Устройство управления движениями конечностей экзоскелетона

опИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Е 1172109 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 615.471: :616-08:616- -009.2 (088.8) публиковано 15.03.80. Бюллетень10ата опубликования описания 25.03.80 по девам изебретеии и открытий: Институт проблем передачи информации АН СССР УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ КОНЕЧНОСТЕЙ ЭКЗОСКЕЛЕТОНА к обл но к ние б самос асти меди- средствам, льных, по- оятельного ение обеса и я движе- содержар и шарправл елетон й ша Однако в данном устройстве накопление энергии происходит за счет сил реакции опоры, осуществляющих в фазе опоры перекос коромысла и запасающих энергию в аккумуляторе, что требует дополнительных энергозатрат со стороны больного и может быть осуществлено лишь при сохранении подвижности в тазобедренном суставе в сторону разгибания. Кроме того, выбор тяг определенных размеров и упругих элементов заданной жесткости требует совершения определенной кинематики движения (шагания) в фазе опоры для обеспечения заряда аккумулятора и не позволяет регулировать количество энергии, запасаемой в аккумуляторе, и длительность отдачи энергии на движение в шарнире. Изобретение относится цинской техники, а имен обеспечивающим перемещ терявших способность передвижения. Известно устройство у- ниями конечностей экзоск щее аккумулятор, коленнь нирно закрепленную стопуЭто не позволяет перестроить в процесходьбы темп и длину шага.Целью изобретения является уменьшэнергозатрат больного при ходьбе ипечение возможности изменения темпдлины шага. Цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены электро привод в виде электродвигателя постоянного тока с редуктором, три электромагнитные муфты, 0 программирующий блок, схема сравнения,датчик накопленной аккумулятором энергии, выполненный в виде пороговой схемы измерения тока якоря электродвигателя, тактильный датчик, установленный в стопе, итазобедренный шарнир, причем электроприпривод, первая электромагнитная муфта, аккумулятор, вторая электромагнитная муфта и тазобедренный шарнир соединены механически последовательно, вход электропривода соединен с первым выходом схемы О сравнения, второй выход которой соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, второй выход электропривода соединен с датчиком накопленной аккумулятором энергии, выход которого соединен с первым.-.1 721092 10 Формула изобретения Таким образом, в аккумуляторе оказыва-. ется запасенным заданное количество энер фвходом схемы сравнения, второй вход которои соединен с первым выходом программирующего блока, второй выход которого соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, а третий - со вторым входом второй электромагнитной муфты, первый выход тактильного датчика соединен со входом третьей электромагнитной муфты,механически связанной с шарниром колена,а второй выход - со входом программирующего блока.На чертеже изображена блок-схема устройства управления движениями конечностей экзоскелетона (дано для одной конечности).Устройство содержит электропривод 1, три электромагнитные муфты 2 - 4, аккумулятор 5, программирующий блок 6, схему 7 сравнения, датчик 8 накопленной энергии, тактильный датчик 9, тазобедренный и коленкый шарниры 10 и 11. Устройство работает следующим образом Настраивают программирующий блок 6на заданные величины энергии аккумулятора 5 и длительность отдачи энергии, а датчик 8 накопленной аккумулятором энергии на пороговое значение тока 1 электропривода 1 так, чтобы выполнялось условие, где 1 н - номинальный ток электродвигателяэлектропривода в отсутствии нагрузки навалу. Пусть в начальный момент времениэнергия, накопленная аккумулятором 5,равна нулю, и следовательно, сигнал датчика 8 равен нулю. На выходе схемы сравнения появляется сигнал, включающии электропривод 1 и электромагнитную муфту 2.По мере работы электропривода энергияв аккумуляторе возрастает. При этом токякоря электродвигателя растет из-за увеличения нагрузки на валу. В случае превышекия величины тока программного значения сигнал с выхода схемы 7 сравнениястаноВится равным нулю, электроприводостанавливается, электромагнитная муфта 2обесточивается, отсоединяя аккумуляторот электропривода. гии, и устройство готово к формированию фазы переноса. Для того, чтобы перенести ногу, больной с помощью рук и костылей наклоняет сВоетуловище вперед, образуя опорный треугольник из двух костылей и опорной ноги. При перемещении туловища вперед, нагрузка с другой ноги снимается, что приводит к срабатыванию тактильного датчика 9, сигнал которого включает программирующий блок 6. Последний включает электромагнитную муфту 3, подключая аккумулятор к тазобедренному шарниру 10 на программно выбранное время. Одновременно с этим сиг 20 2 ЗО 35 46 нал датчика 9 отключает электромагнитную муфту 4, обеспечивающую фиксацию коленного шарнира 11, который освобождается. Энергия аккумулятора приводит к сгибанию ноги в тазобедренном шарнире при одно-, временном сгибании за счет сил инерции в коленном шарнире, По окончании разряда программный блок отключает аккумулятор от тазобедренного шарнира, обесточивая муфту 3, и подключает его вновь к электро- приводу 1, обеспечивая накопление энергии для следующего шага.Остальное время фазы переноса нога движется по инерции и по мере торможения за счет сил веса в тазобедренном шарнире в коленном шарнире начинается разгибание, и"нога выносится вперед. Фаза переноса заканчивается при достижении конечностью опорной поверхности. При этом срабатывает тактильный датчик 9, включающий электромагнитную муфту 4, что приводит к запиранию коленного шарнира. Теперь больной может перенести вес на эту ногу и осуществить движение в фазе опоры.При необходимости изменения в процессе ходьбы параметров шагания изменяют в программирующем блоке задаваемые значения запасаемой энергии и длительности отдачи энергии на движение в тазобедренном шарнире. Таким образом, данное устройство позволяет посредством импульсного силового воздействия на тазобедренный шарнир обеспечить движение всей ноги экзоскелетона в фазе переноса с высокой степенью антропоморфности и перестраивать темп и длину шага в процессе ходьбы,1, Устройство управления движениями конечностей экзоскелетона, содержащее аккумулятор, колекный шарнир, шарнирно закрепленную стопу, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат больного при ходьбе и обеспечения возможности изменения темпа и длины шага, в него введены электропривод, три электромагнитные муфты программирующий блок, схема сравнения, датчик накопленной аккумулятором энергии, тактильный датчик, установленный в стопе, и тазобедренный шарнир, причем электро- привод, первая электромагнитная муфта, аккумулятор, вторая электромагнитная муфта и тазобедренный шарнир соединены механически последовательно, вход электропривода соединен с первым выходом схемы сравнения, второй выход которой соединен со вторым входом первой электромагнитной муфты, второй выход электропривода соединен с датчиком накопленной аккумулятором энергии, выход которого соединен с первым721092 СоставительТехред К. ШуТираж 673И Государственногоделам изобретенийоскв а, Ж - 35, РауПатент, г. Ужго1 юти наКорректор Ю, МакаренкПодписноеета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4 Редактор Л. БатановаЗаказ 23/4 ЦНИИпо3035,ал ПП комит и отк шская род, ул 5входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом програМмй- рующего блока, второй выход которогосоединен со вторым входом первой элеЫ 1 ромагнитной муфты, а третий - со вторым входом второй электромагнитной муфты, первый выход тактильного датчика соединен со входом третьей электромагнитной муфты, механически связанной с шарниром колена, а второй выход - со входом программирующего блока. Ь2. Устройство по п. 1, отличающееся" тем,чтодатчик йакопленай аккумуляторомэнергии выполнен в виде пороговой схемыизмерения тока якоря электродвигателя "электропривода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гурфинкель В. С. Биодинамическиепринципы рационального йостроенйя"грейсоткидных устройств 8 протезах бедра. ТрудыЦНИИПП, сб.3, 1949, с. 99 - 115.