Экзоскелет и способ его использования - заявка 2017101339 на патент на изобретение в РФ

1. Экзоскелет, выполненный с возможностью ношения пользователем для поддержки и перемещения груза, переносимого пользователем;
при этом экзоскелет содержит секцию туловища, соединенную с секцией нижних конечностей посредством секции тазобедренного сустава, так чтобы передавать нагрузку, которую несет секция туловища, вниз на опорную поверхность посредством секции тазобедренного сустава и затем секции нижних конечностей;
причем секция нижних конечностей содержит два симметричных шарнирно-сочлененных узла нижних конечностей, каждый из которых выполнен с возможностью его поддержки на каждой ноге пользователя и с возможностью следовать за перемещениями ноги при использовании экзоскелета, при этом
каждый узел нижних конечностей имеет верхний конец, функционально соединенный с внешней стороной секции тазобедренного сустава, и нижний конец, выполненный с возможностью контакта с опорной поверхностью, и
каждый узел нижних конечностей выполнен с возможностью полностью передавать нагрузку с внешней стороны секции тазобедренного сустава на внутреннюю сторону ноги пользователя перед контактом с опорной поверхностью.
2. Экзоскелет по п. 1, в котором каждый узел нижних конечностей содержит
- верхний элемент нижней конечности, проходящий вниз от секции тазобедренного сустава и имеющий конец, шарнирно соединенный с секцией тазобедренного сустава для обеспечения возможности перемещения верхнего элемента нижней конечности относительно секции тазобедренного сустава при движении пользователя; и
- нижний элемент нижней конечности, проходящий вниз от верхнего элемента нижней конечности и шарнирно соединенный с верхним элементом нижней конечности, при этом
шарнирное соединение между верхним и нижним элементом нижних конечностей расположено на уровне колена пользователя для обеспечения возможности нижнему элементу нижней конечности следовать за перемещениями нижней части ноги пользователя относительно верхней части ноги; и
верхний и нижний элементы нижней конечности проходят вниз и в направлении внутренней стороны ноги пользователя, так чтобы передавать нагрузку от внешней части нижних конечностей в направлении внутренней части нижних конечностей и вниз на внутреннюю сторону ступни пользователя.
3. Экзоскелет по п. 2, в котором:
верхний элемент нижней конечности содержит верхний участок, проходящий вниз от внешней стороны секции тазобедренного сустава в направлении передней части ноги, и затем вниз от верхнего участка проходит нижний участок, который заканчивается около уровня колена двумя концевыми частями, когда нижний участок разделяется на каждой стороне ноги; и
нижний элемент нижней конечности содержит верхний участок, шарнирно проходящий от нижнего участка верхнего элемента нижней конечности, и нижний участок, проходящий от него вниз в направлении внутренней стороны ноги пользователя, при этом
верхний участок нижнего элемента также разделен на две концевые части, каждая из которых шарнирно соединена с двумя концевыми частями нижнего участка верхнего элемента нижней конечности, образуя, таким образом, центральное отверстие для обеспечения возможности колену пользователя проходить через указанное отверстие, когда пользователь встает на колени или приседает; и
шарнирное соединение между указанными концевыми частями находится на уровне колена пользователя для обеспечения пользователю возможности сгибать ногу в колене.
4. Экзоскелет по п. 2 или 3, в котором каждый узел нижних конечностей также содержит соединительный узел тазобедренного сустава для функционального соединения верхнего элемента нижней конечности с секцией тазобедренного сустава, при этом
соединительный узел тазобедренного сустава выполнен шарнирно-сочлененным для передачи движения пользователя между секцией тазобедренного сустава и секцией нижних конечностей, а
соединительный узел тазобедренного сустава также содержит регулировочную систему для регулировки длины узла нижней конечности в соответствии с длиной ноги пользователя.
5. Экзоскелет по п. 4, в котором соединительный узел тазобедренного сустава содержит:
- соединитель пояса для соединения соединительного узла тазобедренного сустава с внешней стороной секции тазобедренного сустава,
- первый соединительный элемент тазобедренного сустава, шарнирно соединенный с соединителем пояса, так чтобы образовать первое шарнирное соединение,
- второй соединительный элемент тазобедренного сустава, шарнирно соединенный с первым соединительным элементом тазобедренного сустава, так чтобы образовать второе шарнирное соединение, и
- третий соединительный элемент тазобедренного сустава, шарнирно соединенный со вторым соединительным элементом тазобедренного сустава, так чтобы образовать третье шарнирное соединение;
причем:
первое шарнирное соединение между соединителем пояса и первым соединительным элементом тазобедренного сустава образует первую ось поворота, которая обеспечивает возможность движения ноги пользователя в поперечном направлении или влево и вправо,
второе шарнирное соединение между первым соединительным элементом тазобедренного сустава и вторым соединительным элементом тазобедренного сустава образует вторую ось поворота, которая обеспечивает возможность движения ноги пользователя в продольном направлении или вперед и назад, и
третье шарнирное соединение между третьим соединительным элементом тазобедренного сустава и вторым соединительным элементом тазобедренного сустава образует третью ось поворота, которая обеспечивает возможность осевого или поворотного движения ноги пользователя;
при этом три оси поворота перпендикулярны друг другу и таким образом в целом обеспечивают три степени свободы для секции нижних конечностей, таким образом обеспечивая движения ноги пользователя при использовании.
6. Экзоскелет по любому из пунктов 2-5, в котором нижний элемент нижней конечности заканчивается подошвенной вставкой, проходящей наружу от нижнего элемента нижней конечности и выполненной с возможностью установки внутри или снаружи обуви пользователя.
7. Экзоскелет по любому из пп. 1-6, в котором секция туловища содержит:
плечевой элемент, выполненный с возможностью опирания на плечи пользователя; и
позвоночный узел, проходящий вниз от плечевого элемента вдоль позвоночника пользователя и содержащий множество позвоночных элементов, причем самый верхний позвоночный элемент соединен или выполнен как одно целое с плечевым элементом, в то время как самый нижний позвоночный элемент соединен с секцией тазобедренного сустава;
секция туловища выполнена с возможность. поддержания и передачи нагрузки, переносимой плечами и туловищем пользователя, в направлении к опорной поверхности посредством секции тазобедренного сустава и затем секции нижних конечностей.
8. Экзоскелет по п. 7, в котором плечевой и позвоночный элементы взаимосвязаны при помощи упругих элементов для обеспечения возможности позвоночному узлу сжиматься или растягиваться под нагрузкой и для обеспечения возможности позвоночному узлу соответственно следовать за движениями туловища пользователя.
9. Экзоскелет по п. 8, в котором позвоночные элементы позвоночного узла взаимосвязаны с использованием телескопических внутренних пружин, межпозвонковых пружин и/или передачи нагрузки сферическим контактом.
10. Экзоскелет по любому из пп. 7-9, в котором секция туловища также содержит по меньшей мере одну пару левых и правых реберных элементов, которые выступают на каждой стороне по меньшей мере одного промежуточного позвоночного элемента на всем пути к передней части туловища пользователя на уровне самых нижних ребер пользователя между грудной клеткой и брюшной полостью, для поддержки и передачи нагрузки, переносимой грудной клеткой или брюшной полостью, в направлении позвоночного узла, и затем в направлении опорной поверхности посредством секции тазобедренного сустава и секций нижних конечностей.
11. Экзоскелет по любому из пп. 1-10, в котором секция тазобедренного сустава содержит нижний спинной элемент, соединенный с секцией туловища, а также левый и правый тазобедренные элементы, проходящие от каждой стороны нижнего спинного элемента по всем пути к передней части пользователя,
при этом левый и правый тазобедренные элементы имеют концевые части, снабженные взаимодополняющими застежками, такими, чтобы иметь возможность соединяться вместе с образованием пояса.
12. Экзоскелет по любому из пп. 1-11, в котором экзоскелет дополнительно содержит шейную секцию, выполненную с возможностью помогать при восприятии нагрузки, переносимой головой пользователя,
при этом шейная секция соединена с возможностью снятия с секцией туловища, так чтобы передавать нагрузку с головы и шеи пользователя в направлении секции туловища, которая передает нагрузку дальше на опорную поверхность посредством секции тазобедренного сустава и секций нижних конечностей.
13. Экзоскелет по п. 12, в котором шейная секция соединена с секцией туловища при помощи жилета, выполненного как одно целое с секцией туловища для обеспечения возможности жилету прикрепить секцию туловища к туловищу пользователя.
14. Экзоскелет по п. 12 или 13, в котором шейная секция выполнена с возможностью соединения со шлемом, который носит пользователь, для защиты его головы и/или для поддержания груза, переносимого пользователем.
15. Экзоскелет по любому из пп. 1-14, в котором экзоскелет дополнительно содержит одну или более упругих прокладок, закрепленных между экзоскелетом и пользователем для большего удобства, когда пользователь носит экзоскелет.
16. Экзоскелет по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащий жилет с возможностью приспосабливаться к размеру туловища пользователя для крепления секции туловища к туловищу пользователя.
17. Экзоскелет по любому из пп. 1-16, дополнительно содержащий множество крепежных узлов для крепления экзоскелета к пользователю.
18. Экзоскелет по любому из пп. 1-17, в котором экзоскелет является пассивным экзоскелетом.
19. Способ поддержки и передачи переносимой нагрузки вниз на опорную поверхность, включающий этапы:
ношения экзоскелета по любому из пп. 1-18;
приложения по меньшей мере одной нагрузки и
переноски указанной по меньшей мере одной нагрузки с использованием секции туловища экзоскелета для полной передачи этой по меньшей мере одной нагрузки с внешней стороны секции тазобедренного сустава на внутреннюю сторону секции нижних конечностей перед контактом секции нижних конечностей с опорной поверхностью.
20. Способ поддержки и передачи переносимой нагрузки вниз на опорную поверхность, включающий этапы:
ношения экзоскелета, содержащего секцию туловища, соединенную в нижней части с секцией нижних конечностей посредством секции тазобедренного сустава; и
передачи полностью нагрузки, которую переносит секция туловища экзоскелета, с внешней стороны секции тазобедренного сустава на внутреннюю сторону секции нижних конечностей перед контактом секции нижних конечностей с опорной поверхностью.
21. Применение экзоскелета по любому из пп. 1-18 для оказания человеку, носящему экзоскелет, помощи при переносе груза.
Наверх