RU225633U1 - Пневматический экзоскелет для нижних и верхних конечностей - Google Patents
Пневматический экзоскелет для нижних и верхних конечностей Download PDFInfo
- Publication number
- RU225633U1 RU225633U1 RU2024103561U RU2024103561U RU225633U1 RU 225633 U1 RU225633 U1 RU 225633U1 RU 2024103561 U RU2024103561 U RU 2024103561U RU 2024103561 U RU2024103561 U RU 2024103561U RU 225633 U1 RU225633 U1 RU 225633U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pneumatic
- link
- frame
- pneumatic cylinder
- hinge
- Prior art date
Links
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 title claims description 7
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 title claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 244000309466 calf Species 0.000 claims 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 abstract description 5
- 208000023178 Musculoskeletal disease Diseases 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
Abstract
Использование полезной модели: удовлетворение жизненных потребностей человека и может быть использована в туризме, при проведении спасательных и армейских операций, при выполнении различных технологических операций, а также для механизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ. Задача: расширение диапазона функционального применения. Сущность полезной модели: устройство включает в себя модуль крепления, содержащий каркас 1, на котором с помощью шарнира 2 закреплено бедренное звено 3, которое, в свою очередь, соединено с помощью шарнира 4 с голенным звеном 5. На каркасе 1 установлено подвижно дополнительное звено 6 с помощью шарнира 7, ось которого расположена в вертикальной плоскости. Каркас 1 и звенья 3 и 5 при помощи гибких эластичных ремней 8, 9 и 10 крепятся к спине, бедру и голени оператора. Силовой модуль включает в себя активный модуль, входящий в электропневматическую систему и устройство управления, размещенное на каркасе и электрически связанное с бортовым источником энергии и подсистемой управляемых пневмоприводов, включающей в себя пневмоцилиндры и систему подготовки воздуха, включающую в себя компрессор 15, пневмоаккумулятор 16, блок подготовки 17 и регулятор давления 18. Система подготовки воздуха соединена нагнетательными линиями с пневмоцилиндрами 11, 12 и 13. В нагнетательных линиях установлены управляемые 4-2 пневмораспределители 19, регулируемые дроссели 20 и обратные клапаны 21. Устройство управления включает в себя микроконтроллер, датчики давления, выполненные с возможностью установки на стопе и датчики углов поворота, установленные на шарнирах 2, 4 и плече оператора 24. Положительный эффект: применение предлагаемого устройства повышает эксплуатационные характеристики экзоскелета, позволяет добиться при передвижении и переноске грузов плавности за счет применения пневмоприводов, имеющих сравнительно «мягкие» характеристики. Кроме этого, данный экзоскелет может быть использован для реабилитации людей с нарушением опорно-двигательного аппарата. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к устройствам для удовлетворения жизненных потребностей человека и может быть использована в туризме, при проведении спасательных и армейских операций, при выполнении различных технологических операций, а также для механизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ.
Известен пневматический экзоскелет, состоящий из шарниров, опорных стоек и крепежных ремней, отличающийся тем, что он содержит самоактивируемый пневмоаккумулятор, спинной упор, к которому при помощи шарниров крепят бедренные и голенные стойки, при этом пневмоаккумулятор состоит из воздухонепроницаемой оболочки, на которой с противоположных сторон расположены ручки сворачивания и клапан запирания воздуха, внутри воздухонепроницаемой оболочки расположен упругий каркас, а спинная стойка, бедренные и голенные стойки снабжены гибкими пластинами прижатия и состоят из опорных пластин, снабженных тыльными упорами (см. патент РФ №2747593 от 11.05.2021, бюл. №14).
Недостатком данного устройства является то, что для его работы необходимо применение внешнего источника питания для подзарядки пневмоаккумулятора, а также в данном устройстве отсутствует возможность регулировки давления в пневмосистеме, что сужает возможность его применения. Все это снижает эксплуатационную эффективность и функциональность работы устройства.
Пневматический экзоскелет для нижних конечностей, включающий в себя модуль крепления и силовой модуль, причем модуль крепления содержит каркас, соединенный шарнирно с тазобедренными и бедренными звеньями, при этом с бедренным звеном соединено с помощью шарнира голенное звено, силовой модуль включает в себя устройство управления и электропневматическое средство, которое включает в свой состав два пневмоцилиндра и средство подготовки воздуха, включающее в себя компрессор, пневмоаккумулятор, блок подготовки для очистки сжатого воздуха и регулятор давления для установки контролируемого датчиками давления, причем средство подготовки воздуха соединено нагнетательными линиями с пневмоцилиндрами, а в нагнетательных линиях установлены управляемые пневмораспределители, регулируемые дроссели и обратные клапаны, причем один пневмоцилиндр установлен на каркасе, а его конец шарнирно соединен с бедренным звеном, а другой пневмоцилиндр установлен на бедренном звене, а его конец шарнирно соединен с голенным звеном, при этом каркас, бедренное звено и голенное звено выполнены с возможностью при помощи гибких эластичных ремней крепиться к спине, бедру и голени человека соответственно, устройство управления электрически связано с бортовым источником энергии и включает в себя микроконтроллер, датчики давления, установленные на стопе, и датчики углов поворота, установленные на шарнирах, при этом устройство управления выполнено с возможностью подачи питающего напряжения на компрессор при поступлении в него сигнала от датчика давления при совершении движения нижней конечностью, компрессор выполнен с возможностью нагнетать сжатый воздух для наполнения пневмоаккумулятора, обратные клапаны, регулируемые дроссели и управляемые пневмораспределители выполнены с возможностью подачи через них сжатого воздуха в пневмоцилиндры, поршни которых при этом выполнены с возможностью совершать поступательные движения для поворота бедренного звена и голенного звена вокруг соответствующих шарниров на заданные углы от момента отрыва стопы от поверхности, при достижении которых микроконтроллер выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на пневмораспределители для совершения обратного движения поршней пневмоцилиндров до момента касания стопы с поверхностью (см. патент на полезную модель №213133 от 25.08.2022, бюл. №24).
Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено только для нижних конечностей, что сужает диапазон его функционального применения.
Задача полезной модели - расширение диапазона функционального применения.
Технический результат, проявляющийся при решении заявленной технической задачи, выражается в эксплуатационной эффективности, а также в обеспечении достаточной функциональности при использовании устройства для работ по переноске и подъему грузов, так и для реабилитации людей с нарушениями опорно-двигательным аппаратом.
Поставленная задача решается тем, что в пневматическом экзоскелете для нижних и верхних конечностей, включающем в себя модуль крепления и силовой модуль, причем модуль крепления содержит каркас, соединенный шарнирно с тазобедренными и бедренными звеньями, а силовой модуль включает устройство управления и электропневматическое средство, которое включает в свой состав средство подготовки воздуха, включающее компрессор, пневмоаккумулятор, блок подготовки для очистки сжатого воздуха и регулятор давления для установки контролируемого датчиками давления, причем средство подготовки воздуха соединено нагнетательными линиями с пневмоцилиндрами, а в нагнетательных линиях установлены управляемые пневмораспределители, регулируемые дроссели и обратные клапаны, устройство управления электрически связано с бортовым источником энергии и включает микроконтроллер, датчики давления, выполненные с возможностью установки на стопе, и датчики углов поворота, установленные на шарнирах, отличается тем, что, каркас посредством шарнира, ось которого расположена в вертикальной плоскости, соединен с концом дополнительного звена, а электропневматическое устройство включает три пневмоцилиндра, причем первый пневмоцилиндр установлен на каркасе, а конец первого пневмоцилиндра шарнирно соединен с бедренным звеном, второй пневмоцилиндр установлен на бедренном звене, а конец второго пневмоцилиндра шарнирно соединен с голенным звеном, третий пневмоцилиндр установлен на дополнительном звене, а конец третьего пневмоцилиндра шарнирно связан с манжетой, выполненной с возможностью установки на предплечье оператора.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что каркас посредством шарнира, ось которого расположена в вертикальной плоскости, соединен с концом дополнительного звена, а электропневматическое устройство включает три пневмоцилиндра, причем первый пневмоцилиндр установлен на каркасе, а конец первого пневмоцилиндра шарнирно соединен с бедренным звеном, второй пневмоцилиндр установлен на бедренном звене, а конец второго пневмоцилиндра шарнирно соединен с голенным звеном, третий пневмоцилиндр установлен на дополнительном звене, а конец третьего пневмоцилиндра шарнирно связан с манжетой, выполненной с возможностью установки на предплечье оператора.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение диапазона функционального применения.
На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - схема электропневматической системы управления.
Устройство включает в себя модуль крепления, содержащий каркас 1, на котором с помощью шарнира 2 закреплено бедренное звено 3, которое в свою очередь соединено с помощью шарнира 4 с голенным звеном 5. На каркасе 1 установлено подвижно дополнительное звено 6 с помощью шарнира 7, ось которого расположена в вертикальной плоскости. Каркас 1 и звенья 3 и 5 при помощи гибких эластичных ремней 8, 9 и 10 крепятся к спине, бедру и голени оператора. Силовой модуль включает в себя активный модуль, входящий в электропневматическую систему и устройство управления, размещенное на каркасе (на чертеже не показана) и электрически связанное с бортовым источником энергии и подсистемой управляемых пневмоприводов, включающей в себя пневмоцилиндры. На каркасе 1 установлен первый пневмоцилиндр 11, конец которого шарнирно соединен с бедренным звеном 3. На бедренном звене 3 закреплен второй пневмоцилиндр 12, конец которого шарнирно соединен с голенным звеном 5. На дополнительном звене 6 установлен третий пневмоцилиндр 13, конец которого шарнирно соединен с манжетой 14, выполненной с возможностью установки на предплечье оператора. В состав электропневматической системы кроме пневмоцилиндров входит система подготовки воздуха, включающая в себя компрессор 15, пневмоаккумулятор 16, блок подготовки 17 и регулятор давления 18. Система подготовки воздуха соединена нагнетательными линиями с пневмоцилиндрами 11, 12 и 13. В нагнетательных линиях установлены управляемые 4-2 пневмораспределители 19, регулируемые дроссели 20 и обратные клапаны 21. Устройство управления (на фиг. не показана) включает в себя микроконтроллер, датчики давления, выполненные с возможностью установки на стопе и датчики углов поворота, установленные на шарнирах 2, 4 и плече оператора 24.
Работу устройства можно разбить на две стадии. На первой стадии (при перемещении нижней конечности), сигнал от датчика давления, установленного на стопе 22, поступает в устройство управления, которое в соответствии с заданной программой управления подает питающее напряжение на компрессор 15. Компрессор 15 нагнетает сжатый воздух в пневмосистему, наполняя при этом пневмоаккумулятор 16. Блок подготовки 17 производит очистку сжатого воздуха, а регулятор давления 18 устанавливает заданное давление, которое контролируется датчиками давления. Сжатый воздух по нагнетательным линиям подается через систему обратных клапанов 21, регулируемых дросселей 20 и управляемых пневмораспределителей 19 в пневмоцилиндры 11 и 12. При этом поршни пневмоцилиндров 11 и 12 начинают совершать поступательное движение, а бедренное звено 3 начинает поворот вокруг шарнира 2, а голенное звено 5 поворачивается вокруг шарнира 4. Поворот осуществляется при этом на заданные углы от момента отрыва стопы 22 от поверхности. При достижении заданных углов поворота, микроконтроллер подает управляющие сигналы на пневмораспределители 19, а поршни пневмоцилиндров 11 и 12 начинают совершать обратное движение до момента касания стопы 22 с поверхностью. Затем цикл повторяется. На второй стадии (подъем и перемещение груза) в горизонтальной плоскости осуществляется поворот дополнительного звена 6 относительно шарнира 7, а в вертикальной плоскости поворот предплечья оператора 23 относительно плечевого сустава 24. Для этого микроконтроллер подает управляющие сигналы на пневмораспределитель 15, а поршень пневмоцилиндра 13 начинает совершать поступательное движение, поворачивая предплечье 23 на заданный угол относительно плечевого сустава 24. Таким образом, работа оператора с грузом происходит не только за счет работы мышц руки, но и дополнительно за счет сил, создаваемых при отдаче потенциальной энергии пневмоцилиндра 13.
Применение предлагаемого устройства повышает эксплуатационные характеристики экзоскелета, позволяет добиться при передвижении оператора и переноске грузов плавности за счет применения пневмоприводов, имеющих сравнительно «мягкие» характеристики. Кроме этого, данный экзоскелет может быть использован для реабилитации людей с нарушением опорно-двигательного аппарата.
Claims (1)
- Пневматический экзоскелет для нижних и верхних конечностей, включающий модуль крепления и силовой модуль, причем модуль крепления содержит каркас, соединенный шарнирно с тазобедренными и бедренными звеньями, а силовой модуль включает устройство управления и электропневматическое средство, которое включает в свой состав средство подготовки воздуха, включающее компрессор, пневмоаккумулятор, блок подготовки для очистки сжатого воздуха и регулятор давления для установки контролируемого датчиками давления, причем средство подготовки воздуха соединено нагнетательными линиями с пневмоцилиндрами, а в нагнетательных линиях установлены управляемые пневмораспределители, регулируемые дроссели и обратные клапаны, устройство управления электрически связано с бортовым источником энергии и включает микроконтроллер, датчики давления, выполненные с возможностью установки на стопе, и датчики углов поворота, установленные на шарнирах, отличающийся тем, что каркас посредством шарнира, ось которого расположена в вертикальной плоскости, соединен с концом дополнительного звена, а электропневматическое устройство включает три пневмоцилиндра, причем первый пневмоцилиндр установлен на каркасе, а конец первого пневмоцилиндра шарнирно соединен с бедренным звеном, второй пневмоцилиндр установлен на бедренном звене, а конец второго пневмоцилиндра шарнирно соединен с голенным звеном, третий пневмоцилиндр установлен на дополнительном звене, а конец третьего пневмоцилиндра шарнирно связан с манжетой, выполненной с возможностью установки на предплечье оператора.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU225633U1 true RU225633U1 (ru) | 2024-04-26 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2942044A2 (en) * | 2014-05-06 | 2015-11-11 | Sarcos LC | Forward or rearward oriented exoskeleton |
US20180110669A1 (en) * | 2015-04-15 | 2018-04-26 | Instituto Tecnlógico Y De Estudios Superiores De Monterrey | Non-invasive mechatronic device providing joint mobility |
US20210030613A1 (en) * | 2019-08-01 | 2021-02-04 | Brave Virtual Worlds, LLC | Full or partial body physical feedback system and wearable exoskeleton |
US20220401284A1 (en) * | 2019-12-03 | 2022-12-22 | Human In Motion Robotics Inc. | System for guiding motions of a target joint |
US11571352B2 (en) * | 2018-03-29 | 2023-02-07 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Assisted exoskeleton rehabilitation device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2942044A2 (en) * | 2014-05-06 | 2015-11-11 | Sarcos LC | Forward or rearward oriented exoskeleton |
US20180110669A1 (en) * | 2015-04-15 | 2018-04-26 | Instituto Tecnlógico Y De Estudios Superiores De Monterrey | Non-invasive mechatronic device providing joint mobility |
US11571352B2 (en) * | 2018-03-29 | 2023-02-07 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Assisted exoskeleton rehabilitation device |
US20210030613A1 (en) * | 2019-08-01 | 2021-02-04 | Brave Virtual Worlds, LLC | Full or partial body physical feedback system and wearable exoskeleton |
US20220401284A1 (en) * | 2019-12-03 | 2022-12-22 | Human In Motion Robotics Inc. | System for guiding motions of a target joint |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109176475B (zh) | 一种膝关节液压被动助力装置 | |
CN105083411B (zh) | 一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢 | |
CN204121372U (zh) | 一种穿戴式下肢外骨骼助行减压机器人装置 | |
CN106726363A (zh) | 一种可穿戴仿生液压下肢康复助行机械装置 | |
CN109124983A (zh) | 一种基于气动肌肉的下肢康复外骨骼系统 | |
CN206085037U (zh) | 一种可穿戴式负重外骨骼 | |
CN101175456A (zh) | 半机动下肢外骨架 | |
CA2379184A1 (en) | Brace | |
CN112315734B (zh) | 气动肌肉驱动下肢康复外骨骼及其康复工作控制方法 | |
WO2018133266A1 (zh) | 具有弹性缓冲的大负载欠驱动并联下肢助力外骨骼 | |
CN108721050A (zh) | 一种磁流变力反馈式下肢主被动康复训练装置及控制方法 | |
RU190786U1 (ru) | Пассивный грузовой экзоскелетон | |
CN106112988A (zh) | 用于连接四肢外骨骼机构的人体躯干机械外骨骼装置 | |
RU225633U1 (ru) | Пневматический экзоскелет для нижних и верхних конечностей | |
RU156350U1 (ru) | Экзоскелетон | |
CN207341906U (zh) | 一种可穿戴仿生液压下肢康复助行机械装置 | |
ES2919624T3 (es) | Sistema para rehabilitar la marcha y dispositivo de soporte de peso para dicho sistema | |
CN112870019B (zh) | 基于重力平衡的下肢康复训练装置 | |
RU191115U1 (ru) | Экзоскелетон | |
RU213133U1 (ru) | Пневматический экзоскелет для нижних конечностей | |
US20060271043A1 (en) | User-attached, manually operated fluid-driven arm lift device | |
CN111714333A (zh) | 新型多功能便携式足踝康复器 | |
CN108210254B (zh) | 一种无泵双推杆液力助行机器人及其控制方法 | |
CN217801695U (zh) | 一种自适应调节重物质心的刚性背负外骨骼 | |
Vinay et al. | Design of a non-invasive pulse rate controlled deep vein thrombosis prophylaxis lower limb device |