Пассивный экзоскелет для поддержки спины и рук

Полезная модель относится к устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенным для усиления физических возможностей человека, а также повышения безопасности при работе в условиях тяжелого физического труда. Пассивный экзоскелет для поддержки спины и рук может быть использован в автомобильной и тяжелой промышленностях, в машиностроении, при выполнении складских и строительных работ, при оказании сервисных услуг и прочее. В частности, при удержании рук с ручным инструментом или предметами в поднятом состоянии продолжительное время, для уменьшения нагрузки на мышцы рук и плечевого пояса при работе с грузом, который необходимо поднимать выше пояса, а также для оказания профилактического воздействия на позвоночник человека.
Известен пассивный экзоскелет, включающий корсет, соединяющий грудную и поясничную опоры, опору для бедер, опорную пластину в области позвоночника, расположенную между грудной и поясничной опорами, нагрудные регулирующие стропы, эластомеры, соединенные с опорой для бедер, между эластомерами и нагрудными регулирующими стропами установлены стропы, один конец каждой из которых жестко закреплен с опорной пластиной, а другой конец через блок соединен с нагрудными регулирующими стропами, также установлены наплечные и нагрудные размерные регуляторы, а с внутренней стороны корсета в области опорной пластины установлены подушки из мягкого перфорированного материала, кроме того, опорная пластина выполнена перфорированной с U-образным изгибом в области поясничной опоры (см. пат. РФ №198841, А61Н 3/00, A61F 5/03).
Недостатком данного экзоскелета является его невысокие эксплуатационные свойства в виду невозможности обеспечить одновременную разгрузку спины и поддержку рук при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство для поддержки рук, содержащее направляющие регулировочные стропы, закрепленные на набедренном поясе, тяги, шарнирно соединенные набедренным поясом с одной стороны и через коромысла с рычагами с другой стороны, эластомеры, соединенные с коромыслами с одной стороны и с тягами с другой, причем рычаги закреплены на подплечевых манжетах (см. заявка Германии DE 102017112436, А61Н 1/02, A61F 5/02).
Недостатком данного экзоскелета является его невысокие эксплуатационные свойства в виду невозможности обеспечить одновременную поддержку рук и разгрузку спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса с регулировкой усилия поддержки на каждую руку. Кроме того, известный экзоскелет обусловлен недостаточным позиционированием на теле человека, что приводит к его перемещению по телу человека и, как следствие, ограничению движений рук в наивысшую точку при их поднятии вверх и в крайние точки при разведении рук в стороны.
Техническая проблема известных технических устройств заключается в невысоких эксплуатационных свойствах, обусловленных невозможностью обеспечить одновременную поддержку рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку и разгрузку спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что пассивный экзоскелет содержит направляющие регулировочные стропы, тяги и эластомеры. Направляющие регулировочные стропы закреплены на набедренном поясе. Тяги шарнирно соединены с набедренным поясом с одной стороны и через коромысла с рычагами с другой стороны. Эластомеры соединены с коромыслами с одной стороны и с тягами с другой. Рычаги закреплены на подплечевых манжетах. Экзоскелет снабжен жилетом с поддерживающим элементом в области спины, включающим грудной пояс. Направляющие регулировочные стропы соединены с набедренным поясом через шарниры тяг, а их свободные концы закреплены на жилете, выполненном из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Поддерживающий элемент жилета выполнен в виде упругой пластины с U-образным изгибом, размещенной в области поясничного отдела спины. Подплечевые манжеты выполнены с демпфирующими вставками из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Эластомеры выполнены наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в обеспечении одновременной поддержки рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку, плечевого пояса и разгрузки поясничной области спины человека при выполнении работ, связанных с удержанием рук выше груди с/без груза продолжительное время и/или поднятием/опусканием груза (с поднятием его выше груди) в рамках его трудовых обязанностей, что приводит к улучшению эксплуатационных свойств экзоскелета.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 схематично изображен пассивный экзоскелет, вид сзади;
на фиг. 2 - вид сбоку;
на фиг. 3 - вид спереди.
Пассивный экзоскелет для поддержки рук и спины содержит направляющие регулировочные стропы 1, тяги 2 и эластомеры 3. Направляющие регулировочные стропы 1 закреплены на набедренном поясе 4. Тяги 2 направлены в сторону плеч, шарнирно соединены с набедренным поясом 4 с одной стороны и через коромысла 5 с рычагами 6 с другой стороны. Эластомеры 3 соединены с коромыслами 5 с одной стороны и с тягами 2 с другой. Рычаги 6 закреплены на подплечевых манжетах 7 посредством подшипников (на фиг. не показаны). Экзоскелет снабжен жилетом 8 с упругой пластиной 9 в поясничной области спины, включающим грудной пояс 10. Направляющие регулировочные стропы 1 соединены с набедренным поясом 4 через шарниры 11 тяг 2, а их свободные концы закреплены в грудном отделе на жилете 8, выполненном из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами, посредством застежки 12. Набедренный пояс 4 снабжен брюшной подушкой 13 и выполнен с возможностью регулировки объема посредством застежек 14. Упругая пластина 9 в области поясничного отдела спины выполнена с U-образным изгибом (на фиг. не показан). Подплечевые манжеты 7 выполнены с возможностью регулировки объема руки посредством регулировочных строп (на фиг. не показаны) и с демпфирующими вставками (на фиг. не показаны) из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Эластомеры 3 выполнены наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку от 2 до 8 кг. Такое конструктивное выполнение заявляемой полезной модели позволяет одновременно обеспечить поддержку рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку, плечевого пояса и разгрузку поясничной области спины человека при выполнении работ, связанных с удержанием рук выше груди продолжительное время с грузом или без и/или поднятием/опусканием груза (с поднятием его выше груди).
Пассивный экзоскелет для поддержки рук и спины работает следующим образом.
При возникновении нагрузки на руки человека происходит приложение вертикально направленной силы в плечевую область руки за счет использования коромысел 5. С одной стороны коромысла 5 соединены с рычагами 6, закрепленными в плечевой зоне человека на подплечевых манжетах 7 посредством подшипников. С другой стороны коромысла 5 закреплены с тягами 2 и эластомерами 3, которые с другой стороны соединены с тягами 2. Коромысла 5 расположены в лопаточной зоне человека посредством тяг 2, направленных в сторону плеч и соединенных с набедренным поясом 4 экзоскелета посредством шарниров 11, обеспечивающих свободу перемещения тяг 2 для комфортного движения экзоскелета. Эластомеры 3 находятся в предварительно напряженном (натянутом) состоянии, что позволяет обеспечить подъемную силу рукам через коромысла 5. При опускании руки происходит изменение приложения точки возвращающей силы, обеспечивающее уменьшение подъемной силы на плечевую зону человека, что позволяет комфортно работать с опущенной вниз рукой. Усилие на коромысло 5 можно регулировать за счет эластомеров 3, выполненных наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку. Набор из нескольких эластомеров может обеспечить регулировку усилий от 2 до 4 кг каждый, тем самым можно выполнить составной эластомер 3 с усилием от 2 до 8 и более кг на каждую руку. Жилет 8 служит внешней усиливающей конструкцией для естественного мышечного каркаса человека. Он позволяет эффективно закрепить экзоскелет на теле человека, обеспечивая при этом свободу движению рук. При работе с поднятыми руками, нагруженными инструментом, давление, создающее изгибающий момент на позвоночник человека, компенсируется за счет упругой пластины 9 с U-образным изгибом в области поясницы, тем самым повышая безопасность работы человека.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить эксплуатационные свойства пассивного экзоскелета за счет одновременного обеспечения поддержки рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку и разгрузки спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.