RU2337662C1 - Device for joints function recovery by mechanotherapy - Google Patents
Device for joints function recovery by mechanotherapy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2337662C1 RU2337662C1 RU2007114148/14A RU2007114148A RU2337662C1 RU 2337662 C1 RU2337662 C1 RU 2337662C1 RU 2007114148/14 A RU2007114148/14 A RU 2007114148/14A RU 2007114148 A RU2007114148 A RU 2007114148A RU 2337662 C1 RU2337662 C1 RU 2337662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- motion
- resistance
- transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности к механотерапевтическим аппаратам пассивного действия для восстановления функции суставов.The present invention relates to medicine, in particular to passive-action mechanotherapeutic devices for restoring joint function.
Известно принятое за прототип устройство для восстановления функции суставов механотерапией - патент РФ №2214212, содержащее неподвижную платформу (платформу-основание) и подвижную платформу, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно, подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу, снабженную датчиком сопротивления движению, при этом двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения, состоящему из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», при этом выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмитта, вход управления которого соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления, выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмитта, управляющий вход которого соединен с задатчиком предельного объема движений, выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока, выходом соединенного со входом преобразователя, управляющим знаком скорости вращения, а вход преобразователя, управляющий модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла.Known adopted as a prototype device for restoring joint function by mechanotherapy - RF patent No. 2214212, containing a fixed platform (base platform) and a movable platform designed to fix limb segments articulated, the movable platform is equipped with an angle sensor and is connected to the body mounted on the body an electric drive through a rod equipped with a motion resistance sensor, while the electric motor is connected to a volume optimizer consisting of a converter with p Separate control of the sign and speed module, speed optimizer, first and second Schmitt triggers, limiter of range of motion, limiter of limit torque, clock generator, as well as a logical unit that includes a switch, a data trigger and an EXCLUSIVE OR logic element, the output of the motion resistance sensor is connected to the functional input of the first Schmitt trigger, the control input of which is connected to the output of the limiter moment of resistance, the output of the sensor is A joint connected to the hinge is connected to the functional input of the second Schmitt trigger, the control input of which is connected to the limiter of the maximum range of motion, the outputs of both Schmitt triggers are connected to the inputs of the logic block, the output connected to the input of the converter controlling the sign of rotation speed, and the input of the converter controlling speed module, connected to the output of the angular velocity optimizer, the input connected to the angle sensor.
Все данные существенные признаки, кроме выполнения платформы-основания неподвижной присутствуют и в предлагаемом устройстве.All these essential features, except for the implementation of the fixed base platform are present in the proposed device.
Устройство-прототип позволяет восстанавливать функции суставов, в том числе наращивать околосуставные биоткани, однако уплотнение данных биотканей происходит очень медленно по причине неполного соответствия данных движений естественным в здоровом суставе (отсутствия встречного микродвижения суставных концов относительно биологической оси вращения), кроме того, практически отсутствуют нагрузки на мышцы-держатели сустава.The prototype device allows you to restore the functions of the joints, including increasing periarticular biotissues, however, the compaction of these biotissues is very slow due to the incomplete correspondence of these movements to the natural in a healthy joint (the absence of counter micromotion of the joint ends relative to the biological axis of rotation), in addition, there are practically no loads on the muscles that hold the joint.
Предлагаемым изобретением решается техническая задача создания наиболее соответствующих естественным движений в суставе - создание встречного микродвижения суставных концов относительно биологической оси вращения, кроме того, задание нетравмирующей нагрузки на мышцы-держатели сустава.The present invention solves the technical problem of creating the most appropriate natural movements in the joint - the creation of oncoming micro-movement of the articular ends relative to the biological axis of rotation, in addition, the task of non-traumatic load on the muscles of the joint.
Для достижения названного технического результата в устройстве для восстановления функции суставов, содержащем платформу-основание и подвижную платформу, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно, подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу, снабженную датчиком сопротивления движению, при этом двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения, состоящему из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», при этом выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмитта, вход управления которого соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления, выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмитта, управляющий вход которого соединен с задатчиком предельного объема движений, выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока, выходом соединенного со входом преобразователя, управляющим знаком скорости вращения, а вход преобразователя, управляющий модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла, платформа-основание снабжена датчиком положения, и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода, выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания, при этом тяга подвижной платформы также выполнена упругой, а датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях, причем оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений.To achieve the named technical result in a device for restoring joint function, containing a base platform and a movable platform, designed to fix limb segments pivotally connected, the movable platform is equipped with an angle sensor and connected to an electric drive mounted on the housing through a rod equipped with a motion resistance sensor , while the electric motor is connected to a volume optimizer, consisting of a converter with separate control of the sign and mode They include speed, the speed optimizer, the first and second Schmitt triggers, the limit switch, the limit switch, the clock generator, as well as the logic block that includes the switch, the data trigger and the EXCLUSIVE OR logic element, while the output of the motion sensor connected to the functional input of the first Schmitt trigger, the control input of which is connected to the output of the limiter moment of resistance, the output of the angle sensor connected to the hinge is connected to the functional input of the second Schmitt trigger, the control input of which is connected to the limiter of the maximum range of motion, the outputs of both Schmitt triggers are connected to the inputs of the logic unit, the output is connected to the input of the converter controlling the speed sign, and the input of the converter controlling the speed module is connected to the output of the angular velocity optimizer input connected to the angle sensor, the base platform is equipped with a position sensor, and is connected to the device body through the equipped sensor m of resistance to movement of elastic traction by means of a vibrodrive, configured to set vibrations in the plane of motion of limb segments and connected to the output of an additional volume optimizer similar to the first, the inputs of which are connected to a motion resistance sensor and a platform-base position sensor, while the movable platform is traction also made elastic, and resistance sensors to the movement of both elastic rods are made two-component for measuring the load in orthogonal planes And both the output of each binary encoder connected to the further introduced calculators rms resistance to movement, the output of each of which is connected to the functional input of its range of motion of the optimizer.
Отличительными признаками предложенного устройства являются следующие - платформа-основание снабжена датчиком положения, и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода, выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания, при этом тяга подвижной платформы также выполнена упругой, а датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях, причем оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений.Distinctive features of the proposed device are the following: the base platform is equipped with a position sensor, and is connected to the device body via an elastic traction equipped with a motion resistance sensor by means of a vibration drive configured to set vibrations in the plane of movement of the limb segments and connected to the output of an additional volume optimizer similar to the first movements, the inputs of which are connected to the resistance sensor to movement and the position sensor of the base platform, while m the traction of the movable platform is also made elastic, and the resistance sensors to the movement of both elastic rods are made two-component for measuring the load in orthogonal planes, both outputs of each two-component sensor are connected to additional input calculators of the mean square resistance to movement, the output of each of which is connected to the functional input of its volume optimizer movements.
Благодаря наличию этих отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, достигается следующий технический результат - биоткани, нарастающие в суставе уплотняются за более короткий промежуток времени. Дополнительно укрепляются мышцы-держатели сустава.Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the known ones indicated in the restrictive part of the formula, the following technical result is achieved - biological tissues growing in the joint are compacted in a shorter period of time. Additionally, the muscles that hold the joint are strengthened.
Предложенное техническое решение может найти применение при восстановлении функций различных суставов с использованием механотерапевтических аппаратов пассивного действия.The proposed technical solution can find application in restoring the functions of various joints using passive-action mechanotherapeutic devices.
На чертеже приведена электрокинематическая схема предложенного устройства.The drawing shows the electrokinematic diagram of the proposed device.
Изображенное на схеме устройство для восстановления функции суставов содержит платформу-основание 1 и подвижную платформу 2, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно и снабженные (в данном случае датчики закреплены на упругих тягах 5) датчиками положения 3 (подвижная платформа 2 - углового, а платформа-основание 1 - линейного), платформа 2 соединена с электроприводом 4 через упругую тягу 5, снабженную двухкомпонентным датчиком (по сути двумя датчиками) сопротивления движению 6, при этом двигатель электропривода 4 подключен к оптимизатору объема движения 7 (подробно описан в прототипе), а его входы подключены к выходу датчика положения 3 подвижной платформы 2 и выходу вычислителя среднеквадратичного сопротивления 8, вход которого подключен к выходу двухкомпонентного датчика сопротивления движению 6. Платформа-основание 1 соединена с корпусом (на схеме не приведен) устройства через снабженную датчиком сопротивления движению 6 упругую тягу 5 посредством вибропривода 9 (в данном случае имеющего два ортогональных привода), выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений 7, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению 6 и вычислителем среднеквадратичного сопротивления 8, подключенного к датчику положения 3 платформы-основания 1.The device for restoring joint function shown in the diagram contains a base platform 1 and a movable platform 2, designed to fix limb segments, pivotally connected and equipped (in this case, the sensors are fixed on elastic rods 5) with position sensors 3 (movable platform 2 - angular and the base platform 1 is linear), the platform 2 is connected to the electric drive 4 through an elastic rod 5, equipped with a two-component sensor (essentially two sensors) of resistance to movement 6, while the electric motor drive 4 is connected to the optimizer of the volume of movement 7 (described in detail in the prototype), and its inputs are connected to the output of the position sensor 3 of the movable platform 2 and the output of the RMS calculator 8, the input of which is connected to the output of the two-component motion resistance sensor 6. The base platform 1 is connected with a housing (not shown in the diagram) of the device through an elastic rod 5 equipped with a resistance to movement sensor 6 by means of a vibrodrive 9 (in this case, having two orthogonal drives) made with ozhnostyu job vibrations in the plane of motion limb segments and connected to the output of an additional, similar to the first, the range of motion of the optimizer 7, whose inputs are connected to the sensor 6 and the resistance to movement of the rms calculator resistance 8 connected to the position sensor 3 the base platform 1.
Выше описанное устройство работает следующим образом. Одновременно с работой привода поворота 4 платформы 2 относительно платформы основания 1 включаются привода 9 виброплатформы 5, на которой установлена через упругую тягу 6 платформа-основание 1.The above described device operates as follows. Simultaneously with the operation of the rotation drive 4 of the platform 2 relative to the base platform 1, the drive 9 of the vibration platform 5 is switched on, on which the platform-base 1 is installed through the elastic rod 6.
При этом возникают линейные движения платформы-основания 1 относительно поворотной платформы 2. Тем самым, платформы 1 и 2, а следовательно, и соединенные с ними сегменты сустава совершают относительно друг друга как угловые движения, так и линейные движения. Причем как те, так и другие движения регулируются соответствующими оптимизаторами 7.In this case, linear movements of the base platform 1 with respect to the rotary platform 2 arise. Thus, platforms 1 and 2, and therefore the joint segments connected with them, perform both angular movements and linear movements relative to each other. Moreover, both those and other movements are regulated by the corresponding optimizers 7.
При увеличении мышечной реакции на пробное движение (линейное и угловое) сила мышц замыкается на корпус прибора (не приведен) через упругие тяги 5, которые оснащены тензодатчиками 6. Тензодатчики установлены на чувствительных взаимно ортогональных балках упругих тяг 5 и подключены к модулю 8, который вычисляет среднеквадратичную нагрузку FH With an increase in the muscular reaction to the test movement (linear and angular), the muscle force is closed on the device body (not shown) through elastic rods 5, which are equipped with strain gauges 6. The strain gauges are mounted on sensitive mutually orthogonal beams of elastic rods 5 and connected to module 8, which calculates RMS load F H
При увеличении нагрузки выше установленной в оптимизаторе 7 происходит реверс двигателя 4 - поворота или двигателя реверса линейного движения 9.When the load increases above the value set in the optimizer 7, the engine 4 is reversed — a rotation or a linear motion reverse engine 9.
Дополнительно в устройстве применены датчики положения 3 - углового для платформы 2 и линейного - для платформы 1.Additionally, the device uses position sensors 3 - angular for platform 2 and linear - for platform 1.
Сигналы этих датчиков сравниваются с уставками предельных положений платформ и обеспечивают реверс соответствующего привода 4 или 9 в случае выхода положения платформ 1 и 2 в крайние положения.The signals of these sensors are compared with the settings of the limit positions of the platforms and provide a reverse of the corresponding actuator 4 or 9 in the event that the position of the platforms 1 and 2 reaches the extreme positions.
При этом за счет встречных микродвижений в пределах диастаза сустава, его сегментов, уплотняются биоткани с их ростом.At the same time, due to oncoming micromovements within the diastasis of the joint, its segments, biological tissues become denser with their growth.
При этом оптимизатор объема движений 7 может изменять скорость как двигателя поворота 4, так и двигателей 9 виброплатформы. При этом регулируется и частота вибраций. Поскольку оптимизатор объема 7 содержит элемент памяти - триггер Шмитта, в котором запоминается значение объема движений при различных значениях частоты вибраций, то методом последовательных приближений оптимизатор 7 подбирает ту частоту вибраций, при которой осуществляется максимальный объем движений. В общем случае объем движений ограничивается величиной мышечной реакции на угловые и линейные взаимные перемещения сегментов конечностей.In this case, the optimizer of the range of movements 7 can change the speed of both the turning engine 4 and the vibration platform engines 9. At the same time, the vibration frequency is also regulated. Since the optimizer of volume 7 contains a memory element, a Schmitt trigger, in which the value of the volume of movements is stored at various values of the frequency of vibrations, then by the method of successive approximations, the optimizer 7 selects that frequency of vibrations at which the maximum volume of movements is carried out. In the general case, the range of motion is limited by the magnitude of the muscular reaction to the angular and linear mutual movements of the limb segments.
Мышечная реакция проявляется как сила сопротивления движению со стороны мышц, которая и замеряется тензодатчиками 6. Сигналы с тензодатчиков 6 сравниваются в оптимизаторе 7 с уставками предельных нагрузок, и при их превышении осуществляется реверс приводов 4 и 9 как вибратора, так и привода поворота. Реверс приводит к уменьшению объема движений, что в свою очередь приводит к изменению и частоты вибраций и скорости поворота платформы 2.A muscle reaction manifests itself as a force of resistance to movement on the part of the muscles, which is measured by the load cells 6. The signals from the load cells 6 are compared in the optimizer 7 with the settings of the maximum loads, and when they are exceeded, the drives 4 and 9 are reversed both of the vibrator and the rotation drive. Reverse leads to a decrease in range of motion, which in turn leads to a change in both the vibration frequency and the rotation speed of the platform 2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114148/14A RU2337662C1 (en) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | Device for joints function recovery by mechanotherapy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114148/14A RU2337662C1 (en) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | Device for joints function recovery by mechanotherapy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2337662C1 true RU2337662C1 (en) | 2008-11-10 |
Family
ID=40230175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114148/14A RU2337662C1 (en) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | Device for joints function recovery by mechanotherapy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2337662C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756370C2 (en) * | 2016-09-26 | 2021-09-29 | Массато Макияма Антонио | Equipment for rehabilitation of movement of upper and lower limbs |
-
2007
- 2007-04-17 RU RU2007114148/14A patent/RU2337662C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756370C2 (en) * | 2016-09-26 | 2021-09-29 | Массато Макияма Антонио | Equipment for rehabilitation of movement of upper and lower limbs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Caputo et al. | A universal ankle–foot prosthesis emulator for human locomotion experiments | |
| Vu et al. | Improving energy efficiency of hopping locomotion by using a variable stiffness actuator | |
| Kaminaga et al. | Development of knee power assist using backdrivable electro-hydrostatic actuator | |
| CN103419200A (en) | Artificial muscle elastic joint driving device of robot | |
| CN111345971B (en) | Multi-mode flexible training method of ankle rehabilitation robot based on admittance model | |
| Solazzi et al. | Design of a SMA actuated 2-DoF tactile device for displaying tangential skin displacement | |
| Nikitczuk et al. | Control of electro-rheological fluid based resistive torque elements for use in active rehabilitation devices | |
| Lovasz et al. | Design and control solutions for haptic elbow exoskeleton module used in space telerobotics | |
| Park et al. | Design of a cat-inspired robotic leg for fast running | |
| RU2337662C1 (en) | Device for joints function recovery by mechanotherapy | |
| Beigzadeh et al. | Design and development of one degree of freedom upper limb exoskeleton | |
| Ming et al. | Design and evaluation of linear ultrasonic motors for a cardiac compression assist device | |
| Ren et al. | The eleg: A novel efficient leg prototype powered by adjustable parallel compliant actuation principles | |
| RU66196U1 (en) | DEVICE FOR RESTORING JOINT FUNCTION BY MECHANOTHERAPY | |
| Ghorbani et al. | Adjustable stiffness artificial tendons: Conceptual design and energetics study in bipedal walking robots | |
| CN101618548A (en) | Knuckle directly driven by piezoelectricity, fingers thereof and hand thereof | |
| Bucca et al. | A mechatronic device for the rehabilitation of ankle motor function | |
| Ghigliazza et al. | Towards a neuromechanical model for insect locomotion: Hybrid dynamical systems | |
| Seth | Energy regeneration and its application to active above-knee prostheses | |
| Omar et al. | Design of a haptic device for finger and hand rehabilitation | |
| Ratnakumar et al. | Optimized torque assistance during walking with an idealized hip exoskeleton | |
| Weymann et al. | Development of an EMG-based Elbow-Exoskeleton with Twisted String Actuation | |
| Li et al. | Linear electromagnetic array artificial muscle design and simulation for a quadruped robot | |
| Yeadon et al. | Biomechanical simulation models of sports activities | |
| Al-angari et al. | A two degree-of-freedom microprocessor based extended physiological proprioception (EPP) controller for upper limb prostheses |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160418 |