RU155011U1

RU155011U1 - EXOSCELETE OF SHOULDER JOINTS

Info

Publication number: RU155011U1
Application number: RU2014150493/14U
Authority: RU
Inventors: Петр Анатольевич Безмен; Сергей Федорович Яцун; Андрей Сергеевич Яцун
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-09-20

Abstract

Экзоскелет плечевых суставов, состоящий из раскрывающегося рукава для проксимального сегмента верхней конечности человека, отличающийся тем, что устройство содержит два раскрывающихся рукава для проксимальных сегментов левой и правой верхних конечностей человека, при этом устройство состоит из П-образного основания, имеющего по центру спереди и сверху вырез для головы, при этом на передней части основания установлен электронный блок, снабженный системой индикации и кнопками для задания требуемых режимов реабилитации левого и правого плечевых суставов, причем электронный блок управляет реверсивными электромеханическими сервоприводами вращательного движения, при этом каждый из сервоприводов снабжен датчиком угла поворота выходного вала, тем самым обеспечивая электронный блок информацией о работе сервоприводов, из которых: два предназначены для ротации левого и правого плечевых суставов внутрь/кнаружи, два предназначены для сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов, и два предназначены для отведения/приведения левого и правого плечевых суставов, причем сервоприводы для ротации жестко и симметрично закреплены на верхней части основания по обе стороны относительно выреза для головы, при этом сервоприводы для ротации и сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов расположены сверху основания, причем положения корпусов сервоприводов сгибания/разгибания левого и правого плечевого сустава задаются углами поворота выходных валов сервоприводов ротации левого и правого плечевого сустава соответственно, так как выходные валы сервоприводов ротации жестко связаны с корпусами �An exoskeleton of the shoulder joints, consisting of a drop-down sleeve for the proximal segment of the human upper limb, characterized in that the device contains two drop-out sleeves for the proximal segments of the left and right upper human limbs, the device consisting of a U-shaped base with a center front and top a cutout for the head, while on the front of the base there is an electronic unit equipped with an indication system and buttons for setting the required rehabilitation modes for the left and right shoulder joints, and the electronic unit controls the reversible electromechanical servos of rotational motion, while each of the servos is equipped with a sensor for the angle of rotation of the output shaft, thereby providing the electronic unit with information on the operation of the servos, of which: two are designed to rotate the left and right shoulder joints in / out , two are designed for flexion / extension of the left and right shoulder joints, and two are designed for abduction / reduction of the left and right shoulder joints, etc. than the servos for rotation are rigidly and symmetrically fixed on the upper part of the base on both sides relative to the cutout for the head, while the servos for rotation and flexion / extension of the left and right shoulder joints are located on top of the base, and the positions of the bodies of the servos of the flexion / extension of the left and right shoulder joint are set by the rotation angles of the output shafts of the rotation servos of the left and right shoulder joints, respectively, since the output shafts of the rotation servos are rigidly connected to the housings

Description

МПК A 61 H 1/02 IPC A 61 H 1/02

ЭКЗОСКЕЛЕТ ПЛЕЧЕВЫХ СУСТАВОВEXOSCELETE OF SHOULDER JOINTS

Полезная модель относится к устройствам для пассивной лечебной гимнастики.The utility model relates to devices for passive therapeutic exercises.

Известно блочное устройство для восстановления подвижности плечевого сустава (патент РФ №134050 U1 МПК A61 H 1/00, 2013 г.), состоящее из тканевых лангет и эластичных шнуров, При этом две тканевые лангеты для предплечья и плеча соединены между собой тесьмой на уровне локтевого сустава, при этом дистальный отдел лангеты для предплечья и проксимальный отдел лангеты для плеча имеют крючки, прикрепленные к эспандеру или эластичному шнуру, перекинутому через блок, который установлен на перекладине или потолке.Known block device for restoring mobility of the shoulder joint (RF patent No. 134050 U1 IPC A61 H 1/00, 2013 ) , consisting of tissue braces and elastic cords, while two tissue braces for the forearm and shoulder are braided at the elbow level joint, while the distal section of the forearm langeta and the proximal section of the shoulder langeta have hooks attached to the expander or elastic cord thrown over a block that is installed on the crossbar or ceiling.

Недостатком данного блочного устройства для восстановления подвижности плечевого сустава является невозможность его работы без предварительной установки блока на перекладине или потолке, что требует предварительной подготовки устройства в необорудованном блоком помещении. Недостатком данного блочного устройства также является требование наличия какой-либо внешней периодической силы, не входящей в устройство и осуществляющей сгибание/разгибание, отведение/приведение и ротацию кнаружи/ротацию внутрь плечевого сустава человека, которая должна быть приложена к эспандеру или эластичному шнуру, перекинутому через блок. Еще одним недостатком данного блочного устройства является отсутствие возможности автоматического контроля перемещений плеча человека, что могло бы позволить выбирать требуемый режим реабилитации подвижности плечевого сустава. Также недостатком является то, что блочное устройство для восстановления подвижности плечевого сустава может использоваться для реабилитации плечевого сустава только одной руки человека.The disadvantage of this block device for restoring the mobility of the shoulder joint is the impossibility of its operation without first installing the unit on the crossbar or ceiling, which requires preliminary preparation of the device in a room not equipped with the unit. The disadvantage of this block device is also the requirement for any external periodic force that is not included in the device and performs flexion / extension, abduction / reduction and rotation outside / rotation inside the shoulder joint of a person, which must be applied to the expander or elastic cord thrown over block. Another disadvantage of this block device is the lack of the ability to automatically control the movements of the human shoulder, which could allow you to choose the desired mode of rehabilitation of the mobility of the shoulder joint. Another disadvantage is that the block device for restoring the mobility of the shoulder joint can be used to rehabilitate the shoulder joint of only one human hand.

Задача полезной модели: усовершенствование устройства для пассивной лечебной гимнастики с целью обеспечения одновременной реабилитации плечевых суставов двух верхних конечностей человека и автоматической работы устройства, при этом участие человека требуется только для включения/выключения устройства и выбора необходимого режима реабилитации. Это достигается благодаря использованию в составе устройства пары трех электромеханических сервоприводов, реализуя тем самым три степени свободы плечевого сустава человека, и электронного блока управления устройством.The objective of the utility model is to improve the device for passive therapeutic gymnastics in order to ensure the simultaneous rehabilitation of the shoulder joints of the two upper limbs of a person and the automatic operation of the device, while human participation is only required to turn on / off the device and select the necessary rehabilitation mode . This is achieved through the use of a pair of three electromechanical servos as part of the device, thereby realizing the three degrees of freedom of the human shoulder joint, and the electronic control unit of the device.

Задача решается тем, что устройство для восстановления подвижности плечевых суставов - экзоскелет плечевых суставов (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит: П-образное основание 1; пару электромеханических сервоприводов 2 для ротации суставов внутрь/кнаружи; пару электромеханических сервоприводов 3 для сгибания/разгибания суставов, подвижных относительно сервоприводов 2; кронштейны 4, подвижные относительно сервоприводов 3; пару электромеханических сервоприводов 5 для отведения/приведения суставов; кронштейны 6, подвижные относительно сервоприводов 5; раскрывающиеся рукава 7 для проксимальных сегментов верхних конечностей человека; электронный блок 8 управления устройством; механизм фиксации 9 рукавов 7 на руках человека.The problem is solved in that the device for restoring mobility of the shoulder joints - exoskeleton of the shoulder joints (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) contains: U-shaped base 1; a pair of electromechanical servos 2 for rotation of the joints in / out; a pair of electromechanical servos 3 for flexion / extension of joints movable relative to servos 2; brackets 4 movable relative to servos 3; a pair of electromechanical servos 5 for abduction / reduction of joints; brackets 6 movable relative to servos 5; opening sleeves 7 for proximal segments of the upper limbs of a person; an electronic unit 8 for controlling the device; mechanism for fixing 9 sleeves 7 on the hands of a person.

Спереди и сверху П-образное основание 1 по центру имеет вырез для головы, чтобы обеспечить установку устройства на плечи человека, при этом на передней части основания, располагающейся около груди пациента, установлен электронный блок управления 8. Сзади основание 1 не имеет выреза.Front and top, the U-shaped base 1 in the center has a cutout for the head to allow the device to be mounted on the shoulders of a person, while an electronic control unit 8 is installed on the front of the base located near the patient’s chest.

Корпусы сервоприводов 2 жестко и симметрично закреплены на верхней части П-образного основания 1 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) по обе стороны относительно выреза для головы таким образом, чтобы обеспечить свободу движений головы пациента и легкость установки экзоскелета на плечи человека.The servo housings 2 are rigidly and symmetrically mounted on the upper part of the U-shaped base 1 (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) on both sides relative to the cutout for the head so as to ensure freedom of movement of the patient's head and ease of installation of the exoskeleton on the shoulders person.

Сервоприводы 2 и 3 расположены сверху П-образного основания 1. Кронштейны 4 и сервоприводы 5 располагаются спереди проксимальных сегментов верхних конечностей человека (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3).Servos 2 and 3 are located on top of the U-shaped base 1. Brackets 4 and servos 5 are located in front of the proximal segments of the upper limbs of a person (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3).

Все сервоприводы экзоскелета плечевых суставов являются реверсивными приводами вращательного движения и управляются электронным блоком 8, снабженным системой индикации и кнопками для задания требуемых режимов реабилитации левого и правого плечевых суставов. Сервоприводы 2 позволяют ротацию плечевых суставов на угол до 120 градусов (фиг. 3). Сервоприводы 3 делают возможными сгибание и разгибание плечевых суставов под углом до 180 градусов (фиг. 1). При этом положение корпуса сервопривода 3 задается углом поворота выходного вала сервопривода 2, т.к. выходной вал сервопривода 2 жестко связан с корпусом сервопривода 3 (фиг. 3). Один конец кронштейна 4 жестко закреплен на выходном вале сервопривода 3, тогда как другой конец кронштейна 4 жестко удерживает корпус сервопривода 5. Сервоприводы 5 позволяют осуществить отведение/приведение плечевых суставов на угол до 90 градусов (фиг. 1). Один конец кронштейна 6 жестко закреплен на выходном вале сервопривода 5, тогда как другой конец кронштейна 6 жестко удерживает раскрывающийся рукав 7.All servos of the exoskeleton of the shoulder joints are reversible drives of rotational motion and are controlled by an electronic unit 8, equipped with an indication system and buttons for setting the required rehabilitation modes of the left and right shoulder joints. Servo drives 2 allow rotation of the shoulder joints at an angle of up to 120 degrees (Fig. 3). Servo drives 3 make possible the flexion and extension of the shoulder joints at an angle of up to 180 degrees (Fig. 1). The position of the housing of the servo drive 3 is determined by the angle of rotation of the output shaft of the servo drive 2, because the output shaft of the servo drive 2 is rigidly connected with the housing of the servo drive 3 (Fig. 3). One end of the bracket 4 is rigidly fixed to the output shaft of the servo drive 3, while the other end of the bracket 4 rigidly holds the housing of the servo drive 5. Servo drives 5 allow for the removal / reduction of the shoulder joints at an angle of up to 90 degrees (Fig. 1). One end of the bracket 6 is rigidly fixed to the output shaft of the servo drive 5, while the other end of the bracket 6 rigidly holds the opening sleeve 7.

Процесс реабилитации плечевых суставов заключается в качательных движениях рукавов 7. Чтобы осуществить качательные движения, необходима периодическая смена направлений вращения валов сервоприводов.The process of rehabilitation of the shoulder joints consists in the swinging movements of the sleeves 7. In order to carry out the swinging movements, a periodic change in the direction of rotation of the shafts of the servos is necessary.

Для вращения валов сервоприводов в направлении движения часовой стрелки на электродвигатели сервоприводов поступает положительное напряжение питания, для вращения валов сервоприводов в направлении, обратном движению часовой стрелки, на электродвигатели сервоприводов поступает отрицательное напряжение питания (инверсное положительному напряжению). Каждый сервопривод экзоскелета снабжен датчиком угла поворота выходного вала, тем самым реализуя обратную связь сервопривода с электронным блоком управления 8 и осуществляя контроль над процедурой реабилитации плечевых суставов.For the rotation of the shafts of the servos in the clockwise direction, a positive supply voltage is supplied to the motors of the servos, for the rotation of the shafts of the servos in a clockwise direction, a negative supply voltage (inverse to the positive voltage) is supplied to the motors of the servos. Each exoskeleton servo is equipped with a sensor for the angle of rotation of the output shaft, thereby realizing feedback of the servo with the electronic control unit 8 and exercising control over the rehabilitation of the shoulder joints.

Устройство для восстановления подвижности плечевых суставов работает следующим образом.A device for restoring mobility of the shoulder joints works as follows.

П-образное основание 1 устройства устанавливается сверху на плечи пациента, находящегося в положении «стоя» или «сидя». Одна или две его руки вкладываются в раскрывающиеся рукава 7, затем рукава фиксируются на верхних конечностях человека, используя механизм фиксации 9 (фиг. 2). Для уменьшения нагрузки П-образного основания 1 на плечи пациента устройство может быть подвешено на кронштейне. Электропитание устройства осуществляется от бытовой осветительной сети переменного тока. С помощью электронного блока управления 8, расположенного спереди П-образного основания 1 устройства, задается требуемые длительность и режимы реабилитации левого и правого плечевых суставов - диапазоны угловых перемещений и угловые скорости проксимальных сегментов верхних конечностей человека. После задания длительности и режимов реабилитации сервоприводы 2, 3, 5 начинают периодически изменять положение рукавов 7, которые, в свою очередь, задают определенные положения проксимальных сегментов верхних конечностей человека и, тем самым, выполняя процедуру реабилитации левого и правого плечевых суставов.The U-shaped base 1 of the device is mounted on top of the shoulders of a patient in a "standing" or "sitting" position. One or two of his hands are inserted into the opening sleeves 7, then the sleeves are fixed on the upper limbs of a person using the locking mechanism 9 (Fig. 2). To reduce the load of the U-shaped base 1 on the shoulders of the patient, the device can be suspended on the bracket. The device is powered from a household lighting AC network. Using the electronic control unit 8, located in front of the U-shaped base 1 of the device, the required duration and modes of rehabilitation of the left and right shoulder joints are specified - ranges of angular movements and angular velocities of the proximal segments of the upper limbs of a person. After setting the duration and rehabilitation modes, the servos 2, 3, 5 begin to periodically change the position of the sleeves 7, which, in turn, set certain positions of the proximal segments of the upper limbs of a person and, thereby, performing the rehabilitation procedure of the left and right shoulder joints.

Использование экзоскелета плечевых суставов в качестве устройства для пассивной лечебной гимнастики позволит выбирать требуемый режим реабилитации подвижности плечевого сустава, а также даст возможность одновременной реабилитации плечевых суставов двух рук человека.The use of the exoskeleton of the shoulder joints as a device for passive therapeutic gymnastics will allow you to choose the desired mode of rehabilitation of the mobility of the shoulder joint, and will also enable simultaneous rehabilitation of the shoulder joints of two human hands.

Claims

Экзоскелет плечевых суставов, состоящий из раскрывающегося рукава для проксимального сегмента верхней конечности человека, отличающийся тем, что устройство содержит два раскрывающихся рукава для проксимальных сегментов левой и правой верхних конечностей человека, при этом устройство состоит из П-образного основания, имеющего по центру спереди и сверху вырез для головы, при этом на передней части основания установлен электронный блок, снабженный системой индикации и кнопками для задания требуемых режимов реабилитации левого и правого плечевых суставов, причем электронный блок управляет реверсивными электромеханическими сервоприводами вращательного движения, при этом каждый из сервоприводов снабжен датчиком угла поворота выходного вала, тем самым обеспечивая электронный блок информацией о работе сервоприводов, из которых: два предназначены для ротации левого и правого плечевых суставов внутрь/кнаружи, два предназначены для сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов, и два предназначены для отведения/приведения левого и правого плечевых суставов, причем сервоприводы для ротации жестко и симметрично закреплены на верхней части основания по обе стороны относительно выреза для головы, при этом сервоприводы для ротации и сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов расположены сверху основания, причем положения корпусов сервоприводов сгибания/разгибания левого и правого плечевого сустава задаются углами поворота выходных валов сервоприводов ротации левого и правого плечевого сустава соответственно, так как выходные валы сервоприводов ротации жестко связаны с корпусами сервоприводов сгибания/разгибания, а положения сервоприводов отведения/приведения левого и правого плечевого сустава определяются углами поворота выходных валов сервоприводов сгибания/разгибания левого и правого плечевого сустава, так как выходные валы сервоприводов сгибания/разгибания и корпусы сервоприводов отведения/приведения соединены кронштейнами, которые располагаются вместе с сервоприводами отведения/приведения спереди проксимальных сегментов верхних конечностей человека, вкладывающихся в раскрывающиеся рукава, которые фиксируются на верхних конечностях человека, используя механизмы фиксации, при этом левый и правый раскрывающиеся рукава жестко соединены с выходными валами сервоприводов отведения/приведения левого и правого плечевого сустава посредством кронштейнов.

An exoskeleton of the shoulder joints, consisting of a drop-down sleeve for the proximal segment of the human upper limb, characterized in that the device contains two drop-out sleeves for the proximal segments of the left and right upper human limbs, the device consisting of a U-shaped base with a center front and top a cutout for the head, while on the front of the base there is an electronic unit equipped with an indication system and buttons for setting the required rehabilitation modes for the left and right shoulder joints, and the electronic unit controls the reversible electromechanical servos of rotational motion, while each of the servos is equipped with a sensor for the angle of rotation of the output shaft, thereby providing the electronic unit with information on the operation of the servos, of which: two are designed to rotate the left and right shoulder joints in / out , two are designed for flexion / extension of the left and right shoulder joints, and two are designed for abduction / reduction of the left and right shoulder joints, etc. than the servos for rotation are rigidly and symmetrically fixed on the upper part of the base on both sides relative to the cutout for the head, while the servos for rotation and flexion / extension of the left and right shoulder joints are located on top of the base, and the positions of the bodies of the servos of the flexion / extension of the left and right shoulder joint are set by the rotation angles of the output shafts of the rotation servos of the left and right shoulder joints, respectively, since the output shafts of the rotation servos are rigidly connected to the housings of the flexion / extension servomotors, and the positions of the left / right shoulder joint lead / cast servos are determined by the rotation angles of the output shafts of the left / right shoulder joint flexion / extension servos, since the output shaft of the flexion / extension servomotors and the body of the lead / cast servos are connected by brackets that are connected by brackets together with servo-drivers of abduction / adduction in front of the proximal segments of the upper limbs of a person embedded in the opening arms, which are fixed on the upper limbs of human using locking mechanisms, the left and right expandable sleeve rigidly connected to the output shafts exhaust servo / driving left and right shoulder joint by brackets.