PL233600B1 - Modul skretu konczyny dolnej w robocie ortotycznym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest moduł skrętu kończyny dolnej w robocie ortotycznym, mający zastosowanie w urządzeniach rehabilitacyjnych, egzoszkieletach rehabilitacyjnych mobilnych i stacjonarnych, do zapewnienia wspomaganej zmiany kierunku ruchu pacjenta.

Znane dotychczas rozwiązania zmiany kierunku ruchu w robotach ortotycznych oparte są na manualnym obrocie przy użyciu balkonika, lub kul ortopedycznych. W rozwiązaniach pasywnych moduły części udowej protezy kończyny dolnej stosowane są w celu tłumienia sił skrętnych przenoszonych na pacjenta, podczas chodzenia. Tego typu rozwiązanie przedstawione jest w patencie EP1275355. W rozwiązaniu tym wykorzystuje się elementy sprężyste o odpowiednio dobranej charakterystyce, umieszczone pomiędzy ułożyskowanymi współosiowo częściami modułu, proksymalną i dystalną. Względny zakres kątowy skrętu obu części jest ustalony za pomocą kołków zamocowanych promieniowo w tulei zewnętrznej części dystalnej, których końce poruszają się w gniazdach wykonanych w części proksymalnej. Innym przykładem urządzenia pasywnego jest teleskopowa część udowa protezy opisana w patencie GB2305363. Urządzenia te kompensują brak obrotu stawu biodrowego, pozwalając na obrót członu dystalnego wymuszony przez kontakt protezy z podłożem.

W dziedzinie egzoszkieletów przemysłowych wykorzystywany jest obrót w biodrze wokół stałej osi, przegub kulisty oraz rozkrok kończyn dolnych i obrót wokół osi kręgosłupa. W tego typu rozwiązaniach nie występuje wspomaganie skrętu kończyn dolnych. Zastosowanie wspomagania w postaci napędu elektrycznego może powodować zwiększenie wymiarów sylwetki robota. Manualny obrót w celu zmiany kierunku ruchu jest uciążliwy ze względu na przenoszenie ciężaru ciała wraz z robotem ortotycznym za pomocą ramion, ponadto ruch ten powoduje niszczenie stóp urządzenia.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad, a przede wszystkim zapewnienie bezpiecznego sposobu zmiany kierunku ruchu robota ortotycznego oraz naturalnej dynamiki ruchu.

Moduł skrętu kończyny dolnej w robocie ortotycznym, złożony z obudowy zakończonej zakończeniem kształtowym po stronie dystalnej, tulei wewnętrznej ułożyskowanej współosiowo w obudowie wraz z elementem wyjściowym zakończonym zaciskiem montażowym po stronie proksymalnej, ogranicznika obrotu w postaci kołka zamocowanego promieniowo w obudowie, i elektrycznej jednostki napędowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że elektryczna jednostka napędowa jest zamocowana w tulei wewnętrznej, a element wyjściowy stanowi tuleja końcowa z prowadnikiem i rowkowym gniazdem oporowym na kołek ogranicznika obrotu, przy czym gniazdo oporowe jest zaopatrzone w czujnik krańcowego położenia kołka.

Korzystnym jest, jeżeli czujnik wchodzi w skład systemu określającego zakres pracy kątowej jednostki napędowej, przy czym przewody zasilające jednostki napędowej i czujnika są umieszczone w prowadniku.

Korzystnym jest, jeżeli zakres ruchu kołka ogranicznika obrotu w gnieździe oporowym wynosi około 30°.

Korzystnym jest, jeżeli tuleja wewnętrzna wraz z tuleją końcową jest ułożyskowana w obudowie za pomocą łożysk wzdłużnych igiełkowych, dolnego i górnego, oraz łożyska igiełkowego poprzecznego o działaniu promieniowym.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia wspomaganie skrętu kończyny dolnej wokół osi uda w bezpiecznym zakresie kątowym, co umożliwia konstrukcyjną zmianę kierunku ruchu robota ortotycznego. Moduł ma zwartą konstrukcję, nie zwiększającą wymiarów obrysu sylwetki robota ortotycznego. Moduł umieszczony jest na obydwu kończynach dolnych robota i zapewnia skręt obydwu kończyn podczas zmiany kierunku ruchu, co pozwala na uzyskanie dużego zakresu kątowego ruchu. Zakres kątowy modułu skrętu kończyny wynosi około 30° i jest jednoznacznie ustalony przez kołki ogranicznika obrotu poruszające się w gniazdach wykonanych w tulei końcowej. Podc zas manewru zmiany kierunku ruchu występuje jedynie tarcie stóp robota o podłoże, wynikające z masy układu użytkownik-robot ortotyczny. Ponadto możliwość odwodzenia kończyn dolnych robota ortotycznego ułatwia nałożenie robota ortotycznego na pacjenta.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w półprzekroju wzdłużnym A-A, fig. 2 -urządzenie z fig. 1 w przekroju poprzecznym B-B, a fig. 3 przedstawia widok izometryczny urządzenia.

Jak przedstawiono na fig. 1-3, moduł skrętu kończyny dolnej w robocie ortotycznym składa się z obudowy 03 zakończonej zakończeniem kształtowym 04 po stronie dystalnej, tulei wewnętrznej 02 ułożyskowanej współosiowo w obudowie 03 wraz z elementem wyjściowym zakończonym zaciskiem

PL 233 600 B1 montażowym po stronie proksymalnej, ogranicznika obrotu w postaci kołka 08 zamocowanego promieniowo w obudowie 03, i elektrycznej jednostki napędowej 01. Elektryczna jednostka napędowa 01 jest zamocowana w tulei wewnętrznej 02. Element wyjściowy stanowi tuleja końcowa 11 z prowadnikiem 12 i rowkowym gniazdem oporowym 09 na koł ek 08 ogranicznika obrotu. Gniazdo oporowe 09 jest zaopatrzone w czujnik 10 krańcowego położenia kołka 08. Analog iczne gniazdo 09 z kołkiem 08 i czujnikiem 10 osadzonym w obudowie 03 jest wykonane po przeciwnej stronie tulei końcowej 11. Zakres ruchu kołka 08 ogranicznika obrotu w gnieździe oporowym 09 wynosi około 30°. Czujnik 10 wchodzi w skład systemu określającego zakres pracy kątowej jednostki napędowej 01. Przewody zasilające jednostki napędowej 01 i czujnika 10 są umieszczone w prowadniku 12. Tuleja wewnętrzna 02 wraz z tuleją końcową 11 jest ułożyskowana w obudowie 03 za pomocą łożysk wzdłużnych igiełkowych 05, 06, dolnego i górnego, oraz łożyska igiełkowego poprzecznego 07 o działaniu promieniowym.

Skrajne położenie kołka 08 w gnieździe 09 uniemożliwia dalsze wykonanie ruchu przez jednostkę napędową 01, a informacja o położeniu krańcowym jednostki napędowej 01 jest przekazywana za sprawą zamontowanych czujników położenia 10. Szczelność modułu uzyskano za pomocą zestawu uszczelek 13 o przekroju kołowym, tworzącym układ uszczelnienia bezstykowego w układzie labiryntowym wielostopniowym tulei końcowej 11 względem obudowy 03. Prowadnik 12 przewodów zasilających w tulei końcowej 11 umożliwia doszczelnienie wnętrza modułu skrętu kończyny dolnej.

Konstrukcja modułu skrętu umożliwia przeniesienie złożonego obciążenia wynikającego z charakteru pracy robota ortotycznego za pomocą układu łożyskowania opartego na dwóch igiełkowych łożyskach wzdłużnych 05, 06 i umieszczonego centralnie igiełkowego łożyska poprzecznego 07. Obudowa 03 stanowi jednocześnie łącznik łączący moduł skrętu kończyny dolnej z modułem stawu kolanowego i modułem stawu biodrowego robota ortotycznego.

Moduł skrętu kończyn dolnej według wynalazku stanowi aktywny moduł kinematyczny między węzłem biodra a węzłem kończyny dolnej robota ortotycznego, przenosząc obciążenia przez łożyskowaną obudowę 03 względem tulei wewnętrznej 02 z jednostką napędową 01, zapewniającą wspomaganie skrętu. Zakres kątowy skrętu wynosi około 30° i jest jednoznacznie ustalony przez kołki 08 umieszczone w obudowie 03 współpracujące z tuleją końcową 11 przez umieszczenie końcówek kołków 08 w gniazdach 09. Może być wykorzystany w robocie ortotycznym sterowanym przez komputer. Praca modułu skrętu kończyny dolnej polega na wykonaniu ruchu obrotowego obudowy 03 stanowiącej część napędzaną modułu. Podstawę do osadzenia w module stawu biodrowego robota ortotycznego stanowi tuleja końcowa 11 połączona z jednostką napędową 01 poprzez tuleję wewnętrzną 02. W zaproponowanym rozwiązaniu jednostkę napędową 01 zintegrowano z elektronicznym systemem określającym położenie pracy jednostki napędowej 01 poprzez sprzężenie zwrotne z czujnikiem 10.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Moduł skrętu kończyny dolnej w robocie ortotycznym, złożony z obudowy zakończonej zakończeniem kształtowym po stronie dystalnej, tulei wewnętrznej ułożyskowanej współosiowo w obudowie wraz z elementem wyjściowym zakończonym zaciskiem montażowym po stronie proksymalnej, ogranicznika obrotu w postaci kołka zamocowanego promieniowo w obudowie, i elektrycznej jednostki napędowej, znamienny tym, że elektryczna jednostka napędowa (01) jest zamocowana w tulei wewnętrznej (02), a element wyjściowy stanowi tuleja końcowa (11) z prowadnikiem (12) i rowkowym gniazdem oporowym (09) na kołek (08) ogranicznika obrotu, przy czym gniazdo oporowe (09) jest zaopatrzone w czujnik (10) krańcowego położenia kołka (08).
2. 2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnik (10) wchodzi w skład systemu określającego zakres pracy kątowej jednostki napędowej (01), przy czym przewody zasilające jednostki napędowej (01) i czujnika (10) są umieszczone w prowadniku (12).
3. 3. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że zakres ruchu kołka (08) ogranicznika obrotu w gnieździe oporowym (09) jest ograniczony mechanicznie.
4. 4. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja wewnętrzna (02) wraz z tuleją końcową (11) jest ułożyskowana w obudowie (03) za pomocą łożysk wzdłużnych igiełkowych (05, 06), dolnego i górnego, oraz łożyska igiełkowego poprzecznego (07) o działaniu promieniowym.