WO2020139115A1

WO2020139115A1 - Способ поддержания позы человека и системы для осуществления способа

Info

Publication number: WO2020139115A1
Application number: PCT/RU2018/000892
Authority: WO
Inventors: Игорь Александрович ОРЛОВ; Антон Павлович АЛИСЕЙЧИК; Дмитрий Александрович ГРИБКОВ
Original assignee: Игорь Александрович ОРЛОВ
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-02

Abstract

Изобретение относится к носимым системам поддержания позы человека, используемых в промышленности, в частности к сборочным, сортировочным и иным производствам, где выявлено наличие профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата сотрудников. Технической задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является уменьшение габаритов и веса системы поддержания позы человека для удержания сидячей позы человека. Система поддержания позы человека, содержащая: верхнее крепление (2), соединенное непосредственно с сиденьем (7) и с опорной колонной (4); нижнее крепление (3), позволяющего удерживать опорную колонну (4) системы поддержания позы человека во время перемещения и во время удержания позы на необходимом и оптимальном расстоянии от голеностопа человека; при этом верхнее крепление (2) содержит спиралевидные направляющие (5), реализующие две зависимые степени свободы, и шарнирную петлю, реализующую вращение накладки (6) в сагиттальной плоскости, а нижнее крепление (3) содержит вращательные шарниры (15, 16), допускающие смещение сагиттальной плоскости системы поддержания позы человека относительно сагиттальной плоскости ноги по часовой стрелке для левой ноги и против - для правой, что приводит к сближению вращательных шарниров между двумя основными звеньями (20, 21) системы поддержания позы человека левой и правой ноги.

Description

СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОЗЫ ЧЕЛОВЕКА И СИСТЕМЫ ДЛЯ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к носимым системам поддержания позы человека, используемых в промышленности, в частности к сборочным, сортировочным и иным производствам, где выявлено наличие профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата сотрудников.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно БЕДРЕННОЕ ЗВЕНО АКТИВНОГО ОРТЕЗА НОГИ, раскрытое в патенте RU171262 U1, опубл. 2016-07-11. Бедренное звено активного ортеза ноги содержит силовой каркас с размещенными на нем первым и вторым приводами, из которых по крайней мере один установлен с возможностью регулирования своего положения относительно силового каркаса. Первый привод включает в себя основание с установленными на нем электродвигателем, направляющей с ползуном и шарико-винтовой передачей, гайку и механическую передачу, связывающую электродвигатель с винтом шарико-винтовой передачи, также включает кривошип и шатун. Второе плечо кривошипа предназначено для крепления к первому ответному звену ортеза ноги.

Проблемы и недостатки:

1) ручное регулирование положения приводов путем отворачивания (ослабления) одной или обеих гаек;

2) в качестве механической передачи, связывающей электродвигатель с винтом шарико-винтовой передачи, использована зубчато-ременная передача;

3) устройство располагается по бокам ног человека, существенно ограничивая возможности перемещения из-за сильного увеличения габаритов.

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО СОДЕЙСТВИЯ СИДЯЧЕМУ ПОЛОЖЕНИЮ И СПОСОБ НАДЕВАНИЯ УСТРОЙСТВА НА ОПЕРАТОРА, раскрытые в заявке WO2018087182А1, опубл. 2015-10-21. Изобретение основано на носимом устройстве для оказания помощи в сидячем положении, содержащем, по меньшей мере, один блок для ног, содержащий, по меньшей мере, одну верхнюю часть ноги и, по меньшей мере, одну нижнюю часть ноги. Ножной блок имеет по меньшей мере один соединитель колодки для соединения с колодкой или ногой человек. Предполагается, что соединительный элемент может перемещаться относительно нижней части ноги в направлении, по меньшей мере, по существу, параллельно продольной оси нижней части ноги по меньшей мере в одном состоянии износа разъема колодки.

Проблемы и недостатки:

1) при достаточно большом выходном моменте устройство обладает большими габаритами, массой и потребляемой энергией;

2) система не допускает смешения основного шарнира устройства, что при глубокой посадке требует увеличения габаритов.

Из уровня техники известны ПАССИВНЫЙ ГРУЗОВОЙ ЭКЗОСКЕЛЕТОН, КОЛЕННЫЙ ШАРНИР ПАССИВНОГО ГРУЗОВОГО ЭКЗОСКЕЛЕТОНА, КОМПЕНСАТОР ПАССИВНОГО ГРУЗОВОГО ЭКЗОСКЕЛЕТОНА, раскрытые в патенте RU 2362598 С2, опубл. 2007-09-10. Пассивный грузовой экзоскелетон содержит каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, соединенных между собой посредством коленных шарниров с элементами фиксации и шарнирно связанных свободными концами с каркасом и опорами стоп.

Проблемы и недостатки:

Голеностопные рычаги соединяются с соединительным узлом опоры стоп через ползун, который обеспечивает вращение вокруг общей вертикальной оси. В комплексе обеспечивается только три степени свободы движения стоп, а именно возможность углового поворота относительно оси, перпендикулярной подошвенной поверхности пяточного тела. Из уровня техники известна ПОРТАТИВНАЯ СИСТЕМА ЭКЗОСКЕЛЕТА ЧЕЛОВЕКА, раскрытая в заявке CN 104337668 А, опубл. 2013-08-10. Изобретение предусматривает переносную экзоскелетную систему человека, состоящую из модуля ягодицы, модуля ноги и модуля стопы.

Проблемы и недостатки:

1 ) крепление к стопе не обладает возможностью регулировки расстояния от экзоскелетного колена до оператора;

2) устройство располагается по бокам ног человека, существенно ограничивая возможности перемещения из-за сильного увеличения габаритов.

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ПОДДЕРЖКИ НОГИ, раскрытое в заявке ЕР 2583657 А1, 2010-06-21. В данном документе раскрывается вспомогательное устройство для ног с законом управления, подходящее для содействия движению стоя. Устройство для поддержки ног снабжено соединением верхней части ноги, соединением нижней части ноги, поворотным соединением и контроллером. Протез верхней части ноги прикреплен к верхней части ноги пользователя, а протез нижней части ноги прикреплен к нижней части ноги пользователя.

Проблемы и недостатки:

1) крепление нижней части ноги жестко фиксирует ногу пользователя и не обладает достаточной степенью свободы движения.

2) система располагается как на внутренней зоне ноги, так и на внешней, что увеличивает прочность но снижает эргономичность и комфорт при движении.

Все вышеперечисленные конструкции являются либо очень сложными, а следовательно, требовательными в обслуживании, либо не обеспечивают достаточной подвижности, а следовательно, комфорта и безопасности перемещения, либо обладают большим весом. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является уменьшение габаритов и веса системы поддержания сидячей позы человека. При использовании указанной системы шарниров возникает новая кинематическая схема системы поддержания позы человека (1), позволяющая снизить габариты, что приводит к улучшению эргономики и снижению веса устройства.

Технический результат совпадает с технической задачей.

Технический результат достигается за счет того, что в системе поддержания позы человека верхнее крепления (2) выполнено с двумя степенями вращения и одной поступательной степенью. Элемент может быть реализован с помощью шарнира со спиралевидными направляющими (5), реализующими две зависимые степени свободы и дополнительной шарной петли, реализующей вращение накладки (6) в сагиттальной плоскости. Верхнее крепление соединено непосредственно с сиденьем (7), на которое опирается человек при положении сидя. Шарнир со спиралевидными направляющими (5) состоит из металлической оси (10), внешнего цилиндра (9) и внутреннего цилиндра (8).

Также нижнее крепление (3) имеет, по меньшей мере, пять степеней свободы и состоит из упруго-диссипативного элемента (11), допускающего поступательное движение и задающее расстояние между опорной точкой (12) и крепежом к голеностопу (13) и двух сферических шарниров, которые могут быть реализованы набором вращательных, (15) и (16), имеющих, по меньшей мере, две степени свободы в каждом но не более пяти в сумме, для крепления к опорной колонне (4) и крепежа к голеностопу (13). Вращательные шарниры (15,16) также имеют диссипативную составляющую для предотвращения нежелательных эффектов во время движения. Поступательный шарнир (17) имеет корпус с двумя подвижными элементами и парой направляющих с углублением между ними, расположенными на внутренней части. Первый элемент— крепление к опорной колонне (4) системы поддержания позы человека (1), второй— крепление к гибкой ленте (14), фиксирующейся в районе голеностопа человека. Внутри направляющих расположены упруго- диссипативные элементы, возвращающие систему в исходное положение, минимизируя расстояние между точкой опоры (12) системы поддержания позы человека (1) и крепежом к голеностопу человека (13).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания сущности изобретения, и чтобы более ясно показать, каким образом она может быть осуществлено, далее будет сделана ссылка, лишь в качестве примера, на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - общий вид системы поддержания позы человека и расположение на ней элементов;

фиг. 2 - распределение сил взаимодействия человека и системы поддержания позы человека;

фиг. 3 - ключевые шарниры, воспринимающие нагрузку взаимодействия; фиг. 4 - шарнирные координаты системы уменьшения габаритов;

фиг. 5 - верхнее крепление (2), вид спереди;

фиг. 6 - верхнее крепление (2), вид снизу;

Фиг. 7 - верхнее крепление (2), вид сбоку;

Фиг. 8 - нижнее крепление (3), вид сбоку в разрезе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с иллюстрациями, приведенными на фиг. 1-9, заявленная система поддержания позы человека состоит из следующих частей: верхнего крепления (2) системы поддержания позы человека ( 1 ), находящегося в районе бедренного сустава человека, которое воспринимает основную нагрузку взаимодействия человека и элементов системы во время удержания позы в статичном положении, причем верхнего крепления (2) соединено с опорной колонной (4); нижнего крепления (3), позволяющего удерживать опорную колонну (4) системы поддержания позы человека (1) во время перемещения и во время удержания позы на необходимом заданном и оптимальном расстоянии от голеностопа человека. Оптимальное расстояние выбирается человеком в зависимости от антропометрических показателей человека для обеспечения максимального комфорта.

Верхнее крепление (2) обладает двумя степенями вращения и одной поступательной степенью. Элемент (2) может быть реализован с помощью шарнира со спиралевидными направляющими (5), реализующими две зависимые степени свободы и дополнительной тарной петли, реализующей вращение накладки (6) в сагиттальной плоскости. Верхнее крепление соединено непосредственно с сиденьем (7), на которое опирается человек при положении сидя. Шарнир со спиралевидными направляющими (5) состоит из металлической оси (10), внешнего цилиндра (9) и внутреннего цилиндра (8).

Нижнее крепление (3) имеет, по меньшей мере, пять степеней свободы и состоит из упруго-диссипативного элемента (11), допускающего поступательное движение и задающее расстояние между опорной точкой (12) и крепежом к голеностопу (13) и двух сферических шарниров, которые могут быть реализованы набором вращательных, (15) и (16), имеющих, по меньшей мере, две степени свободы в каждом но не более пяти в сумме, для крепления к опорной колонне (4) и крепежа к голеностопу (13). Вращательные шарниры (15,16) также имеют диссипативную составляющую для предотвращения нежелательных эффектов во время движения. На фиг. 8 обозначены местоположения вращательного шарнира опорной точки (15) и вращательного шарнира крепежа к голеностопу (16), совпадающие с местоположениями опорной точки (12) и крепежа к голеностопу (16).

Поступательный шарнир (17) имеет корпус с двумя подвижными элементами и парой направляющих с углублением между ними, расположенными на внутренней части. Первый элемент — крепление к опорной колонне (4) системы поддержания позы человека (1), второй— крепление к гибкой ленте (14), фиксирующейся в районе голеностопа человека. Внутри направляющих расположены упруго-диссипативные элементы, возвращающие систему в исходное положение, минимизируя расстояние между точкой опоры (12) системы поддержания позы человека (1) и крепежом к голеностопу человека (13).

Получение технического результата достигается совместным использованием двух вышеуказанных блоков. Вращательные шарниры (15,16) допускают поворот сагиттальной плоскости (18) системы поддержания позы человека (1) относительно сагиттальной плоскости (19) ноги по часовой стрелке для левой ноги и и против— для правой, что приводит к сближению вращательных шарниров между двумя основными звеньями (20,21) системы поддержания позы человека левой и правой ноги. Такая конфигурация исключает соприкосновение этих шарниров со внутренней частью ноги. Это свойство позволяет расположить систему поддержания позы человека ближе к телу человека, что приводит к уменьшению габаритов, веса и динамических нагрузок при ходьбе.

Данная система, состоящая из двух узлов (2) и (3), позволяет без использования электронных компонентов смещать элементы внутрь корпуса во время уменьшения расстояния между верхним креплением и опорной поверхностью, например, человек садится, что позволяет уменьшить габариты системы поддержания позы человека (1) с улучшением эргономики, что приводит к снижению массы всего устройства и уменьшению динамических нагрузок при перемещении во время эксплуатации.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система поддержания позы человека, содержащая:

верхнее крепление (2), соединенное непосредственно с сиденьем (7) и с опорной колонной (4);

нижнее крепление (3), позволяющее удерживать опорную колонну (4) системы поддержания позы человека во время перемещения и во время удержания позы на необходимом и оптимальном расстоянии от голеностопа человека;

при этом верхнее крепление (2) содержит спиралевидные направляющие (5), реализующие две зависимые степени свободы, и шарнирную петлю, реализующую вращение накладки (6) в сагиттальной плоскости, а нижнее крепление (3) содержит вращательные шарниры (15,16), допускающие поворот сагиттальной плоскости экзоскелета (18) относительно сагиттальной плоскости ноги (19) по часовой стрелке для левой ноги и против— для правой, что приводит к сближению вращательных шарниров между двумя основными звеньями (20,21) системы поддержания позы человека левой и правой ноги.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что нижнее крепление (3) имеет, по меньшей мере, пять степеней свободы и состоит из упруго-диссипативного элемента (11), допускающего поступательное движение и задающее расстояние между опорной точкой (12) и крепежом к голеностопу (13).