ИНТЕГРИРОВАННАЯ СТОПА ЭКЗОСКЕЛЕТА

Полезная модель относится к области медицинской техники и применяется в аппарате, содержащем экзоскелет, выполненный с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и передвижения в сагиттальной плоскости, а также ручные опоры, и предназначенный для оказания помощи при ходьбе людям 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.
Особенности предложенного конструктивного выполнения интегрированной стопы экзоскелета обеспечивают пользователю аппарата возможность осуществлять малозатратный с точки зрения расхода мышечной энергии поворот ноги пользователя относительно оси перпендикулярной опорной поверхности без отрыва ножной опоры экзоскелета от опорной поверхности.
Известны конструкции интегрированной стопы экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и передвижения в сагиттальной плоскости, содержащие элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета и башмак пользователя экзоскелета, а также смонтированные на этом элементе по крайней мере один элемент для фиксации башмака пользователя экзоскелета и по крайней мере один элемент для соединения с голеностопным шарниром экзоскелета [JP 3500551 B2 публ. 23.02.2004, RU 2555801 C2 публ. 10.04.2015, US 20110040216 публ. 17.02.2011, US 8057410 B2 публ. 15.11.2011, US 20150321341 публ. 12.11.2015, WO 2015140353 A3 публ. 24.09.2015, CN 104434471 A публ. 25.03.2015, EP 2448540 A1 публ. 09.05.2012, CN 101506139B публ. 12.01.2011].
Недостатки данных конструкций заключаются в том, что для поворота опорной ноги за счет мускульной силы нормально функционирующих верхних конечностей и верхней части корпуса, пользователю в процессе движения приходится преодолевать силу трения скольжения, обусловленную взаимодействием подошвенной поверхности элемента для постановки башмака пользователя экзоскелета с опорной поверхностью, что ограничивает функциональные возможности экзоскелета в целом.
Известна интегрированная стопа экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости, содержащая элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета и башмак пользователя экзоскелета, а также смонтированные на этом элементе по крайней мере один элемент для фиксации башмака пользователя экзоскелета и по крайней мере один элемент для соединения с голеностопным шарниром экзоскелета [US 20140276265 публ. 18.09.2014].
Недостаток данной интегрированной стопы экзоскелета также заключается в том, что для поворота опорной ноги за счет мускульной силы нормально функционирующих верхних конечностей и верхней части корпуса пользователя, ему в процессе движения приходится преодолевать силу трения скольжения, обусловленную взаимодействием подошвенной поверхности элемента для постановки башмака пользователя экзоскелета с опорной поверхностью, что ограничивает функциональные возможности экзоскелета в целом. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа предложенного решения.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении величины силы трения, обусловленного взаимодействием подошвенной поверхности элемента для постановки башмака пользователя экзоскелета с опорной поверхностью при повороте опорной ноги за счет мускульной силы нормально функционирующих верхних конечностей и верхней части корпуса пользователя и уменьшения его мускульных усилий.
Для достижения указанного технического результата в интегрированной стопе экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета и с возможностью передвижения в сагиттальной плоскости, содержащей элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета и башмак пользователя экзоскелета, а также смонтированные на этом элементе по крайней мере один элемент для фиксации башмака пользователя экзоскелета и по крайней мере один элемент для соединения с голеностопным шарниром экзоскелета, элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета снабжен дополнительной опорой, смонтированной в нем с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной подошвенной поверхности элемента для постановки башмака пользователя.
Кроме того, ось вращения дополнительной опоры может быть совмещена с вертикальной осью ноги пользователя экзоскелета.
На чертежах фиг. 1 приведен общий вид интегрированной стопы экзоскелета, на фиг. 2, 3 показан возможный вариант выполнения дополнительной опоры и ее монтажа в интегрированной стопе экзоскелета, на фиг. 4 - размещение интегрированной стопы на экзоскелете.
На фиг. 1, 2, 3 и 4 обозначены:
1 - элемент для постановки башмака пользователя экзоскелета;
2 - башмак пользователя экзоскелета;
3 - элемент фиксации башмака пользователя экзоскелета;
4 - элемент для соединения элемента для постановки башмака пользователя экзоскелета с голеностопным шарниром экзоскелета;
5 - дополнительная опора;
6 - ось вращения дополнительной опоры;
7 - вертикальная ось ноги пользователя экзоскелета;
8 - несущая скоба;
9 - упорно-радиальный подшипник;
10 - уплотнение;
11 - упор;
12 - вал дополнительной опоры;
13 и 14 - первая и вторая шайбы;
15 и 16 - правая и левая ножные опоры экзоскелета;
17 и 18 - костыли;
19 - тазовое звено экзоскелета;
20 - голеностопный шарнир экзоскелета;
21 и 22 - элементы крепления ножных опор экзоскелета к бедрам и, соответственно, голеням пользователя экзоскелета.
Интегрированная стопа экзоскелета, содержит элемент 1 для постановки башмака 2 пользователя экзоскелета и башмак 2 пользователя экзоскелета и смонтированные на элементе 1 для постановки башмака 2 пользователя экзоскелета по крайней мере один элемент 3 для фиксации башмака 2 пользователя экзоскелета и один элемент 4 для соединения с голеностопным шарниром 20 экзоскелета. Элемент 1 для постановки башмака 2 пользователя экзоскелета снабжен дополнительной опорой 5, смонтированной в нем с возможностью вращения относительно оси 6, перпендикулярной подошвенной поверхности элемента 1 для постановки башмака 2 пользователя.
Кроме того, ось 6 вращения дополнительной опоры 5 может быть совмещена с вертикальной осью 7 ноги пользователя.
Вал 12 дополнительной опоры 5 смонтирован в радиально-упорном подшипнике 9, который, в свою очередь, смонтирован в элементе 1 для постановки башмака 2 пользователя и в несущей скобе 8. Между верхней горизонтальной поверхностью дополнительной опоры 5 и радиально-упорным подшипником 9 установлены уплотнение 10 и первая шайба 13, а сверху радиально-опорного подшипника 9 - вторая шайба 14, которая установлена заподлицо с внутренней поверхностью элемента 1 для постановки башмака 2 пользователя.
На верхней поверхности вала 12 дополнительной опоры 5 с помощью резьбовых элементов смонтирован упор 11. На внутренней поверхности элемента 1 для постановки башмака 2 пользователя экзоскелета при помощи резьбовых элементов смонтирована несущая скоба 8.
Пользователь использует интегрированную стопу экзоскелета следующим образом.
Для передвижения и поддержания равновесия в процессе передвижения пользователь экзоскелета использует две моторизованные ножные опоры 15 и 16 экзоскелета, с помощью элементов крепления 21 и 22 присоединенные соответственно к бедрам и голеням ног пользователя и обеспечивающие возможность его перемещения в сагиттальной плоскости, и две ручные опоры в виде костылей 17 и 18. При этом на каждом шаге одна ножная опора экзоскелета и, соответственно, одна нога пользователя в процессе передвижения экзоскелета находится в фазе переноса, т.е. в безопорном состоянии, а другая ножная опора экзоскелета и оба костыля 17 и 18 - в состоянии опоры.
Для осуществления поворота в процессе движения пользователь осуществляет поворот корпуса с помощью мышц нормально функционирующих рук и верхней части корпуса. А синхронно с этим будет происходить поворот тазового звена пользователя и связанной с ним через тазовое звено 19 экзоскелета и соответствующую ножную опору 15 или 16 ножной конечности пользователя, находящейся в состоянии опоры. То есть при этом будет осуществляться поворот элемента 1 для постановки башмака 2 пользователя относительно неподвижной дополнительной опоры 5. Этот поворот будет происходить относительно оси 6 дополнительной опоры 5, перпендикулярной опорной поверхности и совмещенной с вертикальной осью 7 ноги пользователя. Естественно, что возникающие при этом силы трения качения и обусловленные этими силами моменты будут меньше, чем силы трения скольжения в прототипе.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет пользователю экзоскелета осуществлять поворот ноги относительно ее вертикальной оси без отрыва ножной опоры экзоскелета от опорной поверхности с меньшими затратами мышечной энергии чем в прототипе, что подтверждает достижение заявленного технического результата и расширяет функциональные возможности экзоскелета в целом.