Przedmiotem wynalazku jest manipulator do rehabilitacji ruchowej osób o upośledzonych ruchowo kończynach dolnych, zwłaszcza osób dotkniętych porażeniem połowicznym, jednostronnym.The subject of the invention is a manipulator for the motor rehabilitation of people with mobility impairments in the lower limbs, especially people suffering from unilateral hemiplegia.
Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 6 821 233 jest znane urządzenie do terapii ruchu pacjentów z niedowładem kończyn. Urządzenie jest zaopatrzone w bieżnię, na której pacjent wykonuje zadane ruchy. Urządzenie jest wyposażone w napędzany i sterowany mechanizm, kierujący kończyną pacjenta według zadanego wzoru. Konstrukcja urządzenia pozwala na dostosowanie do wzrostu i wagi pacjenta. Tego rodzaju urządzenia wytwarzane przez szwajcarską firmę HOCOMA AG są znane i dostępne na rynku pod nazwą Lokomat.From the United States patent application No. US 6,821,233 there is known a device for the therapy of movement of patients with limb paresis. The device is provided with a treadmill on which the patient performs the given movements. The device is equipped with a powered and controlled mechanism to guide the patient's limb according to a predetermined pattern. The design of the device allows it to be adapted to the patient's height and weight. Such devices manufactured by the Swiss company HOCOMA AG are known and available on the market under the name Lokomat.
Znane są również, powszechnie stosowane urządzenia do rehabilitacji ruchowej osób o upośledzonych ruchowo kończynach dolnych, umożliwiające wykonywanie ruchów, podobnych do ruchów wykonywanych podczas jazdy na rowerze. Przeważnie są to ruchy płaskie, rzadziej przestrzenne wynikające z konstrukcji mechanicznej.There are also commonly used devices for the rehabilitation of people with mobility impairments in the lower limbs, enabling them to perform movements similar to those performed while riding a bicycle. Usually these are flat movements, less often spatial, resulting from the mechanical structure.
Celem wynalazku jest opracowanie manipulatora umożliwiającego wstępną rehabilitację osób, które w wyniku przebytych chorób utraciły władzę w kończynach dolnych, zwłaszcza osób dotkniętych porażeniem połowicznym.The aim of the invention is to develop a manipulator enabling the initial rehabilitation of people who have lost control of their lower limbs as a result of illnesses, especially those suffering from hemiplegia.
Manipulator według wynalazku jest wyposażony w tor jezdny mający prowadnice, na których jest osadzona suwliwie karetka napędzana za pomocą cięgna, przy czym na karetce jest umieszczona suwliwie podstawa, do której jest zamocowany pedał, zaś pomiędzy podstawą i karetką umieszczony jest czujnik siły, przy czym pedał jest zamocowany do podstawy za pomocą dźwigni, której jeden koniec jest połączony z przegubem kulistym, którego drugi koniec jest połączony z czujnikiem siły z drugiej strony połączonym z dźwignią sprzężoną z wałem zespołu napędowego zamocowanego do podstawy za pomocą łącznika, a ponadto manipulator jest wyposażony w zespół napędowy, na którego wale jest osadzona dźwignia połączona z czujnikiem siły drugim końcem połączonym za pomocą przegubu kulistego z dźwignią z drugiej strony sprzężonej z karetką. Jedna rolka prowadząca cięgno jest swobodnie ułożyskowana na wale osadzonym w podstawie, zaś druga rolka, napędzająca cięgno jest osadzona na wale zespołu napędowego. Korzystnie cięgno jest paskiem zębatym.The manipulator according to the invention is equipped with a track having guides on which a carriage driven by a cable is slidably mounted, a base to which a pedal is attached is slidably mounted on the carriage, and a force sensor is placed between the base and the carriage, the pedal it is attached to the base by means of a lever, one end of which is connected to a ball joint, the other end of which is connected to a force sensor on the other side connected to a lever coupled to the shaft of the drive unit fixed to the base by means of a connector, and the manipulator is equipped with a unit a drive unit, on the shaft of which is mounted a lever connected to the force sensor with the other end connected by a ball joint to the lever on the other side coupled to the carriage. One roller guiding the pull rod is freely mounted on the shaft mounted in the base, and the other roller driving the pull rod is mounted on the shaft of the driving unit. Preferably the cable is a toothed belt.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat kinematyczny manipulatora.The subject of the invention is shown in the drawing which shows the kinematic diagram of the manipulator.
Manipulator jest wyposażony w tor jezdny 23, mający prowadnice 19, na których jest osadzona przesuwnie karetka 16. Karetka 16 jest sprzężona z cięgnem 20, korzystnie mającym postać paska zębatego. Cięgno 20 jest rozpięte na dwóch rolkach 24, 25, z których jedna rolka 25 jest osadzona trwale na wale zespołu napędowego 1. Druga rolka 24 jest osadzona na wale swobodnie ułożyskowanym w podstawie 22 i znajduje się z przeciwnej strony toru jezdnego niż rolka 25 osadzona na wale zespołu napędowego 1. Na karetce 16 jest umieszczona suwliwie podstawa 5. Do podstawy 5 jest zamocowany na osi pedał 4 dla osoby ćwiczącej 6, który może wykonywać ruch kątowy. Podstawa 5 jest połączona z karetką 16 za pomocą czujnika siły 3 w ten sposób, że jeden koniec czujnika siły 3 jest umocowany do karetki 16, zaś drugi do podstawy 5. Czujnik siły 3 mierzy siłę oddziaływania stopy osoby ćwiczącej 6 na karetkę 16 podczas wykonywania ruchu względem osi x. Oś obrotu pedału 4 jest połączona z dźwignią zakończoną przegubem kulistym 17. Drugi koniec przegubu kulistego 17 jest połączony z czujnikiem siły 18, który umożliwia pomiar siły oddziaływania między stopą osoby ćwiczącej 6 a robotem podczas wykonywania ruchu kątowego β. Drugi koniec czujnika siły 18 jest połączony z dźwignią 15 osadzoną na wale zespołu napędowego 12. Zespół napędowy 12 wymusza ruch kątowy pedału 4, zaś czujnik 18 umożliwia pomiar siły oddziaływania między stopą a manipulatorem podczas realizacji tego ruchu. Zespół 12 jest mocowany do podstawy 5 za pomocą łącznika 13. Ponadto manipulator jest wyposażony w zespół napędowy 7 umożliwiający przechylanie toru jezdnego karetki 16 o kąt α. Na wale zespołu napędowego 7 jest osadzona dźwignia 8, na której końcu jest umieszczony przegub kulisty 9. Drugi koniec przegubu kulistego 9 jest połączony z czujnikiem siły 10. Czujnik siły 10 drugim końcem jest połączony przegubem kulistym 2 osadzonym na dźwigni 11 połączonej z torem jezdnym 23 karetki 16. Czujnik 10 umożliwia pomiar siły oddziaływania między kończyną osoby ćwiczącej 6, a manipulatorem podczas realizacji ruchu przechylania kończyny o kąt β. Na podstawie sygnałów czujników sił 10, 18 są możliwe jest dostosowanie parametrów manipulatora do potrzeb osoby ćwiczącej 6. Manipulator według wynalazku pozwala na wykonywanie zarówno ruchów płaskich jak i przestrzennych, a ponadto umożliwia dokonywanie zmian podczas wykonywania ćwiczeń.The manipulator is provided with a track 23 having guides 19 on which the carriage 16 is slidably mounted. The carriage 16 is coupled to a cable 20, preferably in the form of a toothed belt. The tie rod 20 is spanned by two rollers 24, 25, one of which 25 is permanently mounted on the shaft of the drive unit 1. The other roller 24 is mounted on a shaft freely mounted in the base 22 and is located on the opposite side of the runway than the roller 25 mounted on shaft of the drive unit 1. A base 5 is slidably mounted on the carriage 16. A pedal 4 is attached to the base 5 on an axis for the exercising person 6, who can perform angular movement. The base 5 is connected to the carriage 16 by a force sensor 3 such that one end of the force sensor 3 is attached to the carriage 16 and the other to the base 5. The force sensor 3 measures the force of the patient's foot 6 acting on the carriage 16 during the movement. with respect to the x-axis. The axis of rotation of the pedal 4 is connected to a lever terminating in a ball joint 17. The other end of the ball joint 17 is connected to a force sensor 18 which enables the measurement of the force of interaction between the subject's foot 6 and the robot during the angular movement β. The other end of the force sensor 18 is connected to a lever 15 mounted on the shaft of the drive unit 12. The drive unit 12 forces the angular movement of the pedal 4, and the sensor 18 measures the force of interaction between the foot and the manipulator during this movement. The assembly 12 is fixed to the base 5 by means of a fastener 13. Moreover, the manipulator is equipped with a driving assembly 7 enabling the carriage runway 16 to be tilted by an angle α. A lever 8 is mounted on the shaft of the drive unit 7, at the end of which there is a ball joint 9. The other end of the ball joint 9 is connected to the force sensor 10. The force sensor 10 is connected with the other end by a ball joint 2 mounted on the lever 11 connected to the track 23 of the carriage 16. The sensor 10 enables the measurement of the force of interaction between the limb of the exercising person 6 and the manipulator during the tilting motion of the limb by the angle β. Based on the signals of the force sensors 10, 18, it is possible to adjust the parameters of the manipulator to the needs of the exercising person 6. The manipulator according to the invention allows for both planar and spatial movements, and also enables changes to be made during the exercise.