УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКЗОСКЕЛЕТОМ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к приспособлениям, помогающим ходьбе в заранее предопределенных режимах движения экзоскелета пользователей с нарушением функций опорно-двигательного аппарата. Полезная модель может применяться при проведении реабилитационно-восстановительных процедур.
Известен комплект костылей пользователя моторизованного экзоскелета (заявка на изобретение №US 2013/0158445 А1, опубл. 20.06.2013), содержащих опорные корпусы, выполненные с возможностью регулирования их продольных размеров и снабженные опорными рукоятками, при этом первый костыль содержит микроконтроллер и первый аккумулятор, соединенные между собой, а также приемопередатчик и кнопки органов управления «Вкл/Выкл», «Старт/Стоп» и «Режим движения», подключенные к первому, второму, третьему и, соответственно, четвертому портам микроконтроллера, причем кнопки «Вкл/Выкл», «Старт/Стоп» и «Режим движения» смонтированы в опорной рукоятке первого костыля, экзоскелет выполнен с возможностью прикрепления к пользователю и включает корпус и ножные опоры, содержит второй аккумулятор, смонтированный в корпусе или в ножных опорах экзоскелета, первую часть распределенной вычислительной сети, включающую в том числе головной контроллер, смонтированный в корпусе или в ножных опорах экзоскелета, при этом вторая часть распределенной вычислительной сети включает микроконтроллер, при этом обе части бортовой вычислительной сети соединены между собой беспроводным каналом связи, а сам экзоскелет выполнен с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости в заранее предопределенных режимах движения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является комплект костылей пользователя моторизованного экзоскелета (RU 2598058 С1, опубл. 16.08.2011), содержащий регулируемые по длине костыли с опорными рукоятками, снабженными аккумулятором и органами управления, подключенными к портам микроконтроллера, расположенного в первом костыле, соединенного с головным контроллером, расположенным в корпусе или ножных опорах экзоскелета беспроводным каналом связи.
Недостатком устройства, реализуемого в рассмотренном техническом решении, принятом за прототип, является то, что в упомянутом комплекте пациент манипулирует кнопками управления, причем по ходу процедуры ему необходимо обращать внимание на показания индикатора, что также отвлекает его внимание от процесса реабилитации. Кроме того, не предусмотрена возможность самостоятельного поворота пациента. Эти обстоятельства обуславливают низкую безопасность пациента при самостоятельной ходьбе в экзоскелете.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является дальнейшее совершенствование реабилитационного процесса, заключающееся в приближении условий ходьбы в экзоскелете к естественным, сопровождаемым естественными усилиями рук и других частей тела, что обеспечивает удобство и безопасность.
Для достижения указанного технического результата предлагаемое устройство предполагает то, что пациент, манипулируя органами управления, расположенными на рукоятке костыля, дополнительно естественным или целенаправленным образом воздействует и на сам костыль, вследствие чего упругая деформация костыля воспринимается тензодатчиками, контролирующими степень и направление упругой деформации костыля в соответствии с естественными движениями и целенаправленными воздействиями рук пациента и в совокупности с показаниями датчика касания микроконтроллер формирует команды управления экзоскелетом, информация о которых отображается индикатором костыля, а также по беспроводному каналу связи передается головному контроллеру, расположенному в корпусе или ножных опорах экзоскелета.
На фиг. 1 схематически показаны элементы костыля, связанные с экзоскелетом беспроводным каналом связи. На фиг. 2 приведен общий вид рукоятки костыля с размещенными на ней датчиком касания, тензодатчиками, контролирующими степень и направление упругой деформации костыля в соответствии с естественными движениями и целенаправленными воздействиями рук пациента и индикатором.
Костыль пользователя экзоскелета содержит корпус 1 с опорной рукояткой 2. На корпусе 1 располагается электронный блок 3, внутри которого размещены аккумулятор 4, микроконтроллер 5 с встроенным беспроводным каналом связи 6 и портами для подключения тензодатчиков 7, контролирующих степень и направление упругой деформации костыля в соответствии с естественными движениями и целенаправленными воздействиями рук пациента, через аналого-цифровой преобразователь 8, а также датчика касания 9. К микроконтроллеру 5, наряду с датчиком касания 9, подключен и размещен на поверхности опорной рукоятки звуковой индикатор 10. Беспроводной канал связи 6 соединяет микроконтроллер 5 с головным контроллером 11, расположенным в корпусе или ножных опорах экзоскелета.
Управление экзоскелетом нижних конечностей реализуется предложенным устройством и осуществляется следующим образом: после касания руки пациента датчика касания 9, микроконтроллер 5 переходит в активный режим и включает питание костыля 1, устанавливает связь с головным контроллером 11 по беспроводному каналу связи 6 и оповещает пациента через индикатор 10 об установленной связи. Выход из активного режима производится по таймеру микроконтроллера 5, спустя некоторое время после прекращения манипуляций с костылем. При манипуляции пациента с костылем 1 на выходах тензодатчиков 7 возникают электрические сигналы, свидетельствующие о величине и последовательности нажатия пациента на костыль 1 и направлении движения пациента, в том числе повороты, которые через АЦП 8 поступают в микроконтроллер 5 и далее по беспроводному каналу связи 6 в головной контроллер 11, где дешифруются и управляют работой экзоскелета. Сигналы о командах, определяющих режимы работы экзоскелета, поступают от микроконтроллера 5 на индикатор 10 в виде звуковых сигналов.
Предложенное устройство управления экзоскелетом нижних конечностей, расширяющее возможности управления экзоскелетом, значительно упрощает пациенту процесс реабилитации, приближает этот процесс к естественным условиям ходьбы, включая повороты, повышая тем самым удобство и безопасность пациента, что говорит о достижении цели изобретения и решении технической задачи.