ПРИВОД ДЛЯ ЭКЗОСКЕЛЕТА
EXOSKELETON DRIVE

[0001] Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей, в частности к приводам экзоскелетов и других носимых вспомогательных средств, содействующих двигательной активности человека, гражданского и специального назначения, в том числе при проведении лечебных и/или реабилитационных мероприятий.
[0002] Известны конструкции приводов для экзоскелета или активного ортеза, описанные в опубликованных заявках WO 2016/034755, А61Н 3/00, 2016, WO 2017/178903, F16H 25/20, 2017 и CN 109176597, B25J 17/02, 2019. Все указанные приводы содержат основание, размещаемое на одном из элементов экзоскелета или активного ортеза. На основании установлены электродвигатель, винтовая передача и линейная направляющая с ползуном. Электродвигатель приводит во вращение винт винтовой передачи напрямую или через ременную передачу. Гайка винтовой передачи закреплена на ползуне. На основании также установлен поворотный кривошип, связываемый с ответным звеном экзоскелета или активного ортеза. Поворот кривошипа осуществляется шатуном, шарнирно связанным с ползуном и кривошипом.
[0003] Известен привод звена активного ортеза ноги, описанный в патенте RU 173374, А61Н 3/00,2017. Данный привод содержит основание, предназначенное для размещения на одном из звеньев ортеза, установленные на основании электродвигатель, линейную направляющую с ползуном и шарико-винтовую передачу, гайка которой закреплена на ползуне. Зубчато-ременная передача связывает электродвигатель с винтом винтовой передачи.
[0004] На основании с возможностью поворота установлен кривошип, выполненный в виде двуплечего рычага, первое плечо которого расположено с обеих сторон винта винтовой передачи, а второе плечо предназначено для крепления на ответном звене ортеза ноги. Два шатуна расположены по обеим сторонам винта винтовой передачи и каждый из них одним концом шарнирно соединен с ползуном, а другим концом шарнирно соединен с соответствующей стороной первого плеча кривошипа.
[0005] Основным недостатком этих приводов является невозможность получения на выходном звене привода сложного движения, которое, например, необходимо выполнить в коленном шарнире. Коленный шарнир с чисто вращательным движением вокруг одной оси может увеличить нагрузку на коленный сустав.
[0006] Из анатомии человека известно, что вращательное движение в коленном суставе, осуществляющееся между суставными поверхностями мыщелков бедренной и большеберцовой костей, представляет собой совокупность движений качения и скольжения. При этом суставная поверхность мыщелков бедренной кости совершает сложное перемещение, перекатываясь и скользя по суставным поверхностям мыщелков большеберцовой кости, см. Капанджи Адальберт И.: Нижняя конечность. Функциональная анатомия. Том 2, Эксмо, 2010, с. 100, 101.
[0007] Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала технических средств приводов для экзоскелетов или других вспомогательных устройств содействия двигательной активности человека, за счет получения на выходе сложного движения, аналогичного движению частей ног человека в коленном суставе.
[0008] Кроме того, техническим результатом также является улучшение массогабаритных характеристик, т.е. снижение массы и уменьшении размеров устройств, при увеличенном выходном крутящем моменте и сохранении остальных возможностей и технических характеристик устройств.
[0009] Указанный технический результат достигается за счет того, что привод для экзоскелета содержит основание с зубчатым сектором, а также установленный на основании с возможностью поворота двуплечий рычаг, ось вращения которого совпадает с центром делительной окружности зубчатого сектора основания, и раму, установленную на основании с возможностью поворота.
[0010] Винт шарико-винтовой передачи установлен на раме с возможностью вращения. Электродвигатель также установлен на раме и предназначен для сообщения вращения винту шарико-винтовой передачи.
[0011] Цапфа шарнирно соединена с первым плечом двуплечего рычага и закреплена на гайке шарико-винтовой передачи. Рычаг с зубчатым сектором установлен на втором плече двуплечего рычага с возможность поворота. При этом ось вращения рычага совпадает с центром делительной окружности его зубчатого сектора, а зубчатый сектор рычага предназначен для взаимодействия с зубчатым сектором основания.
[0012] Отсутствие линейной направляющей упрощает конструкцию, исключает износ на концах направляющей, не требует высокой точности при изготовлении, упрощает сборку (не надо выставлять параллельность), а также значительно снижает вес и габариты привода и делает его приемлемым для мобильных, носимых конструкций.
[0013] Основание привода предназначено для установки на одном из звеньев экзоскелета, например, бедренном звене, а рычаг с зубчатым сектором предназначен для установки на ответном звене экзоскелета, например, звене голени.
[0014] В предпочтительном варианте выполнения привода винт шарико-винтовой передачи может быть связан с электродвигателем при помощи зубчато-ременной передачи. При этом электродвигатель располагается параллельно винту шарико-винтовой передачи, что позволяет уменьшить осевые габариты (длину) привода. Редуцирование крутящего момента в зубчато-ременной передаче позволяет использовать электродвигатель меньших габаритов, что, в свою очередь приводит к уменьшению поперечных габаритов (высота, ширина) привода.
[0015] В предпочтительном варианте выполнения привода двуплечий рычаг может быть выполнен из двух частей, расположенных по обеим сторонам винта шарико-винтовой передачи.
[0016] Вышеизложенное представляет собой краткое изложение сущности изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения подробностей; следовательно, специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что данное краткое изложение сущности изобретения является только иллюстративным и не подразумевает какое-либо ограничение.
[0017] Для лучшего понимания сути предлагаемого технического решения ниже приводится описание конкретного примера выполнения изобретения, не являющееся ограничительным примером практической реализации привода для экзоскелета в соответствии с данным изобретением со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее.
[0018] На фиг. 1 изображен привод, вид справа, аксонометрия.
[0019] На фиг. 2 изображен привод, вид слева, аксонометрия.
[0020] На фиг. 3 изображен привод, вид спереди, аксонометрия.
[0021] На фиг. 4 изображен привод в первом крайнем положении, вид слева, местный разрез.
[0022] На фиг. 5 изображен привод во втором крайнем положении, вид слева, местный разрез.
[0023] Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
[0024] Основным назначением заявляемого привода является перемещение звеньев активных экзоскелетов нижних конечностей. Предлагаемый привод для экзоскелета содержит основание 1 с зубчатым сектором 2 (фиг. 3-5). На основании 1 в подшипниковом узле 3 с возможностью поворота установлен двуплечий рычаг 4. В данном конкретном примере исполнения привода двуплечий рычаг 4 выполнен из двух частей 4а и 4b. Ось вращения двуплечего рычага 4 (его частей 4а и 4b) совпадает с центром А делительной окружности зубчатого сектора 2 основания 1 (фиг. 4, 5).
[0025] Также на основании 1 в подшипниковом узле 5 с возможность поворота установлена рама 6. На раме 6 с возможностью вращения установлен винт 7 шарико-винтовой передачи. Кроме того, на раме 6 установлен электродвигатель 8. В данном примере исполнения винт 7 шарико-винтовой передачи связан с электродвигателем 8 при помощи зубчато-ременной передачи 9.
[0026] Гайка 10 шарико-винтовой передачи закреплена на цапфе 11. Цапфа 11 с помощью подшипниковых узлов 12 шарнирно соединена с первым плечом двуплечего рычага 4 (его частей 4а и 4b). Части 4а и 4b двуплечего рычага 4 расположены по обеим сторонам винта 7 шарико-винтовой передачи.
[0027] Рычаг 13 с зубчатым сектором 14 установлен на втором плече двуплечего рычага 4 (его частей 4а и 4b) с возможность поворота в подшипниковых узлах 15. Причем ось вращения рычага 13 совпадает с центром В делительной окружности его зубчатого сектора 14. Зубья зубчатого сектора 14 рычага 13 входят в зацепление с зубьями зубчатого сектора 2 основания 1.
[0028] Основание 1 крепится на одном звене активного экзоскелета, например, бедренном, при помощи отверстий 16. Рычаг 13 крепится на ответном звене активного экзоскелета, например, звене голени, при помощи отверстий 17.
[0029] Работа привода для экзоскелета осуществляется следующим образом. Электродвигатель 8 через ременную передачу 9 передает вращение на винт 7 шарико-винтовой передачи. Гайка 10 шарико-винтовой передачи вместе с цапфой 11 перемещается по винту 7 поворачивая двуплечий рычаг 4 в подшипниковом узле 3.
[0030] Вследствие этого рычаг 13 совершает сложное движение, а именно: перемещается по радиусу второго плеча двуплечего рычага 4 и поворачивается в подшипниковых узлах 15 при обкатке по зубьям зубчатого сектора 2 основания 1. Такое движение рычага 13 достаточно точно соответствует движению костей человека в коленном суставе.
[0031] Хотя в данном документе были описаны различные стороны осуществления заявленного изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие подходы к осуществлению данного изобретения. Различные стороны и реализация данного изобретения изложены в настоящем описании в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящего изобретения указан в нижеследующей формуле изобретения.