Экзоскелет плечевых суставов
Экзоскелет плечевых суставов
(57) Полезная модель относится к устройствам для пассивной лечебной гимнастики.
Сущность полезной модели состоит в том, что использование экзоскелета плечевых суставов в качестве устройства для пассивной лечебной гимнастики позволит выбирать требуемый режим реабилитации подвижности плечевого сустава, а также даст возможность одновременной реабилитации плечевых суставов двух рук человека, благодаря использованию в составе устройства электронного блока управления устройством, и пары трех электромеханических сервоприводов, реализуя тем самым три степени свободы плечевого сустава человека.
МПК A 61 H 1/02
ЭКЗОСКЕЛЕТ ПЛЕЧЕВЫХ СУСТАВОВ
Полезная модель относится к устройствам для пассивной лечебной гимнастики.
Известно блочное устройство для восстановления подвижности плечевого сустава (патент РФ 
134050 U1 МПК A61 H 1/00, 2013 г.), состоящее из тканевых лангет и эластичных шнуров, При этом две тканевые лангеты для предплечья и плеча соединены между собой тесьмой на уровне локтевого сустава, при этом дистальный отдел лангеты для предплечья и проксимальный отдел лангеты для плеча имеют крючки, прикрепленные к эспандеру или эластичному шнуру, перекинутому через блок, который установлен на перекладине или потолке.
Недостатком данного блочного устройства для восстановления подвижности плечевого сустава является невозможность его работы без предварительной установки блока на перекладине или потолке, что требует предварительной подготовки устройства в необорудованном блоком помещении. Недостатком данного блочного устройства также является требование наличия какой-либо внешней периодической силы, не входящей в устройство и осуществляющей сгибание/разгибание, отведение/приведение и ротацию кнаружи/ротацию внутрь плечевого сустава человека, которая должна быть приложена к эспандеру или эластичному шнуру, перекинутому через блок. Еще одним недостатком данного блочного устройства является отсутствие возможности автоматического контроля перемещений плеча человека, что могло бы позволить выбирать требуемый режим реабилитации подвижности плечевого сустава. Также недостатком является то, что блочное устройство для восстановления подвижности плечевого сустава может использоваться для реабилитации плечевого сустава только одной руки человека.
Задача полезной модели: усовершенствование устройства для пассивной лечебной гимнастики с целью обеспечения одновременной реабилитации плечевых суставов двух верхних конечностей человека и автоматической работы устройства, при этом участие человека требуется только для включения/выключения устройства и выбора необходимого режима реабилитации. Это достигается благодаря использованию в составе устройства пары трех электромеханических сервоприводов, реализуя тем самым три степени свободы плечевого сустава человека, и электронного блока управления устройством.
Задача решается тем, что устройство для восстановления подвижности плечевых суставов - экзоскелет плечевых суставов (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит: П-образное основание 1; пару электромеханических сервоприводов 2 для ротации суставов внутрь/кнаружи; пару электромеханических сервоприводов 3 для сгибания/разгибания суставов, подвижных относительно сервоприводов 2; кронштейны 4, подвижные относительно сервоприводов 3; пару электромеханических сервоприводов 5 для отведения/приведения суставов; кронштейны 6, подвижные относительно сервоприводов 5; раскрывающиеся рукава 7 для проксимальных сегментов верхних конечностей человека; электронный блок 8 управления устройством; механизм фиксации 9 рукавов 7 на руках человека.
Спереди и сверху П-образное основание 1 по центру имеет вырез для головы, чтобы обеспечить установку устройства на плечи человека, при этом на передней части основания, располагающейся около груди пациента, установлен электронный блок управления 8. Сзади основание 1 не имеет выреза.
Корпусы сервоприводов 2 жестко и симметрично закреплены на верхней части П-образного основания 1 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) по обе стороны относительно выреза для головы таким образом, чтобы обеспечить свободу движений головы пациента и легкость установки экзоскелета на плечи человека.
Сервоприводы 2 и 3 расположены сверху П-образного основания 1. Кронштейны 4 и сервоприводы 5 располагаются спереди проксимальных сегментов верхних конечностей человека (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3).
Все сервоприводы экзоскелета плечевых суставов являются реверсивными приводами вращательного движения и управляются электронным блоком 8, снабженным системой индикации и кнопками для задания требуемых режимов реабилитации левого и правого плечевых суставов. Сервоприводы 2 позволяют ротацию плечевых суставов на угол до 120 градусов (фиг. 3). Сервоприводы 3 делают возможными сгибание и разгибание плечевых суставов под углом до 180 градусов (фиг. 1). При этом положение корпуса сервопривода 3 задается углом поворота выходного вала сервопривода 2, т.к. выходной вал сервопривода 2 жестко связан с корпусом сервопривода 3 (фиг. 3). Один конец кронштейна 4 жестко закреплен на выходном вале сервопривода 3, тогда как другой конец кронштейна 4 жестко удерживает корпус сервопривода 5. Сервоприводы 5 позволяют осуществить отведение/приведение плечевых суставов на угол до 90 градусов (фиг. 1). Один конец кронштейна 6 жестко закреплен на выходном вале сервопривода 5, тогда как другой конец кронштейна 6 жестко удерживает раскрывающийся рукав 7.
Процесс реабилитации плечевых суставов заключается в качательных движениях рукавов 7. Чтобы осуществить качательные движения, необходима периодическая смена направлений вращения валов сервоприводов.
Для вращения валов сервоприводов в направлении движения часовой стрелки на электродвигатели сервоприводов поступает положительное напряжение питания, для вращения валов сервоприводов в направлении, обратном движению часовой стрелки, на электродвигатели сервоприводов поступает отрицательное напряжение питания (инверсное положительному напряжению). Каждый сервопривод экзоскелета снабжен датчиком угла поворота выходного вала, тем самым реализуя обратную связь сервопривода с электронным блоком управления 8 и осуществляя контроль над процедурой реабилитации плечевых суставов.
Устройство для восстановления подвижности плечевых суставов работает следующим образом.
П-образное основание 1 устройства устанавливается сверху на плечи пациента, находящегося в положении «стоя» или «сидя». Одна или две его руки вкладываются в раскрывающиеся рукава 7, затем рукава фиксируются на верхних конечностях человека, используя механизм фиксации 9 (фиг. 2). Для уменьшения нагрузки П-образного основания 1 на плечи пациента устройство может быть подвешено на кронштейне. Электропитание устройства осуществляется от бытовой осветительной сети переменного тока. С помощью электронного блока управления 8, расположенного спереди П-образного основания 1 устройства, задается требуемые длительность и режимы реабилитации левого и правого плечевых суставов - диапазоны угловых перемещений и угловые скорости проксимальных сегментов верхних конечностей человека. После задания длительности и режимов реабилитации сервоприводы 2, 3, 5 начинают периодически изменять положение рукавов 7, которые, в свою очередь, задают определенные положения проксимальных сегментов верхних конечностей человека и, тем самым, выполняя процедуру реабилитации левого и правого плечевых суставов.
Использование экзоскелета плечевых суставов в качестве устройства для пассивной лечебной гимнастики позволит выбирать требуемый режим реабилитации подвижности плечевого сустава, а также даст возможность одновременной реабилитации плечевых суставов двух рук человека.
Экзоскелет плечевых суставов, состоящий из раскрывающегося рукава для проксимального сегмента верхней конечности человека, отличающийся тем, что устройство содержит два раскрывающихся рукава для проксимальных сегментов левой и правой верхних конечностей человека, при этом устройство состоит из П-образного основания, имеющего по центру спереди и сверху вырез для головы, при этом на передней части основания установлен электронный блок, снабженный системой индикации и кнопками для задания требуемых режимов реабилитации левого и правого плечевых суставов, причем электронный блок управляет реверсивными электромеханическими сервоприводами вращательного движения, при этом каждый из сервоприводов снабжен датчиком угла поворота выходного вала, тем самым обеспечивая электронный блок информацией о работе сервоприводов, из которых: два предназначены для ротации левого и правого плечевых суставов внутрь/кнаружи, два предназначены для сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов, и два предназначены для отведения/приведения левого и правого плечевых суставов, причем сервоприводы для ротации жестко и симметрично закреплены на верхней части основания по обе стороны относительно выреза для головы, при этом сервоприводы для ротации и сгибания/разгибания левого и правого плечевых суставов расположены сверху основания, причем положения корпусов сервоприводов сгибания/разгибания левого и правого плечевого сустава задаются углами поворота выходных валов сервоприводов ротации левого и правого плечевого сустава соответственно, так как выходные валы сервоприводов ротации жестко связаны с корпусами сервоприводов сгибания/разгибания, а положения сервоприводов отведения/приведения левого и правого плечевого сустава определяются углами поворота выходных валов сервоприводов сгибания/разгибания левого и правого плечевого сустава, так как выходные валы сервоприводов сгибания/разгибания и корпусы сервоприводов отведения/приведения соединены кронштейнами, которые располагаются вместе с сервоприводами отведения/приведения спереди проксимальных сегментов верхних конечностей человека, вкладывающихся в раскрывающиеся рукава, которые фиксируются на верхних конечностях человека, используя механизмы фиксации, при этом левый и правый раскрывающиеся рукава жестко соединены с выходными валами сервоприводов отведения/приведения левого и правого плечевого сустава посредством кронштейнов.
