WO2023191607A1 - Gait rehabilitation robot - Google Patents

Gait rehabilitation robot Download PDF

Info

Publication number
WO2023191607A1
WO2023191607A1 PCT/KZ2023/000007 KZ2023000007W WO2023191607A1 WO 2023191607 A1 WO2023191607 A1 WO 2023191607A1 KZ 2023000007 W KZ2023000007 W KZ 2023000007W WO 2023191607 A1 WO2023191607 A1 WO 2023191607A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
exoskeleton
movement
connecting rod
attached
Prior art date
Application number
PCT/KZ2023/000007
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Джамваль ПРАШАНТ
Original Assignee
Автономная Организация Образования "Назарбаев Университет"
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
Application filed by Автономная Организация Образования "Назарбаев Университет" filed Critical Автономная Организация Образования "Назарбаев Университет"
Publication of WO2023191607A1 publication Critical patent/WO2023191607A1/en

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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/04—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs

Definitions

  • the invention relates to the field of rehabilitation medicine, in particular to means and methods for the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal function, and restoration of the neuromuscular system after a stroke and other diseases.
  • Ekso GT Exoskeleton developed by Ekso Bionics (Richmond, California, USA), and the Parker Indego®, for example, are not treadmill trainers, but are ground walking trainers.
  • the disadvantage is that these walking devices use electric motors, which are not safe for humans [B. Chen, X. Ma, L.-Y. Qin, F. Gao, K.-M. Chan, S. -W. Law et al., "Recent developments and challenges of lower extremity exoskeletons", Journal of Orthopedic Translation, vol. 5, pp. 26-37, 04/01/2016. ] .
  • a gait rehabilitation robot called Welwalk® (ww-2000) from Toyota Motors is known, which is capable of performing gait movements in the sagittal plane on a treadmill.
  • the disadvantage is that this exoskeleton does not provide hip movement, since it is only a knee-ankle-foot robot [I. Nakashima, D. Imoto, S. Hirano, M. Mukaino, M. Imaida, E. Saito, et al. , “Development of Abnormal Gait Analysis System in Walking Exercise Assist Robot “Welwalk” for Hemiplegic Stroke Patients,” 2020 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 2020, p. 1030-1035. ]
  • ReWalk exoskeleton from Agro Medical Technology from Israel, which uses electric motors as actuators and uses a trajectory tracking controller that forces users to follow trajectories set by the robot.
  • ReWalk is also a ground walking trainer [I. R. Kapula, I. A. Pasha, B. A. Kumar and V. Sowmya, "Wearable Lower Limb Exoskeletons for Paraplegia: A Review," 2021 International Conference on Technological Advances and Innovation (ICTAI), 2021, pp 441-445].
  • the disadvantage is the use of electric motors to drive the robot.
  • the well-known exoskeleton suit HAL (Hybrid Assistive Limb) with an electric drive, developed by the Japanese University of Tsukuba and the robotics company Cyberdyne.
  • HAL Hybrid Assistive Limb
  • the knee joint in HAL does not remain aligned with the human knee and therefore uses semi-rigid braces that allow some movement between the robot and human joints. This misalignment ultimately results in inaccurate application of robot currents to human joints [ H. Watanabe, A. Marushima, H. Kadone, Y. Shimizu, S. Kubota, T.
  • LOKOMAT® walking device from Nososh, Japan, and DIH Medical group in Switzerland.
  • LOKOMAT has been used in clinics for over ten years and is a popular device.
  • LOKOMAT enables movement of the torso and pelvis and activates hip and knee movements.
  • the hip and knee joints are driven by linear DC motors.
  • the joints of the LOKOMAT exoskeleton and human anatomical joints do not remain aligned during use. They also use body weight support systems to help patients stand on the treadmill.
  • a passive, spring-powered instep mechanism allows the foot to be elevated during gait cycles.
  • a disadvantage of the device is that the robot design does not have a self-aligning knee joint and therefore uses semi-rigid braces that do not provide accurate knee trajectory signals. Its controller does not have automatic adaptation assistance (changing the robot's forces according to its patience capabilities), and such changes are made through manual settings. [M.B. Neef, C. Junius, M Rossini, C. Rodriguez Guerrero, B. Vandergborght, and D. Lefeber, “Displacement compensation for full human-exoskeleton kinematic compatibility: State of the art and evaluation.” Applied Mechanics Reviews vol. 70, 2019].
  • the objective of the claimed invention is to improve control over mechanotherapy of the lower extremities, as well as expand its capabilities beyond by equipping a rehabilitation robot for walking with a manipulator-drive for the lower extremities of a person.
  • the technical result of the claimed invention is a controlled process of moving the lower extremities of a patient with limited mobility using a robotic exoskeleton for mechanotherapy of the lower extremities on a treadmill, which has an adaptive controller and provides compliant operation.
  • a rehabilitation robot for gait restoration which includes a body weight support system, a rehabilitation treadmill, handrails that patients can hold, a monitor for displaying sensor readings and training parameters, a robot exoskeleton, force control units and movements and control software, including a special controller and user interface, characterized in that the body weight support system is attached to the treadmill and consists of inclined posts and a cross beam, with a body support mechanism mounted on it, the robot's exoskeleton is connected to a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis, consisting of steel beams and guides, equipped with shock absorbers to dampen jerks of movement, a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis is installed on a walker, consisting of a steel frame with four wheels and a suspension system, the exoskeleton contains at least two pairs, lower and upper actuators and consists of mounted on lever mechanisms, two pairs of pneumatic manipulators-drives of the lower extremities, driven by
  • the design of the NU Gait rehabilitation robot (Fig. 1) is flexible and uses pneumatic “muscle” actuators that are inherently compliant and therefore safe for human robot use.
  • the robot controller is specially designed to improve the recovery of stroke patients.
  • FIG. 1 shows the complete NU Gait robotic system; in fig. 2 Robot for gait rehabilitation (front view); in fig. 3 Modified knee concept; in fig. 4 Special passive vertical and lateral movement mechanism for torso movement during gait; in fig. 5 One of the two legs of the Gait robot with drives and amplification mechanism; in fig. 6 Mechanisms for maintaining the movement of the pelvis and torso in the NU Gait Robot System; in fig. 7 Special knee joint (key 115), schematic drawing on the left and the manufactured joint shown on the right on one of the legs of the NU Gait robotic system; in fig. 8 Lever mechanism on the exoskeleton to enhance the activation of the air muscles; in fig. 9 Details of the modified knee joint and its trajectory. in fig. 10 Adaptive controller implemented on the NU Gait robot, where the position controller operates based on the Boundary Layer Enhanced Slip Control (BASMC) law. Description of the device.
  • BASMC Boundary Layer Enhanced Slip Control
  • the invention presented here relates to the field of medicine and provides a device for teaching disabled people to walk again.
  • the complete NU Gait robotic system shown in FIG. 1, consists of a body weight support system 100, a treadmill 107, handrails 101, rigidly attached to both sides of the treadmill, using horizontal and vertical inclined posts connecting the handrails to the horizontal posts, and having height adjustment, the handrails are curved towards the ends , and are made rubberized for ease of grip by the patient, a monitor 102 for displaying sensor values and training parameters, a walker 103 with a robot exoskeleton 105 attached to it.
  • the walker 103 is a steel frame with four wheels and a suspension system.
  • the height of the walkers is adjustable, they have a built-in special mechanism for the movement of the torso and pelvis 104, consisting of steel beams and guides equipped with shock absorbers to dampen jerks of movement and the exoskeleton of the robot 105 attached to it.
  • the compressor unit 106 is designed to provide compressed air to special drives that move the robot , rehabilitation treadmill 107.
  • the dedicated torso and pelvic movement mechanism 104 may promote oblique movement of the pelvis 108 and vertical movement of the torso 109 (FIG. 6), as well as use a shock absorber 110 to dampen movement jerks.
  • the robot controller 111 has valves to control pressure and runs software called "CODES YS" which takes sensor values as input and provides output values to solenoid valves to control pressure in the actuators.
  • the robotic exoskeleton has two “legs” 112 that are attached to the legs of patients.
  • the robot is powered by special pneumatic actuators 113 (FIG. 5) called air “muscles,” which work with compressed air.
  • the patients' legs, attached to the robot's legs, begin to move with the robot. Movement in the hip and knee joints of patients when walking is provided by mechanisms similar to the hip joints 114 and knee joints 115 of the robot.
  • a special pneumatic actuator 113 called the air “muscles” provides linear movement when inflating or deflating, and their linear movements are then converted into rotational movements at the hip and knee joints using a linkage 116 (in Fig. 8).
  • the activation from the pneumatic actuator is slightly less than required, so the same linkage 116 also amplifies the displacement signal from the pneumatic actuator, called the air "muscle” before converting it into c1rotational movement.
  • FUTEK® 117 force sensors mounted on the robot measure the force of the human-robot interaction and thereby help measure the user's capabilities (Fig. 5).
  • the human knee joint is formed at the ends of the femur 118 and the tibia 119 (FIG. 3). In the gap between the ends of the femur and tibia there is articular cartilage 120, which is soft tissue and therefore is compressed during movement.
  • the human knee joints move with two degrees of freedom in the sagittal plane, outside of which rotational motion predominates with a slight linear displacement due to compression in the cartilage. If a robot's knee joints only provide rotational motion, they will not stay in line with a human's knee joint when walking.
  • the proposed NU Gait Robot utilizes a dedicated robot knee joint 115 (FIG. 7) that provides continuous alignment between the human knee joint and the robot knee joint.
  • Body Weight Support System 100 When a disabled person is assisted to stand on the treadmill, he/she is always unloaded by the body weight support system.
  • This system consists of a motor with an attached cable, which is additionally connected to the seat belts that fasten the person. This system comes with a remote control to turn on the motor and move the cable to lift or lower the person from the treadmill.
  • the treadmill used is a dedicated treadmill which has a monitor to display the heart rate of the user, besides various other data such as belt speed, belt incline, time, etc. It is expected that the user will have a lower extremity disability and will therefore need to hold onto the handrails for balance.
  • the special rehabilitation treadmill 107 used in the installation also has the necessary handrails 101.
  • the robotic exoskeleton 105 is composed of a pneumatic actuator called an air muscle 113. As shown in FIG. 5, the exoskeleton uses four pneumatic actuators 113, called air “muscles”, to operate its hip 114 and knee joints 115. Two pneumatic actuators of the air “muscles”, shown at the top of the exoskeleton (Fig. 5), will actuate the hip joint, while another pair of pneumatically actuated air “muscles" at the bottom of the exoskeleton will operate the knee joint of the exoskeleton.
  • the design and development of the two-legged robotic exoskeleton 112 aimed to use the two legs of patients to help them walk on a treadmill.
  • Linkage 116 The linkage is designed to enhance actuation of the air muscles and is shown in FIG. 5 and then also shown separately in FIG. 5 air muscles.
  • the knee joint in the exoskeleton has been designed to provide slight linear displacement along with rotational motion. Since the exoskeleton will be attached to a person's leg, it is expected to remain in line with the person's knee joint during movements.
  • the human knee joint also has a slight linear displacement in addition to rotational motion, and the new knee joint is designed to move in a manner similar to the human knee joint.
  • This joint is basically a modified four-link linkage mechanism.
  • the links of a four-bar mechanism are called base (L1), crank (L2), connecting rod (L3) and rocker (L4) links, and are shown in Figure 9 as links L1 to L4.
  • the movement of the knee joint when using this special joint will follow curve 121 (rotation with slight displacement).
  • the base connecting rod (L1) and the second connecting rod (L3) mechanisms are located vertically and have oblong slots in the middle and are connected in pairs to the lower movable (L2) crank mechanism and the fixed upper rocker (L4) mechanism, attached to the upper actuator mount mechanism.
  • a slot in the base connecting rod mechanism (L1) accommodates a stationary rod attached to the exoskeleton lower actuator mount.
  • the movable crank mechanism (L2) is attached to the mount of the lower actuator of the exoskeleton using a rod in the center of the crank, and is located in a cavity closed on both sides, formed inside the lower actuator, the cavity has internal protrusions, the crank mechanism is configured to perform a rotational movement around its axis, clockwise until it stops with these protrusions, simultaneously driving the base connecting rod and second connecting rod mechanisms movably attached to it, which perform a complex kinematic movement when moving.
  • This new joint is further shown mounted on the exoskeleton in Figure 5 for clarity.
  • the new knee joint was mounted on the robotic exoskeleton between the upper and lower parts of the exoskeleton actuators to operate the patient's knee joint.
  • the robot design has more degrees of freedom (DOF).
  • DOF degrees of freedom
  • the robot design has two activated degrees of freedom (one each for sagittal movements of the hip and knee joints).
  • the exoskeleton also has two passive degrees of freedom for oblique pelvic motion 108 and vertical torso motion 109 .
  • Advanced knee joints 115 are used in an exoskeleton that has a variable center of instantaneous rotation similar to the anatomical human knee joint.
  • the robot's lightweight design ( ⁇ 2.0 kg) along with a modified knee joint minimizes slippage between human limb joints and robot joints, reducing patient fatigue during repetitive movements.
  • the pneumatic "muscle” actuators 113 used are lightweight (80g), internally compatible and safe for human use.
  • Robotic rehabilitation gait systems consist of an exoskeleton 105, a controller 111, a compressor unit 106, a body weight support system 100 and a rehabilitation treadmill 107.
  • This system is used to treat patients who have become disabled and cannot walk after a stroke or injuries. Patients are brought in wheelchairs, and then using a suspension system attached to the rocker arm of the walker 103, and consisting of belts and fastenings for the thoracic and groin areas of the patient, they are put on the patient and the patient is placed on the rehabilitation treadmill 107.
  • the exoskeleton of the robot 105 is attached in two places, under the knee joint and below the hip joint, using a plastic ergonomic clamp and elastic fastening of the robot’s exoskeleton, which allows the patient to synchronously move his legs with the help of the robot .
  • the special knee joint 115 on the exoskeleton helps keep the human knee and the exoskeleton's knee in line at all times.
  • the robot exoskeleton 105 is designed to actuate patients' hip and knee joints to walk on a treadmill. The speed of the treadmill 107 is synchronized with the walking cadence or the cadence of the exoskeleton 105.
  • the design of the NU Gait rehabilitation robot (Fig. 5) is flexible and uses pneumatic actuators, in the form of air "muscles" 113, which are inherently compatible and therefore safe for human robot use.
  • the robot controller is specially designed to improve the recovery of stroke patients.
  • the combined dynamics of the robotic orthosis and the human is defined as:
  • E represents by (hip or knee) angular position, velocity and acceleration respectively.
  • the dynamics of hip and knee joint angles were considered separately to simplify their complex processing. Separating the hip and knee systems allows us to design the same controller structure for both subsystems; however, the numerical values of their system parameters and their controller gains may be different.
  • M(0) E IR is the term of inertia
  • E IR represents the centrifugal and Coriolis moments
  • EK includes gravitational and frictional moments.
  • T r0b is the torque applied by the robotic orthosis to the dynamics of the hip or knee joint, which is measured by a pressure sensor in the orthosis actuators.
  • Tbang is the equivalent torque provided by the human leg at the hip or knee joint.
  • HRIT Human-Robot Interactive Torque
  • T ⁇ teraction increases when the subject's active force opposes the movement of the robot's lower limb (T human ⁇ 0).
  • the difference between passive (T ⁇ teraction ) and active ( Tteraction ) torque is taken as the human torque component.
  • ⁇ /shtapConsidered as the human active torque and is used to adjust the compliance of the robot.
  • the user is active and can apply some torque, the total torque remains the same, but the torque from the robot ( T robot ) decreases as ( T robo Ttotai T buman ).
  • the inverse dynamics algorithm extracts the active human torque component (T human ).
  • T human active human torque component
  • Law of Adaptation regulates robotic assistance depending on the degree of active human torque component.
  • Advanced walking robot design The walking robot used for rehabilitation therapy is attached to a person's lower limb during use. It is known that since human joints and robot joints are of different natures, misalignment will occur between them during use. In other words, the robot's joints will lose alignment with human joints during movement. Our closest competitor LOKOMAT has this problem and to solve this problem they use semi-rigid clamps that allow relative motion between the human joints and the robot joints. However, using semi-rigid brackets introduces inaccuracies in the movements controlled by the robot, and this approach may not be the best solution. In our robot design, we used an advanced knee joint 115 that allows some movement for a given rotational motion. Thus, the problem of misalignment between human joints and robot joints has been effectively solved.
  • FIG. 7 Appropriate Actuation of a Gait Robot: Additionally, it has been noted that electric motors may not be safe actuators for use in gait robots worn by a human user. In addition to being heavy, these motors are called rigid drives, which cannot be moved by hand without electrical current. This means that if for some reason the user wants to stop the robot, he must find the stop button and press it, during which time the robot may have already damaged the patient's previously injured limbs or internal soft tissue. Reverse control is another major issue that electric motors don't have. The reverse capability allows drives with high force capacity and high shock resistance to quickly adapt to external forces. This will help minimize damage to the patient during rehabilitation due to environmental influences or other unexpected external and internal events. Rear steering can be achieved by developing appropriate controllers for the motors; however, it is difficult to implement on electric motors due to their high inertia.
  • pneumatic "muscle” actuators 113 in our walking robot, which are lightweight (only 80 g compared to a motor weight of 1500-2000 g) and also provide compliant movement (Fig. 5). These air muscles use compressed air to propel them. Further activation from the air muscles is small and needs to be strengthened. We have also developed a new mechanism that enhances the actuation received from the air muscles, and this is shown in FIG. 4.
  • An adaptive controller implemented on the NU gait robot, where the position controller operates based on the Boundary Layer Advanced Slip Control (BASMC) law.
  • the inverse dynamics algorithm extracts the active component of human torque (T human).
  • T human human torque
  • the Law of Adaptation regulates robotic assistance depending on the degree of active human torque component.
  • the gait rehabilitation robot is designed to be lightweight, provide appropriate actuation, and have an intelligent controller.
  • the robot's design has more degrees of freedom than its competitors to allow for natural movement.
  • the robot design can provide passive pelvic movements along with movements in the sagittal plane.
  • Electric motors are not used as they are unsafe. Instead, we use "air muscle” actuators, which work similarly to our skeletal muscles and are powered by compressed air. These actuators are made of a rubber-like soft material to provide the necessary compliance during robot movements.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to medical technology, and more particularly to means for the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal function. A gait rehabilitation robot comprises a bodyweight support system, a rehabilitation treadmill, handrails, monitors for displaying sensor readings and training parameters, an exoskeleton, units for controlling force and movement, and control software including a special controller and a user interface. The bodyweight support system is attached to the treadmill and consists of inclined posts and a crossbar having a bodyweight support mechanism mounted thereto. The exoskeleton comprises at least two pairs of upper and lower actuating mechanisms and consists of two pairs of pneumatic lower limb-driving manipulators which are attached to lever mechanisms and are driven by a compressor unit connected to the pneumatic lower limb-driving manipulators. The invention provides a controllable process of movement of the lower limbs of a patient with limited mobility with the aid of a robotic exoskeleton for conducting mechanotherapy of the lower limbs.

Description

РОБОТ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОХОДКИ ROBOT FOR GAIT RESTORATION
Изобретение относится к области реабилитационной медицины, в частности к средствам и методам реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательной функции, и восстановления нервно-мышечного аппарата после перенесенного инсульта и других болезней. The invention relates to the field of rehabilitation medicine, in particular to means and methods for the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal function, and restoration of the neuromuscular system after a stroke and other diseases.
В качестве аналога известен Экзоскелет Ekso GT, разработанный Ekso Bionics (Ричмонд, Калифорния, США), и Parker Indego®, например, не являются тренажерами на беговой дорожке, а являются тренажерами для наземной ходьбы. Недостатком является то, что в этих устройствах ходьбы используются электродвигатели, которые небезопасны для человека [ Б. Чен, X. Ма, Л.-Ю. Цинь, Ф. Гао, К.-М. Чан, С. -В. Закон и др. , «Последние разработки и проблемы экзоскелетов нижних конечностей», Journal of Orthopedic Translation, vol. 5, стр. 26-37, 01.04.2016. ] . As an analogue, the Ekso GT Exoskeleton, developed by Ekso Bionics (Richmond, California, USA), and the Parker Indego®, for example, are not treadmill trainers, but are ground walking trainers. The disadvantage is that these walking devices use electric motors, which are not safe for humans [B. Chen, X. Ma, L.-Y. Qin, F. Gao, K.-M. Chan, S. -W. Law et al., "Recent developments and challenges of lower extremity exoskeletons", Journal of Orthopedic Translation, vol. 5, pp. 26-37, 04/01/2016. ] .
Известен робот для восстановления ходьбы под названием Welwalk® (ww- 2000) от Toyota Motors, который способен выполнять движения походки в сагиттальной плоскости на беговой дорожке. Недостатком является то, что этот экзоскелет не обеспечивает движения бедрами, так как это всего лишь робот колено-лодыжка-стопа [ И. Накашима, Д. Имото, С. Хирано, М. Мукаино, М. Имайда, Э. Сайто и др. , «Разработка системы анализа аномальной походки в роботе, помогающем выполнять упражнения при ходьбе, «Welwalk» для пациентов с гемиплегическим инсультом», 8-я Международная конференция IEEE RAS/EMBS по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob) , 2020 г., стр. 1030-1035. ] A gait rehabilitation robot called Welwalk® (ww-2000) from Toyota Motors is known, which is capable of performing gait movements in the sagittal plane on a treadmill. The disadvantage is that this exoskeleton does not provide hip movement, since it is only a knee-ankle-foot robot [I. Nakashima, D. Imoto, S. Hirano, M. Mukaino, M. Imaida, E. Saito, et al. , “Development of Abnormal Gait Analysis System in Walking Exercise Assist Robot “Welwalk” for Hemiplegic Stroke Patients,” 2020 8th IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 2020, p. 1030-1035. ]
Известен экзоскелет ReWalk от Agro Medical Technology из Израиля, который использует электродвигатели в качестве приводов и использует контроллер отслеживания траектории, который заставляет пользователей следовать траекториям, заданным роботом. ReWalk также является тренажером для наземной ходьбы [И. Р. Капула, И. А. Паша, Б. А. Кумар и В. Совмя, «Носимые экзоскелеты нижних конечностей при параплегии: обзор», Международная конференция по технологическим достижениям и инновациям (ICTAI) 2021 г., 2021 г., стр. 441-445.]. Недостатком является применение электродвигателей для привода робота. The famous ReWalk exoskeleton from Agro Medical Technology from Israel, which uses electric motors as actuators and uses a trajectory tracking controller that forces users to follow trajectories set by the robot. ReWalk is also a ground walking trainer [I. R. Kapula, I. A. Pasha, B. A. Kumar and V. Sowmya, "Wearable Lower Limb Exoskeletons for Paraplegia: A Review," 2021 International Conference on Technological Advances and Innovation (ICTAI), 2021, pp 441-445]. The disadvantage is the use of electric motors to drive the robot.
Известно устройство для ходьбы Rex от Rex Bionics Ltd, Новая Зеландия, с другой стороны, довольно тяжелое и поэтому неудобное для тренировок на беговой дорожке [ К. Тан, С. Кояма, X. Сакураи, Т. Тераниши, Ю. Канада и С. Танабэ, «Носимый роботизированный экзоскелет для реконструкции походки у пациентов с травмой спинного мозга: обзор литературы», Журнал ортопедии Перевод, том. 28, стр. 55-64, 01.05.2021.] The known Rex walking device from Rex Bionics Ltd, New Zealand, on the other hand, is quite heavy and therefore uncomfortable for training on a treadmill [K. Tan, S. Koyama, H. Sakurai, T. Teranishi, Y. Kanada and S. Tanabe, “Wearable Robotic Exoskeleton for Gait Reconstruction in Spinal Cord Injury Patients: A Literature Review,” Journal of Orthopedics Translation, vol. 28, pp. 55-64, 05/01/2021.]
Известен экзоскелетный костюм HAL (Hybrid Assistive Limb) с электроприводом, разработанный японским университетом Цукуба и робототехнической компанией Cyberdyne. Коленный сустав в HAL не остается выровненным с коленом человека, и поэтому используются полужесткие скобы, которые допускают некоторое смещение между суставами робота и человека. Это смещение в конечном итоге приводит к неточному наложению токов робота на суставы человека [ X. Ватанабэ, А. Марусима, X. Кадоне, Ю. Симидзу, С. Кубота, Т. Хино и др. , «Исследование эффективности и безопасности носимого киборга HAL (гибридной вспомогательной конечности) у пациентов с гемиплегией и острым инсультом (исследование EARLY GAIT): протоколы рандомизированного контролируемого исследования», Frontiers in Neuroscience, vol. 15, 2021-02 июля 2021.] . The well-known exoskeleton suit HAL (Hybrid Assistive Limb) with an electric drive, developed by the Japanese University of Tsukuba and the robotics company Cyberdyne. The knee joint in HAL does not remain aligned with the human knee and therefore uses semi-rigid braces that allow some movement between the robot and human joints. This misalignment ultimately results in inaccurate application of robot currents to human joints [ H. Watanabe, A. Marushima, H. Kadone, Y. Shimizu, S. Kubota, T. Hino et al., “Study on the Efficacy and Safety of the HAL Wearable Cyborg (hybrid assistive limb) in patients with hemiplegia and acute stroke (EARLY GAIT study): protocols of a randomized controlled trial,” Frontiers in Neuroscience, vol. 15, 2021-02 July 2021.] .
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ходьбы LOKOMAT® от Носоша, Япония, и DIH Medical group в Швейцарии. LOKOMAT используется в клиниках более десяти лет и является популярным устройством. The closest to the proposed one is the LOKOMAT® walking device from Nososh, Japan, and DIH Medical group in Switzerland. LOKOMAT has been used in clinics for over ten years and is a popular device.
LOKOMAT обеспечивает движения туловища и таза и активирует движения бедра и колена. Однако тазобедренный и коленный суставы приводятся в действие с помощью линейных двигателей постоянного тока. Суставы экзоскелета LOKOMAT и анатомические суставы человека не остаются выровненными во время использования. Они также используют системы поддержки веса тела, чтобы помочь пациентам стоять на беговой дорожке. Пассивный механизм подъема стопы с пружинным приводом позволяет поднимать стопу во время циклов ходьбы. LOKOMAT enables movement of the torso and pelvis and activates hip and knee movements. However, the hip and knee joints are driven by linear DC motors. The joints of the LOKOMAT exoskeleton and human anatomical joints do not remain aligned during use. They also use body weight support systems to help patients stand on the treadmill. A passive, spring-powered instep mechanism allows the foot to be elevated during gait cycles.
Недостатком устройства является то, что конструкция робота не имеет самовыравнивающегося коленного сустава и, следовательно, использует полужесткие скобы, которые не обеспечивают точных сигналов траектории колен. В его контроллере отсутствует автоматическая помощь в адаптации (изменение сил робота в соответствии с возможностями терпения), и такие изменения осуществляются с помощью ручных настроек. [ М.Б. Неф, К. Юниус, М Россини, К. Родригес Герреро, Б. Вандергборхт и Д. Лефебер, «Компенсация смещения для полной кинематической совместимости человека и экзоскелета: современное состояние и оценка». Прикладная механика Обзоры вып 70, 2019. ]. A disadvantage of the device is that the robot design does not have a self-aligning knee joint and therefore uses semi-rigid braces that do not provide accurate knee trajectory signals. Its controller does not have automatic adaptation assistance (changing the robot's forces according to its patience capabilities), and such changes are made through manual settings. [M.B. Neef, C. Junius, M Rossini, C. Rodriguez Guerrero, B. Vandergborght, and D. Lefeber, “Displacement compensation for full human-exoskeleton kinematic compatibility: State of the art and evaluation.” Applied Mechanics Reviews vol. 70, 2019].
Задачей заявляемого изобретения является улучшение контроля над механотерапией нижних конечностей, а также расширение ее возможностей за счет снабжения реабилитационного робота для ходьбы манипулятором- приводом нижних конечностей человека. The objective of the claimed invention is to improve control over mechanotherapy of the lower extremities, as well as expand its capabilities beyond by equipping a rehabilitation robot for walking with a manipulator-drive for the lower extremities of a person.
Техническим результатом заявляемого изобретения является контролируемый процесс перемещения нижних конечностей пациента с ограниченной подвижностью с помощью роботизированного экзоскелета для механотерапии нижних конечностей по беговой дорожке, имеющий адаптивный контроллер и обеспечивающий податливое срабатывание. The technical result of the claimed invention is a controlled process of moving the lower extremities of a patient with limited mobility using a robotic exoskeleton for mechanotherapy of the lower extremities on a treadmill, which has an adaptive controller and provides compliant operation.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в конструкции реабилитационного робота для восстановления походки, включающем в себя систему поддержки веса тела, реабилитационную беговую дорожку, поручней, которые могут держать пациенты, монитора для отображения показаний датчиков и параметров тренировки, экзоскелет робота, блоки контроля усилий и перемещений и управляющее программное обеспечение, включающее в себя специальный контроллер и пользовательский интерфейс, отличающийся тем, что система поддержки веса тела, закреплена к беговой дорожке и состоит из наклонных стоек и поперечной балки, со смонтированным на ней механизмом поддержки тела, экзоскелет робота, соединен со специальным механизмом поддержания движения туловища и таза, состоящих из стальных балок и направляющих, снабженных амортизаторами для демфирования рывков движения, специальный механизм поддержания движения туловища и таза установлен на ходунке, состоящем из стальной рамы с четырьмя колесами и системой подвески, экзоскелет содержит, как минимум две пары, нижних и верхних исполнительных механизмов и состоит из закрепленных на рычажных механизмах, двух пар пневматических манипуляторов-приводов нижних конечностей, приводимых в движение с помощью компрессорного агрегата, соединенного с пневматическими манипуляторами-приводами, экзоскелет робота содержит по крайней мере, два механизма, имитирующие движения тазобедренного и коленного сустава пациента, механизм, имитирующий движение коленного сустава, соединяет нижние и верхние исполнительные механизмы и представляет собой модифицированный четырехзвенный рычажный механизм, состоящий из базового шатунного, кривошипного, второго шатунного и кулисного механизмов, базовый шатунный и второй шатунный механизмы расположены вертикально и имеют продолговатые прорези посередине и соединены попарно с нижним подвижным кривошипным механизмом и неподвижным верхним кулисным механизмом, закрепленным к креплению верхнего исполнительного механизма, в прорезь базового шатунного механизма входит неподвижный стержень, закрепленный к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета, подвижный кривошипный механизм, расположенный горизонтально, закреплен к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета с помощью стержня в центре кривошипа, и расположен в закрытой плоской полости, образованной внутри крепления нижнего исполнительного механизма, полость имеет внутренние выступы, кривошипный механизм выполнен с возможностью совершать вращательное движение, вокруг своей оси, по часовой стрелке до упора с этими выступами, с возможностью приведения в движение, закрепленных с ним подвижных базового шатунного и второго шатунного механизма, датчик силы, расположен в верхней части исполнительного механизма и позволяет измерять интерактивный крутящий момент человека и робота, специальный контролер, связанный с датчиком силы, выполнен адаптивным, позволяющим управлять пневматическим приводом через датчик силы. The claimed technical result is achieved by the fact that in the design of a rehabilitation robot for gait restoration, which includes a body weight support system, a rehabilitation treadmill, handrails that patients can hold, a monitor for displaying sensor readings and training parameters, a robot exoskeleton, force control units and movements and control software, including a special controller and user interface, characterized in that the body weight support system is attached to the treadmill and consists of inclined posts and a cross beam, with a body support mechanism mounted on it, the robot's exoskeleton is connected to a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis, consisting of steel beams and guides, equipped with shock absorbers to dampen jerks of movement, a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis is installed on a walker, consisting of a steel frame with four wheels and a suspension system, the exoskeleton contains at least two pairs, lower and upper actuators and consists of mounted on lever mechanisms, two pairs of pneumatic manipulators-drives of the lower extremities, driven by a compressor unit connected to pneumatic manipulators-drives; the robot's exoskeleton contains at least two mechanisms simulating movement of the patient's hip and knee joint, the mechanism that simulates the movement of the knee joint connects the lower and upper actuators and is a modified four-link linkage mechanism consisting of a basic connecting rod, crank, second connecting rod and rocker mechanisms, the base connecting rod and second connecting rod mechanisms are located vertically and have oblong slots in the middle and are connected in pairs with the lower movable crank mechanism and a fixed upper rocker mechanism attached to the mount of the upper actuator mechanism; a stationary rod enters the slot of the base connecting rod mechanism, attached to the mount of the lower actuator of the exoskeleton; the movable crank mechanism, located horizontally, is fixed to attach the lower actuator of the exoskeleton using a rod in the center crank, and is located in a closed flat cavity formed inside the fastening of the lower actuator, the cavity has internal protrusions, the crank mechanism is configured to perform rotational movement around its axis, clockwise until it stops with these protrusions, with the ability to drive the fixed with it moving the base connecting rod and the second connecting rod mechanism, a force sensor is located in the upper part of the actuator and allows you to measure the interactive torque of a person and a robot, a special controller associated with the force sensor is made adaptive, allowing you to control the pneumatic drive through the force sensor.
Конструкция реабилитационного робота NU Gait (фиг. 1) является гибкой и использует пневматические «мышечные» приводы, которые по своей природе соответствуют требованиям и поэтому безопасны для использования человеком роботов. Контроллер робота специально разработан для лучшего восстановления пациентов, перенесших инсульт. The design of the NU Gait rehabilitation robot (Fig. 1) is flexible and uses pneumatic “muscle” actuators that are inherently compliant and therefore safe for human robot use. The robot controller is specially designed to improve the recovery of stroke patients.
Краткое описание чертежей. Brief description of the drawings.
На фиг. 1 показана полная роботизированная система NU Gait; на фиг. 2 Робот для реабилитации походки (вид спереди); на фиг. 3 Концепция модифицированного коленного сустава; на фиг. 4 Специальный механизм пассивного вертикального и бокового перемещения для движения туловища во время походки; на фиг. 5 Одна из двух ног робота Gait с приводами и механизмом усиления; на фиг. 6 Механизмы для поддержания движения таза и туловища в системе NU Gait Robot System; на фиг. 7 Специальный коленный сустав (поз. 115), схематический рисунок слева и изготовленный сустав, показанный справа на одной из ног роботизированной системы NU Gait; на фиг. 8 Рычажный механизм на экзоскелете для усиления срабатывания воздушных мышц; на фиг. 9 Детали модифицированного коленного сустава и траектория его движения. на фиг. 10 Адаптивный контроллер, реализованный на роботе NU Gait, где контроллер положения работает на основе закона расширенного управления скольжением пограничного слоя (BASMC). Описание устройства. In fig. Figure 1 shows the complete NU Gait robotic system; in fig. 2 Robot for gait rehabilitation (front view); in fig. 3 Modified knee concept; in fig. 4 Special passive vertical and lateral movement mechanism for torso movement during gait; in fig. 5 One of the two legs of the Gait robot with drives and amplification mechanism; in fig. 6 Mechanisms for maintaining the movement of the pelvis and torso in the NU Gait Robot System; in fig. 7 Special knee joint (key 115), schematic drawing on the left and the manufactured joint shown on the right on one of the legs of the NU Gait robotic system; in fig. 8 Lever mechanism on the exoskeleton to enhance the activation of the air muscles; in fig. 9 Details of the modified knee joint and its trajectory. in fig. 10 Adaptive controller implemented on the NU Gait robot, where the position controller operates based on the Boundary Layer Enhanced Slip Control (BASMC) law. Description of the device.
Представленное здесь изобретение относится к области медицины и предлагает устройство для обучения инвалидов ходить заново. Полная роботизированная система NU Gait, показанная на фиг. 1, состоит из системы поддержки веса тела 100, беговой дорожки 107, поручней 101, жестко прикрепленных с обеих сторон беговой дорожки, с помощью горизонтальных и вертикальных наклонных стоек, соединяющих поручни с горизонтальными стойками, и имеющие регулировку по высоте, поручни выполнены изогнутыми к концам, и выполнены прорезиненными, для удобства хвата пациентом, монитора 102 для отображения значений датчиков и параметров тренировки, ходунка 103 с закрепленным на нем экзоскелетом робота 105. Ходунок 103 представляет собой стальную раму с четырьмя колесами и системой подвески. Высота ходунков регулируется, в них встроен специальный механизм движения туловища и таза 104, состоящий из стальных балок и направляющих, снабженных амортизаторами для демфирования рывков движения и закрепленного на нем экзоскелета робота 105. Компрессорный агрегат 106 предназначен для обеспечения сжатым воздухом специальных приводов, которые двигают робота, реабилитационную беговую дорожку 107. The invention presented here relates to the field of medicine and provides a device for teaching disabled people to walk again. The complete NU Gait robotic system shown in FIG. 1, consists of a body weight support system 100, a treadmill 107, handrails 101, rigidly attached to both sides of the treadmill, using horizontal and vertical inclined posts connecting the handrails to the horizontal posts, and having height adjustment, the handrails are curved towards the ends , and are made rubberized for ease of grip by the patient, a monitor 102 for displaying sensor values and training parameters, a walker 103 with a robot exoskeleton 105 attached to it. The walker 103 is a steel frame with four wheels and a suspension system. The height of the walkers is adjustable, they have a built-in special mechanism for the movement of the torso and pelvis 104, consisting of steel beams and guides equipped with shock absorbers to dampen jerks of movement and the exoskeleton of the robot 105 attached to it. The compressor unit 106 is designed to provide compressed air to special drives that move the robot , rehabilitation treadmill 107.
Специальный механизм для движений туловища и таза 104 может способствовать наклонному движению таза 108 и вертикальным движениям туловища 109 (фиг.6), а также использовать амортизатор 110 для демпфирования рывков движения. Контроллер 111 для робота имеет клапаны для управления давлением и работает с программным обеспечением под названием «CODES YS», которое принимает значения датчиков в качестве входных данных и предоставляет выходные значения для электромагнитных клапанов для управления давлением в исполнительных механизмах. The dedicated torso and pelvic movement mechanism 104 may promote oblique movement of the pelvis 108 and vertical movement of the torso 109 (FIG. 6), as well as use a shock absorber 110 to dampen movement jerks. The robot controller 111 has valves to control pressure and runs software called "CODES YS" which takes sensor values as input and provides output values to solenoid valves to control pressure in the actuators.
Роботизированный экзоскелет имеет две «ноги» 112, прикрепляемым к ногам пациентов. Робот приводится в действие с помощью специальных пневматических приводов 113, (фиг.5) называемых воздушными «мышцами», которые работают со сжатым воздухом. Ноги пациентов, прикрепленные к ногам робота, начинают двигаться вместе с роботом. Движения в тазобедренном и коленном суставах пациентов при ходьбе обеспечиваются механизмами аналогичными тазобедренным суставам 114 и коленным суставам 115 робота. Специальный пневматический привод 113, называемый воздушными «мышцами» обеспечивает линейное перемещение при надувании или сдувании, а их линейные движения затем преобразуются во вращательные движения в тазобедренных и коленных суставах с помощью рычажного механизма 116 (на фиг.8). Активация от пневматического привода, называемого воздушными «мышцами» немного меньше, чем требуется, поэтому тот же рычажный механизм 116 также усиливает сигнал смещения от пневматического привода, называемого воздушными «мышцами» перед преобразованием его во с1вращательное движение. Датчики силы FUTEK® 117, установленные на роботе, измеряют силу взаимодействия человека и робота и тем самым помогают измерить возможности пользователя (фиг. 5). Коленный сустав человека формируется на концах бедренной кости 118 и большеберцовой кости 119 (фиг.З). В щели между концами бедренной и большеберцовой костей имеется суставной хрящ 120, который является мягкой тканью и поэтому при движениях сдавливается. Другими словами, коленные суставы человека перемещаются с двумя степенями свободы в сагиттальной плоскости, вне которых преобладает вращательное движение с небольшим линейным смещением за счет компрессии в хрящах. Если коленные суставы робота обеспечивают только вращательное движение, они не будут оставаться на одной линии с коленным суставом человека при ходьбе. В предлагаемом роботе NU Gait Robot используется специальный коленный сустав робота 115 (фиг.7), который обеспечивает непрерывное выравнивание между коленным суставом человека и коленным суставом робота. The robotic exoskeleton has two “legs” 112 that are attached to the legs of patients. The robot is powered by special pneumatic actuators 113 (FIG. 5) called air “muscles,” which work with compressed air. The patients' legs, attached to the robot's legs, begin to move with the robot. Movement in the hip and knee joints of patients when walking is provided by mechanisms similar to the hip joints 114 and knee joints 115 of the robot. A special pneumatic actuator 113, called the air "muscles", provides linear movement when inflating or deflating, and their linear movements are then converted into rotational movements at the hip and knee joints using a linkage 116 (in Fig. 8). The activation from the pneumatic actuator, called the air "muscle", is slightly less than required, so the same linkage 116 also amplifies the displacement signal from the pneumatic actuator, called the air "muscle" before converting it into c1rotational movement. FUTEK® 117 force sensors mounted on the robot measure the force of the human-robot interaction and thereby help measure the user's capabilities (Fig. 5). The human knee joint is formed at the ends of the femur 118 and the tibia 119 (FIG. 3). In the gap between the ends of the femur and tibia there is articular cartilage 120, which is soft tissue and therefore is compressed during movement. In other words, the human knee joints move with two degrees of freedom in the sagittal plane, outside of which rotational motion predominates with a slight linear displacement due to compression in the cartilage. If a robot's knee joints only provide rotational motion, they will not stay in line with a human's knee joint when walking. The proposed NU Gait Robot utilizes a dedicated robot knee joint 115 (FIG. 7) that provides continuous alignment between the human knee joint and the robot knee joint.
- Конструкция экзо скелета : - Exo skeleton design:
Система поддержки веса тела 100: Когда человеку с ограниченными возможностями помогают встать на беговую дорожку, он/она всегда не нагружается с помощью системы поддержки веса тела. Эта система состоит из двигателя с подсоединенным кабелем, который дополнительно подсоединяется к ремням безопасности, которыми пристегивается человек. Эта система поставляется с блоком дистанционного управления для включения двигателя и перемещения кабеля, чтобы поднять или опустить человека с беговой дорожки. Body Weight Support System 100: When a disabled person is assisted to stand on the treadmill, he/she is always unloaded by the body weight support system. This system consists of a motor with an attached cable, which is additionally connected to the seat belts that fasten the person. This system comes with a remote control to turn on the motor and move the cable to lift or lower the person from the treadmill.
Реабилитационная беговая дорожка 107 и поручни 101. Используемая беговая дорожка является специальной беговой дорожкой, на которой есть монитор для отображения частоты сердечных сокращений пользователя, помимо различных других данных, таких как скорость ленты, наклон ленты, время и т. д. Ожидается, что пользователь будет иметь инвалидность нижних конечностей и поэтому за поручни требуется держаться руками для балансировки. Специальная реабилитационная беговая дорожка 107, используемая в установке, также имеет необходимые поручни 101. Rehabilitation Treadmill 107 and Handrails 101. The treadmill used is a dedicated treadmill which has a monitor to display the heart rate of the user, besides various other data such as belt speed, belt incline, time, etc. It is expected that the user will have a lower extremity disability and will therefore need to hold onto the handrails for balance. The special rehabilitation treadmill 107 used in the installation also has the necessary handrails 101.
Роботизированный экзоскелет 105, состоит из пневматического привода, называемого воздушными «мышцами» 113. Как показано на фиг. 5, в экзоскелете используются четыре пневматических привода 113, называемых воздушными «мышцами» для приведения в действие его тазобедренного 114 и коленного суставов 115. Два пневматических привода воздушных «мышц», показанные в верхней части экзоскелета (фиг. 5), будут приводить в действие тазобедренный сустав, тогда как другая пара пневматического привода воздушных «мышц» в нижней части экзоскелета будет приводить в действие коленный сустав экзоскелета. Проектирование и разработка двух «ног» 112 роботизированного экзоскелета было направлено для использования двух ног пациентов, чтобы помочь им ходить по беговой дорожке. The robotic exoskeleton 105 is composed of a pneumatic actuator called an air muscle 113. As shown in FIG. 5, the exoskeleton uses four pneumatic actuators 113, called air "muscles", to operate its hip 114 and knee joints 115. Two pneumatic actuators of the air "muscles", shown at the top of the exoskeleton (Fig. 5), will actuate the hip joint, while another pair of pneumatically actuated air "muscles" at the bottom of the exoskeleton will operate the knee joint of the exoskeleton. The design and development of the two-legged robotic exoskeleton 112 aimed to use the two legs of patients to help them walk on a treadmill.
Рычажный механизм 116: Рычажный механизм предназначен для усиления приведения в действие воздушной мускулатуры и показан на фиг. 5, а затем также отдельно показан на фиг. 5 воздушных мышц. Linkage 116: The linkage is designed to enhance actuation of the air muscles and is shown in FIG. 5 and then also shown separately in FIG. 5 air muscles.
Новый коленный сустав 115: коленный сустав в экзоскелете был разработан для обеспечения небольшого линейного смещения наряду с вращательным движением. Поскольку экзоскелет будет крепиться к ноге человека, предполагается, что во время движений он должен оставаться на одной линии с коленным суставом человека. Коленный сустав человека также имеет небольшое линейное смещение помимо вращательного движения, и новый коленный сустав предназначен для движения, аналогичного человеческому коленному суставу. Этот шарнир в основном представляет собой модифицированный четырехзвенный рычажный механизм. В общем, звенья четырехзвенного механизма называются базовыми (L1), кривошипными (L2), шатунными (L3) и кулисными (L4) звеньями, и они показаны на фигуре 9 как звенья от L1 до L4. Движение в коленном суставе при использовании этого специального сустава будет соответствовать кривой 121 (вращение с небольшим смещением). New 115 Knee Joint: The knee joint in the exoskeleton has been designed to provide slight linear displacement along with rotational motion. Since the exoskeleton will be attached to a person's leg, it is expected to remain in line with the person's knee joint during movements. The human knee joint also has a slight linear displacement in addition to rotational motion, and the new knee joint is designed to move in a manner similar to the human knee joint. This joint is basically a modified four-link linkage mechanism. In general, the links of a four-bar mechanism are called base (L1), crank (L2), connecting rod (L3) and rocker (L4) links, and are shown in Figure 9 as links L1 to L4. The movement of the knee joint when using this special joint will follow curve 121 (rotation with slight displacement).
Как видно на фиг.9 базовый шатунный (L1) и второй шатунный (L3) механизмы расположены вертикально и имеют продолговатые прорези посередине и соединены попарно с нижним подвижным (L2) кривошипным механизмом и неподвижным верхним кулисным (L4) механизмом, закрепленным к креплению верхнего исполнительного механизма. В прорезь базового шатунного механизма (L1) входит неподвижный стержень, закрепленный к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета. Подвижный кривошипный механизм (L2) закреплен к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета с помощью стержня в центре кривошипа, и расположен в закрытой с двух сторон полости, образованной внутри нижнего исполнительного механизма, полость имеет внутренние выступы, кривошипный механизм выполнен с возможностью совершать вращательное движение, вокруг своей оси, по часовой стрелке до упора с этими выступами, одновременно приводя в движение закрепленные с ним подвижно базовый шатунный и второй шатунный механизмы, выполняющие при движении сложное по траектории кинематическое движение. As can be seen in Fig.9, the base connecting rod (L1) and the second connecting rod (L3) mechanisms are located vertically and have oblong slots in the middle and are connected in pairs to the lower movable (L2) crank mechanism and the fixed upper rocker (L4) mechanism, attached to the upper actuator mount mechanism. A slot in the base connecting rod mechanism (L1) accommodates a stationary rod attached to the exoskeleton lower actuator mount. The movable crank mechanism (L2) is attached to the mount of the lower actuator of the exoskeleton using a rod in the center of the crank, and is located in a cavity closed on both sides, formed inside the lower actuator, the cavity has internal protrusions, the crank mechanism is configured to perform a rotational movement around its axis, clockwise until it stops with these protrusions, simultaneously driving the base connecting rod and second connecting rod mechanisms movably attached to it, which perform a complex kinematic movement when moving.
Этот новый сустав дополнительно показан установленным на экзоскелете на фиг.5 для ясности. Новый коленный сустав был установлен на роботизированном экзоскелете между верхней и нижней частями исполнительных механизмов экзоскелета для работы коленного сустава пациента. This new joint is further shown mounted on the exoskeleton in Figure 5 for clarity. The new knee joint was mounted on the robotic exoskeleton between the upper and lower parts of the exoskeleton actuators to operate the patient's knee joint.
Для создания более естественных моделей движения конструкция робота имеет больше степеней свободы (DOF). Конструкция робота имеет две активируемые степени свободы (по одной для сагиттальных движений тазобедренного и коленного суставов). Экзоскелет также имеет две пассивные степени свободы для наклонного движения таза 108 и вертикального движения туловища 109 . To create more natural movement patterns, the robot design has more degrees of freedom (DOF). The robot design has two activated degrees of freedom (one each for sagittal movements of the hip and knee joints). The exoskeleton also has two passive degrees of freedom for oblique pelvic motion 108 and vertical torso motion 109 .
Улучшенные коленные суставы 115 используются в экзоскелете, который имеет переменный центр мгновенного вращения, подобный анатомическому коленному суставу человека. Легкие конструкции робота (< 2,0 кг) вместе с модифицированным коленным суставом сводят к минимуму проскальзывание между суставами конечностей человека и суставами робота, снижая утомляемость пациента во время повторяющихся движений. Используемые пневматические «мышечные» приводы 113 имеют малый вес (80 г), внутренне совместимы и безопасны для использования людьми. Advanced knee joints 115 are used in an exoskeleton that has a variable center of instantaneous rotation similar to the anatomical human knee joint. The robot's lightweight design (<2.0 kg) along with a modified knee joint minimizes slippage between human limb joints and robot joints, reducing patient fatigue during repetitive movements. The pneumatic "muscle" actuators 113 used are lightweight (80g), internally compatible and safe for human use.
- Описание работы робота: - Description of the robot's work:
Роботизированные реабилитационные системы ходьбы (на фиг.1) состоят из экзоскелета 105, контроллера 111, компрессорного агрегата 106, системы поддержки веса тела 100 и реабилитационной беговой дорожки 107. Эта система используется для лечения пациентов, которые стали инвалидами и не могут ходить после инсульта или травмы. Пациентов привозят на инвалидных колясках, а затем с помощью системы подвески, закрепленной на коромысле ходунка 103, и состоящей из ремней и креплений для грудной и паховой области пациента, одевают их на пациента и ставят пациента на реабилитационную беговую дорожку 107. Далее, к нижним конечностям пациентов с помощью эластичных креплений, в виде «липучки», крепится экзоскелет робота 105, в двух местах, под коленным суставом, и ниже тазобедренного сустава, с помощью пластичного эргономичного фиксатора и эластичного крепления экзоскелета робота, что позволяет пациенту синхронно двигать ногами с помощью робота. Специальный коленный сустав 115 на экзоскелете помогает удерживать колено человека и колено экзоскелета все время на одной линии. Экзоскелет робота 105 предназначен для приведения в действие тазобедренные и коленные суставы пациентов, для ходьбы по беговой дорожке. Скорость полотна беговой дорожки 107 синхронизирована с частотой шагов при ходьбе или частотой шагов экзоскелета 105. Для поддержания тела пациента при ходьбе разработан специальный механизм для движения туловища и таза 104, который позволяет пассивно выполнять вертикальные движения туловища с помощью амортизатора ПО. Этот механизм также допускает поступательное боковое (латеральное) движение пользователя через вращающиеся суставы. Известно, что при ходьбе, кроме ног, часть туловища пользователя будет иметь некоторое вертикальное движение, а часть таза будет перемещаться вбок. Robotic rehabilitation gait systems (in Fig. 1) consist of an exoskeleton 105, a controller 111, a compressor unit 106, a body weight support system 100 and a rehabilitation treadmill 107. This system is used to treat patients who have become disabled and cannot walk after a stroke or injuries. Patients are brought in wheelchairs, and then using a suspension system attached to the rocker arm of the walker 103, and consisting of belts and fastenings for the thoracic and groin areas of the patient, they are put on the patient and the patient is placed on the rehabilitation treadmill 107. Next, to the lower extremities patients using elastic fastenings in the form of “Velcro”, the exoskeleton of the robot 105 is attached in two places, under the knee joint and below the hip joint, using a plastic ergonomic clamp and elastic fastening of the robot’s exoskeleton, which allows the patient to synchronously move his legs with the help of the robot . The special knee joint 115 on the exoskeleton helps keep the human knee and the exoskeleton's knee in line at all times. The robot exoskeleton 105 is designed to actuate patients' hip and knee joints to walk on a treadmill. The speed of the treadmill 107 is synchronized with the walking cadence or the cadence of the exoskeleton 105. To support the patient's body while walking, a special mechanism for the movement of the torso and pelvis 104 has been developed, which allows passive vertical movements of the torso using a shock absorber PO. This mechanism also allows for translational lateral movement of the user through rotating joints. It is known that when walking, in addition to the legs, part of the user's torso will have some vertical movement, and part of the pelvis will move laterally.
Как только пациенты начинают восстанавливаться и восстанавливают некоторые функции тазобедренных и коленных суставов, сила, прикладываемая роботом к суставам пациентов, пропорционально уменьшается. Данные датчика силы 117 (на фиг.5) от экзоскелета анализируются, чтобы узнать о степени выздоровления пациентов, а затем контроллер принимает решение о снижении усилий экзоскелета. Once patients begin to recover and regain some function of the hip and knee joints, the force applied robot to the patients’ joints, decreases proportionally. Data from the force sensor 117 (in FIG. 5) from the exoskeleton is analyzed to learn about the degree of recovery of the patients, and then the controller decides to reduce the forces of the exoskeleton.
Конструкция реабилитационного робота NU Gait (фиг. 5) является гибкой и использует приводы пневматические приводы, в виде воздушных «мышц» 113, которые по своей природе являются совместимыми и поэтому безопасны для использования человеком роботов. Контроллер робота специально разработан для лучшего восстановления пациентов, перенесших инсульт. The design of the NU Gait rehabilitation robot (Fig. 5) is flexible and uses pneumatic actuators, in the form of air "muscles" 113, which are inherently compatible and therefore safe for human robot use. The robot controller is specially designed to improve the recovery of stroke patients.
Контроллер робота «Помощь по мере необходимости»: Robot controller "Help as needed":
Комбинированная динамика роботизированного ортеза и человека определяется как:
Figure imgf000011_0001
The combined dynamics of the robotic orthosis and the human is defined as:
Figure imgf000011_0001
Здесь 0, 0, 0 E
Figure imgf000011_0002
представлены (бедро или колено) угловое положение, скорость и ускорение соответственно. Динамика углов тазобедренного и коленного суставов рассматривалась раздельно, чтобы упростить их сложную обработку. Разделение тазобедренной и коленной систем позволяет нам разработать одну и ту же структуру контроллера для обеих подсистем; однако числовые значения их системных параметров и коэффициентов усиления их контроллера могут быть разными. М(0) Е IR - термин инерции, С($, 0) Е IR представляет собой центробежный и кориолисовый моменты,
Figure imgf000011_0003
Е К. включает гравитационный и фрикционный моменты. Управляющей переменной ТгоЬявляется крутящий момент, прикладываемый роботизированным ортезом к динамике тазобедренного или коленного сустава, который измеряется датчиком давления в приводах ортеза. Наконец, ТЬитапэто эквивалентный крутящий момент, обеспечиваемый ногой человека в тазобедренном или коленном суставе. Here 0, 0, 0 E
Figure imgf000011_0002
represented by (hip or knee) angular position, velocity and acceleration respectively. The dynamics of hip and knee joint angles were considered separately to simplify their complex processing. Separating the hip and knee systems allows us to design the same controller structure for both subsystems; however, the numerical values of their system parameters and their controller gains may be different. M(0) E IR is the term of inertia, C($, 0) E IR represents the centrifugal and Coriolis moments,
Figure imgf000011_0003
EK includes gravitational and frictional moments. The control variable T r0b is the torque applied by the robotic orthosis to the dynamics of the hip or knee joint, which is measured by a pressure sensor in the orthosis actuators. Finally, Tbang is the equivalent torque provided by the human leg at the hip or knee joint.
Интерактивный крутящий момент человека-робота (HRIT) измеряется с помощью тензодатчиков FUTEK, прикрепленных к бедру и голени, как показано на фигуре 5. Если усилие субъектов равно нулю или субъект пассивен, т . е Thuman — [о 0]. сигналы, предоставляемые тензодатчиками, представляют собой HRIT пассивного режима, в котором уровень инвалидности пациента является самым высоким, и робот ходьбы обеспечивает полную поддержку для доминирования, движения нижней конечности. В этом случае
Figure imgf000011_0004
= Tpasstve сохраняется как профиль крутящего момента тензодатчиков (
Figure imgf000011_0005
это крутящий момент взаимодействия, когда субъект пассивен). Если субъект генерирует активную силу, которая положительно влияет на движение ( T'human > 0), сигнал от тензодатчиков (
Figure imgf000012_0001
момент взаимодействия, когда субъект активен) имеет тенденцию быть меньше по сравнению с Tp nteraction. Кроме того, T^teraction увеличивается, когда активная сила субъекта противодействует движению нижней конечности робота ( Thuman < 0). Разница между пассивным ( T^teraction) и активным ( T teraction) крутящим моментом принимается за составляющую человеческого крутящего момента.
Figure imgf000012_0002
Human-Robot Interactive Torque (HRIT) is measured using FUTEK strain gauges attached to the thigh and lower leg as shown in Figure 5. If the subjects' force is zero or the subject is passive, i.e. e Thuman - [o 0]. the signals provided by the strain gauges represent passive mode HRIT, in which the patient's disability level is the highest and the gait robot provides full support for dominant, lower limb movement. In this case
Figure imgf000011_0004
= Tpasstve is saved as the torque profile of the load cells (
Figure imgf000011_0005
this is the torque of interaction when the subject is passive). If the subject generates an active force that has a positive effect on movement ( T'human > 0), signal from strain gauges (
Figure imgf000012_0001
moment of interaction when the subject is active) tends to be smaller compared to T p nteraction . In addition, T^ teraction increases when the subject's active force opposes the movement of the robot's lower limb (T human < 0). The difference between passive (T^ teraction ) and active ( Tteraction ) torque is taken as the human torque component.
Figure imgf000012_0002
^/штапРассматривается как активный крутящий момент человека и используется для регулировки податливости робота. Когда значение ^/iumanPaBH0 нулю, робот ходьбы берет на себя управление и обеспечивает требуемый общий крутящий момент ( Trobot = Ttotai). С другой стороны, когда пользователь активен и может приложить некоторый крутящий момент, общий крутящий момент остается прежним, но крутящий момент от робота ( Trobot) уменьшается как ( Trobo Ttotai Tbuman). ^/shtapConsidered as the human active torque and is used to adjust the compliance of the robot. When the value of ^/iumanP aBH0 is zero, the walking robot takes control and provides the required total torque (T robot = T totai ). On the other hand, when the user is active and can apply some torque, the total torque remains the same, but the torque from the robot ( T robot ) decreases as ( T robo Ttotai T buman ).
Алгоритм обратной динамики извлекает активный компонент крутящего момента человека (Thuman). Закон адаптации регулирует роботизированную помощь в зависимости от степени активного человеческого компонента крутящего момента. The inverse dynamics algorithm extracts the active human torque component (T human ). The Law of Adaptation regulates robotic assistance depending on the degree of active human torque component.
Заявленные инновации: Declared innovations:
В этой IDF заявлены три важных изобретения. Описание этих изобретений приведено ниже: This IDF claims three important inventions. A description of these inventions is given below:
Усовершенствованная конструкция походного робота: походный робот, используемый для реабилитационной терапии, во время использования прикрепляется к нижней конечности человека. Известно, что, поскольку суставы человека и суставы робота имеют разную природу, во время использования между ними будет возникать несовпадение. Другими словами, суставы робота будут терять согласованность с суставами человека во время движения. У нашего ближайшего конкурента LOKOMAT есть эта проблема, и для решения этой проблемы они используют полужесткие скобы, которые обеспечивают относительное движение между суставами человека и суставами робота. Однако использование полужестких скоб вносит неточности в движения, которыми управляет робот, и этот подход может быть не лучшим решением. В нашей конструкции робота мы использовали усовершенствованный коленный сустав 115, который позволяет выполнять некоторое перемещение при заданном вращательном движении. Таким образом, проблема несоосности суставов человека и суставов робота была эффективно решена. Усовершенствованный коленный сустав походного робота показан на фиг. 7 . Соответствующее срабатывание робота походки: Кроме того, было отмечено, что электродвигатели не могут быть безопасными исполнительными механизмами для использования в роботах с походкой, которые носит пользователь-человек. Помимо того, что они тяжелые, эти двигатели называются жесткими приводами, которые нельзя перемещать вручную без подачи электрического тока. Это означает, что, если по какой-то причине пользователь хочет остановить робота, он должен найти кнопку остановки и нажать ее, а за это время робот уже мог повредить ранее травмированные конечности или внутренние мягкие ткани пациента. Управляемость задним ходом — еще одна важная проблема, которой нет у электродвигателей. Возможность заднего хода позволяет приводам с способность выдерживать большие усилия и высокая ударопрочность для быстрой адаптации к внешним силам. Это поможет свести к минимуму ущерб для пациента при проведении реабилитации из-за воздействия окружающей среды или других неожиданные внешние и внутренние события. Задняя управляемость может быть достигнута путем разработки соответствующих контроллеров для двигателей; однако его трудно реализовать на электродвигателях из-за их высокой инерционности. Advanced walking robot design: The walking robot used for rehabilitation therapy is attached to a person's lower limb during use. It is known that since human joints and robot joints are of different natures, misalignment will occur between them during use. In other words, the robot's joints will lose alignment with human joints during movement. Our closest competitor LOKOMAT has this problem and to solve this problem they use semi-rigid clamps that allow relative motion between the human joints and the robot joints. However, using semi-rigid brackets introduces inaccuracies in the movements controlled by the robot, and this approach may not be the best solution. In our robot design, we used an advanced knee joint 115 that allows some movement for a given rotational motion. Thus, the problem of misalignment between human joints and robot joints has been effectively solved. The improved knee joint of the walking robot is shown in FIG. 7. Appropriate Actuation of a Gait Robot: Additionally, it has been noted that electric motors may not be safe actuators for use in gait robots worn by a human user. In addition to being heavy, these motors are called rigid drives, which cannot be moved by hand without electrical current. This means that if for some reason the user wants to stop the robot, he must find the stop button and press it, during which time the robot may have already damaged the patient's previously injured limbs or internal soft tissue. Reverse control is another major issue that electric motors don't have. The reverse capability allows drives with high force capacity and high shock resistance to quickly adapt to external forces. This will help minimize damage to the patient during rehabilitation due to environmental influences or other unexpected external and internal events. Rear steering can be achieved by developing appropriate controllers for the motors; however, it is difficult to implement on electric motors due to their high inertia.
Мы использовали пневматические «мышечные» приводы 113 в нашем походном роботе, которые имеют малый вес (всего 80 г по сравнению с весом двигателя 1500-2000 г), а также обеспечивают податливое движение (фиг. 5). Эти воздушные мышцы используют для приведения в действие сжатый воздух. Дальнейшая активация от воздушных мышц невелика и нуждается в усилении. Мы также разработали новый механизм, который усиливает срабатывание, получаемое от воздушных мышц, и он показан на фиг. 4. We used pneumatic "muscle" actuators 113 in our walking robot, which are lightweight (only 80 g compared to a motor weight of 1500-2000 g) and also provide compliant movement (Fig. 5). These air muscles use compressed air to propel them. Further activation from the air muscles is small and needs to be strengthened. We have also developed a new mechanism that enhances the actuation received from the air muscles, and this is shown in FIG. 4.
Адаптивный контроллер, реализованный на роботе NU gait, где контроллер положения работает на основе закона расширенного управления скольжением пограничного слоя (BASMC). Алгоритм обратной динамики извлекает активный компонент крутящего момента человека (T human). Закон адаптации регулирует роботизированную помощь в зависимости от степени активного человеческого компонента крутящего момента. An adaptive controller implemented on the NU gait robot, where the position controller operates based on the Boundary Layer Advanced Slip Control (BASMC) law. The inverse dynamics algorithm extracts the active component of human torque (T human). The Law of Adaptation regulates robotic assistance depending on the degree of active human torque component.
Конструкция реабилитационного робота для восстановления походки имеет малый вес, обеспечивает соответствующее срабатывание, и имеет интеллектуальный контроллер. Конструкция робота имеет больше степеней свободы, по сравнению с конкурентами, для обеспечения естественного движения. Конструкция робота может обеспечивать пассивные движения таза вместе с движениями в сагиттальной плоскости. The gait rehabilitation robot is designed to be lightweight, provide appropriate actuation, and have an intelligent controller. The robot's design has more degrees of freedom than its competitors to allow for natural movement. The robot design can provide passive pelvic movements along with movements in the sagittal plane.
Электродвигатели не используются, так как они небезопасны. Вместо этого мы используем приводы «воздушных мышц», которые работают аналогично нашим скелетным мышцам и работают на сжатом воздухе. Эти приводы изготовлены из резиноподобного мягкого материала для обеспечения необходимой податливости во время движений робота. Electric motors are not used as they are unsafe. Instead, we use "air muscle" actuators, which work similarly to our skeletal muscles and are powered by compressed air. These actuators are made of a rubber-like soft material to provide the necessary compliance during robot movements.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Робот для восстановления походки, включающий в себя систему поддержки веса тела, реабилитационную беговую дорожку, рукояток, которые могут держать пациенты, монитора для отображения показаний датчиков и параметров тренировки, экзоскелет робота, блоки контроля усилий и перемещений и управляющее программное обеспечение, включающее в себя специальный контроллер и пользовательский интерфейс, отличающийся тем, что система поддержки веса тела, закреплена к беговой дорожке и состоит из наклонных стоек и поперечной балки, со смонтированным на ней механизмом поддержки тела, экзоскелет робота, соединен со специальным механизмом поддержания движения туловища и таза, состоящих из стальных балок и направляющих, снабженных амортизаторами для демфирования рывков движения, специальный механизм поддержания движения туловища и таза установлен на ходунке, состоящем из стальной рамы с четырьмя колесами и системой подвески, экзоскелет содержит, как минимум две пары, нижних и верхних исполнительных механизмов и состоит из закрепленных на рычажных механизмах, двух пар пневматических манипуляторов-приводов нижних конечностей, приводимых в движение с помощью компрессорного агрегата, соединенного с пневматическими манипуляторами-приводами, экзоскелет робота содержит по крайней мере, два механизма, имитирующие движения тазобедренного и коленного сустава пациента, механизм, имитирующий движение коленного сустава, соединяет нижние и верхние исполнительные механизмы и представляет собой модифицированный четырехзвенный рычажный механизм, состоящий из базового шатунного, кривошипного, второго шатунного и кулисного механизмов, базовый шатунный и второй шатунный механизмы расположены вертикально и имеют продолговатые прорези посередине и соединены попарно с нижним подвижным кривошипным механизмом и неподвижным верхним кулисным механизмом, закрепленным к креплению верхнего исполнительного механизма, в прорезь базового шатунного механизма входит неподвижный стержень, закрепленный к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета, подвижный кривошипный механизм, расположенный горизонтально, закреплен к креплению нижнего исполнительного механизма экзоскелета с помощью стержня в центре кривошипа, и расположен в закрытой плоской полости, образованной внутри крепления нижнего исполнительного механизма, полость имеет внутренние выступы, кривошипный механизм выполнен с возможностью совершать вращательное движение, вокруг своей оси, по часовой стрелке до упора с этими выступами, с возможностью приведения в движение, закрепленных с ним подвижных базового шатунного и второго шатунного механизма, датчик силы, расположен в верхней части исполнительного механизма и позволяет измерять интерактивный крутящий момент человека и робота, специальный контролер, связанный с датчиком силы, выполнен адаптивным, позволяющим управлять пневматическим приводом через датчик силы. 1. A robot for gait restoration, including a body weight support system, a rehabilitation treadmill, handles that patients can hold, a monitor for displaying sensor readings and training parameters, a robot exoskeleton, force and displacement control units and control software, including itself a special controller and user interface, characterized in that the body weight support system is attached to the treadmill and consists of inclined posts and a transverse beam, with a body support mechanism mounted on it, the robot's exoskeleton is connected to a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis, consisting of steel beams and guides equipped with shock absorbers to dampen jerks of movement, a special mechanism for maintaining the movement of the torso and pelvis is installed on a walker consisting of a steel frame with four wheels and a suspension system, the exoskeleton contains at least two pairs of lower and upper actuators and consists of two pairs of pneumatic manipulators-drives of the lower extremities mounted on lever mechanisms, driven by a compressor unit connected to pneumatic manipulators-drives, the robot's exoskeleton contains at least two mechanisms that simulate the movements of the patient's hip and knee joint, the mechanism , simulating the movement of the knee joint, connects the lower and upper actuators and is a modified four-link lever mechanism consisting of a base connecting rod, crank, second connecting rod and rocker mechanisms, the base connecting rod and second connecting rod mechanisms are located vertically and have oblong slots in the middle and are connected in pairs with a lower movable crank mechanism and a stationary upper rocker mechanism attached to the mount of the upper actuator; a stationary rod attached to the mount of the lower actuator of the exoskeleton enters the slot of the base connecting rod mechanism; a movable crank mechanism located horizontally is attached to the mount of the lower actuator of the exoskeleton using rod in the center of the crank, and is located in a closed flat cavity formed inside the fastening of the lower actuator, the cavity has internal protrusions, the crank mechanism is configured to perform a rotational movement around its axis, clockwise until it stops with these protrusions, with the possibility of being brought into movement, fixed with it movable base connecting rod and second connecting rod mechanism, a force sensor, located in the upper part of the actuator and allows you to measure the interactive torque of a person and a robot, a special controller, connected to the force sensor, it is made adaptive, allowing you to control the pneumatic drive through the force sensor.
PCT/KZ2023/000007 2022-03-28 2023-03-17 Gait rehabilitation robot WO2023191607A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20220194 2022-03-28
KZ2022/0194.1 2022-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023191607A1 true WO2023191607A1 (en) 2023-10-05

Family

ID=88203212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2023/000007 WO2023191607A1 (en) 2022-03-28 2023-03-17 Gait rehabilitation robot

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023191607A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8152699B1 (en) * 2008-06-19 2012-04-10 Arrowhead Center, Inc. Apparatus and method for reduced-gravity simulation
KR101430867B1 (en) * 2013-04-16 2014-08-18 주식회사 싸이버메딕 walking exercising apparatus of hemiplegic subject
US10292892B2 (en) * 2016-09-12 2019-05-21 Lunghwa University Of Science And Technology Pneumatic lower extremity gait rehabilitation training system
EP3238686B1 (en) * 2016-04-28 2020-09-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Walking training apparatus and state determination method
US11147732B2 (en) * 2017-05-22 2021-10-19 Huazhong University Of Science & Technology Connecting rod type lower limb exoskeleton rehabilitation robot
EP3539526B1 (en) * 2018-03-15 2021-11-10 LG Electronics Inc. Wearable assistive device performing protection operation for drive system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8152699B1 (en) * 2008-06-19 2012-04-10 Arrowhead Center, Inc. Apparatus and method for reduced-gravity simulation
KR101430867B1 (en) * 2013-04-16 2014-08-18 주식회사 싸이버메딕 walking exercising apparatus of hemiplegic subject
EP3238686B1 (en) * 2016-04-28 2020-09-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Walking training apparatus and state determination method
US10292892B2 (en) * 2016-09-12 2019-05-21 Lunghwa University Of Science And Technology Pneumatic lower extremity gait rehabilitation training system
US11147732B2 (en) * 2017-05-22 2021-10-19 Huazhong University Of Science & Technology Connecting rod type lower limb exoskeleton rehabilitation robot
EP3539526B1 (en) * 2018-03-15 2021-11-10 LG Electronics Inc. Wearable assistive device performing protection operation for drive system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Recent development of mechanisms and control strategies for robot-assisted lower limb rehabilitation
US9198821B2 (en) Lower extremity exoskeleton for gait retraining
US6666831B1 (en) Method, apparatus and system for automation of body weight support training (bwst) of biped locomotion over a treadmill using a programmable stepper device (psd) operating like an exoskeleton drive system from a fixed base
Bortole et al. A robotic exoskeleton for overground gait rehabilitation
Sanchez-Manchola et al. Development of a robotic lower-limb exoskeleton for gait rehabilitation: AGoRA exoskeleton
Pietrusinski et al. Robotic gait rehabilitation trainer
WO2013086035A1 (en) Orthopedic lower body exoskeleton for control of pelvic obliquity during gait over-ground
Joel et al. Review on Gait Rehabilitation Training Using Human Adaptive Mechatronics System in Biomedical Engineering
Koceska et al. Robot devices for gait rehabilitation
Allemand et al. Design of a new lower extremity orthosis for overground gait training with the WalkTrainer
Nakamura et al. Control of wearable walking support system based on human-model and GRF
Marchal-Crespo et al. Robot-assisted gait training
Ekkelenkamp et al. LOPES: a lower extremity powered exoskeleton
Taherifar et al. Lokoiran-A novel robot for rehabilitation of spinal cord injury and stroke patients
Munawar et al. AssistOn-Gait: An overground gait trainer with an active pelvis-hip exoskeleton
EP3378446A1 (en) System for assisting walking
Nakamura et al. Realizing model-based wearable antigravity muscles support with dynamics terms
Jiang et al. Recent advances on lower limb exoskeleton rehabilitation robot
Bortole et al. Development of a exoskeleton for lower limb rehabilitation
Hwang et al. A wheelchair integrated lower limb exercise/rehabilitation system: Design and experimental results on the knee joint
TWI555556B (en) Pneumatic drive rehabilitation of lower extremity gait training system
Hwang et al. Development and preliminary testing of a novel wheelchair integrated exercise/rehabilitation system
Sargsyan et al. Robotic rehabilitation devices of human extremities: design concepts and functional particularities
Martins et al. Review and classification of human gait training and rehabilitation devices
WO2023191607A1 (en) Gait rehabilitation robot

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: 23781456

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1