Устройство управления движениями конечностей экзоскелетона

 

оп е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик »I721092 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.04.77 (21) 2475692/28-13 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл .

А 61 F 1/00

Гееударствеииый комитет

СССР по девам изобретений и открытий (53) УДК 615.471:

:616-08:616-009.2 (088. 8) Опубликовано 15.03.80. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 25.03.80 (72) Авторы изобретения

В. Г, Остапчук, В. А. Богданов и В. С. Гурфинкель (71) Заявитель Институт проблем передачи информации АН СССР (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ

КОНЕЧНОСТЕЙ ЭКЗОСКЕЛЕТОНА

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к средствам, обеспечивающим перемещение больных, потерявших способность самостоятельного передвижения.

Известно устройство управления движениями конечностей экзоскелетона, содержащее аккумулятор, коленный шарнир и шарнирно закрепленную стопу (1).

Однако в данном устройстве накопление энергии происходит за счет сил реакции опоры, осуществляющих в фазе опоры перекос коромысла и запасающих энергию в аккумуляторе, что требует дополнительных энергозатрат со стороны больного и может быть осуществлено лишь при сохранении подвижности в тазобедренном суставе в сторону разгибания. Кроме того, выбор тяг определенных размеров и упругих элементов заданной жесткости требует совершения определенной кинематики движения (шагания) в фазе опоры для обеспечения заряда аккумулятора и не позволяет регулировать количество энергии, запасаемой в аккумуляторе, и длительность отдачи энергии на движение в шарнире.

Это не позволяет перестроить в процессе ходьбы темп и длину шага.

Целью изобретения является уменьшение энергозатрат больного при ходьбе и обеспечение возможности изменения темпа и

5 длины шага.

Цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены электропривод в виде электродвигателя постоянного тока с редуктором, три электромагнитные муфты, 1О программирующий блок, схема сравнения, датчик накопленной аккумулятором энергии, выполненный в виде пороговой схемы измерения тока якоря электродвигателя, тактильный датчик, установленный в стопе, и, тазобедренный шарнир, причем электроприпривод, первая электромагнитная муфта, аккумулятор, вторая электромагнитная муфта и тазобедренный шарнир соединены механически последовательно, вход электропривода соединен с первым выходом схемы зп сравнения, второй выход которой соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, второй выход электропривода соединен с датчиком накопленной аккумулятором энергии, выход которого соединен с первым

721092

3 входом схемы сравнения, второй вход которои соединен с первым выходом программирующего блока, второй выход которого соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, а третий — со вторым входом второй электромагнитной муфты, первый выход тактильного датчика соединен со входом третьей электромагнитной муфты, механически связанной с шарниром колена, а второй выход — со входом программирующего блока.

На чертеже изображена блок-схема уст- <о ройства управления движениями конечностей экзоскелетона (дано для одной конечности) .

Устройство содержит электропривод 1, три электромагнитные муфты 2 — 4, аккумулятор 5, программирующий блок 6, схему

7 сравнения, датчик 8 накопленной энергии, тактильный датчик 9, тазобедренный и коленный шарниры 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Настраивают программирующий блок 6 на заданные величины энергии аккумулятора 5 и длительность отдачи энергии, а датчик 8 накопленной аккумулятором энергии-на пороговое значение тока ly электропривода 1 так, чтобы выполнялось условие

1 Q 7IPH 1ф Т 1 при 1н =1о,, где !н — номинальный ток электродвигателя электропривода в отсутствии нагрузки на валу. Пусть в начальный момент времени энергия, накопленная аккумулятором 5, зв равна нулю, н следовательно, си г;-гал датчика 8 равен нулю. На выходе схемы сравнения появляется сигнал, включающий элект ропривод 1 и электромагнитную муфту 2.

По мере работы электропривода энергия в аккумуляторе возрастает. При этом ток якоря электродвигателя растет из-за увеличения нагрузки на валу. В случае превышения величины тока программного значения сигнал с выхода схемы 7 сравнения становится равным нулю, электропривод останавливается, электромагнитная муфта 2 обесточивается, отсоединяя аккумулятор от электропривода.

Таким образом, в аккумуляторе оказывается запасенным заданное количество энергии, и устройство готово к формированию фазы переноса.

Для того, чтобы перенести ногу, больной с помощью рук и костылей наклоняет свое туловище вперед, образуя опорный треугольник из двух костылей и опорной ноги.

При перемещении туловища вперед, нагрузка с другой ноги снимается, что приводит к срабатыванию тактильного датчика 9, сигнал которого включает программирующий блок 6. Последний включает электромагнитную муфту 3, подключая аккумулятор к тазобедренному шарниру 10 на программно выбранное время. Одновременно с этим сигI нал датчика 9 отключает электромагнитную муфту 4, обеспечивающую фиксацию коленного шарнира 11, который освобождается.

Энергия аккумулятора приводит к сгибанию ноги в тазобедренном шарнире при одно-, временном сгибании за счет сил инерции в коленном шарнире. По окончании разряда программный блок отключает аккумулятор от тазобедренного шарнира, обесточивая муфту 3, и подключает его вновь к электроприводу 1, обеспечивая накопление энергии для следующего шага.

Остальное время фазы переноса нога движется по инерции и по мере торможения за счет сил веса в тазобедренном шарнире в коленном шарнире начинается разгибание, и"нога выносится вперед.

Фаза переноса заканчивается при достижении конечностью опорной поверхности.

При этом срабатывает тактильный датчик 9, включающий электромагнитную муфту 4, что приводит к запиранию коленного шарнира.

Теперь больной может перенести вес на эту ногу и осуществить движение в фазе опоры.

При необходимости изменения в процессе ходьбы параметров шагания изменяют в программирующем блоке задаваемые значения запасаемой энергии и длительности отдачи энергии на движение в тазобедренном шарнире.

Таким образом, данное устройство позволяет посредством импульсного силового воздействия на тазобедренный шарнир обеспечить движение всей ноги экзоскелетона в фазе переноса с высокой степенью антропоморфности и перестраивать темп и длину шага в процессе ходьбы.

Формула изобретения

1. Устройство управления движениями конечностей экзоскелетона, содержащее аккумулятор, коленный шарнир, шарнирно закрепленную стопу, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат больного при ходьбе и обеспечения возможности изменения темпа и длины шага, в него введены электропривод, три электромагнитные муфты программирующий блок, схема сравнения, датчик накопленной аккумулятором энергии, тактильный датчик, установленный в стопе, и тазобедренный шарнир, причем электропривод, первая электромагнитная муфта, аккумулятор, вторая электромагнитная муфта и тазобедренный шарнир соединены механически последовательно, вход электропривода соединен с первым выходом схемы сравнения, второй выход которой соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, второй выход электропривода соединен с датчиком накопленной аккумулятором энергии, выход которого соединен с первым

721092

Составитель С. Малютина

Редактор Л. Батанова Техред К. Шуфрич Корректор Ю. Макаренко

Заказ 23/4 Тираж 673 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал П ПП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом riporpàÌM11- рующего блока, второй выход которого соединен со вторым входом первой элейФромагнитной муфты, а третий — со вторым входом второй электромагнитной муфты, первый выход тактильного датчика соединен со входом третьей электромагнитной муфты, механически связанной с шарниром колена, а второй выход — со входом программирующего блока.

Ь

2. Устройство по п. 1, отличающееся

" тем, что датчик накопленный аккумулятором энергии выполнен в виде пороговой схемы измерения тока якоря электродвигателя электропривода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гур финкель В. С. Биодинамические принципы рационального йостроенйя"грейс: = откидных устройств 8 протезах бедра. Труды

ЦНИИПП, сб. № 3, 1949, с. 99 — 115.