RU2665386C1 - Пассивный реабилитационный экзоскелет - Google Patents
Пассивный реабилитационный экзоскелет Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665386C1 RU2665386C1 RU2017141119A RU2017141119A RU2665386C1 RU 2665386 C1 RU2665386 C1 RU 2665386C1 RU 2017141119 A RU2017141119 A RU 2017141119A RU 2017141119 A RU2017141119 A RU 2017141119A RU 2665386 C1 RU2665386 C1 RU 2665386C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shoulder
- lumbar
- shape
- human
- elements
- Prior art date
Links
- 210000002832 shoulder Anatomy 0.000 claims abstract description 50
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 33
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims abstract description 32
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims abstract description 30
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 claims abstract description 18
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims abstract description 17
- 210000001037 metacarpus Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims abstract description 9
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 210000004705 lumbosacral region Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 5
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 abstract description 9
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 abstract description 9
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 abstract description 7
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 abstract description 7
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 abstract description 4
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 abstract description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 3
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 abstract description 2
- 208000006670 Multiple fractures Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 208000003098 Ganglion Cysts Diseases 0.000 abstract 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 15
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 8
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 7
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 6
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 5
- 210000003811 finger Anatomy 0.000 description 5
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 5
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 4
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 2
- 208000010040 Sprains and Strains Diseases 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 2
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028289 Muscle atrophy Diseases 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 210000004932 little finger Anatomy 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000020763 muscle atrophy Effects 0.000 description 1
- 201000000585 muscular atrophy Diseases 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 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
- 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
Изобретение относится к медицине. Пассивный реабилитационный экзоскелет содержит каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных в форме пространственных оболочек, подвижно соединенных между собой и свободным концом тазобедренного рычага с каркасом, модули плечевого сустава, плеча, предплечья, запястья и кистей, соединенных шарнирно между собой и свободным концом модуля плечевого сустава с каркасом. Каркас состоит из плечевого блока в виде широкой пластины ромбической формы, имеющей в середине сторон прорези с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями. Ромбическая пластина имеет элементы пространственных шарниров плечевой дуги в боковых углах, скошенный верхний угол и удлиненный в виде прямоугольника с закруглением нижний угол. Нижний угол соединен посредством подшипника вращения с поясничным блоком. Поясничный блок состоит из верхней и нижней планок, соединенных подвижно с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, через стальную шпильку поясничного узла, проходящую внутри отверстий, выполненных в нижней части боковой поверхности верхней планки поясничного узла и через прямоугольные пазы с закруглениями по концам в боковой поверхности нижней планки поясничного узла. Нижняя планка соединена при помощи подшипника вращения с серединной точкой поясничного модуля. Поясничный модуль состоит из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области человека, и имеет по концам закругленные прямоугольные утолщения и соединения с тазобедренными рычагами с помощью подшипников вращения тазобедренного сустава. Тазобедренные рычаги выполнены в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением и имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в верхней части. Тазобедренные рычаги соединены снизу через подшипники вращения коленных суставов с голеностопными рычагами. Голеностопные рычаги выполнены в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением, имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями. Каждый модуль плечевого сустава выполнен в виде металлического стержня, изогнутого по форме плечевого сустава человека с элементами пространственных шарниров на концах. Модули плеча выполнены в виде пластин, в нижней части дугообразных по форме плеча человека с элементами пространственных шарниров по краям. Пластины модулей плеча имеют три пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в средней части. Модули предплечья выполнены в виде двух прямых стержней, имеющих элементы пространственных шарниров на концах. Модуль запястья выполнен в виде пластины, изогнутой по форме запястья человека с элементами пространственных шарниров и соединенной подшипниками вращения с боковой плоскостью кисти через короткий запястный рычаг, выполненный в виде пластины, согнутой по форме боковой поверхности запястья. Кисть выполнена в виде пластины, имеющей форму криволинейной трапеции, с длинной стороны которой располагаются дугообразные прорези под суставы проксимальных фаланг человека, а ее профиль изогнут по форме человеческого пястья. Сверху пластины расположена площадка для крепления корпуса сервопривода, реализующего возвратно поступательные движения соединенного с ним подшипником вращения рычага сервопривода, представляющего собой металлическую закругленную с обеих сторон пластину с отверстиями на концах, свободным концом соединенного с осью вращения проксимальных фаланг. Ось вращения проксимальных фаланг выполнена в виде стержня в форме дуги, изогнутой по форме пястья человека, имеющей соединение с элементами проксимальных фаланг через подвижные подшипники. Элементы проксимальных фаланг выполнены в виде пластин в форме разомкнутых трубок, имеющих закругленное удлинение и изогнутых по форме проксимальных фаланг человека, соединенных подшипниками вращения со средними фалангами. Средние фаланги выполнены пластинчатыми в форме разомкнутых трубок, изогнутых по форме средних фаланг человека. Изобретение обеспечивает сокращение времени восстановления пациента после срастания сломанных костей, мышц, связок и сухожилий верхних конечностей, туловища и нижних конечностей. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использовано в качестве реабилитационной техники для создания вариативных (от облегченных до нагрузочных) условий при реабилитации после травм мышц, костей, связок, сухожилий верхних конечностей, туловища и нижних конечностей.
Известен пассивный грузовой экзоскелетон, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп. Каркас выполнен в виде двухчастного корсета с укрепленными на нем продольными направляющими, переходящими с передней на заднюю часть корсета RU 2362598 С2, опубликовано 27.07.2009.
Недостатками устройства являются сложность и дороговизна наряду с отсутствием дополнительных степеней свободы, что приводит к снижению комфорта и не обеспечивает безопасность перемещения.
Известен грузовой экзоскелет, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных в виде пространственных оболочек, соединенных между собой посредством коленных шарниров и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и через вилку голеностопа с опорами стоп, вставленных в интегрированную обувь, при этом каркас состоит из плечевого блока в виде комбинации Х-образно соединенных пластин, Г-образно изогнутых на концах, и соединенного с ним спинным карданным узлом через две опорные площадки поясничного блока, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области тела человека, где в верхней серединной точке коромысла крепится опорная площадка спинного кардана, а концы коромысла с элементами крепления колец карданов опущены и находятся на уровне тазобедренных суставов, при этом соединение пространственных оболочек тазобедренных рычагов с каркасом осуществляется посредством кольцевых карданов с двумя степенями свободы поворота тазобедренных рычагов, основания которых через угловые консоли связаны с площадками скольжения, установленными на пространственных оболочках тазобедренных рычагов, с возможностью перемещения консоли по дуговым направляющим площадок при изменении угла между каркасом и пространственными оболочками тазобедренных рычагов, при этом соединение опорных площадок с вилкой голеностопа выполнено разъемным RU 2563209 С2, опубликовано 20.09.2015.
Недостатком устройства является отсутствие поддержки плечевого пояса, что увеличивает нагрузку на верхние конечности пользователя.
Известен универсальный общевойсковой экзоскелет, содержащий каркасную систему, приводы движения, электронную систему управления и аккумуляторный источник питания. Каркасная система состоит из углепластиковой панели, повторяющей форму тыловой части торса человека, и шарнирно соединенных рычагов из углепластиковых труб. При этом приводы движения рычагов каркаса выполнены из твердотельного аэрогеля из углеродных нанотрубок с примесью каучука в виде цилиндров диаметром от 40 до 120 мм с конусным заострением с двух сторон. Приводы прикреплены к рычагам путем защемления конусных концов синтетическими тканевыми лентами, пропитанными эпоксидной смолой и стянутыми стальными заклепками RU 2552703 С2, опубликовано 10.06.2015.
Недостатками известного устройства являются сложность и дороговизна, массивность конструкции, отсутствие дополнительных степеней свободы на предплечьях и кистях верхних конечностей, что приводит к снижению комфорта перемещения пользователя.
Известен экзоскелетон US 2014100493, включающий мягкие ремни типа "рюкзака", который преимущественно взаимодействует с талией, спиной и плечами пользователя. Шасси обеспечивает монтаж двух принудительных приводов ног. Каждая нога экзоскелета выполняет функции, аналогичные движению человеческой ноги, в том числе тазобедренного сустава, бедра, коленного сустава, икры, и крепится манжетами к ноге пользователя в области бедра, голени, а под подошвой ноги пользователя расположена пластина. Силовые приводы представлены в тазобедренных и коленных суставах экзоскелета.
Недостатками данной конструкции являются: сложность конструкции и дороговизна за счет использования силовых приводов, габаритность конструкции, большая масса, недостаточная подвижность корпуса, зависимость от источников питания, высокие требования к техническому обслуживанию.
Известен экзоскелет верхних конечностей содержащий как минимум один внешний каркас для конечности, состоящий из элемента плеча, модулей плеча и предплечья, локтевого шарнира и кистедержателя. Элемент плеча, модули плеча и предплечья выполнены продолговатыми. Элемент плеча снабжен опорой для крепления внешнего каркаса. Модуль предплечья соединен с модулем плеча посредством локтевого шарнира с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Модуль предплечья соединен с кистедержателем. Экзоскелет дополнительно снабжен опорно-адаптационным элементом для крепления к жилету или инвалидному креслу, к которому крепится как минимум одна опора для крепления внешнего каркаса, упругими элементами и зацепами для крепления концов упругих элементов. Модуль плеча состоит из проксимального и дистального узлов, соединенных верхней и нижней съемными планками с возможностью подбора для анатомической адаптации. Модуль предплечья состоит из проксимального и дистального узлов, соединенных верхней и нижней съемными планками с возможностью подбора для анатомической адаптации. Локтевой шарнир выполнен в виде двух шарнирно соединенных между собой короткими полками Г-образных элементов - проксимального и дистального. Высота Г-образных элементов зависит от длины окружности предплечья в области локтевого сгиба человека. Длинная полка Г-образного проксимального элемента локтевого шарнира поперечно и жестко соединена с дистальным узлом модуля плеча. Проксимальный узел модуля предплечья соединен с длинной полкой Г-образного дистального элемента локтевого шарнира с возможностью вращения вокруг оси, расположенной вдоль модуля предплечья. Зацепы для крепления концов упругих элементов закреплены на наружных поверхностях на опоре для крепления внешнего каркаса, элементе плеча, проксимальном и дистальном узлах модуля плеча, проксимальном и дистальном узлах модуля предплечья, проксимальном и дистальном элементах локтевого шарнира RU 2629738 С2, опубликовано 31.08.2017.
Недостатками известного решения являются массивность, малое количество степеней свободы кисти, отсутствие элементов кистевых эспандеров, массивность, ограниченность только плечевым поясом, что ограничивает возможность реабилитации при травмах туловища или нижних конечностей.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение и облегчение реабилитационного периода восстановления после переломов костей, разрывов мышц, связок и сухожилий за счет эргономичной фиксации конечностей и туловища к элементам экзоскелета с возможностью полного управления телом в движении, увеличения степеней свободы верхних конечностей и поясничной области, снижения веса и размеров конструкции, повышения эксплуатационной надежности.
Заявленная конструкция позволяет снять избыточную нагрузку с тела пользователя на период реабилитации без вреда для здоровья. Компенсирует нагрузку на верхние конечности и усиливает силу хвата пользователя. В конструкции предусмотрена возможность легкого отсоединения и снятия отдельных частей экзоскелета. При реабилитации после травм кисти и/или предплечья используются поддерживающие механизмы, которые не сковывают движения пользователя, позволяют усилить производимое действие и защищают от вывихов и иных повреждений, удерживая восстанавливаемую конечность в анатомически правильном положении. В данном случае можно использовать не весь экзоскелет, а только его часть, например, руку.
Заявленный технический результат достигается тем, что в пассивном экзоскелете, содержащем каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных из дюралюминиевого сплава в форме пространственных оболочек, соединенных между собой посредством коленных подшипников вращения, переходящих свободными концами через подшипники вращения в поясничный блок, представляющий собой пояс-коромысло из дюралюминиевой пластины, соединенный подшипником вращения с поясничным узлом, повторяющим движения поясничных позвонков, переходящим через подшипник вращения в плечевой блок с системой эластичных лямок для крепления экзоскелета к грудному отделу позвоночника, плечевой блок в свою очередь соединен пространственными шарнирами с парой плечевых дуг, переходящих в плечевые рычаги, выполненные в виде пространственной оболочки из сплава дюралюминия, соединенные с элементами запястья через две пары рычагов предплечья, закрепленных пространственными шарнирами, переход с элемента запястья, представляющего С-образную дугу, на пястный узел осуществляется коротким запястным рычагом с парой подшипников вращения, пястный узел представляет собой пространственную оболочку пястья с креплением сервопривода поступательного механизма, переходящего в ось вращения проксимальных фаланг указательного, среднего, безымянного и мизинца пальцев, выполненных в виде пространственных оболочек проксимальных фаланг соответствующих пальцев в С-образной форме для эргономичной фиксации, которые в свою очередь соединяются парой подшипников вращения с элементами средней фаланги, выполненной также в виде пространственных оболочек средних фаланг соответствующих пальцев с С-образной формой.
Заявляемый поясничный узел позволяет добавить две степени свободы в движение спины: при наклоне происходит сгибание и вытягивание поясничного узла относительно пояса-коромысла и плечевого блока, при возвращении спины в исходное положение жесткий каркас выпрямляется и сокращается, не мешая пользователю. Поворот тела пользователя вправо-влево достигается за счет подшипников вращения между поясничным узлом и поясом-коромыслом. Использование пространственных шарниров на плечевых дугах позволяет добиться подвижности плечевого сустава во всех анатомически возможных степенях свободы относительно пространственной оболочки плеча и плечевого блока.
Использование пары рычагов с пространственными шарнирами расположенными диаметрально противоположно относительно проксимального и дистального узлов предплечья на каждой руке дает две степени свободы: пронация и супинация кисти, сгибание и разгибание предплечья.
Короткий запястный рычаг позволяет сохранить поддержку запястья при сгибании и разгибании кисти в одной плоскости. Двусоставные элементы проксимальных и средних фаланг, сгибаемые и разгибаемые сервоприводом, позволяют увеличить силу хвата пользователя пропорционально нагрузке на сервоприводе. При использовании электромеханического сервопривода его движение может вызываться, например, микроконтроллером посредством заложенного алгоритма действий или состояния электромиографических сигналов мышц пользователя. Также возможна замена сервопривода на механические элементы поступательного движения, такие как пружины и/или гидравлические компенсаторы.
Изобретение поясняется чертежами Фиг. 1-7.
Фиг. 1. Экзоскелет, где 9 - эластичные ремни; 10 - пространственные шарниры; 22 - подшипники вращения коленного сустава; 6 - модуль запястья; 26 - корпус сервопривода; 28 - проксимальные фаланги; 11 - подшипник вращения верхней планки поясничного блока; 18 - подшипник вращения нижней планки поясничного блока; 15 - шпилька поясничного узла; 21 - подшипники вращения тазобедренного сустава; 7 - модуль кисти.
Фиг. 2. Экзоскелет, где 2 - голеностопный рычаг; 1 - тазобедренный рычаг; 20 - пояс-коромысло; 12 - поясничный узел; 8 - плечевой блок с плечевыми дугами; 4 - плечевой модуль с элементами крепления; 5 - модуль предплечья; 7 - кисть экзоскелета; 23 - стержень плечевого модуля; 6 - модуль запястья.
Фиг. 3. Рука экзоскелета, где 9 - эластичные ремни; 10 - пространственные шарниры; 6 - модуль запястья; 26 - корпус сервопривода; 7 - модуль кисти; 4 -модуль плеча; 32 - площадка для крепления вспомогательного оборудования; 34 - восьмиобразные фиксаторы для эластичных ремней; 24 - модуль предплечья; 27 - рычаг сервопривода; 28 - ось вращения проксимальных фаланг; 30 -средние фаланги; 29 - проксимальные фаланги; 25 - короткий запястный рычаг с парой подшипников вращения.
Фиг. 4. Кисть экзоскелета, где 10 - пространственные шарниры; 6 - модуль запястья; 26 - корпус сервопривода; 7 - модуль кисти; 31 - крепления для фиксирующих ремней для запястья и пястья; 24 - модуль предплечья; 30 - средние фаланги; 29 - проксимальные фаланги; 28 - ось вращения проксимальных фаланг.
Фиг. 5. Поясничный блок экзоскелета, где 9 - эластичные ремни; 21 - подшипники вращения тазобедренного сустава; 15 - шпилька поясничного узла; 20 - пояс-коромысло; 33 - площадка для крепления вспомогательного оборудования; 14 - нижняя планка поясничного узла; 13 - верхняя планка поясничного узла; 11 - подшипник вращения верхней планки поясничного блока; 18 - подшипник вращения нижней планки поясничного блока.
Фиг. 6. Поясничный узел экзоскелета, где 15 - шпилька поясничного узла; 14 - нижняя планка поясничного узла; 13 - верхняя планка поясничного узла; 11 - подшипник вращения верхней планки поясничного блока; 18 - подшипник вращения нижней планки поясничного блока; 16 - отверстие в нижней части боковой поверхности верхней планки поясничного узла; 17 - прямоугольные пазы с закруглениями по концам в боковой поверхности нижней планки поясничного узла.
Фиг. 7. Экзоскелет в рабочем положении.
Техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью признаков заявляемого изобретения, является сокращение времени восстановления пациента после срастания сломанных костей, мышц, связок и сухожилий верхних конечностей, туловища и нижних конечностей. Это возможно за счет снятия части нагрузки с поврежденных участков тела в реабилитационный период времени с полной имитацией движения тела. Конструкция повторяет анатомически правильные движения конечностей и туловища за счет шарниров, позволяя усиливать мышцы и защищает от вывихов, растяжений и неестественных изгибов тела. Малый вес и эргономичное крепление пассивного экзоскелета делает его не заметным для пользователя и обеспечивает комфортное перемещение.
Заявляемое изобретение представляет собой пассивный экзоскелет, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу; две пары тазобедренных 1 и голеностопных 2 рычагов, выполненных в форме пространственных оболочек, подвижно соединенных между собой и свободным концом тазобедренного рычага с каркасом; модулей плечевого сустава 3, плеча 4, предплечья 5, запястья 6 и кистей 7 соединенных шарнирно между собой и свободным концом модуля плечевого сустава с каркасом, отличающийся тем, что каркас состоит из плечевого блока 8 в виде широкой пластины ромбической формы, имеющей в середине сторон прорези с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями 9 и элементы пространственных шарниров 10 плечевой дуги в боковых углах, со скошенным верхним углом и удлиненным в виде прямоугольника с закруглением нижним углом; соединенным посредством подшипника вращения 11 с поясничным блоком 12, состоящим из верхней 13 и нижней 14 планок поясничного блока, соединенных подвижно с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, через стальную шпильку поясничного узла 15, проходящую внутри отверстий 16, выполненных в нижней части боковой поверхности верхней планки поясничного узла и через прямоугольные пазы 17 с закруглениями по концам в боковой поверхности нижней планки поясничного узла соединенной при помощи подшипника вращения 18 с серединной точкой поясничного модуля 19, состоящего из пояса-коромысла 20, изогнутого по форме поясничной области человека, имеющего по концам закругленные прямоугольные утолщения и соединения с тазобедренными рычагами с помощью подшипников вращения тазобедренного сустава 21; причем тазобедренные рычаги, выполненные в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением, имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в верхней части, и, соединенные снизу через подшипники вращения коленных суставов 22 с голеностопными рычагами, выполненными в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением, имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями; при этом каждый модуль плечевого сустава выполнен в виде металлического стержня 23, изогнутого по форме плечевого сустава человека с элементами пространственных шарниров на концах; модули плеча выполнены в виде пластин, в нижней части дугообразных по форме плеча человека с элементами пространственных шарниров по краям, имеющих три пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в средней части; причем модули предплечья выполнены в виде двух прямых стержней 24, имеющих элементы пространственных шарниров на концах; а модуль запястья выполнен в виде пластины изогнутой по форме запястья человека с элементами пространственных шарниров и соединенной подшипниками вращения с боковой плоскостью кисти через короткий запястный рычаг 25, выполненный в виде пластины согнутой по форме боковой поверхности запястья, причем кисть выполнена в виде пластины, имеющей форму криволинейной трапеции, с длинной стороны которой располагаются дугообразные прорези под суставы проксимальных фаланг человека, а ее профиль изогнут по форме человеческого пястья, и, расположенной сверху, площадки для крепления корпуса сервопривода 26, реализующего возвратно поступательные движения соединенного с ним подшипником вращения рычага сервопривода 27, представляющего собой металлическую закругленную с обеих сторон пластину с отверстиями на концах, свободным концом соединенного с осью вращения проксимальных фаланг 28; причем ось вращения проксимальных фаланг выполнена в виде стержня в форме дуги, изогнутой по форме пястья человека, имеющей соединение с элементами проксимальных фаланг 29 через подвижные подшипники; при этом элементы проксимальных фаланг выполнены в виде пластин в форме разомкнутых трубок, имеющих закругленное удлинение и изогнутых по форме проксимальных фаланг человека, соединенных подшипниками вращения со средними фалангами 30, причем средние фаланги выполнены пластинчатыми в форме разомкнутых трубок, изогнутых по форме средних фаланг человека.
Предпочтительным дюралюминием является сплав алюминия Д16АТ, поскольку он обладает низкой плотностью, повышенной прочностью после закалки, не является токсичным и может обрабатываться на стандартном оборудовании механических мастерских.
Надежная фиксация экзоскелета на теле осуществляется за счет эластичных ремней 9 скрепленных восьмиобразными фиксаторами 34 для эластичных ремней 35 на тазобедренном рычаге 1, голеностопном рычаге 2, модуле плеча 4 и плечевом блоке 8. При необходимости пользователь может использовать фиксирующие ленты, пропущенные через крепления для фиксирующих ремней 31 для запястья и пястья.
При необходимости прикрепить вспомогательное оборудование для измерения, управления или сервоприводов можно использовать площадки для крепления вспомогательного оборудования 32, 33.
Пространственные шарниры предплечья могут быть выполнены из стали и/или фторопласта.
Детали конечностей имеют боковое расположение, что увеличивает нагрузку на конструкцию, по сравнению с фронтальным расположением, но позволяет сделать экзоскелет удобным и комфортным для пользователя за счет скрытого от мягких тканей расположения.
Разъемными соединениями экзоскелета являются модуль плеча 4, предплечье 5, кисть 7, поясничный узел 15 и плечевой блок 8 с модулями плечевых суставов 3, которые позволяют, при необходимости, использовать при реабилитации отдельного элемента костно-мышечного скелета только нужный узел экзоскелета и/или быстрее надевать экзоскелет на тело.
После длительной иммобилизации конечностей экзоскелет не позволит случиться вывихам, поскольку его шарниры могут перемещаться только в анатомически правильных для человеческого тела направлениях, а рычаги нерастяжимы, что снимает избыточную нагрузку в целом. При этом кисти, пальцы и предплечья остаются достаточно подвижными для выполнения ротации, супинации, сгибания и разгибания предплечья, сгибания и разгибания запястья, сгибания и разгибания пальцев. Сервоприводы позволяют увеличивать силу хвата за счет механического сгибания и/или разгибания проксимальных фаланг, которые в свою очередь сжимают/разжимают средние фаланги.
Вес тела пользователя давит на плечевой блок, через который нагрузка передается на поясничный узел, который можно заблокировать, и далее на поясничный блок. В поясничном блоке нагрузка распределяется на две нижние конечности в пропорции, зависящей от наклона корпуса вправо или влево, после чего передается в стопу. При необходимости свободного движения туловища пользователя поясничный узел оставляется не заблокированным, что дает возможность нагибаться вперед-назад и вправо-влево за счет подвижных подшипников.
Экзоскелет крепится на теле человека с помощью системы эластичных лямок с восьмиобразными фиксаторами. Элемент запястья, проксимальные и средние фаланги крепятся на теле за счет своей пространственной формы в виде буквы «С», что упрощает процесс фиксации на теле.
Изобретение может осуществляться следующим образом.
Пример 1. Человек проходит реабилитацию после сложных переломов одной или двух верхних конечностей, из-за которых присутствовала длительная иммобилизация, приведшая к атрофии мышц и повышенной вероятности таких травм, как вывихи суставов, растяжение связок и надрыв мягких тканей. Экзоскелет руки фиксируется на теле реабилитируемого пользователя от средних фаланг пальцев до плечевого сустава. При этом исключается вероятность травм в кисти и предплечье, поскольку рычаги предплечья позволят делать супинацию и пронацию кисти в пределах 180° относительно ее нейтрального положения, а короткий рычаг запястья сгибать и разгибать кисть в пределах 180° относительно ее нейтрального положения. Снижение тонуса мышц предплечий компенсируется сервоприводами, увеличивающими силу хвата пользователя.
Пример 2. При травме нижних конечностей, туловища или травм плечевого сустава изобретение можно использовать целиком, обеспечивая поддержку ослабших мышц спины поясничным узлом, который позволит наклоняться вперед-назад и вправо-влево в пределах 30° относительно нейтрального положения туловища человека. Также идет поддержка плечевого сустава и защита его от вывихов при недостаточном тонусе мышц. Плечевая дуга жесткая и нерастяжимая, поэтому не позволяет плечу отходить от плечевого сустава, а пространственные шарниры не ограничиваю подвижность. Нижние конечности усилены рамой голеностопного и тазобедренного рычагов, что защищает от вывихов коленного сустава и позволяет перераспределить вес пользователя ближе к стопе.
Для изготовления пассивного экзоскелета не требуется специального оборудования. Он может быть изготовлен на стандартном оборудовании механических мастерских.
Claims (1)
- Пассивный реабилитационный экзоскелет, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу; две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных в форме пространственных оболочек, подвижно соединенных между собой и свободным концом тазобедренного рычага с каркасом; модулей плечевого сустава, плеча, предплечья, запястья и кистей, соединенных шарнирно между собой и свободным концом модуля плечевого сустава с каркасом, отличающийся тем, что каркас состоит из плечевого блока в виде широкой пластины ромбической формы, имеющей в середине сторон прорези с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и элементы пространственных шарниров плечевой дуги в боковых углах, со скошенным верхним углом и удлиненным в виде прямоугольника с закруглением нижним углом; соединенным посредством подшипника вращения с поясничным блоком, состоящим из верхней и нижней планок поясничного блока, соединенных подвижно с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, через стальную шпильку поясничного узла, проходящую внутри отверстий, выполненных в нижней части боковой поверхности верхней планки поясничного узла и через прямоугольные пазы с закруглениями по концам в боковой поверхности нижней планки поясничного узла, соединенной при помощи подшипника вращения с серединной точкой поясничного модуля, состоящего из пояса-коромысла, изогнутого по форме поясничной области человека, имеющего по концам закругленные прямоугольные утолщения и соединения с тазобедренными рычагами с помощью подшипников вращения тазобедренного сустава; причем тазобедренные рычаги, выполненные в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением, имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в верхней части, и, соединенные снизу через подшипники вращения коленных суставов с голеностопными рычагами, выполненными в виде пластин, в нижней части вилкообразных с дугообразным соединением, имеющих четыре пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями; при этом каждый модуль плечевого сустава выполнен в виде металлического стержня, изогнутого по форме плечевого сустава человека с элементами пространственных шарниров на концах; модули плеча выполнены в виде пластин, в нижней части дугообразных по форме плеча человека с элементами пространственных шарниров по краям, имеющих три пары прорезей с закрепленными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения эластичными ремнями и закругленные прямоугольные утолщения в средней части; причем модули предплечья выполнены в виде двух прямых стержней, имеющих элементы пространственных шарниров на концах; а модуль запястья выполнен в виде пластины, изогнутой по форме запястья человека с элементами пространственных шарниров и соединенной подшипниками вращения с боковой плоскостью кисти через короткий запястный рычаг, выполненный в виде пластины, согнутой по форме боковой поверхности запястья, причем кисть выполнена в виде пластины, имеющей форму криволинейной трапеции, с длинной стороны которой располагаются дугообразные прорези под суставы проксимальных фаланг человека, а ее профиль изогнут по форме человеческого пястья, и расположенной сверху площадки для крепления корпуса сервопривода, реализующего возвратно поступательные движения соединенного с ним подшипником вращения рычага сервопривода, представляющего собой металлическую закругленную с обеих сторон пластину с отверстиями на концах, свободным концом соединенного с осью вращения проксимальных фаланг; причем ось вращения проксимальных фаланг выполнена в виде стержня в форме дуги, изогнутой по форме пястья человека, имеющей соединение с элементами проксимальных фаланг через подвижные подшипники; при этом элементы проксимальных фаланг выполнены в виде пластин в форме разомкнутых трубок, имеющих закругленное удлинение и изогнутых по форме проксимальных фаланг человека, соединенных подшипниками вращения со средними фалангами, причем средние фаланги выполнены пластинчатыми в форме разомкнутых трубок, изогнутых по форме средних фаланг человека.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141119A RU2665386C1 (ru) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | Пассивный реабилитационный экзоскелет |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141119A RU2665386C1 (ru) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | Пассивный реабилитационный экзоскелет |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2665386C1 true RU2665386C1 (ru) | 2018-08-29 |
Family
ID=63460111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017141119A RU2665386C1 (ru) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | Пассивный реабилитационный экзоскелет |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2665386C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701814C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-10-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Способ механизации автоматизации пастбищного животноводства на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов |
RU2717046C1 (ru) * | 2019-06-13 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами |
RU2717152C1 (ru) * | 2019-05-20 | 2020-03-18 | Андрей Владимирович Зубковский | Тренажер пассивного отягощения |
CN113786313A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 安徽工程大学 | 一种可穿戴下肢康复装置 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140100493A1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-04-10 | Travis Craig | Bipedal Exoskeleton and Methods of Use |
US8894592B2 (en) * | 2008-05-20 | 2014-11-25 | University of California at Berkekey | Device and method for decreasing oxygen consumption of a person during steady walking by use of a load-carrying exoskeleton |
CN104188675A (zh) * | 2014-09-24 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 具有人体运动检测功能的外骨骼机器人***及控制方法 |
US9022956B2 (en) * | 2011-06-10 | 2015-05-05 | U.S. Bionics, Inc. | Trunk supporting exoskeleton and method of use |
RU2563209C2 (ru) * | 2014-05-15 | 2015-09-20 | Сергей Васильевич Злыдарь | Грузовой экзоскелет, спинной карданный узел и кольцевой кардан грузового экзоскелета |
FR3034659A1 (fr) * | 2015-04-07 | 2016-10-14 | Wandercraft | Exosquelette comprenant des coques connectees avec des degres de mobilite passifs |
JP2016193138A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | 学校法人トヨタ学園 | 4足歩行型歩行支援機、4足歩行型歩行支援機の制御方法及び制御プログラム |
CN107320292A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-07 | 南京理工大学 | 一种管状模块化可穿戴外骨骼助力装置及其控制方法 |
-
2017
- 2017-11-27 RU RU2017141119A patent/RU2665386C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8894592B2 (en) * | 2008-05-20 | 2014-11-25 | University of California at Berkekey | Device and method for decreasing oxygen consumption of a person during steady walking by use of a load-carrying exoskeleton |
US9022956B2 (en) * | 2011-06-10 | 2015-05-05 | U.S. Bionics, Inc. | Trunk supporting exoskeleton and method of use |
US20140100493A1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-04-10 | Travis Craig | Bipedal Exoskeleton and Methods of Use |
RU2563209C2 (ru) * | 2014-05-15 | 2015-09-20 | Сергей Васильевич Злыдарь | Грузовой экзоскелет, спинной карданный узел и кольцевой кардан грузового экзоскелета |
CN104188675A (zh) * | 2014-09-24 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 具有人体运动检测功能的外骨骼机器人***及控制方法 |
JP2016193138A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | 学校法人トヨタ学園 | 4足歩行型歩行支援機、4足歩行型歩行支援機の制御方法及び制御プログラム |
FR3034659A1 (fr) * | 2015-04-07 | 2016-10-14 | Wandercraft | Exosquelette comprenant des coques connectees avec des degres de mobilite passifs |
CN107320292A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-07 | 南京理工大学 | 一种管状模块化可穿戴外骨骼助力装置及其控制方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701814C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-10-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Способ механизации автоматизации пастбищного животноводства на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов |
RU2717152C1 (ru) * | 2019-05-20 | 2020-03-18 | Андрей Владимирович Зубковский | Тренажер пассивного отягощения |
RU2717046C1 (ru) * | 2019-06-13 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Перчатка-экзоскелет с линейными актуаторами |
CN113786313A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 安徽工程大学 | 一种可穿戴下肢康复装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2665386C1 (ru) | Пассивный реабилитационный экзоскелет | |
KR101937012B1 (ko) | 하지 관절 보조용 외골격 시스템 | |
RU2696631C2 (ru) | Экзоскелет и способ его использования | |
KR101073525B1 (ko) | 하지근력지원용 착용형 로봇 | |
KR102360981B1 (ko) | 하지 보조기 및 보조기 | |
KR101363834B1 (ko) | 족관절 보조장치 | |
US20180257217A1 (en) | Load-bearing exoskeleton | |
RU156507U1 (ru) | Экзоскелет нижних конечностей | |
EP3705104B1 (en) | Ankle brace or ankle exoskeleton | |
US9744064B2 (en) | Lower exoskeleton | |
Chiri et al. | On the design of ergonomic wearable robotic devices for motion assistance and rehabilitation | |
Guan et al. | Optimization of an unpowered energy-stored exoskeleton for patients with spinal cord injury | |
RU2629738C1 (ru) | Экзоскелет верхних конечностей | |
Amigo et al. | Design of a 3-DoF joint system with dynamic servo-adaptation in orthotic applications | |
RU194544U1 (ru) | Пассивный экзоскелет | |
Racu Cazacu et al. | An overview on ankle rehabilitation devices | |
RU2635760C1 (ru) | Голенное звено ортеза или экзоскелета | |
Georgarakis et al. | Supporting and stabilizing the scapulohumeral rhythm with a body-or robot-powered orthosis | |
Racu Cazacu et al. | Structural and kinematic aspects of a new ankle rehabilitation device | |
Ghosh et al. | Design of wearable lower leg orthotic based on six-bar linkage | |
JPS6355346B2 (ru) | ||
RU166055U1 (ru) | Пассивный экзоскелет голеностопа | |
Taal et al. | Exoskeletal spine and shoulder girdle for full body exoskeletons with human versatility | |
Giovacchini et al. | A light-weight exoskeleton for hip flexion-extension assistance | |
KR20220098532A (ko) | 착용형 보조장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191128 |