RU2549015C2 - Hip joint of exoskeleton - Google Patents
Hip joint of exoskeleton Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549015C2 RU2549015C2 RU2013122932/14A RU2013122932A RU2549015C2 RU 2549015 C2 RU2549015 C2 RU 2549015C2 RU 2013122932/14 A RU2013122932/14 A RU 2013122932/14A RU 2013122932 A RU2013122932 A RU 2013122932A RU 2549015 C2 RU2549015 C2 RU 2549015C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hip joint
- ring
- exoskeleton
- bushings
- wave transmission
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине и может найти применение в военной, медицинской и МЧС-технике в качестве изделия медицинского назначения, используемого для разных нужд.The invention relates to medicine and may find application in military, medical and emergency situations equipment as a medical device used for various needs.
Известно устройство для разгрузки тазобедренного сустава, крепящееся посредством шарнира к поясному ремню на теле человека и состоящее из двух соединенных посредством шарнира пластин, закрепленных на голени и бедре, позволяющее осуществлять индивидуальную подгонку к ноге человека (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2200529, кл. A61H 1/02, опубл. 20.03.2003).A device for unloading the hip joint, fastened by means of a hinge to the waist belt on the human body and consisting of two plates connected by means of a hinge, mounted on the lower leg and thigh, allows for individual adjustment to the human leg (see, for example, the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2200529, class A61H 1/02, published March 20, 2003).
Недостатком данного устройства являются его ограниченные возможности, поскольку оно предусматривает наличие одной степени подвижности и не дополнительных приводов.The disadvantage of this device is its limited capabilities, since it provides for the presence of one degree of mobility and no additional drives.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа тазобедренный сустав экзоскелета, содержащий парные втулки и кольца, установленные с возможностью вращения относительно друг друга, при этом две пары вращения образуют карданный шарнир с двумя степенями подвижности, одна ось которой расположена в сагиттальной, а вторая во фронтальной плоскости, опорное устройство, а также электромеханический привод, неподвижную втулку, снабженную элементами крепления к поясничной пластине с прикрепленными к ней несущей рамой и поясничным ремнем, образующие карданный шарнир, обеспечивающий две степени подвижности. При перемещении бедра вперед происходит вращение внутреннего кольца во внешнем, и нога движется вперед, а перемещение ноги вбок обеспечивается вращением обоих колец в ложе крепящемся к бедру, за счет крепления основания к поясному ремню на теле человека (см., например, описание изобретения к патенту США №8,313,448, кл. A61H 1/00, A61F 5/00, A61B 5/117, опубл. 10.02.2010).The closest known for its technical essence and the achieved result is the exoskeleton hip joint selected as a prototype, containing paired bushings and rings mounted for rotation relative to each other, while two pairs of rotation form a cardan joint with two degrees of mobility, one axis of which located in the sagittal, and the second in the frontal plane, the supporting device, as well as an electromechanical drive, a stationary sleeve equipped with fastening elements to the waist ary plate affixed to it bearing frame and lumbar belt, forming a universal joint that provides two degrees of freedom. When the hip is moved forward, the inner ring rotates in the outer one, and the leg moves forward, and the leg moves sideways by rotating both rings in the bed attached to the hip, by attaching the base to the waist belt on the human body (see, for example, the description of the invention to the patent US No. 8,313,448, CL A61H 1/00,
Недостатком данного устройства является обеспечение только двух степеней подвижности, что сковывает движение человека и ограничивает его в преодолении неровностей поверхности земли. Кроме того, конструкция тазобедренного сустава экзоскелета из-за последовательно расположенных вдоль продольной оси механической передачи электродвигателя имеет слишком большие габариты в фронтальной плоскости, из-за которых могут задеваться окружающие предметы, что ограничивает области его применения и снижает надежность конструкции.The disadvantage of this device is the provision of only two degrees of mobility, which fetters the movement of a person and limits him in overcoming irregularities in the surface of the earth. In addition, the design of the exoskeleton's hip joint, due to the electric motor being sequentially located along the longitudinal axis of the mechanical transmission, has too large dimensions in the frontal plane, due to which surrounding objects can touch, which limits its application and reduces the reliability of the structure.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эксплуатационных и эргономических характеристик, а также надежности за счет обеспечения возможности создания простого тазобедренного сустава экзоскелета, не стесняющего движения человека, усиливающего работу мышц с помощью электропривода и ослабляющего нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека после разрядки аккумулятора.The technical result to which the invention is directed is to increase operational and ergonomic characteristics, as well as reliability by providing the ability to create a simple exoskeleton hip joint that does not hamper the movement of a person, enhances muscle work with an electric drive and reduces the load on the musculoskeletal system of a person after discharging the battery.
Указанный технический результат достигается тем, что в тазобедренный сустав экзоскелета, содержащий поясничный ремень для крепления тазобедренного сустава к поясу человека, прикрепленный к поясничной пластине, с которой соединен кронштейн, имеющей форму лодочки, скрепленный болтами с вилкой, концы вилки жестко закреплены на торцевых пазах центрального стержня, центральный стержень установлен в отверстиях пары втулок, которые вставлены друг в друга, расположены перпендикулярно продольной оси центрального стержня и образуют степень подвижности тазобедренного сустава во фронтальной плоскости, концы внутренней втулки вставлены с возможностью вращения в пару втулок, расположенных соосно с втулками и имеющих противоположные концы, приваренные к внутренней поверхности кольца так, что продольная ось кольца перпендикулярна осям втулок и центральному стержню; на наружной поверхности кольца жестко закреплен статор электродвигателя, соединенный с электрическим аккумулятором, ротор электродвигателя удерживается роликами, образующими радиально-упорные подшипники, устройство снабжено волновой передачей с телами качения, состоящей из входного звена с двумя эксцентриками, сепаратора, в котором расположены тела качения - ролики, и который жестко соединен с кольцом, жесткое колесо с внутренним профилем является выходным звеном волновой передачи, к наружной поверхности жесткого колеса жестко закреплен стержень, снабженный элементами крепления к ноге человека, тела качения - ролики волновой передачи выполняют также функцию опорного подшипника выходного звена тазобедренного сустава экзоскелета.The specified technical result is achieved by the fact that in the exoskeleton's hip joint, containing a lumbar strap for attaching the hip joint to the human belt, attached to the lumbar plate, to which a boat-shaped bracket is fastened, bolted to the plug, the ends of the plug are rigidly fixed to the end grooves of the central rod, the central rod is installed in the holes of a pair of bushings that are inserted into each other, are perpendicular to the longitudinal axis of the Central rod and form a degree n mobility of the hip joint in the frontal plane, the internal sleeve ends are inserted rotatably in a pair of sleeves arranged coaxially with the bushes and having opposite ends welded to the inner surface of the ring so that the longitudinal axis of the ring is perpendicular to the axes of the sleeves and the central rod; on the outer surface of the ring, the motor stator is rigidly fixed, connected to the electric battery, the motor rotor is held by rollers forming angular contact bearings, the device is equipped with a wave transmission with rolling bodies, consisting of an input link with two eccentrics, a separator in which the rolling bodies are rollers , and which is rigidly connected to the ring, the hard wheel with an internal profile is the output link of the wave transmission, to the outer surface of the hard wheel is rigidly closed captive bar provided with fastening elements to the human foot, the rolling bodies - wave transmission rollers also perform the function of bearing the exoskeleton hip output link.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.The claimed combination of essential features is in direct causal relation to the achieved result.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию ″новизна″, так как оно не известно из уровня техники. Предложенный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию ″изобретательский уровень″, так как он явным образом не следует из уровня техники.Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion ″ novelty ″, since it is not known from the prior art. The proposed method is industrially applicable existing technical means and meets the criterion of "inventive step", since it does not explicitly follow from the prior art.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.Thus, the proposed technical solution meets the established conditions of patentability of the invention.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.The other known technical solutions for a similar purpose with similar significant features by the applicant was not found.
На фиг. 1 представлен продольный разрез тазобедренного сустава, на фиг. 2 представлено поперечное сечение А-А тазобедренного сустава, на фиг. 3 представлена сборка элементов тазобедренного сустава.In FIG. 1 shows a longitudinal section through the hip joint; FIG. 2 shows a cross section AA of the hip joint, FIG. Figure 3 shows the assembly of the elements of the hip joint.
Предлагаемый тазобедренный сустав экзоскелета построен по принципу карданного подвеса с тремя степенями подвижности.The proposed hip joint of the exoskeleton is built on the principle of a gimbal with three degrees of mobility.
Тазобедренный сустав экзоскелета содержит поясничный ремень 1 для крепления тазобедренного сустава к поясу человека, прикрепленный к поясничной пластине 2, с которой соединен кронштейн 3, имеющей форму лодочки, скрепленный болтами с вилкой 4. Концы вилки 4 жестко закреплены на торцевых пазах 5 центрального стержня 6. Центральный стержень 6 установлен в отверстиях пары втулок 7 и 8, которые вставлены друг в друга, расположены перпендикулярно продольной оси центрального стержня 6 и образуют степень подвижности тазобедренного сустава во фронтальной плоскости. Концы внутренней втулки 7 вставлены с возможностью вращения в пару втулок 9, расположенных соосно с втулками 7 и 8. Противоположные концы втулок 9 приварены к внутренней поверхности кольца 10 так, что продольная ось кольца 10 перпендикулярна к осям трубок 7 и 8 и центральному стержню 6.The exoskeleton hip joint contains a lumbar belt 1 for attaching the hip joint to the person’s belt, attached to the
Втулки 7 и 8 с втулками 9 образуют степень подвижности тазобедренного сустава в вертикальной плоскости.
На наружной поверхности кольца 10 жестко закреплен статор электродвигателя 11, соединенный для работы в автономных полевых условиях с электрическим аккумулятором (не показан). Ротор электродвигателя 12 удерживается роликами, образующими радиально-упорные подшипники 13 и 14. Устройство снабжено волновой передачей с телами качения, состоящими из входного звена 15 с двумя эксцентриками, сепаратора 16, в котором расположены тела качения - ролики 17, и который жестко соединенные с кольцом 10. Жесткое колесо 18 с внутренним профилем является выходным звеном волновой передачи. К наружной поверхности жесткого колеса 18 жестко закреплен стержень, снабженный элементами крепления к ноге человека. Тела качения - ролики 17 волновой передачи выполняют также функцию опорного подшипника выходного звена тазобедренного сустава экзоскелета.On the outer surface of the
Тазобедренный сустав работает следующим образом.The hip joint works as follows.
При подаче сигнала управления на электродвигатель сустава экзоскелета, ротор электродвигателя 12 начинает вращаться и через элементы волновой передачи - входное звено 15 за счет эксцентриков создает возвратно-поступательное движение тел качения - роликов 17, которые, действуя на профиль жесткого колеса, поворачивают выходное жесткое колесо 18 со стержнем 19 и закрепленной с ним ногой в заданном направлении в сагиттальной плоскости. Движение ноги, связанное с неровностями поверхности (лестница или обход камня и т.п.), не вызывает сопротивления сустава экзоскелета за счет наличия степеней подвижности во фронтальной плоскости (втулок 7 и 8 относительно центрального стержня 6) и в вертикальной плоскости (втулки 9 относительно втулок 7 и 8).When a control signal is applied to the exoskeleton joint electric motor, the rotor of the
При отсутствии сигнала управления, например при разрядке аккумулятора, человек с экзоскелетом совершает свободное движение ноги в сагиттальной плоскости за счет обратимости и высокого КПД волновой передачи с телами качения (КПД составляет не менее 0,85 при работе в режиме мультипликатора). Движение от ноги со стержнем 19 и жестким колесом 18 передается на тела качения - ролики 17, которые, совершая возвратно-поступательное движение, заставляет поворачиваться эксцентрики входного звена 15 вместе с ротором электродвигателя 12.In the absence of a control signal, for example, when the battery is discharged, a person with an exoskeleton makes free leg movement in the sagittal plane due to the reversibility and high efficiency of wave transmission with rolling bodies (the efficiency is at least 0.85 when operating in the multiplier mode). The movement from the leg with the
Таким образом, предлагаемый тазобедренный сустав экзоскелета за счет введения дополнительной степени подвижности, реализованной парой втулок, а также использования в качестве механической передачи - волновой передачи с телами качения, выполненной по кинематической схеме с неподвижным сепаратором, электродвигателя с обращенным ротором (расположенным снаружи статора) и коаксиальной их установкой имеет три степени подвижности, что обеспечивает свободное копирование движений человеческих конечностей; усиление мышечной энергии движения в наиболее нагруженной сагиттальной плоскости бедра и лучшие эксплуатационные и эргономические характеристики.Thus, the proposed hip joint of the exoskeleton due to the introduction of an additional degree of mobility, implemented by a pair of bushings, and also use as a mechanical transmission - a wave transmission with rolling bodies, made according to the kinematic scheme with a stationary separator, an electric motor with a rotor (located outside the stator) and their coaxial installation has three degrees of mobility, which provides free copying of the movements of human limbs; increased muscle energy of movement in the most loaded sagittal plane of the thigh and the best operational and ergonomic characteristics.
Применение изобретения обеспечивает наилучшим образом создание экзоскелета с расширенными функционально-технологическими возможностями, которые позволили бы с нагрузкой даже танцевать, а не только ходить.The application of the invention provides the best way to create an exoskeleton with enhanced functional and technological capabilities, which would allow even the load to dance, not just walk.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013122932/14A RU2549015C2 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | Hip joint of exoskeleton |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013122932/14A RU2549015C2 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | Hip joint of exoskeleton |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013122932A RU2013122932A (en) | 2014-11-27 |
RU2549015C2 true RU2549015C2 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013122932/14A RU2549015C2 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | Hip joint of exoskeleton |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2549015C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2075986C1 (en) * | 1994-03-09 | 1997-03-27 | Акционерное общество "Западно-украинский бизнес-центр" | Exoskeleton |
RU2117470C1 (en) * | 1994-03-11 | 1998-08-20 | Закрытое акционерное общество "РИКСАНА" | Exoskeleton |
WO2009082249A2 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Richard Little | Mobility aid |
US8313448B2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-11-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Walking assistance device |
-
2013
- 2013-05-20 RU RU2013122932/14A patent/RU2549015C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2075986C1 (en) * | 1994-03-09 | 1997-03-27 | Акционерное общество "Западно-украинский бизнес-центр" | Exoskeleton |
RU2117470C1 (en) * | 1994-03-11 | 1998-08-20 | Закрытое акционерное общество "РИКСАНА" | Exoskeleton |
WO2009082249A2 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Richard Little | Mobility aid |
US8313448B2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-11-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Walking assistance device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013122932A (en) | 2014-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102250260B1 (en) | A connecting module and a motion assist apparatus comprising thereof | |
US20200281745A1 (en) | Lower limb exoskeleton system having jump-down cushioning function and use method thereof | |
US10682277B2 (en) | Exoskeleton including a mechanical ankle link having two pivot axes | |
CN111110519B (en) | Multi-sensing intelligent wearable lower limb exoskeleton robot | |
KR102439276B1 (en) | A sliding assembly and a amotion assist apparatus comprisng thereof | |
KR102167182B1 (en) | A driving module and a motion assist apparatus comprising thereof | |
CN108721050B (en) | Magneto-rheological force feedback type lower limb active and passive rehabilitation training device | |
CN110575366B (en) | Active and passive combined lower limb assistance exoskeleton robot | |
CN103735386A (en) | Wearable lower limb exoskeleton rehabilitation robot | |
CN110300642B (en) | Connection device for exoskeleton structure facilitating load bearing during walking or running | |
KR102384150B1 (en) | A joint assembly and a motion assist apparatus comprising thereof | |
Zhao et al. | Development of a soft knee exosuit with twisted string actuators for stair climbing assistance | |
RU171262U1 (en) | FEMAL LINK OF AN ACTIVE FOOT ORTHOSIS | |
KR101486808B1 (en) | Walking assisting apparatus adjustable a range of external force using spring | |
WO2017204684A1 (en) | Actuator for a link of an active leg orthosis | |
CN112022618B (en) | Rigid-flexible coupling wearable walking assisting exoskeleton system | |
Sancho-Pérez et al. | Mechanical description of ATLAS 2020, a 10-DOF paediatric exoskeleton | |
CN111973405A (en) | Leg exoskeleton device and control method thereof | |
RU2549015C2 (en) | Hip joint of exoskeleton | |
KR102352338B1 (en) | A connecting module and a motion assist apparatus comprising thereof | |
RU173374U1 (en) | ACTIVE FOOT LINK DRIVE | |
KR101390219B1 (en) | Exoskeleton | |
KR102633470B1 (en) | Wearable Assistance Device | |
Casolo et al. | On active lower limb exoskeletons actuators | |
CN109648546B (en) | Adjustable light and thin exoskeleton knee joint driver |