EA026532B1 - Тренажер для обучения ходьбе - Google Patents

Abstract

Тренажёр для обучения ходьбе предназначен для восстановления утраченных по каким-либо причинам или неразвитых навыков ходьбы, то есть для реабилитации пациентов с нарушением двигательных функций. Состоит из несущей направляющей с подвижными по ней каретками с катками, с управляемыми механизмами перемещения и шкивами, а также содержит механизм разгрузки веса пациента, датчики параметров сеанса тренинга, управляющий компьютер и сеть передачи данных. От известного объекта-прототипа отличается выполнением несущей направляющей, конструктивным исполнением механизмов перемещения и механизма разгрузки веса пациента, наличием датчиков энкодеров, источника сжатого воздуха, пневмораспределителя последнего, а также оригинальностью подвеса упряжи пациента на трех шнурах, размещенных средней частью на шкивах кареток. Обладает большей адаптивностью, функциональными возможностями, надежностью и простотой в эксплуатации, то есть более высокими потребительскими свойствами.

Description

Изобретение относится к устройствам для обучения ходьбе и/или для облегчения восстановления утраченных по каким-либо причинам навыков ходьбы, то есть и для реабилитации пациентов с нарушением двигательных функций.

Уровень техники представлен целым рядом устройств (КИ 2396934, А61Н 1/02, публ. 20.08.2010; КИ 2422123 С2, публ. 27.06.2011; УО 2006/17926 А1, 0Θ9Β9/00, публ. 23.02.2006; И8 2002/0065173 А1, А61Н 3/00, публ. 30.05.2002; И8 2007/0004567 А1, А47И 13/04, публ. 04.01.2007; И8 2008/0287268 А1, А61Н 3/00, публ. 20.11.2008; §И 2126666 С1, А61Н 3/00, 27.02.1999), в том числе и роботизированных, то есть с использованием управляющих программ, реализуемых посредством компьютеров (процессоров) и соответствующих исполнительных силовых механизмов и приспособлений, взаимодействующих с пациентом.

Основными узлами известных устройств являются пространственные конструкции (каркасы, рамы, стойки, станины и т.д.), обеспечивающие регулируемую компенсацию нагрузки на ноги (опорные конечности) от собственного веса пациента, содержащие, как правило, силовые механизмы и систему подвеса пациента по типу парашютной упряжи из ремней, пряжек (застёжек) и регулировочных элементов для подгонки по фигуре. Наиболее прогрессивные из известных устройств содержат также ряд датчиков, измеряющих параметры для обеспечения автоматического или полуавтоматического управления и контроля тренингом, в том числе и с помощью компьютера и соответствующих программ.

Информационные сигналы этих датчиков позволяют вести выработку управляющих команд на исполнительные звенья силовых механизмов, учет, запись и архивирование параметров каждого сеанса тренинга.

Однако у всех известных устройств есть существенный недостаток - малая адаптивность к психофизиологическим особенностям пациентов детей, со сниженной способностью к проявлению волевых качеств и не имеющих чётко осознанной нацеленности на положительный (требуемый) результат тренинга.

Одним из аналогов заявляемого технического решения является устройство по патенту США (И8 2008/0287268 А1, А61Н 3/00, публ. 20.11.2008), имеющее сходные существенные признаки, в частности несущую направляющую, каретку с катками, выполненными с возможностью двигаться по направляющей, привод для передвижения каретки, систему подвески с возможностью оказывать поддержку человеку и систему управления, которая выполнена с возможностью обнаруживать, с помощью датчика энкодера, движение человека по отношению к каретке и активировать механизм привода от обнаруженного движения человека.

Основными недостатками аналога являются: возможность осуществления поддержки только в заданной траектории движения, соответствующей конфигурации несущей направляющей.

За устройство-прототип заявляемого технического решения принято устройство по патенту США (И82007004567, А1, А61Н 3/00, публ. 04.01.2007), содержащее максимальное количество сходных и/или тождественных заявляемому техническому решению существенных признаков с теми же свойствами (функциями) как отдельных узлов и элементов, так и устройства в целом, а именно: несущую конструкцию, выполненную в виде кран-балки с кареткой на ней и механизмом перемещения каретки, подъемный механизм с приводами для управления длиной исполнительного звена (шнура) и приводы для перемещения кран-балки, управляющий компьютер, датчики для измерения направления движения пациента по двум пространственным координатам, а также для контроля и недопущения падения пациента, поддерживаемого упряжью на его теле и выработки команд от управляющего компьютера к приводам для перемещения кран-балки и каретки, а также к приводам подъемного механизма для обеспечения подвижности поддержки пациента в упряжи в области тренировочной зоны.

Основными недостатками устройства-прототипа являются недостаточная эффективность динамической разгрузки веса, что определяется конструкцией подъемного механизма, а также то, что вертикально расположенный подвес для поддержки пациента замещает функцию удержание вертикального положение тела пациентом, тем самым отдаляя от реальных условий обучения навыку ходьбы и ограничивает развитие навыка равновесия. В дополнение к вышеотмеченному можно указать недостаточную функциональность во время сеанса (невозможность приседания, подпрыгивания, смены направления движения), что несомненно сказывается на стимуляции и мотивации пациента к реабилитационному процессу.

Требуемый технический результат предполагаемого изобретения (иначе - цель и задача его создания) заключается в расширении функциональных возможностей тренажёра и повышении его потребительских свойств в целом, или, иначе, расширение функциональных возможностей при существенном повышение мотивации пациента и эффективности восстановления двигательных функций пациента.

Задача изобретения-устройства решена тем, что в тренажёре для обучения ходьбе, содержащим несущую направляющую, подвижную, по направляющей, каретку с катками, с управляемым механизмом перемещения и шкивом, шнур для присоединения его свисающего со шкива конца к вертлюгу упряжи на теле пациента, механизм разгрузки веса последнего, соединённый с другим концом шнура, датчики параметров сеанса тренинга, управляющий компьютер с соответствующим программным обеспечением для анализа и оперативного управления сеансом, а также сеть передачи данных, отличающийся тем, что

- 1 026532 он снабжен источником сжатого воздуха, несущая направляющая выполнена в виде замкнутой кривой, например в виде окружности, на ней размещены три, как минимум, каретки, механизм разгрузки веса выполнен в виде пневмоцилиндров, по количеству кареток, рабочая полость каждого пневмоцилиндра сообщена с источником сжатого воздуха пневмолинией, поршень каждого из пневмоцилиндров соединён с другим концом соответствующего шнура. Дополнительными отличиями являются пневмоцилиндр, закреплённый на каретке в радиальном, относительно направляющей, направлении; датчики параметров сеанса тренинга выполнены в виде энкодеров на катках и шкивах кареток; рабочие полости всех пневмоцилиндров сообщены между собой; на пневмолинии между источником сжатого воздуха и пневмоцилиндрами установлен пневмораспределитель; на пневмолинии между пневмораспределителем и рабочими полостями пневмоцилиндров установлен датчик давления; каждый пневмоцилиндр снабжен ресивером, полость которого сообщена с рабочей полостью пневмоцилиндра посредством отверстия в стенке последнего.

Необнаружение в общедоступных источниках информации, в том числе и в патентных, технических решений с той же (или эквивалентной) совокупностью существенных, в том числе отличительных, признаков и с теми же свойствами, характеризует заявленное устройство как новое и неочевидное, что, при несомненном достижении (обеспечении) требуемого технического результата позволяет утверждать о соответствии объекта критериям изобретения.

Конструктивное исполнение устройства поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 и 2 приведён общий вид; на фиг. 3 приведена блок-схема устройства; на фиг. 4 приведена блок-схема механизма перемещения каретки, механизма разгрузки веса тела и датчиков параметров сеанса тренинга; на фиг. 5 приведён вид тренажера сверху; на фиг. 6 приведено изменение положений кареток тренажёра на направляющей при перемещении пациента из точки К в точку М; на фиг. 7 приведена каретка; на фиг. 8 приведены элементы тренажёра в сборе.

Заявленный тренажёр для обучения ходьбе содержит (см. фиг. 1-8) несущую направляющую 1, крепящуюся, например, к потолку. На ней размещены подвижные каретки 2.1, 2.2 и 2.3 с катками 3 для опоры на направляющую, управляемыми механизмами 4 перемещения каждой из них и шкивами 5. На каждом из шкивов каждой из кареток расположен шнур 6, свисающий со шкива конец каждого шнура предназначен для соединения, например, с карабином (не показан) вертлюга 7 упряжи 9 на теле пациента. К механизму 8 разгрузки веса пациента присоединены другие концы каждого из шнуров. Тренажёр снабжен также датчиками 10 параметров сеанса тренинга, содержит управляющий компьютер 11 с соответствующим программным обеспечением для анализа и оперативного управления сеансом, сеть 12 передачи данных и источник 13 сжатого воздуха. Механизм 8 разгрузки веса пациента выполнен в виде пневмоцилиндров 14.1, 14.2 и 14.3 по количеству кареток 2, рабочая полость 15 каждого пневмоцилиндра сообщена с источником 13 сжатого воздуха пневмолинией 16, а поршень 17 каждого из пневмоцилиндров 14.1, 14.2 и 14.3 соединен с другим концом 9 соотвествующего ему шнура 6. При несущей направляющей в форме окружности (что является предпочтительным вариантом) каждый из пневмоцилиндров ориентирован в радиальном, относительно направляющей, положении, как это изображено на фиг. 5. Датчики 10 параметров сеанса тренинга содержат энкодеры 18 катков 3 и энкодеры 19 шкивов 5 кареток 2. Рабочие полости 15 пневмоцилиндров 14 механизма 8 разгрузки веса пациента сообщены между собой единой пневмолинией 16 от источника 13 сжатого воздуха и на ней установлены пневмораспределитель 20 и датчик 21 давления для контроля и управления степенью разгрузки веса пациента. Каждый из пневмоцилиндров 14 снабжен ресивером 22 в виде защитного кожуха этого цилиндра, как это изображено на фиг. 8, при этом полость 23 ресивера сообщена с рабочей полостью 15 пневмоцилиндра отверстием 24 в стенке последнего. Следует отметить, что на фиг. 5 позицией 25 обозначена точка дополнительного шарнирного крепления-подвеса, пневмоцилиндров 14 к потолку, например, в случае их значительного линейного размера. На фиг. 6 изображена ситуация, когда пациент из точки К, переместится в точку М и каретки 2 займут положения 2.1', 2.2' и 2.3'. Механизм 4 перемещения каждой из кареток 2 (см. фиг. 7 и 8) содержит электродвигатель 26 с контроллером 27, обеспечивающие посредством управления с компьютера (по сигналам энкодеров 18 и 19) оптимальное позиционирование каретки 2 на направляющей 1 и, соответственно, взаимное расположение кареток относительно друг друга.

Тренажёр для обучения ходьбе работает следующим образом. Исходное состояние тренажёра предполагает, что пациент находится практически в центре зоны тренинга, см. точку О на фиг. 6, каретки расположены на несущей направляющей равноудалённо друг от друга, то есть распределены по окружности через 120°. Концы шнуров, свисающие со шкивов, крепят на вертлюге упряжи пациента и медленной подачей сжатого воздуха из источника, например компрессора, в рабочие полости пневмоцилиндров разгружают и поддерживают во время сеанса вес тела пациента на заданную величину, которая высчитывается управляющим компьютером по сигналу с датчика давления. Подача воздуха при этом регулируется управляемым пневмораспределителем и программой управляющего компьютера. Учитывая, что рабочие полости всех пневмоцилиндров сообщены между собой, давление во всех пневмоцилиндрах одинаково, и одинаковы тянущее усилия тросов независимо от перемещения пациента по зоне тренинга по горизонтали. При этом в пневмоцилиндрах, снабженных ресиверами, при изменении положения поршней незначительно изменяется давление в системе и соответственно степень разгрузки веса пациен- 2 026532 та. Этим достигается эффективная динамическая разгрузка веса, в широком диапазоне возможных передвижений пациента по горизонтали и вертикали. Далее пациенту предлагается (в той или иной форме) перемещаться по манежу в соответствии с методикой тренинга, при этом ребёнку, например, могут быть предложены какие-либо стимулирующие (повышающие мотивацию) меры и средства игрового характера (игровой направленности). Управляющий компьютер по показаниям энкодеров 18, расположенных на шкивах, при известном положении кареток, отслеживает местоположение и передвижение пациента по зоне тренинга и управляет перемещением кареток таким образом, чтобы компенсировать горизонтальные силы, действующие на пациента. Позиционирование кареток контролируется по показаниям энкодеров 19 катков. Трехточечный подвес вместе с вышеуказанными механизмом разгрузки веса и механизмом перемещения кареток приводит к компенсации горизонтальных сил, образующихся из-за того, что тросы подвеса находятся под утлом к вертикали. Причём компенсация горизонтальных сил сохраняется при любых передвижениях пациента по зоне тренинга. Предлагаемый тренажёр позволяет сделать процесс реабилитации динамичным и интересным, создав игровую зону достаточной площади и возможность свободного передвижения в этой площади, как по горизонтали в любом выбранном направлении, а также позволяет совершать прыжки и подъемы по элементам игровой зоны. Тренажёр формирует навык удержания равновесия в вертикальном положении тела и ходьбы в условиях, максимально приближенных к реальным, обеспечивает высокую степень безопасности процесса тренировки. Тренажёр не замещает полностью функцию самостоятельного удержания равновесия и требует от пациента активного участия в этом процессе, при этом степень участия находится в обратной зависимости от степени разгрузки веса пациента (чем больше разгрузка веса, тем проще удерживать равновесие).

Заявленный объект, как изобретение, обеспечивает достижение декларированного технического результата, в том числе проведение лечебного сеанса в диапазоне от полной до частичной динамической разгрузки веса пациента, обеспечивая передвижение пациента с сохранением динамической разгрузки веса по всему объёму игровой зоны, в связи с чем подлежит защите соответствующим охранным документом (патентом) РФ.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Тренажёр для обучения ходьбе, содержащий несущую направляющую, подвижную, по направляющей, каретку с катками, с управляемым механизмом перемещения и шкивом, шнур для присоединения его свисающего со шкива конца к вертлюгу упряжи на теле пациента, механизм разгрузки веса последнего, соединённый с другим концом шнура, датчики параметров сеанса тренинга, управляющий компьютер с соответствующим программным обеспечением для анализа и оперативного управления сеансом, а также сеть передачи данных, отличающийся тем, что он снабжен источником сжатого воздуха, несущая направляющая выполнена в виде замкнутой кривой, например в виде окружности, на ней размещены как минимум три каретки, механизм разгрузки веса выполнен в виде пневмоцилиндров, по количеству кареток, рабочая полость каждого пневмоцилиндра сообщена с источником сжатого воздуха пневмолинией, поршень каждого из пневмоцилиндров соединён с другим концом соответствующего шнура.
2. 2. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что пневмоцилиндр закреплён на каретке в радиальном, относительно направляющей, направлении.
3. 3. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что датчики параметров сеанса тренинга выполнены в виде энкодеров на катках и шкивах кареток.
4. 4. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что рабочие полости всех пневмоцилиндров сообщены между собой.
5. 5. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что на пневмолинии между источником сжатого воздуха и пневмоцилиндрами установлен пневмораспределитель.
6. 6. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что на пневмолинии между пневмораспределителем и рабочими полостями пневмоцилиндров установлен датчик давления.
7. 7. Тренажёр для обучения ходьбе по п.1, отличающийся тем, что каждый пневмоцилиндр снабжен ресивером, полость которого сообщена с рабочей полостью пневмоцилиндра посредством отверстия в стенке последнего.