МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ КРЕСЛО

Полезная модель относится к области медицины и психофизиологии и может использоваться для мониторинга функционального состояния человека и выявления патологических состояний по оценке позы сидящего человека, в том числе для диагностики состояния диспетчеров, операторов сложных комплексов, лиц опасных профессий, людей с ограниченными возможностями здоровья, а также для оптимизации позы сидящего человека и реабилитации инвалидов.
Известно многофункциональное кресло, предназначенное помимо функции сидения для оценки двигательной активности человека, выполненное силомоментным и содержащее неподвижные сиденье, спинку и два подлокотника, а также многокомпонентный тензодатчик, геометрический центр которого совмещен с центром координат многофункционального кресла (Кононов А.Ф., Хлабустин Б.И. Силомоментное кресло. Теоретические аспекты и принцип действия. «Известия ЮФУ. Технические науки», 2008, №6, с.199-201). Такое многофункциональное кресло в составе реабилитационно-диагностического комплекса позволяет проводить исследования развиваемых сидящим человеком сил и моментов и посредством биологической обратной связи проводить реабилитацию людей с двигательно-координаторными нарушениями. Однако его возможности существенно ограничены, поскольку регистрируется лишь часть сил и моментов, которая приложена непосредственно к многофункциональному креслу, не учитывается действие физиологических параметров и окружающей среды, а неподвижные элементы кресла не позволяют обеспечить эргономичных условий регистрации биомеханических сигналов и эффективно корректировать позу человека.
Известны и другие устройства, предназначенные в том числе для контроля и диагностики сидящего человека, например, в целях снижения утомляемости и нормализации работы органов и систем человека (например, SU 1801441 А1, 1993; RU 2068646 С1, 1996; RU 2247530 С2, 2005; RU 2255008 С2, 2005; US 4362151 А, 1982; US 6139109 А, 2000; DE 3443935 А1, 1986; FR 2741249 А1, 1997; JP 10118143 А, 1998; ЕР 0919161 А2, 1999; WO 2004/023970, 2004). Однако их возможности ограничены, что связано в основном с отсутствием элементов и узлов, обеспечивающих учет всех аспектов биомеханики опорно-двигательного аппарата, а также обратную связь для сбора информации и принятия решений по коррекции.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является многофункциональное кресло, содержащее опору, включающую размещенную вертикально снабженную регулятором-ограничителем телескопическую стойку с крестовиной в ее нижней части и прикрепленное к верхнему концу телескопической стойки горизонтальное основание с закрепленным на нем сиденьем, состоящим из двух подвижных частей, установленных с возможностью изменения их угла наклона относительно горизонтального основания, закрепленную на горизонтальном основании спинку и два подлокотника, каждый из которых состоит из закрепленной на горизонтальном основании направляющей и установленной на ней накладки (RU 2199258 С1, 2003). В этом многофункциональном кресле решается задача разгрузки позвоночного столба сидящего в кресле человека с учетом индивидуальных морфологических и функциональных асимметрий и, как следствие, нормализации работы органов и систем организма. В нем сиденье и спинка выполнены подвижными с возможностью изменения угла наклона их частей и положения по высоте, а подлокотники снабжены регуляторами их подъема и раздвижения.
Однако в этом устройстве не «очувствлены» поверхности, с которыми человек соприкасается в процессе сидения, не «очувствлены» также элементы окружающей среды, что не позволяет провести эффективную оценку и мониторинг психофизического состояния человека, т.е. такое многофункциональное кресло имеет недостаточную эксплуатационную эффективность.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании многофункционального кресла, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности многофункционального кресла.
Это достигается тем, что в многофункциональное кресло, содержащее опору, включающую размещенную вертикально снабженную регулятором-ограничителем телескопическую стойку с крестовиной в ее нижней части и прикрепленное к верхнему концу телескопической стойки горизонтальное основание с закрепленным на нем сиденьем, состоящим из двух подвижных частей, установленных с возможностью изменения их угла наклона относительно горизонтального основания, закрепленную на горизонтальном основании спинку и два подлокотника, каждый из которых состоит из закрепленной на горизонтальном основании направляющей и установленной на ней накладки, введены содержащие по меньше мере по три силометрических датчика первая и вторая силокоординатные платформы, каждая из которых закреплена на горизонтальном основании под соответствующей подвижной частью сиденья, третья и четвертая силокоординатные платформы, каждая из которых размещена под накладкой соответствующего подлокотника и пятая силокоординатная платформа, жестко соединенная со спинкой, и введен силомоментный датчик, закрепленный своим внешним опорным фланцем на телескопической стойке, а своим внутренним силовоспринимающим фланцем через прокладку присоединен к нижней части горизонтального основания, при этом силокоординатные платформы и силомоментный датчик электрически соединены с соответствующими входами электронного блока регистрации и предварительной обработки сигналов, выход которого соединен с персональной электронно-вычислительной машиной, содержащей программные модули регистрации входной информации, хранения исходных данных и их ретрансляции, анализа исходных данных, формирования базы обработанных данных, распознавания сигналов. Каждый из силометрических датчиков может содержать упругий элемент и соединенный с ним электромеханический преобразователь, выполненный преимущественно в виде тензорезистивного моста. Силомоментный датчик может быть выполнен в виде многокомпонентного приемника опорных реакций и содержать размещенные между внешним опорным фланцем и внутренним силовоспринимающим фланцем группу упругих элементов и соединенные с ними электромеханические преобразователи, выполненные преимущественно в виде тензорезистивных мостов. Многофункциональное кресло может дополнительно содержать шестую силокоординатную платформу, размещенную спереди от его передней части с возможностью помещения на нее кистей рук человека и электрически соединенную с соответствующими входами электронного блока регистрации и предварительной обработки сигналов. Оно может дополнительно содержать седьмую силокоординатную платформу, размещенную спереди от его нижней части с возможностью помещения на нее стоп ног человека и электрически соединенную с соответствующими входами электронного блока регистрации и предварительной обработки сигналов. Оно может быть дополнительно снабжено датчиками физиологических сигналов, соединенными с соответствующими входами электронного блока регистрации и предварительной обработки сигналов. Оно может быть дополнительно снабжено узлом синхронизации регистрации сигналов силометрических и силомоментного датчиков с сигналами внешних устройств. Оно может быть дополнительно снабжено выполненными преимущественно на основе шаговых двигателей приводами, связанными с подвижными частями сиденья, при этом персональная электронно-вычислительная машина дополнительно содержит программный модуль формирования управляющих сигналов приводов. Оно может быть снабжено также узлом гальванической развязки.
Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 схематично показан вид сбоку, а на фиг.2 - вид спереди на многофункциональное кресло. На фиг.3 показан силомоментный датчик. На фиг.4 показана структурная блок-схема электронной части многофункционального кресла.
Многофункциональное кресло в преимущественном исполнении устроено следующим образом. Оно содержит горизонтальное основание 1 с закрепленным на нем состоящим из двух подвижных частей 2 и 3 сиденьем. Горизонтальное основание 1 прикреплено к верхнему концу телескопической стойки 4, которая снабжена регулятором-ограничителем 5. Своей нижней частью она зафиксирована в крестовине 6. Подвижные части 2 и 3 сиденья установлены с возможностью изменения их угла наклона относительно горизонтального основания 1. На горизонтальном основании 1 закреплены также спинка 7, преимущественно снабженная опорой 8, и два подлокотника 9 и 10, состоящие каждый из закрепленной на горизонтальном основании 1 направляющей 11 или 12 соответственно и установленной на ней накладки 13 или 14 соответственно. Крестовина 6 преимущественно снабжена опорно-поворотными элементами 15, например, на основе роликов, со стопорами (на чертежах не показаны). Многофункциональное кресло содержит также первую 16, вторую 17, третью 18, четвертую 19 и пятую 20 силокоординатные платформы и может преимущественно содержать шестую 21 и седьмую 22 силокоординатные платформы. Каждая из них содержит по меньшей мере три, а преимущественно четыре, силометрических датчика, каждый из которых, например, содержит упругий элемент и соединенный с ним электромеханический преобразователь, выполненный преимущественно в виде тензорезистивного моста (на чертежах не показаны). Первая 16 и вторая 17 силокоординатные платформы закреплены на горизонтальном основании 1 под подвижной частью 2 или 3 сиденья соответственно, при этом закрепление может осуществляться, например, через горизонтальную жесткую плиту 23. Третья 18 и четвертая 19 силокоординатные платформы размещены под накладкой 13 или 14 соответственно и жестко закреплены на направляющих 11 или 12 соответственно. Пятая 20 силокоординатная платформа размещена между спинкой 7 и опорой 8 и жестко соединена с ними. Шестая 21 силокоординатная платформа размещена спереди от передней части многофункционального кресла с возможностью помещения на нее кистей рук человека. Седьмая 22 силокоординатная платформа размещена спереди от его нижней части с возможностью помещения на нее стоп ног человека. Многофункциональное кресло содержит также силомоментный датчик 24, выполненный преимущественно в виде многокомпонентного приемника опорных ракций и содержащий внешний опорный фланец 25, внутренний силовоспринимающий фланец 26 и размещенную между ними группу упругих элементов 27 и соединенные с ними электромеханические преобразователи 28, выполненные преимущественно в виде тензорезистивных мостов (фиг.3). Силомоментный датчик 24 закреплен своим внешним опорным фланцем 25 на телескопической стойке 4, преимущественно через цапфу 29, а своим внутренним силовоспринимающим фланцем 26 через прокладку 30 он присоединен к нижней части горизонтального основания 1. В состав многофункционального кресла входит также электронный блок 31 регистрации и предварительной обработки сигналов, выход которого соединен с персональной электронно-вычислительной машиной (ПЭВМ) 32 - фиг.4. Электронный блок 31 регистрации и предварительной обработки сигналов может быть смонтирован непосредственно на многофункциональном кресле, например, снизу его горизонтального основания 1. Многофункциональное кресло преимущественно снабжено датчиками физиологических сигналов, например, в виде электродов 33 пульсометрии с узлом (каналом) 34 пульсометрии, датчика дыхания 35 с узлом (каналом) 36 дыхания, электродов 37 кожно-гальванической реакции с узлом (каналом) 38 кожно-гальванической реакции. Возможно введение датчиков и других физиологических сигналов. Многофункциональное кресло преимущественно снабжено узлом 39 синхронизации регистрации сигналов силометрических датчиков и силомоментного датчика 24. Силокоординатные платформы 16-22 (их силометрические датчики), силомоментный датчик 24 и узлы 34, 36, 38, 39 соединены с соответствующими входами электронного блока 31 регистрации и предварительной обработки сигналов. Многофункциональное кресло преимущественно содержит узел 40 гальванической развязки электронного блока 31 регистрации и предварительной обработки сигналов и ПЭВМ 32. Оно может быть снабжено приводами, выполненными преимущественно на основе шаговых двигателей (на чертежах не показаны), связанными с подвижными частями 2, 3 сиденья. ПЭВМ 32, обслуживающая многофункциональное кресло, содержит программные модули (программные блоки) 41, 42, 43, 44, 45 - регистрации входной информации, хранения исходных данных и их регистрации, анализа исходных данных, формирования базы обработанных данных, распознавания сигналов соответственно. Она может содержать также программный модуль 46 формирования управляющих сигналов привода, который связан с электронным блоком 47 управления приводом (фиг.4).
Многофункциональное кресло работает следующим образом. Вначале осуществляют компенсацию начального смещения силометрических датчиков силокоординатных платформ 16-22 и силомоментного датчика 24. Затем человек (испытуемый, оператор, пациент) размещается в кресле и принимает удобную для него позу. В процессе сидения происходит перераспределение веса человека на «очувствленные» поверхности многофункционального кресла и окружающей среды и смещение центра давления относительно плоскости силомоментного датчика 24. Это приводит к появлению на выходах всех датчиков электрических напряжений, пропорциональных степени произошедших изменений. Сигналы со всех датчиков поступают в электронный блок 31 регистрации и предварительной обработки сигналов, в котором производится их подготовка и преобразование в цифровой код (аналого-цифровое преобразование). Регистрация информации от узлов 34, 36, 38 - пульсометрии, дыхания и кожно-гальванической реакции соответственно осуществляется синхронно с регистрацией остальных сигналов. После сбора данных со всех входов блока 31 регистрации и предварительной обработки сигналов, в нем происходит формирование пакета, который передается в ПЭВМ 32. ПЭВМ 32 обеспечивает регистрацию входной информации, хранение исходных данных и их ретрансляцию, анализ исходных данных, формирование базы обработанных данных и распознавание сигналов, а при необходимости - формирование управляющих сигналов приводов. При этом такая конструкция многофункционального кресла, когда задействованы все силокоординатные платформы 16-22, силомоментный датчик 24 (а также датчики 33, 35, 37 физиологических сигналов), обеспечивает образование информационно замкнутой среды по отношению к сидящему человеку, что значительно повышает точность измерений и объективность получаемой информации. Особенностью многофункционального кресла является то, что «очувствлены» все поверхности, с которыми человек соприкасается в процессе сидения. Первая 16 и вторая 17 силокоординатные платформы позволяют регистрировать парциальные составляющие веса, приходящиеся на каждую из них и координаты центра давления, оказываемого на каждую из них. Пятая силокоординатная платформа 20 позволяет регистрировать приходящуюся на нее парциальную составляющую веса человека со стороны спины и координаты центра давления, оказываемого спиной сидящего. Третья 18 и четвертая 19 силокоординатные платформы дают возможность регистрировать ту часть веса человека в процессе сидения, которая приходится на подлокотники 9, 10, и координаты соответствующего центра давления. Силомоментный датчик 24 позволяет определить силы и моменты, создаваемые всей массой сидящего человека. Шестая 21 и седьмая 22 силокоординатные платформы позволяют «очувствить» элементы окружающей среды, например, рабочую часть стола, с которой происходит взаимодействие рук человека в процессе сидения в многофункциональном кресле, и часть пола под стопами сидящего человека соответственно. Информация, получаемая посредством программного блока 46 распознавания сигналов, обеспечивает объективную диагностику функционального состояния и оценку позы человека. Для оптимизации позы и в целях реабилитации используется связанный с подвижными частями 2, 3 сиденья привод, управляемый сигналами, формируемыми программным модулем 46. Использование дополнительных физиологических каналов - узлов 34, 36, 38 с соответствующими датчиками физиологических сигналов обеспечивает возможность комплексной оценки психофизиологического состояния человека.
Многофункциональное кресло, выполненное в соответствии с полезной моделью, обеспечивает полную оценку макро и микро движений сидящего человека, в том числе с учетом значимых для оценки функционального состояния физиологических сигналов. Позволяет исключить неоднозначность в интерпретации биомеханических показателей динамики позных реакций, что обеспечивает объективность оценки позы сидящего человека и возможность выявления маркерных показателей позных реакций, наиболее полно отражающих психофизическое и функциональное состояние сидящего человека. Это дает возможность с высокой эффективностью использовать многофункциональное кресло для мониторинга функционального состояния человека, выявления патологических состояний и мониторинга осанки по оценке позы сидения, проведения соответствующих реабилитационных мероприятий. Поэтому это многофункциональное кресло обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными