[go: up one dir, main page]

RU2712068C1 - Exoskeleton of lower extremities - Google Patents

Exoskeleton of lower extremities Download PDF

Info

Publication number
RU2712068C1
RU2712068C1 RU2019101884A RU2019101884A RU2712068C1 RU 2712068 C1 RU2712068 C1 RU 2712068C1 RU 2019101884 A RU2019101884 A RU 2019101884A RU 2019101884 A RU2019101884 A RU 2019101884A RU 2712068 C1 RU2712068 C1 RU 2712068C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
link
gear
shaft
femoral
rigidly
Prior art date
Application number
RU2019101884A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Анатольевич Таможний
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОТЕХНОЛОГИИ" (ООО "Экзотехнологии")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОТЕХНОЛОГИИ" (ООО "Экзотехнологии") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОТЕХНОЛОГИИ" (ООО "Экзотехнологии")
Priority to RU2019101884A priority Critical patent/RU2712068C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2712068C1 publication Critical patent/RU2712068C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medicine. Exoskeleton of the lower limb comprises a pelvic link, a femoral link, a shin link and a lower foot-like link, hinge joints of the respective adjacent links, which can turn in the sagittal plane, and attachment elements to parts of the user's body mounted on each of the links. Pelvic link is made in the form of a frame containing parallel walls fastened by pins with nuts. Driven step motor is rigidly and detachably fixed on outer wall of frame, with possibility of rotation of first toothed pulley fixed on its shaft, which by means of toothed belt forms step-down gear with gear ratio of 1:4 with second gear pulley, rigidly fixed on upper shaft, installed with possibility rotation in the frame cavity. On the upper shaft there rigidly fixed is the first gear installed in engagement with the third gear pulley, which is rigidly fixed on the middle shaft installed with possibility of rotation in the frame cavity, with formation of the second step-down gear with gear ratio 1:3.3. On the middle shaft there rigidly fixed is the second gear installed in engagement with the first gear sector, which is rigidly fixed on the lower shaft installed with possibility of rotation in the cavity of the frame of the pelvic link, with formation of the third step-down gear with gear ratio 1:5.14. Ends of the lower shaft are rigidly attached to the upper end of the femoral link of the exoskeleton. Femoral link exoskeleton is similar to pelvic link, contains similar drive motor, rigidly and detachably fixed on outer wall of similar frame, and three similar step-down gears. On the lower shaft of the femoral link, the upper end of the shin link is rigidly fixed and the second gear sector is engaged with the corresponding gear of the middle shaft. Femoral link is hingedly suspended under pelvic link with possibility of rotation in sagittal plane. Lower end of shin link is articulated with foot.EFFECT: invention provides reduced structural complexity and improved interchangeability of device assemblies.4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области жизнеобеспечения человека. Экзоскелет предназначен для реабилитации людей с нарушенным опорно-двигательным аппаратом, и может найти военное применение и применение при ликвидации чрезвычайных ситуаций.The invention relates to the field of human life support. The exoskeleton is intended for the rehabilitation of people with impaired musculoskeletal system, and can find military application and application in emergency situations.

Известны экзоскелеты, реализующие идею разгрузки человека, содержащие каркас с элементами крепления к туловищу, рычаги, шарнирно соединенные между собой, например RU №№2116063, 2200529, 2110243, 2362598 и др.Known exoskeletons that implement the idea of unloading a person, containing a frame with fastening elements to the body, levers pivotally connected to each other, for example RU No. 2116063, 2200529, 2110243, 2362598 and others.

Однако они не обеспечивают автономную ходьбу человека с нарушенным опорно-двигательным аппаратом.However, they do not provide autonomous walking for a person with a damaged musculoskeletal system.

Известен также экзоскелет нижней конечности, содержащий тазовое звено, бедренное звено, голенное звено и нижнее звено в виде стопы, шарнирные соединения соответствующих смежных звеньев, выполненные с возможностью их поворота в сагиттальной плоскости, элементы крепления к частям тела пользователя, установленные на каждом из звеньев (см. RU №156507, А62В 99/00, А61Н 3/00, 2015).Also known is the exoskeleton of the lower extremity, containing the pelvic link, the femoral link, the tibia and the lower link in the form of the foot, the articulated joints of the corresponding adjacent links, made with the possibility of their rotation in the sagittal plane, the fastening elements to the parts of the user's body mounted on each link ( see RU No. 156507, А62В 99/00, А61Н 3/00, 2015).

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность и малая взаимозаменяемость узлов устройства. Кроме того, при использовании устройства для реабилитации людей с нарушенным опорно-двигательным аппаратом устройство не обеспечивает достаточную устойчивость. Все это снижает эксплуатационную эффективность устройства.The disadvantage of this device is the structural complexity and low interchangeability of the nodes of the device. In addition, when using the device for the rehabilitation of people with impaired musculoskeletal system, the device does not provide sufficient stability. All this reduces the operational efficiency of the device.

Задача изобретения: усовершенствование устройства с целью увеличения его эксплуатационной эффективности.The objective of the invention: the improvement of the device in order to increase its operational efficiency.

Технический результат, проявляющийся при решении заявленной технической задачи выражается в снижении конструктивной сложности и повышении взаимозаменяемости узлов устройства, а также в обеспечении достаточной устойчивости при использовании устройства для реабилитации людей с нарушенным опорно-двигательным аппаратом за счет использования костылей.The technical result manifested in solving the stated technical problem is expressed in reducing structural complexity and increasing the interchangeability of the device nodes, as well as in ensuring sufficient stability when using the device for the rehabilitation of people with impaired musculoskeletal system through the use of crutches.

Для решения заявленной технической задачи, экзоскелет нижней конечности, содержащий тазовое звено, бедренное звено, голенное звено и нижнее звено в виде стопы, шарнирные соединения соответствующих смежных звеньев, выполненные с возможностью их поворота в сагиттальной плоскости, элементы крепления к частям тела пользователя, установленные на каждом из звеньев, отличается тем, что тазовое звено выполнено в виде каркаса, содержащего параллельные стенки, скрепленные шпильками с гайками, при этом, приводной шаговый электродвигатель жестко и съемно закреплен на внешней стенке каркаса, с возможностью вращения закрепленного на его валу первого зубчатого шкива, который, посредством зубчатого ремня образует понижающую передачу с передаточным числом 1:4 со вторым зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на верхнем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, причем, на верхнем валу жестко закреплена первая шестерня, установленная в зацеплении с третьим зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на среднем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, с образованием второй понижающей передачи с передаточным числом 1:3,3, кроме того, на среднем валу жестко закреплена вторая шестерня, установленная в зацеплении с первым зубчатым сектором, жестко зафиксированным на нижнем валу, установленном с возможностью поворота в полости каркаса тазового звена, с образованием третьей понижающей передачи с передаточным числом 1:5,14, при этом, концы нижнего вала жестко скреплены с верхним концом бедренного звена экзоскелета, причем, бедренное звено экзоскелета, выполнено подобно тазовому звену, содержит аналогичный приводной электродвигатель жестко и разъемно закрепленный на внешней стенке подобного каркаса и три аналогичных понижающих передачи, причем на нижнем валу бедренного звена жестко закреплен верхний конец голенного звена и второй зубчатый сектор, в зацеплении с соответствующей шестерней среднего вала, кроме того, бедренное звено шарнирно подвешено под тазовым звеном с возможностью поворота в сагиттальной плоскости, при этом, нижний конец голенного звена шарнирно связан со стопой. Кроме того, источник питания электродвигателей и блоки управления размещены в наспинном ранце. Кроме того, голенное звено выполнено с возможностью регулирования длины. Кроме того, узел управления выполнен в виде джойстика, смонтированного на локтевом костыле, сообщенного посредством радиоканала с блоками управления.To solve the claimed technical problem, an exoskeleton of the lower limb containing the pelvic link, the femoral link, the tibia and the lower link in the form of the foot, articulated joints of the corresponding adjacent links, made with the possibility of their rotation in the sagittal plane, fastening elements to parts of the user's body, mounted on each of the links, characterized in that the pelvic link is made in the form of a frame containing parallel walls fastened with studs with nuts, while the drive stepper motor is rigidly removably mounted on the outer wall of the frame, with the possibility of rotation of the first gear pulley fixed to its shaft, which, by means of the gear belt, forms a reduction gear with a gear ratio of 1: 4 with a second gear pulley rigidly fixed to the upper shaft mounted for rotation in the cavity of the frame moreover, on the upper shaft, the first gear is rigidly fixed, mounted in engagement with a third gear pulley, rigidly fixed on the middle shaft, mounted for rotation in the cage cavity asa, with the formation of a second downshift with a gear ratio of 1: 3.3, in addition, the second gear is rigidly fixed to the middle shaft, mounted in engagement with the first gear sector, rigidly fixed to the lower shaft, mounted to rotate in the cavity of the pelvic link frame , with the formation of the third downshift with a gear ratio of 1: 5.14, while the ends of the lower shaft are rigidly bonded to the upper end of the femoral exoskeleton, moreover, the femoral exoskeleton, made like a pelvic link, contains there is a similar drive motor rigidly and detachably mounted on the outer wall of such a frame and three similar reduction gears, with the upper end of the ankle link and the second gear sector rigidly fixed to the lower shaft of the femoral link, engaged with the corresponding gear of the middle shaft, in addition, the femoral link is pivotally suspended under the pelvic link with the possibility of rotation in the sagittal plane, while the lower end of the tibial link is pivotally connected to the foot. In addition, the power supply of electric motors and control units are located in the back backpack. In addition, the tibia is made with the possibility of adjusting the length. In addition, the control unit is made in the form of a joystick mounted on an elbow crutch, communicated through a radio channel with control units.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает снижение конструктивной сложности и повышение взаимозаменяемости узлов устройства, а также достаточную устойчивость при использовании устройства для реабилитации людей с нарушенным опорно-двигательным аппаратом за счет использования костылей, при этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:The combination of features of the claims provides a reduction in structural complexity and interchangeability of the nodes of the device, as well as sufficient stability when using the device for the rehabilitation of people with impaired musculoskeletal system through the use of crutches, while the signs of the distinguishing part of the claims solve the following functional tasks:

Признаки «тазовое звено выполнено в виде каркаса, содержащего параллельные стенки, скрепленные шпильками с гайками» обеспечивают снижение веса каркаса и легкий доступ к узлам его заполняющим.The signs "the pelvic link is made in the form of a frame containing parallel walls fastened with studs and nuts" provide a reduction in the weight of the frame and easy access to the nodes filling it.

Признаки, указывающие, что «приводной шаговый электродвигатель жестко и съемно закреплен на внешней стенке каркаса» обеспечивают передачу вращения на редуктор, сформированный в полости каркаса и ревизию двигателя при необходимости.Signs indicating that the "drive stepper motor is rigidly and removably mounted on the outer wall of the frame" provide transmission of rotation to the gearbox formed in the cavity of the frame and revision of the engine, if necessary.

Признаки, указывающие, что приводной шаговый электродвигатель установлен «с возможностью вращения закрепленного на его валу первого зубчатого шкива» обеспечивают возможность передачи вращения на последующие валы редуктора.Signs indicating that the drive stepper motor is installed "with the possibility of rotation of the first gear pulley fixed to its shaft" provide the possibility of transmitting rotation to the subsequent shafts of the gearbox.

Признаки, указывающие, что первый зубчатый шкив «посредством зубчатого ремня образует понижающую передачу с передаточным числом 1:4 со вторым зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на верхнем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса» образуют первую понижающую передачу редуктора.Signs indicating that the first gear pulley "by means of a gear belt forms a reduction gear with a gear ratio of 1: 4 with a second gear pulley rigidly fixed to the upper shaft mounted to rotate in the cavity of the frame" form the first gear reduction gear.

Признаки, указывающие, что «на верхнем валу жестко закреплена первая шестерня, установленная в зацеплении с третьим зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на среднем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, с образованием второй понижающей передачи с передаточным числом 1:3,3» образуют вторую понижающую передачу редуктора.Signs indicating that “the first gear is rigidly fixed to the upper shaft, engaged in engagement with the third gear pulley, rigidly fixed to the middle shaft, mounted to rotate in the cavity of the frame, with the formation of the second downshift with a gear ratio of 1: 3.3” form a second gear reduction gear.

Признаки, указывающие, что «на среднем валу жестко закреплена вторая шестерня, установленная в зацеплении с первым зубчатым сектором, жестко зафиксированным на нижнем валу, установленном с возможностью поворота в полости каркаса тазового звена, с образованием третьей понижающей передачи с передаточным числом 1:5,14» образуют третью понижающую передачу редуктора и обеспечивают возможность поворота бедренного звена.Signs indicating that “on the middle shaft the second gear is rigidly fixed, engaged in engagement with the first gear sector, rigidly fixed on the lower shaft, mounted to rotate in the cavity of the pelvic link frame, with the formation of a third reduction gear with a gear ratio of 1: 5, 14 "form the third gear reduction gear and provide the ability to rotate the femur.

Признаки, указывающие, что «концы нижнего вала жестко скреплены с верхним концом бедренного звена экзоскелета» обеспечивают подъем или опускание бедренного звена, относительно тазового звена при соответствующем повороте первого зубчатого сектора.Signs indicating that "the ends of the lower shaft are rigidly attached to the upper end of the femoral link of the exoskeleton" provide the raising or lowering of the femoral link relative to the pelvic link with a corresponding rotation of the first gear sector.

Признаки, указывающие, что «бедренное звено экзоскелета, выполнено подобно тазовому звену, содержит аналогичный приводной электродвигатель жестко и разъемно закрепленный на внешней стенке подобного каркаса и три аналогичных понижающих передачи» обеспечивают взаимозаменяемость узлов и деталей тазового и бедренного звеньев экзоскелета.Signs indicating that “the femoral link of the exoskeleton, made like a pelvic link, contains a similar drive motor rigidly and detachably mounted on the outer wall of such a frame and three similar downshifts” provide interchangeability of nodes and parts of the pelvic and femoral links of the exoskeleton.

Признаки, указывающие, что «на нижнем валу бедренного звена жестко закреплен верхний конец голенного звена и второй зубчатый сектор, в зацеплении с соответствующей шестерней среднего вала» обеспечивают поворот голенного звена и передачу поворотного движения от среднего вала бедренного звена на второй зубчатый сектор.Signs indicating that "on the lower shaft of the femur link the upper end of the tibia and the second gear sector are rigidly fixed, engaged with the corresponding gear of the middle shaft" provide rotation of the tibia and the transmission of the rotational movement from the middle shaft of the femur to the second gear sector.

Признаки, указывающие, что «бедренное звено шарнирно подвешено под тазовым звеном с возможностью поворота в сагиттальной плоскости» обеспечивают возможность поворота бедренного звена относительно тазового.Signs indicating that the "femoral link is pivotally suspended under the pelvic link with the possibility of rotation in the sagittal plane" provide the ability to rotate the femoral link relative to the pelvic.

Признаки, указывающие, что «нижний конец голенного звена шарнирно связан со стопой» обеспечивают движение стопы.Signs indicating that the “lower end of the tibia is articulated to the foot” provide foot movement.

Признаки, указывающие, что «источник питания электродвигателей и блоки управления размещены в наспинном ранце» обеспечивают свободу рук, для пользующегося экзоскелетом.Signs indicating that the “electric motor power supply and control units are located in the back pack” provide freedom of hand for the exoskeleton user.

Признаки, указывающие, что «голенное звено выполнено с возможностью регулирования длины» позволяют «подогнать» его длину под конкретного пользователя.Signs indicating that the "tibia is made with the possibility of adjusting the length" allows you to "adjust" its length to a specific user.

Признаки, указывающие, что «узел управления выполнен в виде джойстика, смонтированного на локтевом костыле, сообщенного посредством радиоканала с блоками управления» упрощают управление устройством.Signs indicating that "the control unit is made in the form of a joystick mounted on an elbow crutch, communicated through a radio channel with control units" simplify device management.

На фиг. 1 показан общий вид экзоскелета в сборе (без защитных чехлов); на фиг. 2 показано устройство в процессе его использования; на фиг. 3 показана схема редуктора тазового звена; на фиг. 4 показан поперечный разрез через корсет.In FIG. 1 shows a general view of the exoskeleton assembly (without protective covers); in FIG. 2 shows the device in the process of its use; in FIG. 3 shows a diagram of a pelvic link reducer; in FIG. 4 shows a cross section through a corset.

На чертежах показан экзоскелет нижней конечности, содержит тазовое звено 1, бедренное звено 2, голенное звено 3 и нижнее звено в виде стопы 4, крепление 5 тазового звена, крепление 6 бедренного звена, крепление 7 голенного звена, крепление 8 стопы, параллельные стенки 9, скрепленные шпильками с гайками 10, приводной шаговый электродвигатель 11, его вал 12, первый зубчатый шкив 13, зубчатый ремень 14, второй зубчатый шкив 15, верхний вал 16, первая шестерня 17, третий зубчатый шкив 18, средний вал 19, вторая шестерня 20, первый зубчатый сектор 21, нижний вал 22, верхние концы 23 стенок бедренного звена 2. Кроме того, каркас бедренного звена экзоскелета, содержит второй приводной шаговый электродвигатель 24, его вал 25, первый бедренный зубчатый шкив 26, второй зубчатый ремень 27, второй бедренный зубчатый шкив 28, верхний бедренный вал 29, первая бедренная шестерня 30, третий бедренный зубчатый шкив 31, средний бедренный вал 32, вторая бедренная шестерня 33, второй зубчатый сектор 34, нижний бедренный вал 35, верхний конец 36 голенного звена 3, джойстик 37 узла управления, локтевой костыль 38, наспинный ранец 39, ниша 40, для фиксации П-образной траверсы 41 крепления 5 тазового звена, зафиксированного на корсете 42, одеваемом на тело пользователя 43. Крепления 6 бедренного звена, крепления 7 голенного звена и крепление 8 стопы выполнены в виде ременных охватов.The drawings show the exoskeleton of the lower limb, contains the pelvic link 1, the femoral link 2, the ankle link 3 and the lower link in the form of the foot 4, the mount 5 of the pelvic link, the mount 6 of the femoral link, the mount 7 of the ankle link, mount 8 of the foot, parallel walls 9, fastened by pins with nuts 10, a stepper drive motor 11, its shaft 12, the first gear pulley 13, the gear belt 14, the second gear pulley 15, the upper shaft 16, the first gear 17, the third gear pulley 18, the middle shaft 19, the second gear 20, first gear sector 21, lower shaft 22, top the ends 23 of the walls of the femoral link 2. In addition, the exoskeleton femoral framework contains a second drive stepping motor 24, its shaft 25, the first femoral gear pulley 26, the second gear belt 27, the second femoral gear pulley 28, the upper femoral shaft 29, the first the femoral gear 30, the third femoral gear pulley 31, the middle femoral gear 32, the second femoral gear 33, the second gear sector 34, the lower femoral shaft 35, the upper end 36 of the ankle link 3, the joystick 37 of the control unit, the elbow crutch 38, the back pack 39, niche 40, for fixing the U-shaped traverse 41 of the fastening 5 of the pelvic link fixed on the corset 42, worn on the body of the user 43. The fastening 6 of the femoral link, the fastening 7 of the ankle link and the fastening of the 8 foot are made in the form of belt covers.

Экзоскелет нижней конечности, содержит тазовое звено 1, бедренное звено 2, голенное звено 3 и стопу 4, соединения соответствующих смежных звеньев, выполнены шарнирными, с возможностью их поворота в сагиттальной плоскости, элементы крепления (5-8) к частям тела пользователя, установлены на каждом из звеньев.The exoskeleton of the lower limb, contains the pelvic link 1, the femoral link 2, the tibia link 3 and the foot 4, the joints of the corresponding adjacent links are articulated, with the possibility of their rotation in the sagittal plane, the fastening elements (5-8) to the parts of the user's body are mounted on each of the links.

При этом, тазовое звено 1 выполнено в виде каркаса, содержащего параллельные стенки 9, скрепленные шпильками с гайками 10. Приводной шаговый электродвигатель 11 жестко и съемно закреплен на внешней стенке каркаса (не прилегающей к телу пользователя), с возможностью вращения закрепленного на его валу 12 первого зубчатого шкива 13, который, посредством зубчатого ремня 14 образует понижающую передачу с передаточным числом 1:4 со вторым зубчатым шкивом 15, жестко зафиксированным на верхнем валу 16, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, причем, на верхнем валу 16 жестко закреплена первая шестерня 17, установленная в зацеплении с третьим зубчатым шкивом 18, жестко зафиксированным на среднем валу 19, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, с образованием второй понижающей передачи с передаточным числом 1:3,3. Кроме того, на среднем валу 19 жестко закреплена вторая шестерня 20, установленная в зацеплении с первым зубчатым сектором 21, жестко зафиксированным на нижнем валу 22, установленном с возможностью поворота в полости каркаса тазового звена 1, с образованием третьей понижающей передачи с передаточным числом 1:5,14. Концы нижнего вала 22 жестко скреплены с верхними концами 23 стенок бедренного звена 22 экзоскелета.At the same time, the pelvic link 1 is made in the form of a frame containing parallel walls 9, fastened with studs and nuts 10. The drive stepper motor 11 is rigidly and removably mounted on the outer wall of the frame (not adjacent to the user's body), with the possibility of rotation fixed on its shaft 12 the first gear pulley 13, which, by means of the gear belt 14 forms a reduction gear with a gear ratio of 1: 4 with a second gear pulley 15, rigidly fixed on the upper shaft 16, mounted for rotation in the cavity of the frame ca, and, on the upper shaft 16, the first gear 17 is rigidly fixed, mounted in engagement with the third gear pulley 18, rigidly fixed on the middle shaft 19, mounted to rotate in the frame cavity, with the formation of a second downshift with a gear ratio of 1: 3, 3. In addition, on the middle shaft 19, the second gear 20 is rigidly fixed, mounted in engagement with the first gear sector 21, rigidly fixed on the lower shaft 22, mounted to rotate in the cavity of the frame of the pelvic link 1, with the formation of a third reduction gear with a gear ratio of 1: 5.14. The ends of the lower shaft 22 are rigidly bonded to the upper ends 23 of the walls of the femoral link 22 of the exoskeleton.

Бедренное звено экзоскелета, выполнено подобно тазовому звену, содержит аналогичный приводной электродвигатель 24 жестко и разъемно закрепленный на внешней стенке подобного каркаса и три аналогичных понижающих передачи, причем на нижнем валу 35 бедренного звена 2 жестко закреплен верхний конец голенного звена 3 и второй зубчатый сектор 34, в зацеплении с шестерней 33 среднего вала 32, кроме того, бедренное звено 2 шарнирно подвешено под тазовым звеном 1 с возможностью поворота в сагиттальной плоскости, при этом, нижний конец голенного звена 3 шарнирно связан со стопой 4. Кроме того, источник питания электродвигателей и блоки управления (на чертежах не показаны) размещены в наспинном ранце 39. Кроме того, голенное звено 3 включает полые балки, телескопически размещенные одна в другой, в стенках которых выполнены ряды отверстий и стопорный болт проходящий через них, что обеспечивает возможность регулирования длины. Кроме того, узел управления выполнен в виде джойстика 37, смонтированного на локтевом костыле 38, сообщенного посредством радиоканала с блоками управления.The femoral link of the exoskeleton, made like a pelvic link, contains a similar drive motor 24 rigidly and detachably mounted on the outer wall of such a frame and three similar downshifts, and on the lower shaft 35 of the femur link 2 the upper end of the ankle link 3 and the second gear sector 34 are rigidly fixed in engagement with the gear 33 of the middle shaft 32, in addition, the femoral link 2 is pivotally suspended under the pelvic link 1 with the possibility of rotation in the sagittal plane, while the lower end of the ankle link 3 w pivotally connected to the stack 4. In addition, the power source of the electric motors and control units (not shown in the drawings) are located in the back pack 39. In addition, the tibia link 3 includes hollow beams telescopically placed one into the other, in the walls of which rows of holes are made and a locking bolt passing through them, which makes it possible to adjust the length. In addition, the control unit is made in the form of a joystick 37 mounted on an elbow crutch 38, communicated through a radio channel with control units.

Функционирование тазового 1 или бедренного 2 звеньев экзоскелетов осуществляется при помощи приводного шагового электродвигателя, соответственно, 11 и 24 (двигатель шаговый биполярный PL57H110-D8-57×110 мм, крутящий момент - 28 кг. см, вал 8 мм, ток 2.6А, шаг 1.8°), передающего крутящий момент на вал 12, с закрепленным на нем первым зубчатым шкивом 13. Далее через зубчатый ремень 14, передающий крутящий момент на второй зубчатый шкив 15 (передаточное отношение 1:4) и верхний вал 16. Затем, крутящий момент с первой шестерни 17 верхнего вала 16 передается на, третий зубчатый шкив 18, среднего вала 19, вторая шестерня 20 которого находится в зацеплении с первым зубчатым сектором 21, нижнего вала 22, В результате, поскольку нижний вал 22, свободно пропущен (с возможностью вращения) через параллельные стенки 9 тазового звена 1, а его концы жестко скреплены с верхними концами 23 стенок бедренного звена 22 экзоскелета, при повороте нижнего вала 22 происходит поворот бедренного звена 2 относительно тазового звена 1 (бедренное звено 2 «поднимается» относительно опорной поверхности).The functioning of the pelvic 1 or femoral 2 exoskeleton links is carried out using a drive stepper motor, respectively, 11 and 24 (stepping motor bipolar PL57H110-D8-57 × 110 mm, torque - 28 kg. Cm, shaft 8 mm, current 2.6A, step 1.8 °), which transmits torque to the shaft 12, with the first gear pulley fixed to it 13. Then through the gear belt 14, transmits torque to the second gear pulley 15 (gear ratio 1: 4) and the upper shaft 16. Then, the torque from the first gear 17 of the upper shaft 16 is transmitted to, the third cog the pulley 18, the middle shaft 19, the second gear 20 of which is engaged with the first gear sector 21, the lower shaft 22, As a result, since the lower shaft 22 is freely passed (with the possibility of rotation) through the parallel walls 9 of the pelvic link 1, and the ends are rigidly bonded to the upper ends 23 of the walls of the exoskeleton femoral link 22; when the lower shaft 22 is rotated, the femoral link 2 rotates relative to the pelvic link 1 (the femoral link 2 “rises” relative to the supporting surface).

Срабатывание узлов бедренного звена 2 осуществляется по сходной схеме, при этом приводной шаговый электродвигатель 24, жестко и разъемно закрепленный на внешней стенке 23 каркаса бедренного звена 2 передает крутящий момент на вал 25, с закрепленным на нем первым бедренным зубчатым шкивом 26. Далее, второй зубчатый ремень 27, передает крутящий момент на второй бедренный зубчатый шкив 28 закрепленный на верхнем бедренном валу 29, второй бедренный зубчатый шкив 28 (передаточное отношение 1:4). Затем, крутящий момент с первой бедренной шестерни 30 верхнего бедренного вала 29 передается на, находящийся с ней в зацеплении третий бедренный зубчатый шкив 31, на средний бедренный вал 32, вторая бедренная шестерня 33 которого находится в зацеплении со вторым зубчатым сектором 34, нижнего бедренного вала 35, на котором жестко закреплен верхний конец 36 голенного звена 3. Таким образом, при повороте нижнего бедренного вала 35 происходит поворот голенного звена 3 относительно бедренного звена 2 и соответствующее «подтягивание вверх» задней части стопы 4. Далее в процессе шагания, бедренное и голенное звено возвращаются на свое место.The operation of the nodes of the femoral link 2 is carried out in a similar manner, while the drive stepper motor 24, rigidly and detachably mounted on the outer wall 23 of the frame of the femur link 2 transmits torque to the shaft 25, with the first femoral gear pulley 26 fixed to it. Next, the second gear belt 27, transmits torque to the second femoral gear pulley 28 mounted on the upper femoral shaft 29, the second femoral gear pulley 28 (gear ratio 1: 4). Then, the torque from the first femoral gear 30 of the upper femoral shaft 29 is transmitted to the third femoral gear pulley 31, which is engaged with it, on the middle femoral shaft 32, the second femoral gear 33 which is engaged with the second gear sector 34, of the lower femoral shaft 35, on which the upper end 36 of the tibial link 3 is rigidly fixed. Thus, when the lower femoral shaft 35 is rotated, the tibial link 3 is rotated relative to the femoral link 2 and the corresponding “pulling up” of the back part c tops 4. Further, in the process of walking, the femoral and ankle link return to their place.

Тазовое 1 и бедренное 2 звенья, содержащие в полости своих каркасов редукторы, имеют следующие технические характеристики (длина 250 мм, ширина 200 мм, вес 4.5 кг) с максимальным крутящим моментом 19 кг*м (190НМ). Кроме того в состав устройства входят светодиоды, которые показывают готовность идти - зеленый индикатор или сигнал стоять - красный индикатор. При этом фиксатор-корсет 42, фиксирующий тазовое звено 1 помогает исправить осанку, ограничивает подвижность пояснично-грудного отдела позвоночника, компенсирует нагрузку на мышцы и связки, способствует нормализации их тонуса.The pelvic 1 and femoral 2 links containing gearboxes in the cavity of their frames have the following technical characteristics (length 250 mm, width 200 mm, weight 4.5 kg) with a maximum torque of 19 kg * m (190NM). In addition, the device includes LEDs that indicate the willingness to go - a green indicator or a signal to stand - a red indicator. In this case, the latch-corset 42, fixing the pelvic link 1 helps to correct posture, limits the mobility of the lumbar-thoracic spine, compensates for the load on the muscles and ligaments, helps to normalize their tone.

Claims (4)

1. Экзоскелет нижней конечности, содержащий тазовое звено, бедренное звено, голенное звено и нижнее звено в виде стопы, шарнирные соединения соответствующих смежных звеньев, выполненные с возможностью их поворота в сагиттальной плоскости, элементы крепления к частям тела пользователя, установленные на каждом из звеньев, отличающийся тем, что тазовое звено выполнено в виде каркаса, содержащего параллельные стенки, скрепленные шпильками с гайками, при этом приводной шаговый электродвигатель жестко и съемно закреплен на внешней стенке каркаса, с возможностью вращения закрепленного на его валу первого зубчатого шкива, который посредством зубчатого ремня образует понижающую передачу с передаточным числом 1:4 со вторым зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на верхнем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, причем на верхнем валу жестко закреплена первая шестерня, установленная в зацеплении с третьим зубчатым шкивом, жестко зафиксированным на среднем валу, установленном с возможностью вращения в полости каркаса, с образованием второй понижающей передачи с передаточным числом 1:3,3, кроме того, на среднем валу жестко закреплена вторая шестерня, установленная в зацеплении с первым зубчатым сектором, жестко зафиксированным на нижнем валу, установленном с возможностью поворота в полости каркаса тазового звена, с образованием третьей понижающей передачи с передаточным числом 1:5,14, при этом концы нижнего вала жестко скреплены с верхним концом бедренного звена экзоскелета, причем бедренное звено экзоскелета выполнено подобно тазовому звену, содержит аналогичный приводной электродвигатель, жестко и разъемно закрепленный на внешней стенке подобного каркаса, и три аналогичных понижающих передачи, причем на нижнем валу бедренного звена жестко закреплены верхний конец голенного звена и второй зубчатый сектор в зацеплении с соответствующей шестерней среднего вала, кроме того, бедренное звено шарнирно подвешено под тазовым звеном с возможностью поворота в сагиттальной плоскости, при этом нижний конец голенного звена шарнирно связан со стопой.1. Exoskeleton of the lower limb, containing the pelvic link, the femoral link, the tibia and the lower link in the form of the foot, articulated joints of the corresponding adjacent links, made with the possibility of their rotation in the sagittal plane, fasteners to parts of the body of the user mounted on each of the links, characterized in that the pelvic link is made in the form of a frame containing parallel walls fastened with studs and nuts, while the drive stepper motor is rigidly and removably fixed to the outer wall of the car asa, with the possibility of rotation of the first gear pulley fixed on its shaft, which, through the gear belt, forms a reduction gear with a gear ratio of 1: 4 with a second gear pulley rigidly fixed on the upper shaft mounted for rotation in the cavity of the frame, and on the upper shaft rigidly fixed the first gear, mounted in engagement with the third gear pulley, rigidly fixed on the middle shaft, mounted to rotate in the cavity of the frame, with the formation of the second lowering lane drivers with a gear ratio of 1: 3.3, in addition, the second gear is rigidly fixed to the middle shaft, mounted in engagement with the first gear sector, rigidly fixed to the lower shaft, mounted to rotate in the cavity of the pelvic link frame, with the formation of a third reduction gear with a gear ratio of 1: 5.14, while the ends of the lower shaft are rigidly fastened to the upper end of the femoral link of the exoskeleton, and the femoral link of the exoskeleton is made like a pelvic link, contains a similar drive motor b, rigidly and demountably mounted on the outer wall of such a frame, and three similar downshifts, the upper end of the tibial link and the second gear sector rigidly fixed on the lower shaft of the femoral link in mesh with the corresponding gear of the middle shaft, in addition, the femur link is hinged under the pelvic link with the possibility of rotation in the sagittal plane, while the lower end of the tibial link is pivotally connected to the foot. 2. Экзоскелет по п. 1, отличающийся тем, что источник питания электродвигателей и блоки управления размещены в наспинном ранце.2. The exoskeleton according to claim 1, characterized in that the power source of the electric motors and control units are located in the back backpack. 3. Экзоскелет по п. 1, отличающийся тем, что голенное звено выполнено с возможностью регулирования длины.3. The exoskeleton according to claim 1, characterized in that the tibia is made with the possibility of adjusting the length. 4. Экзоскелет по п. 1, отличающийся тем, что узел управления выполнен в виде джойстика, смонтированного на локтевом костыле, сообщенного посредством радиоканала с блоками управления.4. The exoskeleton according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a joystick mounted on an elbow crutch, communicated through a radio channel with control units.
RU2019101884A 2019-01-24 2019-01-24 Exoskeleton of lower extremities RU2712068C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101884A RU2712068C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Exoskeleton of lower extremities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101884A RU2712068C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Exoskeleton of lower extremities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712068C1 true RU2712068C1 (en) 2020-01-24

Family

ID=69184293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101884A RU2712068C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Exoskeleton of lower extremities

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712068C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766721C1 (en) * 2021-02-12 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью «Экзосистемы» Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton
CN116276896A (en) * 2021-12-21 2023-06-23 东北林业大学 A customizable rigid knee joint for exoskeletons

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU156507U1 (en) * 2015-03-04 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) EXCOSCELETON OF THE LOWER EXTREMITIES
RU2567589C1 (en) * 2014-08-05 2015-11-10 Вячеслав Геннадьевич Иванов Exoskeleton
RU173374U1 (en) * 2016-05-23 2017-08-24 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" ACTIVE FOOT LINK DRIVE
US20170319421A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Ekso Bionics, Inc. Ball Screw and Tensile Member Exoskeleton Joint Actuation Device
WO2018065913A1 (en) * 2016-10-04 2018-04-12 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation
RU2658481C2 (en) * 2015-05-08 2018-06-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" Device aiding in walking to a person with musculoskeletal disorders (options)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567589C1 (en) * 2014-08-05 2015-11-10 Вячеслав Геннадьевич Иванов Exoskeleton
RU156507U1 (en) * 2015-03-04 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) EXCOSCELETON OF THE LOWER EXTREMITIES
RU2658481C2 (en) * 2015-05-08 2018-06-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" Device aiding in walking to a person with musculoskeletal disorders (options)
US20170319421A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Ekso Bionics, Inc. Ball Screw and Tensile Member Exoskeleton Joint Actuation Device
RU173374U1 (en) * 2016-05-23 2017-08-24 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет" ACTIVE FOOT LINK DRIVE
WO2018065913A1 (en) * 2016-10-04 2018-04-12 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766721C1 (en) * 2021-02-12 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью «Экзосистемы» Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton
CN116276896A (en) * 2021-12-21 2023-06-23 东北林业大学 A customizable rigid knee joint for exoskeletons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11642271B2 (en) Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation
KR102483389B1 (en) A pelvis fixing device and a motion assist apparatus comprising thereof
EP3954351B1 (en) Ankle-assisted exoskeleton device
US9549866B2 (en) Rehabilitative training devices for use by stroke patients
RU2362598C2 (en) Passive cargo exoskeleton, knee hinge for passive cargo exoskeleton, compensator for passive cargo exoskeleton
ES2418441T3 (en) Mobility aid
KR100942968B1 (en) A movement machine for rehabilitation medical cure
KR101261650B1 (en) Training apparatus
US20200206063A1 (en) Actuation system for hip orthosis
US20210290470A1 (en) Legged mobility exoskeleton device with enhanced actuator mechanism
US11642272B2 (en) Mobility assistance devices with automated assessment and adjustment control
US12076291B2 (en) Remote actuation configuration for powered orthotic devices
RU2712068C1 (en) Exoskeleton of lower extremities
CN104869969A (en) Soft exosuit for assistance with human motion
CN115137618B (en) A wearable lower limb exoskeleton rehabilitation and assistance robot
CN111281739B (en) A rehabilitation exoskeleton robot
CN110353947B (en) Traction type passive movable rehabilitation device for lower limb joints
CN107773385A (en) One kind prevents the amyotrophic exercising apparatus of paralytic
CN209630112U (en) A flexible wearable lower limb rehabilitation exoskeleton structure device
US20250134747A1 (en) Gait assistance mechanism
CN219184757U (en) Leg rehabilitation training device
CN214415208U (en) A dual power input rehabilitation training device
CN216418196U (en) Lower limb exercise device for orthopedic nursing
Park Design of Wearable Robots for the Hip and Knee for Gait Assistance with Selective Mechanical Transparency
Turchinovich Design of knee joint support system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210125