Устройство координации движений конечностей экзоскелетона Советский патент 1980 года по МПК A61F1/08 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к экзоскелетонам, обеспечивающим передвижение больных, потерявших естест ъеккуу) способность перемещения. Известно устройство координации движений конечностей экзоскелетона, содер кащее блоки управления движением конечностей, блок синхронизации, датчики рецепции опоры 1. Известны две категории больных: первые используют при передвижении почти одновременный перенос конечностей, а вторые - пооче редный. Причем и те и другие больные должны иметь возможность самостоятельно, а не по заданной -npoqiaMMe, задавать момент отрыва конечностей и переход их в фазу переноса. Такое условие выполнимо, если обеспечить больному возможность, перестраивать координацию движений конечностей за счет перевода конечностей в фазу переноса по сигналу датчика рецепции опоры, после того как вес тела больного переносится на другую конечность. Кроме того, необходимо обеспечить возможност перестроения режима при переходе от поочередной походки к походке с одновременным переносом конечностей. Однако известное устройство обеспечивает координацию движений конечностей за счет жесткой, неперестраиваемой программы, осуществляемой блоком синхронизации. Оно не позволяет больному непосредственно вмешиваться в процесс движения и перестраивать координацию движений конечностей. Цель изобретения обеспечение возможности перестроения координации движения конечностей. Указанная цель достигается тем, что устройство содержит переключатель режима походки, а блок синхронизации выполнен в виде двух схем, каждая из которых содержит логическую схему НЕ, триггер и логическую схему И, причем выход одного из датчиков рецепций опоры соединен со входом О триггера и входом логической схемы НЕ, выход которой соединен как с одним из двух входов переключателя режима походки, так и со входом же триггера, выход которого соединен с одним из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с одним из выходов переключателя режима походки, а выход с соответствующим блоком управления движением конечности. На чертеже изображена структурная схема устройства координации движений конечностей экзоскелетона. Устройство содержит два датчика 1 и 2 рецепции опоры, выход датчика 1 соединен со входом логической схемы 3 НЕ и входом О триггера 4. Выход датчика 2 соединен со входом логической схемы 5 НЕ и входом О триггера 6. Выход схемы 3 соединен со входом 1 триггера 4 и со входом а переключателя 7 режима походки, а выход схемы 5 соединен со входом 1 триггера 6 и со входом б переключателя 7. Первый вход логической схемы 8 И соединен с выходом О триггера 4 второй вход - с выходом в переключателя 7 а выход - с блоком 9 управления первой конечностью. Первый вход логической схемы 10 И соединен с выходом О триггера 6, второй вход - с выходом г переключателя 7, а выход - с блоком 11 управления второй конечностью. Причем две схемы, каждая из которых содержит логическую схему НЕ, триггер и логическую схему И, составляют блок синхронизац Устройство работает следующим образом. Блок управления каждой конечностью обеспечивает движение в двух фазах: переноса и опоры. При движении в фазе опоры больной, опираясь на костыли, наклоняет туловище вперед, перемещая свой центр тяжести. При этом по сигналам блока 9 (11) коленный щарнир конечности экзоскелетона запирается, что обеспечивает опороспособность, а шарнир стопы отпирается. При движении в фазе переноса, которую больной сам не в состоянии обеспечить, сигнал с блока 9 (11) подается на тазобедренный шарнир экзоскелетоиа, обеспечивая сгибание бедра, и на шарнир стопы, поднимая ее передний край. При этом также происходит сгибание в коленном шарнире за счет сил инер ции. Таким образом экзоскелетон осуществляет фазу переноса соединенной с ним ноги больного. Блоки управления движениями конечностей могут быть реализованы и на других принципах, но так, чтобы для больного была обеспечена возможность управлять переходом от фазы опоры к фазе переноса. Причем сигнал О на входах этих блоков означает движение в фазе переноса, а сигнал 1 - в опоре. Координация движений конечностей экзоске летона заключается в следующем. Предположим, что больной выбнрает поочередный режим работы конечностей. Для этого переключатель 7 ставится в положение, при 4 котором его вход а соединен с выходом г, а вход б - с выходом в. Пусть в начальный момент времени происходит движение на: двух опорных конечностях так, что одна расположена впереди, а другая сзади. При этом датчики 1 и 2 рецепции опоры включены, и с них сигналы О поступают на входы схем 3 и 5, с выхода которых сигналы 1 поступают на единичные входы триггеров 4 и 6, с выходов которь1Х сигналы 1 поступают на первые входы логических схем 8 и 10. На вторые входы этих схем поступают также сигналы 1 с выходов в и г переключателя 7, связанных соответственно с входами б и а. Поэтому на выходах схем 8 и 10 появляются сигналы 1, и блоки 9, И управления конечностями обеспечивают движение в фазе опоры. В процессе движения в этой фазе больной переносит вес на переднюю ногу, освобождая заднюю. При этом, например, датчик 1 задней конечности не включен, и с него поступает сигаал 1 на нулевой вход триггера 4 и далее сигнал О - на первый вход схемы 8. Так как датчик другой конечности включен, то с выхода схемы 5 поступает сигнал 1 на второй вход схемы 8. Таким образом, на выходе схемы В формируется сигнал О иблок управления этой конечности переводит ее в фазу переноса. В конце переноса конечность становится на опору и ее датчик включается, обеспечивая ее переход в фазу опоры. В дальнейшем больной переносит вес на эту ногу и цикл повторяется. Если же больной в результате ошибки или под воздействием возмущения отрывает заднюю ногу от поверхности до того, как переносимая достигает опоры, то с выхода своей схемы И сигнал все равно остается равным единице и конечность не переходит в фазу переноса до тех.пор, пока переносимая конечность не достигнет опоры. Если больной выбирает режим одновременного переноса конечностей, то переключатель 7 ставится в положение, при котором входы и выходы переключателя разрываются и режим работы каждой конечности становится зависимым лишь от сигналов своего датчика рецепции опоры. Тогда, перенося вес на костыли, больной с помощью аппарата одновременно переносит обе конечности. Таким образом, устройство позволяет в первом режиме в любой момент времени осуществлять перенос конечности при условии, что другая находится в фазе опоры, а во втором режиме переносить обе конечности одновремеино и в любой момент времени. Это позволяет больному оперативно вмешиваться в процесс управления движением экзоскелетона и перестраивать координацию движений конечностей потребным ему образом. Формула изобретения Устройство координации движений конечностей экзоскелетона, содержащее блоки управления движением конечностей, блок синхронизации и датчики рецепции опоры, о т л и ч а Ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности перестроения координации движения конечностей, оно содержит переключатель режима походки, а блок синхронизации выполнен в виде двух схем, каждая из которых содержит логическую схему, НЕ, триггер и логическую схему И, причем выход одного из датчико рецепций опоры соединен со входом О триггера и входом логической схемы НЕ, выход которой соединен как с одним из двух входов переключателя режима походки, так и со входом 1 того же триггера, выход которого соединен с одним из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с одним из выходов переключателя режима походки, а выход - с соответствующим блоком управления движением конечности. Источники информации, принятые во -вннмадие при экспертизе 1. Вукобратовлч М. Шагающие роботы и нтропоморфные механизмы. М., Мир, 1976.