WO2023038553A1 - Носимый механизм для поддержки рук пользователя - Google Patents

Носимый механизм для поддержки рук пользователя Download PDF

Info

Publication number
WO2023038553A1
WO2023038553A1 PCT/RU2022/050289 RU2022050289W WO2023038553A1 WO 2023038553 A1 WO2023038553 A1 WO 2023038553A1 RU 2022050289 W RU2022050289 W RU 2022050289W WO 2023038553 A1 WO2023038553 A1 WO 2023038553A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
support
freedom
bar
fastening
operator
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050289
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Игорь Александрович ОРЛОВ
Антон Павлович АЛИСЕЙЧИК
Филипп Валерьевич БАЕВ
Александр Сергеевич ВОЛКОВ
Мария Викторовна ПОРОХНЯ
Алексей Валерьевич ПОДОПРОСВЕТОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзаурус"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021126907A external-priority patent/RU2809267C1/ru
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзаурус" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Экзаурус"
Publication of WO2023038553A1 publication Critical patent/WO2023038553A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about

Definitions

  • the invention relates to wearable systems for supporting the user's hands used in industry, in particular in the mining industry, in assembly, sorting and other industries where the presence of occupational diseases of the musculoskeletal system of employees is common.
  • the closest analogue of the claimed invention is a device for supporting at least one shoulder of the user [5], characterized in that it consists of a support element for the arm with a holder and a passive drive capable of applying force to the support element; a lever, an emphasis for transmitting force and an element for transmitting force, with the possibility of transmitting an opposing force to the support element on the belt.
  • the device is designed in such a way that the movement of the lever does not restrict the device and the force acts eccentrically with respect to the axis of rotation of the lever, and is characterized in that the main hinge of rotation of the lever is located in the region of the user's blade.
  • the described device has a number of serious disadvantages, such as limitation of the range of free movements, excessive dimensions of the device, difficulty in correct positioning of fixed elements on the human body, and a small payload area when supported by the hand. They negatively affect the ergonomic characteristics of the device, including the impossibility of a significant increase in effort while maintaining ergonomic characteristics. There are significant requirements for fine tuning to the anthropometric parameters of a particular operator. There are also significant protrusions that interfere with free movement and there is an overlap of areas of the body, such as the area of the shoulder blades. These factors and disadvantages lead to a decrease in comfort during use, a significant reduction in the scope and narrowing of the scope due to the loss of efficiency of this device.
  • the objective of the present invention was to create a similar device, devoid of these disadvantages, with high operational ergonomics and a wide range of applicability in various areas of production. processes, and therefore economically viable for industrial companies that need such devices for their employees.
  • the first refinement is to use a spacer element, the length of which changes slightly during movement, which can compensate for misaligned loads on the power element;
  • the second improvement is to use a power element that releases energy with an increase in external geometric characteristics
  • the third revision is to change the kinematic scheme, allowing the use of a pushing power element
  • the fourth refinement is to change the working position of the axis of rotation, so that it is transferred from the area of the scapula to the area of the shoulder joint;
  • TERMS "Industrial exoskeleton" (IE) in the context of the present invention is a means of individual protection of the musculoskeletal system worn on a person, compensating and / or redistributing the load on the musculoskeletal system.
  • PPE ODA Personal protective equipment for the musculoskeletal system
  • the terms indicating the relative position of objects should be understood as the relative position with an error of not more than 5% and (or) 5 centimeters and (or) 5 degrees.
  • Free zone in the context of the present invention is an area in which the operator's hands can be located, but the amount of assisting force is minimal or significantly lower than the amount of support used during operation.
  • intended is meant, in particular, a special purpose, use and/or equipment.
  • the fact that an object is intended for a particular function should, in particular, mean that the object performs that particular function in at least one application and/or operational state.
  • Necessary force in the context of the present invention is an effect that reduces the load on the human musculoskeletal system.
  • Mount in the context of the present invention is a hinged, mechanical, magnetic, or other movable connection that provides the necessary relative mobility between the connected elements.
  • “Hinge” in the context of the present invention is a mechanical device that allows you to implement a given (given) degrees of freedom (mobility) when fixing one element to another, the work of changing the position of the hinge coordinates of which can be neglected in the context of this application of the described device or concept.
  • Spherical hinge in the context of the present invention is a mechanical device or element that allows the mutual movement of the bodies to be connected in three non-coincident rotational coordinates.
  • “Hinge axis” in the context of the present invention is a straight line around which there is an instantaneous rotation of one structural element relative to another, interconnected by a hinge or fastener.
  • “Point of application of force” (15) in the context of the present invention is a virtual point, relative to which the total moment of forces of interaction of the corresponding upper limb of the operator and the holder of the hand (2) is equal to zero.
  • “Working movement” in the context of the present invention is the movement of the hand, determined by the velocity vector of the point (15).
  • the "shoulder joint of the operator” (1) in the context of the present invention is the area on the surface of the body of the operator, the minimum distance from the shoulder joint of the operator, located on the upper outer surface of the shoulder.
  • “Hand holder” (2) in the context of the present invention is a structural element to which the upper limb of the operator is attached and through which the force is transmitted from the power element to the operator.
  • Lock support (3) in the context of the present invention is an element that allows you to fix a part of the exoskeleton on the surface of the operator's body, preferably in the area of the hip joint to transfer the load from the power element to the operator's body.
  • a "support mount” (4) in the context of the present invention is an arbitrary type of mount that has at least three rotational degrees of freedom (not necessarily in the same place geometrically).
  • “Support” (5) in the context of the present invention is an object that allows you to transfer the payload from the power element to the operator's body, which slightly changes the geometric characteristics during the working operation, while adjusting its length, the kinematics of the device can be adjusted to the anatomical features of the operator. may contain the missing rotational degree of freedom if the support (4) mount has two degrees of freedom.
  • the "bar” (6) in the context of the present invention is made in the form of a lever for transferring force to the hand holder.
  • Mount (8, 9, 10, 12) in the context of the present invention is a hinged, mechanical, magnetic, or other movable connection that provides the necessary relative mobility between the connected elements.
  • Fastening (8) has no more than two degrees of freedom and does not contain a movable axis parallel to the main axis (minimum moment) of the bar inertia tensor.
  • One of the axes of the fastening hinge (8) is parallel or is at an angle of no more than 20 degrees to the axes (9) and (10).
  • Mount (9) is a hinge containing an axis of rotation, orthogonal to the plane of the working movement, and also allows the presence of an axis of rotation around the longitudinal axis of the element (7). It may also contain a translational degree of freedom along the longitudinal axis of the element (7) used to adjust the zone of maximum force or along the bar (6) to adjust the amount of force.
  • the fastening (12) may be a rotational hinge, the axis of which is orthogonal to the plane of the working movement. It may also contain a translational degree of freedom along the axis of the element (5) or an additional axis of rotation, orthogonal to the plane of the working movement, used to disable the force and/or increase the free zone. Fastening (12) connects support (5) with elements (7) and (11), fixing one of them relative to support (5).
  • the fastening (10) can be any type of fastening.
  • Space element (7) in the context of the present invention is an object, the distance between the fasteners (9) and (12) of which changes little (by no more than 4%) relative to the original length of the element in the process of performing a working operation when applying a force limited use case.
  • This element is incompressible.
  • the "power element” (11) in the context of the present invention can be both a passive device capable of accumulating mechanical energy during compression and then releasing it when the arm is raised, or an active device capable of using external energy to perform useful work.
  • the proposed invention is a device for providing the necessary force to support at least one hand of the operator by transferring force from the hand holder (2) to the support lock (3), by means of at least one power element (11), on one side fixed to the bar (6) by fastening (10), on the other side, fixed to the support (5) by means of fastening (12), which, by means of the fastening of the support (4), is attached to the support lock (3), while the necessary movement of the bar (6), to to which the hand holder (2) is attached, provides at least one spacer element (7), fixed on one side to the specified bar (6) by means of fastening (9), on the other hand by means of fastening (12) - to the specified support (5) or to the indicated mount of the support (4) or to the indicated retainer of the support (3).
  • the fastening (12) fixes the element (7) relative to the element (5) and contains the rotational degree of freedom of the element (11) relative to the elements (5) and (7), the axis of which is orthogonal to the plane of the working movement.
  • the fastening (12) fixes the element (11) relative to the element (5) and contains the rotational degree of freedom of the element (7) relative to the elements (5) and (11), the axis of which is orthogonal to the plane of the working movement.
  • the device has an adjustment of the length of the support (5) and an adjustment of the length of the bar (6), allowing positioning of the fasteners (9) and (10) in the region of the operator's shoulder joint (1).
  • the device may consist of one or two modules, to support one or two hands, respectively.
  • the "Mount” may be a bearing connection, a sleeve, an elastic element, a woven part, a deformable part, a ball head, a movable stop.
  • the "hand holder" (2) in one of the preferred embodiments may be a plastic lodgement, hinged on the bar (6) with a fabric lining and a system of belts with adjustments for different sizes of the operator's hand and fasteners for quick release, it can also be a bracket with a suspension system or other part that is securely fixed on the upper limb of the operator, for example, on the shoulder, or forearm, or elbow, or several areas near the elbow joint.
  • the element is coated with a high coefficient of friction when moving along the arm and with a low coefficient of friction when rotating around.
  • “Support” (5) in one of the preferred embodiments may be an incompressible element or a set of elements that are fixed relative to each other, including at least one tube, rod, plank, truss, axle, pin.
  • the support is in the form of a tube and contains a length adjustment for operators of different sizes, which can be discrete or continuous.
  • the support may also contain a seat for fixing the power element.
  • the support (5) may be part of the spacer element (7).
  • the “bar” (6) in one of the preferred embodiments can be a tube, a bar, a beam, a profile, a lug, a stick, or a connection of any set of these elements, both along the main axes and at an angle, while adjusting its length can adjustment of the kinematics of the device to the anatomical features of the operator.
  • the element in one of the preferred embodiments, the element consists of two elements having a fixed translational degree of freedom relative to each other, allowing you to adjust its length.
  • the “support retainer” (3) in one of the preferred embodiments may be a belt, pad, insert, insert, sticker, detachable magnetic connection, clothespin, rivet, clasp, brooch, which can be part of devices, and attached to an element of the operator’s clothing, for example, a belt, put into a pocket, attached to a belt or other equipment located during the execution of the target process in a given area.
  • the retainer can be attached to the operator's own belt. In one of the preferred embodiments, it is made in the form of a belt and has two independent length adjustments on the front and back, respectively, and a buckle for quick release.
  • the "mount” (8) in one of the preferred embodiments may be a rotational hinge with one degree of freedom located at right angles to the bar (6).
  • “Mounts” (9) and (12) in one of the preferred embodiments may be a rotational hinge with one degree of freedom at right angles to the bar (6).
  • the hinge of one of the fasteners has an additional degree of freedom (rotational or translational) to adjust the length of the spacer.
  • the fastening (9) may contain a translational degree of freedom along the bar for adjusting the force arm of the power element (11).
  • the "attachment" (10) in one of the preferred embodiments may be a hinge containing one (allowing movement in the plane of the working movement) and possibly a second (orthogonal to the first) rotational degrees of freedom.
  • the first degree of freedom can be implemented by the tip of the gas spring or the spring loop, while the second can be implemented around the screw or linear guide of the translational degree of freedom of this attachment, used to adjust the force application arm of the strength element.
  • the “support attachment” (4) in one of the preferred embodiments can be made in the form of a spherical hinge, a set of cylindrical hinges with non-parallel axes, or fastening with an elastic or not material, the properties of which allow multiple rotations or bends while maintaining mechanical properties.
  • the rotational degree around the "axis" of the support (5) can be anywhere in this support, contained in the setting of its length, or structurally incorporated into the characteristic of the power element (11) itself.
  • the “spacer element” (7) in one of the preferred embodiments can be an incompressible and inextensible element or a set of elements that are fixed relative to each other, including at least one tube, rod, plank, truss, axle, stud .
  • the support is in the form of a tube and contains a length adjustment, which may be discrete or continuous.
  • the element may also contain a socket for fixing the power element.
  • likewise may be part of the support (5)
  • the spacer element may be attached to the load-bearing element (11), or to the support (5), or to the support attachment (4), or to the support retainer (3).
  • the "power element” (11) in one of the preferred embodiments may be a gas spring, gas lift, compression spring, spring or active drive, including a pneumatic cylinder, hydraulic cylinder or linear actuator, or a device consisting of a set of these elements, or another an element whose geometric characteristics increase when external energy is used to perform useful work.
  • the additional rotational degree of freedom of the hinge (10) should allow movement limited by the element (7).
  • the proposed device in one of the preferred options can be used as an industrial exoskeleton.
  • the proposed device in one of the preferred options can be used as a means of individual protection of the musculoskeletal system.
  • the proposed device can be used to increase the productivity of employees of industrial enterprises.
  • the proposed device can be used to reduce the risk of injury and the occurrence of occupational diseases of employees of industrial enterprises.
  • the proposed device can be used to reduce the costs of enterprises associated with a temporary, partial or complete loss of performance or a decrease in productivity and concentration of employees.
  • the proposed device can be used to reduce CO2 emissions due to a reduction in the energy consumption of employees.
  • Fig. 1A Basic model of the device, side and rear view.
  • Fig. 1 B Models of the device with a change in the kinematic scheme, side view.
  • Fig. 1 B Model of the device with a change in the shape of the bar and a change in the geometry of the hinges.
  • Fig. 2 Possible embodiment of the device with translational mobility in the mount (12).
  • FIG. 3 A possible embodiment of the device with rotary mobility in the mount (12).
  • Fig. 4. Possible embodiment of the device with fixation of the power element on the support.
  • Fig. 5. A possible embodiment of the device with a translational degree of freedom in the mount (12).
  • FIG. 6 A possible embodiment of the device with fixation of the power element on the support and translational mobility in the mount (12).

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Изобретение относится к носимым механизмам для поддержания рук пользователя, используемым в промышленности, в частности в добывающей отрасли, на сборочных, сортировочных и иных производствах, где распространено наличие профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата сотрудников. Решение направлено на создание устройств с увеличенным сроком службы, с улучшенными эргономическими характеристиками, что достигается за счет снижения нагрузки на силовой элемент. Устройство позволяет снижать риск получения производственных травм, порчи оборудования и объектов производственных процессов при поломке или некорректной работе устройства и повысить комфорт использования устройства за счет снижения уровня шума при работе устройства. Важным результатом является расширение арсенала надежных, комфортных в использовании, износоустойчивых устройств, пригодных для применения в качестве промышленного экзоскелета или средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата.

Description

НОСИМЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ РУК ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к носимым системам для поддержания рук пользователя, используемым в промышленности, в частности в добывающей отрасли, на сборочных, сортировочных и иных производствах, где распространено наличие профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата сотрудников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В уровне техники широко описаны носимые системы и экзоскелеты для поддержания рук человека во время выполнения каких-либо работ, требующих длительного напряжения [1]-[4].
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является устройство для поддержки по меньшей мере одного плеча пользователя [5], характеризующееся тем, что оно состоит из опорного элемента для руки с держателем и пассивного привода, способного прикладывать усилие к опорному элементу; рычага, упора для передачи усилия и элемента передачи усилия, с возможностью передачи противодействующей силы на опорный элемент на поясе. При этом устройство выполнено таким образом, что движение рычага не ограничивает устройство и сила действует эксцентрично по отношению к оси поворота рычага, и отличается тем, что основной шарнир вращения рычага располагается в области лопатки пользователя.
Описанное устройство обладает рядом серьезных недостатков, таких как ограничение диапазона свободных движений, чрезмерные габариты устройства, сложность правильного позиционирования неподвижных элементов на корпусе человека и малая область полезной нагрузки при поддержке руки. Они негативно влияют на эргономические характеристики аппарата, в том числе приводят к невозможности существенного увеличения усилия при сохранении эргономических характеристик. Возникают существенные требования к точной настройке под антропометрические параметры конкретного оператора. Также присутствуют значительные выступающие части, мешающие свободному движению и возникает перекрытие областей тела, таких как область лопаток. Эти факторы и недостатки приводят к снижению комфорта при использовании, существенному уменьшению сферы и сужению области применения из-за потери эффективности данного устройства.
Таким образом, задачей настоящего изобретения было создание аналогичного устройства, лишенного указанных недостатков, обладающего высокой эксплуатационной эргономичностью и высоким спектром применимости в разных сферах производственных процессов, а значит и экономически целесообразного для приобретения промышленными компаниями, нуждающимися в подобных устройствах для своих сотрудников.
Техническими результатами настоящего изобретения являются:
• расширение арсенала надежных, комфортных в использовании, износоустойчивых устройств, пригодных для применения в качестве промышленного экзоскелета или средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата;
• уменьшение скорости снятия устройства;
• дополнительное снижение нагрузки на мышцы спины;
• снижение работы мышц, затрачиваемой на снятие ассистирующего усилия (усилия поддержки) при выводе рук из рабочей области;
• появление возможности надевать устройство под рабочую одежду;
• увеличение рабочей зоны;
• расширение диапазона рабочих движений;
• освобождение необходимых зон на поверхности тела;
• уменьшение времени, необходимого для надевания устройства;
• повышение долговечности и надежности;
• уменьшение габаритов и веса устройства.
Указанный технический результат достигается благодаря нескольким существенным доработкам:
• Первая доработка заключается в использовании дистанцирующего элемента, длина которого незначительно изменяется в процессе движения, что может компенсировать несоосные нагрузки на силовой элемент;
• Вторая доработка заключается в использовании силового элемента, высвобождающего энергию при увеличении внешних геометрических характеристик;
• Третья доработка заключается в изменении кинематической схемы, позволяющей использовать толкающий силовой элемент;
• Четвертая доработка заключается в изменении рабочего положения оси вращения, таким образом, что она переносится из области лопатки в область плечевого сустава;
• Отсутствие элемента компенсации изгибающего усилия приводит к повышению надежности устройства.
ТЕРМИНЫ «Промышленный экзоскелет» (ПЭ) в контексте настоящего изобретения — это носимое на человеке средство индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата, компенсирующее и/или перераспределяющее нагрузку на опорно-двигательный аппарат.
«Средство индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата» (СИЗ ОДА) — это устройство, используемое для предотвращения или снижения негативного воздействия тяжести трудового процесса на опорно-двигательный аппарат, предназначенное, в том числе, для снижения риска профессиональных заболеваний и увеличения производительности труда (увеличения естественных возможностей) человека.
Под терминами, указывающими на взаимное расположение объектов следует понимать взаимное расположение с погрешностью не более 5% и (или) 5 сантиметров и (или) 5 градусов.
«Свободная зона» в контексте настоящего изобретения — это область, в которой могут находится руки оператора, но при этом величина ассистирующего усилия минимальна или существенно ниже величины поддержки, используемой во время работы.
«Прямая ортогональна плоскости» или «ось ортогональна плоскости» в контексте настоящего изобретения допускает отклонение от нормали не более чем на 10 градусов.
Под «предназначено» подразумевается, в частности, специальное назначение, использование и (или) оснащение. Тот факт, что объект предназначен для конкретной функции, должен, в частности, означать, что объект выполняет эту конкретную функцию по меньшей мере в одном приложении и (или) рабочем состоянии.
«Необходимое усилие» в контексте настоящего изобретения — это воздействие, снижающее нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека.
«Степени свободы» — совокупность независимых координат перемещения и/или вращения, полностью определяющая положение системы или тела.
«Крепление» в контексте настоящего изобретения — это шарнирное, механическое, магнитное, или иное подвижное соединение, обеспечивающее необходимую относительную подвижность между соединяемыми элементами.
«Шарнир» в контексте настоящего изобретения — это механическое устройство, позволяющее реализовать заданную (заданные) степени свободы (подвижности) при закреплении одного элемента к другому, работой на изменение положения шарнирных координат которого можно пренебречь в контексте данного применения описываемого устройства или понятия.
«Сферический шарнир» в контексте настоящего изобретения — это механическое устройство или элемент, допускающий взаимное движение соединяемых тел в трех несовпадающих вращательных координатах.
«Ось шарнира» в контексте настоящего изобретения — это прямая, вокруг которой происходит моментальное вращение одного элемента конструкции относительно другого, соединенных между собой шарниром или креплением. «Точка приложения усилия» (15) в контексте настоящего изобретения — это виртуальная точка, относительно которой суммарный момент сил взаимодействия соответствующей верхней конечности оператора и держателя руки (2) равен нулю.
«Рабочее движение» в контексте настоящего изобретения — это движение руки, определяемое вектором скорости точки (15).
«Плечевой сустав оператора» (1) в контексте настоящего изобретения — это область на поверхности тела оператора, минимально отдаленная от плечевого сустава оператора, находящаяся на верхней внешней поверхности плеча.
«Держатель руки» (2) в контексте настоящего изобретения — это элемент конструкции, к которому крепится верхняя конечность оператора и через который передается усилие от силового элемента к оператору.
«Фиксатор опоры» (3) в контексте настоящего изобретения — это элемент, позволяющий зафиксировать часть экзоскелета на поверхности тела оператора, предпочтительно в области бедренного сустава для передачи нагрузки от силового элемента на корпус оператора.
«Крепление опоры» (4) в контексте настоящего изобретения — это крепление произвольного типа, которое имеет по меньшей мере три вращательные степени свободы (не обязательно находящиеся в одном месте геометрически).
«Опора» (5) в контексте настоящего изобретения — это объект, позволяющий передать полезную нагрузку от силового элемента на корпус оператора, мало изменяющий геометрические характеристики в процессе рабочей операции, при этом регулировкой ее длины может осуществляться подстройка кинематики устройства под анатомические особенности оператора Также она может содержать недостающую вращательную степень свободы в случае, если крепление опоры (4) имеет две степени свободы.
«Планка» (6) в контексте настоящего изобретения выполнена в виде рычага для передачи усилия на держатель руки.
«Крепление» (8, 9, 10, 12) в контексте настоящего изобретения — это шарнирное, механическое, магнитное, или иное подвижное соединение, обеспечивающее необходимую относительную подвижность между соединяемыми элементами.
Крепление (8) имеет не более двух степеней свободы и не содержит подвижной оси, параллельной главной оси (минимального момента) тензора инерции планки. Одна из осей шарнира крепления (8) параллельна или находится под углом не более 20 градусов к осям (9) и (10).
Крепление (9) представляет собой шарнир, содержащий ось вращения, ортогональную плоскости рабочего движения, а также допускает наличие оси вращения вокруг продольной оси элемента (7). Также может содержать поступательную степень свободы вдоль продольной оси элемента (7), используемую для регулировки зоны максимального усилия или вдоль планки (6) для регулировки величины усилия. Крепление (12) может представлять собой вращательный шарнир, ось которого ортогональна плоскости рабочего движения. Также может содержать поступательную степень свободы вдоль оси элемента (5) или дополнительную ось вращения, ортогональную плоскости рабочего движения, используемые для отключения усилия и/или увеличения свободной зоны. Крепление (12) соединяет опору (5) с элементами (7) и (11), фиксируя один из них, относительно опоры (5).
Крепление (10) может представлять собой крепление произвольного типа.
«Дистанцирующий элемент» (7) в контексте настоящего изобретения это объект, расстояние между креплениями (9) и (12) которого, мало (не более чем на 4%) изменяется относительно исходной длины элемента в процессе выполнения рабочей операции при приложении усилия, ограниченного сценарием использования. Данный элемент является несжимаемым.
«Силовой элемент» (11) в контексте настоящего изобретения может представлять собой как пассивное устройство, способное накапливать механическую энергию при сжатии и затем отдавать ее при подъеме руки, так и активное, способное использовать внешнюю энергию для совершения полезной работы.
Если не указано иное, все технические и специальные термины, использованные в данном контексте, имеют общепринятое в данной области техники значение.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже представлены некоторые частные варианты реализации заявленного изобретения. Они иллюстрируют предложенное решение, не ограничивая при этом объем заявленных в формуле притязаний.
Предложенное изобретение представляет собой устройство для обеспечения необходимого усилия для поддержки по меньшей мере одной руки оператора путем передачи усилия от держателя руки (2) к фиксатору опоры (3), посредством по меньшей мере одного силового элемента (11), с одной стороны закрепленного к планке (6) посредством крепления (10), с другой стороны закрепленного на опоре (5) посредством крепления (12), которая с помощью крепления опоры (4) крепится к фиксатору опоры (3), при этом необходимое движение планки (6), к которой прикреплен держатель руки (2), обеспечивает по меньшей мере один дистанцирующий элемент (7), закрепленный с одной стороны к указанной планке (6) посредством крепления (9), с другой стороны посредством крепления (12) — к указанной опоре (5) или к указанному креплению опоры (4) или к указанному фиксатору опоры (3).
В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 2 и фиг. 3, крепление (12) фиксирует элемент (7) относительно элемента (5) и содержит вращательную степень свободы элемента (11) относительно элементов (5) и (7), ось которой ортогональна плоскости рабочего движения. В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 4 и фиг. 6, крепление (12) фиксирует элемент (11) относительно элемента (5) и содержит вращательную степень свободы элемента (7) относительно элементов (5) и (11), ось которой ортогональна плоскости рабочего движения.
В одном из предпочтительных вариантов устройство имеет регулировку длины опоры (5) и регулировку длины планки (6), позволяющие позиционировать крепления (9) и (10) в области плечевого сустава оператора (1). Устройство может состоять из одного или двух модулей, для поддержки одной или двух рук, соответственно.
В одном из предпочтительных вариантов воплощений «Крепление» может представлять собой подшипниковое соединение, втулку, упругий элемент, тканную деталь, деформируемую деталь, шаровой наконечник, подвижный упор.
«Держатель руки» (2) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой пластиковый ложемент, шарнирно закрепленный на планке (6) имеющий накладку из ткани и систему ремней с регулировками для разных размеров руки оператора и застежками для быстрого снятия, также может представлять собой кронштейн с системой подвесов или иную деталь, надежно фиксирующуюся на верхней конечности оператора, например, на плече, или предплечье, или локте или нескольких зонах рядом с локтевым суставом. В одном из предпочтительных вариантов элемент имеет покрытие с высоким коэффициентом трения при движении вдоль руки и с низким — при вращении вокруг.
«Опора» (5) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой несжимаемый элемент или набор элементов, неподвижно фиксирующихся друг относительно друга в том числе, состоящий из по меньшей мере одной трубки, стержня, планки, фермы, оси, шпильки. В одном из предпочтительных вариантов опора выполнена в форме трубки и содержит регулировку длины для операторов разного роста, которая может быть дискретной или непрерывной. Опора также может содержать гнездо фиксации силового элемента. В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно фиг. 1 В, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 5, опора (5) может являться частью дистанцирующего элемента (7).
«Планка» (6) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой трубку, планку, балку, профиль, тягу бобышку, палку или соединение любого набора указанных элементов, как вдоль основных осей, так и под углом, при этом регулировкой ее длины может осуществляться подстройка кинематики устройства под анатомические особенности оператора. В одном из предпочтительных вариантов элемент состоит из двух элементов, имеющих фиксируемую поступательную степень свободы друг относительно друга, позволяющую регулировать ее длину.
«Фиксатор опоры» (3) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой пояс, накладку, вставку, вкладыш, наклейку, разъемное магнитное соединение, прищепку, заклепку, застежку, брошь, которое может быть как частью устройства, так и крепиться на элемент одежды оператора, например, ремень, вкладываться в карман, крепиться на пояс или иное оборудование находящееся во время выполнения целевого процесса в заданной области. Фиксатор может крепиться к собственному ремню оператора. В одном из предпочтительных вариантов выполнен в виде пояса и имеет две независимые регулировки длины на передней и задней части, соответственно, и пряжку для быстрого сброса.
«Крепление» (8) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы расположенный под прямым углом к планке (6).
«Крепления» (9) и (12) в одном из предпочтительных вариантов воплощений могут представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы под прямым углом к планке (6). В одном из предпочтительных вариантов шарнир одного из креплений обладает дополнительной степенью свободы (вращательной или поступательной) для регулировки длины дистанцирующего элемента. Крепление (9) может содержать поступательную степень свободы вдоль планки для регулировки плеча усилия силового элемента (11).
«Крепление» (10) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой шарнир, содержащий одну (допускающую движение в плоскости рабочего движения) а также, возможно, вторую (ортогональную первой) вращательные степени свободы. Первая степень свободы может быть реализована наконечником газовой пружины или петлей рессоры, в то время, как вторая может быть реализована вокруг винта или линейной направляющей поступательной степени свободы данного крепления, используемой для регулировки плеча приложения усилия силового элемента.
«Крепление опоры» (4) в одном из предпочтительных вариантов воплощений могут быть выполнено в виде сферического шарнира, набора цилиндрических шарниров с непараллельными осями или закрепления с помощью упругого или нет материала, свойства которого допускают многократные повороты или изгибы при сохранении механических свойств. При этом вращательная степень вокруг «оси» опоры (5) может быть в любом месте данной опоры, содержаться в настройке ее длины или конструктивно заложена в характеристику самого силового элемента (11).
«Дистанцирующий элемент» (7) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой несжимаемый и нерастяжимый элемент или набор элементов, неподвижно фиксирующихся друг относительно друга в том числе, состоящий из по меньшей мере одной трубки, стержня, планки, фермы, оси, шпильки. В одном из предпочтительных вариантов опора выполнен в форме трубки и содержит регулировку длины, которая может быть дискретной или непрерывной. Элемент также может содержать гнездо фиксации силового элемента. В одном из предпочтительных вариантов воплощения, подобно может являться частью опоры (5) Дистанцирующий элемент может крепиться к силовому элементу (11), или к опоре (5), или к креплению опоры (4), или к фиксатору опоры (3).
«Силовой элемент» (11) в одном из предпочтительных вариантов воплощений может представлять собой газовую пружину, газлифт, пружину сжатия, рессору или активный привод, в том числе пневмоцилиндр, гидроцилиндр или линейный актуатор, или устройство, состоящие из набора указанных элементов, или иной элемент, геометрические характеристики которого увеличиваются при использовании внешней энергии для совершения полезной работы. В одном из предпочтительных вариантов при использовании газовой пружины дополнительная вращательная степень свободы шарнира (10) должна допускать движение, ограниченное элементом (7).
Предложенное устройство в одном из предпочтительных вариантов может быть использовано в качестве промышленного экзоскелета.
Предложенное устройство в одном из предпочтительных вариантов может быть использовано в качестве средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата.
Предложенное устройство может применяться для повышения производительности труда сотрудников промышленных предприятий.
Предложенное устройство может применяться для снижения риска травм и возникновения профессиональных заболеваний сотрудников промышленных предприятий.
Предложенное устройство может применяться для снижения затрат предприятий, связанных с временной, частичной или полной потерей работоспособности или снижения производительности и концентрации сотрудников.
Предложенное устройство может применяться для снижения выбросов СОг из-за снижения энергозатрат сотрудников.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1А. Базовая модель устройства, вид сбоку и сзади.
Фиг. 1 Б. Модели устройства с изменением кинематической схемы, вид сбоку.
Фиг. 1 В. Модель устройства с изменением формы планки и изменением геометрии шарниров.
Фиг. 2 Возможный вариант воплощения устройства с поступательной подвижностью в креплении (12).
Фиг. 3. Возможный вариант воплощения устройства с поворотной подвижностью в креплении (12).
Фиг. 4. Возможный вариант воплощения устройства с фиксацией силового элемента на опоре. Фиг. 5. Возможный вариант воплощения устройства с поступательной степенью свободы в креплении (12).
Фиг. 6. Возможный вариант воплощения устройства с фиксацией силового элемента на опоре и поступательной подвижностью в креплении (12).
1 - плечевой сустав оператора
2 - держатель руки
3 - фиксатор опоры
4 - крепление опоры
5 - опора
6 - планка
7 - дистанцирующий элемент
8 - крепление
9 - крепление
10 - крепление
11 - силовой элемент
12 - крепление
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. RU175852U1 (ФГБОУ высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации), 21.12.2017;
2. W02019081851A1 (В TEMIA INC; SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE), 02.05.2019;
3. CN110181489 (KNOWGENE TAIZHOU ROBOT TECH CO LTD), 30.08.2019;
4. CN110238819 (UNIV BEIHANG), 17.09.2019;
5. DE102017112436 (OTTOBOCK SE AND CO KGAA), 06.12.2018.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 . Устройство для обеспечения необходимого усилия для поддержки по меньшей мере одной руки оператора путем передачи усилия от держателя руки (2) к фиксатору опоры (3), посредством по меньшей мере одного силового элемента (11), с одной стороны закрепленного к планке (6) посредством крепления (10), с другой стороны закрепленного на опоре (5) посредством крепления (12), которая с помощью крепления опоры (4) крепится к фиксатору опоры (3), при этом необходимое движение планки (6), к которой прикреплен держатель руки (2), обеспечивает по меньшей мере один дистанцирующий элемент (7), закрепленный с одной стороны к указанной планке (6) посредством крепления (9), с другой стороны посредством крепления (12) — к силовому элементу (11), или к указанной опоре (5), или к указанному креплению опоры (4), или к указанному фиксатору опоры (3).
2. Устройство по п.1 , состоящее из по меньшей одного модуля, предназначенного для поддержки одной руки оператора.
3. Устройство по п.1 , где держатель руки (2) может представлять собой в том числе пластиковый ложемент, шарнирно закрепленный на планке (6), имеющий накладку из ткани и систему ремней с регулировками для разных размеров руки оператора и застежками для быстрого снятия, также может представлять собой кронштейн с системой подвесов или иную деталь, надежно фиксирующуюся на верхней конечности оператора, например на плече, или предплечье, или локте или нескольких зонах рядом с локтевым суставом.
4. Устройство по п.1 , где фиксатор опоры (3) может представлять собой в том числе пояс, накладку, вставку, вкладыш, наклейку, разъемное магнитное соединение, прищепку, заклепку, застежку, брошь, которое может быть как частью устройства, так и прилагаться в наборе с ним и крепиться на элемент одежды оператора, например, ремень, вкладываться в карман, крепиться на пояс или иное оборудование находящееся во время выполнения целевого процесса в заданной области.
5. Устройство по п.4, где фиксатор опоры (3) крепится к собственному ремню оператора.
6. Устройство по п.4, где фиксатор опоры (3) выполнен в виде пояса и имеет независимую регулировку длины на передней и задней части и пряжку для быстрого сброса.
7. Устройство по п.1 , где крепление опоры (4) может быть выполнено в виде сферического шарнира, набора цилиндрических шарниров с непараллельными осями или закрепления с помощью упругого или нет материала, свойства которого допускают многократные повороты или изгибы при сохранении механических свойств.
8. Устройство по п.7, где крепление опоры (4) представляет собой шарнир, имеющий по меньшей мере две вращательные степени свободы.
9. Устройство по п.7, где крепление опоры (4) может представлять собой подшипниковое соединение, втулку, упругий элемент, ткацкую деталь, деформируемую деталь, шаровой наконечник, подвижный упор.
10. Устройство по п.1 , где упомянутое устройство имеет регулировку длины опоры (5) и регулировку длины планки (6), позволяющие позиционировать крепления (9) и (10) в области плечевого сустава оператора (1).
11. Устройство по п.1 , где опора (5) может представлять собой несжимаемый элемент или набор элементов, неподвижно фиксирующихся друг относительно друга в том числе, состоящий из по меньшей мере одной трубки, стержня, планки, фермы, оси, шпильки или соединения любого набора указанных элементов, как вдоль основных осей, так и под углом, для выполнения основной функции опоры (5).
12. Устройство по п.11 , где опора (5) выполнена в форме трубки и содержит регулировку длины, где упомянутая регулировка может быть дискретной или непрерывной.
13. Устройство по п.11 , где опора (5) содержит гнездо фиксации силового элемента.
14. Устройство по п.1 , где опора (5) имеет ничтожно малую длину или отсутствует.
15. Устройство по п.1 , где планка (6) выполнена в виде рычага для передачи крутящего момента на держатель руки.
16. Устройство по п.15, где планка (6) может представлять собой трубку, планку, балку, профиль, тягу бобышку, палку или соединение любого набора указанных элементов, как вдоль основных осей, так и под углом.
17. Устройство по п.16, где планка (6) состоит из двух элементов, имеющих фиксируемую поступательную степень свободы друг относительно друга, позволяющую регулировать ее длину.
18. Устройство по п.1 , где дистанцирующий элемент (7) представляет собой объект, не изменяющий длину существенно при приложении нагрузки на держатель руки (2).
19. Устройство по п.18, где дистанцирующий элемент (7) может представлять собой трубку, стержень, планку, ферму, ось, шпильку или набор подобных элементов.
20. Устройство по п.1 , где крепление (8) может представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы расположенный под прямым углом к планке (6).
21. Устройство по п.1 , где крепления (9) и (12) могут представлять собой вращательный шарнир с одной степенью свободы под прямым углом к планке (6).
22. Устройство по п.21 , где шарнир одного из креплений (9) и (12) обладает дополнительной степенью свободы, вращательной или поступательной, для регулировки длины нерастяжимого элемента.
23. Устройство по п.21 , где крепление (9) может содержать поступательную степень свободы вдоль дистанцирующего элемента (7) для регулировки зоны максимального усилия.
24. Устройство по п.1 , где крепление (10) может представлять собой шарнир, содержащий одну, допускающую движение в плоскости рабочего движения, а также, возможно, вторую, ортогональную первой, вращательные степени свободы.
25. Устройство по п.24, где первая степень свободы реализована наконечником газовой пружины или петлей рессоры, в то время, как вторая реализована вокруг винта или линейной направляющей поступательной степени свободы данного крепления, используемой для регулировки плеча приложения усилия силового элемента.
26. Устройство по любому из п.п.20-25, где крепления (8), (9), (10), (12) могут представлять собой подшипниковое соединение, втулку, упругий элемент, ткацкую деталь, деформируемую деталь, шаровой наконечник, подвижный упор.
27. Устройство по п.1 , где силовой элемент (11) может представлять собой газовую пружину, газлифт, пружину сжатия, рессору или активный привод, в том числе пневмоцилиндр, гидроцилиндр или линейный актуатор, или устройство, состоящие из набора указанных элементов, или иной элемент, геометрические характеристики которого увеличиваются при использовании внешней энергии для совершения полезной работы.
28. Устройство по п.27, где при использовании газовой пружины в качестве силового элемента (11) дополнительная вращательная степень свободы шарнира (10) допускает движение, ограниченное элементом (7).
29. Устройство по п.1 , представляющее собой промышленный экзоскелет по меньшей мере одной верхней конечности.
30. Применение устройства по п.1 для повышения производительности труда сотрудников промышленных предприятий.
31. Применение устройства по п.1 для снижения риска травм и возникновения профессиональных заболеваний.
32. Применение устройства по п.1 для снижения затрат предприятия, связанных с временной, частичной или полной потерей работоспособности или снижения производительности и концентрации сотрудника.
33. Применение устройства по п.1 для снижения выбросов СОг из-за снижения энергозатрат работника.
PCT/RU2022/050289 2021-09-13 2022-09-13 Носимый механизм для поддержки рук пользователя WO2023038553A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126907 2021-09-13
RU2021126907A RU2809267C1 (ru) 2021-09-13 Носимый механизм для поддержки рук пользователя

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023038553A1 true WO2023038553A1 (ru) 2023-03-16

Family

ID=85506883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050289 WO2023038553A1 (ru) 2021-09-13 2022-09-13 Носимый механизм для поддержки рук пользователя

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023038553A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140158839A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Levitate Technologies, Inc. Adaptive arm support systems and methods for use
US20160339583A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for human arm supporting exoskeleton
US20200093676A1 (en) * 2017-06-06 2020-03-26 Ottobock Se & Co. Kgaa Device for supporting both arms of a user
WO2020169674A1 (de) * 2019-02-20 2020-08-27 Ottobock Se & Co. Kgaa Vorrichtung zum unterstützen wenigstens eines armes eines benutzers und kopfstütze
RU202453U1 (ru) * 2020-06-11 2021-02-18 Общество с ограниченной ответственностью "Экзомед" Пассивный экзоскелет верхних конечностей

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140158839A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Levitate Technologies, Inc. Adaptive arm support systems and methods for use
US20160339583A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for human arm supporting exoskeleton
US20200093676A1 (en) * 2017-06-06 2020-03-26 Ottobock Se & Co. Kgaa Device for supporting both arms of a user
WO2020169674A1 (de) * 2019-02-20 2020-08-27 Ottobock Se & Co. Kgaa Vorrichtung zum unterstützen wenigstens eines armes eines benutzers und kopfstütze
RU202453U1 (ru) * 2020-06-11 2021-02-18 Общество с ограниченной ответственностью "Экзомед" Пассивный экзоскелет верхних конечностей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3189945B1 (en) Exoskeleton and method of providing an assistive torque to an arm of a wearer
CN107835675B (zh) 用于人手臂支承外骨骼的方法和装置
KR20180123108A (ko) 인간을 위한 외골격(Exoskeleton for a Human Being)
US10265857B2 (en) Wearing-type movement assistance device
JP6483081B2 (ja) 外骨格のための非人間型股関節位置
US10561563B2 (en) Optimal design of a lower limb exoskeleton or orthosis
AU2009341585A1 (en) Wearable material handling system
KR20190110086A (ko) 힘-균형 보조기, 기계적 장치 및 착용형 보조 장치
CN110815171B (zh) 为穿戴者的手臂提供辅助扭矩的外骨骼和方法
CN107595555B (zh) 一种外骨骼机器人及其脚部支撑部件
WO2023038553A1 (ru) Носимый механизм для поддержки рук пользователя
CN107569362B (zh) 一种外骨骼机器人及其髋关节部件
Kim et al. Development of the heavy load transferring task oriented exoskeleton adapted by lower extremity using qausi-active joints
RU2809267C1 (ru) Носимый механизм для поддержки рук пользователя
RU2808690C1 (ru) Носимое устройство для поддержки рук пользователя
WO2023038550A1 (ru) Носимое устройство для поддержки рук пользователя
WO2023038551A1 (ru) Носимый механизм для поддержки корпуса пользователя
CN107571240B (zh) 一种外骨骼机器人
CN214285780U (zh) 一种可调节穿戴式助力机械外骨骼
IL264346A (en) External skeleton structure that provides power assistance to the user
CN115157216A (zh) 一种运动自适应负重助力下肢外骨骼
CN107595556B (zh) 一种外骨骼机器人及其小腿挡板部件
US20220378645A1 (en) Interface for an exoskeleton
RU2021126905A (ru) Носимый механизм для поддержки корпуса пользователя
WO2023038552A1 (ru) Носимое устройство для поддержки позы пользователя

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22867798

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE