ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ
PNEUMATIC EXOSKELETON

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для облегчения движения пользователей с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата при проведении реабилитационно-восстановительных процедур, а также может найти применение в туризме и спорте и при проведении спасательных операций на суше и на воде.
Известен экзоскелет (патент РФ №2567589), содержащий одетый на человека корсет, траверсу, вмонтированную в него, закрепленную на тазобедренной части, опирающуюся своими концами на составленные из звеньев опорные стойки, башмаки, связанные со стойками, шарниры и упорные подшипники, размещенные на траверсе и башмаках, в которых вращаются цапфы кривошипов, установленных на концах стоек, ведущий вал, вращающийся в установленном на траверсе шарнире, механизм синхронного поворота кривошипов, соединенных посредством рычагов с мышцами человека, являющихся приводом и дополнительный привод с блоком питания.
Недостатками данного устройства являются сложность и дороговизна конструкции, требующая частого обслуживания. Эксплуатационные возможности ограниченны ввиду необходимости применения внешнего источника питания.
Известен экзоскелет пассивный (патент РФ №189468) выполненный из стоп, изготовленных в виде стремяподобных узлов с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, изготовленных в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы стоп и коленей, при этом колени изготовлены в виде скоб с горизонтальной, поперечной осью вращения, связи узлов голеней и бедер и содержат настройку под Х-образность ног, стяжек на голенях, охватывающих голени человека, при этом бедра изготовлены в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы коленей и пояса, при этом пояс изготовлены в виде коромысло-образной детали, подобной тазовым костям человека, с двух сторон которой крепится бедренные рычаги, а посередине - рессора спины в виде плоской балки прямоугольного сечения, передающей нагрузку от плеч и грузового крюка к поясу, при этом плечи изготовлены в виде пространственных деталей воспринимающих нагрузку от положенного на плечи груза и передающих нагрузку на спинную рессору.
Недостатками известной конструкции являются громоздкая и тяжелая конструкция, требующая приложения большого усилия для совершения движения.
Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному объекту является экзоскелет с электропневматической системой управления (патент РФ №2565101), состоящий из силового каркаса, который включает в себя опорную раму с шарнирами, в которых закреплены опорные стойки, в свою очередь, состоящие из тазобедренных, коленных и голеностопных звеньев, и электропневматической системы, содержащей первый пневмомускул, первый, второй, третий и четвертыйдвухлинейные двухпозиционные пневмораспределители, первый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, регулятор давления, контроллер и компрессор, пневмоаккумулятор, электроаккумулятор, систему управления, состоящую из комбинированной микроэлектромеханической системы, включающей акселерометр, инклинометр, гироскоп, датчики давления и угла поворота. С помощью регулятора давления устанавливается определенное давление, которое регулируется степенью затяжки пружины и контролируется датчиком давления.
Недостатками известного устройства являются сложная конструкция, содержащая большое количество мелких деталей сбой в работе, любой из которых может вывести конструкцию из строя. Применение в устройстве внешнего источника энергии и ведет к значительному удорожанию и избыточному весу устройства. Конструкция требовательна к частому обслуживанию.
Цель изобретения - создание надежного и недорогого пневматического экзоскелета, использование которого снижает нагрузку на суставы и мышцы и при этом увеличивает уровень выносливости и силы пользователя.
Поставленная цель достигается тем, что предложен пневматический экзоскелет, прикрепляемый ремнями к туловищу и нижним конечностям пользователя.
Пневматический экзоскелет (Фиг. 1) состоит из самоактивируемого пневмоаккумулятора [1], включающего оболочку пневмоаккумулятора [2], изготовленную из нетканого воздухонепроницаемого прочного материала. Внутри пневмоаккумулятора размещен упругий каркас [3], изготовленный в виде складной сетки с х-образными пружинящими сегментами выполненными из пружинной стали. С внешней стороны пневмоаккумулятора расположен клапан запирания воздуха [4] и боковые ручки сворачивания [5]. Пневмоаккумулятор [1] соединен со спиной стойкой экзоскелета [6], состоящей из оболочки спинной стойки [7], опорных пластин [8], снабженных тыльными упорами [9], соединенных между собой шарнирами [10] и гибкой пластины прижатия [11]. К спинной стойке [6] прикреплены подмышечные лямки [12] и поясничный ремень [13], ниже которого по бокам расположены тазобедренные шарниры [14], к которым прикреплены бедренные стойки [15]. Бедренные стойки [15] состоят из бедренной оболочки [16], изготовленной из нетканого воздухонепроницаемого прочного материала, гибкой пластины прижатия [17], опорных пластин бедренной стойки [18], снабженных тыльными упорами [19] и шарнирами [20], при помощи которых они соединены между собой. Бедренные стойки посредством коленных шарниров [21] прикреплены к голенным стойкам [22], состоящим из оболочки [23], пластин голенной стойки [24], снабженных тыльными упорами [25] и шарнирами [26], при помощи которых они соединены между собой, при этом голенные стойки снабжены гибкими пластинами прижатия [27]. К голенным звеньям снизу прикреплены амортизирующие наконечники голенной стойки [28]. Пневматический экзоскелет содержит набедренные крепежные ремни [29] и голенные крепежные ремни [30] и ремни фиксации пневмоаккумулятора [31].
Устройство работает следующим образом: перед использованием экзоскелет укладывают на горизонтальную поверхность и открывают клапан запирания воздуха [4], после чего внутренний упругий каркас пневмоаккумулятора [3] начинает расправляться и давить изнутри на стенки оболочки пневмоаккумулятора [1], что ведет к расширению пространства внутри пневмоаккумулятора и последующему заполнению воздухом. После заполнения пневмоаккумулятора воздухом клапан [4] запирают до упора, затем при помощи боковых ручек [5] сворачивают пневмоаккумулятор, тем самым увеличивая давление, приводящее к распространению воздуха по всему экзоскелету. Воздух, заполняя оболочки экзоскелета давит на стенки, которые, в свою очередь, расширяясь, давят на гибкие пластины прижатия [11], [17], [27]. Пластины прижатия плотно и жестко прижимаются к опорным пластинам [8], [18], [24], которые под давлением пластин прижатия жестко фиксируются в выпрямленном положении, и образуют жесткую конструкцию. После заполнения экзоскелета воздухом пневмоаккумулятор прижимают к тыльной стороне спинной стойки экзоскелета [6] и плотно пристегивают при помощи ремней [31], затем при помощи ремней [29], [30] и подмышечных лямок [12] экзоскелет плотно фиксируют на туловище и нижних конечностях пользователя.
При использовании экзоскелет принимает на себя весовую нагрузку тела, давящую на мышцы и скелет пользователя, тем самым облегчая движение пользователя. После использования экзоскелет снимают с пользователя укладывают на горизонтальную поверхность и открывают клапан [4], затем устройство сворачивают снизу вверх в сторону пневмоаккумулятора, стравливая внутренний воздух через клапан [4]. После сворачивания экзоскелета клапан [4] запирают до упора.
Легкая атравматичная и при этом жесткая конструкция, одетая на пользователя, значительно сокращает степень нагрузки массы тела на суставы и мышцы пользователя. Принимая на себя и передавая вес тела на поверхность, экзоскелет разгружает позвоночник, суставы и мышцы, облегчает движение пользователя с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, при проведении реабилитационно-восстановительных процедур, а также может найти применение в туризме, спорте и при проведении спасательных операций усиливая физические возможности. В условиях использования устройства при проведении спасательных операций на воде устройство благодаря наличию внутри воздуха способно удерживать пользователя на воде, а расположенный за спиной пневмоаккумулятор не дает перевернуться пользователю лицом в воду, надежно удерживая его на спине.
Возможность сворачивания облегчает и упрощает хранение и переноску устройства.