RU134791U1

RU134791U1 - Mechatronic module of the knee joint for an exoskeleton of the lower limbs of a person

Info

Publication number: RU134791U1
Application number: RU2013131204/14U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Александр Николаевич Рукавицын; Илья Александрович Яковлев
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2013-11-27

Abstract

Мехатронный модуль коленного сустава для экзоскелета, включающий в себя основание, к нижней части которого присоединена с образованием вращательной кинематической пары поворотная пластина, отличающийся тем, что к верхней части основания присоединен при помощи сферического шарнира привод поступательного движения, выходной вал которого соединен с поворотной пластиной при помощи сферического шарнира.Mechatronic module of the knee joint for an exoskeleton, including a base, a rotary plate connected to the lower part of the knot with the formation of a rotational kinematic pair, characterized in that a translational motion drive is connected to the upper part of the base, the output shaft of which is connected to the rotary plate when help of the spherical hinge.

Description

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для усиления мышечной силы человека за счет дополнительного внешнего каркаса. Мехатронный модуль повторяет биомеханику коленного сустава человека и применяется для осуществления и пропорционального увеличения выходного усилия в суставе при движении. Данный модуль может использоваться как интегрированным в систему (например, в скафандр, экзоскелет), так и как отдельная единица.The invention relates to devices designed to enhance human muscle strength due to an additional external frame. The mechatronic module repeats the biomechanics of the human knee joint and is used to implement and proportionally increase the output force in the joint during movement. This module can be used as integrated into the system (for example, in a spacesuit, exoskeleton), or as a separate unit.

Известен полицентрический бесшарнирный коленный модуль для ортезов и протезов (см. патент на изобретение №2087138, A61F 2/64, 1997), содержащий головки шин бедра и голени, которые жестко связаны между собой с одной стороны эластичным ограничителем, а с другой стороны - упругим элементом, на котором неподвижно установлены съемные упоры-ограничители, количество которых зависит от габаритов и степени поражения коленного сустава.Known polycentric hinge-free knee module for orthoses and prostheses (see patent for the invention No. 2087138, A61F 2/64, 1997), containing the tire head of the thigh and lower leg, which are rigidly connected to each other on one side by an elastic limiter, and on the other hand, by an elastic limiter an element on which removable stops stops are fixed, the amount of which depends on the size and degree of damage to the knee joint.

Недостатком данной конструкции является невозможность увеличения мышечной силы человека.The disadvantage of this design is the inability to increase muscle strength.

Наиболее близким, по общей совокупности признаков, к заявляемому модулю является костюм для увеличения человеческой силы (см. Интернет http:/wisecomp.ru/news, публикация от 11.05.2010), содержащее внешний каркас, изготовленный из металла и пластика, и приводимый в действие с помощью восьми электроприводов шарниров в суставах верхних и нижних конечностей.The closest, in terms of the totality of features, to the claimed module is a suit for increasing human strength (see Internet http: /wisecomp.ru/news, publication of 05/11/2010), containing an external frame made of metal and plastic, and given in action with eight electric hinges in the joints of the upper and lower extremities.

Недостатком данного костюма для увеличения человеческой силы являются невысокая грузоподъемность из-за недостаточной жесткости устройства и большое потребление энергии электроприводами вращательного движения шарниров в коленях из-за того, что центр масс конструкции расположен далеко от центра вращения шарнира.The disadvantage of this suit for increasing human strength is the low carrying capacity due to insufficient rigidity of the device and the high energy consumption of the electric drives of the rotational movement of the joints in the knees due to the fact that the center of mass of the structure is located far from the center of rotation of the joint.

Задачей полезной модели является повышение грузоподъемности устройства и снижение энергопотребления приводами шарниров в коленном суставе при движении.The objective of the utility model is to increase the carrying capacity of the device and reduce the energy consumption of the drive joints in the knee joint when moving.

Технический результат достигается путем применения в конструкции устройства мехатронного модуля коленного сустава с приводом поступательного движения, работающего параллельно с коленным суставом человека.The technical result is achieved by using the design of the device mechatronic module of the knee joint with a translational drive that works in parallel with the human knee joint.

Схема мехатронного модуля коленного сустава для экзоскелета нижних конечностей человека показана на рис. 1.The scheme of the mechatronic module of the knee joint for an exoskeleton of the lower extremities of a person is shown in Fig. one.

Мехатронный модуль включает в себя основание 1, которое при помощи гибких эластичных ремней 2 крепится к бедру человека. К нижней части основания 1 присоединена с образованием вращательной кинематической пары поворотная пластина 3, которая с помощью гибких эластичных ремней 2 также крепится к голени ноги человека. В верхней части основания 1 при помощи сферического шарнира присоединен привод поступательного движения 4, выходной вал которого соединен с поворотной пластиной 3 также при помощи сферического шарнира. В нижней части бедра человека, спереди, в районе медиальной широкой мышцы, крепится датчик 5 биологического сигнала, соединенный с системой компьютерного управления (на рисунке не представлена) по каналам радиосвязи.The mechatronic module includes a base 1, which is attached to the human thigh using flexible elastic straps 2. A rotary plate 3 is attached to the lower part of the base 1 with the formation of a rotational kinematic pair, which is also attached to the lower leg of a person using flexible elastic belts 2. In the upper part of the base 1, by means of a spherical hinge, a translational motion drive 4 is connected, the output shaft of which is connected to the rotary plate 3 also by means of a spherical hinge. In the lower part of the human thigh, in front, in the region of the medial broad muscle, a biological signal sensor 5 is attached, connected to a computer control system (not shown in the figure) via radio channels.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

При попытке человека совершить движение нижней конечностью, от датчика 5 поступает сигнал в систему компьютерного управления, которая в соответствии с заданной программой управления, подает питающее напряжение на привод поступательного движения 4, пропорциональное величине требуемого выходного усилия коленного модуля. Выходной вал привода поступательного движения 4 совершает поступательное перемещение в необходимом направлении, приводя в движение поворотную пластину 3, которая также совершает угловое перемещение вместе с голенью ноги человека. Затем в соответствии с программой управления выходной вал привода поступательного движения 4 движется в обратном направлении и поворотная пластина вместе с голенью человека возвращается в исходное положение. Затем цикл повторяется.When a person tries to make a movement with his lower limb, a signal is sent from sensor 5 to a computer control system, which, in accordance with a given control program, supplies power to the translational motion drive 4, which is proportional to the value of the required output force of the knee module. The output shaft of the translational motion drive 4 performs translational movement in the necessary direction, driving the rotary plate 3, which also performs angular movement together with the lower leg of the human leg. Then, in accordance with the control program, the output shaft of the translational drive 4 moves in the opposite direction and the rotary plate together with the lower leg of the person returns to its original position. Then the cycle repeats.

Claims

Mechatronic module of the knee joint for an exoskeleton, including a base, a rotary plate connected to the lower part of the knot with the formation of a rotational kinematic pair, characterized in that a translational motion drive is connected to the upper part of the base, the output shaft of which is connected to the rotary plate when help of the spherical hinge.