УСТРОЙСТВО, ОБЛЕГЧАЮЩЕЕ ХОДЬБУ
DEVICE FOR FACILITATING WALKING

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству, облегчающему ходьбу, которое помогает ходить таким пользователям, как, например, лицам, имеющим нарушения функций ходьбы, лицам пожилого возраста и пр.
Уровень техники
В качестве устройства, облегчающего ходьбу, которое помогает ходить таким, например, пользователям, как лица пожилого возраста, в выложенном патенте Японии №3156367 было заявлено устройство, облегчающее ходьбу пользователя, имеющее седлообразное сиденье, на котором сидит пользователь, и способное передвигаться, когда пользователь шагает сидя верхом на этом сиденье. Сиденье поддерживается многозвенной ногой, имеющей основную ногу и вспомогательную ногу, которые расположены соответственно по обеим сторонам сиденья в качестве опорной конструкции для поддержки сиденья. И основная нога, и вспомогательная нога выполнены соответственно из суставчатого механизма, который содержит один или несколько суставов. Каждый сустав ноги снабжен механизмом привода сустава, состоящим из исполнительного двигателя, понижающего редуктора и других компонентов.
Когда в описанном выше устройстве, облегчающем ходьбу, которое имеет сиденье, пользователь сидит верхом на этом сиденье и раскачивает тазобедренным суставом так, чтобы идти, например, широким шагом, то при попытке повернуть таз на него будет воздействовать сила сопротивления со стороны сиденья, возникающая из-за того, что сиденье расположено в переднезаднем направлении, и потому пользователю будет трудно двигать бедрами.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение выполнено с учетом упомянутых выше проблем и потому целью настоящего изобретения является предоставление устройства, облегчающего ходьбу, которое снижает силу сопротивления, оказываемую сиденьем на пользователя, когда он для ходьбы раскачивает тазобедренным суставом, что позволяет повысить удобство использования устройства.
В соответствии с настоящим изобретением, устройство, облегчающее ходьбу, содержит сиденье, на котором пользователь сидит верхом, и опорную конструкцию, которая установлена на нижней стороне сиденья, отличающееся тем, что устройство, облегчающее ходьбу, содержит соединительный узел, который подсоединяет сиденье к опорной конструкции таким образом, что сиденье может поворачиваться в поперечном направлении вокруг шпинделя, расположенного в средней части сиденья, с которым контактирует пользователь, по отношению к переднезаднему направлению.
В соответствии с устройством, облегчающим ходьбу, настоящего изобретения, в случаях, когда пользователь сидит верхом на сиденье и приводит бедра в движение для осуществления ходьбы, сиденье повторяет раскачивающееся движение и поворачивается в поперечном направлении. Поэтому сила сопротивления, создаваемая сиденьем, которая воздействует на пользователя, когда он приводит бедра в движение для осуществления ходьбы, снижается, повышая тем самым удобство использования устройства, облегчающего ходьбу.
В устройстве, облегчающем ходьбу, настоящего изобретения опорная конструкция содержит опорную раму, которая расположена на нижней стороне сиденья, для поддержки сиденья соединительным узлом таким образом, что сиденье может поворачиваться в поперечном направлении относительно опорной конструкции; при этом на опорной раме выступает в вертикальном направлении шпиндель соединительного узла, который входит с возможностью вращения в отверстие, имеющееся в сиденье.
Кроме того, является предпочтительным, чтобы соединительный узел содержал смещающую деталь для смещения сиденья обратно к его исходному положению относительно опорной рамы, когда сиденье поворачивается в поперечном направлении вокруг шпинделя. Смещающая деталь смещает сиденье к его исходному положению. Поэтому сиденье возвратится к исходному положению, установившись в переднезаднем направлении. Удобство использования устройства человеком будет повышено и одновременно будет обеспечена устойчивость сиденья.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - перспективное изображение устройства, облегчающего ходьбу, в соответствии с одним осуществлением настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид сбоку предлагаемого устройства, облегчающего ходьбу.
Фиг.3 - вид спереди предлагаемого устройства, облегчающего ходьбу.
Фиг.4 - перспективное изображение сиденья предлагаемого устройства, облегчающего ходьбу.
Фиг.5 - перспективное изображение, иллюстрирующее сиденье и опорную раму.
Фиг.6 - местное перспективное изображение, иллюстрирующее соединительный узел между сиденьем и опорной рамой на Фиг.5.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будет описано устройство, облегчающее ходьбу, одного осуществления настоящего изобретения.
Устройство, облегчающее ходьбу, показанное на Фиг.1-3, содержит седлообразное сиденье 1, которое является деталью, верхом на которой сидит пользователь Р, и пару суставчатых звеньев 2L и 2R соответственно справа и слева.
Суставчатые звенья 2L и 2R подсоединены к опорной раме 1а, расположенной на нижней поверхности сиденья 1. Опорная рама 1а и суставчатые звенья 2L и 2R образуют опорную конструкцию, которая поддерживает сиденье 1. Подробное описание сиденья 1 будет дано далее.
Каждое из суставчатых звеньев 2L и 2R является звеном, которое может свободно удлиняться и изгибаться, и содержит верхнее первое звено 4, которое подсоединено к первому сочленению 3, расположенному на нижней поверхности опорной рамы 1а, и нижнее второе звено 6, которое подсоединено к нижнему концу первого звена 4 через второе сочленение 5. Нижний конец второго звена 6 соединен через третье сочленение 7 с примыкающей к земле конструкцией 8, которая установлена на правой и левой ногах пользователя Р.
Второе звено 6 телескопически сформировано из цилиндрической верхней части 61 и нижней части 62, которая вставляется с возможностью скольжения в верхнюю часть 61 и удерживается там на произвольной длине, устанавливаемой стопорной гайкой 63. Тем самым, длина суставчатого звена может устанавливаться в соответствии с длиной ноги пользователя Р.
Кроме того, каждое из суставчатых звеньев 2L и 2R оснащено приводом 9 для перемещения второго сочленения 5. В соответствии с вращением второго сочленения 5, приводимого в движение приводом 9, к каждому из суставчатых звеньев 2L и 2R прикладывается сила в таком направлении, что расстояние между примыкающей к земле конструкцией 8, имеющейся в каждом из суставчатых звеньев 2L и 2R, и сиденьем 1 увеличивается, иными словами, в таком направлении, когда каждое из суставчатых звеньев 2L и 2R удлиняется, что создает поддерживающую силу для поддержки по меньшей мере некоторой части веса тела пользователя (далее именуется как "сила, способствующая уменьшению веса тела"). Сила, способствующая уменьшению веса тела, возникающая в каждом из суставчатых звеньев 2L и 2R, передается на туловище пользователя Р через сиденье 1 и тем самым нагрузка на ногу пользователя Р снижается.
В соответствии с представленным осуществлением изобретения, пользователь Р может использовать устройство, облегчающее ходьбу, просто прикрепив примыкающую к земле конструкцию 8 к своим ногам и усевшись на сиденье 1, не испытывая тем самым почти никаких ограничений. Кроме того, первое сочленение 3 суставчатого звена 2R и первое звено 4 расположены под промежностью пользователя Р и потому пользователь Р не попадает своими руками на первое сочленение 3 или первое звено 4 при размахивании руками при ходьбе, что позволяет ему свободно двигать руками. Более того, устройство, облегчающее ходьбу, является компактным по размерам и может использоваться даже на небольшом пространстве, чем существенно повышается удобство его использования в дополнение к снижению чувства ограниченности и возможности свободно размахивать руками.
Когда пользователь сидит на сиденье 1, первое сочленение 3 каждого суставчатого звена 2L и 2R располагается в некотором месте внутри широкой поперечной области, между левой и правой бедренными костями пользователя Р. Поэтому сила, способствующая уменьшению веса тела, действует на сиденье 1 между левой и правой бедренными костями пользователя Р и непременно передается на туловище пользователя Р.
В настоящем примере осуществленного изобретения первое сочленение 3 содержит дугообразную направляющую штангу 31, которая является продольным элементом в переднезаднем направлении и расположена на нижней стороне сиденья 1. Каждый из суставчатых звеньев 2L и 2R подвижно связан с направляющей штангой 31 через несколько роликов 42, обеспечивающих шарнирный поворот подвижного элемента 41, который прикреплен к верхней стороне звена 6. Тем самым, каждое из суставчатых звеньев 2L и 2R качается в переднезаднем направлении вокруг центра кривизны направляющей штанги 31.
Центр кривизны направляющей штанги 31, иными словами, ось раскачивания 3а в переднезаднем направлении первого сочленения 3 каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R, расположен выше сиденья 1. При этом если пользователь Р наклоняет верхнюю часть корпуса вперед и точка приложения веса верхней части тела пользователя Р смещается относительно сиденья 1 вперед в направлении к оси раскачивания в переднезаднем направлении каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R, то сиденье 1 наклоняется в передненижнем направлении по отношению к пользователю Р. Более того, сиденье 1 отклонится в обратном направлении по отношению к пользователю Р, если сиденье 1 продолжит и далее наклоняться. Однако в настоящем примере осуществления изобретения, точка приложения веса тела смещается в обратном направлении относительно оси раскачивания 3а, когда сиденье 1 наклоняется в передненижнем направлении, и тем самым переднезаднее расстояние между осью раскачивания 3а и точкой приложения веса уменьшается, что в свою очередь уменьшает угловой момент, действующий на сиденье 1. Соответственно, угловой момент, действующий на сиденье 1, становится нулевым, когда точка приложения веса смещается в положение ниже оси раскачивания 3а, которое является устойчивым состоянием сиденья 1. Поскольку сиденье 1 автоматически приходит к устойчивому состоянию, как это описано выше, то можно предотвратить отклонение сиденья 1 в переднезаднем направлении под промежностью пользователя Р.
Кроме того, подвижный элемент 41, который расположен на верхнем конце каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R, частично зацепляется с направляющей штангой 31, которая расположена сзади линии L между третьим сочленением 7 каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R и оси переднезаднего раскачивания 3а (центр кривизны направляющей штанги 31). Это обеспечивает маховое перемещение вперед каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R, которое отслеживает маховое движение вперед каждой ноги пользователя Р без существенного увеличения длины направляющей штанги 31.
Кроме того, каждая направляющая штанга 31 каждого левого и правого суставчатого звена 2L и 2R поддерживается опорной рамой 1а через переднезадний шпиндель 32 (см. Фиг.5). Поэтому каждая направляющая штанга 31 подсоединена к сиденью 1 так, что она свободно поворачивается в поперечном направлении относительно опорной рамы 1а. Возможность поворота в поперечном направлении предоставляет пользователю Р возможность отводить ноги.
В настоящем осуществлении изобретения привод 9 второго сочленения 5 содержит электрический двигатель 91 и понижающий редуктор 92, состоящий из планетарного зубчатого механизма. Второе сочленение 5 приводится в движение электрическим двигателем 91 через понижающий редуктор 92 и силовую кинематическую передачу 10. Более подробно, второе сочленение 5 образовано верхним концом второго звена 6, примыкающего с возможностью поворота к нижнему концу первого звена 4 через направленную вбок ось сочленения 51. Кроме того, силовая кинематическая передача 10 содержит первый коленчатый рычаг 11, который расположен на выходной стороне понижающего редуктора 92, второй коленчатый рычаг 12, который простирается вверх от оси сочленения 51 и является неотъемлемой частью второго звена 6, и стержень 13, который подсоединяет друг к другу коленчатые рычаги 11 и 12. В соответствии с этим, вращение понижающего редуктора 92 передается на второй коленчатый рычаг 12 через первый коленчатый рычаг 11 и стержень 13, второе звено 6 раскачивается вокруг оси сочленения 51 относительно первого звена 4 и каждое из суставчатых звеньев 2L и 2R отклоняется, как это показано на Фиг.3, от удлиненного состояния, показанного на Фиг.1.
Каждая примыкающая к земле конструкция 8 имеет ботинок 81 и суставчатый элемент 82, выступающий вверх от внутренней части ботинка 81. Кроме того, второе звено 6 каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R подсоединено к суставчатому элементу 82 через третье сочленение 7. Третье сочленение 7 представляет собой трехосную структуру, имеющую первую ось 71, проходящую в поперечном направлении, вторую ось 72, проходящую в вертикальном направлении, и третью ось 73 (см. Фиг.2), проходящую в переднезаднем направлении. Кроме того, третье сочленение 7 объединено с двухосным сенсором силы 74. Заметим здесь, что упомянутая выше сила, способствующая уменьшению веса тела, прикладывается по линии (именуемая в дальнейшем, как эталонная линия) L между переднезадней осью раскачивания 3а каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R в первом сочленении 3 и первой осью 71, который по профилю является центром переднезаднего качания каждого из суставчатых звеньев 2L и 2R в третьем сочленении 7. Далее, на базе данных о силе, полученных от сенсоров силы 74 в двухосевом направлении, вычисляется истинная сила, способствующая уменьшению веса тела, которая приложена по эталонной линии L (более точно, результирующая сила между силой, способствующей уменьшению веса тела, и силой, созданной весами сиденья 1 и сочленениями ноги 5).
Далее будут даны подробные описания сиденья 1 и соединительного узла, который поддерживает сиденье 1, в соответствии с настоящим осуществлением изобретения.
Как показано на Фиг.4, сиденье 1 представляет собой профилированную конструкцию, имеющую "суженную" часть 1с, которая является более узкой в продольном направлении, чем передняя часть и задняя часть, и расположена в середине между ними вдоль переднезаднего направления. Передняя часть сиденья 1d выполнена искривленной вверх и расширяется в поперечном направлении. Задняя часть также расширяется в поперечном направлении. Поэтому все целиком сиденье 1, имеющее в профиль U-образую форму, охватывает бедра сидящего на нем пользователя Р.
В соответствии с настоящим осуществлением изобретения, сидение 1 состоит из сердцевины 101, выполненной из углеродного волокна или аналогичного материала. Сиденье образовано наложением подушки 102 на сердцевину 101 и покрытием сердцевины 101 и подушки 102 чехлом 103.
Как показано на Фиг.5, сердцевина 101 содержит переднюю часть 101b, которая имеет раздвоенную форму, образованную вырезанием средней части в продольном направлении, суженную часть 101с, заднюю часть 101а и желобок, или вогнутую поверхность 104, образованную в середине широкой части на лицевой стороне, которая является верхней поверхностью сердцевины 101 и простирается от передней части 101b через суженную часть 101с к задней части 101а. Подушка 102 примыкает к обеим сторонам вогнутой поверхности 104. Центральная часть, которая является базой двух раздваивающихся частей, содержит сквозное отверстие 105, имеющее, в основном, круглую форму. Установкой в сквозное отверстие 105 дисковидного соединительного элемента 106, который будет описан далее, сиденье 1, содержащее сердцевину 101, закрепляется на опорной раме 1а, расположенной над суставчатыми звеньями 2L и 2R, служащими в качестве опорной конструкции.
Задняя сторона, которая является нижней поверхностью сердцевины 101, простирается от нижнего конца передней части 101b, которая изогнута по направлению к лицевой стороне, до задней части 101а. Сердцевина по периферии является тонкой, поглощая тем самым за счет своей гибкости контактную силу, которая создается при контакте ног со сторонами сердцевины.
Передняя часть опорной рамы 1а простирается вверх и имеет искривленную форму. В центре верхней конечной части имеется выступающий вперед шпиндель 32. На передней поверхности центральной части опорной рамы 1а помещено круглое основание 107. На круглом основании 107 расположен дисковидный соединительный узел 106, который образует соединительную часть.
Как показано на Фиг.6, соединительный узел 106 образован установкой цилиндрического шпинделя 106а в центре основания 107, имеющегося на опорной раме 1а; на верхнем конце шпинделя закреплены два различающиеся по диаметру дисковидных элемента 106b и 106с, которые разделены по вертикали таким образом, что дисковидный элемент 106b, имеющий относительно меньший диаметр, расположен на верхней стороне, а другой дисковидный элемент 106с, имеющий относительно больший диаметр, расположен на нижней стороне.
Для того чтобы смонтировать вышеупомянутое сиденье 1 на опорной раме 1а, дисковидный элемент 106b, расположенный в верхней части соединительного узла 106, проталкивается в сквозное отверстие 105, расширяя сквозное отверстие 105 с нижней стороны сердцевины 101, верхний дисковидный элемент 106b и нижний дисковидный элемент 106с образуют трехслойную кольцевую периферийную часть, которая выступает из сквозного отверстия 105 сердцевины 101, и тем самым два дисковидных элемента 106b и 106с заделываются в сквозное отверстие 105. В соответствии с этим, сиденье 1 закрепляется на опорной раме 1а таким образом, что сиденье 1 может свободно поворачиваться в поперечном направлении или вращаться вокруг шпинделя 106а.
Между дисковидным элементом 106с соединительного узла 106 и основанием 107 на опорной раме 1а вставляется цилиндрическая пружина 108, которая навернута вокруг шпинделя 106а. Верхний конец цилиндрической пружины 108 имеет линейную удлиненную часть 108а, которая проходит вдоль нижней поверхности нижнего дисковидного элемента 106с. Кончик (задняя часть) удлиненной части 108а зафиксирован на фиксирующем элементе 109, устанавливаемым проталкиванием со стороны нижней поверхности сердцевины 101. Поэтому при повороте сиденья 1, установленного на опорной раме 1а, вокруг шпинделя 106а соединительного узла 106 движением бедер пользователя Р, который сидит верхом на сиденье 1, линейная удлиненная часть 108а цилиндрической пружины 108 выполняет роль восстанавливающей силы, возвращающей сиденье 1 в ее исходное положение. Иными словами, цилиндрическая пружина 108 функционирует как торсионная пружина, являющаяся одним из примеров смещающего элемента, для смещения сиденья 1, которое поворачивается в поперечном направлении, в исходное направление.
В соответствии с конфигурацией вышеупомянутого сидения 1 и конфигурацией соединительной части, которая позволяет свободно поворачиваться сиденью 1 в случаях, когда пользователь Р приводит в движение таз, сидя верхом на сиденье 1, и двигает тазобедренным суставом для осуществления ходьбы, например, с большей величиной шага, или шагает, раскачивая тазобедренным суставом, сиденье 1 поворачивается в поперечном направлении на опорной раме 1а вокруг шпинделя 106а соединительного узла 106. Иными словами, сиденье 1 поворачивается в поперечном направлении так, чтобы отслеживать вращательное движение таза пользователя Р; поэтому воздействующая на пользователя сила сопротивления со стороны сиденья снижается, что повышает тем самым удобство использования устройства, облегчающего ходьбу.
Кроме того, цилиндрическая пружина 108, установленная в соединительной части в качестве смещающего элемента, смещается так, что создает вышеупомянутую восстанавливающую силу, когда пользователь Р сидит верхом на сиденье 1 и приводит в движение бедра. Поскольку в этом случае сиденье 1 находится между бедрами пользователя Р, оно будет смещаться восстанавливающей силой цилиндрической пружины 108 так, чтобы вернуть сиденье к первоначальному положению. Поэтому сиденье 1 возвратится в первоначальное положение, установившись вдоль переднезаднего направления, если сила поворота сиденья 1 в поперечном направлении ослабнет. Соответственно, можно обеспечить устойчивость сиденья, придав тем самым пользователю Р, который сидит на нем, чувство устойчивости.
В соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, пользователь Р сидит на сиденье 1, покрытом чехлом 103, поставив две ноги по обеим боковым сторонам суженной части 1с, как показано на Фиг.1 и Фиг.3 соответственно. В этом случае передняя часть 1d сиденья 1 будет контактировать с паховой областью пользователя Р; поэтому сиденье 1 надежно поддерживается. В результате предотвращается отклонение назад сиденья 1, когда пользователь Р шагает.
Задняя часть сиденья 1 является более широкой, чем средняя суженная часть 1с, которая контактирует с паховой областью ног с задней стороны тела пользователя; поэтому можно предотвратить отклонение сиденья 1 вперед относительно пользователя Р. Более того, задняя часть сиденья является достаточно широкой (например, максимум до 120 мм) для расположения на нем правого и левого седалищ пользователя Р, при этом сила, способствующая уменьшению веса тела, может быть надежно передана на пользователя Р через контактное соприкосновение с седалищами.
В настоящем осуществлении изобретения, как упомянуто выше, задняя часть и передняя часть сиденья 1 являются относительно широкими, что не позволяет отклоняться пользователю Р на сиденье 1 в переднезаднем направлении; поэтому пользователь Р может устойчиво в переднезаднем направлении сидеть на этом сиденье.
Передняя часть 101b сердцевины 101, образующей сиденье 1, имеет раздвоенную форму; поэтому передняя часть 1d сиденья 1 имеет небольшой коэффициент упругости в левом и правом направлениях и его легко изгибать в боковом направлении. Соответственно, даже при прямом контакте качающейся ноги с передней частью 1d сиденья 1 контактная сила может быть поглощена изгибом передней части 1d, предотвращая тем самым поворот сиденья 1 вокруг вертикальной оси при наличии контакта с ногами.
Поперечное сечение каждой из раздвоенных частей передней части 101b сердцевины 101 имеет дугообразную форму, поэтому коэффициент упругости в переднезаднем направлении будет больше. Соответственно, переднюю часть 101b будет трудно согнуть в переднезаднем направлении, что предотвращает отклонение сиденья 1 назад по отношению к пользователю Р из-за изгиба передней части 101b в переднезаднем направлении.
Даже в случаях, когда передняя часть 1d сиденья 1 не имеет раздвоенную форму, тот же самый эффект может быть получен формированием передней части 1d таким образом, что коэффициент упругости в переднезаднем направлении будет больше, чем коэффициент упругости в поперечном направлении.
Как описано выше, сиденье 1 настоящего осуществления изобретения повышает удобство использования устройства, облегчающего ходьбу, за счет того, что конструкция сиденья учитывает состояние контакта с бедрами сидящего на сиденье 1 пользователя Р и движение тазобедренного сустава пользователя Р.
Хотя настоящее изобретение было объяснено применительно к вышеизложенным предпочтительным осуществлениям изобретения и чертежам, оно этим не ограничивается. Допустимо также автономное подсоединение единственного суставчатого звена, вертикально установленного на примыкающей к земле конструкции, например, в виде небольшого размера платформы, имеющей несколько колес, с соединительным узлом, установленным на нижней части сиденья. При этом колеса платформы приводятся в движение согласованно с шагами пользователя.
Далее, в соответствии с описанным осуществлением изобретения, первое сочленение имеет направляющую штангу круговой формы, а верхний конец каждого суставчатого звена поворачивается вокруг направляющей штанги. Допустимо также выполнение первого сочленения в виде сочленения простой структуры, имеющей боковую ось, где верхний конец каждого звена закреплен с возможностью вращения таким образом, что каждое суставчатое звено может свободно двигаться в переднезаднем направлении.
Кроме того, для помощи в ходьбе пользователю - инвалиду, одна нога которого искалечена из-за разрушения кости или по аналогичной причине, можно в вышеупомянутом осуществлении изобретения оставить только одно - правое или левое суставчатое звено 2L и 2R, соответствующее искалеченной ноге пользователя, удалив другое суставчатое звено.