Экзоскелет с электропневматической системой управления

Авторы патента:

A61H3/00 - Приспособления, облегчающие хождение больных (устройства для обучения детей ходьбе A47D 13/04; устройства для проведения активных гимнастических упражнений для ног A63B 23/10)

Владельцы патента RU 2565101:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к экзоскелетам, и может быть использовано для осуществления ходьбы и реабилитации людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата, а также в качестве универсальной транспортной платформы. Экзоскелет, состоящий из силового каркаса, который включает в себя опорную раму с шарнирами, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных, коленных и голеностопных звеньев, системы управления и электропневматической системы. Электропневматическая система содержит десять пневмомускулов, два неполноповоротных пневмодвигателя, пять пропорциональных пневмораспределителей, восемь двухлинейных двухпозиционных пневмораспределителей, три трехлинейных двухпозиционных пневмораспределителя, восемь управляемых обратных клапанов, два клапана быстрого выхлопа, два обратных клапана, два дросселя, регулятор давления, блок подготовки воздуха, пневмоаккумулятор, компрессор, электроаккумулятор.

Система управления состоит из комбинированной микроэлектромеханической системы, включающей акселерометр, инклинометр, гироскоп, датчики давления и угла поворота, контроллера, при этом первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой пневмомускулы пневматически связаны с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными пневмораспределителями через первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые обратные клапаны соответственно, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухлинейные двухпозиционные распределители пневматически связаны с первым, вторым, третьим и четвертым пропорциональными пневмораспределителями соответственно, девятый и десятый пневмомускулы пневматически связаны с первым и вторым клапанами быстрого выхлопа через первый и второй дроссели, а также со вторым и третьим трехлинейными пневмораспределителями через первый и второй обратные клапаны, концы пневмомускулов шарнирно соединены с тазобедренными и коленными звеньями силового каркаса, первый и второй неполноповоротные пневмодвигатели пневматически соединены с пятым пропорциональным пневмораспределителем, первый, второй, третий, четвертый и пятый пропорциональные пневмораспределители пневматически связаны с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, второй и третий трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители пневматически связаны с регулятором давления, который, в свою очередь, пневматически связан с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель пневматически связан через блок подготовки воздуха с пневмоаккумулятором и компрессором, шесть датчиков давления и шесть датчиков угла поворота электрически связаны с контроллером, который, в свою очередь, электрически связан с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым пропорциональными пневмораспределителями, первым, вторым и третьим трехлинейными двухпозиционными пневмораспределителями, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными распределителями. Использование изобретения позволяет повысить эксплуатационные характеристики, в том числе оптимальность распределения нагрузки за счет пропорционального управления, стабильной скорости и плавности хода, обеспеченной применением «мягких» бескаркасных пневмодвигателей. 3 ил.

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано для осуществления ходьбы и реабилитации людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата, а также в качестве универсальной транспортной платформы.

Известен экзоскелет с электроприводом (патент США №7857774, A61H 1/00 от 28.12.2010), содержащий опорную раму, две опорные стойки, четыре электродвигателя, установленные в тазобедренных и коленных суставах, аккумуляторные батареи (до пяти штук), а также блок управления с биоэлектрическими датчиками и датчиками усилий, расположенными на задней поверхности бедра и стопах пользователя.

Недостатками данного устройства являются: отсутствие возможности поворота пользователя в экзоскелете вокруг центральной оси и способности плавного перемещения подвижных элементов каркаса экзоскелета без использования демпфирующих устройств, ограниченное количество степеней свободы экзоскелета (8) вследствие установки электромоторов непосредственно в тазобедренных и коленных суставах, длительное время калибровки устройства под конкретного пользователя (до 2 месяцев).

Известен экзоскелет с гидроприводом (заявка США №2013/0102935, A61H 3/06 от 25.04.2013), содержащий две роботизированные нижние конечности, гидроцилиндры, предназначенные для сгибания тазобедренных и коленных суставов, управляющую аппаратуру, насос с электромотором и источник питания. Управление движением осуществляется центральным контроллером, сигналы на который поступают от двух датчиков положения, расположенных в голеностопных звеньях конструкции экзоскелета.

Недостатками данной конструкции являются необходимость пользователя поддерживать равновесие и обеспечивать начальный импульс роботизированным конечностям для осуществления движения, что ограничивает область применения экзоскелета, а также невысокие параметры срока службы (до 5·10⁶ циклов) и времени срабатывания исполнительных устройств (0,06-0,1 с).

Известен экзоскелет (патент РФ №2493805, A61H 3/00 от 20.02.12), содержащий опорные стойки, башмаки и траверсу с шарниром на ее центральной части, в котором вращается вал.

При эксплуатации такого экзоскелета требуется задействовать мышечную систему человека, что не позволяет использовать его людям с параличом одной или нескольких нижних конечностей.

Известен экзоскелет с электроприводом (заявка США №2011/0066088, A61H 1/02 от 17.03.2011), содержащий неподвижный тазовый поддерживающий элемент, две роботизированные нижние конечности, главный и второстепенный тазовые, коленные, голеностопные привода, систему управления, состоящую из акселерометра, инклинометра, датчиков расстояния, давления и движения, клавиатуры и джойстика.

К недостаткам данного устройства можно отнести невысокую скорость передвижения (не более 0,3 м/с), обусловленную ограниченными возможностями возвратно-поступательных электроприводных исполнительных механизмов, наличие рывков при движении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является экзоскелет с пневмоприводом (патент КНР №201870775, A61H 3/00 от 22.06.2011), состоящий из силового каркаса, который включает в себя опорную раму с шарнирами, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных, коленных и голеностопных звеньев, и электропневматической системы, содержащей первый пневмомускул, первый, второй, третий и четвертый двухлинейные и двухпозиционные пневмораспределители, первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, регулятор давления, контроллер и компрессор.

В то же время экзоскелет является стационарным, а приводные двигатели позволяют перемещать конечности устройства лишь в сагиттальной плоскости, что значительно ограничивает его функции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности и надежности работы роботизированного экзоскелета за счет использования электропневматической элементной базы.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик, в том числе оптимального распределения нагрузки за счет пропорционального управления, стабильной скорости и плавности хода, обеспеченной применением «мягких» бескаркасных пневмодвигателей.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что экзоскелет, состоящий из силового каркаса, который включает в себя опорную раму с шарнирами, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных, коленных и голеностопных звеньев, и электропневматической системы, содержащей первый пневмомускул, первый, второй, третий и четвертый двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители, первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, регулятор давления, контроллер и компрессор, причем первый, второй, третий и четвертый двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители и трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель электрически связаны с контроллером, согласно изобретению содержит второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый пневмомускулы, первый и второй неполноповоротные пневмодвигатели, первый, второй, третий, четвертый и пятый пропорциональные пневмораспределители, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители, второй и третий трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые обратные клапаны, первый и второй клапаны быстрого выхлопа, первый и второй обратные клапаны, первый и второй дроссели, блок подготовки воздуха, пневмоаккумулятор, электроаккумулятор, систему управления, состоящую из комбинированной микроэлектромеханической системы, включающей акселерометр, инклинометр, гироскоп, датчики давления и угла поворота, при этом первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой пневмомускулы пневматически связаны с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными пневмораспределителями через первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые обратные клапаны соответственно, а первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители пневматически связаны с первым, вторым, третьим и четвертым пропорциональными пневмораспределителями соответственно, девятый и десятый пневмомускулы пневматически связаны с первым и вторым клапанами быстрого выхлопа через первый и второй дроссели, а также со вторым и третьим трехлинейными пневмораспределителями через первый и второй обратные клапаны, концы пневмомускулов шарнирно соединены с тазобедренными и коленными элементами силового каркаса, первый и второй неполноповоротные пневмодвигатели пневматически соединены с пятым пропорциональным пневмораспределителем, первый, второй, третий, четвертый и пятый пропорциональные пневмораспределители пневматически связаны с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, второй и третий трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители пневматически связаны с регулятором давления, который, в свою очередь, пневматически связан с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, а первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель пневматически связан через блок подготовки воздуха с пневмоаккумулятором и компрессором, шесть датчиков давления и шесть датчиков угла поворота электрически связаны с контроллером, который, в свою очередь, электрически связан с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым пропорциональными пневмораспределителями, первым, вторым и третьим трехлинейными двухпозиционными пневмораспределителями, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными распределителями.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 и фиг. 2 изображена компоновочная схема, на фиг. 3 - принципиальная пневматическая схема экзоскелета.

Силовой каркас (фиг. 1, фиг. 2) содержит опорную раму 1 с шаровыми шарнирами 2, 3, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных 4, коленных 5 и голеностопных 6 звеньев. Голеностопные звенья имеют пассивную степень свободы в виде пружины 7.

Девятый 8, десятый 9, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 пневмомускулы шарнирно связаны с тазобедренным звеном 4 конструкции, пятый 14, шестой 15, седьмой 16 и восьмой 17 пневмомускулы шарнирно связаны с коленным 5 звеном конструкции. Первый 18 и второй 19 поворотные пневмодвигатели закреплены на голеностопных 6 звеньях.

Пневматическая система экзоскелета (фиг. 3) включает в себя следующие подсистемы:

- систему стабилизации движения, предназначенную для поддержания равновесия экзоскелета при ходьбе;

- систему передвижения, которая осуществляет локомоторную функцию;

- систему поворота экзоскелета вокруг центральной оси.

Система передвижения экзоскелета состоит из первого 10, второго 11, третьего 12, четвертого 13, пятого 14, шестого 15, седьмого 16 и восьмого 17 пневмомускулов, связанных с ними первого 20, второго 21, третьего 22, четвертого 23 пропорциональных пневмораспределителей, первого 24, второго 25, третьего 26, четвертого 27, пятого 28, шестого 29, седьмого 30 и восьмого 31 двухлинейных двухпозиционных пневмораспределителей, шести датчиков давления, расположенных на подошвах устройства, и шести датчиков угла поворота, расположенных в суставах экзоскелета.

В нагнетательных линиях первого 10, второго 11, третьего 12, четвертого 13, пятого 14, шестого 15, седьмого 16 и восьмого 17 пневмомускулов вмонтированы первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35, пятый 36, шестой 37, седьмой 38 и восьмой 39 обратные клапаны с пневматическим сигналом.

Система поворота вокруг центральной оси состоит из первого 18, второго 19 поворотных пневмодвигателей и пропорционального пневмораспределителя 40.

Система стабилизации состоит из девятого 8 и десятого 9 пневмомускулов, второго 41 и третьего 42 трехлинейных двухпозиционных пневмораспределителей с электронным управлением, первого 43 и второго 44 обратных клапанов, первого 45 и второго 46 регулируемых дросселей, первого 47 и второго 48 клапанов быстрого выхлопа.

Второй 41 и третий 42 трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители связаны с регулятором давления 49, который, в свою очередь, связан с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем 50. Первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель 50 связан через блок подготовки воздуха 51 с пневмоаккумулятором 52 и компрессором 53.

Устройство работает следующим образом: компрессор 53 нагнетает сжатый воздух в пневмосистему, наполняя при этом пневмоаккумулятор 52. При прохождении через блок подготовки 51 производится очистка сжатого воздуха. Первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель 50 служит для подачи сжатого воздуха к системам передвижения, стабилизации и поворота. С помощью регулятора давления 49 устанавливается определенное давление, которое регулируется степенью затяжки пружины и контролируется датчиком давления.

Система передвижения экзоскелета состоит из первого 10, второго 11, третьего 12, четвертого 13, пятого 14, шестого 15, седьмого 16 и восьмого 17 пневмомускулов. Управление пневмомускулами осуществляется за счет первого 20, второго 21, третьего 22, четвертого 23 пропорциональных пневмораспределителей, а также первого 24, второго 25, третьего 26, четвертого 27, пятого 28, шестого 29, седьмого 30 и восьмого 31 двухлинейных двухпозиционных пневмораспределителей с электронным управлением. Управляющие сигналы на пневмораспределители подает контроллер, который, в свою очередь, получает информацию от шести датчиков давления, расположенных на подошвах устройства, комбинированной микроэлектромеханической системы, включающей акселерометр, гироскоп и инклинометр, расположенной максимально близко к центру тяжести экзоскелета, и, за счет обратной связи, от шести датчиков угла поворота, расположенных непосредственно на каждом суставе.

В нагнетательных линиях первого 10, второго 11, третьего 12, четвертого 13, пятого 14, шестого 15, седьмого 16 и восьмого 17 пневмомускулов для отбора давления вмонтированы первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35, пятый 36, шестой 37, седьмой 38 и восьмой 39 управляемые обратные клапаны с управляющим пневматическим сигналом.

Система поворота вокруг центральной оси состоит из первого 18 и второго 19 поворотных пневмодвигателей. Управление пневмодвигателями осуществляется пропорциональным пневмораспределителем 40 посредством подачи на него электросигнала от контроллера.

Система стабилизации состоит из девятого 8 и десятого 9 пневмомускулов, отводящих ноги в сагиттальной плоскости для поддержания устойчивости при движении. Управление пневмомускулами осуществляется при помощи второго 41 и третьего 42 трехлинейных двухпозиционных пневмораспределителей с электронным управлением, первого 43 и второго 44 обратных клапанов, первого 45 и второго 46 регулируемых дросселей, первого 47 и второго 48 клапанов быстрого выхлопа. Электронное управление осуществляется аналогично при помощи контроллера.

Заявляемое изобретение снижает массогабаритные показатели и повышает эксплуатационные характеристики экзоскелета, в том числе реализует распределение нагрузки посредством пропорционального управления, развивает при передвижении стабильную скорость и плавность хода, обеспеченную применением «мягких» бескаркасных пневмодвигателей. Использование компактного и мощного компрессора позволяет сделать устройство автономным, что дает возможность эксплуатировать экзоскелет людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата в качестве мобильного средства для реабилитации.

Экзоскелет, состоящий из силового каркаса, который включает в себя опорную раму с шарнирами, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных, коленных и голеностопных звеньев, и электропневматической системы, содержащей первый пневмомускул, первый, второй, третий и четвертый двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители, первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, регулятор давления, контроллер и компрессор, причем первый, второй, третий и четвертый двухлинейные и двухпозиционные пневмораспределители и трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель электрически связаны с контроллером, отличающийся тем, что содержит второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый пневмомускулы, первый и второй неполноповоротные пневмодвигатели, первый, второй, третий, четвертый и пятый пропорциональные пневмораспределители, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители, второй и третий трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые обратные клапаны, первый и второй клапаны быстрого выхлопа, первый и второй обратные клапаны, первый и второй дроссели, блок подготовки воздуха, пневмоаккумулятор, электроаккумулятор, систему управления, состоящую из комбинированной микроэлектромеханической системы, включающей акселерометр, инклинометр, гироскоп, датчики давления и угла поворота, при этом первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой пневмомускулы пневматически связаны с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными пневмораспределителями через первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые обратные клапаны соответственно, а первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухлинейные двухпозиционные пневмораспределители пневматически связаны с первым, вторым, третьим и четвертым пропорциональными пневмораспределителями соответственно, девятый и десятый пневмомускулы пневматически связаны с первым и вторым клапанами быстрого выхлопа через первый и второй дроссели, а также со вторым и третьим трехлинейными пневмораспределителями через первый и второй обратные клапаны, концы пневмомускулов шарнирно соединены с тазобедренными и коленными элементами силового каркаса, первый и второй неполноповоротные пневмодвигатели пневматически соединены с пятым пропорциональным пневмораспределителем, первый, второй, третий, четвертый и пятый пропорциональные пневмораспределители пневматически связаны с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, второй и третий трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители пневматически связаны с регулятором давления, который, в свою очередь, пневматически связан с первым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, а первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель пневматически связан через блок подготовки воздуха с пневмоаккумулятором и компрессором, шесть датчиков давления и шесть датчиков угла поворота электрически связаны с контроллером, который, в свою очередь, электрически связан с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым пропорциональными пневмораспределителями, первым, вторым и третьим трехлинейными двухпозиционными пневмораспределителями, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым двухлинейными двухпозиционными распределителями.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для улучшения способности ходить. Терапевтический тренажер содержит ограничивающее крепление для тела, верхнюю дугу, нижнюю дугу, по меньшей мере один опорный стержень и несколько роликов.

Грузовой экзоскелет, спинной карданный узел и кольцевой кардан грузового экзоскелета // 2563209

Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использовано в туризме, спорте, при проведении спасательных и армейских операций, и направлено на увеличение коэффициента отношения массы переносимого груза к собственной массе экзоскелета при улучшенной эргономичности конструкции.

Тренажер для обучения ходьбе // 2560511

Изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для восстановления утраченных по каким-либо причинам или неразвитых навыков ходьбы, то есть для реабилитации пациентов с нарушением двигательных функций.

Тазобедренный сустав экзоскелета // 2549015

Изобретение относится к медицине. Тазобедренный сустав экзоскелета содержит поясничный ремень для крепления тазобедренного сустава к поясу человека, прикрепленный к поясничной пластине, с которой соединен кронштейн, имеющей форму лодочки, скрепленный болтами с вилкой.

Способ коррекции нарушений позы и ходьбы при дцп // 2539401

Изобретение относится к медицине, неврологии, реабилитации и может быть использовано для коррекции нарушений позы и ходьбы у больных ДЦП. Проводят пневмомеханическую стимуляцию опорных зон стоп правой и левой ног, которую осуществляют механическим давлением в импульсном режиме на пяточную и плюсневую опорные зоны.

Коленный шарнир экзоскелетона // 2506932

Изобретение относится к медицине. Коленный шарнир экзоскелетона содержит роликовую обгонную муфту 1 с поводковой вилкой 2, электродвигатель 10, нормально замкнутый управляемый выключатель 12, выключатель 13, установленный на валу 7 голенного звена 8 датчик момента 29, управляемый переключатель 14, резистор 15, первый 22, второй 23, третий 28 и четвертый 31 пороговые элементы, датчик 24 угла относительного поворота бедренного 5 и голенного 8 звеньев экзоскелетона, элемент «И» 30, задатчик 26 требуемого угла фиксации коленного шарнира, элемент сравнения 27.

Способ для коррекции равновесия при атактических синдромах // 2496463

Изобретение относится к лечебно-восстановительной медицине, неврологии. Выполняют вестибулокоррегирующие упражнения с нагрузкой на координаторные структуры пациента за счет дозированного выведения центра тяжести пациента за пределы площади опоры с удержанием предмета с сохранением при этом равновесия.

Экзоскелетон инвалида // 2493805

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть использовано для осуществления ходьбы и реабилитации инвалида с нарушенным опорно-двигательным аппаратом.

Простая конструкция компенсации веса человека при ходьбе и беге // 2489130

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для реабилитации инвалидов и в быту. .

Многофункциональный медицинский и спортивный тренажерный комплекс гросса // 2474409

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к реабилитационной и спортивной технике, и может быть использовано для создания вариативных (от облегченных до нагрузочных) условий при реабилитации после черепно-мозговых и спинно-мозговых травм человека, после различных заболеваний опорно-двигательного аппарата или детского церебрального паралича.

Экзоскелет // 2567589

Изобретение относится к медицине. Экзоскелет содержит одетый на человека корсет, траверсу, вмонтированную в него, закрепленную на тазобедренной части, опирающуюся своими концами на составленные из звеньев опорные стойки, башмаки, связанные со стойками, шарниры и упорные подшипники, размещенные на траверсе и башмаках, в которых вращаются цапфы кривошипов, установленных на концах стоек, ведущий вал, вращающийся в установленном на траверсе шарнире, механизм синхронного поворота кривошипов, соединенный посредством рычагов с мышцами человека, являющимися приводом, и дополнительный привод с блоком питания. На верхних и нижних звеньях стоек размещены шарниры и упорные подшипники, в них вращаются шейки кривошипов. Шейки кривошипов между собой соединены гибкими валами. Звенья стоек соединены посредством шарниров, снабженных механизмами поворота, которые соединены гибкими валами с помощью пульта управления с мышцами и дополнительным приводом. Траверса с башмаками связана упругими муфтами и демпферами. Изобретение обеспечивает возможность снижения нагрузки на суставы и увеличения силы и выносливости, а при нарушении опорно-двигательного аппарата и при отсутствии ног ходить, садиться и вставать. 6 ил.

Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой // 2582629

Изобретение относится к области машиностроения, экзоскелетонов и медицинской техники. Оно может быть использовано в системах защиты от крутильных колебаний в различных механизмах. Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой включает в себя наружный корпус с направляющими (5) заданной формы и подвижный относительно него вал, связанный с корпусом посредством упругих элементов (4), которые контактируют с направляющими (5), причем форма направляющих такова, что реакции, возникающие при контакте упругих элементов (4) с направляющими (5), создают заданный восстанавливающий момент. Технический результат: создание упругого шарнира, создающего заданный восстанавливающий момент сил. 4 ил., 1 табл.

Способ задания желаемых траекторий движения экзоскелета для передвижения пользователя с нарушением функций опорно-двигательного аппарата, устройство содействия ходьбе этого пользователя и способ управления этим устройством // 2598124

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам задания желаемых траекторий движения экзоскелета и способам управления устройствами в заранее определенных режимах. Способ задания желаемых траекторий движения экзоскелета для передвижения пользователя с нарушением функций опорно-двигательного аппарата, устройство содействия ходьбе этого пользователя и способ управления этим устройством обеспечивают возможность ходьбы в заранее определенных режимах движения пользователей с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей при нормальном функционировании верхних конечностей и верхней части корпуса. Изобретения обеспечивают возможность передвижения пользователей с паттерном ходьбы, близким к паттерну ходьбы человека без нарушения функций опорно-двигательного аппарата, при этом предоставляя пользователю с пульта управления самостоятельно изменять режим движения и такие параметры ходьбы, как длина шага, высота подъема ноги и темп ходьбы. Устройство содержит носимую пользователем часть, включающую моторизованный экзоскелет нижних конечностей, оснащенный устройством управления, реализованным в бортовом контроллере экзоскелета, и не носимую часть, включающую внешний компьютер ассистента-специалиста и систему определения параметров желаемых траекторий движения экзоскелета в декартовой системе координат. При этом управляющие сигналы на приводы экзоскелета формируются с учетом масс-инерционных характеристик сегментов тела пользователя и элементов экзоскелета и требований к качеству управления. Использование изобретений позволяет расширить функциональные возможности управления экзоскелетом. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Аппарат помощи при ходьбе пользователю с нарушением опорно-двигательных функций // 2620500

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к аппаратам помощи при ходьбе пользователю с нарушением опорно-двигательных функций, не имеющему возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей при нормальном функционировании верхних конечностей и верхней части корпуса. Аппарат обеспечивает возможность самостоятельного передвижения человека по ровной и неровной горизонтальной и наклонной опорной поверхности, а также по лестничным маршам и переход через препятствия. Аппарат помощи при ходьбе содержит левую и правую ручные опоры и экзоскелет нижних конечностей. Экзоскелет содержит тазовое звено, левую и правую ножные опоры, каждая из которых, в свою очередь, содержит бедренное звено, голенное звено и нижнее звено в виде стопы, и тазобедренные, коленные и голеностопные шарнирные соединения, предназначенные для соединения между собой соответствующих смежных звеньев аппарата. При этом тазобедренные и коленные шарнирные соединения обеспечивают возможность вращения соответствующих звеньев в сагиттальной плоскости, а каждое из голеностопных шарнирных соединений выполнено с возможностью вращения стопы вокруг трех осей координат. Аппарат также содержит: элементы крепления к частям тела пользователя, установленные на каждом из звеньев; датчики угла поворота каждого из шарнирных соединений, обеспечивающие информацию об относительных поворотах звеньев аппарата; датчики угла наклона торса; датчики силы реакции стопы каждой ножной опоры в вертикальном и продольном направлениях; блок управления аппаратом с пультом задания режимов работы; и систему питания. Датчик угла наклона торса обеспечивает информацию о наклоне торса пользователя относительно вертикальной оси, посредством измерения угла наклона в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Блок управления аппаратом с пультом задания режимов работы предназначен для сбора измеренных сигналов со всех упомянутых выше датчиков и формирования сигналов управления для выполнения движения, выбранного пользователем из набора заранее предопределенных действий с пульта задания режимов работы аппарата. При этом блок управления аппаратом выполнен с возможностью сбора измеренных сигналов и формирования сигналов управления для выполнения движения на основе полученных данных с датчиков об угле наклона торса во фронтальной плоскости и силе реакции стопы каждой ножной опоры в продольном направлении, а также формирования сигналов управления для выполнения движения с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелета. Изобретение обеспечивает повышение безопасности пользователя, расширение функциональных возможностей аппарата и улучшение эргономических характеристик аппарата. 41 з.п. ф-лы, 49 ил.

Устройство и способы лечения неврологических расстройств // 2630613

Группа изобретений относится к медицине, неврологии, касается устройств и способов лечения пациентов с нарушением функций нижних конечностей в результате неврологических расстройств: острого нарушения мозгового кровообращения, ишемического, геморрагического инсульта, травмы, гипоксии мозга, церебрального паралича, болезни Паркинсона, рассеянного склероза, повреждения спинного мозга, болезни Шарко-Мари-Тута, синдрома Гийена-Барре, полиомиелита. Способы включают следующие этапы. Прикрепляют устройство к стопе пациента, где устройство содержит средства прикрепления к стопе, опорный элемент, функционально прикрепленный к средствам прикрепления, выполненные с возможностью перемещения передний и задний выступы, которые также выполнены с возможностью взаимодействия с землей. Выступы имеют в любых комбинациях: выпуклость А с основным диаметром 70-100 мм и высоту, представляющую собой перпендикулярную линию, соединяющую верхнюю точку и основание, составляющую 10-13 мм, выпуклость В с основным диаметром 70-100 мм и высоту, представляющую собой перпендикулярную линию, соединяющую верхнюю точку и основание, составляющую 14-16 мм, выпуклость С с основным диаметром 70-100 мм и высоту, представляющую собой перпендикулярную линию, соединяющую верхнюю точку и основание, составляющую 16-18 мм, выпуклость D с основным диаметром 70-100 мм и высоту, представляющую собой перпендикулярную линию, соединяющую верхнюю точку и основание, составляющую 19-22 мм. Калибруют выступы с обеспечением сбалансированного положения, которое включает положение, в котором устройство обеспечивает сниженную инверсию, сниженную эверсию или как сниженную инверсию, так и сниженную эверсию стопы пациента в ходе опорных фаз. Прикрепляют выступы к опорному элементу, осуществляя лечение пациента, страдающего от неврологического расстройства, с обеспечением пациенту возможности ходить. Калибровка включает регулирование упругости переднего, заднего или обоих выступов, их жесткости, эластичности, в любой комбинации, балансировку в момент подъема на носки, высоты одного или обоих выступов, выпуклости, веса или любой их комбинации. Сбалансированное положение может включать положение, в котором устройство придает стопе пациента сниженный вальгусный, варусный, дорсальный или плантарный момент в области лодыжки. Выступы могут быть закреплены на опорном элементе с возможностью перемещения и иметь поперечное сечение конической формы: в виде круглой, эллиптической, параболической или гиперболической форм. При этом улучшение неврологического управления у пациента включает улучшение таких показателей походки пациента, как: скорость, длина шага, опора на одну конечность, стабильность, или комбинация этих показателей. Изобретения обеспечивают улучшение, восстановление неврологического управления у пациента с вышеперечисленными нарушениями. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 13 ил., 5 табл., 5 пр.

Тренажёр для формирования и совершенствования навыков ходьбы // 2630618

Изобретение относится к медицине. Тренажер для формирования и совершенствования навыков ходьбы включает основание, пружинные устройства и платформы, выполненные в форме отпечатков следов с противоскользящим покрытием. Основание выполнено в виде щита, в котором выбраны цилиндрические углубления-ниши, расположенные вперемежку по левой и правой стороне щита с имитацией постановки подошвенной поверхности стоп при ходьбе. Продольное расстояние между углублениями соответствует длине шага. Каждое пружинное устройство выполнено из пружины, один конец которой впрессован в верхнюю внутреннюю муфту, а другой - в нижнюю внутреннюю муфту. Нижняя внутренняя муфта установлена в углубление-нишу и прикреплена к щиту. Каждая пружина выполнена с максимальной силой сжатия не менее 1500 Н и не более 1800 Н. Платформы выполнены с прикрепленными к тыльной поверхности наружными муфтами, имеющими возможность поворота и фиксации винтами относительно верхних внутренних муфт пружинного устройства. Упругость пружин дает возможность изменения наклона опорной поверхности платформ не менее 2°, не более 7°. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы тренажера за счет формирования навыков ходьбы в условиях, приближенных к естественным. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Голенное звено ортеза или экзоскелета // 2635760

Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использовано в медицине, в частности травматологии и ортопедии, а также туризме, спорте, спасательном и армейском оборудовании за счет применения в различных конструкциях ортезов нижних конечностей и экзоскелетов как активных, так и пассивных. Голенное звено ортеза или экзоскелета содержит опорный элемент, первый рычаг, второй рычаг, первую стойку, вторую стойку и опору ступни. Опорный элемент предназначен для соединения с голенью ноги человека-носителя. Первый рычаг установлен на опорном элементе с возможностью поворота. Второй рычаг имеет два плеча и установлен на опорном элементе с возможностью поворота. Первая стойка верхним концом шарнирно соединена с первым рычагом и первым плечом второго рычага. Вторая стойка верхним концом шарнирно соединена со вторым плечом второго рычага. Опора ступни соединена первой боковой стороной с нижним концом первой стойки и второй боковой стороной с нижним концом второй стойки при помощи шарниров, имеющих, по крайней мере, две степени свободы. Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала технических средств голенных звеньев для ортезов и экзоскелетов за счет увеличения нагрузочной способности и устойчивости оператора, кроме того, техническим результатом также является повышение безопасности человека-оператора за счет обеспечения движения вокруг осей, проходящих через центр голеностопного сустава оператора. 11 з.п. ф-лы, 17 ил.

Устройство для обучения ребенка ходьбе (варианты) // 2636184

Изобретения относятся к устройствам для обучения детей ходьбе и могут использоваться, в частности, для обучения ходьбе детей с задержкой в развитии и детей, страдающих болезнями опорно-двигательного аппарата, в том числе больных детским церебральным параличом. Устройство для обучения ребенка ходьбе содержит П-образную ручку, концы которой прикреплены к концам боковых ограничителей посредством одних узлов регулирования и фиксации угла поворота. Другие концы боковых ограничителей посредством других узлов регулирования и фиксации угла поворота соединены с детским поручнем. Устройство для обучения ребенка ходьбе также снабжено по меньшей мере одним соединительным элементом, который верхней частью присоединен к детскому поручню, а нижней частью присоединен к элементу качения. В соответствии со вторым вариантом выполнения устройства боковые ограничители являются боковыми элементами П-образной рамки. Поперечный элемент П-образной рамки является детским поручнем. По меньшей мере один соединительный элемент верхней частью посредством по меньшей мере одного другого узла регулирования и фиксации угла поворота присоединен к П-образной рамке, а нижней частью присоединен к элементу качения. В соответствии с третьим вариантом выполнения устройства другие концы боковых ограничителей посредством других узлов регулирования и фиксации угла поворота соединены с рамкой, поперечный элемент рамки является детским поручнем, а боковые элементы рамки являются соединительными элементами, концами соединенными с элементом качения. Технический результат, достигаемый при реализации изобретений, заключается в повышении удобства эксплуатации, которое достигается за счет: обеспечения боковой страховки ребенка, повышения устойчивости заявленного устройства, повышения удобства хвата ручки, улучшения обзора для ребенка. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.

Аппарат помощи при ходьбе с системой определения желательных параметров шага в среде с препятствиями // 2636419

Аппарат относится к относится к медицинской технике, а именно к аппаратам помощи при ходьбе людей с ограниченными двигательными возможностями. Аппарат содержит левую и правую ручные опоры, снабженные инклинометрами и тактильными датчиками, смонтированными на опорных концах опор, и экзоскелет нижних конечностей, содержащий тазовое звено, левую и правую ножные опоры, каждая из которых содержит бедренное звено, голенное звено и нижнее звено в виде стопы, тазобедренные, коленные и голеностопные шарнирные соединения, элементы крепления к частям тела пользователя, установленные на каждом из звеньев, по одному датчику угла поворота и одному датчику угловой скорости каждого из шарнирных соединений, датчик угла наклона торса, стереокамеру, смонтированную на экзоскелете и выполненную с возможностью формирования матрицы данных о дальности до объектов в поле зрения стереокамеры, датчик силы реакции стопы каждой ножной опоры в вертикальном направлении, систему питания и блок управления аппаратом с пультом задания режимов работы, систему питания. При этом дополнительно первая и вторая линейки светоизлучающих маркерных элементов с заранее заданными и несовпадающими цветами излучения и заранее заданными расстояниями до опорных концов ручных опор, смонтированы на левой и правой ручных опорах. Каждый из голеностопных шарнирных соединений выполнен с возможностью вращения стопы вокруг трех осей координат. Датчики силы реакции стопы каждой ножной опоры выполнены с возможностью измерения силы реакции стопы каждой ножной опоры дополнительно в продольном направлении. Стереокамера выполнена с возможностью формирования матрицы данных о цвете элементов изображения объектов в поле зрения стереокамеры, которая смонтирована на экзоскелете с возможностью обеспечения попадания в поле зрения стереокамеры части ручной опоры с размещенными на ней маркерными элементами. Блок управления аппаратом выполнен с возможностью формирования данных о желаемых геометрических параметрах шага - желаемой длине шага и желаемой высоте подъема пятки экзоскелета, и формирования сигналов управления для выполнения движения с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелета. Использование изобретения позволяет обеспечить возможность самостоятельного передвижения человека по горизонтальной и наклонной опорной поверхности, а также вверх и вниз по лестничным маршам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней и переход через препятствия с заранее неизвестными высотой и протяженностью. 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Система обучения ходьбе // 2636876

Изобретения относятся к медицинской технике. Система обучения ходьбе содержит ленточный транспортер, на котором ходит обучаемый, пару опор, датчик для измерения состояния наличия ноги на опоре и управляющее устройство. Опоры расположены на обеих сторонах ленточного транспортера - по одной опоре на каждой стороне, чтобы позволить помощнику поставить на них каждую ногу. Управляющее устройство сконфигурировано для определения на основе результата измерения от датчика, находятся ли на опоре три ноги или более, и выполнения управления, когда управляющее устройство определяет, что находятся три ноги или более. В альтернативном варианте осуществления изобретения датчик сконфигурирован для измерения состояния наличия ноги на ленточном транспортере, а управляющее устройство - для определения на основе результата измерения от датчика, находятся ли на ленточном транспортере три ноги или более, и выполнения управления, когда управляющее устройство определяет, что находятся три ноги или более. Достигается повышение точности определения состояния потери равновесия у обучаемого или помощника во время обучения ходьбе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 24 ил.