PL224669B1 - Urządzenie wspomagające zdolności ruchowe kończyn dolnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie wspomagające zdolności ruchowe kończyn dolnych, napędzające stawy kończyn dolnych w płaszczyźnie strzałkowej oraz wspomagające siad i powstanie.

Znane są manipulatory stosowane w rehabilitacji kończyn dolnych. Urządzenia te złożone są z dźwigni napędzanych za pomocą silników elektrycznych w stawie biodrowym oraz kolanowym, zapinanych do płaszczyzny bocznej lewej i prawej kończyny dolnej. Urządzenia wyposażone w taki układ napędów uniemożliwia wykonywanie innych ruchów jak tylko chód i stwarzają konieczność stosowania bieżni lub podłoża, celem zapewnienia podparcia dla stóp użytkownika.

Napędzanie jedynie stawu biodrowego i kolanowego obydwu kończyn dolnych nie daje pełnej kontroli nad sposobem stąpania, ogranicza zakres ćwiczeń jedynie do chodu oraz generuje niek orzystne siły powstałe w skutek uderzania stopami o bieżnię.

Z opisu WO 2008 124025 znana jest wyposażona w napęd orteza, przystosowana do mocowania na odpowiedniej części ciała użytkownika w celu wymuszania ruchu użytkownika. Orteza zawiera wiele elementów konstrukcyjnych i jedno lub więcej złączy przylegających do sąsiednich elementów. Każde złącze ma jeden lub więcej stopni swobody i zakres kątowy połączenia. Każde złącze ma co najmniej jeden siłownik sterowany przez regulator kąta połączenia. Regulatory są zsynchronizowane w celu wywołania w odpowiadających im siłownikach siły pomagającej użytkownikowi przesuwanie ortezy, w części pod działaniem siły użytkownika, wzdłuż pożądanego toru w zakresie dopuszczalnej tolerancji.

Z opisu US 6 821 233 znane jest urządzenie do terapii pacjentów z upośledzeniem chodu, składające się z bieżni, zespołu wspomagania i napędzanej ortezy. Urządzenie automatycznie prowadzi nogi pacjenta na bieżni. Orteza ma zespół biodrowy i dwie nogi oraz napędy stawów biodrowych i stawów kolanowych. Elementy stabilizujące utrzymują pacjenta w stanie równowagi. Długość elementów ortezy może być regulowana stosownie do wzrostu pacjenta.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji urządzenia umożliwiającego wstawanie użytkownika, chód, siad i inne zgodne z anatomią ruchy kończyn dolnych jak przykładowo przysiad, stawanie na jednej nodze, z możliwością wyeliminowania kontaktu stóp z podłożem.

Urządzenie wspomagające zdolności ruchowe kończyn dolnych według wynalazku składa się ze statywu wyznaczającego pozycję użytkownika oraz równoległych do siebie elementów ruchomych przyległych do kończyn dolnych użytkownika, podzielonych na segmenty odpowiadające częściom kończyny dolnej i połączonych wahliwie przegubami obrotowymi, wyposażonych w napęd odpowiednich stawów.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie ma mechanizm pionowy umożliwiający unoszenie użytko wnika, mechanizm siedziska umożliwiający podparcie i uniesienie użytkownika podczas siadu i powstania oraz połączone ze sobą obrotowo łączniki trzech stawów - biodrowego, kolanowego i skokowego - umożliwiające ruch w płaszczyźnie strzałkowej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że urządzenie ma pas lędźwiowy, ruchomy w płaszczyźnie pionowej i połączony w przegubie biodrowym poprzez ramiona z ruchomymi łąc znikami kończyn dolnych, ma popychacz pleców ruchomy w płaszczyźnie pionowej i strzałkowej, połączony poprzez pas lędźwiowy wraz z ramionami oraz ma siedzisko ruchome w płaszczyźnie pionowej i połączone ze wspornikiem. Pas lędźwiowy, popychacz pleców, ramiona i siedzisko osadzone są na wspólnych pionowych prowadnicach zaś ramiona osadzone są na prowadnicach obrotowo, z możliwością rozchylania na boki.

Każdy segment elementu przyległego do kończyn dolnych użytkownika składa się z łącznika uda, łącznika podudzia i łącznika stopy, przy czym łącznik uda i łącznik podudzia ma zmienną, nastawną długość poprzez blokowany zaciskiem przegub pryzmatyczny uda oraz przegub pryzmatyczny podudzia.

W podstawie statywu usytuowana jest bariera magnetyczna.

Popychacz pleców ma zmienne położenie kolejno w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. Urządzenie ma dociski boczne biodrowe o zmiennym położeniu kolejno w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. Urządzenie ma obejmy uda i obejmy podudzia przesuwne w płaszczyźnie czołowej i strzałk owej. Urządzenie ma podpory stopy przesuwne w płaszczyźnie czołowej i bocznej.

Przegub stawu skokowego ma napęd usytuowany na płaszczyźnie bocznej elementu przyległego do kończyn użytkownika. Przegub stawu skokowego i przegub stawu kolanowego stanowi przePL 224 669 B1 kładnia obrotowa pasowa. Przegub stawu biodrowego stanowi bezluzowa przekładnia cykloidalna połączona z serwomotorem za pomocą tłumiącej drgania przekładni pasowej.

Rozwiązanie według wynalazku poprzez zsynchronizowane napędzanie stawu biodrowego, k olanowego oraz skokowego użytkownika w sposób zgodny z anatomią lub prawidłowym wzorcem chodu człowieka - umożliwia poruszanie kończynami dolnymi w zadany sposób umożliwiając wstawanie, chód, przysiad, naprzemienne wymachy nóg oraz siadanie zgodnie z możliwościami ludzkiej anatomii i ruchem anatomicznym oraz zakresem tych ruchów. Zastosowanie napędów wszystkich stawów kończyn dolnych w płaszczyźnie strzałkowej oraz brak kontaktu z podłożem i jego niekorzystnym, udarowym oddziaływaniem podczas stąpania, daje w konsekwencji duże możliwości programowania dowolnych, zgodnych z anatomią człowieka, ruchów kończyn dolnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których poszczególne figury przedstawiają:

fig. 1 - przedstawia schemat kinematyczny urządzenia w pozycji wyprostowanej, fig. 2 - schemat kinematyczny urządzenia podczas chodu, fig. 3 - schemat kinematyczny urządzenia w pozycji siedzącej, fig. 4 - urządzenie w widoku perspektywicznym w pozycji wyprostowanej, fig. 5 - urządzenie w widoku perspektywicznym w pozycji rozchylonych ramion, fig. 6 - urządzenie w widoku perspektywicznym w pozycji siedzącej, fig. 7 - urządzenie w widoku perspektywicznym w pozycji chodu, fig. 8 - łącznik stopy z podporą stopy w widoku perspektywicznym, urządzenie w widoku perspektywicznym w pozycji wyprostowanej, fig. 9 - przegub stawu biodrowego z przekładniami w widoku perspektywicznym.

Urządzenie ma manipulator kończyn dolnych obejmujący dwa równoległe do siebie elementy przyległe do kończyn dolnych użytkownika. Każdy z tych elementów składa się z łącznika uda 1, łąc znika podudzia 2 oraz łącznika stopy 3. Łącznik uda 1 i łącznik podudzia 2 ma możliwość zmiany długości odpowiednio poprzez nastawny przegub uda 5 oraz nastawny przegub podudzia 6. Nastawne przeguby 5, 6 blokowane są zaciskami. (fig. 1 - fig. 3)

Łączniki stopy 3, łączniki podudzia 2 i łączniki uda 1 połączone są ze sobą wahliwie w płaszczyźnie strzałkowej przegubami obrotowymi, odpowiednio przegubami stawu skokowego 11, przegubami stawu kolanowego 12 i przegubami stawu biodrowego 13. Przegub stawu skokowego 11 i przegub stawu kolanowego 12 stanowi przekładnia obrotowa pasowa 21. Przegub stawu biodrowego 13 stanowi bezluzowa przekładnia cykloidalna 22 połączona z napędem 23 za pomocą tłumiącej drgania przekładni pasowej 24. (fig. 4 i fig. 9)

Urządzenie ma statyw 8 zaopatrzony w pionowe prowadnice 25 umożliwiające przemieszczanie użytkownika wraz z elementami mechanizmu manipulatora służącego do poruszania kończynami dolnymi. Konstrukcja statywu 8 zapewnia stabilność w płaszczyźnie strzałkowej oraz czołowej, jest symetryczna z możliwością dostosowania długości łączników uda 1 i łączników podudzia 2 do zróżnicowanej długości kończyn dolnych za pomocą blokowanych zaciskami nastawnych przegubów uda 5 oraz nastawnych przegubów podudzia 6.

Statyw 8 w swojej podstawie zawiera barierę magnetyczną 26 zapobiegającą uderzeniu łącznikami stopy 3 w podstawę urządzenia w trakcie jego pracy.

Łączniki stopy 3, łączniki podudzia 2 i łączniki uda 1 podwieszone są w przegubach stawu biodrowego 13 i połączone są z pasem lędźwiowym 27 za pośrednictwem ramion 28 osadzonych ruch omo w płaszczyźnie pionowej poprzez przeguby 9 na prowadnicach 25. Ramiona 28 osadzone są na prowadnicach 25 obrotowo, z możliwością rozchylania na boki, celem łatwiejszego usytuowania użytkownika na siedzisku 29. Siedzisko 29 zamocowane na wsporniku 15 osadzone jest ruchomo w płaszczyźnie pionowej poprzez przeguby 14 na prowadnicach 25. (fig. 4)

Z ramionami 28 poprzez pas lędźwiowy 27 połączony jest popychacz pleców 10, na przegubie obrotowym 4, ruchomy w płaszczyźnie pionowej i strzałkowej.

Urządzenie zawiera napędy 23 równoległych zespołów przekładni obrotowych przegubów 11, 12 i 13, napędzających staw skokowy, kolanowy i biodrowy. Mechanizmy manipulatora poruszają się w płaszczyźnie strzałkowej i napędzają powiązane logiką sterownika wymienione napędy stawu sk okowego, kolanowego i biodrowego obydwu kończyn połączonych obejmą 27 w pasie lędźwiowym. Obejma pasa lędźwiowego 27 połączona jest przesuwnie w płaszczyźnie pionowej ze statywem 8 urządzenia i jest elementem łączącym mechanizmy kończyn dolnych oraz statyw 8.

PL 224 669 B1

Zespół napędu pionowego 30 umożliwia pionowy ruch użytkownika w zależności od jego wzrostu, przyjętych długości łączników uda 1 i łączników podudzia 2 oraz przyjętego poziomu siedziska 29. Zespół napędu siedziska 31 i ramię 15 siedziska 29 umożliwia podparcie pośladkowe użytkownika podczas siadu. (fig. 6)

Napędy 23 łączników manipulatora stanowią serwomotory wraz z układem ich precyzyjnego pozycjonowania, w skład którego wchodzą układy sterowania - odtwarzające zapisany w pamięci sterownika urządzenia prawidłowy wzorzec chodu zdrowego człowieka, układy kontrolujące - badające w każdej chwili czasowej poprawność działania układów oraz pozycjonowania napędów zgodnie z zapisanym wzorcem chodu, układ zabezpieczający - niezależnie działający i zabezpieczający przed przyjęciem w dowolnej chwili czasowej pozycji niezgodnej z anatomią człowieka. (fig. 7)

Upięcie użytkownika do urządzenia możliwe jest poprzez obejmy uda 32 i obejmy podudzia 33 każdej z kończyn, posiadające możliwość zmiany położenia w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. (fig. 6 i fig. 8)

Stabilizowanie upiętego użytkownika odbywa się poprzez popychacz pleców 10 i dociski boc zne biodrowe 34 o zmiennym położeniu kolejno w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. Podparcie upiętego użytkownika zrealizowane jest poprzez podporę stopy 35 o zmiennym, nastawnym położeniu w płaszczyźnie strzałkowej, stanowiącą element łącznika stopy 3.

Konstrukcja manipulatora kończyn dolnych jest symetryczna i umożliwia, poprzez brak kontaktu z podłożem, trenowanie zarówno chodu jak i poruszania kończyną lub kończynami dolnymi w dowolny, zgodny z anatomią sposób.

Claims (10)

1. Urządzenie wspomagające zdolności ruchowe kończyn dolnych składające się ze statywu wyznaczającego pozycję użytkownika oraz równoległych do siebie elementów ruchomych przyległych do kończyn dolnych użytkownika, podzielonych na segmenty odpowiadające częściom kończyny do lnej i połączonych wahliwie przegubami, znamienne tym, że ma ruchomy w płaszczyźnie pionowej i połączony w przegubie biodrowym (13) poprzez ramiona (26) z ruchomymi łącznikami (1), (2), (3) kończyn dolnych pas lędźwiowy (27), ruchomy w płaszczyźnie pionowej i strzałkowej połączony p oprzez pas lędźwiowy (27) i ramiona (28) popychacz pleców (10), oraz ruchome w płaszczyźnie pion owej i połączone ze wspornikiem (15) siedzisko (29), przy czym pas lędźwiowy (27), popychacz pleców (10), ramiona (28) i siedzisko (29) osadzone są na wspólnych pionowych prowadnicach (25) zaś r amiona (28) osadzone są na prowadnicach (25) obrotowo, z możliwością rozchylania na boki.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy segment elementu przyległego do kończyn dolnych użytkownika składa się z łącznika uda (1), łącznika podudzia (2) i łącznika stopy (3), przy czym łącznik uda (1) i łącznik podudzia (2) ma zmienną, nastawną długość poprzez blokowany zaciskiem przegub pryzmatyczny uda (5) oraz przegub pryzmatyczny podudzia (6).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w podstawie statywu (8) ma barierę magnetyczną (26).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że popychacz pleców (10) ma zmienne położenie kolejno w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma dociski boczne biodrowe (34) o zmiennym położeniu kolejno w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej.

6. Urządzenie według zastrz. 1 , znamienne tym, że ma obejmy uda (32) i obejmy podudzia (33) przesuwne w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej.

7. Urządzenie według zastrz. 1 , znamienne tym, że ma podpory stopy (35) przesuwne w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej.

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przegub stawu skokowego (11) ma napęd (23) usytuowany na płaszczyźnie bocznej elementu przyległego do kończyn użytkownika.

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przegub stawu skokowego (11) i przegub stawu kolanowego (12) stanowi przekładnia obrotowa pasowa (21).

10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przegub stawu biodrowego (13) stanowi bezluzowa przekładnia cykloidalna (22) połączona z serwomotorem za pomocą tłumiącej drgania przekładni pasowej (24).