RU2675467C2

RU2675467C2 - Method of determining the position and orientation of the foot and phases of the movement of the foot support of the exoskeleton and integrated foot of the exoskeleton

Info

Publication number: RU2675467C2
Application number: RU2017110871A
Authority: RU
Inventors: Елена Валентиновна Письменная; Андрей Викторович Кузмичев; Иван Евгеньевич Митрофанов; Кирилл Михайлович Толстов; Екатерина Сергеевна Березий
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзоатлет"
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-12-19
Also published as: RU2017110871A; RU2017110871A3

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine. Integrated foot of the exoskeleton is formed by the integration of the user's shoe of the exoskeleton and the support element, made with the possibility of connection with the ankle hinge of the exoskeleton. Sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending in the area of the projection on it of the axis of bending of the foot of the user of the exoskeleton in the area of the metatarsophalangeal joints. Foot is equipped with range sensors, made with the possibility of measuring the distance from the outer surface of the sole plate to the support surface in the direction perpendicular to the specified outer surface. Data processing from range sensors is carried out in the processing unit, that can be used as a microcontroller and where the correspondence of the current movement of the leg support of the exoskeleton to one of the four phases of movement is determined: TRANSFER, SUPPORT ON THE HEEL of the feet of the exoskeleton, SUPPORT ON THE FULL FOOT of the exoskeleton and SUPPORTS ON THE TOE of the feet of the exoskeleton, and calculate the angles of inclination of the outer surface of the heel and toe parts of the sole plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface.EFFECT: invention provides the ability to determine the position and orientation of the foot relative to the supporting surface and the current phase of movement of the leg support of the exoskeleton, orthosis or prosthesis.42 cl, 16 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам определения положения и ориентации стопы экзоскелета относительно опорной поверхности и фазы движения ножной опоры экзоскелета, ортеза или протеза, а также к конструктивным особенностям выполнения стопы экзоскелета, ортеза или протеза, позволяющим определять положение и ориентацию стопы и фазу движения ножной опоры экзоскелета, ортеза или протеза.The group of inventions relates to medical equipment, and in particular to methods and devices for determining the position and orientation of the exoskeleton foot relative to the supporting surface and phase of movement of the foot support of the exoskeleton, orthosis or prosthesis, as well as to structural features of the execution of the exoskeleton foot, orthosis or prosthesis, which allows to determine the position and the orientation of the foot and the phase of movement of the foot support of the exoskeleton, orthosis or prosthesis.

Изобретения обеспечивают возможность определять положение и ориентацию стопы относительно опорной поверхности и текущую фазу движения ножной опоры экзоскелета, ортеза или протеза.The invention provides the ability to determine the position and orientation of the foot relative to the supporting surface and the current phase of the movement of the foot support of the exoskeleton, orthosis or prosthesis.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

При построении систем управления движением экзоскелетов, ортезов или протезов учитывают данные, в том числе и о текущих значениях кинематических и динамических параметров движения их звеньев [US 8057410 В2 публ. 15.11.2011], о кинематических и динамических параметрах движения и масс - инерционных характеристиках звеньев, присоединенных к соответствующим сегментам ног пользователя [RU 2364385 публ. 20.08.2009], и в том числе о текущих параметрах движения их стопы относительно опорной поверхности [US 9211201 В2 публ. 15.12.2015], [US 9351856 В2 публ. 31.05.2016], [US 9221177 В2 публ. 29.12.2016] и [Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы. - М.: Мир, 1976.].When building motion control systems for exoskeletons, orthoses or prostheses, data are taken into account, including the current values of the kinematic and dynamic parameters of the movement of their links [US 8057410 B2 publ. November 15, 2011], on the kinematic and dynamic parameters of motion and mass - inertial characteristics of links attached to the corresponding segments of the user's legs [RU 2364385 publ. 08/20/2009], and also about the current motion parameters of their foot relative to the supporting surface [US 9211201 B2 publ. 12/15/2015], [US 9351856 B2 publ. 05/31/2016], [US 9221177 B2 publ. 12/29/2016] and [Vukobratovich M. Walking robots and anthropomorphic mechanisms. - M.: Mir, 1976.].

Движение стопы пользователя экзоскелета в процессе его перемещения относительно опорной поверхности можно охарактеризовать совокупностью ряда текущих параметров движения подошвенной пластины стопы экзоскелета, опорный элемент которой интегрирован с башмаком пользователя экзоскелета. Эти параметры определяются как для безопорного движения, так и для движения, при котором в результате изменения положения стопы экзоскелета осуществляется контакт интегрированной стопы с опорной поверхностью и возникает обусловленное этим контактом силовое взаимодействие интегрированной стопы экзоскелета с опорной поверхностью.The movement of the foot of the user of the exoskeleton during its movement relative to the supporting surface can be characterized by a set of current parameters of the movement of the plantar plate of the foot of the exoskeleton, the supporting element of which is integrated with the shoe of the user of the exoskeleton. These parameters are determined both for unsupported movement and for movement in which, as a result of changing the position of the exoskeleton foot, the integrated foot contacts the supporting surface and the force interaction of the integrated exoskeleton foot with the supporting surface arises due to this contact.

В общем случае движение стопы ножной опоры экзоскелета относительно опорной поверхности определяют следующие текущие параметры:In the General case, the movement of the foot of the foot support of the exoskeleton relative to the supporting surface is determined by the following current parameters:

- расстояния от заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности;- the distance from the pre-selected point or points of the outer surface of the heel and forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface;

- углы наклона наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета относительно опорной поверхности;- tilt angles of the outer surface of the heel and forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot relative to the supporting surface;

- силы реакции опоры в вертикальном и продольном направлении для заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета,- reaction forces of the support in the vertical and longitudinal direction for pre-selected points or points of the outer surface of the heel and forefoot of the plantar plate of the integrated exoskeleton foot,

Совокупность вышеперечисленных параметров, характеризующих безопорное движение стопы экзоскелета и/или движение стопы при наличии контакта стопы с опорной поверхностью, позволяет также определить текущую фазу движения ножной опоры экзоскелета.The combination of the above parameters characterizing the supportless movement of the foot of the exoskeleton and / or movement of the foot in the presence of contact of the foot with the supporting surface also allows you to determine the current phase of the movement of the foot support of the exoskeleton.

При этом такие из вышеперечисленных параметров движения стопы экзоскелета как расстояния, углы наклона и силы реакции опоры определяют количественно, а текущие фазы движения ножной опоры экзоскелета - качественно.Moreover, such parameters of the exoskeleton foot movement as mentioned above, such as distances, tilt angles, and support reaction forces, are determined quantitatively, and the current phases of the exoskeleton foot support movement are determined qualitatively.

Известен способ определения данных о текущих параметрах движения стопы относительно опорной поверхности при помощи интегрированной стопы экзоскелета, выполненной с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленения экзоскелета и проведения измерений данных двумя датчиками, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, и с подошвенной пластиной интегрированной стопы, выполненной с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, включающий проведение указанных измерений [US 8057410 В2 публ. 15.11.2011].There is a method of determining data on the current parameters of the movement of the foot relative to the supporting surface using an integrated exoskeleton foot, configured to attach to the ankle articulation of the exoskeleton and measure data with two sensors, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot parts, and with the sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of bending of the foot of the user in the back direction in the area of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, including the conduct of these measurements [US 8057410 B2 publ. 11/15/2011].

В данном способе осуществляют измерение только таких данных о текущих параметрах движения стопы относительно опорной поверхности, которые не позволяют определять такие параметры как расстояния от заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности и углы наклона наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета относительно опорной поверхности.In this method, only such data on the current parameters of the foot movement relative to the supporting surface is measured that does not allow determining such parameters as the distances from the preselected points or points of the outer surface of the heel and forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface and the angles of inclination of the outer surface the heel and forefoot of the plantar plate of the integrated exoskeleton foot relative to the supporting surface.

Известен также способ определения данных о текущих параметрах движения стопы относительно опорной поверхности при помощи интегрированной стопы экзоскелета, выполненной с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленения экзоскелета и проведения измерений данных двумя датчиками, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, и с подошвенной пластиной интегрированной стопы, выполненной с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, включающий проведение указанных измерений [RU 2364385 публ. 20.08.2009].There is also a method of determining data on the current parameters of foot movement relative to the supporting surface using an integrated exoskeleton foot, configured to attach to the ankle articulation of the exoskeleton and measure data with two sensors, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on it forefoot, and with the sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of the bend of the foot STUDIO in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the plantar insert integrated foot, comprising carrying out said measurements [RU 2364385 publ. 08/20/2009].

Данный способ также позволяет осуществить измерение только таких данных о текущих параметрах движения стопы относительно опорной поверхности, как силы реакции опоры в вертикальном направлении в пяточной и носочной частях интегрированной стопы ножной опоры экзоскелета, но не позволяет определять такие параметры как расстояния от заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности и углы наклона наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, что ограничивает его применение при создании систем управления, обеспечивающих движение пользователя в экзоскелете с походкой близкой к естественной.This method also allows the measurement of only such data on the current parameters of foot movement relative to the supporting surface as the support reaction forces in the vertical direction in the heel and forefoot of the integrated foot of the exoskeleton foot support, but it does not allow determining parameters such as distances from pre-selected points or points the outer surface of the heel and forefoot of the plantar plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface and the angles of inclination of the outer surface of the heel and toe parts of the sole plate of the integrated exoskeleton foot relative to the supporting surface, which limits its use in creating control systems that provide the user with movement in the exoskeleton with a gait close to natural.

Известна интегрированная стопа экзоскелета, включающая башмак пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению экзоскелета, блок обработки данных и, соединенные с ним два датчика, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, при этом подошвенная пластина интегрированной стопы выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы [US 8057410 В2 публ. 15.11.2011].An integrated exoskeleton foot is known, including an exoskeleton user shoe and a support element connected thereto, configured to attach an exoskeleton to the ankle articulation, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of bending of the user's foot in the back direction enii in the metatarsophalangeal joints on the plantar insert integrated stack [US 8057410 B2 Publ. 11/15/2011].

В качестве указанных датчиков в данной интегрированной стопе экзоскелета использованы датчики силы. Но данных с этих датчиков силы недостаточно для определения положения и ориентации стопы экзоскелета относительно опорной поверхности.As these sensors, force sensors were used in this integrated exoskeleton foot. But the data from these force sensors are insufficient to determine the position and orientation of the exoskeleton foot relative to the supporting surface.

Известна также интегрированная стопа экзоскелета, включающая башмак пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению экзоскелета, блок обработки данных и, соединенные с ним два датчика, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, при этом подошвенная пластина интегрированной стопы выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы [RU 2364385 публ. 20.08.2009].An integrated exoskeleton foot is also known, including an exoskeleton user shoe and a support element connected thereto, configured to attach an exoskeleton to the ankle articulation, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second - on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of bending of the user's foot in the back the direction in the area of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot [RU 2364385 publ. 08/20/2009].

Данная интегрированная стопа также не позволяет определять такие пространственные и силовые параметры движения экзоскелета как положение и ориентация ее стопы относительно опорной поверхности, что ограничивает его применение при создании систем управления, обеспечивающих паттерн ходьбы пользователя в экзоскелете близкий к естественному.This integrated foot also does not allow to determine such spatial and power parameters of the exoskeleton movement as the position and orientation of its foot relative to the supporting surface, which limits its use in the creation of control systems providing a walking pattern in the exoskeleton that is close to natural.

РАСКРЫТИЕ ГРУППЫ ИЗОБРЕТЕНИЙSUMMARY OF THE INVENTION

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений в отношении предлагаемых способа и интегрированной стопы экзоскелета по первым и вторым вариантам, является расширение функциональных возможностей предложенных способа и интегрированной стопы экзоскелета и улучшение эргономических характеристик экзоскелета в целом за счет обеспечения возможности определять такие параметры движения стопы ножной опоры экзоскелета как положение и ориентацию его стопы, а также текущую фазу движения ножной опоры экзоскелета.The technical result, to which the proposed group of inventions is directed in relation to the proposed method and integrated exoskeleton foot according to the first and second options, is to expand the functionality of the proposed method and integrated exoskeleton foot and improve the ergonomic characteristics of the exoskeleton as a whole by providing the ability to determine such parameters of foot movement the foot support of the exoskeleton as the position and orientation of its foot, as well as the current phase of movement of the foot support exoskeleton ry.

Для достижения указанного технического результата в отношении первого варианта способа определения положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры экзоскелета при помощи интегрированной стопы экзоскелета, выполненной с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленения экзоскелета, проведения измерений данных двумя датчиками, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, и с подошвенной пластиной интегрированной стопы, выполненной с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, включающего проведение указанных измерений, измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой и, соответственно, второй заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ первой и второй горизонтальных осей, принадлежащих наружной поверхности пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы, до опорной поверхности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности, где δ₀ - расстояние между первой и второй фронтальными плоскостями интегрированной стопы, проходящими через вышеупомянутые первую и, соответственно, вторую горизонтальные оси, определяют соответствие текущего движения ножной опоры экзоскелета одной из четырех фаз - ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета, и вычисляют угол наклона наружной поверхности подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, при этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ПЕРЕНОС, если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА НОСОК, при этом для фаз ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ и ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, угол наклона γ₀ наружной поверхности носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности вычисляют по формулеIn order to achieve the indicated technical result with respect to the first variant of the method for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the exoskeleton foot support using an integrated exoskeleton foot, configured to attach to the ankle articulation of the exoskeleton, to measure these two sensors, the first of which is mounted on the heel integrated foot, and the second on its forefoot, and with a sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending in the area including the projection of the axis of the bend of the user's foot in the rear direction in the area of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, including carrying out these measurements, measure the distances s ₁ and s ₂ from the first and, accordingly, the second pre-selected and spaced in the longitudinal direction on distance δ ₀ the first and second horizontal axes, which belong to the outer surface and the heel, respectively, the toe portions of the foot sole plate integrated to the support surface in the n direction perpendicular to said outer surface, where δ ₀ - distance between the first and second frontal plane of the integrated stack, extending across the aforementioned first and, respectively, a second horizontal axis defined by the appropriate current motion footrest exoskeleton one of four phases - TRANSFER, reliance on heels exoskeleton foot, SUPPORT FOR THE WHOLE EXOSCELETE STOP and SUPPORT ON THE SOCK OF the exoskeleton foot, and the angle of inclination of the outer surface of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supports moreover, if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as TRANSFER, if s ₁ is zero and s _{2 is} larger than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT ON FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT FOR ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT TO SOCK, while for the TRANSFER phases, SUPPORT BRACKET FOR heel and whole foot, the inclination angle γ ₀ of the outer surface of the sock h STI and his equal angle γ ₁ of the outer surface of the heel portion of the foot sole plate of the exoskeleton relative to the reference surface is calculated from the formula

γ₀=γ₁=γ=arctg((s₁-s₂)/δ₀),γ ₀ = γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₂ ) / δ ₀ ),

а для фазы движения ножной опоры ОПОРА НА НОСОК, угол наклона γ₀ наружной поверхности носочной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности определяют равным нулю, а угол наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности вычисляют по формулеand for the phase of movement of the foot support SUPPORT TO SOCK, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the toe of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is determined to be zero, and the angle of inclination of γ _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is calculated by the formula

γ₁=arctg(s₁/δ₁),γ ₁ = arctan (s ₁ / δ ₁ ),

где δ₁ - расстояние между первой фронтальной плоскостью и третьей фронтальной плоскостью интегрированной стопы экзоскелета, проходящей через проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы.where δ ₁ is the distance between the first frontal plane and the third frontal plane of the integrated foot of the exoskeleton passing through the projection of the bend axis of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the plantar plate of the integrated foot.

При этом определение текущей фазы движения ножной опоры и вычисление угла наклона γ₀ наружной поверхности носочной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности и угла наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности может быть осуществлено программно.In this case, the determination of the current phase of movement of the foot support and the calculation of the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the forefoot of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the support surface and the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the support surface can be carried out programmatically.

Для достижения указанного технического результата в отношении второго варианта способа определения положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры экзоскелета при помощи интегрированной стопы экзоскелета, выполненной с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленения экзоскелета, проведения измерений данных двумя датчиками, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, и с подошвенной пластиной интегрированной стопы, выполненной с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой и, соответственно, второй заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ первой и второй горизонтальных осей, принадлежащих наружной поверхности пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы, до опорной поверхности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности, где δ₀ - расстояние между первой и второй фронтальными плоскостями интегрированной стопы, проходящими через вышеупомянутые первую и, соответственно, вторую горизонтальные оси, дополнительно измеряют расстояние s₃ от третьей заранее выбранной горизонтальной оси, также принадлежащей наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины интегрированной стопы, но не совпадающей с первой горизонтальной осью, до опорной поверхности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности, определяют соответствие текущего движения ножной опоры экзоскелета одной из четырех фаз - ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета, при этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ПЕРЕНОС, если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры определяют как ОПОРА НА НОСОК и для фазы движения ножной опоры ОПОРА НА НОСОК, угол наклона γ₀ наружной поверхности носочной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности определяют равным нулю, а угол наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности вычисляют по формуле γ₁=γ=arctg((s₁-s₃)/δ)In order to achieve the indicated technical result with respect to the second variant of the method for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the exoskeleton foot support using an integrated exoskeleton foot, configured to attach to the ankle articulation of the exoskeleton, to measure these two sensors, the first of which is mounted on the heel integrated foot, and the second on its forefoot, and with a sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending In the area including the projection of the back bend axis of the user's foot in the metatarsophalangeal joints onto the sole plate of the integrated foot, the distances s ₁ and s ₂ from the first and, accordingly, the second, pre-selected and spaced longitudinally to a distance δ _{0 of the} first and the second horizontal axis belonging to the outer surface of the heel and, respectively, the forefoot of the sole plate of the integrated foot, to the abutment surface in the direction perpendicular to the outside the surface, where δ ₀ is the distance between the first and second frontal planes of the integrated foot passing through the aforementioned first and, respectively, second horizontal axes, additionally measure the distance s ₃ from the third pre-selected horizontal axis, also belonging to the outer surface of the heel of the sole plate integrated feet, but not coinciding with the first horizontal axis, to the supporting surface in the direction perpendicular to the specified outer surface, determine the correspondence e of the current movement of the exoskeleton foot support of one of the four phases - TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE FOOT OF the exoskeleton foot, SUPPORT FOR THE WHOLE STOP of the exoskeleton and SUPPORT ON THE SOCK OF the exoskeleton foot, while if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is as TRANSFER, if s ₁ is equal to zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as a SUPPORT ON FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT TO ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is zero at the same time, then phase dv foot supports are defined as SUPPORT TO SOCK and for the phase of movement of the foot support SUPPORT TO SOCK, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the toe of the plantar foot plate of the exoskeleton relative to the support surface is determined to be zero, and the angle of inclination γ _{1 of the} external surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is calculated by the formula γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ)

вычисляют угол γ₁ наклона наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, где δ - расстояние между первой фронтальной плоскостью и третьей фронтальной плоскостью интегрированной стопы экзоскелета, проходящей через третью фронтальную ось, а для фаз движения ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ угол наклона γ₀ наружной поверхности носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности вычисляют по формулеthe angle γ _{1 of the} inclination of the outer surface of the heel of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supporting surface is calculated, where δ is the distance between the first frontal plane and the third frontal plane of the integrated exoskeleton foot passing through the third frontal axis, and for the motion phases TRANSFER, SUPPORT ON FIVE, FRAME whole foot inclination angle γ ₀ of the outer surface of the forefoot and it is equal angle γ ₁ of the outer surface of the heel portion of the foot sole plate relative to the supporting exoskeleton the surface is calculated from the formula

γ₀=γ₁=γ=arctg((s₁-s₃)/δ).γ ₀ = γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ).

При этом определение текущей фазы движения ножной опоры и вычисление угла наклона γ₁ наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности может быть осуществлено программно.In this case, the determination of the current phase of movement of the foot support and the calculation of the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the support surface can be carried out programmatically.

Для достижения указанного технического результата в отношении первого варианта интегрированной стопы экзоскелета, включающей башмак пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению экзоскелета, блок обработки данных и, соединенные с ним два датчика, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, при этом подошвенная пластина интегрированной стопы выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, в качестве указанных датчиков используют датчики дальности от наружной поверхности подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности по осям указанных датчиков дальности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности.In order to achieve the indicated technical result with respect to the first embodiment of an integrated exoskeleton foot, including an exoskeleton user shoe and a support element connected thereto, configured to attach an exoskeleton to the ankle articulation, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending around Ty, including the projection of the axis of the user's foot bending axis in the region of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, the distance sensors from the outer surface of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface along the axes of the specified range sensors in the direction perpendicular to the specified outer surface.

При этом опорный элемент может быть размещен внутри башмака пользователя экзоскелета.In this case, the supporting element can be placed inside the shoe of the user of the exoskeleton.

При этом подошвенная пластина башмака пользователя экзоскелета может быть использована в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы.In this case, the sole plate of the exoskeleton user shoe can be used as the sole plate of the integrated foot.

При этом задник башмака пользователя экзоскелета может быть использован в качестве задника интегрированной стопы.In this case, the back of the shoe of the user of the exoskeleton can be used as the back of the integrated foot.

При этом носок башмака пользователя экзоскелета может быть использован в качестве носка интегрированной стопы.In this case, the toe of the shoe of the user of the exoskeleton can be used as a toe of the integrated foot.

При этом башмак пользователя может быть размещен на опорном элементе.In this case, the user's shoe can be placed on the supporting element.

При этом опорный элемент может быть использован в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы.In this case, the supporting element can be used as the sole plate of the integrated foot.

При этом интегрированная стопа может быть снабжена задником интегрированной стопы, смонтированным на пяточной части подошвенной пластины интегрированной стопы.In this case, the integrated foot may be provided with a back of the integrated foot mounted on the heel of the sole plate of the integrated foot.

При этом о интегрированная стопа может быть снабжена носком интегрированной стопы, смонтированным на носочной части подошвенной пластины интегрированной стопы.In this case, the integrated foot may be provided with an integrated foot toe mounted on the forefoot of the sole plate of the integrated foot.

При этом в качестве указанных датчиков дальности могут быть использованы оптические датчики дальности.At the same time, optical range sensors can be used as the indicated range sensors.

При этом задник интегрированной стопы экзоскелета может быть выполнен из формоустойчивого материала.In this case, the back of the integrated foot of the exoskeleton can be made of form-resistant material.

При этом носок интегрированной стопы экзоскелета может быть выполнен из формоустойчивого материала.In this case, the toe of the integrated foot of the exoskeleton can be made of form-resistant material.

При этом первый датчик дальности от наружной поверхности подошвенной пластины интегрированной стопы до опорной поверхности может быть смонтирован на наружной поверхности задника интегрированной стопы экзоскелета.In this case, the first sensor of the distance from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface can be mounted on the outer surface of the back of the integrated foot of the exoskeleton.

При этом второй датчик дальности от наружной поверхности подошвенной пластины интегрированной стопы до опорной поверхности может быть смонтирован на наружной поверхности носка интегрированной стопы экзоскелета.In this case, the second distance sensor from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface can be mounted on the outer surface of the toe of the integrated foot of the exoskeleton.

При этом опорный элемент может быть присоединен к голеностопному шарнирному сочленению экзоскелета посредством опорной стойки.In this case, the support element can be attached to the ankle articulation of the exoskeleton by means of a support strut.

При этом первый и второй датчики дальности могут быть соединены с блоком обработки данных посредством канала обмена данными.In this case, the first and second range sensors can be connected to the data processing unit via a data exchange channel.

При этом в качестве блока обработки данных может быть использован микроконтроллер.At the same time, a microcontroller can be used as a data processing unit.

При этом башмак пользователя экзоскелета может быть снабжен накладным задником, жестко соединенным с подошвенной пластиной башмака пользователя и использованным в качестве задника интегрированной стопы экзоскелета.In this case, the exoskeleton user shoe can be equipped with a patch back rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the back of the integrated exoskeleton foot.

При этом башмак пользователя экзоскелета может быть снабжен накладным носком, жестко соединенным с подошвенной пластиной башмака пользователя и использованным в качестве носка интегрированной стопы экзоскелета.In this case, the exoskeleton user shoe may be provided with a patch toe rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the toe of the integrated exoskeleton foot.

Для достижения указанного технического результата в отношении второго варианта интегрированной стопы экзоскелета, включающей башмак пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению экзоскелета, блок обработки данных и, соединенные с ним два датчика, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы, а второй - на ее носочной части, при этом подошвенная пластина интегрированной стопы выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы, она дополнительно снабжена третьим датчиком, также смонтированным на пяточной части интегрированной стопы, но разнесенным с первым датчиком в продольном направлении, а в качестве первого, второго и третьего вышеперечисленных датчиков использованы датчики дальности от наружной поверхности подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности по осям указанных датчиков дальности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности.In order to achieve the indicated technical result with respect to the second embodiment of the integrated exoskeleton foot, including the exoskeleton user shoe and the supporting element connected to it, adapted to attach to the ankle joint of the exoskeleton, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending around the tee, including the projection of the axis of the user's foot bend axis in the region of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, it is additionally equipped with a third sensor, also mounted on the heel of the integrated foot, but spaced with the first sensor in the longitudinal direction, and as the first, second and the third of the above sensors used range sensors from the outer surface of the plantar plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface along the axes seemed range sensors in a direction perpendicular to said outer surface.

При этом первый и третий датчики дальности от наружной поверхности подошвенной пластины интегрированной стопы до опорной поверхности могут быть смонтированы на наружной поверхности задника интегрированной стопы экзоскелета.In this case, the first and third distance sensors from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface can be mounted on the outer surface of the back of the integrated foot of the exoskeleton.

При этом первый, второй и третий датчики дальности могут быть соединены с блоком обработки данных посредством канала обмена данными.In this case, the first, second and third range sensors can be connected to the data processing unit via a data exchange channel.

При этом башмак пользователя экзоскелета может быть снабжен накладным носком, жестко соединенным с подошвенной пластиной башмака пользователя и использованным в качестве носка интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the shoe of the user of the exoskeleton can be equipped with a patch toe rigidly connected to the sole plate of the shoe of the user and used as a toe of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретения будут более понятными из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи Фиг. 1-Фиг. 16, на которых изображено:The invention will be better understood from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 to FIG. 16, which depict:

Фиг. 1 - Экзоскелет нижних конечностей с оконечным звеном в виде интегрированной стопы;FIG. 1 - Exoskeleton of the lower extremities with a terminal link in the form of an integrated foot;

Фиг. 2 - Ножная опора экзоскелета с оконечным звеном в виде интегрированной стопы;FIG. 2 - Leg support of the exoskeleton with the end link in the form of an integrated foot;

Фиг. 3 - Интегрированная стопа с размещением одного датчика дальности на заднике башмака пользователя и одного датчика дальности на носке башмака пользователя и использованием в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы подошвенной пластины башмака пользователя;FIG. 3 - Integrated foot with the placement of one range sensor on the back of the user's shoe and one range sensor on the toe of the user's shoe and using the integrated foot of the sole plate of the user's shoe as the sole plate;

Фиг. 4 - Интегрированная стопа с размещением одного датчика дальности на заднике опорного элемента и одного датчика дальности на носке опорного элемента и использованием в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы подошвенной пластины опорного элемента;FIG. 4 - Integrated foot with the placement of one range sensor on the back of the support element and one range sensor on the toe of the support element and using the integrated foot of the sole plate of the support element as the sole plate;

Фиг. 5 - Интегрированная стопа с размещением одного датчика дальности на накладном заднике и одного датчика дальности на накладном носке и использованием в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы подошвенной пластины башмака пользователя;FIG. 5 - An integrated foot with the placement of one range sensor on the patch back and one range sensor on the patch toe and using the integrated foot of the sole plate of the user's shoe as the sole plate;

Фиг. 6 - Интегрированная стопа с размещением двух датчиков дальности на заднике башмака пользователя и одного датчика дальности на носке башмака пользователя и использованием в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы подошвенной пластины башмака пользователя;FIG. 6 - An integrated foot with the placement of two range sensors on the back of the user's shoe and one range sensor on the toe of the user's shoe and using the integrated foot of the sole plate of the user's shoe as the sole plate;

Фиг. 7 - Интегрированная стопа с размещением двух датчиков дальности на заднике опорного элемента и одного датчика дальности на носке опорного элемента и использованием в качестве подошвенной пластины;FIG. 7 - Integrated foot with the placement of two range sensors on the back of the support element and one range sensor on the toe of the support element and use as the sole plate;

Фиг. 8 - Интегрированная стопа с размещением двух датчиков дальности на накладном заднике и одного датчика дальности на накладном носке и использованием в качестве подошвенной пластины интегрированной стопы подошвенной пластины башмака пользователя;FIG. 8 - An integrated foot with the placement of two range sensors on the patch back and one range sensor on the patch toe and using the integrated foot of the sole plate of the user's shoe as the sole plate;

Фиг. 9 - Опорный элемент в виде Г-образно изогнутой пластины;FIG. 9 - Support element in the form of a L-shaped curved plate;

Фиг. 10 - Накладной носок со смонтированным на нем одним датчиком дальности;FIG. 10 - Overhead toe with one range sensor mounted on it;

Фиг. 11 - Накладной задник со смонтированным на нем одним датчиком дальности;FIG. 11 - Laid on back with one range sensor mounted on it;

Фиг. 12 - Накладной задник со смонтированными на нем двумя датчиками дальности;FIG. 12 - Laid on back with two range sensors mounted on it;

Фиг. 13 - Опорный элемент в виде подошвенной пластины опорного элемента со смонтированными на ней задником опорного элемента, носком опорного элемента, одним датчиком дальности на заднике опорного элемента и одним датчиком дальности на носке опорного элемента (вид сверху)FIG. 13 - A support element in the form of a sole plate of a support element with a back of the support element mounted on it, a toe of the support element, one range sensor on the back of the support element and one range sensor on the toe of the support element (top view)

Фиг. 14 - Опорный элемент в виде подошвенной пластины опорного элемента со смонтированными на ней задником опорного элемента, носком опорного элемента, двумя датчиками дальности на заднике опорного элемента и одним датчиком дальности на носке опорного элемента (вид сверху);FIG. 14 - A support element in the form of a sole plate of a support element with a back of the support element mounted on it, a toe of the support element, two range sensors on the back of the support element and one range sensor on the toe of the support element (top view);

Фиг. 15 - Функциональная схема системы сбора и обработки данных с датчиков интегрированной стопы с одним датчиком дальности на заднике интегрированной стопы и одним датчиком дальности на носке интегрированной стопы;FIG. 15 - Functional diagram of a system for collecting and processing data from integrated foot sensors with one range sensor on the back of the integrated foot and one range sensor on the toe of the integrated foot;

Фиг. 16 - Функциональная схема системы сбора и обработки данных с датчиков интегрированной стопы с двумя датчиками дальности на заднике интегрированной стопы и одним датчиком дальности на носке интегрированной стопы.FIG. 16 - Functional diagram of a system for collecting and processing data from integrated foot sensors with two range sensors on the back of the integrated foot and one range sensor on the toe of the integrated foot.

На Фиг. 1-16 обозначены:In FIG. 1-16 are indicated:

1 - интегрированная стопа экзоскелета;1 - integrated foot of the exoskeleton;

2 - опорный элемент;2 - supporting element;

3 - башмак пользователя;3 - user shoe;

4 - опорная стойка;4 - support stand;

5 - блок обработки данных;5 - data processing unit;

6 и 7 - первый и, соответственно, второй датчики дальности;6 and 7 - the first and, accordingly, the second range sensors;

8 - подошвенная пластина интегрированной стопы;8 - plantar plate of the integrated foot;

9 - канал обмена данными;9 - data exchange channel;

10 - наружная поверхность подошвенной пластины интегрированной стопы;10 - the outer surface of the sole plate of the integrated foot;

11 - носок интегрированной стопы;11 - toe of the integrated foot;

12 - задник интегрированной стопы;12 - back of the integrated foot;

13 - вкладная стелька;13 - an insole;

14 - опорная поверхность;14 - supporting surface;

15 - пользователь экзоскелета;15 — exoskeleton user;

16 - ножная опора экзоскелета;16 - foot support of the exoskeleton;

17 - элемент крепления бедренного звена экзоскелета к бедру пользователя;17 - element for attaching the femoral link of the exoskeleton to the thigh of the user;

18 - элемент крепления голенного звена экзоскелета к голени пользователя;18 is an element for attaching an ankle skeleton to an ankle of a user;

19 - аккумулятор;19 - battery;

20 - голеностопный шарнир экзоскелета;20 - ankle joint of the exoskeleton;

21 и 22 - оптическая ось первого и, соответственно, второго датчиков дальности;21 and 22 - the optical axis of the first and, accordingly, the second range sensors;

27, 28 и 29 - первая, вторая и, соответственно, третья фронтальные плоскости;27, 28 and 29 - the first, second and, respectively, third frontal planes;

30 - головной контроллер экзоскелета;30 - head controller of the exoskeleton;

31 - бортик опорной пластины;31 - side of the base plate;

32 - подошвенная пластина башмака пользователя;32 - the sole plate of the user's shoe;

33 - носок башмака пользователя;33 - toe of the user's shoe;

34 - задник башмака пользователя;34 - back of the user's shoe;

35 - третий датчик дальности;35 - the third range sensor;

36 - оптическая ось третьего оптического датчика;36 - the optical axis of the third optical sensor;

37 - четвертая фронтальная плоскость;37 - fourth frontal plane;

38 - проекция оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину интегрированной стопы;38 is a projection of the axis of bending of the user's foot in the back in the region of the metatarsophalangeal joints on the plantar plate of the integrated foot;

39, 40 и 41 - первая, вторая и, соответственно, третья фронтальные оси;39, 40 and 41 - the first, second and, accordingly, the third front axles;

42 - накладной носок;42 - false toe;

43 - накладной задник;43 - false back;

44 - подошвенная пластина опорного элемента;44 - a sole plate of a support element;

45 - задник опорного элемента;45 - back of the support element;

46 - носок опорного элемента.46 - toe support element.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTIONS

Для реализации способа определения положения и ориентации стопы 1 и фазы движения ножной опоры 16 экзоскелета по первому и второму вариантам его осуществления применяется интегрированная стопа 1 экзоскелета, которая используется в составе моторизованного экзоскелета нижних конечностей (фиг. 1), является оконечным звеном его ножной опоры 16 (фиг. 2) и через опорную стойку 4 соединена с голеностопным шарниром 20 экзоскелета. Экзоскелет с помощью элементов 17 и 18 крепления соединен с ногами пользователя 15, а электропитание приводов, датчиков, головного контроллера 30 и других электронных блоков обработки данных и управления экзоскелета осуществляется от аккумулятора 19.To implement the method for determining the position and orientation of foot 1 and the phase of movement of the exoskeleton foot support 16 according to the first and second variants of its implementation, an integrated exoskeleton foot 1 is used, which is used as part of the motorized exoskeleton of the lower extremities (Fig. 1), is the final link of its foot support 16 (Fig. 2) and through the support rack 4 is connected to the ankle joint 20 of the exoskeleton. The exoskeleton using the fastening elements 17 and 18 is connected to the legs of the user 15, and the drives, sensors, the head controller 30 and other electronic data processing and exoskeleton control units are powered by the battery 19.

Способ определения положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры экзоскелета по первому варианту осуществляется следующим образом.The method for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the foot support of the exoskeleton according to the first embodiment is as follows.

Измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой и, соответственно, второй заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ первой 39 и второй 40 фронтальных осей, принадлежащих наружной поверхности 10 пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10, где δ₀ - расстояние между первой 27 и второй 28 фронтальными плоскостями интегрированной стопы 1, проходящими через вышеупомянутые первую 39 и, соответственно, вторую 40 фронтальные оси (Фиг. 3-5). При этом подошвенная пластина 8 интегрированной стопы 1 выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию 38 оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1.Measure the distances s ₁ and s ₂ from the first and, respectively, the second pre-selected and spaced longitudinally by a distance δ _{0 of the} first 39 and second 40 front axles belonging to the outer surface 10 of the heel and, respectively, of the forefoot of the sole plate 8 of the integrated foot 1 to the abutment surface 14 in a direction perpendicular to said outer surface 10, where δ ₀ is the distance between the first 27 and second 28 frontal planes of the integrated foot 1 passing through the aforementioned first 39 and, respectively Of course, the second 40 front axles (Fig. 3-5). In this case, the sole plate 8 of the integrated foot 1 is made with the possibility of bending in the area, including the projection 38 of the axis of the bend of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the sole plate 8 of the integrated foot 1.

Указанные измерения осуществляют двумя датчиками 6 и 7 дальности, первый 6 из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части (Фиг. 3-5).These measurements are carried out by two distance sensors 6 and 7, the first 6 of which are mounted on the heel of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot (Fig. 3-5).

При этом первый 6 датчик дальности смонтирован на наружной поверхности задника 12 интегрированной стопы 1, в качестве которого может использоваться задник 34 башмака 3 пользователя 15 (Фиг. 3), задник 45 опорного элемента 2 (Фиг. 4) или накладной задник 43 (Фиг. 5, 11). Второй 7 датчик дальности смонтирован на наружной поверхности носка 11 интегрированной стопы 1, в качестве которого может использоваться носок 33 башмака 3 пользователя 15 (Фиг. 3), носок 42 опорного элемента 2 (Фиг. 4) или накладной носок 42 (Фиг. 5, 10).In this case, the first 6 range sensor is mounted on the outer surface of the back 12 of the integrated foot 1, which can be used as the back 34 of the shoe 3 of the user 15 (Fig. 3), the back 45 of the support element 2 (Fig. 4) or the patch back 43 (Fig. 5, 11). The second 7 range sensor is mounted on the outer surface of the toe 11 of the integrated foot 1, which can be used as the toe 33 of the shoe 3 of the user 15 (Fig. 3), the toe 42 of the support element 2 (Fig. 4) or the patch toe 42 (Fig. 5, 10).

Данные, полученные с первого 6 и второго 7 датчиков дальности по каналу 9 обмена данными передают в блок 5 обработки данных (Фиг. 15), в котором определяют соответствие текущего движения ножной опоры 16 экзоскелета одной из четырех фаз - ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета.The data obtained from the first 6 and second 7 range sensors via the data exchange channel 9 is transmitted to the data processing unit 5 (Fig. 15), in which the correspondence of the current movement of the foot support 16 of the exoskeleton to one of the four phases is determined - TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE-FOOT of the foot of the exoskeleton , SUPPORT FOR THE WHOLE STOP of the exoskeleton and SUPPORT FOR THE SOCK OF the foot of the exoskeleton.

Блок 5 обработки данных может быть смонтирован на опорной стойке 4.Unit 5 data processing can be mounted on a support rack 4.

При этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ПЕРЕНОС (Фиг. 3), если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА НОСОК (Фиг. 4, 5).Moreover, if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as TRANSFER (Fig. 3), if s ₁ is zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is determined as SUPPORT ON FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as the SUPPORT FOR ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is equal to zero at the same time, then the phase of the movement of the foot support 16 is determined as the SUPPORT TO SOCK ( Fig. 4, 5).

После этого, в том же блоке 5 обработки данных вычисляют угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 и угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 и угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 кзоскелета относительно опорной поверхности 14.After that, in the same data processing unit 5, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 and the angle of inclination γ _{0 of the} external surface of the 10 plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 and the inclination angle γ are calculated. _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the ksoskeleton relative to the supporting surface 14.

При этом для фаз ПЕРЕНОС (Фиг. 3), ОПОРА НА ПЯТКУ и ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеAt the same time, for the TRANSFER phases (Fig. 3), FIVE SPEED AND SUPPORT FOR ALL STOP, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the forefoot and the equal angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 calculated by the formula

а для фазы движения ножной опоры 16 ОПОРА НА НОСОК, угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 определяют равным нулю, а угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеand for the phase of movement of the foot support 16 SUPPORT TO SOCK, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the toe of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 is determined to be zero, and the angle of inclination of γ _{1 of the} outer surface of the 10 heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 is calculated by the formula

γ₁=arctg(s₁/δ₁),γ ₁ = arctan (s ₁ / δ ₁ ),

где δ₁ - расстояние между первой 27 фронтальной плоскостью и третьей 29 фронтальной плоскостью интегрированной стопы 1 экзоскелета, проходящей через проекцию оси изгиба стопы пользователя 15 в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1.where δ ₁ is the distance between the first 27 frontal plane and the third 29 frontal plane of the integrated foot 1 of the exoskeleton passing through the rear projection of the bend axis of the foot of the user 15 in the metatarsophalangeal joints on the plantar plate 8 of the integrated foot 1.

При этом в качестве блока 10 обработки данных может быть использован микроконтроллер, а определение текущей фазы движения ножной опоры 16 и вычисление угла наклона γ₀ наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 и угла наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 может быть осуществлено программно.In this case, the microcontroller can be used as the data processing unit 10, and the determination of the current phase of movement of the foot support 16 and the calculation of the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 and the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 can be implemented programmatically.

Полученные в блоке 5 обработки данных данные по каналу 9 обмена данными и, подключенную к нему общую шину (на чертежах не показана), передают в головной контроллер 30 экзоскелета.The data obtained in the data processing unit 5 via the data exchange channel 9 and the common bus connected to it (not shown in the drawings) are transmitted to the exoskeleton head controller 30.

Способ определения положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры экзоскелета по второму варианту осуществляется следующим образом.The method for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the foot support of the exoskeleton according to the second embodiment is as follows.

Измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой и, соответственно, второй заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ первой 39 и второй 40 фронтальных осей, принадлежащих наружной поверхности 10 пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10, где δ₀ - расстояние между первой 27 и второй 28 фронтальными плоскостями интегрированной стопы 1, проходящими через вышеупомянутые первую 39 и, соответственно, вторую 40 фронтальные оси (Фиг. 6-8).Measure the distances s ₁ and s ₂ from the first and, respectively, the second pre-selected and spaced longitudinally by a distance δ _{0 of the} first 39 and second 40 front axles belonging to the outer surface 10 of the heel and, respectively, of the forefoot of the sole plate 8 of the integrated foot 1 to the abutment surface 14 in a direction perpendicular to said outer surface 10, where δ ₀ is the distance between the first 27 and second 28 frontal planes of the integrated foot 1 passing through the aforementioned first 39 and, respectively Of course, the second 40 front axles (Fig. 6-8).

Дополнительно измеряют расстояние s₃ oт третьей 41 заранее выбранной фронтальной оси, также принадлежащей наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 интегрированной стопы, но не совпадающей с первой 27 фронтальной осью, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10 (Фиг. 6-8).Additionally, the distance s _{3 is} measured from the third 41 pre-selected frontal axis, also belonging to the outer surface 10 of the heel of the sole plate 8 of the integrated foot, but not coinciding with the first 27 frontal axis, to the supporting surface 14 in the direction perpendicular to the indicated outer surface 10 (FIG. 6-8).

Измерения расстояний s₁ и s₂ осуществляют двумя датчиками 6 и 7 дальности, первый 6 из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части, а измерение расстояния s₃ осуществляют третьим датчиком 35 дальности, также смонтированным на пяточной части интегрированной стопы 1, но разнесенным с первым датчиком 6 в продольном направлении на расстояние δ (Фиг. 8, 12).The distances s ₁ and s ₂ are measured by two distance sensors 6 and 7, the first 6 of which are mounted on the heel of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot, and the distance s ₃ is measured by the third range sensor 35, also mounted on the heel of the integrated foot 1, but spaced with the first sensor 6 in the longitudinal direction by a distance δ (Fig. 8, 12).

При этом первый 6 и третий 35 датчики дальности смонтированы на наружной поверхности задника 12 интегрированной стопы 1, в качестве которого может использоваться задник 34 башмака 3 пользователя 15 (Фиг. 6), задник 45 опорного элемента 2 (Фиг. 7) или накладной задник 43 (Фиг. 8). Второй 7 датчик дальности смонтирован на наружной поверхности носка 11 интегрированной стопы 1, в качестве которого может использоваться носок 33 башмака 3 пользователя 15 (Фиг. 6), носок 46 опорного элемента 2 (Фиг. 7) или накладной носок 42 (Фиг. 8).In this case, the first 6 and third 35 range sensors are mounted on the outer surface of the back 12 of the integrated foot 1, which can be used as the back 34 of the shoe 3 of the user 15 (Fig. 6), the back 45 of the support element 2 (Fig. 7) or the back plate 43 (Fig. 8). The second 7 range sensor is mounted on the outer surface of the toe 11 of the integrated foot 1, which can be used as the toe 33 of the shoe 3 of the user 15 (Fig. 6), the toe 46 of the support element 2 (Fig. 7) or the patch toe 42 (Fig. 8) .

По каналу 9 обмена данными передают данные от датчиков 6, 7 и 35 дальности в блок 5 обработки данных, в качестве которого может использоваться микроконтроллер.The data exchange channel 9 transfers data from the range sensors 6, 7 and 35 to the data processing unit 5, which can be used as a microcontroller.

Данные, полученные с первого 6, второго 7 и третьего 35 датчиков дальности по каналу 9 обмена данными передают в блок 5 обработки данных (Фиг. 16), в качестве которого может использоваться микроконтроллер и в котором определяют соответствие текущего движения ножной опоры 16 экзоскелета одной из четырех фаз - ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета. Блок 5 обработки данных может быть смонтирован на опорной стойке 4.The data obtained from the first 6, second 7 and third 35 range sensors on the data exchange channel 9 are transmitted to the data processing unit 5 (Fig. 16), which can be used as a microcontroller and in which the correspondence of the current movement of the foot support 16 of the exoskeleton to one of of the four phases - TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE FOOT OF THE EXOSCELETON FOOT, SUPPORT ON THE WHOLE STOP of the exoskeleton and SUPPORT ON THE SOCK OF the exoskeleton foot. Unit 5 data processing can be mounted on a support rack 4.

При этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ПЕРЕНОС (Фиг. 3 и 6), если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА НОСОК (Фиг. 7 и 8) и для фазы движения ножной опоры ОПОРА НА НОСОК, угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 определяют равным нулю, а угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формуле γ₁=γ=arctg((s₁-s₃)/δ)Moreover, if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as TRANSFER (Fig. 3 and 6), if s ₁ is zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is determined as BRACKET ON THE FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero simultaneously, then the phase of movement of the leg support 16 is defined as BRACKET FOR ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is zero at the same time, then the phase of movement of the leg bracket 16 is determined as BRACKET ON sOCK (FIGS. 7 and 8) and for the movement phase footrest sUPPORT fOR sOCK, γ angle ₀ of the outer surface of the sock portions 10 8 foot sole plate 1 the exoskeleton relative to the reference surface 14 is determined to be zero, and the inclination angle γ ₁ of the outer surface 10 of the sole plate heel portion 8 of the exoskeleton foot 1 to the supporting surface 14 is calculated according to the formula γ ₁ = γ = arctg ((s ₁ -s ₃ ) / δ)

вычисляют угол γ₁ наклона наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, где δ - расстояние между первой 27 фронтальной плоскостью и четвертой 37 фронтальной плоскостью интегрированной стопы 1 экзоскелета, проходящей через третью 41 фронтальную ось, а для фаз движения ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеcalculate the angle γ _{1 of the} inclination of the outer heel of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supporting surface, where δ is the distance between the first 27 frontal plane and the fourth 37 frontal plane of the integrated foot 1 of the exoskeleton passing through the third 41 frontal axis, and for the phases of movement TRANSFER, SUPPORT on heels, resting on the outer surface of the entire foot inclination angle γ ₀ 10 forefoot and it is equal angle γ ₁ of the outer surface 10 of the sole plate heel portion 8 with respect to exoskeleton foot 1 tionary abutment surface 14 is calculated by the formula

При этом, если в качестве блока 5 обработки данных используется микроконтроллер, то определение текущей фазы движения ножной опоры 16 и вычисление угла наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 может быть осуществлено программно.Moreover, if a microcontroller is used as the data processing unit 5, then the determination of the current phase of movement of the foot support 16 and calculation of the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the support surface 14 can be carried out programmatically.

Интегрированная стопа 1 экзоскелета по первому и второму вариантам ее выполнения образована интеграцией башмака 3 пользователя экзоскелета с опорный элементом 2, который может быть выполнен например, в виде Г-образной пластины (Фиг. 9) или «стремени», размещенных внутри башмака 3 пользователя экзоскелета, или выполнять функцию подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, на которую устанавливается башмак 3 пользователя экзоскелета.The integrated exoskeleton foot 1 according to the first and second variants of its execution is formed by the integration of the shoe 3 of the user of the exoskeleton with the supporting element 2, which can be made, for example, in the form of a L-shaped plate (Fig. 9) or “stirrups” placed inside the shoe 3 of the user of the exoskeleton , or perform the function of the sole plate 8 of the integrated foot 1, on which the shoe 3 of the user of the exoskeleton is mounted.

Интегрированная стопа 1 экзоскелета по первому варианту ее выполнения включает башмак 3 пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент 2, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению 20 экзоскелета, блок 5 обработки данных и, соединенные с ним два датчика 6 и 7, первый 6 из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части. При этом подошвенная пластина 8 интегрированной стопы 1 выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию 38 оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1, а в качестве указанных датчиков 6 и 7 используют датчики дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 экзоскелета до опорной поверхности 14 по осям 21 и 22 указанных датчиков 6 и 7 дальности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10.The integrated exoskeleton foot 1 according to the first embodiment includes an exoskeleton user shoe 3 and an support element 2 connected thereto, configured to attach an exoskeleton to the ankle articulation 20, data processing unit 5, and two sensors 6 and 7 connected thereto, the first 6 of which it is mounted on the calcaneal part of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot. At the same time, the sole plate 8 of the integrated foot 1 is made with the possibility of bending in the region, including the projection 38 of the axis of bending of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the sole plate 8 of the integrated foot 1, and the distance sensors from the outside are used as the indicated sensors 6 and 7 surface 10 of the bottom plate 8 of the integrated foot 1 of the exoskeleton to the supporting surface 14 along the axes 21 and 22 of the specified sensors 6 and 7 range in the direction perpendicular to the specified outer surface STI 10.

При этом опорный элемент 2 может быть размещен внутри башмака 3 пользователя экзоскелета.In this case, the supporting element 2 can be placed inside the shoe 3 of the user of the exoskeleton.

При этом подошвенная пластина 32 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использована в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 (Фиг. 3, 5).In this case, the sole plate 32 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the sole plate 8 of the integrated foot 1 (Fig. 3, 5).

При этом задник 34 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использован в качестве задника 12 интегрированной стопы 1 (Фиг. 3).In this case, the back 34 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the back 12 of the integrated foot 1 (Fig. 3).

При этом носок 33 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использован в качестве носка 11 интегрированной стопы 1 (Фиг. 3).In this case, the toe 33 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the toe 11 of the integrated foot 1 (Fig. 3).

При этом башмак 3 пользователя может быть размещен на опорном элементе 2 (Фиг. 12).In this case, the shoe 3 of the user can be placed on the supporting element 2 (Fig. 12).

При этом подошвенная пластина 44 опорного элемента 2 может быть использована в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 (Фиг. 4, 13).Moreover, the sole plate 44 of the support element 2 can be used as the sole plate 8 of the integrated foot 1 (Fig. 4, 13).

При этом подошвенная пластина 44 опорного элемента 2 может быть снабжена задником 45 опорного элемента 2, смонтированным на пяточной части опорного элемента 2 интегрированной стопы 1 (Фиг. 4, 13).In this case, the sole plate 44 of the support element 2 can be provided with a back 45 of the support element 2 mounted on the heel of the support element 2 of the integrated foot 1 (Fig. 4, 13).

При этом подошвенная пластина 44 опорного элемента 2 может быть снабжена носком 46 опорного элемента 2, смонтированным на носочной части опорного элемента 2 интегрированной стопы 1 (Фиг. 4, 13).In this case, the sole plate 44 of the support element 2 may be provided with a toe 46 of the support element 2 mounted on the forefoot of the support element 2 of the integrated foot 1 (Fig. 4, 13).

При этом в качестве указанных датчиков 6 и 7 дальности могут быть использованы оптические датчики дальности.Moreover, as the specified sensors 6 and 7 range can be used optical range sensors.

При этом задник 12 интегрированной стопы 1 экзоскелета может быть выполнен из формоустойчивого материала.In this case, the back 12 of the integrated foot 1 of the exoskeleton can be made of form-resistant material.

При этом носок 11 интегрированной стопы 1 экзоскелета может быть выполнен из формоустойчивого материала.In this case, the toe 11 of the integrated foot 1 of the exoskeleton can be made of form-resistant material.

При этом первый 6 датчик дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 до опорной поверхности 14 может быть смонтирован на наружной поверхности задника 12 интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the first 6 distance sensor from the outer surface 10 of the plantar plate 8 of the integrated foot 1 to the supporting surface 14 can be mounted on the outer surface of the back 12 of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

При этом второй 7 датчик дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 до опорной поверхности 14 может быть смонтирован на наружной поверхности носка 11 интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the second 7 distance sensor from the outer surface 10 of the sole plate 8 of the integrated foot 1 to the supporting surface 14 can be mounted on the outer surface of the toe 11 of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

При этом опорный элемент 2 может быть присоединен к голеностопному шарнирному сочленению 20 экзоскелета посредством опорной стойки 4. (Фиг. 1, 2, 10 и 11).In this case, the supporting element 2 can be attached to the ankle articulation 20 of the exoskeleton by means of the supporting strut 4. (Fig. 1, 2, 10 and 11).

При этом первый 6 и второй 7 датчики дальности могут быть соединены с блоком 5 обработки данных посредством канала 9 обмена данными.In this case, the first 6 and second 7 range sensors can be connected to the data processing unit 5 via the data exchange channel 9.

При этом в качестве блока 10 обработки данных может быть использован микроконтроллер.In this case, as the data processing unit 10, a microcontroller can be used.

При этом интегрированная стопа 1 может быть снабжена накладным задником 43, выполненным с возможностью жесткого соединения с подошвенной пластиной 32 башмака 3 пользователя и использованным в качестве задника 12 интегрированной стопы 1 экзоскелета (Фиг. 8).In this case, the integrated foot 1 can be equipped with a patch back 43 made with the possibility of a rigid connection with the sole plate 32 of the user shoe 3 and used as the back 12 of the integrated foot 1 of the exoskeleton (Fig. 8).

При этом интегрированная стопа 1 может быть снабжена накладным накладным носком 42, жестко соединенным с подошвенной пластиной 32 башмака 3 пользователя и использованным в качестве носка 11 интегрированной стопы 1 экзоскелета (Фиг. 8).In this case, the integrated foot 1 can be equipped with a false patch toe 42, rigidly connected to the sole plate 32 of the user's shoe 3 and used as the toe 11 of the integrated foot 1 of the exoskeleton (Fig. 8).

Интегрированную стопу 1 экзоскелета по первому варианту наряду с использованием ее по прямому назначению в качестве оконечного элемента ножной опоры 16 экзоскелета и выполненную с возможностью соединения с голеностопным шарнирным сочленением 20 экзоскелета посредством опорной стойки 4, используют также для определений положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры 16 экзоскелета, которые осуществляют следующим образом.The integrated exoskeleton foot 1 according to the first embodiment, along with its intended use as a terminal element of the exoskeleton foot support 16 and made with the possibility of connecting with the exoskeleton ankle joint 20 through the support 4, is also used to determine the position and orientation of the foot and the phase of movement of the foot support 16 exoskeleton, which is as follows.

Двумя датчиками 6 и 7 дальности, в качестве которых использованы оптические датчики дальности, первый 6 из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части, измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой 39 и, соответственно, второй 40 заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ фронтальных осей, принадлежащих наружной поверхности 10 пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10, где δ₀ - расстояние между первой 27 и второй 28 фронтальными плоскостями интегрированной стопы 1, проходящими через вышеупомянутые первую 39 и, соответственно, вторую 40 фронтальные оси.Two distance sensors 6 and 7, which are used optical range sensors, the first 6 of which are mounted on the heel of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot, measure the distances s ₁ and s ₂ from the first 39 and, respectively, the second 40 pre-selected and spaced in the longitudinal direction to a distance δ _{0 of the} front axles belonging to the outer surface 10 of the heel and, respectively, the forefoot of the sole plate 8 of the integrated foot 1, to the supporting surface 14 in the direction perpendicular m of the specified outer surface 10, where δ ₀ is the distance between the first 27 and second 28 frontal planes of the integrated foot 1, passing through the aforementioned first 39 and, accordingly, the second 40 front axles.

При этом первый 6 датчик дальности смонтирован на наружной поверхности задника 12 интегрированной стопы 1, в качестве которого может также использоваться задник 34 башмака 3 пользователя 15 или накладной задник 43. Второй 7 датчик дальности смонтирован на наружной поверхности носка 11 интегрированной стопы 1, в качестве которого может также использоваться носок 33 башмака 3 пользователя 15 или накладной носок 42.In this case, the first 6 range sensor is mounted on the outer surface of the backside 12 of the integrated foot 1, which can also be used as the back 34 of the shoe 3 of the user 15 or the patch back 43. The second 7 range sensor is mounted on the outer surface of the toe 11 of the integrated foot 1, which sock 33 of shoe 3 of user 15 or patch toe 42 may also be used.

При этом подошвенная пластина 8 интегрированной стопы 1 выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию 38 оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1.In this case, the sole plate 8 of the integrated foot 1 is made with the possibility of bending in the area, including the projection 38 of the axis of the bend of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the sole plate 8 of the integrated foot 1.

Данные, полученные с первого 6 и второго 7 датчиков дальности по каналу 9 обмена данными передают в блок 5 обработки данных (Фиг. 14), в котором определяют соответствие текущего движения ножной опоры 16 экзоскелета одной из четырех фаз - ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета.Data obtained from the first 6 and second 7 range sensors via data exchange channel 9 is transmitted to data processing unit 5 (Fig. 14), in which the correspondence of the current movement of the foot support 16 of the exoskeleton to one of the four phases is determined - TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE OF THE EXOSCELETON , SUPPORT FOR THE WHOLE STOP of the exoskeleton and SUPPORT FOR THE SOCK OF the foot of the exoskeleton.

При этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ПЕРЕНОС, если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА НОСОК.Moreover, if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as TRANSFER, if s ₁ is zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is determined as SUPPORT ON THE FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as the SUPPORT FOR ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is equal to zero at the same time, then the phase of the movement of the foot support 16 is defined as the SUPPORT TO SOCK.

При этом для фаз ПЕРЕНОС), ОПОРА НА ПЯТКУ и ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеMoreover, for the phases TRANSFER), SUPPORT ON FIVE AND SUPPORT ON ALL STOP, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the forefoot and the equal angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 are calculated by the formula

γ₁=arctg(s₁/δ₁),γ ₁ = arctan (s ₁ / δ ₁ ),

При этом в качестве блока 10 обработки данных может быть использован микроконтроллер, а определение текущей фазы движения ножной опоры 16 и вычисление угла наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 и угла наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 может быть осуществлено программно.Moreover, the microcontroller can be used as the data processing unit 10, and the determination of the current phase of movement of the foot support 16 and the calculation of the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the forefoot of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 and the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the supporting surface 14 can be implemented programmatically.

Интегрированная стопа 1 экзоскелета по второму варианту ее выполнения включает башмак 3 пользователя экзоскелета и соединенный с ним опорный элемент 2, выполненный с возможностью присоединения к голеностопному шарнирному сочленению 20 экзоскелета, блок 5 обработки данных и, соединенные с ним два датчика 6 и 7, первый из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части, при этом подошвенная пластина 8 интегрированной стопы 1 выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию 38 оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1, третий датчик 35, также смонтированный на пяточной части интегрированной стопы 1, но разнесенный с первым датчиком 6 в продольном направлении, а в качестве первого 6, второго 7 и третьего 35 вышеперечисленных датчиков использованы датчики дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 экзоскелета до опорной поверхности 14 по осям 21, 22 и, соответственно, 36 указанных датчиков 6, 7 и 35 дальности в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10.The integrated exoskeleton foot 1 according to the second embodiment includes an exoskeleton user shoe 3 and an support element 2 connected thereto, configured to connect an exoskeleton to the ankle articulation 20, data processing unit 5, and two sensors 6 and 7 connected thereto, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot, while the sole plate 8 of the integrated foot 1 is made with the possibility of bending in the area including the projection 38 of the axis of the bend and the user's feet in the backward direction in the metatarsophalangeal joints on the sole plate 8 of the integrated foot 1, the third sensor 35, also mounted on the heel of the integrated foot 1, but spaced with the first sensor 6 in the longitudinal direction, and as the first 6, second 7 and the third 35 of the above sensors used range sensors from the outer surface 10 of the sole plate 8 of the integrated foot 1 of the exoskeleton to the supporting surface 14 along the axes 21, 22 and, respectively, 36 of these sensors 6, 7 and 35 tualities at a direction perpendicular to said outer surface 10.

При этом подошвенная пластина 32 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использована в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1.Moreover, the sole plate 32 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the sole plate 8 of the integrated foot 1.

При этом задник 34 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использован в качестве задника 12 интегрированной стопы 1.In this case, the back 34 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the back 12 of the integrated foot 1.

При этом носок 33 башмака 3 пользователя экзоскелета может быть использован в качестве носка 11 интегрированной стопы 1.In this case, the toe 33 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be used as the toe 11 of the integrated foot 1.

При этом башмак 3 пользователя может быть размещен на опорном элементе 2.In this case, the shoe 3 of the user can be placed on the supporting element 2.

При этом опорный элемент 2 может быть использован в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1.In this case, the supporting element 2 can be used as the sole plate 8 of the integrated foot 1.

При этом интегрированная стопа 1 может быть снабжена задником 12 интегрированной стопы 1, смонтированным на пяточной части подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1.In this case, the integrated foot 1 can be equipped with a back 12 of the integrated foot 1 mounted on the heel of the sole plate 8 of the integrated foot 1.

При этом о интегрированная стопа 1 может быть снабжена носком 11 интегрированной стопы 1, смонтированным на носочной части подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1.Moreover, the integrated foot 1 may be provided with a toe 11 of the integrated foot 1 mounted on the forefoot of the sole plate 8 of the integrated foot 1.

При этом в качестве указанных датчиков 6, 7 и 35 дальности могут быть использованы оптические датчики дальности.At the same time, optical range sensors can be used as the indicated range sensors 6, 7, and 35.

При этом первый 6 и третий 35 датчики дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 до опорной поверхности 14 могут быть смонтированы на наружной поверхности задника 12 интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the first 6 and third 35 distance sensors from the outer surface 10 of the plantar plate 8 of the integrated foot 1 to the supporting surface 14 can be mounted on the outer surface of the back 12 of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

При этом второй 7 датчик дальности от наружной поверхности 10 подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 до опорной поверхности 14 может быть смонтирован на наружной поверхности носка 11 интегрированной стопы 1 экзоскелета. При этом опорный элемент 2 может быть присоединен к голеностопному шарнирному сочленению 20 экзоскелета посредством опорной стойки 4. При этом первый 6, второй 7 и третий 35 датчики дальности могут быть соединены с блоком 5 обработки данных посредством канала 9 обмена данными.In this case, the second 7 distance sensor from the outer surface 10 of the sole plate 8 of the integrated foot 1 to the supporting surface 14 can be mounted on the outer surface of the toe 11 of the integrated foot 1 of the exoskeleton. In this case, the support element 2 can be connected to the ankle articulation 20 of the exoskeleton by means of the support column 4. In this case, the first 6, second 7 and third 35 range sensors can be connected to the data processing unit 5 via the data exchange channel 9.

При этом башмак 3 пользователя экзоскелета может быть снабжен накладным задником 43, жестко соединенным с подошвенной пластиной 32 башмака 3 пользователя и использованным в качестве задника 12 интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the shoe 3 of the user of the exoskeleton can be equipped with a patch back 43, rigidly connected to the sole plate 32 of the shoes 3 of the user and used as the back 12 of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

При этом башмак 3 пользователя экзоскелета может быть снабжен накладным носком 42, жестко соединенным с подошвенной пластиной 32 башмака 3 пользователя и использованным в качестве носка 11 интегрированной стопы 1 экзоскелета.In this case, the shoe 3 of the user of the exoskeleton may be provided with a patch toe 42, rigidly connected to the sole plate 32 of the shoe 3 of the user and used as the toe 11 of the integrated foot 1 of the exoskeleton.

Интегрированную стопу 1 экзоскелета по второму варианту наряду с использованием ее по прямому назначению в качестве оконечного элемента ножной опоры 16 экзоскелета и выполненную с возможностью соединения с голеностопным шарнирным сочленением 20 экзоскелета посредством опорной стойки 4, используют также для определений положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры 16 экзоскелета, которые осуществляют следующим образом.The integrated exoskeleton foot 1 according to the second embodiment, along with its intended use as a terminal element of the exoskeleton foot support 16 and made with the possibility of connecting with the exoskeleton ankle joint 20 by means of the support post 4, is also used to determine the position and orientation of the foot and the phase of movement of the foot support 16 exoskeleton, which is as follows.

Двумя датчиками 6 и 7 дальности, в качестве которых использованы оптические датчики дальности, первый 6 из которых смонтирован на пяточной части интегрированной стопы 1, а второй 7 - на ее носочной части, измеряют расстояния s₁ и s₂ от первой 39 и, соответственно, второй 40 заранее выбранных и разнесенных в продольном направлении на расстояние δ₀ фронтальных осей, принадлежащих наружной поверхности 10 пяточной и, соответственно, носочной частей подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10, где δ₀ - расстояние между первой 27 и второй 28 фронтальными плоскостями интегрированной стопы 1, проходящими через вышеупомянутые первую 39 и, соответственно, вторую 40 фронтальные оси. При этом подошвенная пластина 8 интегрированной стопы 1 выполнена с возможностью изгиба в области, включающей проекцию 38 оси изгиба стопы пользователя в тыльном направлении в области плюснефаланговых суставов на подошвенную пластину 8 интегрированной стопы 1.Two distance sensors 6 and 7, which are used optical range sensors, the first 6 of which are mounted on the heel of the integrated foot 1, and the second 7 on its forefoot, measure the distances s ₁ and s ₂ from the first 39 and, respectively, the second 40 pre-selected and spaced in the longitudinal direction to a distance δ _{0 of the} front axles belonging to the outer surface 10 of the heel and, respectively, the forefoot of the sole plate 8 of the integrated foot 1, to the supporting surface 14 in the direction perpendicular m of the specified outer surface 10, where δ ₀ is the distance between the first 27 and second 28 frontal planes of the integrated foot 1, passing through the aforementioned first 39 and, accordingly, the second 40 front axles. In this case, the sole plate 8 of the integrated foot 1 is made with the possibility of bending in the area, including the projection 38 of the axis of the bend of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the sole plate 8 of the integrated foot 1.

При этом первый оптический датчик 6 дальности смонтирован на заднике 12, а второй оптический датчик 7 дальности - на носке 11 интегрированной стопы, которые с целью обеспечения поддержания стабильности положения оптических осей 21 и 22 датчиков и их характеристик в процессе движения пользователя, выполнены из формоустойчивого материала.In this case, the first optical range sensor 6 is mounted on the back 12, and the second optical range sensor 7 is mounted on the toe 11 of the integrated foot, which, in order to maintain stability of the position of the optical axes 21 and 22 of the sensors and their characteristics during the movement of the user, are made of form-resistant material .

Третьим датчиком 35 дальности, в качестве которого также использован оптический датчик дальности, измеряют расстояние s₃ от третьей 41 заранее выбранной фронтальной оси, также принадлежащей наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1, но не совпадающей с первой 39 фронтальной осью, до опорной поверхности 14 в направлении, перпендикулярном указанной наружной поверхности 10.The third range sensor 35, which is also used as an optical range sensor, measures the distance s ₃ from the third 41 pre-selected frontal axis, also belonging to the outer surface 10 of the heel of the sole plate 8 of the integrated foot 1, but not coinciding with the first 39 frontal axis, to the supporting surface 14 in a direction perpendicular to the specified outer surface 10.

При этом первый 6 и третий 35 оптические датчики дальности смонтированы на заднике 12, а второй оптический датчик 7 дальности - на носке 11 интегрированной стопы, которые с целью обеспечения поддержания стабильности положения оптических осей 21, 22 и 36 датчиков и их характеристик в процессе движения пользователя, выполнены из формоустойчивого материала.In this case, the first 6 and third 35 optical range sensors are mounted on the back 12, and the second optical range sensor 7 is mounted on the toe 11 of the integrated foot, which, in order to maintain stability of the position of the optical axes 21, 22 and 36 of the sensors and their characteristics during user movement made of form-resistant material.

Возможен вариант, при котором в качестве элемента, на наружной поверхности которого размещены датчики дальности 6 и 35, использован задник 34 башмака 3 пользователя экзоскелета, в качестве элемента, на наружной поверхности которого размещен датчик дальности 7, использован носок 33 башмака 3 пользователя экзоскелета, а в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 экзоскелета использована подошвенная пластина 32 башмака 3 пользователя экзоскелета.A variant is possible in which, on the outer surface of which the distance sensors 6 and 35 are placed, the back 34 of the exoskeleton shoe 3 is used, as the element on the outer surface of which the range 7 sensor is placed, the toe 33 of the exoskeleton shoe 3 is used, and as the sole plate 8 of the integrated foot 1 of the exoskeleton, the sole plate 32 of the shoe 3 of the exoskeleton user was used.

Также возможен вариант, при котором в качестве элемента, на наружной поверхности которого размещены датчики дальности 6 и 35, использован накладной задник 43 башмака 3 пользователя экзоскелета, в качестве элемента, на наружной поверхности которого размещен датчик дальности 7, использован накладной носок 42 башмака 3 пользователя экзоскелета, а в качестве подошвенной пластины 8 интегрированной стопы 1 экзоскелета использована подошвенная пластина 32 башмака 3 пользователя экзоскелета.It is also possible that, as an element, on the outer surface of which distance sensors 6 and 35 are placed, a patch back 43 of the exoskeleton 3 of the user shoe 3 is used, as an element on the outer surface of which the range sensor 7 is placed, the patch toe 42 of the user shoe 3 is used. exoskeleton, and as the sole plate 8 of the integrated foot 1 of the exoskeleton, the sole plate 32 of the shoe 3 of the user of the exoskeleton was used.

Анализ данных с датчиков дальности 6, 7 и 35, производящийся в блоке 5 обработки данных, в качестве которого может использоваться микроконтроллер, и в который эти данные от указанных датчиков 6, 7 и 35 подаются по каналу 9 обмена данными, позволяет определить соответствие текущей фазы движения ножной опоры 16 экзоскелета одной из четырех фаз движения относительно опорной поверхности 14: ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ стопы экзоскелета, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ экзоскелета и ОПОРА НА НОСОК стопы экзоскелета.The analysis of data from range sensors 6, 7 and 35, performed in the data processing unit 5, which can be used as a microcontroller, and into which this data is supplied from the indicated sensors 6, 7 and 35 via the data exchange channel 9, allows determining the correspondence of the current phase the movement of the foot support 16 of the exoskeleton of one of the four phases of movement relative to the supporting surface 14: TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE OF THE EXOSCELETE FOOT, SUPPORT ON THE WHOLE STOP of the exoskeleton and SUPPORT ON THE SOCK OF the exoskeleton foot.

При этом, если s₁ и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ПЕРЕНОС, если s₁ равно нулю и s₂ больще нуля одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ПЯТКУ, если s₁ и s₂ равны нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ, а если s₁ больше нуля и s₂ равно нулю одновременно, то фазу движения ножной опоры 16 определяют как ОПОРА НА НОСОК и для фазы движения ножной опоры ОПОРА НА НОСОК, угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 определяют равным нулю, а угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеMoreover, if s ₁ and s _{2 are} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as TRANSFER, if s ₁ is zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is determined as SUPPORT ON THE FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support 16 is defined as the SUPPORT FOR ALL STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is equal to zero at the same time, then the phase of the movement of the foot support 16 is defined as the SUPPORT FOR SOCK and for the phase of movement of the foot support SUPPORT FOR sOCK, the inclination angle γ ₀ of the outer surface 10 of the forefoot plantar plas 8 ins exoskeleton foot 1 relative to the reference surface 14 is determined to be zero, and the inclination angle γ ₁ of the outer surface 10 of the sole plate heel portion 8 of the exoskeleton foot 1 to the supporting surface 14 is calculated by the formula

γ₁=γ=arctg((s₁-s₃)/δ)γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ)

вычисляют угол γ₁ наклона наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, где 6 - расстояние между первой 27 фронтальной плоскостью и четвертой 37 фронтальной плоскостью интегрированной стопы 1 экзоскелета, проходящей через третью 41 фронтальную ось, а для фаз движения ПЕРЕНОС, ОПОРА НА ПЯТКУ, ОПОРА НА ВСЮ СТОПУ угол наклона γ₀ наружной поверхности 10 носочной части и равный ему угол наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 вычисляют по формулеcalculate the angle γ _{1 of the} inclination of the outer surface of the heel of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supporting surface, where 6 is the distance between the first 27 frontal plane and the fourth 37 frontal plane of the integrated foot 1 of the exoskeleton passing through the third 41 frontal axis, and for the phases of movement TRANSFER, SUPPORT ON FIVE, SUPPORT FOR ALL STOP The angle of inclination γ _{0 of the} outer surface 10 of the forefoot and the equal angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton include the supporting surface 14 is calculated by the formula

После этого, в том же блоке 5 обработки данных по формуле γ=arctg((s₁-s₃)/δ)After that, in the same data processing unit 5 according to the formula γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ)

вычисляют угол γ наклона наружной поверхности пяточной части подошвенной пластины стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, где δ - расстояние между первой 27 фронтальной плоскостью и четвертой 37 фронтальной плоскостью интегрированной стопы 1 экзоскелета, проходящей через третью 41 фронтальную ось.calculate the angle γ of the inclination of the outer surface of the heel of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supporting surface, where δ is the distance between the first 27 frontal plane and the fourth 37 frontal plane of the integrated foot 1 of the exoskeleton passing through the third 41 frontal axis.

При этом в качестве блока 10 обработки данных может быть использован микроконтроллер, а определение текущей фазы движения ножной опоры 16 и вычисление угла наклона γ₁ наружной поверхности 10 пяточной части подошвенной пластины 8 стопы 1 экзоскелета относительно опорной поверхности 14 может быть осуществлено программно.In this case, the microcontroller can be used as the data processing unit 10, and the determination of the current phase of movement of the foot support 16 and the calculation of the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface 10 of the heel of the plantar plate 8 of the foot 1 of the exoskeleton relative to the support surface 14 can be carried out programmatically.

Полученные в блоке 5 обработки данных данные по каналу 9 обмена данными и, подключенную к нему общую шину (на чертежах не показана),The data obtained in the data processing unit 5 via the data exchange channel 9 and the common bus connected to it (not shown in the drawings),

Из вышеизложенного следует, что предложенные способы определения положения и ориентации стопы и фазы движения ножной опоры экзоскелета по первому и второму вариантам, обеспечивают возможность определения расстояния от заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности, углов наклона наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, однозначно определяющих положение и ориентацию стопы экзоскелета относительно опорной поверхности и текущую фазу ножной опоры экзоскелета, что подтверждает достижение заявленного технического результата.It follows from the foregoing that the proposed methods for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the exoskeleton foot support according to the first and second options provide the ability to determine the distance from the pre-selected points or points of the outer surface of the heel and forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface, angles inclination of the outer surface of the heel and forefoot of the plantar plate of the integrated exoskeleton foot relative to the supporting surface, one meaningly determining the position and orientation of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface and the current phase of the foot support of the exoskeleton, which confirms the achievement of the claimed technical result.

Из вышеизложенного также следует, что предложенная интегрированная стопа экзоскелета в первом и втором вариантах ее выполнения, также обеспечивает возможность определения расстояния от заранее выбранных точки или точек наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета до опорной поверхности, углов наклона наружной поверхности пяточной и носочной частей подошвенной пластины интегрированной стопы экзоскелета относительно опорной поверхности, однозначно определяющих положение и ориентацию стопы экзоскелета относительно опорной поверхности и текущую фазу ножной опоры экзоскелета, что также подтверждает достижение заявленного технического результата.It also follows from the foregoing that the proposed integrated exoskeleton foot in the first and second variants of its execution also provides the ability to determine the distance from the pre-selected points or points of the outer surface of the heel and forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface, the angles of inclination of the outer surface of the heel and of the forefoot of the sole plate of the integrated exoskeleton foot relative to the supporting surface, which uniquely determine the position and the orientation of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface and the current phase of the foot support of the exoskeleton, which also confirms the achievement of the claimed technical result.

Хотя в данном документе были описаны различные стороны осуществления заявленной группы изобретений, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие подходы к осуществлению данного технического решения. Различные стороны и реализация данной группы изобретений изложены в настоящем описании в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящей группы изобретений указан в нижеследующей формуле изобретения.Although various aspects of the implementation of the claimed group of inventions have been described in this document, it will be understood by those skilled in the art that other approaches to implementing this technical solution are possible. The various aspects and implementation of this group of inventions are set forth herein for illustrative purposes and are not meant to be limiting, the scope of protection of this group of inventions being indicated in the following claims.

Claims

1. The method of determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the foot of the exoskeleton using an integrated exoskeleton foot, made with the possibility of attaching to the ankle articulation of the exoskeleton, measuring data with two sensors, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, and with the sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of bending of the user's foot in the back the occurrence in the region of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, including carrying out the indicated measurements, characterized in that in the process of carrying out the said measurements, the distances s ₁ and s ₂ from the first and, accordingly, the second are pre-selected and spaced longitudinally by a distance δ ₀ frontal axes belonging to the outer surface of the heel and, respectively, the forefoot of the sole plate of the integrated foot, to the supporting surface in the direction perpendicular to external surface, where δ ₀ is the distance between the first and second frontal planes of the integrated foot, passing through the aforementioned first and, respectively, second frontal axes, determine the correspondence of the current movement of the foot support of the exoskeleton of one of the four phases - TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE-foot of the exoskeleton, sUPPORT FOR exoskeleton whole foot and a support foot at the toe of the exoskeleton, and calculating the inclination angle of the outer surface of the exoskeleton foot sole plate relative to the support surface, wherein when s ₁ and s ₂ bo he longer zero simultaneously, the phase movement footrest defined as tolerated, if s ₁ is zero and s ₂ greater than zero at the same time, the movement phase footrest is determined as a support on the heel when s ₁ and s ₂ are zero at the same time, the movement phase foot the supports are defined as SUPPORT FOR THE WHOLE STOP, and if s _{1 is} greater than zero and s ₂ is equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT FOR SOCKS, while for the phases TRANSFER, SUPPORT ON THE FIVE AND SUPPORT ON ALL STOP, the angle of inclination is γ ₀ the outer surface of the forefoot and an equal inclination angle γ ₁ externally the heel surface of the plantar plate of the exoskeleton foot relative to the supporting surface is calculated by the formula

γ ₀ = γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₂ ) / δ ₀ ),

and for the phase of movement of the foot support SUPPORT TO SOCK, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the toe of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is determined to be zero, and the angle of inclination of γ _{1 of the} external surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is calculated by the formula

γ ₁ = arctan (s ₁ / δ ₁ ),

where δ ₁ is the distance between the first frontal plane and the third frontal plane of the integrated foot of the exoskeleton passing through the projection of the bend axis of the user's foot in the rear direction in the metatarsophalangeal joints on the plantar plate of the integrated foot.

2. The method according to p. 1, characterized in that the determination of the current phase of movement of the foot support and the calculation of the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface and the angle of inclination of γ _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is carried out programmatically.

3. A method for determining the position and orientation of the foot and the phase of movement of the exoskeleton foot using an integrated exoskeleton foot, configured to attach to the ankle joint of the exoskeleton, to measure data with two sensors, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, and with the sole plate of the integrated foot, made with the possibility of bending in the area, including the projection of the axis of bending of the user's foot in the back the occurrence in the region of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, including carrying out the indicated measurements, characterized in that when carrying out the said measurements, the distances s ₁ and s ₂ from the first and, accordingly, the second are pre-selected and spaced in the longitudinal direction to a distance δ _{0 of the} front axes belonging to the outer surface of the heel and, respectively, the forefoot of the sole plate of the integrated foot, to the supporting surface in the direction perpendicular to the indicated the surface of the foot, where δ ₀ is the distance between the first and second frontal planes of the integrated foot passing through the aforementioned first and, respectively, second frontal axes, additionally measure the distance s ₃ from the third pre-selected frontal axis, also belonging to the outer surface of the calcaneal part of the sole of the integrated plate feet, but not coinciding with the first frontal axis, to the supporting surface in the direction perpendicular to the specified outer surface, determine the correspondence of the current of movement of the exoskeleton of one of the four phases of the footrest - TRANSFER, resting on the heel of the foot of the exoskeleton, the reliance on the whole foot exoskeleton and reliance on the toe of the foot exoskeleton, while if s ₁ and s ₂ is greater than zero at the same time, the movement phase footrest determine how to transfer , if s ₁ is zero and s _{2 is} greater than zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT ON FIVE, if s ₁ and s ₂ are equal to zero at the same time, then the phase of movement of the foot support is defined as SUPPORT ON ALL STOP, and if s ₁ is greater than zero and s ₂ is zero at the same time, then the phase of motion n The foot support is defined as SUPPORT TO SOCK and for the phase of movement of the foot support SUPPORT TO SOCK, the angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the toe of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is determined to be zero, and the angle of inclination of γ _{1 of the} external surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton to the supporting surface is calculated by the formula

γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ),

where δ is the distance between the first frontal plane and the third frontal plane of the integrated exoskeleton foot passing through the third frontal axis, and for the phases of movement TRANSFER, SUPPORT ON FIVE, SUPPORT ON ALL STOP The angle of inclination γ _{0 of the} outer surface of the forefoot and the angle of inclination y _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is calculated by the formula

γ ₀ = γ ₁ = γ = arctan ((s ₁ -s ₃ ) / δ).

4. The method according to p. 3, characterized in that the determination of the current phase of movement of the foot support and the calculation of the angle of inclination γ _{1 of the} outer surface of the heel of the plantar plate of the foot of the exoskeleton relative to the supporting surface is carried out programmatically.

5. An integrated exoskeleton foot, including an exoskeleton user shoe and a support element connected to it, adapted to attach to the ankle joint of the exoskeleton, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second - on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is bent in a region including a projection of the axis of bending of the user's foot in the back direction the area of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, characterized in that the sensors used are distance sensors from the outer surface of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface along the axes of these range sensors in the direction perpendicular to the specified outer surface.

6. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 5, characterized in that the supporting element is placed inside the shoe of the user of the exoskeleton.

7. The integrated exoskeleton foot according to claim 6, characterized in that the sole plate of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the sole plate of the integrated foot.

8. The integrated exoskeleton foot according to claim 7, characterized in that the back of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the back of the integrated foot.

9. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 7, characterized in that the toe of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the toe of the integrated foot.

10. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 5, characterized in that the user's shoe is placed on the supporting element.

11. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 10, characterized in that the supporting element is used as the sole plate of the integrated foot.

12. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 11, characterized in that the integrated foot is equipped with a back of the integrated foot mounted on the heel of the sole of the sole plate of the integrated foot.

13. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 11, characterized in that the integrated foot is equipped with a toe of the integrated foot mounted on the forefoot of the sole plate of the integrated foot.

14. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 5, characterized in that optical range sensors are used as the indicated range sensors.

15. An integrated exoskeleton foot according to claim 8 or 12, characterized in that the back of the integrated exoskeleton foot is made of a form-resistant material.

16. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 9 or 13, characterized in that the toe of the integrated foot of the exoskeleton is made of form-resistant material.

17. The integrated exoskeleton foot according to claim 15, characterized in that the first distance sensor from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface is mounted on the outer surface of the back of the integrated foot of the exoskeleton.

18. The integrated exoskeleton foot according to claim 16, characterized in that the second distance sensor from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface is mounted on the outer surface of the toe of the integrated foot of the exoskeleton.

19. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 5, characterized in that the supporting element is attached to the ankle articulation of the exoskeleton by means of a support stand.

20. The integrated exoskeleton foot according to claim 5, characterized in that the first and second range sensors are connected to the data processing unit via a data exchange channel.

21. The integrated exoskeleton foot according to claim 5, characterized in that a microcontroller is used as the data processing unit.

22. The integrated exoskeleton foot according to claim 5, characterized in that the exoskeleton user shoe is provided with a patch back rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the back of the integrated exoskeleton foot.

23. The integrated exoskeleton foot according to claim 5, characterized in that the exoskeleton user shoe is provided with a patch toe rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the toe of the integrated exoskeleton foot.

24. An integrated exoskeleton foot, including an exoskeleton user shoe and a support element connected to it, adapted to attach to the ankle joint of the exoskeleton, a data processing unit and two sensors connected to it, the first of which is mounted on the heel of the integrated foot, and the second on its forefoot, while the sole plate of the integrated foot is made with the possibility of bending in the region, including the projection of the axis of bending of the user's foot in the rear direction in the area of the metatarsophalangeal joints on the sole plate of the integrated foot, characterized in that it is additionally equipped with a third sensor, also mounted on the heel of the integrated foot, but spaced with the first sensor in the longitudinal direction, and the distance sensors from the first, second and third sensors are used the outer surface of the sole plate of the integrated exoskeleton foot to the supporting surface along the axes of the specified range sensors in the direction perpendicular SG said outer surface.

25. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 24, characterized in that the supporting element is placed inside the shoe of the user of the exoskeleton.

26. The integrated exoskeleton foot according to claim 25, characterized in that the sole plate of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the sole plate of the integrated foot.

27. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 26, characterized in that the back of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the back of the integrated foot.

28. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 26, characterized in that the toe of the shoe of the user of the exoskeleton is used as the toe of the integrated foot.

29. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 24, characterized in that the user's shoe is placed on the support element.

30. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 29, characterized in that the supporting element is used as the sole plate of the integrated foot.

31. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 30, characterized in that the integrated foot is provided with a back of the integrated foot mounted on the heel of the sole plate of the integrated foot.

32. The integrated foot of the exoskeleton according to claim 30, characterized in that the integrated foot is equipped with a toe of the integrated foot mounted on the forefoot of the sole plate of the integrated foot.

33. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that optical range sensors are used as said range sensors.

34. The integrated exoskeleton foot according to claim 27 or 31, characterized in that the back of the integrated exoskeleton foot is made of a form-resistant material.

35. An integrated exoskeleton foot according to claim 28 or 32, characterized in that the toe of the integrated exoskeleton foot is made of a form-resistant material.

36. The integrated exoskeleton foot according to claim 34, characterized in that the first and third distance sensors from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface are mounted on the outer surface of the back of the integrated exoskeleton foot.

37. The integrated exoskeleton foot according to claim 35, characterized in that the second distance sensor from the outer surface of the sole plate of the integrated foot to the supporting surface is mounted on the outer surface of the toe of the integrated foot of the exoskeleton.

38. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that the support element is attached to the ankle articulation of the exoskeleton by means of a support stand.

39. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that the first, second and third range sensors are connected to the data processing unit via a data exchange channel.

40. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that a microcontroller is used as the data processing unit.

41. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that the exoskeleton user shoe is provided with a patch back that is rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the back of the integrated exoskeleton foot.

42. The integrated exoskeleton foot according to claim 24, characterized in that the exoskeleton user shoe is provided with a patch toe rigidly connected to the sole plate of the user shoe and used as the toe of the integrated exoskeleton foot.