АППАРАТ ПОМОЩИ ПРИ ХОДЬБЕ ЧЕЛОВЕКУ С НАРУШЕНИЕМ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE AIDING IN WALKING TO A PERSON WITH MUSCULOSKELETAL DISORDERS (OPTIONS)

Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций относится к медицинской технике, в частности к экзоскелетонно-ортопедическим изделиям для людей с ограниченными двигательными возможностями, не имеющим возможности к самостоятельному передвижению, с ограниченной подвижностью или полной неподвижностью нижних конечностей при нормальном функционировании верхних конечностей и верхней части корпуса. Аппарат обеспечивает возможность самостоятельного передвижения человека по ровной и неровной горизонтальной и наклонной опорной поверхности, а также по лестничным маршам и переход через препятствия.
Кроме того, у людей с нарушением функций опорно-двигательного аппарата, возникающих при повреждении спинного мозга и позвоночного столба, нередко возникают частные осложнения, в том числе, и судороги в мышцах или мышечные спастические состояния.
При таких осложнениях, использование экзоскелетонов в качестве технических средств помощи при ходьбе может сопровождаться повреждениями мышц и сухожилий в тех ситуациях, когда судороги и спазмы мышц нижних конечностей будут препятствовать относительному вращению звеньев экзоскелетона. Кроме того, у таких пользователей возможно зафиксировать момент потери равновесия пользователем и предотвратить сам факт падения.
Известен аппарат для передвижения человека с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, выполненный с возможностью крепления его к ножным конечностям и корпусу тела человека. Ручные опоры снабжены органами управления, обеспечивающими управление приводами звеньев экзоскелетона и коленными тормозами [US 7998096 B1, опубл. 16.08.2011].
В данном устройстве ручные опоры соединены с экзоскелетоном проводными каналами обмена данными. В нем невозможно обеспечить согласованное движение всех приводов, а само оно может обеспечить движение пользователя только в пошаговом режиме и не может обеспечить ходьбу пользователя близкую к естественной. Указанные факторы отрицательно влияют на эргономические характеристики устройства в целом. Кроме того, данное устройство не позволяет обеспечить безопасность пользователя при падении.
Известно устройство содействия движению, содержащее левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, выполненный с возможностью крепления его к ножным конечностям и корпусу тела человека и пультом управления режимами, размещенным на кисти пользователя [US 20100094188 A1, опубл. 15.04.2010].
Данное устройство не позволяет осуществлять движение в автоматическом режиме по опорной поверхности с препятствиями с заранее неизвестными параметрами - высотой и длиной, а также по лестницам с заранее неизвестной высотой и глубиной ступеней. Данное устройство также не позволяет обеспечить безопасность пользователя при падении.
Известно устройство помощи при ходьбе, включающее активный экзоскелетон нижних конечностей и две ручные опоры [US 20140005577 A1, опубл. 02.01.2014].
Данное устройство снабжено техническими средствами, позволяющими зафиксировать момент потери равновесия пользователем и управляющими подушками безопасности, позволяющими уменьшить травматизм пользователя при падении. Но данное устройство не способно предотвратить сам факт падения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по заявке США [US 20130245512 A1, опубл. 19.09.2013], содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи элементов крепления и соответственно, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи элементов крепления и, соответственно, систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую, вторую и третью части, причем третья часть смонтирована на экзоскелетоне, а первая часть элементов распределенной бортовой вычислительной сети соединены с третьей частью элементов бортовой сети первым беспроводным каналом обмена данными, при этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру, при этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости, кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса, первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре, второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре, систему задания режима работы аппарата, выполненную с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и содержащую первый блок задания режимов работы, включающий первый пульт задания и индикации выполнения режимов, контроллер первого блока задания режимов, подключенный ко входу первого блока задания режимов работы и первый беспроводный канал обмена данными между первым пультом задания и индикации выполнения режимов и контроллером первого блока задания режимов, содержащий первый и второй приемопередатчики, смонтированные с возможностью взаимодействия между собой, при этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными, при этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости, о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей [US 20130245512 A1, опубл. 19.09.2013].
Данный аппарат, как и другие, перечисленные выше, не позволяет пользователю осуществлять ходьбу по опорной поверхности, наклонной во фронтальной плоскости, перешагивать через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и подниматься и спускаться по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней.
Кроме того, конструктивные особенности этого, как и других вышеупомянутых аппаратов, не позволяют обеспечить пользователю близкую к естественной и комфортабельную для пользователя походку, так как данных от используемых в этих аппаратах датчиков недостаточно для формирования сигналов управления приводами, учитывающими масс-инерционные характеристики бедер и голеней нижних конечностей и торса и тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона.
Кроме того, в данном аппарате невозможно зафиксировать момент потери равновесия пользователем и предотвратить сам факт падения. Не предусмотрены в этом аппарате и технические средства, препятствующие возникновению потертостей кожи пользователя в местах контакта тела пользователя с элементами экзоскелетона и с элементами крепления экзоскелетона к телу пользователя.
Предлагаемое изобретение осуществлено в восьми вариантах.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по всем восьми вариантам, является расширение функциональных возможностей аппарата, повышение безопасности пользователя аппарата и улучшение эргономических характеристик аппарата.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по первому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в продольном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по второму варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий за счет фиксации момента спастического сокращения мышц ног пользователя и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по третьему варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности предотвращения падения пользователя за счет создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по четвертому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по пятому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий за счет фиксации момента спастического сокращения мышц ног пользователя и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей;
- возможности предотвращения падения пользователя за счет создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по шестому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий за счет фиксации момента спастического сокращения мышц ног пользователя и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по седьмому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения падения пользователя за счет создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение по восьмому варианту является:
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий за счет фиксации момента спастического сокращения мышц ног пользователя и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей;
- возможности предотвращения падения пользователя за счет создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем;
- возможности предотвращения потертостей кожи за счет выполнения покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности определения профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных параметров препятствий и опорной поверхности и, соответственно, возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной за счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах в горизонтальном направлении, угла наклона торса пользователя во фронтальной плоскости, угловой скорости и углового ускорения торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи элементов крепления и, соответственно, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
Кроме того, возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
Кроме того, второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
Кроме того, в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
Кроме того, первый датчик силы установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы установлен в латеральной части носка правой стопы.
Кроме того, левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
Кроме того, правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
Кроме того, корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
Кроме того, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
Кроме того, левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
Кроме того, система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый и второй датчики тока первого и, соответственно, второго электродвигателей и первый контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого и второго датчиков тока и выходу первого блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий и четвертый датчики тока третьего и, соответственно, четвертого электродвигателей и второй контроллер датчиков тока, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков тока и выходу второго блока сбора данных о токах в электродвигателях.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости.
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход второго блока задания режимов подключен к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона. а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей.
При этом покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
Кроме того, возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
Кроме того, второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
Кроме того, в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
Кроме того, первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
Кроме того, левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла,
Кроме того, правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
Кроме того, корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
Кроме того, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
Кроме того, левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
Указанный технический результат по третьему варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса, левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости, первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы, при этом вход блока управления подушкой безопасности подключены к третьему каналу обмена данным, а  выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, блок управления подушкой безопасности содержит исполнительный элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного элемента, и клапан, выход которого подключен к выходу исполнительного элемента, а также блок выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного элемента, и контроллер блока управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного элемента.
Кроме того, блок элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол», жилет и воротник - капюшон, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока элементов подушки безопасности.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
Кроме того, возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
Кроме того, второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
Кроме того, в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
Кроме того, первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
Кроме того, левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
Кроме того, правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
Кроме того, корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
Кроме того, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
Кроме того, левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
Кроме того, система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по четвертому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости,
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход первого блок сбора данных о дальности до препятствия подключен к третьему каналу обмена данным, а выход второго блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными,
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
Кроме того, возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
Кроме того, второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
Кроме того, второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
Кроме того, в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
Кроме того, первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
Кроме того, первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый и второй блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого и второго блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
Кроме того, первый блок определения дальности содержит первую линейку дальномеров и первый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого блока определения дальности.
Кроме того, второй блок определения дальности содержит вторую линейку дальномеров и второй коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго блока определения дальности.
Кроме того, второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий и четвертый блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего и четвертого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
Кроме того, третий блок определения дальности содержит третью линейку дальномеров и третий коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего блока определения дальности.
Кроме того, четвертый блок определения дальности содержит четвертую линейку дальномеров и четвертый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой линейки дальномеров.
Кроме того, первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый и шестой блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого и шестого блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
Кроме того, пятый блок определения дальности содержит пятую, шестую и седьмую линейки дальномеров и пятый коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой, шестой и седьмой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого блока определения дальности.
Кроме того, шестой блок определения дальности содержит восьмую, девятую и десятую линейки дальномеров и шестой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой, девятой и десятой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого блока определения дальности.
Кроме того, второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой и восьмой блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого и восьмого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
Кроме того, седьмой блок определения дальности содержит одиннадцатую, двенадцатую и тринадцатую линейки дальномеров и седьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого блока определения дальности.
Кроме того, восьмой блок определения дальности содержит четырнадцатую, пятнадцатую и шестнадцатую линейки дальномеров и восьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого блока определения дальности.
Кроме того, аппарат снабжен первым и вторым откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого и, соответственно, правого голенных звеньев, при этом кронштейны и смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев по крайней мере на 90°.
Кроме того оптические оси дальномеров в каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в одной плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров первой, второй, третьей, четвертой, шестой, девятой, двенадцатой и пятнадцатой линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров пятой, восьмой, одиннадцатой и четырнадцатой линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров седьмой, десятой, тринадцатой и шестнадцатой линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, первый и второй блоки определения дальности смонтированы на левом голенном звене и на первом откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
Кроме того, третий и четвертый блоки определения дальности смонтированы на правом голенном звене и на втором откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
Кроме того, левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла,
Кроме того, правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
Кроме того, корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
Кроме того, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
Кроме того, правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
Кроме того, левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
При этом система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по пятому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый и второй датчики тока первого и, соответственно, второго электродвигателей и первый контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого и второго датчиков тока и выходу первого блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий и четвертый датчики тока третьего и, соответственно, четвертого электродвигателей и второй контроллер датчиков тока, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков тока и выходу второго блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека в фазе переноса ноги, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости.
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход первого блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход первого блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока управления подушкой безопасности подключены к третьему каналу обмена данным, а выход второго блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, блок управления подушкой безопасности содержит исполнительный элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного элемента, и клапан, выход которого подключен к выходу исполнительного элемента, а также блок выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного элемента, и контроллер блока управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного элемента.
При этом блок элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол», жилет и воротник - капюшон, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
При этом второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
При этом в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
При этом левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
При этом правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
При этом корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
При этом правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
При этом левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
При этом система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по шестому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый и второй датчики тока первого и, соответственно, второго электродвигателей и первый контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого и второго датчиков тока и выходу первого блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий и четвертый датчики тока третьего и, соответственно, четвертого электродвигателей и второй контроллер датчиков тока, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков тока и выходу второго блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя аппарата дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости.
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход первого блока сбора данных о токах в электродвигателях и выход первого блока сбора данных о дальности до препятствия подключены к третьему каналу обмена данным, а выход второго блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными. При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
При этом второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
При этом в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый и второй блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого и второго блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок определения дальности содержит первую линейку дальномеров и первый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого блока определения дальности.
При этом второй блок определения дальности содержит вторую линейку дальномеров и второй коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий и четвертый блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего и четвертого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок определения дальности содержит третью линейку дальномеров и третий коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего блока определения дальности.
При этом четвертый блок определения дальности содержит четвертую линейку дальномеров и четвертый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой линейки дальномеров.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый и шестой блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого и шестого блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок определения дальности содержит пятую, шестую и седьмую линейки дальномеров и пятый коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой, шестой и седьмой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого блока определения дальности.
При этом шестой блок определения дальности содержит восьмую, девятую и десятую линейки дальномеров и шестой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой, девятой и десятой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой и восьмой блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого и восьмого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок определения дальности содержит одиннадцатую, двенадцатую и тринадцатую линейки дальномеров и седьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого блока определения дальности.
При этом восьмой блок определения дальности содержит четырнадцатую, пятнадцатую и шестнадцатую линейки дальномеров и восьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым и вторым откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого и, соответственно, правого голенных звеньев, при этом кронштейны и смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев по крайней мере на 90°.
При этом оптические оси дальномеров в каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в одной плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров первой, второй, третьей, четвертой, шестой, девятой, двенадцатой и пятнадцатой линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров пятой, восьмой, одиннадцатой и четырнадцатой линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров седьмой, десятой, тринадцатой и шестнадцатой линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый и второй блоки определения дальности смонтированы на левом голенном звене и на первом откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий и четвертый блоки определения дальности смонтированы на правом голенном звене и на втором откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
При этом правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
При этом корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
При этом правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
Кроме того, левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
При этом система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по седьмому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости.
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход первого блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока управления подушкой безопасности подключены к третьему каналу обмена данным, а выход второго блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, блок управления подушкой безопасности содержит исполнительный элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного элемента, и клапан, выход которого подключен к выходу исполнительного элемента, а также блок выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного элемента, и контроллер блока управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного элемента.
При этом блок элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол», жилет и воротник - капюшон, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
При этом второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
При этом в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом первый датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы, установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы, установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы, установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы, установлен в латеральной части носка правой стопы.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый и второй блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого и второго блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок определения дальности содержит первую линейку дальномеров и первый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого блока определения дальности.
При этом второй блок определения дальности содержит вторую линейку дальномеров и второй коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий и четвертый блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего и четвертого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок определения дальности содержит третью линейку дальномеров и третий коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего блока определения дальности.
При этом четвертый блок определения дальности содержит четвертую линейку дальномеров и четвертый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой линейки дальномеров.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый и шестой блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого и шестого блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок определения дальности содержит пятую, шестую и седьмую линейки дальномеров и пятый коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой, шестой и седьмой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого блока определения дальности.
При этом шестой блок определения дальности содержит восьмую, девятую и десятую линейки дальномеров и шестой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой, девятой и десятой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой и восьмой блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого и восьмого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок определения дальности содержит одиннадцатую, двенадцатую и тринадцатую линейки дальномеров и седьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого блока определения дальности.
При этом восьмой блок определения дальности содержит четырнадцатую, пятнадцатую и шестнадцатую линейки дальномеров и восьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым и вторым откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого и, соответственно, правого голенных звеньев, при этом кронштейны и смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров в каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в одной плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров первой, второй, третьей, четвертой, шестой, девятой, двенадцатой и пятнадцатой линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров пятой, восьмой, одиннадцатой и четырнадцатой линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров седьмой, десятой, тринадцатой и шестнадцатой линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый и второй блоки определения дальности смонтированы на левом голенном звене и на первом откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий и четвертый блоки определения дальности смонтированы на правом голенном звене и на втором откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
При этом правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
При этом корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
При этом правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
При этом левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
При этом система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Указанный технический результат по восьмому варианту достигается тем, что в известный аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций, содержащий левую и правую ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое звено, левую ножную опору, содержащую левый тазобедренный шарнир, левый коленный шарнир, левый голеностопный шарнир, левое бедренное звено, левое голенное звено и левую стопу, правую ножную опору, содержащую правый тазобедренный шарнир, правый коленный шарнир, правый голеностопный шарнир, правое бедренное звено, правое голенное звено и правую стопу, первый, второй, третий и четвертый электродвигатели, первый механизм передачи движения от выходного вала первого электродвигателя до выходного вала левого тазобедренного шарнира, второй механизм передачи движения от выходного вала второго электродвигателя до выходного вала левого коленного шарнира, третий механизм передачи движения от выходного вала третьего электродвигателя до выходного вала правого тазобедренного шарнира, четвертый механизм передачи движения от выходного вала четвертого электродвигателя до выходного вала правого коленного шарнира, первый контроллер управления электродвигателями, соединенный с входами первого и второго электродвигателей, второй контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего и четвертого электродвигателей, первый блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый и второй датчики углов поворота левого тазобедренного и, соответственно, левого коленного шарниров и первый контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого и второго датчиков угла и входу первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий и четвертый датчики углов поворота правого тазобедренного и, соответственно, правого коленного шарниров и второй контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков угла и входу второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи первого и, соответственно, второго элементов крепления, а правые бедренное и голенное звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру и, соответственно, голени пользователя при помощи третьего и, соответственно, четвертого элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания, бортовую распределенную вычислительную сеть, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть содержит первую и третью части, причем третья часть бортовой сети смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части бортовой вычислительной сети с ее первой частью.
При этом третья часть бортовой вычислительной сети включает головной контроллер, общую шину и третий и четвертый каналы обмена данными, через общую шину подключенные к головному контроллеру.
При этом левый коленный шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного шарнира, а правый коленный шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных и коленных и шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер датчика наклона торса и датчик угла наклона торса, причем выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок сбора данных о силах в левой ножной опоре, содержащий первый и второй датчики силы и контроллер датчиков силы левой стопы, при этом первый датчик силы установлен в пятке, а второй датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы левой стопы соединен с выходом первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй блок сбора данных о силах в правой ножной опоре, содержащий пятый и шестой датчики силы и контроллер датчиков силы правой стопы, при этом пятый датчик силы установлен в пятке, а шестой датчик силы - в носке левой стопы, а контроллер датчиков силы правой стопы соединен с выходом второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», и «ОСТАНОВ» и первый беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым и вторым приемопередатчиками.
При этом первый пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер первого пульта задания режимов, являющийся первой частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первую кнопку «ОСТАНОВ», элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», первый элемент индикации «ОСТАНОВ» и первый приемопередатчик, при этом второй приемопередатчик подключен к первому порту контроллера первого блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к третьему каналу обмена данными.
При этом вход первого контроллера управления электродвигателями, выход первого блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый блока задания режимов работы подключены к третьему каналу обмена данными, а вход второго контроллера управления электродвигателями, выход второго блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров, о силах в ножных опорах в вертикальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый и второй датчики тока первого и, соответственно, второго электродвигателей и первый контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого и второго датчиков тока и выходу первого блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий и четвертый датчики тока третьего и, соответственно, четвертого электродвигателей и второй контроллер датчиков тока, подключенный к выходам третьего и четвертого датчиков тока и выходу второго блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система задания режима работы аппарата, дополнена вторым блоком задания режимов работы, включающим контроллер второго блока задания режимов, второй пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим и четвертым приемопередатчиками.
При этом второй пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер второго пульта задания режимов, являющийся второй частью бортовой вычислительной сети, подсоединенные к этому контроллеру кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», вторую кнопку «ОСТАНОВ» и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» и второй элемент индикации «ОСТАНОВ», и третий приемопередатчик, при этом четвертый приемопередатчик подключен к первому порту контроллера второго блока задания режимов, который через второй порт контроллера подключен к четвертому каналу обмена данными, причем первый и второй пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке левой и рукоятке правой ручных опор.
При этом блок сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком угловой скорости наклона торса и датчиком углового ускорения наклона торса, причем датчик наклона торса, датчик угловой скорости наклона торса и датчик углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру датчика наклона торса.
При этом левый и правый голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы и голенного звена и нахождение продольной оси стопы в сагиттальной плоскости.
При этом первый, второй, пятый и шестой датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а выходы пятого и шестого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом выход первого блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход первого блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока управления подушкой безопасности подключены к третьему каналу обмена данным, а выход второго блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго блока задания режимов подключены к четвертому каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой и правой ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного и коленного шарниров и правых тазобедренного и коленного шарниров, о силах в ножных опорах и в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой и правой ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал, не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, блок управления подушкой безопасности содержит исполнительный элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон, электроуправляемый вход которого подключен к входу исполнительного элемента, и клапан, выход которого подключен к выходу исполнительного элемента, а также блок выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного элемента, и контроллер блока управления подушкой безопасности, подключенный к входу блока управления подушкой безопасности и к входу исполнительного элемента.
При этом блок элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол», жилет и воротник - капюшон, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров реализована в аппарате программно.
При этом второй беспроводный канал обмена данными содержит третий и четвертый приемопередатчики, при этом четвертый приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим приемопередатчиком.
При этом в состав первого блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий и четвертый датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого и второго датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы левой стопы, а в состав второго блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой и восьмой датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого и восьмого датчиков силы подключены к контроллеру датчиков силы правой стопы.
При этом первый датчик силы установлен в латеральной части пятки левой стопы, второй датчик силы установлен в латеральной части носка левой стопы, третий датчик силы установлен в медиальной части пятки левой стопы, четвертый датчик силы установлен в медиальной части носка левой стопы, пятый датчик силы установлен в медиальной части пятки правой стопы, шестой датчик силы установлен в медиальной части носка правой стопы, седьмой датчик силы установлен в латеральной части пятки правой стопы, восьмой датчик силы установлен в латеральной части носка правой стопы.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый и второй блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого и второго блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок определения дальности содержит первую линейку дальномеров и первый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого блока определения дальности.
При этом второй блок определения дальности содержит вторую линейку дальномеров и второй коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий и четвертый блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего и четвертого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок определения дальности содержит третью линейку дальномеров и третий коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего блока определения дальности.
При этом четвертый блок определения дальности содержит четвертую линейку дальномеров и четвертый коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой линейки дальномеров.
При этом первый блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый и шестой блоки определения дальности и первый контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого и шестого блоков определения дальности и первого блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок определения дальности содержит пятую, шестую и седьмую линейки дальномеров и пятый коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой, шестой и седьмой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого блока определения дальности.
При этом шестой блок определения дальности содержит восьмую, девятую и десятую линейки дальномеров и шестой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой, девятой и десятой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого блока определения дальности.
При этом второй блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой и восьмой блоки определения дальности и второй контроллер системы определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого и восьмого блоков определения дальности и второго блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок определения дальности содержит одиннадцатую, двенадцатую и тринадцатую линейки дальномеров и седьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого блока определения дальности.
При этом восьмой блок определения дальности содержит четырнадцатую, пятнадцатую и шестнадцатую линейки дальномеров и восьмой коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым и вторым откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого и, соответственно, правого голенных звеньев, при этом кронштейны и смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров в каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в одной плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров первой, второй, третьей, четвертой, шестой, девятой, двенадцатой и пятнадцатой линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров пятой, восьмой, одиннадцатой и четырнадцатой линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров седьмой, десятой, тринадцатой и шестнадцатой линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый и второй блоки определения дальности смонтированы на левом голенном звене и на первом откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий и четвертый блоки определения дальности смонтированы на правом голенном звене и на втором откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы левый тазобедренный шарнир, первый и второй датчики углов, левый коленный шарнир, первый электродвигатель и первый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного шарнира и осью вращения первого датчика угла, второй электродвигатель и второй механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго электродвигателя с осью вращения левого коленного шарнира и осью вращения второго датчика угла.
При этом правое бедренное звено включает корпус, в котором смонтированы правый тазобедренный шарнир, третий и четвертый датчики углов, правый коленный шарнир, третий электродвигатель и третий механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя с осью вращения правого тазобедренного шарнира и осью вращения третьего датчика угла, четвертый электродвигатель и четвертый механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя с осью вращения правого коленного шарнира и осью вращения четвертого датчика угла.
При этом корпусы и левого и правого бедренных звеньев и непосредственно левого и правого голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса левого бедренного звена в верхней его половине установлены пятый подшипник и первая платформа, на которой смонтированы первый электродвигатель, первая ременная передача и первый подшипник, первый механизм передачи движения включает первую шарико-винтовую передачу, содержащую первый винт и первую гайку со смонтированной на ней первой кареткой, первый шатун и первый кривошип, при этом часть первого винта первой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом подшипнике, а один конец первого винта через первую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована первая направляющая, а первая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой направляющей, один конец первого шатуна шарнирно соединен с первой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом подшипнике валом левого тазобедренного шарнира, а другой конец первого кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса левого бедренного звена в нижней его половине установлены шестой подшипник и вторая платформа, на которой смонтированы второй электродвигатель, вторая ременная передача и второй подшипник, второй механизм передачи движения включает вторую шарико-винтовую передачу, содержащую второй винт и вторую гайку со смонтированной на ней второй кареткой, второй шатун и второй кривошип, при этом часть второго винта второй шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором подшипнике, а один конец второго винта через вторую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована вторая направляющая, а вторая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй направляющей, один конец второго шатуна шарнирно соединен со второй гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом подшипнике валом левого коленного шарнира, а другой конец второго кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса правого бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой подшипник и третья платформа, на которой смонтированы третий электродвигатель, третья ременная и третий подшипник, третий механизм передачи движения включает третью шарико-винтовую передачу, содержащую третий винт и третью гайку со смонтированной на ней третьей кареткой, третий шатун и третий кривошип, при этом часть третьего винта третьей шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем подшипнике, а один конец третьего винта через третью ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса левого бедренного звена смонтирована третья направляющая, а третья каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей направляющей, один конец третьего шатуна шарнирно соединен с третьей гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом подшипнике валом правого тазобедренного шарнира, а другой конец третьего кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса правого бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой подшипник и четвертая платформа, на которой смонтированы четвертый электродвигатель, четвертая ременная и четвертый подшипник, четвертый механизм передачи движения включает четвертую шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый винт и четвертую гайку со смонтированной на ней четвертой кареткой, четвертый шатун и четвертый кривошип, при этом часть четвертого винта четвертой шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом подшипнике, а один конец четвертого винта через четвертую ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса правого бедренного звена смонтирована четвертая направляющая, а четвертая каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой направляющей, один конец четвертого шатуна шарнирно соединен с четвертой гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом подшипнике валом правого коленного шарнира, а другой конец четвертого кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого коленного шарнира параллельны.
При этом правый голеностопный шарнир содержит первый шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой стопы и правого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и первую и вторую шайбы, первый палец и смонтированную на правой стопе первую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый и второй проушин, а первый шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым отверстием по оси первой головки под размещение первого пальца, первый корпус, соединенный с правым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой головки и первым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой головки первый шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого корпуса, причем первый шарнирный узел смонтирован на первый опорной стойке посредством соединения первый палец - первая и вторая проушины, первая головка жестко смонтирована на первом пальце, первый палец жестко смонтирован в первой и второй проушинах, причем на частях первого пальца, примыкающим к первой и второй проушинам, установлены первая и вторая шайбы соответственно, а на частях первого пальца, примыкающим слева и справа к первой шаровой головке установлены первый и, соответственно, второй упругие элементы, а оси первой и второй проушин, первого пальца и, соответственно, первой головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего и четвертого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой опорной стойки и нижней части правого голенного звена и имеет С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения первого шарнирного узла.
При этом левый голеностопный шарнир содержит второй шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой стопы и левого голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый и второй упругие элементы, выполненные в виде колец, третий и четвертый упругие элементы и третью и четвертую шайбы, второй палец и смонтированную на левой стопе вторую опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей и четвертой проушин, а второй шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым отверстием по оси второй головки под размещение второго пальца, второй корпус, соединенный с левым голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй головки и вторым корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй головки второй шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго корпуса, причем второй шарнирный узел смонтирован на второй опорной стойке посредством соединения второй палец - третья и четвертая проушины, вторая головка жестко смонтирована на втором пальце, второй палец жестко смонтирован в третьей и четвертой проушинах, причем на частях второго пальца, примыкающим к третьей и четвертой проушинам, установлены третья и четвертая шайбы соответственно, а на частях второго пальца, примыкающим слева и справа ко второй шаровой головке установлены пятый и, соответственно, шестой упругие элементы, а оси третьей и четвертой проушин, второго пальца и, соответственно, второй головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого и восьмого упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй опорной стойки и нижней части левого голенного звена и имеет третий и четвертый С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго шарнирного узла.
При этом система питания содержит первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы, причем, первый и второй аккумуляторы установлены в корпусах левого и, соответственно, правого бедренных звеньев, а третий и четвертый аккумуляторы установлены в левой и, соответственно, правой ручных опорах.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1 - фиг. 64.
На фиг. 1 приведен общий вид аппарата помощи при ходьбе, прикрепленного к пользователю, а на фиг. 2 схематично изображена кинематическая схема данного аппарата.
На фиг. 3 приведена схема режимов работы аппарата и указаны номера элементов управления - кнопок, обеспечивающих переходы из одного режима в другой.
На фиг. 4, 5, 6 и 7 приведена функциональная схема бортовой вычислительной сети с подключенными к ней элементами по первому, второму, третьему и, соответственно, четвертому вариантам.
На фиг. 8, 9, 10 и 11 приведены функциональная схема бортовой вычислительной сети с подключенными к ней элементами по пятому, шестому, седьмому и, соответственно, восьмому вариантам.
На фиг. 12 и 13 приведены функциональные схемы первого и второго блоков сбора данных об углах поворота шарниров, на фиг. 14 и 15 - функциональные схемы первого и второго блоков сбора данных о силах в ножных опорах, а на фиг. 16 - функциональная схема блока сбора данных о наклоне торса.
На фиг. 17 и 18 приведены функциональные схемы первого и второго блоков сбора данных о токах электродвигателей.
На фиг. 19 приведена функциональная схема блока управления подушкой безопасности, а на фиг. 20 показан внешний вид пользователя со сработавшей подушкой безопасности.
На фиг. 21 и 22 представлены функциональные схемы первого и второго блоков задания режимов, включающих первый и второй пульты задания режимов, на фиг. 23 и 24 показано размещение элементов управления и индикации первого пульта задания режимов на рукоятке левой ручной опоры, а на фиг. 25 и 26 - размещение элементов управления и индикации второго пульта задания режимов на рукоятке правой ручной опоры.
На фиг. 27-30 приведены функциональные схемы первого, второго, третьего и, соответственно, четвертого блоков определения дальности, а на фиг. 31 и 32 - функциональные схемы первого и второго блоков сбора данных о дальности до препятствий для первого варианта выполнения этих блоков, а на фиг. 33-36 - схематично показано размещение первого и второго блоков сбора данных о дальности до препятствий на голенных звеньях экзоскелетона для первого варианта выполнения этих блоков.
На фиг. 37 и 48 приведены функциональные схемы первого и второго блоков сбора данных о дальности до препятствий для второго варианта выполнения этих блоков, а на фиг. 38-47 и 49-58 - схематично показано размещение первого и второго блоков сбора данных о дальности до препятствий на голенных звеньях экзоскелетона для второго варианта выполнения этих блоков.
На фиг. 59 и 60 показаны конструктивные особенности выполнения левого и, соответственно, правого бедренных звеньев.
На фиг. 61 и 62 показаны внешний вид и конструкция левого голеностопного шарнира, а на фиг. 63 и 64 - внешний вид и конструкция правого голеностопного шарнира.
На фиг. 1-64 обозначены: 1 и 2 - левая и, соответственно, правая ручные опоры; 3 - тазовое звено; 4 и 5 - левое и, соответственно, правое бедренные звенья; 6 и 7 - левое и, соответственно, правое голенные звенья; 8 и 9 - левая и, соответственно, правая стопы; 10 и 11 - левый и, соответственно, правый тазобедренные шарниры; 12 и 13 - левый и, соответственно, правый коленные шарниры; 14, 15, 16 и 17 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая платформы; 18, 19, 20 и 21 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый электродвигатели; 22, 23, 24 и 25 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая ременные передачи; 26, 27, 28 и 29 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый механизмы передачи движения; 30, 31, 32 и 33 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый подшипники; 34, 35, 36 и 37 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая шарико-винтовая передача; 38, 39, 40 и 41 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый винт первой 34, второй 35, третьей 36 и, соответственно, четвертой 37 шарико-винтовых передач; 42, 43, 44 и 45 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая гайка первой 34, второй 35, третьей 36 и, соответственно, четвертой 37 шарико-винтовых передач; 46, 47, 48 и 49 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая каретки; 50, 51, 52 и 54 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая направляющие; 55, 56, 57 и 58 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый шатуны; 59, 60, 61 и 62 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый кривошипы; 63, 64, 65 и 66 - пятый, шестой, седьмой и, соответственно, восьмой подшипники; 67 - система питания; 68 и 69 - левый и, соответственно, правый голеностопные шарниры; 70 и 71 - корпусы левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев; 72, 73, 74 и 75 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый датчики углов поворота левого 10 тазобедренного, левого 12 коленного, правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров; 76 и 77 - первая и вторая прорези; 78 и 79 - третий и, соответственно, четвертый канал обмена данными; 80, 81, 82 и 83 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый датчики силы; 84, 85, 86 и 87 - пятый, шестой, седьмой и, соответственно, восьмой датчики силы; 88 - таз человека; 89 - торс человека; 90 и 91 - левое и правое плечо; 92 и 93 - левое и правое предплечье; 94 и 95 - кисть левой и, соответственно, правой руки; 96, 97, 98 и 99 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый элементы крепления; 100, 101 и 102 - пятый, шестой и, соответственно седьмой элементы крепления; 103 - блок элементов подушки безопасности; 104 - элемент подушки безопасности пояс - юбка «колокол»; 105 - элемент подушки безопасности жилет; 106 - элемент подушки безопасности воротник - капюшон; 107 - датчик угла наклона торса; 108 - датчик угловой скорости наклона торса; 109 - датчик углового ускорения наклона торса; 110, 111, 112 и 113 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый датчики тока первого 18, второго 19, третьего 20 и, соответственно, четвертого 21 электродвигателя; 114, 115, 116 и 117 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый аккумуляторы; 118, 119, 120 и 121 - пятый, шестой, седьмой и, соответственно, восьмой упругие элементы; 122 - второй шарнирный узел; 123, 124, 125 и 126 -первый, второй, третий и, соответственно, четвертый коммутаторы; 127, 128, 129 и 130 - первая, вторая, третья и, соответственно, четвертая линейки дальномеров; 127.1, 127.2… 127.к - первый, второй … к-ый дальномеры первой 127 линейки дальномеров; 128.1, 128.2…. 128.к - первый, второй … к-ый дальномеры второй 128 линейки дальномеров; 129.1, 129.2… 129.к - первый, второй … к-ый дальномеры третьей 129 линейки дальномеров; 130.1, 130.2… 130.к - первый, второй … к-ый дальномеры четвертой 130 линейки дальномеров; 131 - бортовая вычислительная сеть; 132 - первая часть бортовой вычислительной сети; 133 - вторая часть бортовой вычислительной сети; 134 - третья часть бортовой вычислительной сети; 135 - головной контроллер; 136 - контроллер первого блока задания режимов; 137 - контроллер второго блока задания режимов; 138 и 139 - первый и, соответственно, второй беспроводные каналы обмена данными; 140, 141, 142 и 143 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый приемопередатчики; 144 и 145 - контроллер первого и, соответственно, контроллер второго пультов задания режимов; 146 - контроллер блока управления подушкой безопасности пользователя; 147 - исполнительный механизм системы безопасности; 148, 149, 150 и 151 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый блоки определения дальности; 152 и 153 - первый и второй контроллеры системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата левого 6 и правого 7 голенных звеньев; 154 - контроллер датчиков наклона торса пользователя в сагиттальной и фронтальной плоскостях; 155 и 156 - контроллеры датчиков силы левой 8 и, соответственно, правой 9 стопы; 157 - первый контроллер датчиков угла поворота 72 и 73 левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров; 158 - второй контроллер контроллер датчиков угла поворота 74 и 75 правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров; 159 - первый контроллер управления электродвигателями; 160 - второй контроллер управления электродвигателями; 161 - контроллер первого 110 и второго 111 датчиков тока; 162 - контроллер третьего 112 и четвертого 113 датчиков тока; 163 - общая шина; 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ»; 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ»; 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»; 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ»; 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ; 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ»; 172 - первый элемент индикации «ОСТАНОВ»; 173 - элемент индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ»; 174 - элемент индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 175 - элемент индикации «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»; 176 - элемент индикации «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ»; 177 -элемент индикации «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 178 - элемент индикации «СЕСТЬ НА ОПОРУ»; 179 элемент индикации «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ»; 180 - первый С-образный изгиб третьего 199 упругого элемента; 181 - второй С-образный изгиб четвертого 200 упругого элемента; 182 - миниатюрный пиропатрон; 183 - клапан; 184 - первый шарнирный узел; 185 - первый палец; 186 - первая опорная стойка; 187 и 188 - первая и вторая проушины; 189 - первый бочкообразная головка со сферической поверхностью; 190 - первое отверстие под размещение первого 185 пальца; 191 - ось первой головки 189; 192 - первый корпус; 193 - первый шаровой пояс; 194 и 195 - оси первой 187 и, соответственно, второй 188 проушин; 196 - ось первого 185 пальца; 197, 198, 199 и 200 - первый, второй, третий и, соответственно, четвертый упругие элементы; 201 и 202 - первая и, соответственно, вторая шайбы; 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ»; 204 - элемент индикации «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ»; 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»; 206 - элемент индикации «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»; 207 - режим «ОСТАНОВ»; 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ»; 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»; 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ»; 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ»; 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ»; 215 - режим «Идти по наклонной поверхности вверх»; 216 - режим «Идти по наклонной поверхности вниз»; 217 - рукоятка левой ручной опоры; 218 - рукоятка правой ручной опоры; 219 - система определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата; 220 - первый откидной кронштейн; 221 - первый пульт задания режимов, 222 - второй пульт задания режимов, 223 - первая пиктограмма «ОСТАНОВ»; 224 - пиктограмма «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ»; 225 - пиктограмма «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ»; 226 - пиктограмма «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ»; 227 - вторая пиктограмма «ОСТАНОВ»; 228 - пиктограмма «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»; 229 - пиктограмма «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ»; 230 - пиктограмма «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ»; 231 - пиктограмма «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»; 232 - пиктограмма «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 233 - пиктограмма «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 234 - третий С-образный изгиб седьмого 120 упругого элемента; 235 - четвертый С-образный изгиб восьмого 121 упругого элемента; 122 - второй шарнирный узел; 236 - второй палец; 237 - вторая опорная стойка; 238 и 239 - третья и четвертая проушины; 240 - вторая бочкообразная головка со сферической поверхностью; 241 - второе отверстие под размещение второго 236 пальца; 242 - ось второй головки 240; 243 - второй корпус; 244 - второй шаровой пояс; 245 и 246 - оси третьей 238 и, соответственно, четвертой 239 проушин; 247 - ось второго 236 пальца; 248 и 249 - третья и, соответственно, четвертая шайбы; 250 и 251 - пятый и, соответственно, шестой блоки определения дальности; 252 - второй откидной кронштейн; 264 - переключатель выбора режима управления аппаратом; 265 - элемент индикации выбора режима управления аппаратом; 266 - кнопка «ВКЛ» включения питания аппарата; 267 - элемент индикации кнопки «ВКЛ» включения питания аппарата; 273 - блок сбора данных о наклоне торса; 274 и 275 - первый и второй блоки сбора данных об углах поворота шарниров; 276 и 277 - первый и второй блоки сбора данных о силах в ножных опорах; 278 и 279 - первый и второй блоки сбора данных о токах электродвигателей; 280 и 281 - первый и второй блоки сбора данных о дальности до препятствий; 282 и 283 - левая и, соответственно, правая ножные опоры; 284 и 285 - первый и второй блоки задания режимов; 286 - система задания режимов работы; 287 - блок управления подушкой безопасности; 298 и 299 - левое и правое бедра; 300 и 301 - левая и правая голени; 302 и 303 - левый и правый башмаки; 304 и 305 - восьмой и девятый элементы крепления; 306 - второй элемент индикации «ОСТАНОВ»; 308, 309 и 310 - пятая, шестая и, соответственно, седьмая линейки дальномеров; 311, 312 и 313 - восьмая девятая и, соответственно, десятая линейки дальномеров; 314 и 315 - пятый и, соответственно, шестой коммутаторы; 316, 317 и 318 - одиннадцатая, двенадцатая и, соответственно, тринадцатая линейки дальномеров; 319, 320 и 321 - четырнадцатая, пятнадцатая и, соответственно, шестнадцатая линейки дальномеров; 322 и 323 - седьмой и, соответственно, восьмой коммутаторы; 324 и 325 - седьмой и, соответственно, восьмой блоки определения дальности.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по первому варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров.
При этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход второго 285 блока задания режимов подключен к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал, не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
Кроме того, аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
Кроме того, левый 68 голеностопный шарнир аппарата содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по второму варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей.
Кроме того, аппарат содержит первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров. При этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый 278 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый 110 и второй 111 датчики тока первого 18 и, соответственно, второго 19 электродвигателей и первый 161 контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого 110 и второго 111 датчиков тока и выходу первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй 279 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий 112 и четвертый 113 датчики тока третьего 20 и, соответственно, четвертого 21 электродвигателей и второй контроллер 162 датчиков тока, подключенный к выходам третьего 112 и четвертого 113 датчиков тока и выходу второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и в фазе переноса ноги, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях, подключен к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21 и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по третьему варианту, содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок 287 управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом вход блока 287 управления подушкой безопасности подключены к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней и нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал, не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом блок 287 управления подушкой безопасности содержит исполнительный 147 элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон 182, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного 147 элемента, и клапан 183, выход которого подключен к выходу исполнительного 147 элемента, а также блок 103 выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного 147 элемента, и контроллер 148 блока 287 управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока 287 управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного 147 элемента.
При этом блок 103 элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол» 104, жилет 105 и воротник - капюшон 106, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока 103 элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по четвертому варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок 280 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого 6 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок 281 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого 7 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
Кроме того, блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
Кроме того, левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
Кроме того, первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 280 блок сбора данных о дальности до препятствия подключен к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер 298 и 299 и голеней 300 и 301 нижних конечностей и торса 89 тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13.
При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый 148 и второй 149 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого 148 и второго 149 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок 148 определения дальности содержит первую 127 линейку дальномеров и первый 123 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой 127 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого 148 блока определения дальности.
При этом второй блок 149 определения дальности содержит вторую 128 линейку дальномеров и второй 124 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй 128 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго 149 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности и второй контроллер 153 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего 150 и четвертого 151 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок 150 определения дальности содержит третью 129 линейку дальномеров и третий 125 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей 129 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего 150 блока определения дальности.
При этом четвертый 151 блок определения дальности содержит четвертую 130 линейку дальномеров и четвертый 126 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой 130 линейки дальномеров.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый 250 и шестой 251 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого 250 и шестого 251 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок 250 определения дальности содержит пятую 308, шестую 209 и седьмую 310 линейки дальномеров и пятый 314 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой 308, шестой 209 и седьмой 310 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого 250 блока определения дальности.
При этом шестой блок 251 определения дальности содержит восьмую 311, девятую 312 и десятую 313 линейки дальномеров и шестой 315 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой 311, девятой 312 и десятой 313 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого 251 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой 324 и восьмой 325 блоки определения дальности и второй контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого 324 и восьмого 325 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок 324 определения дальности содержит одиннадцатую 316, двенадцатую 317 и тринадцатую 318 линейки дальномеров и седьмой 322 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой 316, двенадцатой 317 и тринадцатой 318 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого 324 блока определения дальности.
При этом восьмой блок 325 определения дальности содержит четырнадцатую 319, пятнадцатую 320 и шестнадцатую 321 линейки дальномеров и восьмой 323 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой 319, пятнадцатой 320 и шестнадцатой 321 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого 325 блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым 220 и вторым 252 откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого 6 и, соответственно, правого 7 голенных звеньев, при этом кронштейны 220 и 252 смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев 6 и 7, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, оптические оси дальномеров первой 127, второй 128, третьей 129, четвертой 130, шестой 309, девятой 312, двенадцатой 317 и пятнадцатой 320 линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров пятой 308, восьмой 311, одиннадцатой 316 и четырнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров седьмой 308, десятой 311, тринадцатой 316 и шестнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый 148 и второй 149 блоки определения дальности смонтированы на левом 6 голенном звене и на первом 220 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности смонтированы на правом 7 голенном звене и на втором 252 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по пятому варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров.
При этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый 278 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый 110 и второй 111 датчики тока первого 18 и, соответственно, второго 19 электродвигателей и первый 161 контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого 110 и второго 111 датчиков тока и выходу первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй 279 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий 112 и четвертый 113 датчики тока третьего 20 и, соответственно, четвертого 21 электродвигателей и второй контроллер 162 датчиков тока, подключенный к выходам третьего 112 и четвертого 113 датчиков тока и выходу второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок 287 управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход первого 280 блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока 287 управления подушкой безопасности подключены к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21 и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер 298 и 299 и голеней 300 и 301 нижних конечностей и торса 89 тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное -фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом блок 287 управления подушкой безопасности содержит исполнительный 147 элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон 182, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного 147 элемента, и клапан 183, выход которого подключен к выходу исполнительного 147 элемента, а также блок 103 выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного 147 элемента, и контроллер 148 блока 287 управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока 287 управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного 147 элемента.
При этом блок 103 элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол» 104, жилет 105 и воротник - капюшон 106, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока 103 элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по шестому варианту, содержащий левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый 278 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый 110 и второй 111 датчики тока первого 18 и, соответственно, второго 19 электродвигателей и первый 161 контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого 110 и второго 111 датчиков тока и выходу первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй 279 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий 112 и четвертый 113 датчики тока третьего 20 и, соответственно, четвертого 21 электродвигателей и второй контроллер 162 датчиков тока, подключенный к выходам третьего 112 и четвертого 113 датчиков тока и выходу второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок 280 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого 6 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок 281 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого 7 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях и выход первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствия подключены к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер 298 и 299 и голеней 300 и 301 нижних конечностей и торса 89 тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал, не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый 148 и второй 149 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого 148 и второго 149 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок 148 определения дальности содержит первую 127 линейку дальномеров и первый 123 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой 127 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого 148 блока определения дальности.
При этом второй блок 149 определения дальности содержит вторую 128 линейку дальномеров и второй 124 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй 128 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго 149 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности и второй контроллер 153 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего 150 и четвертого 151 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок 150 определения дальности содержит третью 129 линейку дальномеров и третий 125 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей 129 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего 150 блока определения дальности.
При этом четвертый 151 блок определения дальности содержит четвертую 130 линейку дальномеров и четвертый 126 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой 130 линейки дальномеров.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый 250 и шестой 251 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого 250 и шестого 251 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок 250 определения дальности содержит пятую 308, шестую 209 и седьмую 310 линейки дальномеров и пятый 314 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой 308, шестой 209 и седьмой 310 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого 250 блока определения дальности.
При этом шестой блок 251 определения дальности содержит восьмую 311, девятую 312 и десятую 313 линейки дальномеров и шестой 315 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой 311, девятой 312 и десятой 313 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого 251 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой 324 и восьмой 325 блоки определения дальности и второй контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого 324 и восьмого 325 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок 324 определения дальности содержит одиннадцатую 316, двенадцатую 317 и тринадцатую 318 линейки дальномеров и седьмой 322 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой 316, двенадцатой 317 и тринадцатой 318 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого 324 блока определения дальности.
При этом восьмой блок 325 определения дальности содержит четырнадцатую 319, пятнадцатую 320 и шестнадцатую 321 линейки дальномеров и восьмой 323 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой 319, пятнадцатой 320 и шестнадцатой 321 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого 325 блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым 220 и вторым 252 откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого 6 и, соответственно, правого 7 голенных звеньев, при этом кронштейны 220 и 252 смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев 6 и 7, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, оптические оси дальномеров первой 127, второй 128, третьей 129, четвертой 130, шестой 309, девятой 312, двенадцатой 317 и пятнадцатой 320 линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров пятой 308, восьмой 311, одиннадцатой 316 и четырнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров седьмой 308, десятой 311, тринадцатой 316 и шестнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый 148 и второй 149 блоки определения дальности смонтированы на левом 6 голенном звене и на первом 220 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности смонтированы на правом 7 голенном звене и на втором 252 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по седьмому варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров. При этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИТТЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок 287 управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок 280 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого 6 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок 281 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого 7 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 280 блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока 287 управления подушкой безопасности подключены к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер 298 и 299 и голеней 300 и 301 нижних конечностей и торса 89 тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом блок 287 управления подушкой безопасности содержит исполнительный 147 элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон 182, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного 147 элемента, и клапан 183, выход которого подключен к выходу исполнительного 147 элемента, а также блок 103 выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного 147 элемента, и контроллер 148 блока 287 управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока 287 управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного 147 элемента.
При этом блок 103 элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол» 104, жилет 105 и воротник - капюшон 106, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока 103 элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый 148 и второй 149 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого 148 и второго 149 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок 148 определения дальности содержит первую 127 линейку дальномеров и первый 123 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой 127 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого 148 блока определения дальности.
При этом второй блок 149 определения дальности содержит вторую 128 линейку дальномеров и второй 124 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй 128 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго 149 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности и второй контроллер 153 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего 150 и четвертого 151 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок 150 определения дальности содержит третью 129 линейку дальномеров и третий 125 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей 129 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего 150 блока определения дальности.
При этом четвертый 151 блок определения дальности содержит четвертую 130 линейку дальномеров и четвертый 126 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой 130 линейки дальномеров.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый 250 и шестой 251 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого 250 и шестого 251 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок 250 определения дальности содержит пятую 308, шестую 209 и седьмую 310 линейки дальномеров и пятый 314 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой 308, шестой 209 и седьмой 310 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого 250 блока определения дальности.
При этом шестой блок 251 определения дальности содержит восьмую 311, девятую 312 и десятую 313 линейки дальномеров и шестой 315 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой 311, девятой 312 и десятой 313 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого 251 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой 324 и восьмой 325 блоки определения дальности и второй контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого 324 и восьмого 325 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок 324 определения дальности содержит одиннадцатую 316, двенадцатую 317 и тринадцатую 318 линейки дальномеров и седьмой 322 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой 316, двенадцатой 317 и тринадцатой 318 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого 324 блока определения дальности.
При этом восьмой блок 325 определения дальности содержит четырнадцатую 319, пятнадцатую 320 и шестнадцатую 321 линейки дальномеров и восьмой 323 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой 319, пятнадцатой 320 и шестнадцатой 321 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого 325 блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым 220 и вторым 252 откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого 6 и, соответственно, правого 7 голенных звеньев, при этом кронштейны 220 и 252 смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев 6 и 7, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, оптические оси дальномеров первой 127, второй 128, третьей 129, четвертой 130, шестой 309, девятой 312, двенадцатой 317 и пятнадцатой 320 линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров пятой 308, восьмой 311, одиннадцатой 316 и четырнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, оптические оси дальномеров седьмой 308, десятой 311, тринадцатой 316 и шестнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый 148 и второй 149 блоки определения дальности смонтированы на левом 6 голенном звене и на первом 220 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности смонтированы на правом 7 голенном звене и на втором 252 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе по восьмому варианту содержит левую 1 и правую 2 ручные опоры и активный экзоскелетон нижних конечностей, включающий тазовое 3 звено, левую 282 ножную опору, содержащую левый 10 тазобедренный шарнир, левый 12 коленный шарнир, левый 68 голеностопный шарнир, левое 4 бедренное звено, левое 6 голенное звено и левую 8 стопу, правую 283 ножную опору, содержащую правый 11 тазобедренный шарнир, правый 13 коленный шарнир, правый 69 голеностопный шарнир, правое 5 бедренное звено, правое 7 голенное звено и правую 9 стопу, первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 электродвигатели, первый 34 механизм передачи движения от выходного вала первого 18 электродвигателя до выходного вала левого 10 тазобедренного шарнира, второй 35 механизм передачи движения от выходного вала второго 19 электродвигателя до выходного вала левого 12 коленного шарнира, третий 36 механизм передачи движения от выходного вала третьего 20 электродвигателя до выходного вала правого 11 тазобедренного шарнира, четвертый механизм 37 передачи движения от выходного вала четвертого 21 электродвигателя до выходного вала правого 13 коленного шарнира, первый 159 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами первого 18 и второго 19 электродвигателей, второй 160 контроллер управления электродвигателями, соединенный со входами третьего 20 и четвертого 21 электродвигателей, первый 274 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий первый 72 и второй 73 датчики углов поворота левого 10 тазобедренного и, соответственно, левого 12 коленного шарниров и первый 157 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам первого 72 и второго 73 датчиков угла и входу первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, второй 275 блок сбора данных об углах поворота шарниров, содержащий третий 74 и четвертый 75 датчики углов поворота правого 11 тазобедренного и, соответственно, правого 13 коленного шарниров и второй 158 контроллер датчиков углов, подключенный к выходам третьего 74 и четвертого 75 датчиков угла и входу второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, при этом левые бедренное 4 и голенное 6 звенья выполнены с возможностью крепления к левым бедру 298 и, соответственно, голени 300 пользователя при помощи первого 96 и, соответственно, второго 97 элементов крепления, а правые бедренное 5 и голенное 7 звенья выполнены с возможностью крепления к правым бедру 299 и, соответственно, голени 301 пользователя при помощи третьего 98 и, соответственно, четвертого 99 элементов крепления.
Кроме того, аппарат содержит систему питания 67, бортовую распределенную вычислительную сеть 131, при этом распределенная бортовая вычислительная сеть 131 содержит первую 132 и третью 134 части, причем третья часть 134 бортовой сети 131 смонтирована на экзоскелетоне, при этом обеспечена возможность обмена данными третьей части 143 бортовой вычислительной сети 131 с ее первой 132 частью.
При этом третья часть 134 бортовой вычислительной сети 131 включает головной контроллер 135, общую шину 163 и третий 78 и четвертый 79 каналы обмена данными, через общую шину 163 подключенные к головному контроллеру 135.
При этом левый коленный 12 шарнир жестко связан с верхним концом левого 6 голенного звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения левого коленного 12 шарнира, а правый коленный 13 шарнир жестко связан с верхним концом правого голенного 7 звена, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения правого коленного 13 шарнира, причем оси вращения вышеупомянутых тазобедренных 10 и 11 и коленных 12 13 шарниров перпендикулярны сагиттальной плоскости.
Кроме того, аппарат содержит блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя, содержащий контроллер 154 датчика наклона торса и датчик 107 угла наклона торса, причем выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя соединен с контроллером 154 датчика наклона торса.
Кроме того, аппарат содержит первый блок 276 сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре, содержащий первый 80 и 81 второй датчики силы и контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы, при этом первый 80 датчик силы установлен в пятке, а второй 81 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 155 датчиков силы левой 8 стопы соединен с выходом первого 276 блока сбора данных о силах в левой 282 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит второй 277 блок сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре, содержащий пятый 84 и шестой 85 датчики силы и контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы, при этом пятый 84 датчик силы установлен в пятке, а шестой 85 датчик силы - в носке левой 8 стопы, а контроллер 156 датчиков силы правой 9 стопы соединен с выходом второго 277 блока сбора данных о силах в правой 283 ножной опоре.
Кроме того, аппарат содержит систему 286 задания режима работы аппарата, содержащую первый блок задания режимов работы, включающий контроллер первого блока задания режимов, первый пульт задания и индикации выполнения режимов выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения одного из следующих заранее предопределенных режимов: «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 208, «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» 213, «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 209, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 210, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 211, и «ОСТАНОВ» 207 и первый беспроводный 138 канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия первым 140 и вторым 141 приемопередатчиками.
При этом первый 221 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 144 первого 221 пульта задания режимов, являющийся первой 132 частью бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 144 кнопки «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 165, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 170, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 171, первую кнопку «ОСТАНОВ» 164, элементы индикации «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 173, «СЕСТЬ НА ОПОРУ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» 178, «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ» 179, первый элемент индикации «ОСТАНОВ» 172 и первый приемопередатчик 140, при этом второй приемопередатчик 141 подключен к первому порту контроллера 136 первого блока 284 задания режимов, который через второй порт контроллера 136 подключен к третьему каналу 78 обмена данными.
При этом вход первого 159 контроллера управления электродвигателями, выход первого 274 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре и первый 284 блока задания режимов работы подключены к третьему 78 каналу обмена данными, а вход второго 160 контроллера управления электродвигателями, выход второго 275 блока сбора данных об углах поворота шарниров, выход второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре и выход блока 273 сбора данных о наклоне торса пользователя подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 выполнена с возможностью сбора и обработки данных об углах поворота шарниров 10, 11, 12 и 13, о силах в ножных опорах 283 и 283 в вертикальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной плоскости и о заданном пользователем режиме работы и с возможностью формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 и подачи этих сигналов на управляющие входы вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21.
Кроме того, в аппарат дополнительно введены первый 278 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий первый 110 и второй 111 датчики тока первого 18 и, соответственно, второго 19 электродвигателей и первый 161 контроллер датчиков тока, подключенный к выходам первого 110 и второго 111 датчиков тока и выходу первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях и второй 279 блок сбора данных о токах в электродвигателях, содержащий третий 112 и четвертый 113 датчики тока третьего 20 и, соответственно, четвертого 21 электродвигателей и второй контроллер 162 датчиков тока, подключенный к выходам третьего 112 и четвертого 113 датчиков тока и выходу второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях.
Кроме того, в аппарат дополнительно введен блок 287 управления подушкой безопасности, выполненный с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем.
Кроме того, в аппарат дополнительно введена система 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, включающую первый блок 280 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от левого 6 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата и второй блок 281 сбора данных о дальности до препятствия, выполненный с возможностью определения расстояния от правого 7 голенного звена до препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата.
При этом система 286 задания режима работы аппарата, дополнена вторым 285 блоком задания режимов работы, включающим контроллер 137 второго блока задания режимов, второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, выполненный с возможностью задания пользователем и индикации выполнения следующих заранее предопределенных дополнительных режимов: «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 212, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 215, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 216 и второй 139 беспроводный канал обмена данными, образованный установленными с возможностью взаимодействия третьим 142 и четвертым 143 приемопередатчиками.
При этом второй 222 пульт задания и индикации выполнения режимов, включает контроллер 145 второго пульта задания режимов, являющийся второй частью 133 бортовой вычислительной сети 131, подсоединенные к этому контроллеру 145 кнопки «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 166, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 167, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 168, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 169, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 203, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 205, вторую кнопку «ОСТАНОВ» 214 и элементы индикации «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ» 174, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» 175, «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ» 176, «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» 177, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ» 204, «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» 206 и второй элемент индикации «ОСТАНОВ» 306, и третий приемопередатчик 142, при этом четвертый приемопередатчик 143 подключен к первому порту контроллера 137 второго 285 блока задания режимов, который через второй порт контроллера 137 подключен к четвертому 79 каналу обмена данными, причем первый 221 и второй 222 пульты задания режимов установлены соответственно на рукоятке 217 левой 1 и рукоятке 218 правой 2 ручных опор.
При этом блок 273 сбора данных о наклоне торса пользователя дополнен датчиком 108 угловой скорости наклона торса и датчиком 109 углового ускорения наклона торса, причем датчик 107 наклона торса, датчик 108 угловой скорости наклона торса и датчик 109 углового ускорения наклона торса выполнены двухкомпонентными и смонтированы на торсе пользователя с возможностью измерения соответствующих параметров движения в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а первый и второй выходы каждого из трех вышеупомянутых датчиков подключены к контроллеру 154 датчика наклона торса.
При этом левый 68 и правый 69 голеностопные шарниры выполнены с возможностью вращения по трем осям координат на углы, соответствующие анатомическим особенностям человека и при безопорном движении, то есть в случае отсутствия контакта стопы 8 (9) с опорной поверхностью, обеспечивающими перпендикулярность стопы 8 (9) и голенного звена 6 (7) и нахождение продольной оси стопы 8 (9) в сагиттальной плоскости.
При этом первый 80, второй 81, пятый 86 и шестой 87 датчики силы выполнены двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а выходы пятого 86 и шестого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом выход первого 278 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход первого 280 блок сбора данных о дальности до препятствия и вход блока 287 управления подушкой безопасности подключены к третьему 78 каналу обмена данным, а выход второго 279 блока сбора данных о токах в электродвигателях, выход второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствия и выход второго 285 блока задания режимов подключены к четвертому 79 каналу обмена данными.
При этом бортовая вычислительная сеть 131 дополнена возможностью сбора и обработки данных о силах в левой 282 и правой 283 ножных опорах в горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 во фронтальной плоскости, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, о дальности до препятствий в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор по курсу движения аппарата, формирования сигналов управления всеми вышеупомянутыми электродвигателями 18, 19, 20 и 21 на основе обработанных данных об углах поворота левых тазобедренного 10 и коленного 12 шарниров и правых тазобедренного 11 и коленного 13 шарниров, о силах в ножных опорах 282 и 283 в вертикальном и горизонтальном направлении, об угле наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловой скорости наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, об угловом ускорении наклона торса 89 в сагиттальной и фронтальной плоскостях, о токах четырех вышеупомянутых электродвигателей 18, 19, 20 и 21, о дальности до препятствий по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости левой 282 и правой 283 ножных опор и о заданном пользователем режиме работы, а также с учетом масс-инерционных характеристик бедер 298 и 299 и голеней 300 и 301 нижних конечностей и торса 89 тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также с возможностью фиксации момента появления спастического сокращения мышц и подачи в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы электродвигателей, с возможностью создания дополнительной опоры при потере равновесия пользователем, с возможностью определения профиля опорной поверхности и препятствия по курсу движения аппарата, кроме того, покрытия элементов крепления и покрытия других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя выполнены из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека.
При этом в качестве упругого материала оказывающего комплексное -фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, использован материал не пропускающий воздух и жидкость.
При этом элементы крепления 96, 97, 98, 99 и 100 выполнены в виде камер, заполненных воздухом или жидкостью.
При этом блок 287 управления подушкой безопасности содержит исполнительный 147 элемент типа газогенератора мгновенного действия, выполненного, например, в виде резервуара со сжатым воздухом и содержащего внутри электроуправляемый пиропатрон 182, электроуправляемый вход которого подключен ко входу исполнительного 147 элемента, и клапан 183, выход которого подключен к выходу исполнительного 147 элемента, а также блок 103 выполненных из газонепроницаемого материала надувных элементов подушки безопасности, пневматический вход которого соединен с выходом исполнительного 147 элемента, и контроллер 148 блока 287 управления подушкой безопасности, подключенный ко входу блока 287 управления подушкой безопасности и ко входу исполнительного 147 элемента.
При этом блок 103 элементов подушки безопасности содержит пояс - юбку «колокол» 104, жилет 105 и воротник - капюшон 106, причем пневматические входы указанных элементов подключены к пневматическому входу блока 103 элементов подушки безопасности.
При этом аппарат выполнен с возможностью регулирования в нем величины ограничения угла поворота каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13. При этом возможность регулирования величины ограничения угла поворота выходного вала каждого из четырех вышеупомянутых шарниров 10, 11, 12, 13 реализована в аппарате программно.
При этом второй 139 беспроводный канал обмена данными содержит третий 142 и четвертый 143 приемопередатчики, при этом четвертый 143 приемопередатчик смонтирован на экзоскелетоне с возможностью взаимодействия с третьим 142 приемопередатчиком.
При этом в состав первого 276 блока сбора данных о силах в левой ножной опоре введены третий 82 и четвертый 83 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы первого 80 и второго 81 датчиков силы подключены к контроллеру 155 датчиков силы левой 8 стопы, а в состав второго 277 блока сбора данных о силах в правой ножной опоре введены седьмой 86 и восьмой 87 датчики силы, выполненные двухкомпонентными и с возможностью измерения силы, как в вертикальном, так и в продольном направлении, при этом первый и второй выходы седьмого 86 и восьмого 87 датчиков силы подключены к контроллеру 156 датчиков силы правой 9 стопы.
При этом первый 80 датчик силы, установлен в латеральной части пятки левой 8 стопы, второй 81 датчик силы, установлен в латеральной части носка левой 8 стопы, третий 82 датчик силы, установлен в медиальной части пятки левой 8 стопы, четвертый 83 датчик силы, установлен в медиальной части носка левой 8 стопы, пятый 84 датчик силы, установлен в медиальной части пятки правой 9 стопы, шестой 85 датчик силы, установлен в медиальной части носка правой 9 стопы, седьмой 86 датчик силы, установлен в латеральной части пятки правой 9 стопы, восьмой 87 датчик силы, установлен в латеральной части носка правой 9 стопы.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит первый 148 и второй 149 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам первого 148 и второго 149 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом первый блок 148 определения дальности содержит первую 127 линейку дальномеров и первый 123 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами первой 127 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу первого 148 блока определения дальности.
При этом второй блок 149 определения дальности содержит вторую 128 линейку дальномеров и второй 124 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами второй 128 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу второго 149 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности и второй контроллер 153 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам третьего 150 и четвертого 151 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом третий блок 150 определения дальности содержит третью 129 линейку дальномеров и третий 125 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами третьей 129 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу третьего 150 блока определения дальности.
При этом четвертый 151 блок определения дальности содержит четвертую 130 линейку дальномеров и четвертый 126 коммутатор, к входов которого соединены с соответствующими выходами четвертой 130 линейки дальномеров.
При этом первый 280 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит пятый 250 и шестой 251 блоки определения дальности и первый контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам пятого 250 и шестого 251 блоков определения дальности и первого 280 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом пятый блок 250 определения дальности содержит пятую 308, шестую 209 и седьмую 310 линейки дальномеров и пятый 314 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами пятой 308, шестой 209 и седьмой 310 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу пятого 250 блока определения дальности.
При этом шестой блок 251 определения дальности содержит восьмую 311, девятую 312 и десятую 313 линейки дальномеров и шестой 315 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами восьмой 311, девятой 312 и десятой 313 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу шестого 251 блока определения дальности.
При этом второй 281 блок сбора данных о дальности до препятствий содержит седьмой 324 и восьмой 325 блоки определения дальности и второй контроллер 152 системы 219 определения профиля препятствия и опорной поверхности в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата, подключенный к выходам седьмого 324 и восьмого 325 блоков определения дальности и второго 281 блока сбора данных о дальности до препятствий.
При этом седьмой блок 324 определения дальности содержит одиннадцатую 316, двенадцатую 317 и тринадцатую 318 линейки дальномеров и седьмой 322 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами одиннадцатой 316, двенадцатой 317 и тринадцатой 318 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу седьмого 324 блока определения дальности.
При этом восьмой блок 325 определения дальности содержит четырнадцатую 319, пятнадцатую 320 и шестнадцатую 321 линейки дальномеров и восьмой 323 коммутатор, 3к входов которого соединены с соответствующими выходами четырнадцатой 319, пятнадцатой 320 и шестнадцатой 321 линейки дальномеров, а выход подключен к выходу восьмого 325 блока определения дальности.
При этом аппарат снабжен первым 220 и вторым 252 откидными кронштейнами, выполненными в виде планок, один конец которых шарнирно смонтирован в верхней части левого 6 и, соответственно, правого 7 голенных звеньев, при этом кронштейны 220 и 252 смонтированы с возможностью поворота в сагиттальной плоскости относительно соответствующих голенных звеньев 6 и 7, по крайней мере, на 90°.
При этом оптические оси дальномеров каждой из вышеупомянутых линеек дальномеров лежат в плоскости, проходящей через продольную ось соответствующей линейки дальномеров и параллельны друг другу.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров первой 127, второй 128, третьей 129, четвертой 130, шестой 309, девятой 312, двенадцатой 317 и пятнадцатой 320 линеек дальномеров перпендикулярны продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров пятой 308, восьмой 311, одиннадцатой 316 и четырнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под острым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
Кроме того, при этом оптические оси дальномеров седьмой 308, десятой 311, тринадцатой 316 и шестнадцатой 319 линеек дальномеров лежат под тупым углом к продольным осям соответствующих линеек дальномеров.
При этом первый 148 и второй 149 блоки определения дальности смонтированы на левом 6 голенном звене и на первом 220 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом третий 150 и четвертый 151 блоки определения дальности смонтированы на правом 7 голенном звене и на втором 252 откидном кронштейне соответственно с возможностью обзора пространства по курсу движения аппарата в сагиттальной плоскости.
При этом левое 4 бедренное звено включает корпус 70, в котором смонтированы левый тазобедренный 10 шарнир, первый 72 и второй 73 датчики углов, левый коленный 12 шарнир, первый 18 электродвигатель и первый механизм 34 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал первого 18 электродвигателя с осью вращения левого тазобедренного 10 шарнира и осью вращения первого 72 датчика угла, второй 19 электродвигатель и второй механизм 35 передачи движения, кинематически связывающий выходной вал второго 19 электродвигателя с осью вращения левого коленного 12 шарнира и осью вращения второго датчика угла 73.
При этом правое 5 бедренное звено включает корпус 71, в котором смонтированы правый тазобедренный 11 шарнир, третий 74 и четвертый 75 датчики углов, правый коленный 13 шарнир, третий 20 электродвигатель и третий 28 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал третьего электродвигателя 20 с осью вращения правого тазобедренного 11 шарнира и осью вращения третьего 74 датчика угла, четвертый 21 электродвигатель и четвертый 29 механизм передачи движения, кинематически связывающий выходной вал четвертого электродвигателя 21 с осью вращения правого коленного 13 шарнира и осью вращения четвертого 75 датчика угла.
При этом корпусы 70 и 71 левого 4 и правого 5 бедренных звеньев и непосредственно левого 6 и правого 7 голенных звеньев выполнены с возможностью регулировки их продольных размеров.
При этом во внутренней части корпуса 70 левого 6 бедренного звена в верхней его половине установлены пятый 63 подшипник и первая 14 платформа, на которой смонтированы первый 18 электродвигатель, первая 22 ременная передача и первый 30 подшипник, первый механизм 26 передачи движения включает первую 34 шарико-винтовую передачу, содержащую первый 38 винт и первую 42 гайку со смонтированной на ней первой 46 кареткой, первый 55 шатун и первый 59 кривошип, при этом часть первого 38 винта первой 34 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в первом 30 подшипнике, а один конец первого 38 винта через первую 22 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом первого 18 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована первая 50 направляющая, а первая 46 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по первой 50 направляющей, один конец первого 55 шатуна шарнирно соединен с первой 42 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и первой 42 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец первого 59 кривошипа жестко соединен со смонтированным в пятом 63 подшипнике валом левого 10 тазобедренного шарнира, а другой конец первого 59 кривошипа шарнирно соединен с другим концом первого 55 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 10 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 70 левого 4 бедренного звена в нижней его половине установлены шестой 64 подшипник и вторая 15 платформа, на которой смонтированы второй 19 электродвигатель, вторая 23 ременная передача и второй 31 подшипник, второй механизм 27 передачи движения включает вторую 35 шарико-винтовую передачу, содержащую второй 39 винт и вторую 43 гайку со смонтированной на ней второй 47 кареткой, второй 56 шатун и второй 60 кривошип, при этом часть второго 43 винта второй 35 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена во втором 31 подшипнике, а один конец второго 39 винта через вторую 23 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом второго 19 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 70 левого 4 бедренного звена смонтирована вторая 51 направляющая, а вторая 47 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по второй 51 направляющей, один конец второго 56 шатуна шарнирно соединен со второй 43 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и второй 43 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец второго 60 кривошипа жестко соединен со смонтированным в шестом 64 подшипнике валом левого 12 коленного шарнира, а другой конец второго 60 кривошипа шарнирно соединен с другим концом второго 56 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала левого 12 коленного шарнира параллельны.
При этом во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в верхней его половине установлены седьмой 65 подшипник и третья 16 платформа, на которой смонтированы третий 20 электродвигатель, третья 24 ременная передача и третий 32 подшипник, третий механизм 28 передачи движения включает третью 36 шарико-винтовую передачу, содержащую третий 40 винт и третью 44 гайку со смонтированной на ней третьей 48 кареткой, третий 57 шатун и третий 61 кривошип, при этом часть третьего 40 винта третьей 36 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в третьем 32 подшипнике, а один конец третьего 40 винта через третью 24 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом третьего 20 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 левого 5 бедренного звена смонтирована третья 52 направляющая, а третья 48 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по третьей 52 направляющей, один конец третьего 57 шатуна шарнирно соединен с третьей 44 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и третьей 44 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец третьего 61 кривошипа жестко соединен со смонтированным в седьмом 65 подшипнике валом правого 11 тазобедренного шарнира, а другой конец третьего 61 кривошипа шарнирно соединен с другим концом третьего 57 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 11 тазобедренного шарнира параллельны, во внутренней части корпуса 71 правого 5 бедренного звена в нижней его половине установлены восьмой 66 подшипник и четвертая 17 платформа, на которой смонтированы четвертый 21 электродвигатель, четвертая 25 ременная передача и четвертый 33 подшипник, четвертый механизм 29 передачи движения включает четвертую 37 шарико-винтовую передачу, содержащую четвертый 41 винт и четвертую 45 гайку со смонтированной на ней четвертой 49 кареткой, четвертый 58 шатун и четвертый 62 кривошип, при этом часть четвертого 41 винта четвертой 37 шарико-винтовой передачи, выполненная в виде вала, жестко установлена в четвертом 33 подшипнике, а один конец четвертого 41 винта через четвертую 25 ременную передачу кинематически соединен с выходным валом четвертого 21 электродвигателя, на внутренней боковой поверхности корпуса 71 правого 5 бедренного звена смонтирована четвертая 54 направляющая, а четвертая 49 каретка выполнена с возможностью линейного перемещения по четвертой 54 направляющей, один конец четвертого 58 шатуна шарнирно соединен с четвертой 45 гайкой, причем оси вращения этого шарнирного соединения и четвертой 45 гайки взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке, один конец четвертого 62 кривошипа жестко соединен со смонтированным в восьмом 66 подшипнике валом правого 13 коленного шарнира, а другой конец четвертого 62 кривошипа шарнирно соединен с другим концом четвертого 58 шатуна, причем ось вращения этого шарнирного соединения и ось вращения вала правого 13 коленного шарнира параллельны.
При этом правый 69 голеностопный шарнир содержит первый 184 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения правой 9 стопы и правого 7 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 197 и второй 198 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 199 и четвертый 200 упругие элементы и первую 201 и вторую 202 шайбы, первый 185 палец и смонтированную на правой 9 стопе первую 186 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде первый 187 и второй 188 проушин, а первый 184 шарнирный узел выполнен сферическим и включает первую 189 бочкообразную головку со сферической поверхностью и первым 190 отверстием по оси первой 189 головки под размещение первого 185 пальца, первый 192 корпус, соединенный с правым 7 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью первой 189 головки и первым 192 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности первой 189 головки первый 193 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности первого 192 корпуса, причем первый 184 шарнирный узел смонтирован на первый 186 опорной стойке посредством соединения первый 185 палец - первая 187 и вторая 188 проушины, первая 189 головка жестко смонтирована на первом 185 пальце, первый 185 палец жестко смонтирован в первой 187 и второй 188 проушинах, причем на частях первого 185 пальца, примыкающим к первой 187 и второй 188 проушинам, установлены первая 201 и вторая 202 шайбы соответственно, а на частях первого 185 пальца, примыкающим слева и справа к первой 189 шаровой головке установлены первый 197 и, соответственно, второй 198 упругие элементы, а оси 194 и 195, 196 и 191 первой 187 и второй 188 проушин, первого 185 пальца и, соответственно, первой 189 головки, совпадают с поперечной осью правого голеностопного сустава человека, при этом одна часть третьего 199 и четвертого 200 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на правой 9 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям первой 186 опорной стойки и нижней части правого 7 голенного звена и имеет С-образные изгибы 180 и 181 выпуклостью наружу на уровне расположения первого 184 шарнирного узла.
При этом левый 68 голеностопный шарнир содержит второй 122 шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения левой 8 стопы и левого 6 голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, первый 118 и второй 119 упругие элементы, выполненные в виде колец, третий 120 и четвертый 121 упругие элементы и третью 248 и четвертую 249 шайбы, второй 236 палец и смонтированную на левой 8 стопе вторую 237 опорную стойку, верхняя часть которой выполнена в виде третьей 238 и 239 четвертой проушин, а второй 122 шарнирный узел выполнен сферическим и включает вторую 240 бочкообразную головку со сферической поверхностью и вторым 241 отверстием по оси 242 второй 240 головки под размещение второго 236 пальца, второй 243 корпус, соединенный с левым 6 голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью второй 240 головки и вторым 243 корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности второй 240 головки второй 244 шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности второго 243 корпуса, причем второй 122 шарнирный узел смонтирован на второй 237 опорной стойке посредством соединения второй 236 палец - третья 238 и четвертая 239 проушины, вторая 240 головка жестко смонтирована на втором 236 пальце, второй 236 палец жестко смонтирован в третьей 238 и четвертой 239 проушинах, причем на частях второго 236 пальца, примыкающим к третьей 238 и четвертой 239 проушинам, установлены третья 248 и четвертая 249 шайбы соответственно, а на частях второго 236 пальца, примыкающим слева и справа ко второй 240 шаровой головке установлены пятый 118 и, соответственно, шестой 119 упругие элементы, а оси третьей 238 и четвертой 239 проушин, второго 236 пальца и, соответственно, второй 240 головки, совпадают с поперечной осью левого голеностопного сустава человека, при этом одна часть седьмого 120 и восьмого 121 упругих элементов, выполненных в виде Г-образных пластин, жестко смонтирована на левой 8 стопе, таким образом, что другая их часть плотно прижата к передней и, соответственно, задней частям второй 237 опорной стойки и нижней части левого 68 голенного звена и имеет третий 234 и четвертый 235 С-образные изгибы выпуклостью наружу на уровне расположения второго 122 шарнирного узла.
При этом система питания 67 содержит первый 114, второй 115, третий 116 и, соответственно, четвертый 117 аккумуляторы, причем, первый 114 и второй 115 аккумуляторы установлены в корпусах 70 и 71 левого 4 и, соответственно, правого 5 бедренных звеньев, а третий 116 и четвертый 117 аккумуляторы установлены в левой 1 и, соответственно, правой 2 ручных опорах.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по первому варианту может работать в следующих режимах управления:
Нейтральный режим управления - «Н»,
Автоматический режим управления - «А»,
Ручной режим управления - «Р».
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводит масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления. Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы. Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на одном шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов. Аппаратом помощи при ходьбе пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя. Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы. В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер 135. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, записи данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов 207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 -режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы. Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и осуществляется выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне, сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179. Затем, спустя установленное время задержки, на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72 -75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21, а также запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах. Пример 1. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг.26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем формируются соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задает углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на одном шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов. В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов». Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 2. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем формируются соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи. Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 3. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере 135. Затем формируются соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов». Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи. Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по второму варианту может работать в следующих режимах управления:
Нейтральный режим управления - «Н»,
Автоматический режим управления - «А»
Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, а также данные с датчиков 110-113 тока электродвигателей. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, фиксации момента потери равновесия, определения момента наступления спастического сокращения мышц, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне и сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
Определение спастического состояния мышц выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 110-113 тока электродвигателей и сравнению их с требуемыми расчетными значениями тока в штатном режиме, когда спастическое напряжение мышц отсутствует. При наступлении спастического состояния движение аппарата останавливается, а иначе формируется разрешающий сигнал.
Запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 4. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению спастического состояния мышц, и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и на контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет спастическое состояния мышц, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
При выявлении пользователем возможности падения, необходимо нажать кнопку 266 «ВКЛ», для отключения электродвигателей 18-21. При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница вниз и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
При выявлении пользователем возможности падения, необходимо нажать кнопку «ВКЛ», для отключения электродвигателей 18-21.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 5. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению спастического состояния мышц и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения возникнет спастическое состояния мышц пользователя, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
При выявлении пользователем возможности падения, необходимо нажать кнопку «ВКЛ», для отключения электродвигателей 18-21.
При выявлении пользователем возможности падения, необходимо нажать кнопку 266 «ВКЛ», для отключения электродвигателей 18-21. При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 6. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению по определению спастического состояния мышц и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения возникнет спастическое состояния мышц пользователя, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
При выявлении пользователем возможности падения, необходимо нажать кнопку 266 «ВКЛ», для отключения электродвигателей 18-21. При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница вниз и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 3 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи при ходьбе пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы. В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, фиксации момента потери равновесия, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ» работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205-кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение возможности падения выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
- Запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 7. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и на контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе возникнет или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208, а в случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 8. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанное выше действие по определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе возникнет или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208, а в случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 9. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере 135. Затем она выполняет описанные выше действия, по определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе возникнет или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208, а в случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ». При возникновении непредвиденного препятствия (бордюр, впадина, лестница и др.) пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Для преодоления возникшей проблемы пользователь выбирает соответствующий режим работы аппарата или вызывает службу помощи.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 4 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, а также данные с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, определение наличия и параметров препятствия, записи данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение параметров препятствия выполняется программой в головном контроллере 135, где перед каждым следующим шагом пользователя выполняется проверка соответствия параметров опорной поверхности, поступающих с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. При возникновении несоответствия полученных данных выбранному режиму работы, электродвигатели 18-21 останавливаются и следующий шаг не выполняется. Движение завершается постановкой переносной ноги рядом с опорной.
- Запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 10. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и на контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие не соответствующее выбранному режиму (бордюр, впадина, лестница и др.), то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ».
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 11. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие по типу не соответствующее выбранному режиму работы (бордюр, впадина, лестница и др.), то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208. В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ».
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 12. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров лестницы и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие по типу не соответствующее выбранному режиму работы (окончание лестничного марша - ровная поверхность, лестница вниз, впадина, и др.), то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208. В случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ».
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 5 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, а также данные с датчиков 110-113 тока электродвигателей. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, фиксации момента потери равновесия, определения момента наступления спастического сокращения мышц, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение возможности падения выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
- Определение спастического состояния мышц выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 110-113 тока электродвигателей и сравнению их с требуемыми расчетными значениями тока в штатном режиме, когда спастическое напряжение мышц отсутствует. При наступлении спастического состояния движение аппарата останавливается, а иначе формируется разрешающий сигнал.
- Запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 13. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению возможности падения, определению спастического состояния мышц, и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и на контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет спастическое состояния мышц, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 14. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения возникнет спастическое состояния мышц пользователя, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, то пользователь переходит в режим 208 или режим 207 «Останов».
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 15. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению по определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения возникнет спастическое состояния мышц пользователя, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 6 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей, а также данные с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, определение наличия и параметров препятствия, определения момента наступления спастического сокращения мышц, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов 207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение спастического состояния мышц выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 110-113 тока электродвигателей и сравнению их с требуемыми расчетными значениями тока в штатном режиме, когда спастическое напряжение мышц отсутствует. При наступлении спастического состояния движение аппарата останавливается, а иначе формируется разрешающий сигнал.
- Определение параметров препятствия выполняется программой в головном контроллере 135, где перед каждым следующим шагом пользователя выполняется проверка соответствия параметров опорной поверхности, поступающих с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. При возникновении несоответствия полученных данных выбранному режиму работы, электродвигатели 18 -21 останавливаются и следующий шаг не выполняется. Движение завершается постановкой переносной ноги рядом с опорной.
- Записи данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 16. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению спастического состояния мышц, и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и на контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 17. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению спастического состояния мышц и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 18. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров лестницы, определению спастического состояния мышц и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя.
В этом случае экзоскелетон или переходит в соответствующей возникшей ситуации режим 208, или пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ» при возникновении опасности падения.
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 7 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона, а также данные с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, фиксации момента потери равновесия, определение наличия и параметров препятствия, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне и сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение параметров препятствия выполняется программой в головном контроллере 135, где перед каждым следующим шагом пользователя выполняется проверка соответствия параметров опорной поверхности, поступающих с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. При возникновении несоответствия полученных данных выбранному режиму работы, электродвигатели 18-21 останавливаются и следующий шаг не выполняется. Движение завершается постановкой переносной ноги рядом с опорной.
- Определение возможности падения выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
- Записи данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через обитую шину 163 канала 78, 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 19. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 166 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78, 79 и на контроллеры 159, 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 20. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208, а в случае возникновения спастического сокращения мышц пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ».
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 21. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров лестницы, определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя.
В этом случае экзоскелетон или переходит в соответствующей возникшей ситуации режим 208, или пользователь выключает двигатели кнопкой 266 «ВКЛ» при возникновении спастического сокращения мышц.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается ходьба в аппарате.
ОПИСАНИЕ работы аппарата помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций
Аппарат помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций по варианту 8 может работать в следующих режимах управления:
- Нейтральный режим управления - «Н»,
- Автоматический режим управления - «А»
- Ручной режим управления - «Р»
При включении аппарата выбирается нейтральный режим управления на переключателе 264 выбора режима управления аппаратом, и выбранный режим управления подсвечивается элементом 265 индикации выбора режима управления аппаратом в результате чего, до начала движения в автоматическом или ручном режимах запускается программное обеспечение, вырабатывающие управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, в головном контроллере 135, для чего оператор или сам пользователь вводятся масс-инерционные параметры пользователя и экзоскелетона, а также нижеперечисленные значения параметров ходьбы.
1. Определение ноги (левой, правой), с которой начинается ходьба;
2. Задание момента начала движения;
3. Задание длины шага;
4. Задание высоты подъема ноги;
5. Задание темпа ходьбы.
Режимы работы аппарата и переходы между ними, приведенные на фиг. 3, а также соответствующие им программы управления электродвигателями 18-21, хранящиеся в головном контроллере одинаковые для автоматического и ручного режимов управления.
Автоматический режим управления характеризуется тем, что движение аппарата происходит по заранее записанной в головном контроллере 135 программе с предустановленными параметрами ходьбы.
Известно, что человек совершает при ходьбе колебательные движения корпуса во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Поэтому, двигаясь в ручном режиме управления, пользователь, сохраняя естественную локомоцию, выполняет наклоны торса. Следовательно, можно, не отвлекая внимание человека, использовать наклоны торса для задания таких параметров движения как длина шага и высота подъема ноги.
Поэтому при ручном режиме управления такие параметры ходьбы, как длина шага задается углом наклона корпуса пользователя в сагиттальной плоскости, который измеряется датчиком угла 107 наклона корпуса, высота подъема ноги задается углом наклона корпуса пользователя во фронтальной плоскости, который измеряется, датчиком угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Если в течение этого времени пользователь выпрямился, то движение не происходит, т.е. пользователь отказался от намерения двигаться в выбранном режиме в данный момент времени. Таким образом, перед каждым шагом (переносом ноги), пользователь совершает наклоны корпуса в те моменты времени, когда он намеревается сделать шаг.
Окончание движения в автоматическом режиме производится пользователем переходом к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Окончание движения в ручном режиме происходит, когда пользователь приводит корпус в вертикальное положение и следующего шага не происходит, затем он переходит к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выбором режима 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Аппаратом помощи для ходьбы пользуются следующим образом.
Пользователь сидя обувает башмаки 302, 303 одевает на себя экзоскелетон и с помощью креплений закрепляет его на себе:
- элементом крепления 304 левый башмак 302 к левой стопе 8;
- элементом крепления 305 правого башмака 305 к правой стопе 9;
- элементом крепления 97 левый голенного звена 6 к левой голени 300;
- элементом крепления 99 правого голенного звена 7 к правой голени 301;
- элементом крепления 96 левого бедренного звена 4 к левой бедру 298;
- элементом крепления 98 правого бедренного звена 5 к правому бедру 299;
- элементом крепления 100 тазового звена 3 к торсу 89 пользователя.
Затем пользователь закрепляет элементы крепления 101 левой ручной опоры 1 на левом предплечье 92, а элемент крепления 102 правой ручной опоры 2 на правом предплечье 93.
После одевания экзоскелета пользователь устанавливает переключатель 264 «Выбор режима управления» в нейтральное положение «Н» и включает кнопку 266 «ВКЛ» включения питания аппарата, при этом с помощью индикации 265 осуществляется подсветка положения «Н» переключателя 264, а элементом индикации 267 подсветка кнопки 268 «ВКЛ». В результате загружается программное обеспечение и производится сбор данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей, а также данные с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. По каналам 78 и 79 обмена данными эти данные поступают в головной контроллер. Эти данные используются для идентификации позы пользователя, фиксации момента потери равновесия, определение наличия и параметров препятствия, определения момента наступления спастического сокращения мышц, записи данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы, а также формирования управляющих сигналов на электродвигатели экзоскелетона в соответствии с выбранным режимом движения и параметрами ходьбы.
Выбор режимов работы аппарата, приведенных на фиг. 3, производится при помощи первого 221 и второго 222 пультов задания режимов работы аппарата. Выбор режимов
207 - режим «ОСТАНОВ», 208 - режим «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 209 - режим «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ», 210 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 211 - режим «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 212 - режим «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ»; 213 - режим «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», 215 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 216 - режим «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ»
работы аппарата выполняется кнопками 164 - первая кнопка «ОСТАНОВ», 165 - кнопка «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», 166 - кнопка «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ»; 167 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ», 168 - кнопка «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВНИЗ», 169 - кнопка «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», 170 - кнопка «СЕСТЬ НА ОПОРУ», 171 - кнопка «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ», 203 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВВЕРХ», 205 - кнопка «ИДТИ ПО НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВНИЗ», 214 - вторая кнопка «ОСТАНОВ», с помощью которых осуществляется переход между этими режимами работы.
Режим 207 «Останов», который вызывается нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов соответствует экстренным ситуациям и дает возможность пользователю остановить процесс движения экзоскелета при необходимости. При вызове этого режима прекращается выполнение движения в текущем режиме, по показаниям датчиков 80-87 сил определяется опорная нога, выполняется постановка переносной ноги рядом с опорной и выпрямление ног, после чего происходит остановка электродвигателей. Поскольку режим является экстренным и приводит к выключению двигателей, то для дальнейшего использования аппарата необходимо выполнить операции по его включению.
После нажатия одной из перечисленных выше кнопок выбора режима работы выполняется операция идентификации позы пользователя и экзоскелетона с использованием датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса с целью определения допустимости перехода из текущего в выбранный режим.
Допустимость выбранного режима подтверждается равномерным подсвечиванием выбранной кнопки соответствующим ему элементом индикации.
Не допустимость выбранного режима подтверждается красным свечением соответствующего индикатора.
Находясь в надетом экзоскелетоне сидя на опоре, пользователь выбирает желаемый режим работы аппарата согласно перечню режимов, приведенных на фиг. 3. Заметим, что в режимы работы 209, 210, 211, 212, 215, 216 пользователь может перейти только из режима 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», поэтому первым режимом из режима 213 - «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ» пользователь выбирает режим 208. Этот переход осуществляется нажатием кнопки 171 - «ВСТАТЬ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ «СИДЯ НА ОПОРЕ». Подтверждением допустимости выбранного режима является включение элемента индикации 179 и, затем, спустя установленное время задержки, начинается выполнение движения экзоскелетона по соответствующим программам головного контроллера, которые выполняют следующие действия.
- Определение параметров препятствия выполняется программой в головном контроллере 135, где перед каждым следующим шагом выполняется проверка соответствия параметров опорной поверхности, поступающих с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия. При возникновении несоответствия полученных данных выбранному режиму работы, электродвигатели 18-21 останавливаются и следующий шаг не выполняется. Движение завершается постановкой переносной ноги рядом с опорной.
- Определение спастического состояния мышц выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 110-113 тока электродвигателей и сравнению их с требуемыми расчетными значениями тока в штатном режиме, когда спастическое напряжение мышц отсутствует. При наступлении спастического состояния движение аппарата останавливается, а иначе формируется разрешающий сигнал.
- Определение возможности падения выполняется по анализу данных, поступающих с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, в результате чего вычисляется положение проекции центра тяжести на опорную поверхности и направление угловой скорости корпуса пользователя. Если центр тяжести находится на границе площади опоры, а направление угловой скорости направлено в сторону возможного падения, то движение электродвигателей 18-21 останавливается и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
- Запись данных о временных характеристиках кинематики и динамики ходьбы.
После выполнения вышеуказанных действий на головном контроллере 135 формируются управляющие сигналы на электродвигатели 18-21, с учетом масс-инерционных характеристик человека и экзоскелета, параметров движения, предварительно установленных в случае автоматического и ручного режима управления, и данных, полученных с датчиков 72-75 углов шарниров, с датчиков 80-87 силы, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса, которые затем через общую шину 163 канала 78 и 79 обмена данными поступают на входы электродвигателей 18-21.
Дальнейшую работу аппарата рассмотрим на следующих примерах.
Пример 22. Режим работы 209 - «ИДТИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264 при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Исходное положение - пользователь стоит вертикально согласно режиму 208. После нажатия кнопки 165 запускается соответствующая программа, записанная в головном контроллере 135, которая проверяет допустимость выбранного режима, сообщая об этом пользователю соответствующим сигналом индикатора. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 209 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 166, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задает углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение через препятствие.
Пример 23. Выполнение движения в режиме 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ».
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 212 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ» путем нажатия кнопки 169 - «ИДТИ ЧЕРЕЗ ПРЕПЯТСТВИЕ», после чего запускается, соответствующая выбранному режиму, программа, записанная в головном 135 контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров препятствия, определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 212 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Если параметры препятствия выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном режиме заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя. В этом случае экзоскелетон переходит в режим 208.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим движения, например, движение по лестнице вверх.
Пример 24. Выполнение движения в режиме 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ»;
Пусть пользователь выбрал автоматический режим управления аппаратом, нажатием клавиши «А» или ручной режим, нажатием клавиши «Р», на переключателе 264, при этом элемент 265 индикации выбора режима управления аппаратом подсветил выбранную клавишу (фиг. 26).
Для автоматического режима управления аппаратом параметры ходьбы уже находятся в памяти головного контроллера, а для ручного режима определение параметров ходьбы будет задаваться пользователем в соответствии с описанными выше действиями с использованием наклона торса.
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 - «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ».
Пользователь, находясь в режиме 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ», выбирает режим 210 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» путем нажатия кнопки 167 «ИДТИ ПО ЛЕСТНИЦЕ ВВЕРХ» после чего запускается соответствующая выбранному режиму программа, записанная в головном контроллере. Затем она выполняет описанные выше действия по определению параметров лестницы, определению спастического состояния мышц, определению возможности падения и в случае полного соответствия всех полученных данных с выбранным режимом формирует соответствующие режиму 210 управляющие сигналы, поступающие через общую шину 163 канала обмена данных 78 и 79 и контроллеры 159 и 160 на управляющие входы соответствующих электродвигателей 18-21.
Движение в автоматическом режиме продолжается до тех пор, пока пользователь не задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
При ручном режиме управления параметры ходьбы, длину шага и высота подъема ноги пользователь задается углами наклона своего корпуса в сагиттальной и во фронтальной плоскостях, которые измеряются датчиком угла 107 наклона корпуса. Темп ходьбы на шаге задается по измерению с датчика 108 угловой скорости наклона корпуса. Выбор переносной ноги определяется по показаниям датчика угла 107 наклона корпуса во фронтальной плоскости и по превышению заранее выбранного порогового значения силы между соответствующими датчиками 80-87 силы левой и правой ног. Момент начала движения устанавливается предварительно как величина задержки по времени после выполнения наклонов корпуса.
Движение в ручном заканчивается, когда пользователь займет вертикальное положение и задаст переход к режиму 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ» нажатием кнопки 165, или при возникновении особой ситуации выберет режим 207 «Останов» нажатием кнопки 164 «Stop» на первом 221 пульте задания режимов или кнопки 214 «Stop» на втором 222 пульте задания режимов.
Если в процессе движения по направлению следования пользователя возникнет непредвиденное препятствие, или спастическое состояния мышц, или выявляется возможность падения, то управляющая программа на основе поступивших сигналов данных с первого 280 и второго 281 блоков сбора данных о дальности до препятствия и их параметров, анализ которых выполняется перед каждым очередным шагом пользователя, данных с датчиков 72-75 углов шарниров, датчиков 80-87 сил, датчиков угла 107 наклона корпуса, датчика 108 угловой скорости наклона корпуса и датчиков 110-113 тока электродвигателей формирует запрет на выполнение следующего шага пользователя.
В этом случае экзоскелетон или переходит в соответствующей возникшей ситуации режим 208, или выключаются двигатели при возникновении спастического состояния мышц.
Кроме того, при выявлении возможности падения и на контроллер 146 блока управления подушкой безопасности пользователя поступает сигнал, который приводит в действие исполнительный механизм 147 подушки безопасности, иначе движение продолжается в штатном режиме.
Если параметры лестницы выходят за допустимые границы, то движение не выполняется и аппарат переходит в режим 208 - «СТОЯТЬ ВЕРТИКАЛЬНО С ВЫПРЯМЛЕННЫМИ НОГАМИ». В этом случае для продолжения движения пользователь должен выбрать другой маршрут движения.
Поворот вокруг вертикальной оси человека осуществляется поворотом торса за счет прикладываемым к костылям или другим ручным опорам мышечных усилий рук пользователя.
Далее пользователь выбирает необходимый режим работы, например, режим 213 «СИДЕТЬ НА ОПОРЕ», которым заканчивается прогулка в аппарате.
Рассмотрим влияние существенных отличий аппарата помощи при ходьбе человеку с нарушением опорно-двигательных функций на заявленные в предлагаемом изобретении технические результаты.
Выполнение голеностопных суставов 68 и 69 с возможностью вращения вокруг трех осей координат, обеспечивает возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность.
Выполнение покрытий элементов крепления и покрытий других элементов экзоскелетона в местах их контакта с телом пользователя из упругого материала, оказывающего комплексное - фиксирующее, микромассажное и компрессионное воздействие на организм человека, и выполнения элементов крепления в виде камер, заполненных водой или воздухом обеспечивает предотвращение потертостей кожи.
За счет возможности формирования сигналов управления электродвигателями с учетом масс-инерционных характеристик бедер и голеней нижних конечностей и торса тела пользователя и всех звеньев экзоскелетона, а также сил реакции в ножных опорах, как в вертикальных, так и в продольном направлении, и данных об углах наклона, угловой скорости наклона и угловом ускорении наклона торса пользователя и углах порота шарниров экзоскелетона, обеспечивается походка близкая к естественной.
Определение профиля опорной поверхности и препятствия в сагиттальной плоскости по курсу движения аппарата в результате обработки данных с блоков 278 и 279 сбора данных о дальности и обеспечения за счет этого движения ножных опор экзоскелетона с учетом определенных в бортовой сети 131 параметров препятствий и опорной поверхности, позволяет пользователю в автоматическом режиме перешагивать через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и в автоматическом режиме ходить по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней.
Фиксация момента спастического сокращения мышц ног пользователя по данным, получаемым с первого 278 и второго 279 блоков сбора данных о токах электродвигателей и подача в этот момент сигнала «ОСТАНОВ» на управляющие входы этих же электродвигателей позволяет предотвратить повреждение мышц и сухожилий пользователя.
Применение в составе аппарата распределенной подушки безопасности, в состав элементов которой входит пояс 104, при срабатывании на основании данных от датчиков 107, 108 и 109 наклона торса превращающийся в жесткую юбку - колокол с широким основанием, позволяет предотвратить падение пользователя при потере равновесия.
Вышеизложенные факты позволяют сделать следующие заключения.
В предлагаемом изобретении по первому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
Расширение функциональных возможностей аппарата - за счет возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную или неровную опорную поверхность.
Повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности предотвращения потертостей кожи.
Улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по второму варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий;
- возможности предотвращения потертостей кожи;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность.
В предлагаемом изобретении по третьему варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности предотвращения падения пользователя;
- возможности предотвращения потертостей кожи;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по четвертому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивать через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходить по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме ходить по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- предотвращения потертостей кожи;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивать через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходить по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по пятому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий;
- возможности предотвращения падения пользователя;
- возможности предотвращения потертостей кожи;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по шестому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий;
- возможности предотвращения потертостей кожи;
улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по седьмому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения падения пользователя;
- возможности предотвращения потертостей кожи улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.
В предлагаемом изобретении по восьмому варианту обеспечивается достижение следующих технических результатов.
расширение функциональных возможностей аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
повышение безопасности пользователя за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности предотвращения повреждения мышц и сухожилий
- возможности предотвращения падения пользователя
- возможности предотвращения потертостей кожи улучшение эргономических характеристик аппарата за счет:
- возможности вертикальной постановки ног пользователя на наклонную во фронтальной плоскости опорную поверхность;
- возможности в автоматическом режиме перешагивания через препятствия с заранее неизвестными высотой и длиной и возможности в автоматическом режиме ходьбы по лестницам с заранее неизвестными высотой и глубиной ступеней;
- возможности обеспечения ходьбы с походкой близкой к естественной.