WO2025221156A1 - Robotic exercise chair - Google Patents
Robotic exercise chairInfo
- Publication number
- WO2025221156A1 WO2025221156A1 PCT/RU2024/000041 RU2024000041W WO2025221156A1 WO 2025221156 A1 WO2025221156 A1 WO 2025221156A1 RU 2024000041 W RU2024000041 W RU 2024000041W WO 2025221156 A1 WO2025221156 A1 WO 2025221156A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- control unit
- backrest
- seat
- hexapod
- exercise chair
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL 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
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
- A63B23/02—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for the abdomen, the spinal column or the torso muscles related to shoulders (e.g. chest muscles)
Definitions
- the invention relates to exercise machines for the rehabilitation of people with neurological disorders, namely to exercise machines for restoring the motor function of the muscles of the human torso.
- Standard rehabilitation protocols include stages for restoring the function of the phasic muscles, responsible for conscious, controlled movements.
- the stage for restoring the locomotor muscles, responsible for maintaining body position is practically omitted, as it is extremely labor-intensive to implement.
- Rehabilitation specialists focus on early verticalization and gait stimulation, ignoring the principles of N.A. Bernstein's level theory of movement organization, according to which several levels (classes) of movement are typically involved in the organization of complex movements.
- the Tolstunov orthopedic seat trainer (see, for example, https://argo-tema.ru/sidene-tolstunova-obschaya4nfonnatsiya Ttrril), which can be installed on any chair, is well-known. Having a single point of support, the trainer induces a state of unstable equilibrium, thereby engaging the vestibular system, which reflexively activates the deep spinal muscles.
- a disadvantage of the trainer is that it provides excessive, chaotic stimulation of muscle contractions, which This leads to further destabilization in cases of muscular dystonia and trunk muscle dysfunction.
- This exercise machine is not suitable for individuals with musculoskeletal disorders, wheelchair users, individuals with cerebral palsy with severe ataxia and dystonia, individuals with radicular syndrome and vertebral subluxations, joint instability, stroke survivors, and the elderly. Furthermore, when using the seat trainer, the user is at risk of injury due to sudden changes in torso position, falls, or injury due to weakness of the postural muscles. Furthermore, when using the Tolstunov trainer, the user requires additional support during exercises.
- the Huber 360 exercise machine from LPG is a motorized platform for coordination training, equipped with sensors that allow training on both a moving and stationary platform, while receiving full biofeedback data.
- the machine's software analyzes and displays the user's center of mass during training, allowing them to adjust their actions and position on the platform.
- the machine is designed for use in a standing position, but a seat can be added for seated exercises. A drawback of this machine is that its seat does not ensure precise positioning of the user—the user may "slide,” which shifts the focus of the exercise from one muscle group to another.
- the machine has only two degrees of freedom, which limits the platform's ability to move to influence the user's musculoskeletal system.
- the exercise machine is also not particularly suitable for those who have difficulty sitting independently, as it requires a high level of voluntary pelvic and torso movement.
- the strain gauge sensor sampling rate is low (40 Hz), which reduces the effectiveness of movement control.
- a modular orthopedic exercise chair is known: (see Russian patent No. 2423961, published on July 20, 2011), containing a control computer and consisting of hinged modules - supports for the corresponding segment A human joint connected to this segment using soft orthoses.
- the module supports are pivotally connected to each other such that one of the paired modules serves as the base of the drive, while the other is connected to the output shaft of this drive via a strain gauge.
- the base of the exercise machine is the backrest of the chair.
- the housing of the roller-screw linear electric actuator is rigidly connected to it.
- the output shaft of this drive is connected via a strain gauge to the knee support at the articulation with the ankle support.
- the shoulder segment support which serves as the base of the rotary electric drive, is also connected to the backrest of the chair.
- the output shaft of the latter is connected via an angular link and a fork to a mechanical dipole mounted in two hemispherical bearings rigidly connected to the shoulder support.
- the mechanical dipole is connected to the elbow support via a strain gauged elastic beam.
- the listed mechanisms in the exercise chair are implemented as left and right mechanisms, controlled separately from the controllers, whose data inputs are connected to a single processor and the secondary inputs and outputs of the force sensors generated when "test movements" are assigned to the cradle.
- the signals from the sensors convey information about the muscle response to the "test movement.”
- a drawback of the exercise chair is that it remains unclear how it will adapt to contractures and spasticity in people with spinal cord injury and cerebral palsy, as they cannot be passively taught correct movements.
- the torso segment is immobilized, meaning the device only works with the limbs, not the torso.
- Biomechanically the torso muscles act as a hub for force transmission between the upper and lower limbs; without restoring the function of the torso muscles, limb training has limited practical application. Movements in the limbs do not allow for the ability to perform the complete motor acts that a person needs in everyday life.
- a training device (Patent No. CN201930463, published August 17, 2011) is a verticalizer with an assistive function based on pressure sensors in the supporting surfaces. It corresponds to a method for restoring motor functions with partial compensation for gravity. - creates easier conditions for movement.
- assistive support is provided only in one sagittal plane (forward-backward movements). Movement in the frontal plane (right-left) is not supported. This significantly limits the applicability of the device for rehabilitation of self-care skills.
- the device's single-degree-of-freedom kinematics does not allow for the consideration and correction of individual biomechanical compensations (for example, a patient with spastic hemiplegia (paralysis of an arm and leg on one side) will rise from a prone to a sitting position using primarily the intact side). Therefore, external monitoring by a specialist is necessary to restore motor function and avoid one-sided recovery.
- the device description remains unclear as to how the device adapts to the anthropometric characteristics of a specific individual: for example, whether the length of the leg or torso sections can be adjusted to establish the correct points of application of assistive aids to restore voluntary movement.
- a training device (patent CN208927520, published June 4, 2019), comprising a pedestal, a column, a seat, an L-shaped support, a backrest, armrests, and a tilt angle sensor.
- the lower end of the column is rigidly connected to the pedestal.
- the side of the column is rigidly connected to the L-shaped support.
- the backrest and armrests are installed in the L-shaped support.
- the upper part of the column is connected to the seat via a cam mechanism, which includes a seat flange, a flange plug, a limit plate, a column flange, and a bearing for a swivel joint with a straight rod.
- the device's pedestal is thus spring-loaded, and the user tilts it independently, shifting their body weight according to the system's settings.
- a drawback of the device is that it is not suitable for people with severe mobility limitations, as they will use the shoulder girdle and head to tilt the seat—a voluntary movement—and then the pelvis will tilt passively.
- the issue of user centering remains unclear. Since the seat's mounting axis is fixed, it's possible to "miss" the seat when transferring a person from a wheelchair. Then, the tilt axis won't align with the body axis, leading to incorrect biomechanics. Furthermore, the issue of vibration is unclear; the device description doesn't indicate how stiff the springs are or whether there is vibration during movement. Given the secondary renal and hepatic pathology common in people with spinal cord injuries, vibration may be undesirable. This also concerns the high risk of blood clots in this category of users.
- the objective of the claimed technical solution is to develop a training device for the rehabilitation of people with neurological disorders with the ability to precisely dose changes in the position of the user's pelvis in a sitting position.
- the technical result of the invention consists in increasing the effectiveness of the rehabilitation process for people with neurological disorders by restoring voluntary movements of the torso.
- the robotic exercise chair consists of a backrest and seat platform, a control unit, and a power supply.
- the backrest consists of a tiltable rod and backrest segments arranged in pairs along the rod. Each backrest segment is adjustable for height and depth in the sagittal plane.
- the backrest rod is fixed perpendicular to the seat platform, and the seat platform consists of a seat cushion, a hexapod connected via a communication channel to the control unit, and legs.
- At least three strain gauges are mounted under the seat cushion and connected via a communication channel to the control unit, and the control unit contains preinstalled software capable of calculating the speed and amplitude of the hexapod's motion based on strain gauge data.
- the seat cushion can be equipped with pressure sensors and temperature sensors connected via a communication channel to the control unit.
- Strain gauge sensors can be manufactured with a sampling frequency from 20 to 320 Hz.
- the backrest segment may contain a linear actuator and a pressure sensor connected via a communication channel to the control unit.
- the claimed invention is explained by a figure which depicts a schematic structure of a training chair.
- the robotic exercise chair consists of two movable and independent parts: the seat platform and the backrest.
- the backrest 3 consists of a rod that is attached to the seat platform, namely to the base of the hexapod 5, and has an adjustable angle of inclination, and segments of the seat back 1.
- a fastening perforated gusset with holes corresponding to different angles of inclination of the backrest 3, into which a lock can be inserted is installed at the junction of the rod with the base of the hexapod 5.
- the segments of the backrest 1 are arranged in pairs along the rod and in each pair are connected by a bar and secured to the rod with the ability to adjust the height of the location.
- the backrest 3 includes three pairs of segments 1 - lumbar, thoracic, scapular.
- Each segment of the backrest 1 is made with the ability to adjust the depth of reach in the sagittal plane, for example, mechanically by extending the desired segments and fixing them. Providing the ability to adjust the segments of the backrest 1 in height and reach in the sagittal plane expands the possibilities of targeted action on the deep muscles The user's torso.
- backrest 3 could also be robotized and synchronized with the seat platform.
- linear actuators and pressure sensors could be added to the segments of backrest 1, connected via a communication channel to control unit 6.
- the exercise chair would have not one (seat), but two automated support surfaces (seat and backrest) to better manage changes in the user's posture. For example, as back muscle function recovers, the support height would decrease (to just the lumbar region instead of the lumbar-thoracic-scapular region).
- the seat platform consists of an upper part - a seat cushion 2, which is in direct contact with the user's body, a seat cushion base 4, a hexapod 5, a control unit 6 of the exercise chair, folding legs 7 and a power supply unit 8.
- the seat cushion 2 is profiled and has an overhang in the middle to give it the anatomical shape of the human pelvis for the purpose of better centering the position of the user's body on it.
- the base of the seat cushion 4 is equipped with at least three strain gauge sensors with a sampling frequency of 20 to 320 Hz, connected via a communication channel to the control unit 6.
- the seat cushion 2 can be additionally equipped with uniformly distributed pressure sensors (of the pressure map type) and temperature, connected via a communication channel to the control unit 6.
- the exercise chair must contain at least 36 sensors of each type.
- the hexapod 5 ensures precise positioning of the pelvis of a seated person by changing the position of the seat cushion 2 in space.
- the classic hexapod design (Gugh-Stewart platform) has six degrees of freedom, which ensures high precision and smoothness of movement of the entire seat platform, which is unattainable by the most similar competing solutions in terms of the operating principle, built using a different kinematic scheme.
- the design of hexapod 5 is known and includes six precision linear actuators, driven by the hexapod control unit 5, which is used as control unit 6.
- the control unit 6 of the exercise chair is located on the base of hexapod 5, which is a computer with pre-installed software, designed with the ability to analyze the readings of all the specified sensors and set The movement of the chair's automated elements.
- Folding legs 7 can be rotated to increase support area and improve stability.
- Power supply 8 is connected via a communication channel to control unit 6 of the exercise chair and can be either located separately or integrated into the seat platform.
- the chair-style exerciser is designed because the human body's overall center of mass is located in the torso.
- the sitting position is relatively stable, making the exercise more accessible for individuals with severe motor limitations.
- individuals with disabilities spend most of their day sitting (as do most otherwise healthy individuals), so corrective interventions can easily be integrated into this scenario without interfering with other daily activities.
- Pelvic position determines the position of the spine, head, and overall spatial orientation, which is especially important for those with impaired coordination and spatial orientation in individuals with nervous system impairments and the elderly.
- the intersection points of the largest number of kinematic chains in the human body are located in the pelvic region, so impacting the pelvic position causes the greatest shifts in the overall biomechanics of the entire body.
- the robotic exercise chair operates as follows. A user with neurological impairments is seated on seat cushion 2, the exercise chair is turned on using power supply 8, and the height of the folding legs 7, the height of the backrest segments 1, and their reach in the sagittal plane are adjusted according to the curvature of the user's spine. A testing program (lasting approximately 1 minute) is then launched on control unit 6, which sends signals to the linear actuators of hexapod 5, tilting the seat platform in different directions relative to the vertical axis of the user's torso. This induces equilibrium reactions in the user (they try to maintain an upright torso position). Simultaneously, strain gauge sensors The sensors record the movement of the body's overall center of mass in response to changes in seat position and transmit the corresponding signals to control unit 6.
- Control unit 6 interprets these signals as information about how well the user can return their overall center of mass to its original neutral position when the inclination of the support surface changes. It also calculates the speed with which the user can return to the original position and the directions in which they perform this "better/worse.” Based on this data, it then creates a user profile (or refines it if the user is reusing the exercise machine) and creates a personalized motor function rehabilitation program.
- a motor function restoration program is launched based on its results.
- Strain gauge sensors record changes in the position of the overall center of mass and send corresponding signals to control unit 6, reflecting the movement of the projection of the body's overall center of mass onto the seat surface as its position changes during hexapod operation.
- the software then plots the trajectories of the user's overall center of mass and compares them with those of otherwise healthy individuals.
- control unit 6 Based on the data received from the strain gauge sensors, control unit 6 sends a signal to hexapod 5, adjusting the trajectory of hexapod 5's movement (speed and amplitude) in accordance with the user's individual motor characteristics to improve the trajectory of the user's overall center of mass.
- Dynamic changes in the user's pelvic position also alter the position of the ribcage and activate the suction effect of the diaphragm, facilitating overall venous return of blood to the heart, thereby reducing the risk of cardiovascular disease. This happens much more effectively than when using ergonomic furniture, which gives the body a correct, but static position.
- temperature sensors continuously record the level of blood circulation in the user’s lower extremities and Transmit a corresponding signal to the software in control unit 6.
- People with neurological disorders often experience cold extremities.
- the torso and pelvic girdle are activated, thereby stimulating blood circulation in the lower extremities.
- the software in control unit 6 uses data from temperature sensors, creates a temperature map of the user's posterior thighs and buttocks and analyzes the nature of vascular tone in the body segments in contact with the seat surface. This allows one to assess the quality of biological fluid circulation at a given moment and promptly adjust the movement algorithms of the entire robotic chair.
- Pressure sensors continuously record the pressure distribution across the surface of the seat platform, allowing one to determine the user's posture on the exercise chair.
- the pressure sensors send the corresponding signals to control unit 6.
- the software Based on the data received from the temperature and pressure sensors (if present), the software compares the readings with normal values and identifies a method for maintaining the user's balance, which helps normalize blood circulation in the pelvic area and lower extremities.
- the proposed invention allows for the restoration of the normal functioning of the user's postural-tonic muscles from session to session and significantly improves the process of his rehabilitation.
- the active mobility of the exercise chair compensates for negative changes in blood flow in the pelvic area and lower extremities due to prolonged sitting, normalizes microcirculation in body tissues and creates the conditions for improving the user's reproductive function;
- Regular use of the exercise chair facilitates overall venous return of blood to the user's heart, thereby reducing the risk of cardiovascular disease; the ability to conduct early detection of signs of neurodegenerative diseases based on the changing nature of motor control by the central nervous system;
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Description
РОБОТИЗИРОВАННОЕ КРЕСЛО-ТРЕНАЖЕР ROBOTIC TRAINING CHAIR
Изобретение относится к тренажерам для реабилитации людей с неврологическими нарушениями, а именно к тренажерам для восстановления двигательной функции мышц туловища человека. The invention relates to exercise machines for the rehabilitation of people with neurological disorders, namely to exercise machines for restoring the motor function of the muscles of the human torso.
Для вертикализации и ходьбы людей, страдающих ДЦП или перенесших травмы спинного мозга, инсульт или т.п., требуется согласованное включение в работу всех звеньев кинематических цепей организма, в которых задействованы кости, суставы, мышцы, сухожилия, нервы, фасции и прочие соединительные ткани. В стандартных протоколах реабилитации предусмотрены этапы восстановления работы фазической мускулатуры, отвечающей за совершение сознательных, подконтрольных движений, однако, этап восстановления лознотонической мускулатуры, отвечающей за удержание положения тела, практически отсутствует, так как является крайне трудоемким в реализации. Специалисты по реабилитации идут по пути ранней вертикализации и стимуляции ходьбы, не учитывая положения уровневой теории организации движений Н.А. Бернштейна, согласно которой в организации сложных движений участвуют, как правило, несколько уровней (классов) движения. Если регуляция позно-тонической мускулатуры и способность самостоятельно поддерживать или изменять положение тела человека не восстановлены, то весь сегмент туловища, который содержит общий центр масс тела, выпадает из кинематической цепи, фактически разрушая нормальную биомеханику ходьбы. В большинстве случаев рефлекторные реакции равновесия у людей с ограниченными возможностями здоровья частично сохранны, однако, их возможности в силовом выражении функционально недостаточны для самостоятельного поддержания вертикального положения туловища или его произвольного изменения. For people with cerebral palsy, spinal cord injuries, strokes, or other conditions to achieve verticalization and gait, coordinated activation of all links in the body's kinematic chains, including bones, joints, muscles, tendons, nerves, fascia, and other connective tissues, is required. Standard rehabilitation protocols include stages for restoring the function of the phasic muscles, responsible for conscious, controlled movements. However, the stage for restoring the locomotor muscles, responsible for maintaining body position, is practically omitted, as it is extremely labor-intensive to implement. Rehabilitation specialists focus on early verticalization and gait stimulation, ignoring the principles of N.A. Bernstein's level theory of movement organization, according to which several levels (classes) of movement are typically involved in the organization of complex movements. If regulation of the postural muscles and the ability to independently maintain or change a person's body position are not restored, the entire torso segment containing the body's overall center of mass is excluded from the kinematic chain, effectively disrupting normal gait biomechanics. In most cases, balance reflexes in people with disabilities are partially preserved; however, their strength capabilities are functionally insufficient to independently maintain an upright torso position or voluntarily change it.
Известно ортопедическое сиденье-тренажер Толстунова (см., например, https://argo-tema.ru/sidene-tolstunova-obschaya4nfonnatsiya Ttrril), устанавливаемое на любой стул. Имея единственную точку опоры, тренажер вызывает состояние неустойчивого равновесия, включая тем самым вестибулярный аппарат, который рефлекторно активирует глубоко расположенные позвоночные мышцы. Недостатком тренажера является то, что он дает избыточную хаотическую стимуляцию мышечных сокращений, что приводит к еще большей дестабилизации при мышечной дистонии и нарушениях функции мышц туловища. Пользоваться указанным тренажером не смогут лица с поражениями опорно-двигательного аппарата, использующие инвалидную коляску, лица с ДЦП при выраженных атаксиях и дистониях, лица с радикулярным синдромом и подвывихами тел позвонков, нестабильностью суставов, последствиями инсульта, лица пожилого возраста. Также при использовании сиденья-тренажера у пользователя существует риск получения травмы вследствие слишком резкой смены положения туловища, падения с тренажера или травмы при слабости позно-тонической мускулатуры. Кроме того, при использовании тренажера Толстунова пользователю требуется дополнительная страховка при выполнении упражнений. The Tolstunov orthopedic seat trainer (see, for example, https://argo-tema.ru/sidene-tolstunova-obschaya4nfonnatsiya Ttrril), which can be installed on any chair, is well-known. Having a single point of support, the trainer induces a state of unstable equilibrium, thereby engaging the vestibular system, which reflexively activates the deep spinal muscles. A disadvantage of the trainer is that it provides excessive, chaotic stimulation of muscle contractions, which This leads to further destabilization in cases of muscular dystonia and trunk muscle dysfunction. This exercise machine is not suitable for individuals with musculoskeletal disorders, wheelchair users, individuals with cerebral palsy with severe ataxia and dystonia, individuals with radicular syndrome and vertebral subluxations, joint instability, stroke survivors, and the elderly. Furthermore, when using the seat trainer, the user is at risk of injury due to sudden changes in torso position, falls, or injury due to weakness of the postural muscles. Furthermore, when using the Tolstunov trainer, the user requires additional support during exercises.
Известен тренажер Huber 360 компании LPG (см. https://www.lpqmedical.com/en/professional-area/huber/), представляющий из себя моторизированную платформу для координационных тренировок, укомплектованную датчиками, позволяющими проводить тренировки, как на подвижной, так и на неподвижной платформе, независимо от этого получая все данные биологической обратной связи. Программное обеспечение тренажера непосредственно в процессе тренировки анализирует и отображает положение центра масс, что позволяет пользователю корректировать свои действия и положение на платформе. Тренажер предполагает использование в положении «стоя», дополнительно в него можно установить сиденье для выполнения упражнений в положении «сидя». К недостаткам указанного тренажера относится то, что его сиденье не обеспечивает точную посадку (позиционирование) пользователя - человек может «сползать», что смещает фокус воздействия с одних мышечных групп на другие. У тренажера только 2 степени свободы, это ограничивает возможности движения платформы для воздействия на скелетно- мышечную систему пользователя. Также тренажер практически не подходит для тех, кто плохо сидит самостоятельно, так как требует высокого уровня сохранности произвольных движений таза и туловища. Кроме того, частота опроса тензометрических датчиков низкая (40 Гц), что снижает эффективность контроля выполнения движения. The Huber 360 exercise machine from LPG (see https://www.lpqmedical.com/en/professional-area/huber/) is a motorized platform for coordination training, equipped with sensors that allow training on both a moving and stationary platform, while receiving full biofeedback data. The machine's software analyzes and displays the user's center of mass during training, allowing them to adjust their actions and position on the platform. The machine is designed for use in a standing position, but a seat can be added for seated exercises. A drawback of this machine is that its seat does not ensure precise positioning of the user—the user may "slide," which shifts the focus of the exercise from one muscle group to another. The machine has only two degrees of freedom, which limits the platform's ability to move to influence the user's musculoskeletal system. The exercise machine is also not particularly suitable for those who have difficulty sitting independently, as it requires a high level of voluntary pelvic and torso movement. Furthermore, the strain gauge sensor sampling rate is low (40 Hz), which reduces the effectiveness of movement control.
Известно модульное ортопедическое кресло-тренажер: (см. патент РФ № 2423961 , опубл.20.07.2011 ), содержащее управляющую ЭВМ и состоящее из шарнирно-соединенных модулей - ложементов для соответствующего сегмента сустава человека, соединяемого с этим сегментом с помощью мягких ортезов. Ложементы-модули между собой соединены шарнирно так, что один из пары соединенных модулей является основанием привода, а второй через тензометрический датчик усилия соединен с выходным валом этого привода. Основанием тренажера является спинка кресла. С ней жестко соединен корпус роликовинтового линейного электропривода. Выходной вал этого привода через тензодатчик соединен с коленным ложементом в области его сочленения с голеностопным ложементом. Со спинкой кресла также соединен ложемент плечевого сегмента, который является основанием электропривода вращения. Выходной вал последнего через угловую тягу и вилку соединен с механическим диполем, установленным в две полушаровые опоры, соединенные жестко с плечевым ложементом. Механический диполь при этом через тензометрированную упругую балку соединен с ложементом локтевым. Перечисленные механизмы в кресле-тренажере выполнены левыми и правыми, управляемыми раздельно от контроллеров, информационные входы которых соединены с единым процессором и вторыми входами с выходами датчиков усилий, возникающих при задании «пробных движений» ложементам. Сигналы с датчиков несут информацию о мышечной реакции на «пробное движение». К недостаткам тренажера относится то, что остается не ясным, как он будет адаптировать к контрактуре и спастике у людей со спинальной травмой и ДЦП, так как их невозможно пассивно обучить правильным движениям. Попытка преодолеть силой спастику и контрактуру или недостаточно тонкая настройка усилия на тренажере может привести к травмам у занимающегося. Кроме того, сегмент туловища иммобилизован, то есть устройство работает только с конечностями, но не работает с туловищем. Биомеханически мышцы туловища являются хабом для передачи усилия между верхними и нижними конечностями, без восстановления функции мышц туловища тренировка конечностей имеет низкую прикладную способность. Движения в конечностях не дают возможности совершать целостные двигательные акты, которые нужны человеку в повседневной жизни. A modular orthopedic exercise chair is known: (see Russian patent No. 2423961, published on July 20, 2011), containing a control computer and consisting of hinged modules - supports for the corresponding segment A human joint connected to this segment using soft orthoses. The module supports are pivotally connected to each other such that one of the paired modules serves as the base of the drive, while the other is connected to the output shaft of this drive via a strain gauge. The base of the exercise machine is the backrest of the chair. The housing of the roller-screw linear electric actuator is rigidly connected to it. The output shaft of this drive is connected via a strain gauge to the knee support at the articulation with the ankle support. The shoulder segment support, which serves as the base of the rotary electric drive, is also connected to the backrest of the chair. The output shaft of the latter is connected via an angular link and a fork to a mechanical dipole mounted in two hemispherical bearings rigidly connected to the shoulder support. The mechanical dipole is connected to the elbow support via a strain gauged elastic beam. The listed mechanisms in the exercise chair are implemented as left and right mechanisms, controlled separately from the controllers, whose data inputs are connected to a single processor and the secondary inputs and outputs of the force sensors generated when "test movements" are assigned to the cradle. The signals from the sensors convey information about the muscle response to the "test movement." A drawback of the exercise chair is that it remains unclear how it will adapt to contractures and spasticity in people with spinal cord injury and cerebral palsy, as they cannot be passively taught correct movements. Attempting to overcome spasticity and contractures by force or insufficiently fine-tuning the force on the exercise chair can lead to injury to the user. Furthermore, the torso segment is immobilized, meaning the device only works with the limbs, not the torso. Biomechanically, the torso muscles act as a hub for force transmission between the upper and lower limbs; without restoring the function of the torso muscles, limb training has limited practical application. Movements in the limbs do not allow for the ability to perform the complete motor acts that a person needs in everyday life.
Известно тренировочное устройство (патент № CN201930463, опубл. 17.08.2011), являющееся вертикализатором с функцией ассистивной помощи на основе датчиков давления в опорных поверхностях. Соответствует методу восстановления двигательных функций с частичной компенсацией силы тяжести - создает облегченные условия выполнения движения. Однако ассистивная поддержка осуществлена только в одной сагиттальной плоскости (движения вперед-назад). Движения же во фронтальной плоскости (вправо-влево) не поддерживаются. Это значительно ограничивает прикладную способность занятий на устройстве для восстановления навыков самообслуживания. Кроме того, кинематика устройства с одной степенью свободы даже при наличии датчиков давления не позволяет учитывать и корректировать индивидуальные биомеханические компенсации (например, пациент со спастической гемиплегией (паралич руки и ноги с одной стороны) будет подниматься из положения лежа в положение «сидя», используя преимущественно сохранную сторону). То есть необходим внешний контроль со стороны специалиста, чтобы восстанавливать двигательную функцию и избегать однобокого восстановления. Из описания устройства остается недостаточно ясным, как аппарат подстраивается под антропометрические особенности конкретного человека: например, можно ли регулировать длину секции для ног или туловища, чтобы задавать правильные точки приложения ассистивной помощи для восстановления произвольных движений. A training device (Patent No. CN201930463, published August 17, 2011) is a verticalizer with an assistive function based on pressure sensors in the supporting surfaces. It corresponds to a method for restoring motor functions with partial compensation for gravity. - creates easier conditions for movement. However, assistive support is provided only in one sagittal plane (forward-backward movements). Movement in the frontal plane (right-left) is not supported. This significantly limits the applicability of the device for rehabilitation of self-care skills. Furthermore, the device's single-degree-of-freedom kinematics, even with pressure sensors, does not allow for the consideration and correction of individual biomechanical compensations (for example, a patient with spastic hemiplegia (paralysis of an arm and leg on one side) will rise from a prone to a sitting position using primarily the intact side). Therefore, external monitoring by a specialist is necessary to restore motor function and avoid one-sided recovery. The device description remains unclear as to how the device adapts to the anthropometric characteristics of a specific individual: for example, whether the length of the leg or torso sections can be adjusted to establish the correct points of application of assistive aids to restore voluntary movement.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является тренировочное устройство (патент CN208927520, опубл. 04.06.2019), включающее пьедестал, колонну, сиденье, L -образную опору, спинку, подлокотники, датчик угла наклона. Нижний конец колонны жестко соединен с пьедесталом. Сторона колонны жестко соединена с L- образной опорой. Спинка и подлокотники установлены в L-образную опору. Верхняя часть колонны соединена с сиденьем с помощью кулачкового механизма, который включает в себя фланец сиденья, а также фланцевую заглушку, ограничительную пластину, фланец колонны, подшипник шарнирного соединения с прямым стержнем. Таким образом пьедестал устройства подпружинен, и пользователь самостоятельно наклоняет его, перенося вес тела в соответствии с заданием системы. Недостатком устройства является то, что оно не подходит людям с выраженными двигательными ограничениями, так как они для наклона сиденья будут использовать смещение плечевого пояса и головы - произвольное движение, а уже затем пассивно будет наклоняться таз. Остается не ясным вопрос центровки положения пользователя. Так как ось крепления сиденья зафиксирована, а при пересадке человека с коляски можно «промахнуться», тогда ось наклона не будет соответствовать оси тела, что приводит к неправильной биомеханике выполнения. Кроме того, не ясен вопрос существующей вибрации, из описания устройства не понятно, насколько жесткие пружины и есть ли вибрация при движении. С учетом характерной для людей с поражениями спинного мозга вторичной почечно-печеночной патологии вибрация может быть нежелательна. Также это касается высокого риска тромбообразования у данной категории пользователей. The closest technical solution to the claimed solution is a training device (patent CN208927520, published June 4, 2019), comprising a pedestal, a column, a seat, an L-shaped support, a backrest, armrests, and a tilt angle sensor. The lower end of the column is rigidly connected to the pedestal. The side of the column is rigidly connected to the L-shaped support. The backrest and armrests are installed in the L-shaped support. The upper part of the column is connected to the seat via a cam mechanism, which includes a seat flange, a flange plug, a limit plate, a column flange, and a bearing for a swivel joint with a straight rod. The device's pedestal is thus spring-loaded, and the user tilts it independently, shifting their body weight according to the system's settings. A drawback of the device is that it is not suitable for people with severe mobility limitations, as they will use the shoulder girdle and head to tilt the seat—a voluntary movement—and then the pelvis will tilt passively. The issue of user centering remains unclear. Since the seat's mounting axis is fixed, it's possible to "miss" the seat when transferring a person from a wheelchair. Then, the tilt axis won't align with the body axis, leading to incorrect biomechanics. Furthermore, the issue of vibration is unclear; the device description doesn't indicate how stiff the springs are or whether there is vibration during movement. Given the secondary renal and hepatic pathology common in people with spinal cord injuries, vibration may be undesirable. This also concerns the high risk of blood clots in this category of users.
Задачей заявляемого технического решения является разработка тренировочного устройства для реабилитации людей с неврологическими нарушениями с возможностью точно дозированного изменения положения таза пользователя в положении «сидя». The objective of the claimed technical solution is to develop a training device for the rehabilitation of people with neurological disorders with the ability to precisely dose changes in the position of the user's pelvis in a sitting position.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности реабилитационного процесса людей с неврологическими нарушениями за счет восстановления произвольных движений туловища. The technical result of the invention consists in increasing the effectiveness of the rehabilitation process for people with neurological disorders by restoring voluntary movements of the torso.
Технический результат достигается тем, что роботизированное кресло- тренажер состоит из спинки и платформы сиденья, блока управления и блока питания. Спинка состоит из штанги, выполненной с возможностью наклона, и сегментов спинки, расположенных попарно вдоль штанги. Каждый сегмент спинки выполнен с возможностью регулировки по высоте и по глубине вылета в сагиттальной плоскости. Штанга спинки зафиксирована перпендикулярно к платформе сиденья, при этом, платформа сиденья состоит из подушки сиденья, гексапода, подключенного по каналу связи к блоку управления, и ножек. Под подушкой сиденья установлены по меньшей мере три тензометрических датчика, подключенные по каналу связи к блоку управления, а блок управления содержит предустановленное программное обеспечение с возможностью расчета скорости и амплитуды движения гексапода на основе данных тензометрических датчиков. The technical result is achieved in that the robotic exercise chair consists of a backrest and seat platform, a control unit, and a power supply. The backrest consists of a tiltable rod and backrest segments arranged in pairs along the rod. Each backrest segment is adjustable for height and depth in the sagittal plane. The backrest rod is fixed perpendicular to the seat platform, and the seat platform consists of a seat cushion, a hexapod connected via a communication channel to the control unit, and legs. At least three strain gauges are mounted under the seat cushion and connected via a communication channel to the control unit, and the control unit contains preinstalled software capable of calculating the speed and amplitude of the hexapod's motion based on strain gauge data.
Подушка сиденья может быть оснащена датчиками давления и датчиками температуры, подключенными по каналу связи к блоку управления. The seat cushion can be equipped with pressure sensors and temperature sensors connected via a communication channel to the control unit.
Тензометрические датчики могут быть выполнены с частотой опросов от 20 до 320 Г ц. Сегмент спинки может содержать линейный актуатор и датчик давления, подключенные по каналу связи к блоку управления. Strain gauge sensors can be manufactured with a sampling frequency from 20 to 320 Hz. The backrest segment may contain a linear actuator and a pressure sensor connected via a communication channel to the control unit.
Заявляемое изобретение поясняется фигурой, на которой изображено схематическое устройство кресла-тренажера. The claimed invention is explained by a figure which depicts a schematic structure of a training chair.
Цифрами обозначено следующее: The numbers indicate the following:
1 - сегменты спинки, 1 - back segments,
2 - подушка сиденья, 2 - seat cushion,
3 - регулируемая спинка, 3 - adjustable backrest,
4 - основание подушки сиденья, 4 - seat cushion base,
5 - гексапод, 5 - hexapod,
6 - блок управления, 6 - control unit,
7 - складные ножки, 7 - folding legs,
8 - блок питания. 8 - power supply.
Роботизированное кресло-тренажер состоит из двух подвижных и независимых частей: платформы сиденья и спинки. The robotic exercise chair consists of two movable and independent parts: the seat platform and the backrest.
Спинка 3 состоит из штанги, которая крепится к платформе сиденья, а именно к основанию гексапода 5, и имеет регулировку угла наклона, и сегментов спинки сиденья 1. В качестве инструмента регулировки наклона спинки 3 в месте соединения штанги с основанием гексапода 5 установлена крепежная перфорированная косынка с отверстиями, соответствующими разным углам наклона спинки 3, в которые можно вставить фиксатор. Сегменты спинки 1 расположены попарно вдоль штанги и в каждой паре соединены планкой и закреплены к штанге с возможностью регулировки высоты расположения. Спинка 3 включает три пары сегментов 1 - поясничные, грудные, лопаточные. Каждый сегмент спинки 1 выполнен с возможностью регулировки по глубине вылета в сагиттальной плоскости, например, механически с помощью выдвижения нужных сегментов и их фиксации. Обеспечение возможности регулирования сегментов спинки 1 по высоте и вылету в сагиттальной плоскости расширяет возможности адресного воздействия на глубокую мускулатуру туловища пользователя. В перспективе спинка 3 может быть также роботизирована и синхронизирована с платформой сиденья. Например, в сегменты спинки 1 могут быть добавлены линейные актуаторы и датчики давления, подключенные по каналу связи блоком управления 6. Таким образом, кресло-тренажер будет обладать не одной (сиденье), а двумя автоматизированными опорными поверхностями (сиденье и спинка) для лучшего управления изменениями позы пользователя. Например, по мере восстановления функции мышц спины высота поддержки будет снижаться (только на уровне поясницы вместо поясницы-грудного отдела-лопатки). The backrest 3 consists of a rod that is attached to the seat platform, namely to the base of the hexapod 5, and has an adjustable angle of inclination, and segments of the seat back 1. As a tool for adjusting the inclination of the backrest 3, a fastening perforated gusset with holes corresponding to different angles of inclination of the backrest 3, into which a lock can be inserted, is installed at the junction of the rod with the base of the hexapod 5. The segments of the backrest 1 are arranged in pairs along the rod and in each pair are connected by a bar and secured to the rod with the ability to adjust the height of the location. The backrest 3 includes three pairs of segments 1 - lumbar, thoracic, scapular. Each segment of the backrest 1 is made with the ability to adjust the depth of reach in the sagittal plane, for example, mechanically by extending the desired segments and fixing them. Providing the ability to adjust the segments of the backrest 1 in height and reach in the sagittal plane expands the possibilities of targeted action on the deep muscles The user's torso. In the future, backrest 3 could also be robotized and synchronized with the seat platform. For example, linear actuators and pressure sensors could be added to the segments of backrest 1, connected via a communication channel to control unit 6. Thus, the exercise chair would have not one (seat), but two automated support surfaces (seat and backrest) to better manage changes in the user's posture. For example, as back muscle function recovers, the support height would decrease (to just the lumbar region instead of the lumbar-thoracic-scapular region).
Платформа сиденья состоит из верхней части - подушки сиденья 2, контактирующей непосредственно с телом пользователя, основанием подушки сиденья 4, гексапода 5, блока управления 6 креслом-тренажером, складных ножек 7 и блока питания 8. Подушка сиденья 2 профилирована и имеет наплыв по середине для придания ей анатомической формы таза человека в целях лучшей центровки положения тела пользователя на ней. Основание подушки сиденья 4 оборудовано по меньшей мере тремя тензометрическими датчиками с частотой опроса от 20 до 320 Гц, подключенными по каналу связи к блоку управления 6. Подушка сиденья 2 может быть дополнительно оснащена равномерно распределенными датчиками давления (по типу pressure map) и температуры, подключенными по каналу связи к блоку управления 6. Для наилучшего обеспечения связи платформы сиденья с блоком управления 6 кресло-тренажер должно содержать по меньшей мере 36 датчиков каждого типа. Гексапод 5 обеспечивает точное позиционирование таза сидящего человека за счет изменения положения подушки сиденья 2 в пространстве. Классическая конструкция гексапода (платформы Гью-Стюарта) имеет шесть степеней свободы, что обеспечивает высокую прецизионность и плавность движения всей платформы сиденья, которая недоступна наиболее близким по принципу воздействия конкурирующим решениям, построенным по другой кинематической схеме. Конструкция гексапода 5 известна и включает в себя шесть прецизионных линейных приводов, приводимых в движение блоком управления гексаподом 5, в качестве которого использован блок управления 6. На основании гексапода 5 расположен блок управления 6 креслом-тренажером, представляющий из себя компьютер с предустановленным программным обеспечением, выполненный с возможностью анализа показателей всех указанных датчиков и приведения в движение автоматизированных элементов кресла. Складные ножки 7 выполнены с возможностью разворота для увеличения площади опоры и большей устойчивости. Блок питания 8 сопряжен по каналу связи с блоком управления 6 кресла-тренажера и может быть как размещен отдельно от него, так и быть встроен в конструкцию платформы сиденья. The seat platform consists of an upper part - a seat cushion 2, which is in direct contact with the user's body, a seat cushion base 4, a hexapod 5, a control unit 6 of the exercise chair, folding legs 7 and a power supply unit 8. The seat cushion 2 is profiled and has an overhang in the middle to give it the anatomical shape of the human pelvis for the purpose of better centering the position of the user's body on it. The base of the seat cushion 4 is equipped with at least three strain gauge sensors with a sampling frequency of 20 to 320 Hz, connected via a communication channel to the control unit 6. The seat cushion 2 can be additionally equipped with uniformly distributed pressure sensors (of the pressure map type) and temperature, connected via a communication channel to the control unit 6. For the best possible communication between the seat platform and the control unit 6, the exercise chair must contain at least 36 sensors of each type. The hexapod 5 ensures precise positioning of the pelvis of a seated person by changing the position of the seat cushion 2 in space. The classic hexapod design (Gugh-Stewart platform) has six degrees of freedom, which ensures high precision and smoothness of movement of the entire seat platform, which is unattainable by the most similar competing solutions in terms of the operating principle, built using a different kinematic scheme. The design of hexapod 5 is known and includes six precision linear actuators, driven by the hexapod control unit 5, which is used as control unit 6. The control unit 6 of the exercise chair is located on the base of hexapod 5, which is a computer with pre-installed software, designed with the ability to analyze the readings of all the specified sensors and set The movement of the chair's automated elements. Folding legs 7 can be rotated to increase support area and improve stability. Power supply 8 is connected via a communication channel to control unit 6 of the exercise chair and can be either located separately or integrated into the seat platform.
Выполнение тренажера в виде кресла обусловлено тем, что общий центр масс тела человека расположен именно в туловище, таким образом, через воздействие непосредственно на самый «тяжелый» сегмент тела человека и сокращение количества звеньев в кинематической цепи, облегчается общий контроль движений за счет уменьшения количества избыточных степеней свободы. Положение «сидя» является относительно устойчивым, что повышает доступность занятий для людей с выраженными двигательными ограничениями. Кроме того, люди с ограниченными возможностями здоровья находятся в положении «сидя» большую часть дня (как и большинство условно здоровых людей), поэтому коррекционное воздействие легко интегрировать в такой сценарий, не вмешиваясь в другие виды повседневной активности. Положение таза определяет положение позвоночника, головы, а также общую ориентацию в пространстве, что особенно важно при нарушениях координации и ориентации в окружающем пространстве у людей с поражениями нервной системы, а также пожилых людей. Точки пересечения самого большого числа кинематических цепей в теле человека расположены именно в области таза, поэтому воздействие на положение таза вызывает наибольшие сдвиги в общей биомеханике всего тела человека. The chair-style exerciser is designed because the human body's overall center of mass is located in the torso. Thus, by directly targeting the heaviest segment of the body and reducing the number of links in the kinematic chain, overall motor control is facilitated by reducing excess degrees of freedom. The sitting position is relatively stable, making the exercise more accessible for individuals with severe motor limitations. Furthermore, individuals with disabilities spend most of their day sitting (as do most otherwise healthy individuals), so corrective interventions can easily be integrated into this scenario without interfering with other daily activities. Pelvic position determines the position of the spine, head, and overall spatial orientation, which is especially important for those with impaired coordination and spatial orientation in individuals with nervous system impairments and the elderly. The intersection points of the largest number of kinematic chains in the human body are located in the pelvic region, so impacting the pelvic position causes the greatest shifts in the overall biomechanics of the entire body.
Роботизированное кресло-тренажер работает следующим образом. Пользователя с неврологическими нарушениями усаживают на подушку сиденья 2, включают кресло-тренажер, подавая питание от блока питания 8, и осуществляют регулировку по высоте складных ножек 7, сегментов спинки 1 по высоте, а также их вылета в сагиттальной плоскости в соответствии с изгибом позвоночника пользователя. Затем запускают на блоке управления 6 программу тестирования (длительностью около 1 минуты), которая подает сигналы на линейные приводы гексапода 5, наклоняя платформу сиденья в разных направлениях относительно вертикальной оси туловища пользователя. При этом у человека возникают реакции равновесия (старается сохранить вертикальное положение туловища). Одновременно тензометрические датчики регистрируют характер перемещения общего центра масс тела в ответ на изменения положения сиденья, и передают соответствующие сигналы в блок управления 6. Таким образом полученные с тензометрических датчиков данные позволяют понять, насколько пользователь управляет своим туловищем. Эти сигналы программное обеспечение блока управления 6 интерпретирует как информацию насколько пользователь сам может вернуть свой общий центр масс в исходное нейтральное положение при изменении наклона опорной поверхности, а также рассчитывает скорость, с которой пользователь может вернуться в исходное положение, и направления, в которых он делает это «лучше/хуже», после чего на основе этих данных формирует профиль пользователя (или уточняет его, если пользователь повторно использует тренажер) и строит индивидуальную программу восстановления двигательной функции. The robotic exercise chair operates as follows. A user with neurological impairments is seated on seat cushion 2, the exercise chair is turned on using power supply 8, and the height of the folding legs 7, the height of the backrest segments 1, and their reach in the sagittal plane are adjusted according to the curvature of the user's spine. A testing program (lasting approximately 1 minute) is then launched on control unit 6, which sends signals to the linear actuators of hexapod 5, tilting the seat platform in different directions relative to the vertical axis of the user's torso. This induces equilibrium reactions in the user (they try to maintain an upright torso position). Simultaneously, strain gauge sensors The sensors record the movement of the body's overall center of mass in response to changes in seat position and transmit the corresponding signals to control unit 6. The data obtained from the strain gauges thus allows us to understand the user's control of their torso. Control unit 6's software interprets these signals as information about how well the user can return their overall center of mass to its original neutral position when the inclination of the support surface changes. It also calculates the speed with which the user can return to the original position and the directions in which they perform this "better/worse." Based on this data, it then creates a user profile (or refines it if the user is reusing the exercise machine) and creates a personalized motor function rehabilitation program.
Далее после входного тестирования на основе его результатов запускается программа восстановления двигательной функции. Тензометрические датчики фиксируют изменение положения общего центра масс и посылают соответствующие сигналы на блок управления 6, отражающие перемещение проекции общего центра масс тела на поверхность сиденья при изменении его положения в процессе работы гексапода, где программное обеспечение строит траектории перемещения общего центра масс пользователя и сравнивает их с траекториями условно здоровых людей. На основе полученных данных с тензометрических датчиков блок управления 6 подает сигнал на гексапод 5, корректируя траекторию движений гексапода 5 (скорость и амплитуду его движения) в соответствии с индивидуальными двигательными особенностями пользователя так, чтобы добиться улучшения траектории движения общего центра масс пользователя. Динамическое изменение положения таза у пользователя кресла-тренажера меняет также позицию грудной клетки и активирует присасывающий эффект диафрагмы, облегчающий общий венозный возврат крови к сердцу, тем самым снижая риск сердечно-сосудистых заболеваний. Это происходит значительно эффективнее, чем при использовании эргономичной мебели, придающей телу правильное, но статическое положение. Following the initial testing, a motor function restoration program is launched based on its results. Strain gauge sensors record changes in the position of the overall center of mass and send corresponding signals to control unit 6, reflecting the movement of the projection of the body's overall center of mass onto the seat surface as its position changes during hexapod operation. The software then plots the trajectories of the user's overall center of mass and compares them with those of otherwise healthy individuals. Based on the data received from the strain gauge sensors, control unit 6 sends a signal to hexapod 5, adjusting the trajectory of hexapod 5's movement (speed and amplitude) in accordance with the user's individual motor characteristics to improve the trajectory of the user's overall center of mass. Dynamic changes in the user's pelvic position also alter the position of the ribcage and activate the suction effect of the diaphragm, facilitating overall venous return of blood to the heart, thereby reducing the risk of cardiovascular disease. This happens much more effectively than when using ergonomic furniture, which gives the body a correct, but static position.
Одновременно датчики температуры (при их наличии) непрерывно фиксируют уровень кровообращения в нижних конечностях пользователя и передают соответствующий сигнал в программное обеспечение блока управления 6. У людей с неврологической патологией часто мерзнут конечности. В процессе тренировочной сессии активируется туловище и тазовый пояс, тем самым активируя кровообращение в нижних конечностях. На основе данных с температурных датчиков программное обеспечение блока управления 6 строит температурную карту задней поверхности бедра и ягодиц пользователя и анализирует характер сосудистого тонуса в сегментах тела, соприкасающихся с поверхностью сиденья. Это позволяет судить о качестве циркуляции биологических жидкостей в текущий момент времени и оперативно корректировать алгоритмы движения всего роботизированного кресла. Датчики давления (при наличии) непрерывно фиксируют распределение давления по поверхности платформы сиденья в моменте, что позволяет определить позу пользователя на кресле-тренажере. Соответствующие сигналы датчики давления посылают в блок управления 6. На основе полученных данных датчиков температуры и датчиков давления (при их наличии) программное обеспечение производит сравнение показателей с нормальными и идентифицирует способ поддержки равновесия пользователя, что позволяет нормализовать кровообращение в области таза и нижних конечностей. At the same time, temperature sensors (if present) continuously record the level of blood circulation in the user’s lower extremities and Transmit a corresponding signal to the software in control unit 6. People with neurological disorders often experience cold extremities. During a training session, the torso and pelvic girdle are activated, thereby stimulating blood circulation in the lower extremities. Using data from temperature sensors, the software in control unit 6 creates a temperature map of the user's posterior thighs and buttocks and analyzes the nature of vascular tone in the body segments in contact with the seat surface. This allows one to assess the quality of biological fluid circulation at a given moment and promptly adjust the movement algorithms of the entire robotic chair. Pressure sensors (if present) continuously record the pressure distribution across the surface of the seat platform, allowing one to determine the user's posture on the exercise chair. The pressure sensors send the corresponding signals to control unit 6. Based on the data received from the temperature and pressure sensors (if present), the software compares the readings with normal values and identifies a method for maintaining the user's balance, which helps normalize blood circulation in the pelvic area and lower extremities.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет от сессии к сессии восстанавливать нормальную работу позно-тонической мускулатуры пользователя и значительно улучшить процесс его реабилитации. Thus, the proposed invention allows for the restoration of the normal functioning of the user's postural-tonic muscles from session to session and significantly improves the process of his rehabilitation.
Заявляемое изобретение обладает следующими преимуществами: The claimed invention has the following advantages:
- отсутствие противопоказаний к применению, так как кресло-тренажер не оказывает массажного или физиотерапевтического воздействия и подходит всем категориям пользователей; - no contraindications for use, since the exercise chair does not provide massage or physiotherapy effects and is suitable for all categories of users;
- наличие возможности оперативно корректировать алгоритмы движения всего роботизированного кресла-тренажера; - the ability to quickly adjust the movement algorithms of the entire robotic exercise chair;
- активная подвижность кресла-тренажера компенсирует негативные изменения кровотока в области малого таза и нижних конечностей на фоне длительного сидения, нормализует микроциркуляцию в тканях тела и создает предпосылки для улучшения репродуктивной функции пользователя; - регулярное использование кресла-тренажера облегчает общий венозный возврат крови к сердцу пользователя, тем самым снижая риск сердечнососудистых заболеваний; возможность проводить раннее обнаружение признаков нейродегенеративных заболеваний по меняющемуся характеру управления двигательной функцией со стороны центральной нервной системы; - the active mobility of the exercise chair compensates for negative changes in blood flow in the pelvic area and lower extremities due to prolonged sitting, normalizes microcirculation in body tissues and creates the conditions for improving the user's reproductive function; - Regular use of the exercise chair facilitates overall venous return of blood to the user's heart, thereby reducing the risk of cardiovascular disease; the ability to conduct early detection of signs of neurodegenerative diseases based on the changing nature of motor control by the central nervous system;
- возможность воссоздания кинематики классического маятника с разной длиной оси, что позволяет локализовать воздействие на определенные зоны глубокой мускулатуры туловища и точно дозировать их, чтобы повысить эффективность реабилитационных процедур; - the ability to recreate the kinematics of a classic pendulum with different axis lengths, which allows for localization of the impact on specific areas of the deep muscles of the body and precise dosing to increase the effectiveness of rehabilitation procedures;
- возможность улучшения качества питания тканей головного мозга за счет автоматического изменения положения платформы сиденья в вертикальной плоскости, что позволяет менять положение головы пользователя и, в частности, шейного отдела позвоночника и тонус его мускулатуры, влияя на кровоток в шейных артериях; - the ability to improve the quality of nutrition of brain tissue by automatically changing the position of the seat platform in the vertical plane, which allows changing the position of the user's head and, in particular, the cervical spine and the tone of its muscles, affecting the blood flow in the carotid arteries;
- возможность задействовать большинство мышечных волокон, которые подвержены атрофии бездействия во время длительного сидения на классических эргономических креслах или в инвалидной коляске; - the ability to engage most of the muscle fibers that are subject to atrophy from inactivity during prolonged sitting in classic ergonomic chairs or in a wheelchair;
- улучшение общей биомеханики тела пользователя. - improving the overall biomechanics of the user's body.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2024103179A RU2837297C1 (en) | 2024-04-15 | Robotic training chair | |
| RU2024103179 | 2024-04-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025221156A1 true WO2025221156A1 (en) | 2025-10-23 |
Family
ID=97404074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2024/000041 Pending WO2025221156A1 (en) | 2024-04-15 | 2024-04-15 | Robotic exercise chair |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2025221156A1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7252644B2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-08-07 | Northwestern University | System and methods to overcome gravity-induced dysfunction in extremity paresis |
| RU114614U1 (en) * | 2011-11-14 | 2012-04-10 | Владимир Александрович Качесов | CHAIR SIMULATOR |
| US8915871B2 (en) * | 2004-02-05 | 2014-12-23 | Motorika Limited | Methods and apparatuses for rehabilitation exercise and training |
| US9573019B2 (en) * | 2013-08-13 | 2017-02-21 | Megeriann Corp. | Mobility aid and rehabilitation device and related components |
| CN114081794A (en) * | 2021-12-17 | 2022-02-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Ankle rehabilitation robot |
| US11590045B2 (en) * | 2013-12-25 | 2023-02-28 | Mopair Technologies Ltd. | Apparatus for stimulating synchronized body motions of a user |
| US20230285824A1 (en) * | 2020-11-20 | 2023-09-14 | Universidad Santiago De Cali | Robotic platform for hippotherapy and method for motor and cognitive assessment and stimulation |
| WO2023236674A1 (en) * | 2022-06-09 | 2023-12-14 | 武汉科莱瑞迪医疗科技有限公司 | Intelligent scoliosis rehabilitation robot with cloud storage function |
-
2024
- 2024-04-15 WO PCT/RU2024/000041 patent/WO2025221156A1/en active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8915871B2 (en) * | 2004-02-05 | 2014-12-23 | Motorika Limited | Methods and apparatuses for rehabilitation exercise and training |
| US7252644B2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-08-07 | Northwestern University | System and methods to overcome gravity-induced dysfunction in extremity paresis |
| RU114614U1 (en) * | 2011-11-14 | 2012-04-10 | Владимир Александрович Качесов | CHAIR SIMULATOR |
| US9573019B2 (en) * | 2013-08-13 | 2017-02-21 | Megeriann Corp. | Mobility aid and rehabilitation device and related components |
| US11590045B2 (en) * | 2013-12-25 | 2023-02-28 | Mopair Technologies Ltd. | Apparatus for stimulating synchronized body motions of a user |
| US20230285824A1 (en) * | 2020-11-20 | 2023-09-14 | Universidad Santiago De Cali | Robotic platform for hippotherapy and method for motor and cognitive assessment and stimulation |
| CN114081794A (en) * | 2021-12-17 | 2022-02-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Ankle rehabilitation robot |
| WO2023236674A1 (en) * | 2022-06-09 | 2023-12-14 | 武汉科莱瑞迪医疗科技有限公司 | Intelligent scoliosis rehabilitation robot with cloud storage function |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1305087B1 (en) | Balance re-trainer | |
| KR100518154B1 (en) | Apparatus for restoring the balance of the human body | |
| KR101221046B1 (en) | Intellectual exoskeleton robot system for assisting daily life and rehabilitation training | |
| US20200383864A1 (en) | Apparatus for stimulating synchronized body motions of a user | |
| Matjačić et al. | BalanceReTrainer: a new standing-balance training apparatus and methods applied to a chronic hemiparetic subject with a neglect syndrome | |
| US12440400B2 (en) | Dynamic reactive system and method to support and change sitting postures | |
| CN1972732A (en) | Methods and apparatuses for rehabilitation and training | |
| KR100957594B1 (en) | Hip flexibility exercise equipment | |
| US6488640B2 (en) | Method and device for continuous passive lumbar motion (CLMP) for back exercise | |
| Zanotto et al. | Effects of complementary auditory feedback in robot-assisted lower extremity motor adaptation | |
| US20240285999A1 (en) | Koapt-therapy-based treatment and rehabilitation device for degenerative knee joint disease | |
| EP3532004B1 (en) | Modular therapeutic vibration rehabilitation system | |
| US7452308B2 (en) | Cross-crawl chair | |
| RU2837297C1 (en) | Robotic training chair | |
| WO2025221156A1 (en) | Robotic exercise chair | |
| US5785667A (en) | Gymnastic implement | |
| KR101945833B1 (en) | Chair for idiopathic scoliokyphosis | |
| de Paiva et al. | Gait devices for stroke rehabilitation: State-of-the-art, challenges, and open issues | |
| RU2423961C2 (en) | Module orthopedic seat-trainer | |
| RU207883U1 (en) | STEP WALKING SIMULATOR | |
| Shenoy et al. | Effect of chair design on feed-forward postural control in sitting | |
| Laporte et al. | Rising from sitting in elderly people, part 1: Implications of biomechanics and physiology | |
| Wells et al. | Seating, Positioning, and Communication | |
| Riener | Robot-aided Gait Training | |
| CN110051976A (en) | A kind of seat cushion and application method of sensorimotor integration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24936174 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |