RU2770786C2

RU2770786C2 - Pair of crutches for exoskeleton

Info

Publication number: RU2770786C2
Application number: RU2019115710A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Сальников; Константин Сергеевич Клюжев; Александр Игоревич Кудрявцев
Original assignee: Акционерное общество "Волжский электромеханический завод"
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2022-04-21
Also published as: RU2019115710A3; RU2019115710A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to crutches for an exoskeleton with autonomous automatic length changing. A pair of crutches is equipped with an automatic system maintaining, due to changing the length of crutches, horizontality of a virtual line connecting handles of crutches in the frontal plane of the user’s motion. Each of crutches is equipped with a distance meter, which is simultaneously a light beam or laser pointer of a surface point, to which the corresponding crutch should be transferred in the next step. The specified distance meter is made with the possibility of determining in a contactless way a distance from the crutch handle to the point of crutch setting on the surface in the next step, to which it points.

EFFECT: increase in the safety of a patient is achieved, when walking in the exoskeleton.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приспособлениям, помогающим ходить пользователям в экзоскелете или людям с ограниченными возможностями в движении, опираясь на костыли.The invention relates to devices that help users walk in an exoskeleton or people with disabilities in movement, relying on crutches.

Известен способ повышения комфортности ходьбы пользователя (US 2013/0199586 А1 и ЕР 0541935 А2) путем изменения длины костылей за счет двигателей, размещенных внутри костылей и приводимых в движение пользователем.A known method of improving the comfort of walking the user (US 2013/0199586 A1 and EP 0541935 A2) by changing the length of the crutches due to the motors placed inside the crutches and driven by the user.

Недостатком известного способа, принятого за аналог, является то, что в процессе ходьбы в экзоскелете пользователь должен постоянно следить за уровнем поверхности, по которой он передвигается, что снижает уровень его безопасности при движении по наклонной поверхности, или же по лестнице, поскольку во фронтальной плоскости он минимален, а пользователь устанавливает костыли по ширине интуитивно.The disadvantage of the known method, taken as an analogue, is that in the process of walking in the exoskeleton, the user must constantly monitor the level of the surface on which he moves, which reduces the level of his safety when moving on an inclined surface, or on stairs, since in the frontal plane it is minimal, and the user sets the crutches in width intuitively.

Известно автоматическое реагирование костылей на изменение расстояния от ручки костыля до участка поверхности, на который костыли будут опираться при следующем положении (заявка №2018108204/14(012690), от 07.03.2018).The automatic response of crutches to a change in the distance from the handle of the crutch to the surface area on which the crutches will rest in the next position is known (application No.

Недостатком упомянутого способа является то, что в наиболее вероятной для падения пользователя фронтальной плоскости, его безопасность за счет последнего способа обеспечена недостаточно.The disadvantage of the mentioned method is that in the most probable frontal plane for the user to fall, his safety due to the latter method is not sufficiently ensured.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является дальнейшее повышение безопасности пациента при ходьбе в экзоскелете с дополнительной опорой на предложенную пару костылей.The technical result, to which the present invention is directed, is a further increase in the safety of the patient when walking in an exoskeleton with additional support on the proposed pair of crutches.

Технический результат достигается за счет того, что оба костыля работают совместно и автоматически, поддерживая горизонтальность виртуальной линии, соединяющей ручки костылей во фронтальной плоскости движения пользователя причем каждый из костылей снабжен измерителем расстояния, являющимся при этом одновременно светолучевым или лазерным указателем, причем указанный измеритель расстояния выполнен с возможностью определять бесконтактным способом расстояние от ручки костыля до точки постановки костылей на поверхности на следующем шаге, на которую он указывает. Точки поверхности при этом определяются исходя из обеспечения максимальной устойчивости пользователя во фронтальной плоскости.The technical result is achieved due to the fact that both crutches work together and automatically, maintaining the horizontality of the virtual line connecting the handles of the crutches in the frontal plane of the user's movement, each of the crutches is equipped with a distance meter, which is at the same time a light beam or laser pointer, and the specified distance meter is made with the ability to determine in a non-contact way the distance from the handle of the crutch to the point of placing the crutches on the surface at the next step, to which it indicates. In this case, the surface points are determined on the basis of ensuring maximum stability of the user in the frontal plane.

Предложенная новая совокупность существенных признаков, состоящая из пары костылей с автоматически изменяющейся длиной, дополненная системой, поддерживающей горизонтальность виртуальной линии, соединяющей ручки костылей во фронтальной плоскости движения пользователя, причем, каждый из костылей снабжен измерителем расстояния, являющимся при этом одновременно светолучевым и лазерным указателем точки поверхности, куда соответствующий костыль должен быть перенесен при следующем шаге, на которую он указывает, обнаруживает новые свойства:The proposed new set of essential features, consisting of a pair of crutches with automatically changing length, supplemented by a system that maintains the horizontality of the virtual line connecting the handles of the crutches in the frontal plane of the user's movement, moreover, each of the crutches is equipped with a distance meter, which is both a light beam and a laser pointer the surface where the corresponding crutch should be transferred at the next step, to which it points, reveals new properties:

- безопасность пользователя в наиболее вероятной для его падения фронтальной плоскости перестает быть минимальной;- the safety of the user in the frontal plane most likely for him to fall ceases to be minimal;

- указание точек постановки костылей при следующем шаге экзоскелета, рассчитанное, исходя из максимальной устойчивости пользователя, повышает безопасность пользователя и его уверенность в правильности постановки костылей для следующего шага;- indication of the points for placing crutches during the next step of the exoskeleton, calculated based on the maximum stability of the user, increases the safety of the user and his confidence in the correct setting of the crutches for the next step;

- обнаружение неровностей поверхности на пути пользователя позволяет скорректировать параметры шагов экзоскелета, повышая тем самым устойчивость пользователя и его безопасность.- detection of surface irregularities on the user's path allows you to adjust the parameters of the steps of the exoskeleton, thereby increasing the stability of the user and his safety.

На рисунке приведена предложенная пара костылей для экзоскелета.The figure shows the proposed pair of crutches for the exoskeleton.

Корпус 1 каждого из костылей содержит выдвижную часть 2 и измеритель расстояния 3, являющийся одновременно светолучевым или лазерным указателем точек 4 постановки костылей на поверхности при следующем шаге пользователя, причем указанный измеритель расстояния выполнен с возможностью определять бесконтактным способом расстояние от ручки костыля до точки постановки костылей на поверхности на следующем шаге, на которую он указывает. Выдвижная часть 2 кинематически через передачу винт - гайка 5 связана с электроприводом 6, управляемым от блока системы управления 7, размещенной в ручках костылей, где размещены также и аккумуляторные батареи электропитания 8. Измеритель расстояния 3 в режиме измерения предназначен для определения расстояния от ручки до точки 4 постановки костыля на поверхности при следующем шаге пользователя. В состав каждой части системы управления 7, размещенной в отдельном костыле, входит датчик 9 отклонения костыля от виртуальной горизонтальной плоскости 10. Система управления 7 по беспроводному каналу связи соединена с контроллером управления экзоскелетом для передачи информации об изменении рельефа поверхности и для изменения параметров следующих шагов экзоскелета (длина шага, высота подъема голеностопа и др.).The body 1 of each of the crutches contains a retractable part 2 and a distance meter 3, which is simultaneously a light beam or laser pointer of the points 4 for placing the crutches on the surface at the next step of the user, and the specified distance meter is configured to determine in a non-contact way the distance from the handle of the crutch to the point of placing the crutches on the surface. the surface in the next step that it points to. The retractable part 2 is kinematically connected through the screw-nut 5 transmission to the electric drive 6, controlled from the control system unit 7, located in the handles of the crutches, where the power supply batteries 8 are also located. The distance meter 3 in the measurement mode is designed to determine the distance from the handle to the point 4 placements of the crutch on the surface at the next step of the user. Each part of the control system 7, located in a separate crutch, includes a sensor 9 for the deviation of the crutch from the virtual horizontal plane 10. The control system 7 is wirelessly connected to the exoskeleton control controller to transmit information about changes in the surface topography and to change the parameters of the next steps of the exoskeleton (step length, ankle height, etc.).

Предложенное устройство работает следующим образом. При движении пользователя в экзоскелете по любой приемлемой поверхности, измеритель расстояния 3 определяет бесконтактным способом расстояние от ручки костыля до точки 4 постановки костылей на поверхности при следующем шаге пользователя. После измерения, блок системы управления 7, принимая во внимание текущую длину трости, экстраполирует длину трости 1 для следующего шага пользователя. Далее, за время переноса трости 1 в следующее положение, блок системы управления 7 с аккумуляторной батареей 8 активируют электропривод 6 и, через кинематическую передачу винт-гайка 5, устанавливают выдвижную часть 2 в положение, при котором длина трости будет соответствовать значению, которое она должна принимать при следующем шаге пользователя.The proposed device works as follows. When the user moves in the exoskeleton on any acceptable surface, the distance meter 3 determines in a non-contact way the distance from the handle of the crutch to the point 4 of setting the crutches on the surface at the next step of the user. After the measurement, the control system unit 7, taking into account the current length of the cane, extrapolates the length of the cane 1 for the next step of the user. Further, during the transfer of the cane 1 to the next position, the control system unit 7 with the battery 8 activates the electric drive 6 and, through the kinematic transmission of the screw-nut 5, set the retractable part 2 to a position in which the length of the cane will correspond to the value that it should accept at the next step of the user.

В состав каждого из пары костылей, конкретно в состав системы управления 7 входят датчики 9 отклонения костыля от виртуальной горизонтальной плоскости 10. При ходьбе по неровной или наклонной поверхности, а конкретно при несовпадении положения любого из датчиков 9 с виртуальной горизонталью 10, система управления 7 вырабатывает управляющий сигнал, активирующий электропривод 6 и, через кинематическую передачу винт-гайка 5, устанавливают выдвижную часть 2 в положение, при котором датчики 9 вновь совпадут с виртуальной горизонталью 10, ручки костылей займут горизонтальное положение, а значит положение пользователя будет наиболее устойчивым и безопасным. В случае, если на пути пользователя встречается неровность, обнаруженная системой управления 7, последняя по беспроводному каналу связи передает информацию контроллеру управления экзоскелетом для того, чтобы изменить параметры следующего шага экзоскелета с целью обеспечения безопасности пользователя.Each of the pair of crutches, specifically the control system 7, includes sensors 9 for the deviation of the crutch from the virtual horizontal plane 10. a control signal that activates the electric drive 6 and, through the kinematic transmission screw-nut 5, set the retractable part 2 to a position in which the sensors 9 again coincide with the virtual horizontal 10, the handles of the crutches will take a horizontal position, which means that the user's position will be the most stable and safe. In the event that an unevenness is encountered on the user's path, detected by the control system 7, the latter wirelessly transmits information to the exoskeleton control controller in order to change the parameters of the next step of the exoskeleton in order to ensure the user's safety.

Технический результат достигается путем повышения уровня безопасности пользователя при ходьбе с костылями в экзоскелете, за счет того, что позволит освободить его внимание от необходимости следить за каждым своим шагом при передвижении по практически любой приемлемой для него поверхности, делает его положение более устойчивым и избавляет от манипуляций длиной костылей.The technical result is achieved by increasing the level of user safety when walking with crutches in the exoskeleton, due to the fact that it will free his attention from the need to follow his every step when moving on almost any surface acceptable to him, makes his position more stable and eliminates manipulation crutch length.

Claims

1. A pair of crutches for an exoskeleton with an autonomous automatic change in the length of each of them, characterized in that it is equipped with an automatic system that maintains, by changing the length of the crutches, the horizontality of the virtual line connecting the handles of the crutches in the frontal plane of the user's movement, each of the crutches is equipped with a distance meter, which at the same time is a light beam or laser pointer of the surface point where the corresponding crutch should be transferred at the next step, and the specified distance meter is configured to determine in a non-contact way the distance from the crutch handle to the point where the crutches are placed on the surface at the next step, to which it points.

2. A pair of crutches for an exoskeleton according to claim 1, characterized in that the automatic system of a pair of crutches is wirelessly connected to the exoskeleton control controller to correct the parameters of the next steps of the exoskeleton.