Ортопедичний апарат для розвантаження нижніх кінцівок людини

 

Винахід відноситься до галузі медицини, а саме до протезостроению та ортопедії.

Відомо ортопедичний пристрій ("Walking assistance device" патент U. S. №2010/012/233, МПК A61H 1/02, опублікований 13.05.2010), призначене для розвантаження м'язів нижніх кінцівок людини. Допоміжний пристрій руху включає в себе: сідло; верхні і нижні стійки; шарніри, розташовані щодо верхній частині стійки стегна, колінних і гомілковостопних суглобів; механізми для передачі обертання від верхнього шарніра стійки стегна до колінним шарнірів; електроприводи з слідкуючою системою контролю. Верхні і нижні стійки з'єднані між собою за допомогою колінного шарніра. Система управління допоміжного пристрою руху людини містить акумулятор, датчики тиску, мікроконтролер та електродвигуни. Управління рухом пристрою здійснюється користувачем з допомогою датчиків тиску, розташованих на черевиках. Електричний сигнал з датчиків тиску надходить у мікроконтролер, який формує сигнал керування швидкістю обертання вихідного валу електродвигунів.

Однак даний пристрій має наступний суттєвий недолік: відсутність пристрою, що здійснює з'єднання/отѸвести до заклинювання колінного шарніра при відключенні електроживлення допоміжного пристрою. Також недоліком пристрою є відсутність датчиків зворотного зв'язку, що вимірюють кут і момент повороту вихідного валу електродвигуна, що виключає можливість регулювання точності відхилення верхніх і нижніх стійок в процесі експлуатації допоміжного пристрою руху людини.

Відомо ортопедичне допоміжний засіб з фіксуючим пристроєм (патент на винахід РФ №2329012, МПК A61F 2/68, A61F 2/64, опублікований 20.07.2008), призначене для фіксації рухомих частин колінного шарніра. Засіб містить дві рухомі по відношенню один до одного частині, фіксуючий пристрій для блокування обох частин в заданому відносному положенні і для розблокування для забезпечення їх руху по відношенню один до одного. Фіксуючий пристрій виконано з можливістю спрацьовування електромеханічного від блоку управління. Сигнал спрацювання бездротовим шляхом передається виконавчим блоком на блок управління. Блок управління містить акумулятор, кнопку для розблокування шарніра, вимикач, контрольну лампочку, керуючу схему, два звукових генератора і вібратор. Батарейка з'єднана вимикачем з зарядним гніздом і кнопкою для розблокування�іі. При включеному головному вимикачі контрольна лампочка вказує стан зарядженості батареї. За допомогою кнопки в котушку подається струм, у результаті відбувається розблокування. Якщо датчик шарніра визначить, що фіксуючий штифт зайняв фіксоване положення, то вихідний сигнал з датчика передається в блок управління і викликає в ньому через керуючу схему характеристичні сигнали, а саме загоряння контрольної лампочки, спрацювання вібратора і звукового генератора.

Недоліком ортопедичного допоміжного засобу з фіксуючим пристроєм є відсутність регулювання часу спрацьовування фіксуючого пристрою, а також імпульсне відключення фіксатора у разі значного зниження рівня заряду батареї, що може призвести до несправності кошти.

Найбільш близьким до пропонованого винаходу є ортопедичний апарат для розвантаження нижніх кінцівок людини (патент на корисну модель РФ №113653, кл. A61F 5/04, опублікований 27.02.2012) - прийнятий за прототип. Він призначений для розвантаження кульшового і колінного суглобів, безопераційного лікування зламаних кісток, а також для посилення м'язової сили нижніх кінцівок людини.

нюю, середню та нижню частини. Верхня частина складається з радіусної направляючої з переднім упором, до якої закріплено сідло і через перемичку тазостегновий шарнір, з'єднаний з електродвигуном. Середня частина містить внутрішню стійку, яка вгорі рухомо з'єднана з радіусної направляючої, а внизу - з колінним шарніром внутрішньої його частиною. Зовнішня стійка середньої частини з'єднана вгорі з тазостегновим шарніром. При цьому тазостегнові і колінні шарніри рухомо з'єднані один з одним механізмом передачі руху. Нижня частина складається з U-подібної стійки, забезпеченою V-подібної манжетою для витягування. Також U-образна стійка з'єднана з середньою частиною колінним шарніром. При цьому на U-подібної стійки розміщена площадка, на якій встановлені контактні вимикачі системи управління, яка також містить датчики відхилення зовнішньої стояка від вертикального положення і мікроконтролер. Елементи системи управління електрично з'єднані з електродвигуном.

Недоліком даного пристрою є відсутність механізму, що з'єднує/отсоединяющего тазостегновий шарнір апарату і механізм передачі руху від вихідного валу електродвигуна, що може призвести до �еского харчування. Також істотним недоліком апарату є низька точність сигналу, що надходить на вхід електродвигуна, що створює загрозу нестабільності переміщення людини з апаратом.

Завдання цього винаходу полягає в розвантаженні кульшового та колінного суглобів людини та посилення м'язової сили нижніх кінцівок людини з одночасним забезпеченням безпеки експлуатації апарату людиною і заданої точності кута і моменту обертання вихідного валу електродвигуна, а також деформації механізму передачі руху до колінного шарніру.

Поставлена задача досягається тим, що у ортопедичний апарат для розвантаження нижніх кінцівок людини, що містить верхню, середню та нижню частини, при цьому верхня частина складається з радіусної направляючої з переднім упором, до якої закріплено сідло і через перемичку тазостегновий шарнір, з'єднаний з електродвигуном, при цьому середня частина містить внутрішню стійку, яка вгорі рухомо з'єднана з радіусної направляючої, а внизу - з колінним шарніром внутрішньої його частиною, зовнішня стійка середньої частини з'єднана вгорі з тазостегновим шарніром, при цьому тазостегнові і колінні шарніри рухомо соЀазной манжетою для витягування, також U-образна стійка з'єднана з середньою частиною колінним шарніром, при цьому на U-подібної стійки розміщена площадка, на якій встановлені контактні вимикачі системи управління електродвигуном, також містить датчики відхилення зовнішньої стояка від вертикального положення і мікроконтролер, і з'єднана з електродвигуном, згідно пропонованого рішення додатково входять електромагнітна муфта, встановлена на вихідному валу електродвигуна і з'єднує електродвигун з механізмом передачі руху ортопедичного апарату, електрично поєднана з датчиком заряду акумулятора через широтно-імпульсний модулятор і електронний ключ, а також нейромережевої перетворювач інформації, електрично з'єднаний з контактними вимикачами, електродвигуном і датчиками зворотного зв'язку, що вимірюють кут і момент обертання вихідного валу електродвигуна, а також деформацію механізму передачі руху.

Пропоноване винахід пояснюється кресленнями: на Фіг. 1 представлений загальний вид (вигляд зліва) ортопедичного апарату для розвантаження нижніх кінцівок людини, на Фіг. 2 представлений загальний вид (вигляд спереду) ортопедичного апарату для розвантаження нижніх до�ки нижніх кінцівок людини, на Фіг. 4 представлена структурна схема управління рухом ортопедичного апарату для розвантаження нижніх кінцівок людини, на Фіг. 5 представлена функціональна схема блоку управління ортопедичного апарату для розвантаження нижніх кінцівок людини.

Ортопедичний апарат для розвантаження нижніх кінцівок людини включає: верхню частина 1, середню частину 2 і нижню частину 3; тазостегновий шарнір 4 і колінний шарнір 5; електродвигун 6, механізм передачі руху від електродвигуна 6 до U-подібної стійки 7, представлений у вигляді кривошипно-шатунного механізму, що містить: кривошипи 8 і 9, шатун 10; акумулятор 32; систему управління (окремою позицією не показану); верхній корпус 15; нижній корпус 16; манжети кріплення пристрою до тіла користувача: фіксуюча манжета стегна 17, фіксуюча манжета гомілки 18, V-образна манжета 19; електромагнітну муфту 30.

Верхня частина 1 включає в себе: радиусную напрямну 20 з радіусним упором 21; сідло 22; тазостегновий шарнір 4; тазостегнову перемичку 23.

Середня частина 2 містить: внутрішню 24 і зовнішню стійки 11, колінний шарнір 5; перемичку стегна 25.

Нижня частина 3 складається з U-подібної стійки 7; V-подібної манжети 19; перемички гол�ло 22 закріплено на радіусної направляючої 20.

Зовнішня стійка 11 вгорі рухомо з'єднана з радіусної направляючої 20, а внизу - з колінним шарніром 5 внутрішньої його частиною. Зовнішня стійка 11 з'єднана вгорі з тазостегновим шарніром 4, а внизу з колінним шарніром 5, зовнішній його частиною. Між собою стійки з'єднані перемичкою стегна 25.

U-образна стійка 7 з'єднана з середньою частиною 2 колінним шарніром 5. Зовнішня і внутрішня частини U-подібної стійки 7 з'єднані перемичкою гомілки 26.

Електродвигун 6 закріплений через фланець кріплення 27 на зовнішній стійці 11 в області кульшового шарніра 4 і електрично з'єднаний з блоком управління 34. Електродвигун 6 прикладає допоміжний момент обертання відносно осі 28 кульшового шарніра 4 і зовнішньої стійки 11 через електромагнітну муфту 31.

Для здійснення підйому зовнішньої стійки 11 щодо корпусу користувача введений тазостегновий шарнір 4, що з'єднує сідло 22 із тазостегнової перемичкою 23 щодо осі 28 кульшового шарніра 4. Тазостегновий шарнір 4 містить кронштейн 23, закріплений на осі 28, і диск 29, закріплений на електромагнітної муфти 31, встановленої на осі 28.

Відхилення гомілки користувача від початкового положення під впливом моменѿленний на осі 28 кульшового шарніра 4, кривошип 9, закріплений на осі 30 колінного шарніра 5, шатун 10. Кривошип 8 встановлений у верхньому корпусі 15, який закріплений всередині зовнішньої стійки 11. Кривошип 9 встановлений в корпусі 16, який закріплений всередині зовнішньої стійки 11 і у верхній частині U-подібної стійки 7. Механізм передачі руху від електродвигуна 6 до U-подібної стійки 7 може бути виконаний у вигляді зубчастої пасової передачі або у вигляді тросової передачі.

У нижній частині U-подібної стійки 7 під стопою користувача розташована площадка 14 з двома контактними вимикачами 12, 13. Контактні вимикачі 12, 13, розташовані на майданчику 14, призначені для керування електродвигуном 6 і електрично з'єднані з блоком управління 34. Положення майданчика 14 по висоті регулюється за допомогою гвинтів. Кутове положення зовнішньої стійки 11 зумовлюється датчиками положення по куту з можливістю регулювання кута положення датчиків.

Система управління електродвигуном 6 включає: блок управління 34; датчик положення по куту 34; датчик 35, призначений для вимірювання моменту обертання вихідного валу електродвигуна 6; датчик 37 для вимірювання величини деформації шатуна 10; датчик 33 заряду акумулятора 32.

Харчування електромагніт�керівники напруги 38-41, аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) 42, нейромережевої перетворювач інформації 43, цифроаналоговий перетворювач (ЦЛП) 44, широтно-імпульсний модулятор 45, електронний ключ 46.

Нейромережевої перетворювач інформації 43 призначений для формування керуючого сигналу, який надходить на вхід електродвигуна 6 через ЦАП 44, і електрично з'єднаний з датчиками 35-37 через АЦП 42 і дільники напруги 39, 40.

Датчики 35 і 36 вимірювання кута відхилення зовнішньої стійки 11 моменту обертання вихідного валу електродвигуна 6 встановлені на вихідному валу електродвигуна 6 і перетворює значення кута і моменту повороту вихідного валу електродвигуна 6 в електричні сигнали, що надходять на вхід нейромережевого перетворювача інформації 43. Формування електричного сигналу, що характеризує величину деформації шатуна 10 в процесі експлуатації апарату, здійснюється датчиком зворотного зв'язку 37, який електрично з'єднаний з блоком управління 34.

Нейромережевої перетворювач 43 інформації через АЦП 42 і дільник напруги 38 електрично з'єднаний з контактними перемикачами 12, 13, розташованими на контактній площадці 14. Контактні перемикачі 12, 13 формують управл та зусиллю, прикладиваемому користувачем ортопедичного апарату до контактним перемикачам 12, 13.

Узгодження значень електричних сигналів, що формуються датчиками 35-37 і контактними перемикачами 12, 13, відносно діапазону вхідних значень нейромережевого перетворювача інформації 43 здійснюється дільниками напруги 38-40.

У пам'яті нейромережевого перетворювача інформації 43 містяться задані значення електричних сигналів, що характеризують кут повороту вихідного валу електродвигуна 6 і деформації виконавчого механізму протезируемой системи 10.

Зміна швидкості наростання струму на вході електромагнітної муфти 31 досягається застосуванням в блоці управління 34 широтно-імпульсного модулятора 45 та електронного ключа 46, що дозволяє забезпечити плавне з'єднання/від'єднання вихідного валу електродвигуна 6 від виконавчого механізму 10 ортопедичного апарату. Широтно-імпульсний модулятор 45 формує імпульсний сигнал різної тривалості часу, який поступає на вхід електронного ключа 46, електрично з'єднаний з електромагнітною муфтою 31.

Датчик заряду акумулятора 33 електрично з'єднаний з акумулятором 32 і формує электрез АЦП 42 і дільник напруги 41.

Корекція співвісності кульшового та колінного шарнірів щодо кульшового та колінного суглобів людини здійснюється зміною висоти кріплення верхнього корпусу 16 до зовнішньої стійці 12, висоти кріплення нижнього корпусу 17 до зовнішньої стійці 12 і U-подібної стійки 8, зміною висоти кріплення радіусної направляючої 21 та U-подібної стійки 8 до внутрішньої стійці 25.

Ортопедичний апарат кріпиться до тіла користувача за допомогою фіксуючої манжети стегна 18, фіксує манжети гомілки 19, V-подібної манжети 20.

Пристрій управління протезируемой системи працює наступним чином.

Користувач розташовується на сідлі 22 пристрою і стопою над майданчиком 14 і закріплює устрій на своєму тілі за допомогою фіксуючої манжети стегна 17, фіксує манжети гомілки 18, V-подібної манжети 19. Включає електродвигун 6 фізичним впливом на контактний перемикач 12, який формує електричний сигнал, відповідний заданому значенню моменту обертання вихідного вала електродвигуна.

Сигнал з перемикача надходить на дільник напруги 38, який знижує його рівень у відповідності з необхідним значенням вхідного сигналу АЦП 42. Далі, сигнал з АЦП 42 пла електродвигуна 6. Момент обертання, створюваний електродвигуном 6, передається шатуна 10 через кривошип 27 і електромагнітну муфту 31, а також кронштейна 23 через диск 29.

Таким чином, формується допоміжний момент обертання, струм, при прикладанні до осі 28 кульшового шарніра 4 апарату і зовнішньої стійці 11, здійснюючи підйом стегна користувача. Одночасно з підйомом стегна користувача здійснюється відхилення його гомілки від початкового вертикального положення в результаті прикладається моменту обертання електродвигуна 6 до U-подібної стійки 7, з допомогою механізму передачі руху, в якості якого може бути використаний кривошипно-шатунний механізм. Електродвигун 6 передає момент обертання на кривошип 8, з якого момент обертання передається на кривошип 10 і вісь 30 колінного шарніра 5 через шатун 10. Кривошипи 8 і 9 обертаються всередині корпусів 15 і 16 відповідно.

Датчики зворотного зв'язку 35, 36 перетворять момент і кут повороту вихідного валу електродвигуна 6 в електричний сигнал, що надходить на вхід нейромережевого перетворювача 43 інформації через АЦП 42 і дільники напруги 39, 40. Також на вхід нейромережевого перетворювача інформації 43 надходить електричний сигнал, пропорционавичисляет значення регулюючого сигналу, який мінімізує відхилення значень моменту і кута обертання вихідного валу електродвигуна 6, деформації шатуна 10, що надходять на датчики зворотного зв'язку 35-37, від їх заданих значень.

Одночасно з вмиканням електродвигуна 6 сигнал з акумулятора 32 надходить на датчик вимірювання заряду акумулятора 33, з якого він передається на електромагнітну муфту 31 через електронний ключ 46, ШІМ 45, АЦП 42 і дільник напруги 41.

Напруга живлення електромагнітної муфти 31 створює магнітне поле між її феромагнитними елементами, що утворює нерухоме з'єднання вихідного валу електродвигуна 7 щодо шатуна 10 і осі 28 кульшового шарніра 5. При цьому струм на вході електромагнітної муфти 31 плавно зростає за рахунок зміни періоду імпульсного сигналу, формованого ШІМ 45, що призводить до включення і відключення електронного ключа 46 з частотою, що дорівнює часу тривалості імпульсів, і зміни характеристики вхідного струму електромагнітної муфти 31.

В процесі експлуатації протезируемой системи датчик 33 контролює значення заряду акумулятора 32 і відключає його від електромагнітної муфти 31 і електродвигуна 6 при мінімально допустимому рівні заряду. Отключегналов, формуються ШІМ 45 і електронним ключем 46.

Реверс і зупинка обертання вихідного валу електродвигуна 6 здійснюється зміною тиску користувача на перемикачі 12, 13. При цьому електродвигун 6 прикладає зворотний момент обертання до осі 28 кульшового шарніра 4 устрою, зовнішньої стійкі 11 і до U-подібної стійки 7, здійснюючи підйом корпусу користувача і повертаючи стегно і гомілку в початкове положення.

Завдяки використанню в ортопедичному апараті для розвантаження нижніх кінцівок людини електромагнітної муфти 31, керованій електронним ключем 46, ШІМ 45 і датчиком заряду акумулятора 33, здійснюється плавне з'єднання/від'єднання вихідного вала електродвигуна 5 від виконавчого механізму 6 системи при відключенні її електроживлення. Застосування в системі управління ортопедичного апарату датчиків 35-37 для вимірювання кута відхилення зовнішньої стійки 11, моменту обертання вихідного валу електродвигуна 6, деформації шатуна 10, а також використання нейромережевого перетворювача інформації 43 дозволяє забезпечити заздалегідь задану точність значень кінематичних і динамічних змінних руху ортопедичного апарату.

Ортопедичний ап�асті, при цьому верхня частина складається з радіусної направляючої з переднім упором, до якої закріплено сідло і через перемичку тазостегновий шарнір, з'єднаний з електродвигуном, середня частина складається з двох стійок, внутрішня з яких вгорі рухомо з'єднана з радіусної направляючої, а внизу - з колінним шарніром внутрішньої його частиною, а зовнішня стійка з'єднана вгорі з тазостегновим шарніром, при цьому тазостегнові і колінні шарніри рухомо з'єднані один з одним механізмом передачі руху, нижня частина складається з U-подібної стійки, забезпеченою V-подібної манжетою для витягування, U-образна стійка з'єднана з середньою частиною колінним шарніром, при цьому на U-подібної стійки розміщена площадка, на якій встановлені контактні вимикачі системи управління електродвигуном, також містить датчики відхилення зовнішньої стояка від вертикального положення і мікроконтролер, і з'єднана з електродвигуном, який відрізняється тим, що додатково введена електромагнітна муфта, встановлена на вихідному валу електродвигуна і з'єднує електродвигун з механізмом передачі руху ортопедичного апарату, електромагнітна муфта електрично з'єднаний з датчиком �нительно містить нейромережевої перетворювач інформації, електрично з'єднаний з датчиками відхилення зовнішньої стояка від вертикального положення і додатково введеними датчиками вимірювання моменту обертання вихідного вала електродвигуна і деформації механізму передачі руху через аналогово-цифровий перетворювач, при цьому вихід нейромережевого перетворення інформації електрично підключений до електродвигуна через цифроаналоговий перетворювач, також система управління додатково містить широтно-імпульсний модулятор який електрично з'єднаний з електромагнітною муфтою через електронний ключ, а також з датчиками заряду акумулятора через аналогово-цифровий перетворювач і дільник напруги.



 

Схожі патенти:

Спосіб та пристрій для управління ортезом або суглоба протезом

Група винаходів відноситься до медицини. Пристрій для здійснення способу керування штучним ортезом або протезом суглоба нижньої кінцівки містить регульоване створює опір пристосування, яке розташоване між двома встановленими шарнірно відносно один одного компонентами штучного ортеза або протеза колінного суглоба, керуючий блок і датчики для отримання інформації про стан пристрою. У пристрої передбачено регулювальне пристосування, і з допомогою цього регулювального пристосування забезпечується можливість активації та/або деактивація зміни опору в залежності від навантаження. При здійсненні способу з допомогою датчиків забезпечується інформація стану. Опір згинанню у фазі стояння або під час стояння підвищують від вихідного значення в залежності від сили реакції ґрунту аж до блокування суглоба. При цьому опір після підвищення зменшують залежно від кута інерції. Група винаходів забезпечує відповідну реакцію на зусилля реакції опори регулювання згинання і/або розгинання більш точним чином з великою кількістю налаштувань для забезпечення поліпшеного похід� на тому ж рівні, за рахунок використання кута інерції. 2 н. і 9 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб та пристрій для управління ортезом або колінного суглоба протезом

Група винаходів відноситься до медицини. Спосіб керування штучним ортезом або протезом суглоба нижньої кінцівки містить створює опір пристосування, яке забезпечене щонайменше одним виконавчим механізмом, за допомогою якого змінюється опір згинанню і/або опір розгинанню в залежності від даних датчиків. Під час користування суглобом з допомогою датчиків забезпечується інформація стану. Опір згинанню у фазі стояння підвищують або не зменшують, коли виявляють зменшується в напрямку вертикалі кут інерції гомілкової частини і одночасно навантажену плюсну. Пристрій для здійснення зазначеного способу містить регульоване створює опір пристосування, яке розташоване між двома встановленими шарнірно один щодо одного компонентами штучного ортеза або протеза колінного суглоба, керуючий блок і датчики для отримання інформації про стан пристрою. У пристрої передбачено регулювальне пристосування, і з допомогою цього регулювального пристосування забезпечується можливість активації або деактивація зміни опору в залежності від нагрузки.дьбе тому з допомогою підвищеного опору, без необхідності свідомого включення або вимикання режиму. 2 н. і 14 з.п.ф-ли, 2 іл.

Спосіб управління ортопедичним суглобом

Винахід відноситься до медицини

Ортопедичний гідравлічний амортизатор

Винахід відноситься до ортопедичного гідравлічному амортизатору та ортопедичного допоміжного засобу з таким амортизатором, який призначений для застосування в протезі або ортезе, містить виконану в циліндричному корпусі витеснительную камеру, встановлений у насосній камері поршень, резервуар для текучого середовища, зворотний трубопровід, який з'єднує витеснительную камеру з резервуаром для текучого середовища, і клапан, який може приймати положення відкривання і положення закривання, в якому він, щонайменше, частково закриває трубопровід поворотний

Ортопедична частину стопи і спосіб управління штучної стопою

Винахід відноситься до ортопедичної частини стопи, що містить приєднувальну частину гомілки, діючий в якості гомілковостопного суглоба обертальний шарнір, за допомогою якого частина стопи з'єднана з приєднувальної частини з можливістю обертання в напрямках дорсальній і плантарной флексу, що впливає на обертальний рух навколо обертального шарніра амортизуюче пристрій, сенсорний пристрій для розпізнавання робочих станів штучної стопи і з'єднаний з сенсорним пристроєм блок управління амортизуючим пристроєм

Пасивне ортопедичне допоміжний засіб у вигляді протеза або ортеза стопи

Винахід відноситься до пасивного ортопедичному допоміжного засобу у вигляді протеза або ортеза стопи, містить першу частину, з'єднану з можливістю обертання через обертальний шарнір з другою частиною, сенсорний пристрій для вимірювання параметрів, що дозволяють робити висновки про експлуатаційних потреб допоміжного засобу в даний момент, процесорний пристрій для визначення експлуатаційних потреб і формування відповідних керуючих сигналів, кероване гідравлічне амортизуюче пристрій, за допомогою якого змінюється впливає на обертальний рух між першою і другою частинами опір руху, і перетворює керуючі сигнали процесорного пристрою управління амортизуючим пристроєм

Перемикає муфта для протезів

Винахід відноситься до медичної техніки, а саме перемикає муфті для протезів, зокрема протезних захватних пристроїв, протезів рук або китичних протезів

Штучна стопа і спосіб управління рухом

Винахід відноситься до медичної техніки, а саме до протезів, зокрема до штучної стопи

Шарнірне пристрій

Винахід відноситься до медицини

Кистьовий протез

Винахід відноситься до медичної техніки і призначене для імітації зовнішнього вигляду і функції кисті
Up!