RU2846497C2 - Стенд для проверки, испытаний и настройки протезов нижних конечностей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике. Стенд для испытаний протезов нижних конечностей содержит устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории его движения, приставной тренажер для имитации ходьбы человека по ровной поверхности, датчики силы, датчик ускорения и гироскоп, установленные на протезе нижней конечности, датчик оборотов и датчик угла наклона приставного тренажера, блок управления, панель управления оператора с программным обеспечением, видеокамеру для визуализации перемещения частей протеза нижней конечности с нанесенными на них маркерами и лазерный трекер. Устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории движения представляет собой робот-манипулятор Fanuc M-20iA 20М, выполненный с возможностью закрепления на нем протеза нижней конечности с размещенными на протезе датчиками силы, датчиком ускорения и гироскопом, с возможностью воздействия на протез нижней конечности по программе и получения сигнала обратной связи от лазерного трекера. На приставном тренажере установлен датчик оборотов. Панель управления оператора связана с блоком управления, который выполнен с возможностью получения сигналов обратной связи с размещенных на протезе нижней конечности датчиков силы, датчика ускорения и гироскопа. Технический результат состоит в повышении точности и расширении диапазона направлений прикладываемых к протезу нижних конечностей нагрузок при проверке, испытаниях и настройке. 1 ил.

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению, в частности к стендам для проверки, настройки и испытания протезов нижних конечностей.

В настоящее время одной из актуальных задач является проверка, испытание и настройка протезов нижних конечностей под нужды конкретного пациента, т.к. для данного процесса необходимо неоднократное посещение клиники и значительные энергозатраты пациента с инвалидностью.

Известно устройство WO 2022/195478 Al WALKING SIMULATOR, IN PARTICULAR TO TEST A PROSTHETIC DEVICE (СИМУЛЯТОР ХОДЬБЫ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ), содержащее: протезное устройство нижней конечности (2); базовую конструкцию (3); рычаг (4), соединенный с базовой конструкцией (3) посредством соединительного средства (5, 5А); по существу горизонтальное основание (6), расположенное под протезным устройством (2); первое исполнительное средство (10, 10', 10"), связанное с рычагом (4), для создания поворотного или колебательного вращательного движения рычага (4) вокруг оси вращения (А) и для управления углом ножки протеза устройство (2), прикрепленное к указанному рычагу (4); второе исполнительное средство (20), связанное со средством крепления (4А) для обеспечения линейного поступательного движения протезного устройства (2) вдоль рычага (4); и третье исполнительное средство (30), связанный с основанием (6) для обеспечения линейного поступательного движения указанного основания (6) вдоль по существу горизонтальной плоскости.

Недостатком данного устройства является невозможность проведения проверки, испытаний и настройки протезов нижних конечностей для таких режимов ходьбы, как подъем/спуск по лестнице, вставание/приседание на стул, являющихся энергозатратными и травмоопасными для пациентов с инвалидностью.

Наиболее близким по техническому решению и выбранному авторами за прототип, является US7597017 HUMAN LOCOMOTION SIMULATOR (СИМУЛЯТОР ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА), включающий в себя основание, имеющее поверхность, подвижную вдоль оси основания, стойку, прикрепленную к основанию, тазовую конструкцию и механизм "бедро-бедро", в котором координированное смещение тазовой конструкции и поворот узла сегмента бедра имитируют - определяет паттерны передвижения. Тазовая конструкция включает в себя первую опору, подвижно установленную на стойке, причем первая опора обеспечивает смещение тазовой конструкции вдоль первой тазовой оси, в целом перпендикулярной оси основания, и вторая опора подвижно крепится к первой опоре, причем вторая опора допускает смещение тазовой конструкции вдоль второй тазовой оси, в целом параллельной оси основания. Что касается механизма "тазобедренный сустав-бедро", то он установлен на второй опоре и включает тазобедренный сустав, имеющий ось поворота, в целом перпендикулярную смещению второй опоры, и узел сегмента бедра, шарнирно соединенный с тазобедренным суставом таким образом, чтобы поворачиваться в плане, определяемом первой и второй осями таза.

Недостатком прототипа является возможность передвижения рабочих органов только в одной плоскости, параллельной оси основания, что ограничивает направление вектора сил, прикладываемых к протезу нижних конечностей и, соответственно, ограничивает степени свободы, в которых необходимо проводить проверку и настройку протеза.

В предлагаемом изобретении решается задача повышения точности и расширения диапазона направлений прикладываемых к протезу нижних конечностей нагрузок при проверке, испытаниях и настройке.

Для достижения технического результата в стенде для проверки, настройки и испытаний протезов нижних конечностей, содержащем устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории его движения, приставной тренажер для имитации ходьбы человека по ровной поверхности, датчики силы, датчик ускорения и гироскоп, установленные на протезе нижней конечности, датчик оборотов и датчик угла наклона приставного тренажера, блок управления, панель управления оператора с программным обеспечением, отличающийся тем, что дополнительно включает одну видеокамеру для визуализации перемещения частей протеза нижней конечности с нанесенными на них маркерами и лазерный трекер, при этом устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории движения представляет собой робот-манипулятор Fanuc M-20iA 20М, который осуществляет воздействие на протез нижних конечностей с разнонаправленным усилием по заданной программе, выполненный с возможностью закрепления на нем протеза нижней конечности с размещенными на протезе датчиками силы, датчиком ускорения и гироскопом, с возможностью воздействия на протез нижней конечности по программе и получения сигнала обратной связи от лазерного трекера, а также приставной тренажер, на котором установлены датчик оборотов, панель управления оператора связана с блоком управления, который выполнен с возможностью получения сигналов обратной связи с размещенных на протезе нижней конечности датчиков силы, датчика ускорения и гироскопа.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена структурная функциональная схема стенда для проверки, испытаний и настройки протезов нижних конечностей.

Стенд содержит робот-манипулятор 1, блок управления 2, панель управления оператора с программным обеспечением 3, видеокамера 4, лазерный трекер 5, закрепленный протез 6, датчики силы, ускорения, гироскоп 7, датчик оборотов и угла поворота приставного тренажера 8, приставной тренажер 9.

Устройство работает следующим образом: на роботе-манипуляторе 1 закрепляется протез 6, после чего на панели управления оператора с программным обеспечением 3 выбирается из базы походок здоровых людей различной комплектности необходимый режим нагружения. Приставляется тренажер 9, на котором установлены датчик оборотов и датчик угла наклона 8. Из панели управления оператора сигнал управления передается в блок управления 2, в который также поступают сигналы обратной связи от датчиков. Во время перемещения испытуемого протеза роботом-манипулятором положение выходного звена фиксируется лазерным трекером 5, а также происходит видеофиксация камерой 4 перемещений маркеров-точек, нанесенных на протез нижних конечностей, для визуализации перемещения частей протезов нижних конечностей.

Стенд предназначен для воспроизведения движений нижних конечностей человека с приложением нагрузки в разных направлениях, что позволяет использовать его для проведения испытаний протезов нижних конечностей (в том числе по ГОСТ Р ИСО 10328-2021), а также проводить настройку коленных модулей для конкретного пациента, задействуя его только на конечном этапе тонкой поднастройки. Реализация данных мероприятий возможна благодаря использованию в качестве основного устройства, задающего нагрузку робота-манипулятора, с настроенной системой управления и базой данных пациентов различной комплекции. Это может быть как испытание протезов коленного модуля, так и отдельно стопы.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в создании устройства с новыми функциональными возможностями и повышенной точности для обеспечения проверки, испытаний и настройки протезов нижних конечностей путем формирования на протез воздействий, имитирующих движений тазового отдела человека, которые требуются для проверки, испытания и настройки протезов нижних конечностей.

Claims (1)

1. Стенд для испытаний протезов нижних конечностей, содержащий устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории его движения, приставной тренажер для имитации ходьбы человека по ровной поверхности, датчики силы, датчик ускорения и гироскоп, установленные на протезе нижней конечности, датчик оборотов и датчик угла наклона приставного тренажера, блок управления, панель управления оператора с программным обеспечением, отличающийся тем, что дополнительно включает одну видеокамеру для визуализации перемещения частей протеза нижней конечности с нанесенными на них маркерами и лазерный трекер, при этом устройство для задания нагрузки на протез нижней конечности и формирования траектории движения представляет собой робот-манипулятор Fanuc M-20iA 20М, выполненный с возможностью закрепления на нем протеза нижней конечности с размещенными на протезе датчиками силы, датчиком ускорения и гироскопом, с возможностью воздействия на протез нижней конечности по программе и получения сигнала обратной связи от лазерного трекера, а также приставной тренажер, на котором установлены датчик оборотов, панель управления оператора связана с блоком управления, который выполнен с возможностью получения сигналов обратной связи с размещенных на протезе нижней конечности датчиков силы, датчика ускорения и гироскопа.