Шагопед Советский патент 1993 года по МПК A63B23/00 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно: к устройствам, облегчающим передвижение человека, в том числе и с физически деформированными нижними конечностями, и может быть использовано в робототехнике при создании шагающих роботов.

Цель изобретений - уменьшение мышечных усилий и поддержание равновесия при движении.

Цель изобретения в расширении функциональных возможностей за счет снятия части нагрузки с мышц ног, направленной на поддержание масс тела и груза, что обеспечивается подвешиванием туловища на опорном каркасе в подмышечных впадинах, при этом усилия мышц рук через конусные зубчатые колеса, валы, сегментные рейки передаются на опорные стойки ног, а последние дополнены автоматическим устройством регулирования подвижности шарниров на уровне коленного сустава,

Предлагаемое техническое решение обеспечивает снятие части нагрузки с мышц . ног, туловища за счет разгружения и растяжения позвоночника, кроме того предлага- емое устройство достаточно компактно и надежно в эксплуатации,

На фиг. 1 изображена схема крепления шагопеда на теле человека; на фиг. 2 - элементы кинематического механизма передачи мышечных усилий для перемещения ног человека; на фиг. 3 - храповый механизм и устройство его автоматического выключения; на фиг, 4 - элементы крепления каркаса и конечностей человека; на фиг. 5 - шарнирное соединение на уровне тазобедренного сустава; на фиг. 6 - ползун,

Шагопед содержит опорный каркас, состоящий из поясного ремня 1 с металлическими дугообразными пластинами 2, расположенными в тазобедренной области ремня 1, на которых крепится ось 3 тазобедренного шарнира, на которую через цилиндрическое отверстие опирается нижний конец 4 опорной стойки 5 туловища и верхний конец 6 верхней опорной стойки 7 нижней конечности, верхний и нижний концы 4, 6 выполнены в виде выступы, в нижней час- .ти верхней опорной стойки 7 расположен аналогичный выступ 8, соединенный через шарнир осью 9 с таким же выступом-10, расположенным в верхней части нижней опорной стойки 11 нижней конечности, при этом карниз с осью 9 расположен на уровне коленного сустава, нижний конец стойки 11 может быть соединен шарниром 12 с подвижной частью 3 опорной платформы для обуви, которая шарниром 14 соединяется с неподвижной частью 15 платформы, опорные стойки 5. 7. 11 выполнены полыми, а наружная поверхность их (со стороны тела) адаптирована под конфигурацию соответствующих участков тела человека, в верхней

части стойки 4 расположена подмышечная опорная планка 16, имеющая мягкое наружное покрытие, коленный шарнир имеет механизм автоматического регулирования , подвижности, для этого внутри выступов 8,

10 жестко закреплено цилиндрическое жесткое колесо -17, на торцевой поверхности которого расположены зубья 18, в центре зубчатого колеса имеется цилиндрическое отверстие 19 для оси 3 (9), внутри выступов

5 б, 10 расположена жестко закрепленная втулка 20, которая заканчивается цилиндрическим участком с круговой канавкой 21 для ограничительной шайбы, фиксирующей шарнирное соединение, от основания втул0 ка 20 имеет многогранную наружную повер- хность, на которой свободно перемещается в осевом отверстии 22, аналогичного профиля, конусообразное зубчатое колесо 23, на основании которого расположены зубья, на5

клоненные в противоположную сторону от

наклона зубьев колеса 17, между колесом 17 и колесом 23 расположена цилиндрическая пружина 24, внутри верхних подвижных частей стоек 6, 10 имеются тоннели 25, по

0 которым перемещается обжимная вилка 26, являющаяся верхним участком подвижной части стоек 6, 10, вилка удерживается от выпадания из неподвижной части стойки 11 ограничительным бортиком 27, кинематиче5 ский механизм передачи мышечных усилий рук состоит из зубчатых колес 28 и сегментных реек 29, посаженный на вал 30, закреп- ляемая либо в шарнирах 31, либо продеваемый в цилиндрическое отверстие

0 32 оси 3, между отверстиями 32 стопорной шайбой в канавке 21, расположена цилиндрическая пружина 33, на предплечьи, свободный конец вала 30 неподвижно крепится в поддерживающей планке 34, ниже и выше

5 коленного сустава и на уровне голеностопа расположены аналогичные поддерживающие планки, а в теле подколенной и голеностопной планок 34 имеется тоннель 35 для перемещения подвижных стоек 7, -а сами

0 планки 34 крепятся ремнями 36.

Устройство в статике работает следующим образом.

Тело человека подвешивается в подмы- 5 шечной области на опорном каркасе, а именно; на опорных планках 16, которые через стойки 5,7,11 удерживают массы тела и груза. Жесткость каркаса обеспечивается, с одной стороны, шарнирами с автоматическим регулированием подвижности, находящимися на уровне коленного сустава, а именно выступах 8,10 стобк 7.11, а с другой

- усилиями мышц рук, воздействующими через зубчатые колеса 28, сегментные рейки 29, валы 30 на опорные стойки 5, 7. В свою очередь элементы каркаса крепятся к телу человека, так стойки 5 вверху удерживаются планкой 16 в подмышечной области, а внизу

- шарниром 3. стойки 7 удерживаются в верхней части тем же шарниром, а в нижней

- поддерживающими планками 34, к которым ремнями 36 прикрепляется соответствующий участок конечности человека, стойки 11 в верхней части крепятся планкой 34 с ремнями 36, в районе коленного сустава (немного ниже шарнира), а в нижней части - аналогично, но в районе голени. Если каркас выполнен с использованием опорных платформ для обуви, то нижний участок стойки (ниже планки 34) крепится шарниром 12 с подвижным участком 13 платформы обуви, а через шарнир 14 - с неподвижным участком 15 жестко прикрепленным непосредственно к подошве обуви. Кинематический механизм передачи мышечных усилий рук вмонтирован в элементы каркаса и крепится к предплечью, с одной стороны, в планке 16, а с другой - в планке ,34 предплечью, которая, в свою, очередь,

-закреплена ремнями 36, кроме того в районе поясного ремня (в отверстии 32 оси 3), а также в теле планки 34 стойки 7. В тазобедренной области каркас прикрепляется к телу человека поясным ремнем 1. Жесткость конструкции опорного каркаса обеспечивается тем, что автоматически блокируется подвижность шарнирного соединения на уровне коленного сустава, при расположении стоек 7, 11 в линию, т.е. выпрямленной в коленном суставе опорной конечности. Шарнирное соединение на уровне тазобедренного сустава блокируется усилиями мышц рук через элементы кинематического механизма. Блокирование на уровне коленного сустава происходит за счет того, что масса тела (груза) воздействует через планку 16 на стойки 5, 7, которые заблокированы в шарнире тазобедренного сустава, в свою очередь воздействующие на подвижную часть стойки 11, которая наползает на подвижную часть стойки 11, а именно: на вилку 26, которая сдвигает зубчатое колесо 23 по втулке 20 до момента возникновения зубчатого зацепления с колесом 17, тем самым блокируется движение коленного сустава, так как выступы 8, 10 ограничивают движение стоек 7, 11, Естественно, полное блокирование возможно только при полностью расправленной в коленном суставе конечности, в противном случае остается возможность движения стоек в сторону их полного расплавления за счет храпового эффекта зубьев 18. При этом наличие оси 3 на стой- 5 ках 5, 7. жестко связанной с поясным ремнем 1 (через планку 21), позволяет отодвигать ногу в тазобедренной области, т.е. имеется возможность ставить ноги врозь или вместе, ran как шарниры стоек 5, 0 7 тазобедренного сустава могут передвигаться вдоль оси 3. Это происходит за счет воздействия мышечного усилия на планку 34 предплечья, прикрепляемую к телу ремнями 36, которая через вал 30 перемещает 5 сегмент 29, зубья которого вступают в зацепление в зубьями колеса 28, затем вновь через вал 29, продетый в отверстие 32 оси 3, закрепленной в пластинке 2 поясного ремня 1 и через зубчатое соединение с сегментом 0 29, размещенном на бедре и жестко скреп- ленном со стойкой 11. В результате мышцами предплечья создается усилие противодействия наклону туловища в тазо- бедренной области. Таким образом в тазо- 5 бедренной области частично разгружаются мышцы, поддерживающие туловище в вертикальном положении.

Работа в динамике отличается тем, что перемещение масс тепа (груза) на одну из 0 ног либо на носки обеих ног освобождает стойки 5, 7, 11, т.е. под действием масс подвижной части 13 опорной платформы, стойки 11 и усилия пружины 20 вилка 19 перемещается вниз, освобождая колеса 23 5 храпового механизма, которое под усилием пружины 24 отодвигается от колес 27, разблокируя, тем самым, храповой механизм . шарнирного соединения. В результате нога приобретает полную подвижность в колен- 0 ном суставе и при условии воздействия мышц рук на стойку 7, а также собственных мышц ноги возможно осуществление естественного движения ноги, т.е. шага. В случае разблокирования обоих ног, кроме 5 прыжка, возможно и приседание..При этом в момент приседания, а также перенесения тяжести на опорную ногу при ходьбе вновь происходит блокирование подвижности этих шарниров, т.е. работа элементов уст- 0 ройства повторяется.

Таким образом, данное устройство позволяет экономить мышечные усилия не только самих ног, но и мышц туловища в тазобедренной области. 5

Формула изобретения

1. Шагопед, содержащий стойки, шар- нирко соединенные с планками и с опорной . платформой для обуви, привязные и опорные ремни, устройство регулирования подвижности конечности, отличающийся тем, что. с целью уменьшения мышечных усилий при движении, в него введены опорный каркас с планками, кинематический механизм с валами и шарнирами, при этом устройство регулирования подвижности выполнено в виде храпового механизма с подвижным и неподвижным зубчатыми колесами, кинематически связанными между собой многогранной втулкой, цилиндрической пружины, при этом кинематический механизм выполнен в виде зубчатых колес

0

и реек, связанных через валы с опорными стойками для рук, шарнирное соединение для тазобедренного сустава выполнено суд- линенным осевым валом, цилиндрической пружиной и Ътопорной шайбой, а пружина связана с одним из валом кинематического механизма.

2. Шагопед по п. 1,отличающийся тем, что, С целью поддержания равновесия при движении, валы кинематического механизма имеют шарнирное соединение с планками опорного каркаса.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для ускоренной ходьбы и перенесения груза. Цель изобретения - уменьшение мышечных усилий и поддержание равновесия при движении. Шагопед содержит ремни, пластины, стойки, зубчатые колеса 17, 23, втулку 20 с отверстиями 22, обжимную вилку 26. За счет использования шарнирно соединенного опорного для туловища и нижних конечностей каркаса обеспечивается возможность регулированного перемещения опорных элементов с использованием мышечных усилий рук для перемлцения ног. 6 ил.

иг.1

fiQbqifli