RU206503U1

RU206503U1 - Passive exoskeleton for back and arm support

Info

Publication number: RU206503U1
Application number: RU2021109967U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Ложкин; Данила Федорович Целиканов; Никита Евгеньевич Давыдов; Петр Викторович Трегубов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ")
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2021-09-14

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенным для усиления физических возможностей человека, а также повышения безопасности при работе в условиях тяжелого физического труда. Сущность: пассивный экзоскелет содержит направляющие регулировочные стропы, тяги и эластомеры. Направляющие регулировочные стропы закреплены на набедренном поясе. Тяги шарнирно соединены с набедренным поясом с одной стороны и через коромысла с рычагами с другой стороны. Эластомеры соединены с коромыслами с одной стороны и с тягами с другой. Рычаги закреплены на подплечевых манжетах. Экзоскелет снабжен жилетом с поддерживающим элементом в области спины, включающим грудной пояс. Направляющие регулировочные стропы соединены с набедренным поясом через шарниры тяг, а их свободные концы закреплены на жилете, выполненном из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Поддерживающий элемент жилета выполнен в виде упругой пластины с U-образным изгибом, размещенной в области поясничного отдела спины. Подплечевые манжеты выполнены с демпфирующими вставками из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Эластомеры выполнены наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку. Технический результат - обеспечение одновременной поддержки рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку, плечевого пояса и разгрузки поясничной области спины человека при выполнении работ, что приводит к улучшению эксплуатационных свойств экзоскелета. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to devices that facilitate the movement of goods and are designed to enhance the physical capabilities of a person, as well as improve safety when working in conditions of heavy physical labor. Essence: passive exoskeleton contains guiding straps, rods and elastomers. The guide straps are attached to the hip belt. The rods are pivotally connected to the hip belt on one side and through rocker arms with levers on the other side. The elastomers are connected to the rocker arms on one side and the rods on the other. The levers are attached to the shoulder cuffs. The exoskeleton is equipped with a vest with a back support element including a chest belt. The guide adjusting slings are connected to the hip belt through the hinges of the rods, and their free ends are fixed on a vest made of a moisture-breathable material with hypoallergenic properties. The supporting element of the vest is made in the form of an elastic plate with a U-shaped bend, located in the lumbar region of the back. Shoulder cuffs are made with damping inserts made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties. Elastomers are made type-setting with the ability to adjust the support force for each hand. EFFECT: provision of simultaneous hand support with adjustment of the support force on each arm, shoulder girdle and unloading of the lumbar region of the human back during work, which leads to an improvement in the operational properties of the exoskeleton. 3 C.p. f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенным для усиления физических возможностей человека, а также повышения безопасности при работе в условиях тяжелого физического труда. Пассивный экзоскелет для поддержки спины и рук может быть использован в автомобильной и тяжелой промышленностях, в машиностроении, при выполнении складских и строительных работ, при оказании сервисных услуг и прочее. В частности, при удержании рук с ручным инструментом или предметами в поднятом состоянии продолжительное время, для уменьшения нагрузки на мышцы рук и плечевого пояса при работе с грузом, который необходимо поднимать выше пояса, а также для оказания профилактического воздействия на позвоночник человека.The utility model relates to devices that facilitate the movement of goods and are designed to enhance the physical capabilities of a person, as well as to improve safety when working in conditions of heavy physical labor. The passive exoskeleton to support the back and arms can be used in the automotive and heavy industries, in mechanical engineering, during warehouse and construction work, in the provision of services, etc. In particular, when holding hands with a hand tool or objects in a raised state for a long time, to reduce the load on the muscles of the arms and shoulder girdle when working with a load that must be lifted above the waist, as well as to provide a preventive effect on the human spine.

Известен пассивный экзоскелет, включающий корсет, соединяющий грудную и поясничную опоры, опору для бедер, опорную пластину в области позвоночника, расположенную между грудной и поясничной опорами, нагрудные регулирующие стропы, эластомеры, соединенные с опорой для бедер, между эластомерами и нагрудными регулирующими стропами установлены стропы, один конец каждой из которых жестко закреплен с опорной пластиной, а другой конец через блок соединен с нагрудными регулирующими стропами, также установлены наплечные и нагрудные размерные регуляторы, а с внутренней стороны корсета в области опорной пластины установлены подушки из мягкого перфорированного материала, кроме того, опорная пластина выполнена перфорированной с U-образным изгибом в области поясничной опоры (см. пат. РФ №198841, А61Н 3/00, A61F 5/03).A passive exoskeleton is known, including a corset connecting the chest and lumbar supports, a support for the thighs, a support plate in the region of the spine located between the chest and lumbar supports, chest control straps, elastomers connected to the thigh support, straps are installed between the elastomers and the chest control straps , one end of each of which is rigidly fixed to the base plate, and the other end through the block is connected to the chest adjusting straps, shoulder and chest size adjusters are also installed, and cushions made of soft perforated material are installed on the inner side of the corset in the area of the base plate, in addition, the support plate is made perforated with a U-shaped bend in the area of the lumbar support (see RF Pat. No. 198841, A61H 3/00, A61F 5/03).

Недостатком данного экзоскелета является его невысокие эксплуатационные свойства в виду невозможности обеспечить одновременную разгрузку спины и поддержку рук при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.The disadvantage of this exoskeleton is its low operational properties in view of the impossibility of providing simultaneous unloading of the back and support of the hands when working with raised arms and / or when lifting the load above the waist.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство для поддержки рук, содержащее направляющие регулировочные стропы, закрепленные на набедренном поясе, тяги, шарнирно соединенные набедренным поясом с одной стороны и через коромысла с рычагами с другой стороны, эластомеры, соединенные с коромыслами с одной стороны и с тягами с другой, причем рычаги закреплены на подплечевых манжетах (см. заявка Германии DE 102017112436, А61Н 1/02, A61F 5/02).The closest analogue to the claimed utility model is a device for supporting arms, containing guide adjusting slings fixed on the hip belt, rods pivotally connected by a hip belt on one side and through rocker arms with levers on the other side, elastomers connected to the rocker arms on one side and with rods on the other, and the levers are fixed on the shoulder cuffs (see German application DE 102017112436, A61H 1/02, A61F 5/02).

Недостатком данного экзоскелета является его невысокие эксплуатационные свойства в виду невозможности обеспечить одновременную поддержку рук и разгрузку спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса с регулировкой усилия поддержки на каждую руку. Кроме того, известный экзоскелет обусловлен недостаточным позиционированием на теле человека, что приводит к его перемещению по телу человека и, как следствие, ограничению движений рук в наивысшую точку при их поднятии вверх и в крайние точки при разведении рук в стороны.The disadvantage of this exoskeleton is its low operational properties due to the impossibility of providing simultaneous support for the arms and unloading the back when working with raised arms and / or when lifting a load above the waist with adjustable support force on each arm. In addition, the well-known exoskeleton is caused by insufficient positioning on the human body, which leads to its movement along the human body and, as a result, restricts the movements of the arms to the highest point when they are raised up and to extreme points when the arms are extended to the sides.

Техническая проблема известных технических устройств заключается в невысоких эксплуатационных свойствах, обусловленных невозможностью обеспечить одновременную поддержку рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку и разгрузку спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.The technical problem of the known technical devices consists in low operational properties due to the impossibility of providing simultaneous support of the hands with adjustment of the support force on each arm and unloading of the back when working with raised arms and / or when lifting the load above the waist.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что пассивный экзоскелет содержит направляющие регулировочные стропы, тяги и эластомеры. Направляющие регулировочные стропы закреплены на набедренном поясе. Тяги шарнирно соединены с набедренным поясом с одной стороны и через коромысла с рычагами с другой стороны. Эластомеры соединены с коромыслами с одной стороны и с тягами с другой. Рычаги закреплены на подплечевых манжетах. Экзоскелет снабжен жилетом с поддерживающим элементом в области спины, включающим грудной пояс. Направляющие регулировочные стропы соединены с набедренным поясом через шарниры тяг, а их свободные концы закреплены на жилете, выполненном из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Поддерживающий элемент жилета выполнен в виде упругой пластины с U-образным изгибом, размещенной в области поясничного отдела спины. Подплечевые манжеты выполнены с демпфирующими вставками из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Эластомеры выполнены наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку.The essence of the claimed utility model lies in the fact that the passive exoskeleton contains guide adjusting straps, rods and elastomers. The guide straps are attached to the hip belt. The rods are pivotally connected to the hip belt on one side and through rocker arms with levers on the other side. The elastomers are connected to the rocker arms on one side and the rods on the other. The levers are attached to the shoulder cuffs. The exoskeleton is equipped with a vest with a back support element including a chest belt. The guide adjusting slings are connected to the hip belt through the hinges of the rods, and their free ends are fixed on a vest made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties. The supporting element of the vest is made in the form of an elastic plate with a U-shaped bend, located in the lumbar region of the back. Shoulder cuffs are made with damping inserts made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties. Elastomers are made type-setting with the ability to adjust the support force for each hand.

Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в обеспечении одновременной поддержки рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку, плечевого пояса и разгрузки поясничной области спины человека при выполнении работ, связанных с удержанием рук выше груди с/без груза продолжительное время и/или поднятием/опусканием груза (с поднятием его выше груди) в рамках его трудовых обязанностей, что приводит к улучшению эксплуатационных свойств экзоскелета.The technical result achieved by the claimed utility model is to provide simultaneous support of the arms with adjustment of the support force on each arm, shoulder girdle and unloading of the lumbar region of the human back when performing work related to holding hands above the chest with / without load for a long time and / or lifting / lowering the load (raising it above the chest) as part of his job, which leads to an improvement in the operational properties of the exoskeleton.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 схематично изображен пассивный экзоскелет, вид сзади;in fig. 1 schematically shows a passive exoskeleton, rear view;

на фиг. 2 - вид сбоку;in fig. 2 is a side view;

на фиг. 3 - вид спереди.in fig. 3 is a front view.

Пассивный экзоскелет для поддержки рук и спины содержит направляющие регулировочные стропы 1, тяги 2 и эластомеры 3. Направляющие регулировочные стропы 1 закреплены на набедренном поясе 4. Тяги 2 направлены в сторону плеч, шарнирно соединены с набедренным поясом 4 с одной стороны и через коромысла 5 с рычагами 6 с другой стороны. Эластомеры 3 соединены с коромыслами 5 с одной стороны и с тягами 2 с другой. Рычаги 6 закреплены на подплечевых манжетах 7 посредством подшипников (на фиг. не показаны). Экзоскелет снабжен жилетом 8 с упругой пластиной 9 в поясничной области спины, включающим грудной пояс 10. Направляющие регулировочные стропы 1 соединены с набедренным поясом 4 через шарниры 11 тяг 2, а их свободные концы закреплены в грудном отделе на жилете 8, выполненном из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами, посредством застежки 12. Набедренный пояс 4 снабжен брюшной подушкой 13 и выполнен с возможностью регулировки объема посредством застежек 14. Упругая пластина 9 в области поясничного отдела спины выполнена с U-образным изгибом (на фиг. не показан). Подплечевые манжеты 7 выполнены с возможностью регулировки объема руки посредством регулировочных строп (на фиг. не показаны) и с демпфирующими вставками (на фиг. не показаны) из влаговоздухопроницаемого материала с гипоаллергенными свойствами. Эластомеры 3 выполнены наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку от 2 до 8 кг. Такое конструктивное выполнение заявляемой полезной модели позволяет одновременно обеспечить поддержку рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку, плечевого пояса и разгрузку поясничной области спины человека при выполнении работ, связанных с удержанием рук выше груди продолжительное время с грузом или без и/или поднятием/опусканием груза (с поднятием его выше груди).The passive exoskeleton for supporting the arms and back contains guide adjusting straps 1, rods 2 and elastomers 3. Guide adjusting straps 1 are fixed on the hip belt 4. The rods 2 are directed towards the shoulders, pivotally connected to the hip belt 4 on one side and through the rocker arms 5 with levers 6 on the other side. Elastomers 3 are connected with rocker arms 5 on one side and with rods 2 on the other. The levers 6 are fixed on the shoulder cuffs 7 by means of bearings (not shown in the figure). The exoskeleton is equipped with a vest 8 with an elastic plate 9 in the lumbar region of the back, including a chest belt 10. The guide adjusting straps 1 are connected to the hip belt 4 through the hinges 11 of the rods 2, and their free ends are fixed in the chest region on the vest 8 made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties, by means of fasteners 12. The hip belt 4 is provided with an abdominal cushion 13 and is made with the possibility of adjusting the volume by means of fasteners 14. The elastic plate 9 in the lumbar region of the back is made with a U-shaped bend (not shown). The shoulder cuffs 7 are made with the possibility of adjusting the volume of the hand by means of adjusting straps (not shown in the figure) and with damping inserts (not shown in the figure) made of a moisture-breathable material with hypoallergenic properties. Elastomers 3 are made in-line with the ability to adjust the support force for each hand from 2 to 8 kg. Such a constructive implementation of the claimed utility model makes it possible to simultaneously provide support for the arms with adjusting the support force on each arm, shoulder girdle and unloading the lumbar region of the human back when performing work related to holding hands above the chest for a long time with or without a load and / or raising / lowering the load (with raising it above the chest).

Пассивный экзоскелет для поддержки рук и спины работает следующим образом.The passive exoskeleton to support the arms and back works as follows.

При возникновении нагрузки на руки человека происходит приложение вертикально направленной силы в плечевую область руки за счет использования коромысел 5. С одной стороны коромысла 5 соединены с рычагами 6, закрепленными в плечевой зоне человека на подплечевых манжетах 7 посредством подшипников. С другой стороны коромысла 5 закреплены с тягами 2 и эластомерами 3, которые с другой стороны соединены с тягами 2. Коромысла 5 расположены в лопаточной зоне человека посредством тяг 2, направленных в сторону плеч и соединенных с набедренным поясом 4 экзоскелета посредством шарниров 11, обеспечивающих свободу перемещения тяг 2 для комфортного движения экзоскелета. Эластомеры 3 находятся в предварительно напряженном (натянутом) состоянии, что позволяет обеспечить подъемную силу рукам через коромысла 5. При опускании руки происходит изменение приложения точки возвращающей силы, обеспечивающее уменьшение подъемной силы на плечевую зону человека, что позволяет комфортно работать с опущенной вниз рукой. Усилие на коромысло 5 можно регулировать за счет эластомеров 3, выполненных наборными с возможностью регулировки усилия поддержки на каждую руку. Набор из нескольких эластомеров может обеспечить регулировку усилий от 2 до 4 кг каждый, тем самым можно выполнить составной эластомер 3 с усилием от 2 до 8 и более кг на каждую руку. Жилет 8 служит внешней усиливающей конструкцией для естественного мышечного каркаса человека. Он позволяет эффективно закрепить экзоскелет на теле человека, обеспечивая при этом свободу движению рук. При работе с поднятыми руками, нагруженными инструментом, давление, создающее изгибающий момент на позвоночник человека, компенсируется за счет упругой пластины 9 с U-образным изгибом в области поясницы, тем самым повышая безопасность работы человека.When a load on a person's hands occurs, a vertically directed force is applied to the shoulder area of the arm due to the use of rocker arms 5. On one side, the rocker arms 5 are connected to levers 6 fixed in the shoulder area of a person on the shoulder cuffs 7 by means of bearings. On the other hand, the rocker arms 5 are fixed with rods 2 and elastomers 3, which, on the other hand, are connected to the rods 2. Rocker arms 5 are located in the scapular zone of a person by means of rods 2 directed towards the shoulders and connected to the hip belt 4 of the exoskeleton by means of hinges 11, providing freedom movement of rods 2 for comfortable movement of the exoskeleton. Elastomers 3 are in a pre-stressed (stretched) state, which allows to provide lifting force to the arms through the rocker arms 5. When lowering the arm, the application of the point of restoring force changes, which reduces the lifting force on the shoulder area of the person, which makes it possible to work comfortably with the arm lowered down. The force on the rocker arm 5 can be adjusted by means of the elastomers 3, made type-setting with the possibility of adjusting the support force on each hand. A set of several elastomers can provide adjustment of forces from 2 to 4 kg each, thus it is possible to make composite elastomer 3 with a force from 2 to 8 kg or more per hand. The vest 8 serves as an external reinforcing structure for the natural muscle frame of a person. It allows you to effectively attach the exoskeleton to the human body, while providing freedom of hand movement. When working with raised arms, loaded with a tool, the pressure that creates a bending moment on the human spine is compensated by an elastic plate 9 with a U-shaped bend in the lumbar region, thereby increasing the safety of a person's work.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить эксплуатационные свойства пассивного экзоскелета за счет одновременного обеспечения поддержки рук с регулировкой усилия поддержки на каждую руку и разгрузки спины при работе с поднятыми руками и/или при поднятии груза выше пояса.Thus, the claimed utility model makes it possible to increase the operational properties of a passive exoskeleton by simultaneously providing support for the arms with adjusting the support force on each arm and unloading the back when working with raised arms and / or when lifting the load above the waist.

Claims

1. Passive exoskeleton containing guide adjusting slings fixed on the hip belt, rods pivotally connected to the hip belt on one side and through rocker arms with levers on the other side, elastomers connected to rocker arms on one side and with rods on the other, and the levers fixed on the shoulder cuffs, characterized in that the exoskeleton is equipped with a vest with a supporting element in the lumbar region of the back, and the vest includes a chest belt.

2. Passive exoskeleton according to claim 1, characterized in that the guide adjusting slings are connected to the hip belt through the hinges of the rods, and their free ends are fixed on a vest made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties.

3. Passive exoskeleton according to claim 1 or 2, characterized in that the supporting element of the vest is made in the form of an elastic plate with a U-shaped bend, placed in the lumbar region of the back.

4. Passive exoskeleton according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the shoulder cuffs are made with damping inserts made of moisture-breathable material with hypoallergenic properties.