RU221146U1 - Мехатронное устройство для реабилитации голеностопного и коленного суставов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, а именно к роботизированным устройствам для реабилитации нижних конечностей, в частности для реабилитации голеностопных и коленных суставов. Задача полезной модели: расширение диапазона применения. Сущность полезной модели: стопа пациента 8 фиксируется с помощью манжет 9 и 10 в необходимом положении таким образом, чтобы ось вращения голеностопного сустава совпадала с осью вращения платформы 3. Затем от средства управления подаются управляющие сигналы на приводы 5, 6, 16 для согласованного изменения положения суставов пациента по заданной траектории. При этом осуществляется принудительное сгибание суставов по заранее установленной программе, без участия человека. Положительный эффект: ускорение процесса восстановления суставов и повышение качества реабилитации. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области медицины, а именно к роботизированным устройствам для реабилитации нижних конечностей, в частности для реабилитации голеностопных и коленных суставов.

Нарушение функциональной активности нижних конечностей и ограничение подвижности в суставах является существенным недостатком в жизнедеятельности человека и не позволяет выполнять все необходимые жизненные потребности человека.

Известна стопа экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета, содержащая шарнирный узел, через который стопа соединена с голенью, отличающаяся тем, что стопа состоит из мобильной и приводной платформ, привода, системы управления, включающей в себя блок задания движения, блок обработки сигналов, блок сравнения, регулятор, датчик угла поворота приводной части, датчик сило-моментного очувствления, причем приводная платформа кинематически связана с приводом, а система управления размещена в корпусе, при этом блок задания движения соединен с блоком обработки сигналов, а блок обработки сигналов соединен с блоком сравнения и датчиками угла поворота приводной части и сило-моментного очувствления, причем блок сравнения через регулятор соединен с приводом (патент на ПМ №196167, 18.02.2020, бюл. №5).

Недостатком данного устройства является то, что оно может быть использовано для реабилитации только стопы, что снижает диапазон его применения.

Задача полезной модели - расширение диапазона применения.

Поставленная задача решается тем, что мехатронное устройство для реабилитации голеностопного и коленного суставов, включающее неподвижное основание, на котором установлен привод поступательною движения, кинематически связанный с подвижной рамой, ложемент бедра, неподвижно установленный на основании и выполненный для закрепления бедра пациента с помощью манжеты, опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, причем опорная платформа состоит из двух частей телескопически соединенных между собой с помощью привода поступательного движения, нижняя часть опорной платформы выполнена для закрепления стопы пациента с помощью двух манжет, соединена шарнирно с подвижной рамой и снабжена приводом вращательного движения, установленным неподвижно на опорной платформе, ось вращения опорной платформы совпадает с осью вращения голеностопного сустава пациента, приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы и включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчик углового перемещения, выполненный с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и основанием, а также тензодатчики, установленные в опорной платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу для регулировки силы воздействия стопы на опорную платформу, при этом опорная поверхность основания выполнена дугообразной.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение диапазона применения.

На фиг. 1 показана функциональная схема комплекса;

на фиг. 2 - блок-схема средства управления.

Устройство состоит из неподвижного основания 1, на котором установлена подвижно опорная рама 2. На раме 2 установлена опорная платформа, состоящая из нижней 3 и верхней частей 4, телескопически связанных между собой и имеющей элементы крепления голени и стопы. На верхней части опорной платформы 4 установлен привод поступательного движения 16 кинематически связанный с нижней частью опорной платформы 3. Рама 2 связана кинематически с приводом поступательного движения 5, установленным неподвижно на основании 1. На подвижной раме 2 установлен привод вращательного движения 6, кинематически соединенный с нижней частью опорной платформы 3. На основании 1 установлен ложемент бедра 7. Стопа пациента 8 закрепляется на нижней части опорной платформы 3 с помощью манжет 9 и 10, а бедро пациента закрепляется на ложементе 6 с помощью манжеты 11. Для обеспечения постоянства расстояния от оси вращения бедренного сустава 15 до опорной поверхности основания 1, опорная поверхность основания 1 выполнена дугообразной, причем радиус кривизны R должен быть равен расстоянию от оси вращения бедренного сустава 15 до опорной поверхности основания 1. На нижней части платформы 3 установлены датчики давления 12 и 13, на которые устанавливается стопа пациента 8, таким образом, чтобы датчик 12 находился под передней частью стопы пациента 8, а датчик 13 - под пяткой, причем ось датчика 13 должна совпадать с осью вращения голеностопного сустава 14, с осью вращения нижней части платформы 3 и осью вращения бедренного сустава 15.

Средство управления состоит из микроконтроллера 17, в состав которого входят блок принятия решений, включающий в себя бортовой вычислитель, блок задания движений, блок обработки сигналов, включающего в себя аналого-цифровые преобразователи, фильтры, блока сравнения (на фиг. не показаны), а также датчики линейного перемещения 18, 19 и углового перемещения 20. Контроллер 17 через драйверы 21, 22 и 23 электрически связан с приводами 24, 25 и 26, которые приводят в движение подвижную раму 2 и опорную платформу 3.

Работа устройства реализуется следующим образом.

Стопа пациента 8 фиксируется с помощью манжет 9 и 10 в необходимом положении, таким образом, чтобы ось вращения голеностопного сустава совпадала с осью вращения нижней части платформы 3. Затем от средства управления подаются управляющие сигналы на приводы 5, 6, 16 для согласованного изменения положения голеностопного и бедренного суставов пациента по заданной траектории. При этом осуществляется принудительное сгибание этих суставов, по заранее установленной программе, без участия человека. Работа средства управления реализуется следующим образом. Врач-реабилитолог задает режим работы аппарата. Микроконтроллер 17 формирует сигналы, которые усиливаются драйверами 21, 22 и 23, затем сигнал проступает на электроприводы 5, 6, 16. Исполнительное звено электропривода 5 поступательного движения изменяет положение платформы 2, в качестве обратной связи выступает датчик линейного перемещения 18. Электропривод 6 вращательного движения оказывает воздействие на платформу 3. Роль обратной связи выполняют датчик угла поворота 20, а также датчики давления 12 и 13, которые регистрируют силу воздействия стопы пациента на нижнюю часть платформы 3. Электропривод 16 поступательного движения при помощи исполнительного звена перемещает верхнюю часть платформы 4 до необходимого уровня. Информация о действительном положении платформы 4 формируется благодаря датчику линейного перемещения 19. Информация с датчиков отправляется на микроконтроллер 17, где происходит сравнение заданных величин с действительными, формируя ошибки по управляемым переменным. Исходя из данных ошибок производится корректировка параметров работы устройства.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что мехатронное устройство, включает в себя неподвижное основание, на котором установлен привод поступательного движения, кинематически связанный с подвижной рамой, ложемент бедра, неподвижно установленный на основании и выполненный для закрепления бедра пациента с помощью манжеты, опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, причем опорная платформа состоит из двух частей телескопически соединенных между собой с помощью привода поступательного движения, нижняя часть опорной платформы выполнена для закрепления стопы пациента с помощью двух манжет, соединена шарнирно с подвижной рамой и снабжена приводом вращательного движения, установленным неподвижно на опорной платформе, ось вращения опорной платформы совпадает с осью вращения голеностопного сустава пациента, приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы и включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчик углового перемещения выполненный с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и основанием, а также тензодатчики, установленные в опорной платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу для регулировки силы воздействия стопы на опорную платформу, при этом опорная поверхность основания выполнена дугообразной.

Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.

Использование данного комплекса может позволить ускорить процесс восстановления суставов, а также повысить качество реабилитации за счет соблюдения правильных углов наклона стопы пациента, а также относительных углов наклона между бедром и голенью. Кроме того, комплекс можно применять для обеспечения движения и крепления мышц, повышения общей работоспособности, улучшения крово- и лимфообращения, обмена веществ в мышцах и суставах, восстановления их функций.

Подобный комплекс может быть востребован, как у профессиональных спортсменов, подверженных травмам такого типа, так и в травматологических отделениях больниц.

Claims (1)

1. Мехатронное устройство для реабилитации голеностопного и коленного суставов, включающее неподвижное основание, на котором установлен привод поступательного движения, кинематически связанный с подвижной рамой, ложемент бедра, неподвижно установленный на основании и выполненный для закрепления бедра пациента с помощью манжеты, опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, причем опорная платформа состоит из двух частей телескопически соединенных между собой с помощью привода поступательного движения, нижняя часть опорной платформы выполнена для закрепления стопы пациента с помощью двух манжет, соединена шарнирно с подвижной рамой и снабжена приводом вращательного движения, установленным неподвижно на опорной платформе, ось вращения опорной платформы совпадает с осью вращения голеностопного сустава пациента, приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы и включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчик углового перемещения, выполненный с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и основанием, а также тензодатчики, установленные в опорной платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу для регулировки силы воздействия стопы на опорную платформу, при этом опорная поверхность основания выполнена дугообразной.