RU2116063C1

RU2116063C1 - Walking facilitating apparatus

Info

Publication number: RU2116063C1
Application number: RU94032647A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Осадчий
Original assignee: Закрытое акционерное общество "РИКСАНА"
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1998-07-27
Also published as: RU94032647A

Abstract

FIELD: medical equipment, in particular, traumatology and orthopedics. SUBSTANCE: apparatus has supporting levers pivotally connected with their one end to axillary region support and with their other end to shoes supporting platform, supporting belts, and mechanism for retaining knee pivot joint with ratchet toothed gear. Retaining mechanism is kinematically connected with movable support. Two levers are mounted for axial motion. One lever is connected with supporting platform and other lever is pivotally connected with crutch. Retaining mechanism has cylindrical toothed ratchet wheel with inclined teeth on end and cylindrical slot with shaped axial opening in end part, immovable ratchet cylindrical wheel positioned on shield projections, coiled springs, radial bearing, cover, spindle cylindrical recess, pin, window, lever mounted on pin and passed through ring for free displacement in pivot joint end, and connected with retaining mechanism catch through cable. Longer arm of lever is connected through second cable by means of lever and tension mechanism with U-shaped clip movable within talocrural stirrup and cooperating with supporting platform (insole) of shoe. Shorter arm of lever is adapted for acting upon movable toothed wheel through pin and spring. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 6 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к травматологии и ортопедии. The invention relates to medical equipment, namely to traumatology and orthopedics.

Известно устройство для ходьбы [1] , содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом с помощью оси шины, снабженные элементами крепления к ноге, и опорным элементом, установленным на свободном конце шин. Оно также снабжено шестерней и рукояткой, установленными на общей оси, причем шестерня укреплена на каркасе, рукоятка установлена с возможностью перемещения относительно шестерни, а шины выполнены в виде двух шарнирно связанных звеньев, снабжены ограничителем и имеют зубчатый сектор, взаимодействующий с шестерней. A device for walking [1] is known, comprising a carcass with fastening elements to the body pivotally connected to the carcass using the tire axis, provided with fastening elements to the leg, and a supporting element mounted on the free end of the tires. It is also equipped with a gear and a handle mounted on a common axis, the gear mounted on the frame, the handle mounted for movement relative to the gear, and the tires are made in the form of two pivotally connected links, equipped with a limiter and have a gear sector interacting with the gear.

Данное устройство не обеспечивает передвижение и поддержание массы тела пользователя с спинно-мозговой травмой ввиду отсутствия храпового механизма и средств управления им. This device does not provide movement and maintenance of the user's body mass with a spinal cord injury due to the absence of a ratchet mechanism and controls for it.

Известно также устройство для шагового перемещения [2], содержащее две пары несущих рычагов, соединенных между собой посредством шарнирных узлов, установленные на каждом из несущих рычагов средства крепления к ногам и шарнирно связанные с несущими рычагами опорные поверхности. Шарнирный узел снабжен стопорным механизмом, включающим сегмент с наклонными зубьями, взаимодействующую с ним собачку и средство управления собачкой. A device for step movement [2] is also known, comprising two pairs of bearing arms connected to each other by means of hinge assemblies mounted on each of the bearing arms of the means of attachment to the legs and supporting surfaces pivotally connected to the bearing arms. The hinge assembly is equipped with a locking mechanism, including a segment with inclined teeth, a dog interacting with it and a dog control.

Устройство обеспечивает поддержание массы тела, но не обеспечивает передвижение пользователя с травмированным позвоночником ввиду отсутствия кинематической схемы передачи усилий мышц рук на опорные стойки. The device provides support for body weight, but does not provide movement of the user with an injured spine due to the lack of a kinematic scheme for transferring the efforts of the muscles of the hands to the support posts.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является шагопед [3] , содержащий опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища, а другим - с опорной платформой для обуви, поясной и поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанные между собой полусферические зубчатые колеса, валы и барабан с тросом, закрепленный на опорной стойке, а механизм регулирования подвижности коленного шарнира выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанным с подвижной опорой, при этом один рычаг выполнен с возможностью осевого перемещения и связан с опорной платформой. Closest to the technical nature of the proposed technical solution is a pedometer [3], containing support arms pivotally connected at one end to a support for the body, and the other to a support platform for shoes, waist and support belts, a mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear kinematically connected to each other hemispherical gears, shafts and a drum with a cable mounted on a support post, and the mechanism for regulating the mobility of the knee joint is made in the form of a pair of wheels with a ovym gearing, kinematically connected to the movable support, wherein one lever is axially movable and is connected to the support platform.

Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой, при этом один рычаг выполнен с возможностью осевого перемещения и связан с опорной платформой. Common with the proposed technical solution features are support arms, pivotally connected at one end with a support for the body, and the other with a support platform for shoes, supporting belts, a mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear, kinematically connected with a movable support, with one lever made with the possibility of axial movement and connected with the supporting platform.

Устройство конструктивно усложнено ввиду наличия механизма передачи усилий мышц рук на опорные рычаги, что требует постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела. Это в свою очередь не позволяет использовать мышечную силу рук для выполнения других функций (например, для переноса груза) одновременно с поддержанием массы тела и передвижением. Кроме того, оно функционально ограничено из-за расположения шарнирной опоры для туловища на уровне тазобедренных суставов, что увеличивает нагрузку на позвоночник на всех режимах шагового перемещения и стоячего отдыха. The device is structurally complicated due to the presence of a mechanism for transferring the efforts of the muscles of the hands to the supporting arms, which requires constant use of the muscle forces of the hands to maintain and move body weight. This, in turn, does not allow the use of the muscle strength of the hands to perform other functions (for example, to transfer cargo) while maintaining body weight and movement. In addition, it is functionally limited due to the location of the hinged support for the trunk at the level of the hip joints, which increases the load on the spine in all modes of step movement and standing rest.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для ходьбы, в котором новое выполнение конструкции опорных рычагов позволило бы поддерживать массу тела пользователя только в подмышечной области как при ходьбе, так и при стоячем отдыхе, что в свою очередь позволило бы дозировать нагрузку на позвоночник, например, с помощью корсета. Наличие механизма фиксации длины опорных рычагов позволит, в момент опоры массы тела на любой из них, динамически фиксировать их длину. The basis of the invention is the task of creating such a device for walking, in which a new design of the support arms would support the user's body weight only in the axillary region both when walking and while standing, which in turn would allow to dose the load on the spine, for example using a corset. The presence of a mechanism for fixing the length of the supporting levers will allow, at the time of support of body weight on any of them, to dynamically fix their length.

Поставленная задача решается устройством для ходьбы, содержащим опорные рычаги, шарнирно соединенные одним концом с опорой для туловища в подмышечной области, а другим - с опорной платформой для обуви, поддерживающие ремни, механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной опорой, при этом оба рычага выполнены с возможностью осевого перемещения и один из них связан с опорной платформой, а другой - шарнирно соединен с костыликом. Отличительными признаками этого устройства является то, что механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением состоит из цилиндрического многозубчатого храпового колеса с наклонными зубьями на торце и цилиндрическим углублением с профильным осевым отверстием в торцевой части, перемещаемого по многогранной оси, расположенной внутри кольцевого углубления, неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах щитка, цилиндрических пружин, радиального подшипника, крышки, цилиндрического углубления оси, штифта, окна, рычага с осью продетого в кольцо, свободно перемещаемого в торце оси шарнира и связанного торцом с собачкой механизма фиксации с храповым зацеплением рычага, длинное плечо рычага вторым тросом соединено через рычаг и механизм натяжения с П-образной скобой, перемещаемой внутри голеностопного стремени и взаимодействующей с опорной платформой (стелькой) обуви, и короткое плечо рычага выполнено с возможностью воздействия через штифт и пружины на подвижное зубчатое колесо. The problem is solved by a device for walking, containing support arms pivotally connected at one end with a support for the torso in the armpit, and the other with a support platform for shoes, supporting belts, a mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear, kinematically connected with a movable support, while both levers are made with the possibility of axial movement and one of them is connected to the supporting platform, and the other is pivotally connected to the crutch. Distinctive features of this device is that the mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear consists of a cylindrical multi-toothed ratchet wheel with inclined teeth at the end and a cylindrical recess with a profile axial hole in the end part, moved along the polyhedral axis located inside the annular recess, a fixed ratchet a cylindrical wheel located on the tabs of the flap, coil springs, radial bearing, cover, cylindrical recess axis, pin, window, lever with an axis threaded into the ring, freely movable at the end of the hinge axis and connected by the end to the locking mechanism with ratchet gear, the long arm of the lever is connected by a second cable through the lever and the tension mechanism with a U-shaped bracket inside the ankle stirrup and interacting with the support platform (insole) of the shoe, and the short arm of the lever is made with the possibility of impact through the pin and springs on the movable gear.

Совокупность вышеперечисленных признаков предлагаемого устройства для ходьбы позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что механизм фиксации длины верхнего опорного рычага с храповым закреплением позволяет в момент опоры массы тела на этот рычаг динамически фиксировать его длину. Кроме того, уменьшается нагрузка на позвоночник, за счет поддержания массы тела пользователя только в подмышечной области как при ходьбе, так и при стоячем отдыхе, что в свою очередь позволяет дозировать нагрузку на позвоночник, например с помощью корсета. The combination of the above characteristics of the proposed device for walking allows to obtain a technical result, namely, that the mechanism for fixing the length of the upper support arm with ratchet fastening allows you to dynamically fix its length at the time of support of the body weight on this arm. In addition, the load on the spine is reduced by maintaining the user's body weight only in the axillary region, both when walking and while standing, which in turn allows you to dose the load on the spine, for example, using a corset.

На фиг. 1 изображено устройство, закрепленное на теле пользователя, вид сбоку; на фиг. 2 - вид спереди; на фиг. 3 - вид сбоку, в момент опоры на согнутую конечность; на фиг. 4 - кинематическая модель шагопеда; на фиг. 5 - механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, вид сбоку; на фиг. 6 - то же, в разрезе. In FIG. 1 shows a device mounted on a user's body, side view; in FIG. 2 is a front view; in FIG. 3 - side view, at the time of support on a bent limb; in FIG. 4 - kinematic model of a pedopedic; in FIG. 5 - mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear, side view; in FIG. 6 - the same, in the context.

Устройство содержит (фиг. 1, 2, 3, 4) нижние опорные рычаги 1, верхние неподвижные опорные рычаги 2, механизм фиксации длины верхнего рычага с храповым зацеплением 3, верхние подвижные опорные рычаги 4, шарнирно соединенные одним концом с костыликами 5, а другим - с верхней половиной корпуса механизма фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, подколенные щитки 6, голеностопные щитки 7 со стременем, карманы щитков 8, поддерживающие ремни 9, (фиг. 4) опорную платформу для обуви 10, управляющую платформу 11 (фиг. 4, 5, 6), механизм фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, состоящий из цилиндрического многозубчатого храпового колеса 12 с наклонными зубьями на торце и многогранным осевым отверстием, цилиндрического углубления в верхней части щитка 6 с многогранной осью 14, конец которой имеет цилиндрическую форму и расположен в подшипнике 15, с тыльной стороны оси расположено профильное углубление, заканчивающееся поперечной прорезью для перемещения штифта 17, рычага 18 с осью 19, неподвижного храпового цилиндрического колеса 20, расположенного на выступах верхней половины корпуса механизма фиксации коленного шарнира с храповым зубчатым зацеплением, цилиндрических пружин 21, 22, кольца 23, тросов 24, 25, крышки корпуса 26 со сферическим выступом и отверстиями 27 для крепежных винтов, механизм фиксации длины верхнего подвижного опорного рычага, состоящий из корпуса 28, цилиндрических пружин 29, 30, 31, собачки 32, рейки с наклонными зубьями 33, прутка с кулачком 34, ползуна 35. The device comprises (Fig. 1, 2, 3, 4) lower support arms 1, upper stationary support arms 2, a mechanism for fixing the length of the upper arm with ratchet gear 3, upper movable support arms 4, pivotally connected at one end to crutches 5, and the other - with the upper half of the housing of the mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear, popliteal flaps 6, ankle flaps 7 with stirrups, flap pockets 8, supporting belts 9, (Fig. 4) support platform for shoes 10, control platform 11 (Fig. 4 , 5, 6), the mechanism for fixing the count an articulated hinge with ratchet gearing, consisting of a cylindrical multi-toothed ratchet wheel 12 with inclined teeth at the end and a multifaceted axial hole, a cylindrical recess in the upper part of the shield 6 with a polyhedral axis 14, the end of which has a cylindrical shape and is located in the bearing 15, from the back the axis is a profile recess, ending with a transverse slot for moving the pin 17, the lever 18 with the axis 19, a fixed ratchet cylindrical wheel 20 located on the protrusions of the upper halves of the housing of the mechanism for fixing the knee joint with ratchet gear, cylindrical springs 21, 22, rings 23, cables 24, 25, the cover of the housing 26 with a spherical protrusion and holes 27 for fixing screws, the mechanism for fixing the length of the upper movable support arm, consisting of a housing 28 , coil springs 29, 30, 31, dogs 32, slats with inclined teeth 33, rod with cam 34, slide 35.

Работа устройства следующая. Тело пользователя подвешивается в подмышечной области на костылях 5 и/или корсете. При этом костылики 5 через опорные рычаги 4, 2, 1 упираются в опорные платформы для обуви 10. Ноги от выпадания из опорных рычагов удерживаются поддерживающими ремнями 9, прикрепляемыми к щиткам 6. В области коленного шарнира рычаги 1, 2 образуют шарнирное соединение на оси 14. Программируемая подвижность шарнирного соединения на уровне коленных суставов обеспечивается механизмом фиксации коленного шарнира с храповым зацеплением. Под действием массы тела подошва воздействует на управляющую подвижную платформу 11, шарнирно соединенную с опорной платформой 10 на уровне носка обуви. В свою очередь, опорная платформа 10 упирается в стельку обуви и через стремя 7, карман 8 связана с опорным рычагом 1. В результате происходит взаимное сближение платформ 10, 11, и соответственно передвижение платформы 11 через трос 25 приводит к взаимному сближению рычагов 1, 2. При этом рычаг 13 поворачивается на оси 19 и перемещается вниз кольцо 23, одновременно короткий конец рычага воздействует на штифт 17, который сжимает пружину 22. В результате пружина 21 расправляется и перемещает многозубчатое храповое колесо 12 до момента зацепления его зубьев с зубьями колеса 20. В свою очередь, перемещение кольца 26 вызывает перемещение троса 24, который перемещает вниз ползун 35, воздействующий на кулачок 34. В результате происходит сжатие пружины 30 и собачка 32 вступает в храповое зацепление с рейкой 33, которая в свою очередь является нижним концом опорного рычага 4 с костыликами 5. Тем самым достигается блокирование подвижности, в сторону расправления, коленного шарнира и фиксируется длина опорных рычагов 4, 2. The operation of the device is as follows. The user's body is suspended in the axillary region on crutches 5 and / or corset. In this case, the crutches 5 through the supporting levers 4, 2, 1 abut against the supporting platforms for shoes 10. The legs from falling out of the supporting levers are held by supporting straps 9 attached to the shields 6. In the area of the knee hinge, the levers 1, 2 form an articulation on the axis 14 The programmable mobility of the articulation at the level of the knee joints is provided by the mechanism for fixing the knee joint with ratchet engagement. Under the influence of body mass, the sole acts on the control movable platform 11, pivotally connected to the supporting platform 10 at the level of the toe of the shoe. In turn, the supporting platform 10 abuts against the insole of the shoe and through the stirrup 7, the pocket 8 is connected with the supporting arm 1. As a result, the platforms 10, 11 move closer together, and accordingly the movement of the platform 11 through the cable 25 leads to the mutual approach of the levers 1, 2 Thus, the lever 13 rotates on the axis 19 and moves down the ring 23, at the same time the short end of the lever acts on the pin 17, which compresses the spring 22. As a result, the spring 21 is expanded and moves the multi-toothed ratchet wheel 12 to the moment of engagement of its teeth with the teeth of the wheel 20. In turn, the movement of the ring 26 causes the movement of the cable 24, which moves down the slider 35, acting on the cam 34. As a result, the spring 30 is compressed and the dog 32 engages in ratchet engagement with the rail 33, which in turn is lower the end of the support arm 4 with crutches 5. Thereby, blocking of mobility is achieved, towards the extension, of the knee joint and the length of the support arms 4, 2 is fixed.

При любом из рассматриваемых вариантов произвольного подгибания нижних конечностей не происходит, т.к. механизм фиксации коленного шарнира с храповым зацеплением позволяет расправлять конечности, в т.ч. и под нагрузкой, но блокирует их сгибание. Надежность храпового зацепления в коленном шарнире достигается свободным ходом зубчатого колеса 12 относительно колеса 20, а храповый эффект обеспечивается пружиной 21. Свободный конец шарнира, когда отсутствует опора тела на эту конечность, обеспечивается тем, что усилие сжатия пружины 22 превышает усилие сжатия пружины 21. В результате в разгруженном шарнире зубчатое колесо 12 отодвигается от зубьев колеса 20, чем и обеспечивается свобода вращения шарнира. Предполагается, что нижние конечности пользователя под действием гравитационной составляющей расправляются в коленном шарнире, в случае принятия им вертикального положения, при этом наличие незначительной мышечной контраптуры не является ограничением применения устройства, т.к. высота опорных подвижных рычагов 4 регулируется с помощью механизма фиксации с храповым зацеплением 3 под максимально возможное расправление нижних конечностей пользователя. For any of the considered options, arbitrary bending of the lower extremities does not occur, because the mechanism of fixation of the knee joint with ratchet gear allows you to straighten the limbs, including and under load, but blocks their bending. Reliability of ratchet engagement in the knee joint is achieved by free-wheeling of the gear wheel 12 relative to the wheel 20, and the ratchet effect is provided by the spring 21. The free end of the hinge, when the body is not supported by this limb, is ensured by the compression force of the spring 22 exceeds the compression force of the spring 21. B as a result, in the unloaded hinge, the gear wheel 12 moves away from the teeth of the wheel 20, which ensures freedom of rotation of the hinge. It is assumed that the lower extremities of the user under the influence of the gravitational component are straightened in the knee joint, in the case of assuming a vertical position, while the presence of slight muscle contraception is not a limitation on the use of the device, the height of the supporting movable levers 4 is adjusted using the locking mechanism with ratchet gear 3 for the maximum possible expansion of the lower extremities of the user.

Таким образом, в статическом положении масса пользователя поддерживается в тазобедренной и подмышечной зонах на жестком каркасе, образованном рычагами 1, 2, 4. При этом с помощью соответствующих групп мышц верхней половины туловища опираемую массу можно перераспределять по опорным точкам каркаса, обеспечивая устойчивое состояние пользователя как в стоячем положении, так и при перемещении. Thus, in a static position, the mass of the user is supported in the hip and axillary zones on a rigid frame formed by levers 1, 2, 4. At the same time, with the help of the corresponding muscle groups of the upper half of the body, the supported mass can be redistributed along the reference points of the frame, ensuring a steady state of the user as in a standing position, and when moving.

Работа устройства в динамике отличается тем, что перемещение нижних конечностей пользователя обеспечивается перенесением центра тяжести на одну из опорных нижних конечностей и освобождения за счет этого зубчатого зацепления механизмов фиксации шарниров с храповым зацеплением коленного и длины опорных рычагов неопорной конечности. The operation of the device in dynamics is characterized in that the movement of the lower extremities of the user is ensured by the transfer of the center of gravity to one of the supporting lower extremities and the release due to this gearing of the locking mechanisms of the hinges with ratchet of the knee and the length of the support arms of the support limb.

В результате у пользователя появляется возможность стоячего отдыха, ходьбы, переход из статического положения в сидячее и наоборот, в процессе реабилитации спинно-мозговой травмы с одновременной дозированной нагрузкой на позвоночник. Первоначальное обучение пользователя применению устройства должно производиться либо инструкторами, либо с помощью поводка, закрепленного на монорельсе, - самостоятельно. As a result, the user has the opportunity of standing rest, walking, transition from a static position to a sitting position and vice versa, in the process of rehabilitation of a spinal cord injury with a simultaneous dosed load on the spine. Initial training for the user to use the device should be done either by instructors, or with a leash mounted on a monorail, on their own.

Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, упрощается конструкция для ходьбы, повышается надежность и обеспечивается автоматическое регулирование устройства под антропометрические параметры пользователя, что позволяет перемещаться и отдыхать в вертикальном положении инвалидам с спинальными повреждениями. Thus, in comparison with the known technical solutions, the design for walking is simplified, the reliability is increased, and the device is automatically regulated for the anthropometric parameters of the user, which allows disabled people with spinal injuries to move and relax in an upright position.

Claims

A walking device comprising support arms pivotally connected at one end with a support for the torso in the armpit and the other with a support platform for shoes, supporting belts, a locking mechanism for the knee joint with ratchet gear, kinematically connected to the movable support, both of which the levers are made with the possibility of axial movement and one of them is connected to the supporting platform, and the other is pivotally connected to the crutch, characterized in that the locking mechanism of the knee joint with ratchet gear is engaged it consists of a cylindrical multi-toothed ratchet wheel with inclined teeth at the end and a cylindrical recess with a profile axial hole in the end part, moved along the polyhedral axis located inside the annular recess, a fixed ratchet cylindrical wheel located on the tabs of the shield, coil springs, radial bearing, cover , a cylindrical recess of the axis, a pin, a window, a lever with an axis, threaded into a ring, freely movable at the end of the hinge axis, and connected by a cable to a dog of the locking mechanism with ratchet engagement of the lever, the long lever arm of the second cable is connected through the lever and the tension mechanism with a U-shaped bracket that moves inside the ankle stirrup and interacts with the supporting platform (insole) of the shoe, and the short lever arm is made with the possibility of impact through the pin and springs on a movable gear wheel.