RU206347U1 - Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци - Google Patents
Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци Download PDFInfo
- Publication number
- RU206347U1 RU206347U1 RU2021117925U RU2021117925U RU206347U1 RU 206347 U1 RU206347 U1 RU 206347U1 RU 2021117925 U RU2021117925 U RU 2021117925U RU 2021117925 U RU2021117925 U RU 2021117925U RU 206347 U1 RU206347 U1 RU 206347U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- knee joint
- patient
- stopper
- knee
- bases
- Prior art date
Links
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 title abstract description 10
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 claims abstract description 23
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007659 motor function Effects 0.000 claims abstract description 3
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 4
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 abstract description 3
- 206010028289 Muscle atrophy Diseases 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000020763 muscle atrophy Effects 0.000 abstract description 2
- 201000000585 muscular atrophy Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 11
- 230000037230 mobility Effects 0.000 description 4
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 2
- 206010065303 Medial Tibial Stress Syndrome Diseases 0.000 description 1
- 208000033952 Paralysis flaccid Diseases 0.000 description 1
- 206010041415 Spastic paralysis Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 206010008129 cerebral palsy Diseases 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 208000028331 flaccid paralysis Diseases 0.000 description 1
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 1
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004220 muscle function Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
- A61H1/024—Knee
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области медицины, в частности к устройствам для активно-пассивной разработки коленного сустава человека с целью восстановления его подвижности, а также постепенного уменьшения степени выраженности атрофии мышц нижних конечностей, или замещающим функцию ослабленных мышц-разгибателей коленного сустава при наличии их вялого или спастического паралича.Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитации и восстановления двигательных функций конечностей пациента характеризуется наличием двух оснований передаточного механизма 8 и 9 и зубчатых колес 10, установленных на одной оси, шагового двигателя 7, обеспечивающего при вращении разгибание коленного сустава и расположенного на первом основании с установленным на его валу винтом 12, обеспечивающим вращение зубчатых колес, сгибание коленного сустава обеспечивается поворотом вала шагового двигателя 11, расположенного на втором основании и связанного со стопором 15, обеспечивая управление стопором, с последующим отцеплением последнего от зубчатого колеса, при этом информацию о сгибании коленного сустава и положении конечности в пространстве обеспечивает энкодер, располагаемый на оси, на которой установлены основания и зубчатые колеса, автоматизированный механизм также характеризуется наличием аккумуляторной батареи 4 и электронного блока управления, расположенных в поясной сумке пациента, и датчиков акселерометров, подключенных к электронному блоку управления для накопления набора данных, необходимых для управления приводом механизма.Преимуществом разработанной полезной модели являются малые габариты (максимальная толщина всего механизма - 70 мм без учета выступающих шаговых двигателей), малый вес (без учета шаговых двигателей), простота конструкции (малое количество деталей и простой процесс сборки), а также универсальность установки на пассивные ортезы коленных суставов различных моделей и метод управления приводом, позволяющий управлять степенью вовлеченности в ходьбу пользователя.
Description
Полезная модель относится к области медицины, в частности к устройствам для активно-пассивной разработки коленного сустава пациента с целью восстановления его подвижности, а также постепенного уменьшения степени выраженности атрофии мышц нижних конечностей, или замещающим функцию ослабленных мышц-разгибателей коленного сустава при наличии их вялого или спастического паралича.
Известен аппарат для реабилитации после травм, переломов бедра и заболеваний тазобедренного сустава (RU 109405, МПК А61Н 1/02), содержащий корпус, электронный блок управления, подставку под ноги, совершающую движения в результате работы электродвигателя. Недостатком данного устройства является то, что оно является стационарным и не обеспечивает мобильности пациента, а также то, что он диктует пациенту запрограммированные им параметры движения коленного сустава.
Известен полицентрический бесшарнирный коленный модуль для ортезов и протезов (см. патент на изобретение №2087138, А61F, 2/64, 1997), содержащий головки шин бедра и голени, которые жестко связаны между собой с одной стороны эластичным ограничителем, а с другой стороны - упругим элементом, на котором неподвижно установлены съемные упоры-ограничители, количество которых зависит от габаритов и степени поражения коленного сустава.
Наиболее близким аналогом является мехатронный модуль коленного сустава для экзоскелета нижних конечностей человека (патент на ПМ №134791 от 27.11.2013 А61Н 1/02, 2013). Модуль содержит основание, которое при помощи гибких эластичных ремней крепится к бедру человека, а также поворотную пластину, присоединяемую к нижней части основания, которая также крепится к голени ноги человека, а также привод поступательного движения. Недостатком данной конструкции является то, что привод поступательного движения не обеспечивает необратимость передачи, следовательно, даже при неподвижном положении пациента необходимо усилие привода, удерживающее голень и бедро в неподвижном положении.
Техническая проблема заключается в создание надежного механизма, обеспечивающего возможность самостоятельной ходьбы пользователя с нарушением функции мышц-разгибателей коленного сустава по горизонтальной и наклонной опорной поверхности, а также по лестничным маршам и переход через препятствия с паттерном ходьбы, простого в эксплуатации, позволяющего ускорить процессы реабилитации за счет улучшения ходьбы пользователей методом согласования работы собственных ослабленных мышц и привода благодаря разным режимам управления, которые выбираются в зависимости от стадии реабилитации: режим растяжки, тренажерный режим, режим вспомогательный при перемещении, режим перемещений.
Технический результат заключается в создании надежного недорогого механизма, обладающего небольшими габаритами и весовыми характеристиками, позволяющего лицам с ослабленными мышцами-разгибателями коленного сустава (напр. лицам, страдающими ДЦП), восстанавливать функцию мышц при ходьбе, что существенно улучшает параметры походки и облегчает социализацию пациентов.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитации и восстановления двигательных функций конечностей пациента характеризуется наличием двух оснований передаточного механизма и зубчатых колес, установленных на одной оси, шагового двигателя, обеспечивающего при вращении разгибание коленного сустава и расположенного на первом основании с установленным на его валу винтом, обеспечивающим вращение зубчатых колес.
Сгибание коленного сустава обеспечивается поворотом вала шагового двигателя, расположенного на втором основании и связанного со стопором, обеспечивая управление стопором, с последующим отцеплением последнего от зубчатого колеса, при этом информацию о сгибании коленного сустава и положении конечности в пространстве обеспечивает энкодер, располагаемый на оси, на которой установлены основания и зубчатые колеса, автоматизированный механизм также характеризуется наличием аккумуляторной батареи и электронного блока управления, расположенных в поясной сумке пациента и датчиков акселерометров подключены к электронному блоку управления для накопления набора данных, необходимых для управления приводом механизма.
Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава снабжен информативными стельками, подключенными к электронному блоку управления и передающими информацию о фазе шага пациента.
Расположение контактных выключателей можно менять в информативной стельке в зависимости от индивидуальных характеристик стопы пользователя.
Представленный принцип работы устройства делает его универсальным, то есть пригодным для любых пациентов с их индивидуальными особенностями ходьбы.
Устройство поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.
Фиг. 1, где 1 - привод (разрабатываемый), 2 - алюминиевые шины ортеза, 3 - крепежные посадочные пластины привода к ортезу, 4 - сумка с аккумулятором и контроллером, исполняющим функции обнаружения фаз шага и управления по датчикам, 5 - сенсорная информативная стелька, 6 - датчики акселерометров.
Фиг. 2, где 7 - шаговый двигатель, обеспечивающий усилие разгибания и сгибания, 8 и 9 - основания передаточного механизма, также исполняющие функцию шины для крепежа к ортезу, две раздельные детали, для обеспечения оси вращения, 10 - зубчатые колеса, 11 - шаговый двигатель, обеспечивающий управление стопором, который обеспечивает сцепление с зубчатым колесом.
Фиг. 3, где 12 - винт, вращением винта управляет шаговый двигатель 7, сам винт вращает зубчатое колесо 10, 13 - направляющая движения стопора, 14 - трос, наматывается на ротор двигателя стопора, подтягивающего стопор и расцепляющего соединение между основаниями ортеза, обеспечивая свободу управления, 15 - стопор, 16 - прижимная пружина стопора 15 к зубчатому колесу.
Фиг. 4, где 17 - кнопки, 18 - упругий материал, заполняющий пространство между кнопками и стельками, 5 - информативные стельки.
Устройство работает следующим образом:
Привод (фиг. 1 поз. 1) устанавливается на ортез коленного сустава (фиг. 1 поз. 2) с помощью специальных пластин (фиг. 1 поз. 3). Аккумулятор и контроллер располагаются в сумке на поясе у пациента (фиг. 1 поз. 4) Разгибание коленного сустава (фиг. 2, фиг. 3) обеспечивается вращением шагового двигателя (фиг. 2 поз. 7), на валу которого установлен винт (поз. 12 фиг. 3). Два основания (фиг. 2 поз. 8, 9) приходят в движение относительно друг друга за счет сцепления стопора (фиг. 3 поз. 15) с зубчатыми колесами (фиг. 2 поз. 10), соединенными между собой для исключения проскальзывания винта относительно шестеренки. Движение стопора, установленного в направляющих (фиг. 3 поз. 13), обеспечивает шаговый двигатель (фиг. 2 поз. 11) и трос (фиг. 3 поз. 14), а сцепление с зубчатым колесом обеспечивает прижимная пружина (фиг. 3 поз. 16). При вращении вала шагового двигателя (фиг. 2 поз. 11) стопор лишает механической связи два основания, что обеспечивает естественное сгибание ноги пациента под собственным весом.
Механизм сгибания коленного сустава обеспечивается поворотом вала шагового двигателя (фиг. 2 поз. 11), связанного со стопором (фиг.3 поз. 15), с последующим отцеплением стопора от зубчатого колеса.
Механизм отличается наличием зубчатых колес (фиг. 1 поз 10), изготовленных из листового материала, наличием акселерометров и информативных стелек (фиг. 1 поз. 5), а также непостоянным сцеплением двух оснований друг с другом, для возможности свободного обратного хода без использования двигателя и зубчатой передачи (для сгибания коленного сустава силами пациента).
Благодаря последнему фактору движения пациента носят более естественный характер, пациент не получает помощь в движении, которое способен выполнить самостоятельно. При тренировках с данным механизмом восстановление пациента будет происходить более высокими темпами. По мере усиления собственных мышц предусмотрено уменьшение степени вовлеченности устройства в осуществление активных движений. Расположение посадочных плоскостей оснований выбрано относительно друг друга таким образом, чтобы обеспечить универсальность посадки привода на готовые ортезы коленного сустава.
Снятие информации с датчиков. Основными источниками информации о сгибании коленного сустава и положении конечности в пространстве являются энкодер (не показан на чертежах), располагаемый на оси, на которой установлены основания (энкодер механически соединен с осью и с основанием, на котором установлен стопор), а также стельки, оснащенные контактными выключателями (фиг. 4). С энкодера поступают данные об угле сгиба коленного сустава, в то время как со стельки поступают данные о фазе шага пациента. Схема расположения контактных выключателей (фиг. 4) каждой стельки представляет собой кнопки поз. 17, расположенные между двух стелек поз. 5, пространство между которыми заполнено упругим материалом поз. 18. Также в качестве вспомогательного источника данных используются датчики акселерометров 6, установленные непосредственно на ортез (схематичное представление фиг. 1). С данных датчиков поступает информация о положении конечности в пространстве. На каждый ортез устанавливается по 2 датчика: на бедре и на голени.
Преимуществом разработанной полезной модели являются малые габариты (максимальная толщина всего механизма - 70 мм без учета выступающих шаговых двигателей), малый вес (без учета шаговых двигателей), простота конструкции (малое количество деталей и простой процесс сборки), а также универсальность установки на пассивные ортезы коленных суставов различных моделей и метод управления приводом, позволяющий управлять степенью вовлеченности в ходьбу пользователя.
Claims (1)
- Автоматизированный механизм разработки коленного сустава для реабилитации и восстановления двигательных функций конечностей пациента, содержащий два основания передаточного механизма, зубчатые колеса, установленные на одной оси, первый шаговый двигатель, обеспечивающий при вращении разгибание коленного сустава и расположенный на первом основании с установленным на его валу винтом, обеспечивающим вращение зубчатых колес, причем на втором основании установлен второй шаговый двигатель, связанный со стопором и выполненный с возможностью управления стопором, с возможностью отцепления последнего от зубчатого колеса путем вращения вала шагового двигателя, обеспечивая возможность сгибания коленного сустава, при этом на оси, на которой установлены основания и зубчатые колеса, расположен энкодер, выполненный с возможностью обеспечения информацией о сгибании коленного сустава и положении конечности в пространстве, причем автоматизированный механизм также содержит аккумуляторную батарею и электронный блок управления, расположенный в поясной сумке пациента, и датчики акселерометры, подключенные к электронному блоку управления для накопления набора данных, необходимых для управления приводом механизма, причем автоматизированный механизм снабжен информативной стелькой, подключенной к электронному блоку управления и передающей информацию о фазе шага пациента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117925U RU206347U1 (ru) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117925U RU206347U1 (ru) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU206347U1 true RU206347U1 (ru) | 2021-09-07 |
Family
ID=77663348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021117925U RU206347U1 (ru) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU206347U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006012716B3 (de) * | 2006-03-17 | 2008-01-17 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Gelenkeinrichtung |
| US9333107B2 (en) * | 2013-08-15 | 2016-05-10 | Google Inc. | Brace system |
| RU171262U1 (ru) * | 2016-07-11 | 2017-05-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" | Бедренное звено активного ортеза ноги |
| US20190015284A1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-01-17 | Robert W. Horst | Orthotic device drive system and method |
| US20200121485A1 (en) * | 2017-06-20 | 2020-04-23 | Opum Technologies Limited | Orthosis or exoskeleton system with modular elements |
-
2021
- 2021-06-21 RU RU2021117925U patent/RU206347U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006012716B3 (de) * | 2006-03-17 | 2008-01-17 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Gelenkeinrichtung |
| US20190015284A1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-01-17 | Robert W. Horst | Orthotic device drive system and method |
| US9333107B2 (en) * | 2013-08-15 | 2016-05-10 | Google Inc. | Brace system |
| RU171262U1 (ru) * | 2016-07-11 | 2017-05-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" | Бедренное звено активного ортеза ноги |
| US20200121485A1 (en) * | 2017-06-20 | 2020-04-23 | Opum Technologies Limited | Orthosis or exoskeleton system with modular elements |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kwon et al. | A soft wearable robotic ankle-foot-orthosis for post-stroke patients | |
| Schrade et al. | Development of VariLeg, an exoskeleton with variable stiffness actuation: first results and user evaluation from the CYBATHLON 2016 | |
| US6666831B1 (en) | Method, apparatus and system for automation of body weight support training (bwst) of biped locomotion over a treadmill using a programmable stepper device (psd) operating like an exoskeleton drive system from a fixed base | |
| US8771208B2 (en) | Powered orthosis systems and methods | |
| EP3068360B1 (en) | Machine to human interfaces for communication from a lower extremity orthotic | |
| US10278883B2 (en) | Systems, methods, and devices for assisting walking for developmentally-delayed toddlers | |
| US20100152629A1 (en) | Integrated system to assist in the rehabilitation and/or exercising of a single leg after stroke or other unilateral injury | |
| US10179078B2 (en) | Therapeutic method and device for rehabilitation | |
| JP3530959B2 (ja) | 平地歩行、階段歩行の電動補助装置 | |
| Strausser et al. | Mobile exoskeleton for spinal cord injury: Development and testing | |
| JP5119440B2 (ja) | 股関節及び膝関節自動股義足 | |
| Vouga et al. | TWIICE—A lightweight lower-limb exoskeleton for complete paraplegics | |
| TW201639533A (zh) | 互動式外骨骼膝關節機器系統 | |
| WO2007043308A1 (ja) | 動作支援装置および動作支援方法 | |
| CN107260494A (zh) | 助行机器人 | |
| KR102218260B1 (ko) | 근력 및 보행보조 로봇 | |
| Xia et al. | Design of a multi-functional soft ankle exoskeleton for foot-drop prevention, propulsion assistance, and inversion/eversion stabilization | |
| EP3718525B1 (en) | Motorised assistance system | |
| WO2016180074A1 (en) | Interactive exoskeleton robotic knee system | |
| CN108852741B (zh) | 一种四连杆助力行走机构 | |
| Tanaka et al. | Motion assistance apparatus enabled for neuro-rehabilitation of patients and for the promotion of exercise for the elderly | |
| CN115137618A (zh) | 一种可穿戴式下肢外骨骼康复及助力机器人 | |
| RU206347U1 (ru) | Автоматизированный механизм подвижности коленного сустава для реабилитаци | |
| Zabaleta et al. | Exoskeleton design for functional rehabilitation in patients with neurological disorders and stroke | |
| Font Llagunes et al. | Able: Assistive biorobotic low-cost exoskeleton |