонтирована в радиально-упорном подшипнике 16, который, в свою очередь, смонтирован в корпусе 10 накаблучника 1. Между верхней горизонтальной поверхностью дополнительной опоры 6 и радиально-упорным подшипником 16 установлены уплотнение 17 и первая шайба 20, а сверху радиально-опорного подшипника 16 - вторая шайба 21.
На внутренней поверхности подошвенной части корпуса накаблучника установлена заглушка 15.
В подошвенной части корпуса 10 накаблучника 1 выполнено отверстие 27 под размещение элемента 5 крепления корпуса 10 накаблучника 1 к интегрированной стопе 2.
Пользователь использует накаблучник 1 для ножной опоры 3 экзоскелета следующим образом.
Для передвижения и поддержания равновесия в процессе передвижения пользователь экзоскелета использует две моторизованные ножные опоры 3 экзоскелета, с помощью элементов крепления 25 и 26 присоединенные соответственно к бедрам и голеням ног 4 пользователя и обеспечивающие возможность его перемещения в сагиттальной плоскости, и две ручные опоры в виде костылей 22 и 23. При этом на каждом шаге одна ножная опора 3 экзоскелета и, соответственно, одна нога 4 пользователя в процессе передвижения экзоскелета находится в фазе переноса, т.е. в безопорном состоянии, а другая ножная опора экзоскелета и оба костыля 22 и 23 - в состоянии опоры.
Для осуществления поворота в процессе движения пользователь осуществляет поворот корпуса с помощью мышц нормально функционирующих рук и верхней части корпуса. А синхронно с этим будет происходить поворот тазового звена пользователя и связанной с ним через тазовое звено 26 экзоскелета и соответствующую ножную опору ножной конечности пользователя, находящейся в состоянии опоры. То есть при этом будет осуществляться поворот накаблучника 1 относительно неподвижной дополнительной опоры 6. Этот поворот будет происходить относительно оси вращения 7 дополнительной опоры 6, перпендикулярной опорной поверхности и совмещенной с вертикальной осью 8 ноги 4 пользователя.
Естественно, что возникающие при этом силы трения качения и обусловленные этими силами моменты будут меньше, чем силы трения скольжения в прототипе.
Таким образом, предложенное техническое решение выполнения и размещения накаблучника позволяет пользователю экзоскелета осуществлять поворот ноги относительно ее вертикальной оси без отрыва ножной опоры экзоскелета от опорной поверхности с меньшими затратами мышечной энергии чем в прототипе, что подтверждает достижение заявленного технического результата и расширяет функциональные возможности экзоскелета в целом.
1. Накаблучник башмака пользователя экзоскелета, содержащий корпус накаблучника, внутренняя поверхность которого выполнена в форме поверхности ответной внешней поверхности пяточной части башмака пользователя и по меньшей мере один элемент крепления корпуса накаблучника к башмаку пользователя, отличающийся тем, что корпус накаблучника снабжен дополнительной опорой, смонтированной в корпусе накаблучника с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной подошвенной поверхности корпуса накаблучника.
2. Накаблучник башмака пользователя экзоскелета по п. 1, отличающийся тем, что ось вращения дополнительной опоры совпадает с вертикальной осью ноги пользователя экзоскелета.
