RU143189U1

RU143189U1 - EXCOSCELETON ANKLE STEER Joint

Info

Publication number: RU143189U1
Application number: RU2013146833/14U
Authority: RU
Inventors: Елена Валентиновна Письменная; Андрей Викторович Кузмичев; Андрей Викторович Иванов; Екатерина Сергеевна Березий
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Экзороботикс"
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-07-20

Abstract

Голеностопное шарниное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, отличающееся тем, что в него введены палец и смонтированная на стопе опорная стойка, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин, а шарнирный узел выполнен сферическим и включает бочкообразную головку со сферической поверхностью и отверстием по оси головки под размещение пальца, корпус, соединенный с голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью головки и корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса, причем шаровой узел смонтирован на опорной стойке посредством соединения палец-проушины, головка жестко смонтирована на пальце, палец жестко смонтирован в проушинах, а оси проушин, пальца и головки совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.An ankle articulation of the ankle and foot of an exoskeleton containing a hinge assembly configured to provide relative rotation of the foot and ankle of an exoskeleton around three coordinate axes, characterized in that a finger is inserted into it and a support leg mounted on the foot, the upper part of which is made in the form two eyes, and the hinge unit is made spherical and includes a barrel-shaped head with a spherical surface and a hole along the axis of the head for placing a finger, a housing connected to with a tibial link, and installed between the spherical surface of the head and the body with the possibility of rotation around three coordinate axes on the spherical surface of the head, a ball belt is rigidly mounted on the inner surface of the body, and the ball unit is mounted on a support column by connecting a finger-eye, the head is rigidly mounted on finger, the finger is rigidly mounted in the eyes, and the axis of the eyes, finger and head coincide with the transverse axis of the human ankle joint.

Description

Полезная модель относится к области медицины и протезирования, а именно к травматологии и ортопедии, а также может быть использована в качестве голеностопных сочленений экзоскелетонов, используемых в туризме, спорте и при проведении спасательных и армейских операций.The utility model relates to the field of medicine and prosthetics, namely to traumatology and orthopedics, and can also be used as ankle joints of exoskeletons used in tourism, sports and during rescue and army operations.

Известны голеностопные сочленения экзоскелетонов, содержащие шарнирные узлы, обеспечивающие относительное вращение стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг двух осей координат (фиг. 18 и 19 в патенте США №8057410, опубл. 15.11.2011).Known ankle joints of exoskeleton containing hinge nodes, providing relative rotation of the foot and ankle link of the exoskeleton around two coordinate axes (Fig. 18 and 19 in US patent No. 8057410, publ. 15.11.2011).

Отсутствие возможности вращения вокруг третьей оси координат отрицательно сказывается на эргономических характеристиках экзоскелетона.The inability to rotate around the third coordinate axis negatively affects the ergonomic characteristics of exoskeleton.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является голеностопное шарнирное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат (патент РФ №2362598 опубл. 27.07.2009).Closest to the proposed invention is the ankle articulation of the ankle and foot of the exoskeleton containing a hinge made with the possibility of relative rotation of the foot and the tibia of the exoskeleton around three coordinate axes (RF patent No. 2362598 publ. July 27, 2009).

Данное сочленение включает шарнирный узел, содержащий три кинематические цилиндрические пары, что обуславливает большой вес и габаритные размеры сочленения и также ухудшает эргономические характеристики экзоскелетона в целом.This joint includes a hinge assembly containing three kinematic cylindrical pairs, which determines the large weight and overall dimensions of the joint and also degrades the ergonomic characteristics of exoskeleton as a whole.

Техническим результатом на достижение которого нправлено предлагаемое изобретение является улучшение эргономических характеристик экзоскелетона.The technical result to which the present invention is directed is to improve the ergonomic characteristics of exoskeleton.

Для достижения указанной цели в известное голеностопное шарнирное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, введены палец и смонтированная на стопе опорная стойка, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин, а шарнирный узел выполнен сферическим и включает бочкообразную головку со сферической поверхностью и отверстием по оси головки под размещение пальца, корпус, соединенный с голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью головки и корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса, причем шаровой узел смонтирован на опорной стойке посредством соединения палец - проушины, головка жестко смонтирована на пальце, палец жестко смонтирован в проушинах, а оси проушин, пальца и головки совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.To achieve this goal, in the well-known ankle articulation of the ankle and foot of the exoskeleton containing a hinge assembly configured to provide relative rotation of the foot and ankle of the exoskeleton around the three coordinate axes, a finger and a support leg mounted on the foot are introduced, the upper part of which is made in the form two eyes, and the hinge unit is made spherical and includes a barrel-shaped head with a spherical surface and a hole along the axis of the head for placing a finger, the housing connected to the tibial link and installed between the spherical surface of the head and the body with the possibility of rotation around three coordinate axes on the spherical surface of the head, a ball girdle is rigidly mounted on the inner surface of the body, and the ball assembly is mounted on a support post by connecting a finger - eyelet, head it is rigidly mounted on the finger, the finger is rigidly mounted in the eyes, and the axis of the eyes, finger and head coincide with the transverse axis of the human ankle joint.

На фиг. 1 приведен общий вид голеностопного шарнирного сочленения экзоскелетона, а на фиг. 2 показаны конструктивные особенности шарнирного узла.In FIG. 1 shows a general view of the ankle articulation of exoskeleton, and in FIG. 2 shows the design features of the hinge assembly.

На фиг. 1 и 2 обозначены: 1 - голенное звено; 2 - стопа; 3 - шарнирный узел; 4 - палец; 5 - опорная стойка; 6 и 7 - первая и вторая проушины; 8 - бочкообразная головка со сферической поверхностью; 9 - отверстие под размещение пальца 4; 10 - ось головки 8; 11 - корпус; 12 - шаровой пояс; 13 и 14 - оси проушин 6 и 7 соответственно; 15 - ось пальца.In FIG. 1 and 2 are designated: 1 - ankle link; 2 - foot; 3 - hinge assembly; 4 - finger; 5 - support stand; 6 and 7 - the first and second eyes; 8 - barrel-shaped head with a spherical surface; 9 - hole for the placement of the finger 4; 10 - axis of the head 8; 11 - case; 12 - ball belt; 13 and 14 - axis of the eyes 6 and 7, respectively; 15 - axis of the finger.

Голеностопное шарнирное сочленение голенного звена 1 и стопы 2 экзоскелетона, содержит шарнирный узел 3, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы 2 и голенного звена 1 экзоскелетона вокруг трех осей координат. Кроме того, оно содержит палец 4 и смонтированную на стопе 2 опорную стойку 5, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин 6 и 7, а шарнирный узел 3 выполнен сферическим и включает бочкообразную головку 8 со сферической поверхностью и отверстием 9 по оси 10 головки 8 под размещение пальца 4, корпус 11, соединенный с голенным звеном 1, и, установленный между сферической поверхностью головки 8 и корпусом 11 с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки 8 шаровой пояс 12, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса 11. Причем шаровой узел 3 смонтирован на опорной стойке 5 посредством соединения палец 4 - проушины 6 и 7, головка 8 жестко смонтирована на пальце 4, палец 4 жестко смонтирован в проушинах 6 и 7, а оси 13 и 14, 15 и 10 проушин 6 и 7, пальца 4 и, соответственно, головки 8, совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.The ankle articulation of the ankle link 1 and the foot 2 of the exoskeleton, contains a hinge unit 3 configured to provide relative rotation of the foot 2 and the ankle link 1 of the exoskeleton around the three coordinate axes. In addition, it contains a finger 4 and a support post 5 mounted on the foot 2, the upper part of which is made in the form of two eyes 6 and 7, and the hinge unit 3 is made spherical and includes a barrel-shaped head 8 with a spherical surface and a hole 9 along the axis 10 of the head 8 for placing the finger 4, the housing 11, connected to the tibia 1, and installed between the spherical surface of the head 8 and the housing 11 can rotate around three coordinate axes on the spherical surface of the head 8 ball belt 12, rigidly mounted on the inner the surface of the housing 11. Moreover, the ball assembly 3 is mounted on the support post 5 by connecting the finger 4 - the eyes 6 and 7, the head 8 is rigidly mounted on the finger 4, the finger 4 is rigidly mounted in the eyes 6 and 7, and the axes 13 and 14, 15 and 10 eyes 6 and 7, finger 4 and, respectively, head 8, coincide with the transverse axis of the ankle joint of a person.

В процессе работы голеностопное шарнирное сочленение экзоскелетона ножных конечностей должно обеспечивать возможность копирования звеньями экзоскелетона движений в голеностопном суставе человека - пользователя, то есть в данном случае возможность относительного вращения стопы 2 и голенного звена 1 вокруг трех осей координат. Для этого ступня человека с помощью элементов крепления (на фиг. 1 и 2 не показаны) жестко фиксируется относительно стопы 2, а голень человека с помощью элементов крепления (на фиг. 1 и 2 также не показаны) жестко фиксируется относительно голенного звена 1 экзоскелетона.During operation, the ankle articulation of the exoskeleton of the leg extremities should provide the ability to copy the movements of the exoskeleton in the ankle joint of the human user, that is, in this case, the relative rotation of the foot 2 and the tibial link 1 around three coordinate axes. For this, a person’s foot with the help of fastening elements (not shown in FIGS. 1 and 2) is rigidly fixed relative to the foot 2, and a person’s foot with the help of fastening elements (also not shown in FIGS. 1 and 2) is rigidly fixed relative to the exoskeleton of the tibia 1.

В результате этого, а также благодаря выполнению шарнирного узла 3 сферическим, обеспечивается возможность вращения сферических поверхностей головки 8 и шарового пояса 12 относительно друг друга, то есть вокруг вертикальной оси в поперечной плоскости, вокруг сагиттальной оси во фронтальной плоскости и вокруг поперечной оси в сагиттальной плоскости голеностопного сустава человека при одновременном обеспечении малых габаритов и массы, а также компактности соединения, что и отличает его от известных.As a result of this, and also due to making the hinge assembly 3 spherical, it is possible to rotate the spherical surfaces of the head 8 and the ball belt 12 relative to each other, that is, around the vertical axis in the transverse plane, around the sagittal axis in the frontal plane and around the transverse axis in the sagittal plane human ankle joint while providing small size and weight, as well as compactness of the connection, which distinguishes it from the known.

Тем самым достигается заявленный технический результат - улучшение эргономических характеристик экзоскелетона по сравнению с прототипом.Thereby, the claimed technical result is achieved - improved ergonomic characteristics of exoskeleton in comparison with the prototype.

Проведенные авторами патентные исследования показали, что аналогов приведенным существенным отличиям нет.Patent studies conducted by the authors showed that there are no analogues to the significant differences.

Claims

An ankle articulation of the ankle and foot of an exoskeleton containing a hinge assembly configured to provide relative rotation of the foot and ankle of an exoskeleton around three coordinate axes, characterized in that a finger is inserted into it and a support leg mounted on the foot, the upper part of which is made in the form two eyes, and the hinge unit is made spherical and includes a barrel-shaped head with a spherical surface and a hole along the axis of the head for placement of the finger, a housing connected to with a tibial link, and installed between the spherical surface of the head and the body with the possibility of rotation around three coordinate axes on the spherical surface of the head, a ball belt is rigidly mounted on the inner surface of the body, and the ball unit is mounted on a support column by connecting a finger-eye, the head is rigidly mounted on finger, the finger is rigidly mounted in the eyes, and the axis of the eyes, finger and head coincide with the transverse axis of the human ankle joint.