Тазобедренный узел экзоскелета или ортеза

Изобретение относится к медицине. Тазобедренный узел экзоскелета или ортеза содержит Г-образный рычаг, предназначенный для шарнирной установки первым концом на тазовом элементе экзоскелета или ортеза, первый опорный элемент, шарнирно закрепленный первым концом на втором конце Г-образного рычага и имеющий на втором конце первый соединительный элемент, второй опорный элемент, предназначенный для установки на бедренном звене экзоскелета или ортеза и имеющий второй соединительный элемент. Первый и второй соединительные элементы образуют подвижное соединение, обеспечивающее относительное вращение первого и второго опорных элементов с тремя степенями свободы. Изобретение обеспечивает увеличение подвижности, упрощение конструкции и уменьшение массы тазобедренного узла пассивного экзоскелета. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

[0001] Заявляемое изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использовано в туризме, спорте, при проведении погрузочно-разгрузочных работ, спасательных и армейских операций.

[0002] Заявляемая конструкция, прежде всего, предназначена для использования в пассивных экзоскелетах, приводимых в движение мышечной силой человека и снимающих нагрузку с опорно-мышечного аппарата при переноске тяжестей. При этом заявляемый тазобедренный узел экзоскелета полностью реализует двигательные функции тазобедренного сустава человека, то есть обеспечивает отведение и приведение, сгибание и разгибание бедра, а также отведение и приведение стопы (поворот ноги вокруг своей вертикальной оси).

[0003] Известно тазобедренное сочленение тазового и бедренного звеньев экзоскелета, описанное в патенте на Полезную модель RU 136336, A61F 2/60, 2014, содержащее кронштейн и первую, вторую и третью кинематические цилиндрические вращательные пары. Первая и вторая кинематические пары выполнены в виде вращательных пар с подвижными звеньями, а третья кинематическая пара - в виде вращательной пары с одним неподвижным и одним подвижным звеньями.

[0004] Первое подвижное звено первой кинематической пары жестко смонтировано на одном конце кронштейна, первое подвижное звено второй кинематической пары - на другом конце кронштейна, а неподвижное звено третьей кинематической пары - на втором подвижном звене второй кинематической пары. Геометрические оси вращения первой и второй кинематических пар лежат в одной плоскости и перпендикулярны друг другу, а геометрическая ось третьей кинематической пары перпендикулярна геометрической оси вращения второй кинематической пары.

[0005] Кронштейн снабжен прямолинейными участками, выполненными с возможностью изменения и фиксации стопорами их длины, вторая кинематическая пара снабжена управляемым механизмом ее фиксации, и в состав тазобедренного шарнирного узла экзоскелета введены средство управления механизмом фиксации второй кинематической пары.

[0006] Недостатком этого тазобедренного узла является несоответствие геометрической оси третьей кинематической пары и вертикальной оси ноги человека, вокруг которой происходит поворот стопы, что ограничивает подвижность и снижает безопасность использования экзоскелета.

[0007] Известен тазобедренный узел грузового экзоскелета пассивного типа, полностью реализующий функции движения тазобедренного сустава человека (см. патент RU 2563209, А61Н 3/00, 2014), включающий тазобедренный рычаг, выполненный в виде пространственной оболочки и шарнирно связанный с каркасом и голеностопным рычагом.

[0008] Каркас состоит из плечевого блока и соединенного с ним спинным карданным узлом поясничного блока, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана. Концы коромысла с элементами крепления колец карданов опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов.

[0009] Соединение пространственной оболочки тазобедренного рычага с каркасом осуществляется посредством кольцевых карданов с двумя степенями свободы поворота тазобедренных рычагов, основания которых через угловые консоли связаны с площадками скольжения. Последние установлены на пространственных оболочках тазобедренных рычагов с возможностью перемещения консоли по дуговым направляющим площадок при изменении угла между каркасом и пространственными оболочками тазобедренных рычагов.

[0010] Недостатком этого тазобедренного узла является высокая сложность и большая масса конструкции.

[0011] Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала технических средств тазобедренных узлов пассивных экзоскелетов или ортезов, полностью реализующих функции тазобедренного сустава человека, за счет увеличения подвижности, упрощения конструкции и уменьшения массы.

[0012] Указанный технический результат достигается за счет того, что тазобедренный узел содержит Г-образный рычаг, предназначенный для шарнирной установки первым концом на тазовом элементе экзоскелета или ортеза. Первый опорный элемент шарнирно закреплен первым концом на втором конце Г-образного рычага и имеет на своем втором конце первый соединительный элемент.

[0013] Второй опорный элемент предназначен для установки на бедренном звене экзоскелета или ортеза и имеет второй соединительный элемент. Первый и второй соединительные элементы образуют подвижное соединение, обеспечивающее относительное вращение первого и второго опорных элементов с тремя степенями свободы.

[0014] Телесный угол, определяющий диапазон относительного вращения первого и второго опорных элементов, выбирается исходя из антропометрических особенностей и характеристик ноги человека, в частности угла отведения/приведения стопы. Кроме того, телесный угол может быть ограничен требованиями к устойчивости конструкции экзоскелета, необходимой для исключения возможности травмирования оператора экзоскелета, особенно при выполнении погрузочно-разгрузочных работ с большим весом груза.

[0015] В частном случае исполнения, по крайней мере, один из соединительных элементов может быть выполнен с возможностью перемещения относительно соответствующего опорного элемента. Такое перемещение может быть полезным для улучшения общей подвижности экзоскелета, особенно при наклонах туловища вперед.

[0016] В конкретном случае исполнения, по крайней мере, один из соединительных элементов может быть выполнен в виде шарнира с тремя степенями свободы, а другой соединительный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно шарнира, по крайней мере, с одной степенью свободы.

[0017] Предпочтительным является такое выполнение, при котором первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника.

[0018] Также предпочтительным является такое выполнение, при котором первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника с возможностью осевого перемещения.

[0019] В частном случае исполнения первый соединительный элемент может быть выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде втулки из упругого материала, зафиксированной в отверстии второго опорного элемента, а штырь расположен в отверстии втулки.

[0020] Предпочтительно, чтобы штырь был расположен в отверстии втулки с натягом.

[0021] Также предпочтительно такое выполнение, при котором первый соединительный элемент может быть выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде втулки из упругого материала, зафиксированной в отверстии второго опорного элемента, а штырь расположен в отверстии втулки с возможностью осевого перемещения.

[0022] В частном случае исполнения, по крайней мере, один из соединительных элементов может быть установлен на соответствующем опорном элементе с возможностью кругового или плоскопараллельного перемещения.

[0023] Предпочтителен такой вариант выполнения, при котором первый соединительный элемент может быть выполнен в виде штыря, размещенного на эксцентричном валу, установленном на первом опорном элементе с возможностью вращения. При этом второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника.

[0024] Также предпочтительно такое выполнение, при котором первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, размещенного на эксцентричном валу, установленном на первом опорном элементе с возможностью вращения. При этом второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника с возможностью осевого перемещения.

[0025] Вышеизложенное представляет собой краткое изложение сущности изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения подробностей; следовательно, специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что данное краткое изложение сущности изобретения является только иллюстративным и не подразумевает какое-либо ограничение.

[0026] Для лучшего понимания сути предлагаемого технического решения ниже приводится описание конкретного примера выполнения, не являющееся ограничительным примером практической реализации грузового экзоскелета в соответствии с заявляемым изобретением со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее.

[0027] На фиг. 1 изображены тазобедренные узлы, установленные на тазовом элементе экзоскелета, аксонометрия вид спереди.

[0028] На фиг. 2 изображены тазобедренные узлы, установленные на тазовом элементе экзоскелета, аксонометрия вид сзади.

[0029] На фиг. 3 изображен вид А на фиг. 1, пример 1.

[0030] На фиг. 4 изображен вид А на фиг. 1, пример 2.

[0031] На фиг. 5 изображен вид А на фиг. 1, пример 3.

[0032] На фиг. 6 изображен вид А на фиг. 1, пример 4.

[0033] На фиг. 7 изображен тазобедренный узел, исходное положение стопы, вид сверху.

[0034] На фиг. 8 изображен тазобедренный узел, повернутое положение стопы, вид сверху.

[0035] На фиг. 9 изображен вид Б на фиг. 8.

[0036] Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.

[0037] На фиг. 1 и 2 изображены соответственно правый 10R и левый 10L тазобедренные узлы. Тазобедренные узлы имеют аналогичную конструкцию и, как следует из симметрии человека, выполнены симметрично (зеркально) относительно сагиттальной плоскости. В дальнейшем для простоты будет описано выполнение только правого тазобедренного узла 10R.

[0038] Тазобедренный узел 10 включает в себя Г-образный рычаг 20, первый опорный элемент 30 и второй опорный элемент 40. Рычаг 20 при помощи расположенного на его первом конце шарнира 21 установлен на тазовом элементе 50 экзоскелета с возможностью поворота.

[0039] Первый опорный элемент 30 выполнен в виде стойки и шарнирно закреплен своим первым концом на втором конце рычага 20 с помощью шарнира 22. Второй опорный элемент 40 установлен на элементе бедра 60 экзоскелета.

[0040] На фиг. 3 показан первый пример выполнения подвижного соединения первого и второго опорных элементов. В этом примере первый соединительный элемент, расположенный на втором конце первого опорного элемента 30, выполнен в виде штыря 31. Второй соединительный элемент выполнен в виде стандартного сферического подшипника скольжения 41, наружное кольцо которого установлено в отверстии второго опорного элемента 40 и зафиксировано гайкой 42.

[0041] Штырь 31 расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника 41. В данном конкретном примере штырь 31 установлен с возможностью осевого перемещения. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что штырь 31 может быть жестко зафиксирован относительно внутреннего кольца сферического подшипника 41, например так, как будет показано далее.

[0042] На фиг. 4 показан второй пример выполнения подвижного соединения первого и второго опорных элементов. В этом примере первый соединительный элемент, расположенный на втором конце первого опорного элемента 30, выполнен в виде штыря 31, размещенного на эксцентричном валике 32. Валик 32 установлен с возможностью вращения в подшипниках 33 и 34, расположенных в отверстии вставки 35 первого опорного элемента 30.

[0043] Второй соединительный элемент выполнен в виде стандартного сферического подшипника скольжения 41, наружное кольцо которого установлено в отверстии второго опорного элемента 40 и зафиксировано гайкой 42. Штырь 31 расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника 41. В данном конкретном примере штырь 31 установлен с возможностью осевого перемещения.

[0044] Эксцентричная установка штыря 31 за счет сочетания его кругового движения и вращательного движения в подшипнике 41 позволяет расширить диапазон поворота бедренного звена 60 экзоскелета вокруг вертикальной оси ноги человека. Специалисту в данной области техники понятно, что круговое движение эксцентрика может быть заменено плоскопараллельным, например, за счет использования рычажных механизмов.

[0045] На фиг. 5 показан третий пример выполнения подвижного соединения первого и второго опорных элементов. В этом примере первый соединительный элемент, расположенный на втором конце первого опорного элемента 30, выполнен в виде валика 32. Последний установлен с возможностью осевого перемещения в подшипниках 33 и 34, расположенных в отверстии вставки 35 первого опорного элемента 30.

[0046] Второй соединительный элемент выполнен в виде стандартного сферического подшипника скольжения 41, наружное кольцо которого установлено в отверстии второго опорного элемента 40 и зафиксировано гайкой 42. Валик 32 свободным концом зафиксирован в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника 41 с помощью гайки 43.

[0047] На фиг. 6 показан четвертый пример выполнения подвижного соединения первого и второго опорных элементов. В этом примере первый соединительный элемент, расположенный на втором конце первого опорного элемента 30, выполнен в виде штыря 31. Второй соединительный элемент выполнен в виде втулки 44 из упругого материала, например резины, зафиксированной в отверстии второго опорного элемента 40. В данном конкретном примере штырь 31 установлен с возможностью осевого перемещения.

[0048] Работа тазобедренного узла 60 поясняется фиг. 7-9. Отведение и приведение бедренного звена 60 осуществляется за счет поворота рычага 20 в шарнире 21. Сгибание и разгибание бедренного звена 60 осуществляется за счет поворота рычага 20 в шарнире 22. Отведение и приведение стопы осуществляется за счет поворота штыря 31 (фиг. 3, 4) или валика 32 (фиг. 5) в подшипнике 41, или штыря 31 (фиг. 6) в упругой втулке 44. При этом стойка 30 поворачивается на некоторый угол.

[0049] Предлагаемый тазобедренный узел имеет простую конструкцию, содержащую минимальное количество деталей. В качестве шарнирных узлов могут быть применены широко распространенные стандартные подшипники, упрощающие изготовление и эксплуатацию изделия.

[0050] Хотя в данном документе были описаны различные стороны осуществления заявленного изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие подходы к осуществлению представленного изобретения. Различные стороны и реализация данного изобретения изложены в настоящем описании в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящего изобретения указан в нижеследующей формуле изобретения.

1. Тазобедренный узел экзоскелета или ортеза, содержащий

- Г-образный рычаг, предназначенный для шарнирной установки первым концом на тазовом элементе экзоскелета или ортеза,

- первый опорный элемент, шарнирно закрепленный первым концом на втором конце Г-образного рычага и имеющий на втором конце первый соединительный элемент,

- второй опорный элемент, предназначенный для установки на бедренном звене экзоскелета или ортеза и имеющий второй соединительный элемент,

- при этом первый и второй соединительные элементы образуют подвижное соединение, обеспечивающее относительное вращение первого и второго опорных элементов с тремя степенями свободы.

2. Тазобедренный узел по п. 1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из соединительных элементов выполнен с возможностью перемещения относительно соответствующего опорного элемента.

3. Тазобедренный узел по п. 1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из соединительных элементов выполнен в виде шарнира с тремя степенями свободы, а другой соединительный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно шарнира, по крайней мере, с одной степенью свободы.

4. Тазобедренный узел по п. 1, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника.

5. Тазобедренный узел по п. 3, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника с возможностью осевого перемещения.

6. Тазобедренный узел по п. 1, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде втулки из упругого материала, зафиксированной в отверстии второго опорного элемента, а штырь расположен в отверстии втулки.

7. Тазобедренный узел по п. 6, отличающийся тем, что штырь расположен в отверстии втулки с натягом.

8. Тазобедренный узел по п. 3, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, второй соединительный элемент выполнен в виде втулки из упругого материала, зафиксированной в отверстии второго опорного элемента, а штырь расположен в отверстии втулки с возможностью осевого перемещения.

9. Тазобедренный узел по п. 1 или 3, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из соединительных элементов установлен на соответствующем опорном элементе с возможностью кругового или плоскопараллельного перемещения.

10. Тазобедренный узел по п. 9, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, размещенного на эксцентричном валу, установленном на первом опорном элементе с возможностью вращения, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника.

11. Тазобедренный узел по п. 9, отличающийся тем, что первый соединительный элемент выполнен в виде штыря, размещенного на эксцентричном валу, установленном на первом опорном элементе с возможностью вращения, второй соединительный элемент выполнен в виде сферического подшипника, наружное кольцо которого зафиксировано на втором опорном элементе, а штырь расположен в отверстии внутреннего кольца сферического подшипника с возможностью осевого перемещения.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к медицине. Стопа экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и передвижения в сагиттальной плоскости, содержит элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета и башмак пользователя экзоскелета.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам управления реабилитационными механотренажерами. Способ восстановления двигательной активности верхней и нижней конечностей человека заключается в закреплении конечности в механотренажере, измерении электромиографического сигнала на поверхности конечности при ненапряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей и при напряженной мышце или группе мышц для сгибания/разгибания конечностей, усилении и преобразовании аналогового сигнала в цифровой, и формировании для механотренажера управляющих команд начала, остановки или изменения скорости движения конечности пациента.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к нейрореабилитационным тренажерам. Устройство управления нейрореабилитационным тренажером верхней конечности человека содержит сенсорные датчики измерения электромиографического сигнала, расположенные на сгибательных и разгибательных поверхностях плеча и предплечья и подключенные через последовательно установленные блок регистрации и обработки электромиографического сигнала и блок фильтрации шумов электромиографического сигнала к входу блока выделения частоты электромиографического сигнала, блок принятия решения о движении в соответствии с зарегистрированным электромиографическим сигналом, подключенный через блок управления приводами к приводам верхней конечности, при этом блок выделения частоты электромиографического сигнала связан с блоком принятия решения через параллельно подключенные блоки определения фоновой мощности электромиографического сигнала и определения активной мощности электромиографического сигнала.

Настоящее изобретение относится к приспособлению для тренировки ходьбы, а также способу тренировки ходьбы для него. Оно содержит устройство для ходьбы, выполненное с возможностью крепления к ноге пользователя так, чтобы помогать пользователю при ходьбе; первый обеспечивающий натяжение участок, выполненный с возможностью тянуть одно из устройства для ходьбы и ноги пользователя в направлении вертикально верхней стороны и в направлении передней стороны; второй обеспечивающий натяжение участок, выполненный с возможностью тянуть одно из устройства для ходьбы и ноги пользователя в направлении вертикально верхней стороны и в направлении задней стороны; и управляющий участок, выполненный с возможностью управлять усилием натяжения первого обеспечивающего натяжение участка и усилием натяжения второго обеспечивающего натяжение участка, так что результирующее усилие направленной вверх вертикальной составляющей усилия натяжения первого обеспечивающего натяжение участка и направленной вверх вертикальной составляющей усилия натяжения второго обеспечивающего натяжение участка поддерживает вес устройства для ходьбы.
Изобретение относится к медицине, неврологии и реабилитации. Реабилитация больных с постинсультными нарушениями в раннем восстановительном периоде включает тренинг на стабилометрической платформе с биоуправлением с обратной связью (БОС) по опорной реакции (ОР).

Изобретение относится к медицинской технике. Трехопорный костыль включает телескопическую стойку с возможностью регулирования по высоте и фиксации в нужном положении.

Изобретение относится к области медицинской техники и применяется совместно с моторизованным экзоскелетом, выполненным с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и предназначенным для оказания помощи при ходьбе людям с ограниченными двигательными возможностями, не имеющим возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в учреждениях практического здравоохранения, санаторно-курортных учреждениях, реабилитационных медицинских центрах.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к средствам передвижения неходячих парализованных пациентов, инвалидов. Каркас 1, ножные 2 и ручные 5 элементы, седло 8, упор 9 для головы с подголовником, спинная часть 10, подмышечные упоры 13 устройства выполнены единой целой конструкцией в виде робота 14.

Изобретение относится к области медицинской техники и применяется совместно с моторизованным экзоскелетом, выполненным с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и предназначенным для оказания помощи при ходьбе людям с ограниченными двигательными возможностями, не имеющим возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию, в частности к способам и системам для управления интеллектуальной бионической конечности.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению. .

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для протезирования нижних конечностей, преимущественно бедер. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине, а именно к наружному протезированию нижней конечности и к протезостроению. .

Изобретение относится к машиностроению в области медицинской техники, а именно к протезированию нижних конечностей. .

Изобретение относится к медицинской технике и позволяет приблизить движения инвалида с двух или односторонней ампутацией бедра к естественным и облегчить ходьбу за счет использования инерции системы бедро - протез.
Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии. Для кератопротезирования при ожоговых бельмах проводят укрепление роговицы диском аутохряща ушной раковины, имплантацию опорного элемента кератопротеза с последующей имплантацией оптического цилиндра кератопротеза.

Изобретение относится к медицине. Тазобедренный узел экзоскелета или ортеза содержит Г-образный рычаг, предназначенный для шарнирной установки первым концом на тазовом элементе экзоскелета или ортеза, первый опорный элемент, шарнирно закрепленный первым концом на втором конце Г-образного рычага и имеющий на втором конце первый соединительный элемент, второй опорный элемент, предназначенный для установки на бедренном звене экзоскелета или ортеза и имеющий второй соединительный элемент. Первый и второй соединительные элементы образуют подвижное соединение, обеспечивающее относительное вращение первого и второго опорных элементов с тремя степенями свободы. Изобретение обеспечивает увеличение подвижности, упрощение конструкции и уменьшение массы тазобедренного узла пассивного экзоскелета. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх