Экзоскелет для спины человека Российский патент 2025 года по МПК A61H3/00 B25J11/00 

Техническое решение относится к экзоскелету для поддержки спины человека, предназначенному для ношения пользователем с возможностью воспринимать и передавать нагрузку, освобождая от нее тело пользователя.

Из уровня техники известен экзоскелет пассивный для облегчения перемещения человеком груза, состоящий из стоп, голеней, бедер, при этом связи узлов голеней и бедер содержат настройку под Х-образность ног, стяжек на голенях, охватывающих голени человека, при этом бедра выполнены в виде регулируемых по длине рычагов, связывающих узлы коленей и пояса, при этом пояс выполнен в виде коромысло-образной детали, подобной тазовым костям человека, с двух сторон которой крепятся бедренные рычаги, а посередине - рессора спины в виде плоской балки прямоугольного сечения, передающей нагрузку от плечей и грузового крюка к поясу, при этом плечи выполнены в виде пространственных деталей, по форме напоминающих отложенный ворот шубы и воспринимающих нагрузку от положенного на плечи груза и передающих нагрузку на спинную рессору, при этом крюк грузовой выполнен с функцией сброса груза и возможностью крепления грузов с помощью подвеса из системы ремней и передачи нагрузки от веса груза на спинную рессору. (Патент в РФ № 189468, опубликован 23.05.2019).

Известен экзоскелет, выполненный с возможностью ношения пользователем для поддержки и передачи нагрузки, переносимой пользователем, при этом: экзоскелет содержит секцию туловища, соединенную с секцией нижних конечностей посредством секции тазобедренного сустава, так чтобы передавать нагрузку, которую несет секция туловища, вниз к опорной поверхности посредством секции тазобедренного сустава и затем секции нижних конечностей. Секция нижних конечностей содержит два симметричных шарнирно-сочлененных узла нижних конечностей, каждый из которых выполнен с возможностью его поддержки на каждой ноге пользователя и с возможностью следовать за перемещениями ноги при использовании экзоскелета, при этом каждый узел нижних конечностей имеет верхний конец, функционально соединенный с внешней стороной секции тазобедренного сустава, и нижний конец, выполненный с возможностью контакта с опорной поверхностью. Каждый узел нижних конечностей выполнен с возможностью полностью передавать нагрузку с внешней стороны секции тазобедренного сустава на внутреннюю сторону ноги пользователя перед контактом с опорной поверхностью. (Патент в РФ № 2696631, опубликован 05.08.2019).

Отличием заявленного технического решения является, в частности, конструкция шаровых шарниров, соединяющих позвонки между собой.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении удобства использования экзоскелета, в расширении его функциональных характеристик, а также в повышении его эффективности.

Повышение удобства использования и расширение функциональных характеристик экзоскелета обеспечивается, в частности, за счет возможности осуществления большего количества двигательных действий в корпусе, в частности, поворотов и наклонов относительно оси позвоночника в любой его точке; за счет возможности регулирования размера экзоскелета в зависимости от габаритов пользователя, настройки жесткости и амортизации конструкции шарового шарнира.

Заявленный технический результат достигается тем, что экзоскелет для спины человека включает секцию туловища, содержащую два позвоночных столба, соединенных в нижней части с поясничным отделом, а в верхней части с плечевым отделом, включающие ряд позвонков, соединенных между собой шаровыми шарнирами, состоящими из корпуса, соединенного с крышкой, в котором размещен шаровой наконечник поворотного элемента, нижний конец которого посредством резьбового соединения соединен с шаровым наконечником, а верхний конец посредством резьбового соединения соединен с плунжером, при этом нижняя часть корпуса соединена с плунжером, каждый позвонок содержит четыре пары воздушных камер, каждая пара включает основную камеру и расширительную камеру, соединенные перепускным отверстием, основные камеры выполнены с возможностью размещения в них плунжеров шаровых шарниров, при этом между собой пары воздушных камер выполнены не сообщающимися.

Соединение позвонков друг с другом посредством шаровых шарниров, каждый из которых состоит из корпуса, соединенного с крышкой, в котором размещен шаровой наконечник поворотного элемента, нижний конец которого соединен с шаровым наконечником, обеспечивает подвижность позвоночных столбов по всей длине спины человека, позволяя совершать наклоны корпуса вниз, назад и в стороны в любом из отделов туловища (таз, поясница, лопатки и так далее).

Соединение нижнего конца поворотного элемента с шаровым наконечником посредством резьбового соединения, а также соединение верхнего конца с плунжером посредством резьбового соединения, обеспечивает возможность бесступенчатой регулировки длины позвоночных столбов, в зависимости от длины туловища пользователя.

Выполнение каждого позвонка содержащим четыре пары воздушных камер, где каждая камера включает основную и расширительную камеры, соединенные перепускным отверстием, при выполнении основных камер с возможностью размещения в них плунжеров шаровых шарниров, характеризует позвоночные столбы формированием воздушных пружин. Расширительные камеры предназначены для увеличения доступного объема воздуха в условиях ограниченных габаритов позвонка, а также для обеспечения возможности регулировки объема внутренней полости. Описанная конструкция способствует плавающей посадке каждого шарнира в корпусе позвоночника, за счет свойств сжимаемости воздуха, также обеспечивающей удобство использования экзоскелета, исключая эффект заклинивания или торможения при повороте или наклоне корпуса, и, как следствие надежность экзоскелета.

Наличие двух воздушных пружин, образованных за счет описанной конструкции, по бокам от оси позвоночника, в двух позвоночных столбах, также позволяет беспрепятственно выполнять наклоны, при этом, за счет движения плунжеров, при наклоне влево - левые воздушные пружины сжимаются, правые – растягиваются, и наоборот: при наклоне вправо левые воздушные пружины растягиваются, правые – сжимаются. При этом, при сокращении отсутствует появление звеньев, не расположенных по образующей позвоночным столбом дуге, которые могут ограничивать амплитуду наклона за счет расположения между двумя соседними позвонками, повышая удобство и надежность конструкции экзоскелета для спины человека.

Наличие винта для регулировки размера перепускного отверстия и его перекрывания в шаровом шарнире позволяет настраивать степень демпфирования за счет определенного заглубления винта, приводящего к изменению проходного сечения перепускного отверстия, и, следовательно, к замедлению перетекания воздуха между камерами, что в свою очередь приводит к сглаживанию реакции пружины на удары и вибрацию, повышая эффективность экзоскелета, за счет снижения соответствующих нагрузок на корпус пользователя, и надежность, за счет снижения риска повреждения элементов конструкции шарового шарнира.

Объём основной и расширительной камер в собранном изделии предпочтительно изолирован от атмосферы уплотнительными кольцами, соединенными с плунжерами, и регулировочной пробкой. Регулировка жесткости воздушной пружины осуществляется посредством изменения объема ее расширительной камеры, а именно, за счет изменения количества кольцевых проставок под регулировочной пробкой.

Выпадению растягивающихся воздушных пружин из корпуса позвонка препятствуют штифты, посредством которых шаровой шарнир зафиксирован в корпусе позвонка, вместе с этим предохраняющие плунжеры от проворачивания вокруг оси, в частности, за счёт наличия на их наружных стенках плоского шлица, также повышающих надежность экзоскелета.

Размещение шаровых шарниров в пыльниках предохраняет их механизм от воздействия окружающей среды, обеспечивая долговечность, и, следовательно, надежность конструкции экзоскелета.

Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен предпочтительный вариант исполнения заявленного экзоскелета для спины человека.

На фиг. 1 представлен общий вид экзоскелета для спины человека.

На фиг. 2 представлен вид шарового шарнира в продольном разрезе.

На фиг. 3 представлен вид позвонка с шаровыми шарнирами в продольном разрезе.

На фиг. 4 представлен вид позвонка в поперечном разрезе.

Цифрами обозначены следующие элементы:

- секция (1) туловища;

- позвоночный столб (2);

- позвонок (3);

- шаровой шарнир (4);

- корпус (5);

- крышка (6);

- поворотный элемент (7);

- плунжеры (8), (9);

- основная (10) воздушная камера;

- расширительная (11) воздушная камера;

- ткань (12) разгрузки;

- крепежный элемент (13) для фиксации позвонка (3) к ткани (12) разгрузки;

- пыльник (14);

- верхняя и нижняя вставки (15), (16) шарового шарнира (4);

- винт (17) для регулировки размера перепускного отверстия;

- кольцевая проставка (18);

- пробка (19);

- штифт (20);

- уплотнительное кольцо (21);

- защитная крышка (22);

- шаровой шарнир (23) нижней детали позвоночника.

Далее со ссылками на фигуры предпочтительный вариант осуществления экзоскелета для спины человека.

Экзоскелет для спины человека, включающий секцию (1) туловища, содержащую два позвоночных столба (2), соединенных в нижней части с поясничным отделом, а в верхней части с плечевым отделом.

Посредством поясничного отдела секция (1) туловища предпочтительно соединена с секцией нижних конечностей.

Позвоночные столбы (2) включают ряд позвонков (3), соединенных между собой шаровыми шарнирами (4).

Шаровой шарнир (4) состоит из корпуса (5), соединенного с крышкой (6), в котором размещен шаровой наконечник поворотного элемента (7), нижний конец которого посредством резьбового соединения соединен с шаровым наконечником, а верхний конец посредством резьбового соединения соединен с плунжером (8). Нижняя часть корпуса (5) соединена с нижним плунжером (9).

Каждый позвонок (3) содержит четыре пары воздушных камер, в частности, цилиндрических, при этом каждая пара включает основную воздушную камеру (10) и расширительную воздушную камеру (11), соединенные перепускным отверстием.

Основные воздушные камеры (10) выполнены с возможностью размещения в них плунжеров (8), (9) шаровых шарниров.

Между собой пары воздушных камер выполнены не сообщающимися.

Предпочтительно позвонки (3) жестко прикреплены к ткани (12) разгрузки посредством резьбового соединения (крепежный элемент (13)).

Предпочтительно шаровые шарниры (4) размещены в пыльниках (14).

Предпочтительно шаровой шарнир (4) включает верхнюю и нижнюю вставки (15), (16), размещенные в корпусе (5), соединенные с верхней и нижней частью шарового наконечника.

Для регулировки размера перепускного отверстия и его перекрывания предусмотрен винт (17) в шаровом шарнире (4). Предпочтительно, посадочные отверстия регулировочных винтов (17) загерметизированы задней крышкой позвонка (3) с уплотнительными кольцами (21).

Предпочтительно плунжеры (8), (9) оснащены резиновыми уплотнительными кольцами для изоляции камер.

В расширительной воздушной камере (11) предпочтительно установлены кольцевые проставки (18), разделенные пробкой (19) с возможностью регулирования объема камеры (11). Расширительные воздушные камеры (11) предпочтительно закрыты защитной крышкой (22), ограничивающей воздушные пружины и регулировочные пробки (19) по вертикальной оси.

Шаровой шарнир (4) может быть зафиксирован в корпусе позвонка (3) посредством штифта (20), установленного в корпусе позвонка (3).

Верхний (шейный) позвонок (3) предпочтительно имеет вращательные соединения плечевых дуг на основе втулок скольжения. Поясничная дуга предпочтительно имеет гнездо для шарового шарнира (23) нижней детали позвоночника.

Заявленный экзоскелет для спины человека может быть использован в различных отраслях, в частности, при выполнении тактических и стратегических задач, при выполнении любой деятельности, сопровождаемой подъемом нагрузки, а также для людей с ограниченным функционалом опорно-двигательного аппарата.

Представленные фигуры, описание конструкции и использования экзоскелета для спины человека не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы.

Изобретение относится к медицинской технике. Экзоскелет для спины человека включает секцию туловища (1), содержащую два позвоночных столба (2). Позвоночные столбы соединены в нижней части с поясничным отделом, а в верхней части с плечевым отделом. Позвонки (3) столбов соединены между собой шаровыми шарнирами (4). Корпуса шарниров соединены с крышкой. В корпусе размещен шаровой наконечник поворотного элемента. Нижний конец поворотного элемента посредством резьбового соединения соединен с шаровым наконечником. Верхний конец поворотного элемента посредством резьбового соединения соединен с плунжером. Нижняя часть корпуса соединена с плунжером. Каждый позвонок содержит четыре пары воздушных камер. Каждая пара включает соединенные перепускным отверстием основную камеру и расширительную камеру. Основные камеры выполнены с возможностью размещения в них плунжеров шаровых шарниров. Между собой пары воздушных камер выполнены несообщающимися. Таким образом обеспечивается повышение удобства использования экзоскелета, расширение его функциональных характеристик, а также повышение его эффективности. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Экзоскелет для спины человека, включающий секцию туловища, содержащую два позвоночных столба, соединенных в нижней части с поясничным отделом, а в верхней части с плечевым отделом, включающие ряд позвонков, соединенных между собой шаровыми шарнирами, состоящими из корпуса, соединенного с крышкой, в котором размещен шаровой наконечник поворотного элемента, нижний конец которого посредством резьбового соединения соединен с шаровым наконечником, а верхний конец посредством резьбового соединения соединен с плунжером, при этом нижняя часть корпуса соединена с плунжером, каждый позвонок содержит четыре пары воздушных камер, каждая пара включает основную камеру и расширительную камеру, соединенные перепускным отверстием, основные камеры выполнены с возможностью размещения в них плунжеров шаровых шарниров, при этом между собой пары воздушных камер выполнены несообщающимися.

2. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что позвонки жестко прикреплены к ткани разгрузки посредством резьбового соединения.

3. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что шаровые шарниры размещены в пыльниках.

4. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что шаровой шарнир включает верхнюю и нижнюю вставки, размещенные в корпусе, соединенные с верхней и нижней частью шарового наконечника.

5. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что воздушные камеры выполнены цилиндрическими.

6. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что шаровой шарнир включает винт для регулировки размера перепускного отверстия и его перекрывания.

7. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что плунжеры оснащены уплотнительными кольцами для изоляции камер.

8. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что в расширительной камере установлены кольцевые проставки, разделенные пробкой с возможностью регулирования объема камеры.

9. Экзоскелет для спины человека по п. 1, отличающийся тем, что шаровой шарнир зафиксирован в корпусе позвонка посредством штифта, установленного в корпусе позвонка.