Екзоскелетон

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к травматологии и ортопедии. Прототипом предлагаемого технического решения является шагопед, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом четыре пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов, шарнирно соединенные со свободными концами голеностопных рычагов опорные платформы для обуви, шарнирный узел с механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанные между собой полусферические зубчатые колеса, валы и барабан с тросом, а механизм фиксации шарнирного узла, соединяющего рычаги, выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанным с подвижной опорной платформой для обуви, при этом голеностопные рычаги выполнены с возможностью осевого перемещения. Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим с опорной платформой, механизм фиксации шарнирного узла, соединяющий рычаги, кинематически связанный с платформой. Устройство конструктивно усложнено и требует постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела. Кроме того, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением излишне усложнен и не обеспечивает произвольную и надежную угловую фиксацию рычагов и бесшумности в работе. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство, в котором новое конструктивное выполнение элементов механизма фиксации шарнирного узла, а также введение дополнительных элементов, позволяет расширить функциональные возможности и область применения устройства, а именно, исключить необходимость постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела, обеспечить произвольную и надежную фиксацию рычагов и бесшумность в работе. Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим с опорной платформой, согласно изобретению, тазобедренные рычаги состоят из двух частей, верхней и нижней, верхняя часть тазобедренного рычага шарнирно соединена одним концом с основанием седла и расположена вдоль тыльной стороны бедер, а нижняя часть тазобедренного рычага расположена на наружной стороне бедер, вторые концы верхней и нижней части тазобедренного рычага соединены между собой спиралевидным щитком, расположенным выпуклой частью вперед, шарнирный узел состоит из корпуса, шарнирно соединенного с голеностопным рычагом, муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращательного движения, а механизм фиксации, расположенный вокруг обоймы муфты свободного хода, состоит из ленточного зажима с корпусом, двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус поворотный в направлении муфты, соединенный одним концом с тазобедренным рычагом и другим концом - с корпусом кольцевого зажима, а также коленчатый рычаг поворотный в направлении указанного корпуса зажима и шарнирно соединенный с другим концом зажима и пальцем, перемещаемым внутри корпуса кольцевого зажима, в котором расположен винт для принудительного перемещения пальца, коленчатый рычаг является регулируемым по углу относительно корпуса, а его выступающий конец кинематически связан с опорной платформой тягой с шарнирами. Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что тазобедренные рычаги состоят из двух частей, верхней и нижней, верхняя часть рычага шарнирно соединена одним концом с основанием седла и расположена вдоль тыльной стороны бедер, а нижняя часть тазобедренного рычага расположена на наружной стороне бедер, вторые концы верхней и нижней части тазобедренного рычага соединяются между собой спиралевидным щитком расположенным выпуклой частью вперед, шарнирный узел состоит из корпуса шарнирно соединенного с голеностопным рычагом, муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращательного движения, а механизм фиксации, расположенный вокруг обоймы муфты свободного хода, состоит из ленточного зажима с корпусом, двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус поворотный направлении муфты, соединенный одним концом с тазобедренным рычагом и другим концом - с корпусом кольцевого зажима, а также коленчатый рычаг поворотный в направлении указанного корпуса зажима и шарнирно соединенный с другим концом зажима и пальцем перемещаемым внутри корпуса кольцевого зажима а котором расположен винт для принудительного перемещения пальца, коленчатый рычаг является регулированным по углу относительно корпуса, а его выступающий конец кинематически связан с опорной платформой тягой с шарнирами. Совокупность вышеперечисленных признаков предлагаемого устройства позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что исключается необходимость постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела, обеспечивается произвольная и надежная фиксация рычагов и бесшумность в работе. На фиг.1 изображен экзоскелетон, вид спереди; на фиг.2 - кинематическая схема экзоскелетона. Устройство (фиг.1) содержит каркас в виде седла 1 с элементами крепления к туловищу, тазобедренные рычаги, состоящие из верхней 2 и нижней 3 части, спиралевидные щитки 4, шарнирные узлы 5, голеностопные рычаги 6, опорные платформы 7 с шарнирами 8, шарнирный узел (фиг.2) состоящий из муфты свободного хода с обоймой 9, ступицей 10, роликами 11, механизм фиксации состоящий из ленточного зажима 12 с корпусом 13 и винтом 14 с клиновидным окончанием 15, двухэлементной разгибающейся детали, содержащей корпус 16 с винтами 17, коленчатый рычаг 18 и шарнирами 19, 20, пальцем 21, тягу 22 с шарнирами 23, 24, ограничительные упоры 25 в корпусе шарнирного узла. Устройство работает следующим образом. Тулови ще пользователя крепится к экзоскелетону в тазобедренной области на седле 1 элементами крепления (ремнями), а нижние конечности - вставляются в экзоскелетон таким образом, что с тыльной стороны бедер (в паховой области) контактируют с вер хней частью 2 тазобедренных рычагов, упираются передней частью в вогнутую сторону спиралевидных щитков 4 в которых также удерживаются от выпадения ремнями, а с наружной стороны контактируют с нижней частью 3 тазобедренных рычагов, шарнирными узлами 5, голеностопными рычагами 6 и упираются стопами в опорные платформы 7. От выпадения в голеностопной области нижние конечности удерживают обувь, куда вставляются опорные платформы 7. При вертикальном расположении туловища и расслаблении мышц ног, масса тела пользователя воздействует через седло 1 и его основание на тазобедренные рычаги, нижние концы 3 которых через корпус 16 воздействуют на шарнир 20, корпус зажима 13, коленчатый рычаг 18, палец 21, ленточный зажим 12, тягу 22, голеностопный рычаг 6, шарниры 8, 24 и опорную платформу 7. При этом, коленчатый рычаг, поворачиваясь относительно шарнира 20, одним своим плечом воздействуют на шарнир 19, осуществляя тем самым натяжение зажима 12 вокруг обоймы 9 до тех пор, пока второе плечо не упрется через шарниры 23, 24 тягу 22 в опорную платформу 7. В результате, в связи с свойством односторонней подвижности муфт свободного хода, ролики 11 заклиниваются относительно обоймы 9 и ступицы 10, чем обеспечивается блокирование углового перемещения тазобедренного и голеностопного рычагов в сторону их складывания. При этом существенно, что длина тяги 22 подбирается таким образом, чтобы при вертикальном положении (расположении вдоль общей оси) тазобедренного и голеностопного рычагов и требуемой степени блокирования односторонней подвижности шарнирного узла 5, она равнялась общей длине тазобедренного голеностопного рычагов и шарнирного узла. Таким образом, при вертикальном положении тела пользователя без осуществления шагового перемещения полностью разгружается скелетно-мышечный аппарат и лишь частично используются мышечные усилия для фиксирования подвижности в тазобедренных и голеностопных сустава х. При этом, масса пользователя и груза поддерживаются в тазобедренной и голеностопных областях на жестком каркасе, образованном каркасом в виде седла с элементами крепления, тазобедренными и голеностопными рычагами и опорными платформами. Работа устройства в динамике отличается тем, что свобода перемещения нижних конечностей пользователя достигается перенесением центра тяжести на опорную ногу и разгружения шарнирного узла 5 не опорной ноги, в котором, под действием разгибающего усилия зажима 12, представляющего собой ленточную пружину, коленчатый рычаг 18 поворачивается в шарнирах 19, 20, заставляя тем самым через шарнир 24 поднимать носок опорной платформы 7, что соответствует естественному движению стопы при шаговом перемещении. Одновременно, разблокируется обойма 9 муфты свободного хода и шарнирный узел приобретает свойство полной свободы углового перемещения, т.е. не препятствует складыванию и распрямлению тазобедренного и голеностопного рычагов. В результате, в связи с имеющейся свободой углового перемещения тазобедренных шарниров на седле 1, голеностопных шарниров 8 и шарнирного узла 5 не опорной конечности появляется возможность естественного шагового движения нижних конечностей с опорой на каркас из седла, тазобедренного, голеностопного рычагов и опорной платформы опорной конечности. В дальнейшем работа устройства не отличается от приведенной. Для создания подтормаживающего эффекта в шарнирных узлах 5 при приседании пользователя, с помощью закручивания винтов 17 добиваются ограничения подвижности коленчатого рычага 18 относительно внутренней полости корпуса 16 до такой степени, чтобы при полностью нагруженном шарнирном узле 5 существовала возможность проскальзывания зажима 12 относительно обоймы 9. Тем самым, достигается эффект подтормаживания обратного движения (при складывании тазобедренного и голеностопного рычагов) муфты свободного хода шарнирного узла 5. Повышение подкосоустойчивости шарнирного узла опорной конечности обеспечивается тем, что при любой величине углового перемещения тазобедренного рычага относительно голеностопного, независимо от углового положения опорной платформы 7 в шарнире 8, обеспечивается блокирование подвижности обоймы 9 муфты свободного хода относительно зажима 12. Так, при отклонении голеностопного рычага 6 в шарнире 8 относительно опорной платформы 7 на угол меньше или больше девяноста градусов, происходит смещение шарнира 24 относительно продольной оси голеностопного рычага 6, что приводит к перемещению тяги 22, коленчатого рычага 18 и принудительного блокирования обоймы 9 зажимом 12. В любом случае, за исключением случая упора тазобедренного и голеностопного рычагов в ограничительные упоры 25, шарнирные узлы 5 не препятствуют взаимному распрямлению тазобедренного и голеностопного рычагов, что обеспечивает свободное распрямление конечностей в коленном суставе. Таким образом, обеспечивается расширение функциональных возможности и область применения устройства, а именно исключается необходимость постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела, обеспечивается произвольная и надежная фиксация рычагов и бесшумность в работе.