RU210222U1

RU210222U1 - EXOSKELETON OF THE LOWER LIMB

Info

Publication number: RU210222U1
Application number: RU2021139202U
Authority: RU
Inventors: Никита Евгеньевич Давыдов; Дмитрий Владимирович Копылов; Петр Викторович Трегубов; Мария Федоровна Савчук; Богдан Вадимович Балашов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОРАЙЗ" (ООО "ЭКЗОРАЙЗ")
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-04-01

Abstract

Полезная модель относится к средствам передвижения и устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенных для увеличения физических возможностей человека и снижения утомляемости при выполнении различных видов работ, в частности для транспортировки тяжелых грузов. Полезная модель предназначена для ситуаций, когда человеку наряду с ходьбой требуется перемещение грузов при подъеме и спуске по наклонной поверхности вверх-вниз (например, по лестнице). Техническим результатом, на обеспечение которого направлено заявляемое техническое решение, является безопасное и комфортное использование экзоскелета на теле человека при перемещении грузов в условиях повышенной подвижности благодаря комфортной фиксации коленного сустава и максимальной разгрузке мышц голеней и бедер тела человека. Экзоскелет нижних конечностей, включающий каркасы голеней и бедер, при этом на каждой паре каркасов бедро-голень предусмотрены крепежные щитки, причем на бедрах по два крепежных щитка, при этом щитки выполнены в виде пространственных оболочек с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней, выполненных из неэластичного материала с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки, защитные полусферы коленных суставов, соединенные шарнирами с каркасом голени, пояс, по контуру которого пропущен ремень для закрепления его на теле человека, лямки для крепления на плечи человека, отличается тем, что на наружной поверхности защитной полусферы коленных суставов установлены эластомеры, верхняя и нижняя часть которых закреплены на нижних частях передних щитков бедер и верхних частях щитков голеней соответственно, на поясе в области поясницы установлены регулировочный узел и два эластомера, соединенные нижними краями с крепежными щитками, установленными на задних частях бедер, кроме того, каркас бедра соединен шарниром с защитной полусферой коленного сустава, на щитках голени и бедра дополнительно установлены ремни, выполненные из эластичного материала, а внутренняя часть щитков и защитной полусферы коленных суставов выполнена из амортизирующего материала.The utility model relates to vehicles and devices that facilitate the movement of goods and are designed to increase the physical capabilities of a person and reduce fatigue when performing various types of work, in particular for transporting heavy loads. The utility model is designed for situations where, along with walking, a person needs to move loads while climbing and descending an inclined surface up and down (for example, stairs). The technical result, to which the claimed technical solution is directed, is the safe and comfortable use of the exoskeleton on the human body when moving goods in conditions of increased mobility due to comfortable fixation of the knee joint and maximum unloading of the muscles of the legs and thighs of the human body. The exoskeleton of the lower extremities, including the skeletons of the legs and thighs, while on each pair of skeletons of the thigh-shin, fastening shields are provided, and there are two fastening shields on the thighs, while the shields are made in the form of spatial shells with rounded edges that fit the leg and have slots for pulling belts made of inelastic material with the possibility of linear elongation and having shock-absorbing pads, protective hemispheres of the knee joints hinged to the shin frame, a belt along the contour of which a belt is passed to fasten it to the human body, straps for fastening to the human shoulders, differs in that that elastomers are installed on the outer surface of the protective hemisphere of the knee joints, the upper and lower parts of which are fixed to the lower parts of the front thigh shields and the upper parts of the shin shields, respectively; attached to the back of the thighs, in addition, the thigh frame is hinged to the protective hemisphere of the knee joint, on the shields of the lower leg and thigh additionally installed belts made of elastic material, and the inner part of the shields and the protective hemisphere of the knee joints is made of shock-absorbing material.

Description

Полезная модель относится к средствам передвижения и устройствам, облегчающим перемещение грузов и предназначенных для увеличения физических возможностей человека и снижения утомляемости при выполнении различных видов работ, в частности для транспортировки тяжелых грузов.The utility model relates to vehicles and devices that facilitate the movement of goods and are designed to increase the physical capabilities of a person and reduce fatigue when performing various types of work, in particular for transporting heavy loads.

Полезная модель предназначена для ситуаций, когда человеку наряду с ходьбой требуется перемещение грузов при подъеме и спуске по наклонной поверхности вверх-вниз (например, по лестнице).The utility model is designed for situations where, along with walking, a person needs to move loads while climbing and descending an inclined surface up and down (for example, stairs).

Экзоскелет - это устройство предназначенное для уменьшения негативного воздействия физической нагрузки на опорно-двигательный аппарат посредством компенсации и перераспределения нагрузок.The exoskeleton is a device designed to reduce the negative impact of physical activity on the musculoskeletal system by compensating and redistributing loads.

Известен механический экзоскелет для нижних конечностей, содержащий поясничный узел крепления к телу человека, правый и левый бедренные узлы, правый и левый коленные узлы, правый и левый голенные узлы, правый и левый стопочные узлы, правый и левый несущие узлы, при этом правые бедренный, коленный, голенной и стопочный узлы соединены последовательно и также левые бедренный, коленный, голенной и стопочный узлы соединены последовательно, а правый несущий узел связывает правые бедренный и голенной узлы, левый несущий узел связывает левые бедренный и голенной узлы, поясничный узел крепления к телу человека выполнен в виде поясного ремня для крепления на талии человека, правый и левый бедренные узлы, каждый имеет бедренную балку и узел сиденья, бедренная балка имеет верхний конец для крепления к поясничному узлу крепления к телу человека посредством крепежных лент, при этом один конец упомянутой ленты крепится к поясному ремню, а другой к верхнему концу бедренной балки, и нижний конец для крепления - к коленному узлу, бедренная балка выполнена вдоль с четырьмя сторонами, на которых на каждой выполнены по продольному пазу, у которого такое поперечное сечение, что выходная часть выполнена суженной, а внутренняя часть расширенной, при этом первый паз расположен напротив второго, а третий напротив четвертого, причем первый паз расположен на стороне ближней к бедру, чем второй, четвертый паз расположен на стороне ближней к наружной боковой стороне бедра, чем третий, узел сиденья имеет посадочной элемент, бедренные ремни, соединенные с посадочным элементом, посадочный элемент имеет посадочную и крепежные планки, соединенные между собой, причем к свободной стороне крепежной планки присоединен сухарик для расположения в первом пазу бедренной балки для возможности скольжения посадочного элемента, правый и левый коленные узлы, каждый имеет ремни для крепления голени человека, верхнюю поперечную балку для крепления к нижнему концу бедренной балки, среднюю поперечную балку для крепления к голенному узлу, две рамы, расположенные в параллельных плоскостях, каждая рама состоит из двух стыкованных Г-образных пластин - первой и второй, каждая из Г-образных пластин имеет стыковочное длинное плечо и крепежное короткое плечо, причем стыковочные длинные плечи первой и второй Г-образных пластин концами соединены в середине рамы шарнирно, а крепежное плечо первой Г-образной пластины концом закреплено неподвижно к верхней поперечной балке, а крепежное плечо второй Г-образной пластины концом закреплено неподвижно к средней поперечной балке, ремни для крепления голени человека закреплены на длинных стыковочных плечах вторых Г-образных пластин, правый и левый голенные узлы, каждый имеет нижнюю поперечную балку для крепления к стопочному узлу и голенную балку, которая имеет верхний конец для крепления к средней поперечной балке и нижний конец для крепления к нижней поперечной балке, правый и левый стопочные узлы, каждый имеет прямоугольную пластинчатую раму, две треугольные пластинчатые рамки, два поддерживающих основания -правое и левое и ремни для крепления стопы, последние закреплены на обеих сторонах треугольных пластинчатых рамок, поддерживающие основания, каждое выполнено в виде крюкообразной пластины, которая имеет отогнутые борта с трех сторон крюковой части - для правого основания в одну сторону, а для левого в другую, и отогнутые треугольные борта на краях напротив друг друга вдоль продольной прямой части крюкообразной пластины, при этом основания треугольных бортов являются продолжением бортов крюковой части, а вершины расположены на конце продольной части пластины, крюковые части пластины поддерживающих оснований крепятся неподвижно на концах нижней поперечной балки, на коротких противоположных краях пластинчатой прямоугольной рамы поперек закреплены основания треугольных пластинчатых рамок, направленные вершинами в одну сторону, вершины треугольных пластинчатых рамок шарнирно соединены с концами продольных прямых частей крюкообразных пластин таким образом, что их борта расположены напротив друг друга, правый и левый несущие узлы, каждый имеет телескопический узел, шарнирный узел для соединения телескопического узла с голенной балкой голенного узла, и регулировочно шарнирный узел для соединения телескопического узла с бедренной балкой бедренного узла, телескопический узел выполнен в виде штока с поршнем и гильзы с полостью для размещения поршня, шток имеет нижний крепежный стержень, а гильза имеет верхний крепежный стержень, шарнирный узел для соединения телескопического узла с голенной балкой голенного узла имеет нижнюю ось под нижний крепежный стержень штока и П-образный кронштейн для нижней оси, в ножках которого выполнены отверстия для расположения нижнего крепежного стержня штока между ножками, нижняя ось проходит через отверстия в ножках с возможностью поворота крепежного стержня штока на нижней оси, перемычка П-образного кронштейна с наружной стороны неподвижно закреплена к голенной балке голенного узла, регулировочно-шарнирный узел для соединения телескопического узла с бедренной балкой бедренного узла имеет верхнюю ось, платформу с ушками под верхнюю ось, каретку, рельс, регулируемый тормоз, верхняя ось проходит через отверстия в ушках с возможностью поворота верхнего крепежного стержня гильзы на верхней оси, каретка выполнена в виде корпуса, имеющего продольный паз, рельс выполнен с выступом для размещения в продольном пазу каретки с возможностью перемещения каретки относительно рельса, рельс неподвижно закреплен во втором продольном пазу бедренной балки, регулируемый тормоз имеет станину, возвратно-пружинный узел и узел регулировки положения станины относительно бедренной балки, станина выполнена пластинчатой в виде планки с закрепленной на ней перпендикулярно ее плоскости полки, на планке над полкой выполнено отверстие, планка закреплена перпендикулярно с краю на внешней стороне платформы на стороне, ближней к наружной поверхности бедра, узел регулировки положения станины относительно бедренной балки имеет остов, рейку, штырь, рычаг, направляющую втулку под штырь, рейка имеет форму в сечении, идентичную форме сечения четвертого паза в бедренной балке, и продольно расположенные соосные поперечные каналы, рейка закреплена в четвертом пазу бедренной балки неподвижно, штырь имеет один конец крепежный, а другой - замковый, остов имеет основание для крепления к упомянутой полке станины два смежных перпендикулярно расположенных борта - опорный и защитный, опорный борт имеет канал под упомянутую направляющую втулку соосный отверстию в планке упомянутой станины, кроме того, остов имеет на основании стойку напротив упомянутого канала, направляющая втулка под штырь расположена в упомянутых канале и отверстии планки упомянутой станины, штырь установлен в отверстии втулки под штырь и имеет возможность расположения замковым концом в одном из поперечных отверстий рейки, рычаг выполнен из толкающего и передаточного звеньев, толкающее звено выполнено прямым и имеет на одном конце рукоятку, а на другом - шарнирное соединение со стойкой, передаточное звено выполнено Г-образным, направленное вершиной от полки, одним концом шарнирно связанным с крепежным концом штыря, а другим шарнирно связанным с тем концом толкающего звена, которым оно шарнирно соединено со стойкой, возвратно-пружинный узел имеет две пружины растяжения с крюками на концах и два троса, каждый трос имеет на одном конце петлю, а на другом отверстие для крепления к наружным концам верхней оси, каждая пружина одним крюком зацепляется за петлю троса, а другим - располагается в углублении верхней поперечной балки (Патент №198080).Known mechanical exoskeleton for the lower extremities, containing the lumbar attachment to the human body, right and left femoral nodes, right and left knee nodes, right and left leg nodes, right and left stack nodes, right and left bearing nodes, while the right femoral, the knee, shin and foot nodes are connected in series and also the left femoral, knee, shin and foot nodes are connected in series, and the right bearing node connects the right femoral and shin nodes, the left bearing node connects the left femoral and shin nodes, the lumbar attachment point to the human body is made in the form of a waist belt for attaching to the human waist, right and left femoral units, each has a femoral beam and a seat unit, the femoral beam has an upper end for attachment to the lumbar attachment unit to the human body by means of fastening tapes, while one end of the said tape is attached to waist belt, and the other to the upper end of the femoral beam, and the lower end for cr bracing - to the knee joint, the femoral beam is made along with four sides, on which each has a longitudinal groove, which has such a cross section that the outlet part is made narrowed, and the inner part is expanded, while the first groove is located opposite the second, and the third opposite the fourth one, wherein the first slot is located on the side closest to the thigh than the second one, the fourth slot is located on the side closest to the outer side of the thigh than the third one, the seat assembly has a landing element, hip belts connected to the landing element, the landing element has a landing and fastening straps connected to each other, and a crutch is attached to the free side of the fastening strap for location in the first groove of the femoral beam to allow the landing element to slide, right and left knee assemblies, each has straps for attaching a human lower leg, an upper transverse beam for attaching to the lower end femoral beam, middle cross beam for fastening connection to the tibia node, two frames located in parallel planes, each frame consists of two joined L-shaped plates - the first and second, each of the L-shaped plates has a connecting long arm and a fastening short arm, and the connecting long arms of the first and second The ends of the L-shaped plates are hingedly connected in the middle of the frame, and the mounting arm of the first L-shaped plate is fixed at the end fixed to the upper transverse beam, and the mounting arm of the second L-shaped plate is fixed at the end fixed to the middle transverse beam, the straps for attaching the human lower leg are fixed on long docking arms of the second L-shaped plates, right and left leg nodes, each has a lower cross beam for attachment to the stack node and a leg beam, which has an upper end for attachment to the middle cross beam and a lower end for attachment to the lower cross beam, right and left stack nodes, each has a rectangular plate frame, two triangular layer inch frames, two supporting bases - right and left and straps for fastening the foot, the latter are fixed on both sides of the triangular plate frames supporting the bases, each made in the form of a hook-shaped plate, which has bent sides on three sides of the hook part - for the right base in one side, and for the left to the other, and bent triangular sides at the edges opposite each other along the longitudinal straight part of the hook-shaped plate, while the bases of the triangular sides are a continuation of the sides of the hook part, and the tops are located at the end of the longitudinal part of the plate, the hook parts of the plate of the supporting bases are attached motionless at the ends of the lower transverse beam, on the short opposite edges of the plate rectangular frame, the bases of the triangular plate frames are fixed transversely, the tops of the triangular plate frames are pivotally connected to the ends of the longitudinal straight parts of the hook-shaped plates in such a way in such a way that their sides are located opposite each other, the right and left bearing units, each has a telescopic unit, a hinge unit for connecting the telescopic unit with the leg beam of the leg unit, and an adjusting joint unit for connecting the telescopic unit with the femoral beam of the femoral unit, the telescopic unit is made in the form of a rod with a piston and a sleeve with a cavity for accommodating the piston, the rod has a lower mounting rod, and the sleeve has an upper mounting rod, the hinge assembly for connecting the telescopic assembly with the lower leg beam of the lower leg has a lower axis for the lower mounting rod of the rod and a U-shaped bracket for the lower axle, in the legs of which there are holes for locating the lower rod fastening rod between the legs, the lower axle passes through the holes in the legs with the possibility of turning the rod fastening rod on the lower axle, the jumper of the U-shaped bracket from the outside is fixedly fixed to the leg beam of the lower leg assembly , adjusting-ball The lower assembly for connecting the telescopic assembly with the femoral beam of the femoral assembly has an upper axle, a platform with lugs for the upper axle, a carriage, a rail, an adjustable brake, the upper axle passes through the holes in the lugs with the possibility of turning the upper fastening rod of the sleeve on the upper axle, the carriage is made in in the form of a body having a longitudinal groove, the rail is made with a protrusion for placement in the longitudinal groove of the carriage with the possibility of moving the carriage relative to the rail, the rail is fixedly fixed in the second longitudinal groove of the femoral beam, the adjustable brake has a frame, a reciprocating spring unit and a unit for adjusting the position of the frame relative to the femoral beams, the frame is made in the form of a lamellar bar with a shelf fixed on it perpendicular to its plane, a hole is made on the bar above the shelf, the bar is fixed perpendicularly to the edge on the outer side of the platform on the side closest to the outer surface of the thigh, the unit for adjusting the position of the frame relative to the femoral ba The beam has a frame, a rail, a pin, a lever, a guide sleeve for the pin, the rail has a cross-sectional shape identical to that of the fourth groove in the femoral beam, and longitudinally located coaxial transverse channels, the rail is fixed in the fourth groove of the femoral beam motionlessly, the pin has one end fastening, and the other - locking, the frame has a base for attaching to the said shelf of the frame, two adjacent perpendicularly located sides - a support and a protective one, the support edge has a channel for the said guide bush coaxial with the hole in the bar of the said frame, in addition, the frame has a stand on the base opposite of said channel, the guide sleeve for the pin is located in the mentioned channel and the hole of the bar of the said bed, the pin is installed in the hole of the bush for the pin and has the possibility of positioning the lock end in one of the transverse holes of the rail, the lever is made of pushing and transmission links, the pushing link is made straight and has a handle at one end, and the other is a hinged connection with the rack, the transmission link is L-shaped, directed by the top from the shelf, one end is pivotally connected to the mounting end of the pin, and the other is pivotally connected to the end of the pushing link by which it is pivotally connected to the rack, the reciprocating spring assembly has two tension springs with hooks at the ends and two cables, each cable has a loop at one end, and a hole at the other for attachment to the outer ends of the upper axle, each spring is hooked with one hook to the cable loop, and the other is located in the recess of the upper transverse beam ( Patent No. 198080).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции механического привода и его программной реализации.The disadvantage of this device is the complexity of the design of the mechanical drive and its software implementation.

Известен экзоскелет нижних конечностей, состоящий из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар тазобедренных и голеностопных рычагов, шарнирно соединенных между собой каркасом и опорами стоп, притом рычаги выполнены в виде пространственных оболочек, размещаемых на передних частях бедер и голеней с возможностью фиксации поддерживающими элементами, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде цельного корсета, который фиксируется поясом на теле человека и имеет два электромеханических сервопривода, корпусы которых жестко закреплены на передней нижней части цельного корсета и обеспечивают движение каждого тазобедренного сустава во фронтальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены со звеньями, связанными при помощи цилиндрических шарниров с ползунами, которые могут возвратно-поступательно перемещаться вдоль пазов набедренных кронштейнов, связанных с цельным корсетом посредством цилиндрических шарниров и расположенных напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер, при этом в центре каждого из двух набедренных кронштейнов жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, которые обеспечивают движение тазобедренных суставов в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив тазобедренных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями тазобедренных рычагов, притом тазобедренные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры таза и бедер, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности тазобедренных рычагов, при этом каждый тазобедренный рычаг фиксируется на бедре нижней конечности посредством поддерживающего элемента бедра, к тому же на нижней части каждого тазобедренного рычага напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение коленных суставов, при этом выходные валы этих сервоприводов напротив коленных суставов с внешних сторон бедер жестко соединены с верхними частями голеностопных рычагов, при этом голеностопные рычаги имеют встроенные датчики импульсов мускулатуры голеней, роль которых играют емкостные акселерометры, расположенные на внутренней, обращенной к нижним конечностям поверхности голеностопных рычагов, вместе с тем каждый голеностопный рычаг фиксируется на голени нижней конечности посредством поддерживающего элемента голени, в дополнение к этому, нижние части тазобедренных рычагов и верхние части голеностопных рычагов соединены посредством цилиндрических шарниров напротив коленных суставов с внутренних сторон бедер, при этом нижние части голеностопных рычагов соединены при помощи цилиндрических шарниров с центральными частями вилок, в нижних частях каждой из которых напротив голеностопного сустава с внешней стороны голени жестко закреплено по одному корпусу электромеханических сервоприводов, обеспечивающих движение каждого голеностопного сустава в сагиттальной плоскости, при этом выходные валы этих сервоприводов жестко соединены напротив голеностопных суставов с внешней стороны голеней с интегрированной обувью, кроме этого, нижние части вилок напротив голеностопных суставов с внутренних сторон голеней и интегрированная обувь соединены посредством цилиндрических шарниров, ко всему прочему на цельный корсет при помощи плечевых ремней надевается ранец с полезной нагрузкой, электронным блоком управления экзоскелетом и блоком аккумуляторов, обеспечивающим электропитание всего устройства, при этом ранец с цельным корсетом электрически соединен посредством внешнего кабеля, а все остальные составные части экзоскелета связаны между собой электрически посредством кабелей, размещенных внутри них (Патент №156507).Known exoskeleton of the lower extremities, consisting of a frame with attachment elements to the body, two pairs of hip and ankle levers, pivotally connected to each other by the frame and foot supports, moreover, the levers are made in the form of spatial shells placed on the front parts of the thighs and lower legs with the possibility of fixation by supporting elements , characterized in that the frame is made in the form of a one-piece corset, which is fixed with a belt on the human body and has two electromechanical servo drives, the bodies of which are rigidly fixed on the front lower part of the one-piece corset and provide movement of each hip joint in the frontal plane, while the output shafts of these servo drives rigidly connected to the links connected by means of cylindrical hinges with sliders that can reciprocate along the grooves of the thigh brackets connected to the solid corset by means of cylindrical hinges and located opposite the hip joints from the outer sides of the thighs, while in the center of each of the two thigh brackets one housing of electromechanical servo drives is rigidly fixed, which provide movement of the hip joints in the sagittal plane, while the output shafts of these servo drives opposite the hip joints from the outer sides of the thighs are rigidly connected to the upper parts of the hip hip levers, moreover, the hip levers have built-in pulse sensors of the muscles of the pelvis and thighs, the role of which is played by capacitive accelerometers located on the inner surface of the hip levers facing the lower extremities, while each hip lever is fixed on the thigh of the lower limb by means of a supporting element of the thigh, moreover on the lower part of each hip lever opposite the knee joints on the outer sides of the thighs, one housing of electromechanical servo drives is rigidly fixed to ensure the movement of the knee joints, while the output shafts of these servo drives opposite the knee joints on the outer sides of the thighs are rigidly connected to the upper parts of the ankle levers, while the ankle levers have built-in impulse sensors of the calf muscles, the role of which is played by capacitive accelerometers located on the inner surface of the ankle levers facing the lower extremities, at the same time, each ankle lever is fixed on the shin of the lower limb by means of a shin support element, in addition, the lower parts of the hip levers and the upper parts of the ankle levers are connected by means of cylindrical hinges opposite the knee joints on the inner sides of the thighs, while the lower parts of the ankle levers are connected by means of cylindrical hinges to the central parts forks, in the lower parts of each of which, opposite the ankle joint, on the outer side of the lower leg, one body of electromechanical servo drives is rigidly fixed, ensuring the movement of each ankle joint in the sagitta al plane, while the output shafts of these servo drives are rigidly connected opposite the ankle joints on the outer side of the shins with integrated shoes, in addition, the lower parts of the forks opposite the ankle joints on the inner sides of the shins and the integrated shoes are connected by means of cylindrical hinges, in addition to a one-piece corset with With the help of shoulder straps, a satchel with a payload, an electronic control unit for the exoskeleton and a battery pack that provides power to the entire device is put on, while the satchel with a one-piece corset is electrically connected via an external cable, and all other components of the exoskeleton are electrically connected to each other by means of cables placed inside them (Patent No. 156507).

Недостатком данного устройства является то, что для осуществления процесса ходьбы, используя экзоскелет, человек должен прикладывать усилия для перемещения своих нижних конечностей.The disadvantage of this device is that in order to carry out the process of walking, using an exoskeleton, a person must make efforts to move his lower limbs.

Недостатком известных экзоскелетов нижних конечностей является также незащищенность колена от травм.The disadvantage of the known exoskeletons of the lower extremities is also the vulnerability of the knee from injury.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза, состоящий из стоп с возможностью передачи нагрузки от груза опорной поверхности, голеней, связывающих узлы стоп и коленей, бедер, при этом связи узлов голеней и бедер содержат настройку под X-образность ног, пояса, пластины поясничного узла, плеч, отличающийся тем, что стопы выполнены в виде U-образной формы с горизонтальной поперечной осью вращения, выполнены с возможностью жесткого закрепления на обуви и имеют скругленные носки с упругими элементами, соединенными с голеностопными узлами, расположенными с тыльной стороны ног, выполненными в виде пары «винт-гайка» и регулирующими высоту каркаса голени, обеспечивая при этом сведение и разведение стопы; каркасы голеней и бедер выполнены в виде спиралей, обтекающих ноги человека, при этом на каждой паре каркасов бедро-голень предусмотрены по два крепежных щитка, один из которых через шаровую опору соединен с каркасом экзоскелета с возможностью вращения; при этом щитки выполнены в виде пространственных оболочек прямоугольной формы с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней, выполненных из неэластичного материала в форме «гармошки» с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки; коленные суставы состоят из пружин, коленных ограничителей и защитных полусфер, являющихся неотъемлемой частью каркаса бедер; тазовые узлы выполнены с возможностью регулировки высоты каркаса бедер и выполнены в виде пар «винт-гайка»; пояс состоит из двух дуг и копчика посередине и выполнен в виде буквы «С», по контуру которого с внутренней стороны пропущен ремень для закрепления его на теле человека, при этом на дугах пояса имеются фланцы для установки дополнительного оборудования, а на копчике установлен поясничный узел, имеющий шарнир, обеспечивающий наклоны туловища «влево-вправо» и вращение вдоль оси позвоночника, а также пластину поясничного узла с закрепленной на ней велкротканью для присоединения и регулировки каркаса спины, который выполнен в виде Т-образной рамы, на концах которой закреплены плечевые дуги, имеющие возможность вращения, и ограничители плечевых дуг для предотвращения складывания их под действием внешней нагрузки, а также лямки для крепления на плечи человека (Патент РФ №202205).The closest analogue to the proposed utility model is an exoskeleton to facilitate the movement of a load by a person, consisting of feet with the ability to transfer the load from the load to the supporting surface, lower legs connecting the nodes of the feet and knees, hips, while the connections of the nodes of the legs and thighs contain an X-shape setting legs, belt, plate of the lumbar node, shoulders, characterized in that the feet are made in the form of a U-shape with a horizontal transverse axis of rotation, made with the possibility of rigid fastening on the shoe and have rounded toes with elastic elements connected to the ankle nodes located with the back side of the legs, made in the form of a pair of "screw-nut" and adjusting the height of the shin frame, while ensuring the reduction and dilution of the foot; the frames of the legs and thighs are made in the form of spirals flowing around the legs of a person, while on each pair of frames of the thigh-shin, two fastening plates are provided, one of which is connected to the frame of the exoskeleton with the possibility of rotation through a ball bearing; at the same time, the shields are made in the form of spatial shells of a rectangular shape with rounded edges that fit the leg and have slots for pulling belts made of inelastic material in the form of an "accordion" with the possibility of linear elongation and having shock-absorbing pads; knee joints consist of springs, knee restraints and protective hemispheres, which are an integral part of the thigh frame; pelvic nodes are made with the possibility of adjusting the height of the frame of the thighs and are made in the form of pairs of "screw-nut"; the belt consists of two arches and a coccyx in the middle and is made in the form of the letter “C”, along the contour of which a belt is passed from the inside to fix it on the human body, while on the arcs of the belt there are flanges for installing additional equipment, and a lumbar knot is installed on the coccyx , having a hinge that provides tilting of the torso "left-right" and rotation along the axis of the spine, as well as a plate of the lumbar assembly with Velcro fabric attached to it for attaching and adjusting the back frame, which is made in the form of a T-shaped frame, at the ends of which shoulder arches are fixed , having the possibility of rotation, and limiters of the shoulder arches to prevent their folding under the action of an external load, as well as straps for attaching to a person’s shoulders (RF Patent No. 202205).

Недостатком ближайшего аналога является то, что данная конструкция не обеспечивает достаточной подвижности, а следовательно, комфорта и безопасности перемещения при повышенной подвижности, а именно в ситуациях, когда человеку наряду с ходьбой требуется перемещение грузов при подъеме и спуске по наклонной поверхности вверх-вниз (например, по лестнице), а также сложность конструкции механического привода.The disadvantage of the closest analogue is that this design does not provide sufficient mobility, and therefore, comfort and safety of movement with increased mobility, namely in situations where a person, along with walking, needs to move loads when ascending and descending an inclined surface up and down (for example , stairs), as well as the complexity of the design of the mechanical drive.

Техническим результатом, на обеспечение которого направлено заявляемое техническое решение, является безопасное и комфортное использование экзоскелета на теле человека при перемещении грузов в условиях повышенной подвижности благодаря комфортной фиксации коленного сустава и максимальной разгрузке мышц голеней и бедер тела человека.The technical result, to which the claimed technical solution is directed, is the safe and comfortable use of the exoskeleton on the human body when moving goods in conditions of increased mobility due to comfortable fixation of the knee joint and maximum unloading of the muscles of the legs and thighs of the human body.

Технический результат достигается тем, что в экзоскелете нижних конечностей, включающем каркасы голеней и бедер, при этом на каждой паре каркасов бедро-голень предусмотрены крепежные щитки, причем на бедрах по два крепежных щитка, при этом щитки выполнены в виде пространственных оболочек с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней, выполненных из неэластичного материала с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки, защитные полусферы коленных суставов, соединенные шарнирами с каркасом голени, пояс, по контуру которого пропущен ремень для закрепления его на теле человека, лямки для крепления на плечи человека, в отличие от ближайшего аналога на наружной поверхности защитной полусферы коленных суставов установлены эластомеры, верхняя и нижняя часть которых закреплены на нижних частях передних щитков бедер и верхних частях щитков голеней соответственно, на поясе в области поясницы установлены регулировочный узел и два эластомера, соединенные нижними краями с крепежными щитками, установленными на задних частях бедер, кроме того, каркас бедра соединен шарниром с защитной полусферой коленного сустава, на щитках голени и бедра дополнительно установлены ремни, выполненные из эластичного материала, а внутренняя часть щитков и защитной полусферы коленных суставов выполнена из амортизирующего материала.The technical result is achieved by the fact that in the exoskeleton of the lower extremities, including the skeletons of the legs and thighs, while on each pair of femur-shin frames, fastening shields are provided, and there are two fastening shields on the hips, while the shields are made in the form of spatial shells with rounded, tight-fitting leg edges and have slots for pulling belts made of inelastic material with the possibility of linear elongation and having shock-absorbing pads, protective hemispheres of the knee joints hinged to the shin frame, a belt along the contour of which a belt is passed to fasten it to the human body, straps for fastening on the shoulders of a person, in contrast to the closest analogue, elastomers are installed on the outer surface of the protective hemisphere of the knee joints, the upper and lower parts of which are fixed on the lower parts of the front thigh shields and the upper parts of the shin shields, respectively, on the belt in the lumbar region there are an adjusting unit and two elastomers a, connected by the lower edges with fastening shields installed on the back of the thighs, in addition, the thigh frame is hinged to the protective hemisphere of the knee joint, belts made of elastic material are additionally installed on the shields of the lower leg and thigh, and the inner part of the shields and the protective hemisphere of the knee joints are made of shock-absorbing material.

Принцип работы предлагаемого экзоскелета основан на свойствах эластомеров накапливать и отдавать энергию при работах, связанных с перемещением грузов в условиях повышенной подвижности.The principle of operation of the proposed exoskeleton is based on the properties of elastomers to accumulate and release energy during work related to the movement of goods in conditions of increased mobility.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами,The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings,

где на фиг. 1 изображен вид сбоку,where in Fig. 1 shows a side view,

на фиг. 2 изображен вид спереди.in fig. 2 shows a front view.

Экзоскелет нижних конечностей включает каркас голеней 1 и каркас бедер 2. На каркасе голеней 1 установлены крепежные щитки 3 на передних частях голеней. На каркасе бедер 2 установлены крепежные щитки 4 на передних частях бедер и крепежные щитки 5 на задних частях бедер. Щитки 3, 4, 5 выполнены в виде пространственных оболочек с закругленными, облегающими ногу краями и имеют прорези для протягивания ремней 6, выполненных из неэластичного материала с возможностью линейного удлинения и имеющих амортизирующие прокладки. На щитках голени 3 и щитках бедра 4, 5 дополнительно установлены ремни 7, выполненные из эластичного материала. Защитные полусферы коленных суставов 8 соединены шарнирами 9 с каркасом голени 1 и шарнирами 10 с каркасом бедра 2. На наружной поверхности защитной полусферы коленных суставов 8 установлены эластомеры 11, верхняя и нижняя часть которых закреплены на нижних частях передних щитков бедер 4 и верхних частях щитков голеней 3 соответственно. Внутренняя часть щитков 3, 4, 5 и защитной полусферы коленных суставов 8 выполнена из амортизирующего материала. На поясе 12 в области поясницы установлены регулировочный узел 13 и два эластомера 14, соединенные нижними краями с крепежными щитками 5, установленными на задних частях бедер. По контуру пояса 12 пропущен ремень 15 для закрепления его на теле человека. Для крепления экзоскелета на плечах человека предусмотрены лямки 16. Для предотвращения перетирания и разрушения эластомеров 14 предусмотрены элементы пониженного трения (чехлы защиты).The exoskeleton of the lower extremities includes the frame of the legs 1 and the frame of the thighs 2. On the frame of the legs 1 there are fastening plates 3 on the front parts of the legs. On the frame of the thighs 2 there are fastening plates 4 on the front parts of the thighs and fastening plates 5 on the back parts of the thighs. Shields 3, 4, 5 are made in the form of spatial shells with rounded edges that fit the leg and have slots for pulling belts 6 made of non-elastic material with the possibility of linear elongation and having shock-absorbing pads. On the shields of the lower leg 3 and the shields of the thigh 4, 5 additionally installed belts 7 made of elastic material. The protective hemispheres of the knee joints 8 are connected by hinges 9 with the frame of the lower leg 1 and the hinges 10 with the frame of the thigh 2. Elastomers 11 are installed on the outer surface of the protective hemisphere of the knee joints 8, the upper and lower parts of which are fixed on the lower parts of the front thigh shields 4 and the upper parts of the shields of the legs 3 respectively. The inner part of the shields 3, 4, 5 and the protective hemisphere of the knee joints 8 is made of shock-absorbing material. On the belt 12 in the lumbar region, an adjusting unit 13 and two elastomers 14 are installed, connected by their lower edges to the fastening shields 5 installed on the back of the thighs. A belt 15 is passed along the contour of the belt 12 to secure it to the human body. To fasten the exoskeleton on the shoulders of a person, straps 16 are provided. To prevent chafing and destruction of elastomers 14, elements of reduced friction (protection covers) are provided.

Экзоскелет нижних конечностей работает следующим образом.The exoskeleton of the lower extremities works as follows.

На каждую ногу человека размещают наколенные модули, состоящие из четырех основных элементов: каркаса голени 1, каркаса бедра 2 и защитной полусферы коленных суставов 8, соединенных между собой шарнирами 9, 10, и эластомеров 11. Крепежные щитки 3, 4, 5 закрепляют к голеням и бедрам с помощью ремней 6. На щитках голени 3 и щитках бедра 4, 5 дополнительно установлены ремни 7, выполненные из эластичного материала. Ремни 7 придерживают крепежные щитки 3, 4, 5 и необходимы для компенсации изменения мышечного объема, возникаемого при ходьбе, а также для компенсации смещения наколенного модуля относительно тела человека.Knee modules are placed on each leg of a person, consisting of four main elements: the frame of the lower leg 1, the frame of the thigh 2 and the protective hemisphere of the knee joints 8, interconnected by hinges 9, 10, and elastomers 11. Mounting plates 3, 4, 5 are fixed to the legs and hips with the help of straps 6. On the shin guards 3 and thigh guards 4, 5 additionally installed straps 7 made of elastic material. Belts 7 hold the fastening plates 3, 4, 5 and are necessary to compensate for changes in muscle volume that occur when walking, as well as to compensate for the displacement of the knee module relative to the human body.

Затем человек надевает на себя пояс 12. Для крепления пояса 12 на теле человека используют ремень 15, пропущенный по контуру пояса 12 с наружной стороны, и фастексную застежку. Дополнительно предусмотрена ременно-плечевая система (лямки) 16, соединенная с поясом 12. На поясе 12 в области поясницы установлены два эластомера 14, которые соединяют нижними краями с крепежными щитками 5, установленными на задних частях бедер. В поясе 12 предусмотрен регулировочный узел 13 для регулировки длины эластомеров 14 под анатомические особенности человека.Then the person puts on the belt 12. To fasten the belt 12 on the human body, a belt 15 is used, passed along the contour of the belt 12 from the outside, and a fastex fastener. Additionally, a belt-shoulder system (strap) 16 is provided, connected to the belt 12. On the belt 12 in the lumbar region, two elastomers 14 are installed, which are connected by their lower edges to the fastening shields 5 installed on the back of the thighs. In the belt 12 there is an adjusting assembly 13 for adjusting the length of the elastomers 14 to the anatomical features of a person.

При сгибании коленного сустава происходит натяжение эластомера 11, что позволяет накопить потенциальную энергию в эластомере 11, которая способствует снижению нагрузки на мышцы голени и бедра при разгибании коленного сустава.When the knee joint is flexed, the elastomer 11 is stretched, which makes it possible to accumulate potential energy in the elastomer 11, which helps to reduce the load on the muscles of the lower leg and thigh when the knee joint is extended.

При сгибании коленного сустава происходит натяжение эластомера 14 поверх ягодичной части тела, что позволяет накопить потенциальную энергию в эластомере 14, которая также способствует снижению нагрузки на мышцы голени и бедра при разгибании коленного сустава.When the knee joint is flexed, the elastomer 14 is stretched over the gluteal part of the body, which allows the accumulation of potential energy in the elastomer 14, which also helps to reduce the load on the muscles of the lower leg and thigh when the knee joint is extended.

Предлагаемая конструкция экзоскелета нижних конечностей обеспечивает максимальную подвижность и возможность тонкой регулировки под антропометрические параметры каждого человека. Сочленения и узлы экзоскелета нижних конечностей выполнены таким образом, что их оси вращения совпадают с естественными осями вращения коленных суставов человека, что, в свою очередь, значительно повышает комфорт и безопасность при его эксплуатации.The proposed design of the exoskeleton of the lower extremities provides maximum mobility and the possibility of fine adjustment to the anthropometric parameters of each person. The joints and nodes of the exoskeleton of the lower extremities are designed in such a way that their axes of rotation coincide with the natural axes of rotation of the human knee joints, which, in turn, significantly increases comfort and safety during its operation.

Предлагаемая конструкция экзоскелета нижних конечностей обеспечивает оптимальный уровень компенсирующих усилий, возникающих при работах, связанных с перемещением грузов в условиях повышенной подвижности.The proposed design of the exoskeleton of the lower extremities provides the optimal level of compensating forces that occur during work related to the movement of goods in conditions of increased mobility.

Таким образом, часть энергии, накопленной в эластомерах 11 и 14, используется для компенсации усилий человека при разгибании коленного сустава. Другими словами, нагрузка на мышцы голеней и бедер уменьшена.Thus, part of the energy stored in the elastomers 11 and 14 is used to compensate for the efforts of a person when extending the knee joint. In other words, the load on the muscles of the legs and thighs is reduced.

Предлагаемая конструкция экзоскелета нижних конечностей обеспечивает возможность использования экзоскелета для людей с разными анатомическими особенностями, безопасное использование пассивного экзоскелета на теле человека при работе в цехе, повышение комфорта при работе в условиях промышленного предприятия.The proposed design of the exoskeleton of the lower extremities provides the possibility of using the exoskeleton for people with different anatomical features, the safe use of a passive exoskeleton on the human body when working in a workshop, and increasing comfort when working in an industrial enterprise.

Экзоскелет нижних конечностей не содержит каких-либо приводов и источников питания, которые требовали бы время от времени «подзарядки». Поэтому время непрерывной работы такого механизма неограниченно.The exoskeleton of the lower extremities does not contain any drives and power sources that would require “recharging” from time to time. Therefore, the time of continuous operation of such a mechanism is unlimited.

Предлагаемая конструкция экзоскелета нижних конечностей проста и имеет невысокую стоимость.The proposed design of the exoskeleton of the lower extremities is simple and has a low cost.

Экзоскелет нижних конечностей может быть использован в автомобильной и тяжелой промышленностях, в машиностроении, при выполнении складских и строительных работ, при оказании сервисных услуг и прочее.The exoskeleton of the lower extremities can be used in the automotive and heavy industries, in mechanical engineering, in the performance of warehouse and construction work, in the provision of services, and so on.

Claims

The exoskeleton of the lower extremities, including the skeletons of the legs and thighs, while on each pair of skeletons of the thigh-shin, fastening shields are provided, and there are two fastening shields on the thighs, while the shields are made in the form of spatial shells with rounded edges that fit the leg and have slots for pulling belts made of inelastic material with the possibility of linear elongation and having shock-absorbing pads, protective hemispheres of the knee joints hinged to the shin frame, a belt along the contour of which a belt is passed to fasten it to the human body, straps for fastening to the human shoulders, characterized in that that elastomers are installed on the outer surface of the protective hemisphere of the knee joints, the upper and lower parts of which are fixed to the lower parts of the front thigh shields and the upper parts of the shin shields, respectively, an adjusting unit and two elastomers are installed on the belt in the lumbar region, connected by their lower edges to the fastening shields, mouth on the back of the thighs, in addition, the thigh frame is hinged to the protective hemisphere of the knee joint, the shin and thigh shields are additionally equipped with straps made of elastic material, and the inner part of the shields and the protective hemisphere of the knee joints is made of shock-absorbing material.