Голеностопное шарнирное сочленение экзоскелетона

Изобретение относится к области медицины и протезирования, а именно к травматологии и ортопедии, а также может быть использовано в качестве голеностопных сочленений экзоскелетонов, используемых в туризме, спорте и при проведении спасательных и армейских операций. Техническим результатом, на обеспечение которого направлено данное изобретение, является улучшение эргономических характеристик экзоскелетона. Голеностопное шарнирное сочленение голенного звена 1 и стопы 2 экзоскелетона, содержит шарнирный узел 3. Кроме того, оно содержит палец 4 и смонтированную на стопе 2 опорную стойку 5, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин 6 и 7, а шарнирный узел 3 выполнен сферическим и включает бочкообразную головку 8 со сферической поверхностью и отверстием 9 по оси 10 головки 8 под размещение пальца 4, корпус 11, соединенный с голенным звеном 1, и, установленный между сферической поверхностью головки 8 и корпусом 11 с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки 8 шаровой пояс 12, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса 11. Причем шаровой узел 3 смонтирован на опорной стойке 5 посредством соединения палец 4 - проушины 6 и 7, головка 8 жестко смонтирована на пальце 4, палец 4 жестко смонтирован в проушинах 6 и 7, а оси 13 и 14, 15 и 10 проушин 6 и 7, пальца 4 и, соответственно, головки 8, совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека. 1 н.з.п. ф-лы., 2 ил.

Полезная модель относится к области медицины и протезирования, а именно к травматологии и ортопедии, а также может быть использована в качестве голеностопных сочленений экзоскелетонов, используемых в туризме, спорте и при проведении спасательных и армейских операций.

Известны голеностопные сочленения экзоскелетонов, содержащие шарнирные узлы, обеспечивающие относительное вращение стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг двух осей координат (фиг. 18 и 19 в патенте США 8057410, опубл. 15.11.2011).

Отсутствие возможности вращения вокруг третьей оси координат отрицательно сказывается на эргономических характеристиках экзоскелетона.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является голеностопное шарнирное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат (патент РФ 2362598 опубл. 27.07.2009).

Данное сочленение включает шарнирный узел, содержащий три кинематические цилиндрические пары, что обуславливает большой вес и габаритные размеры сочленения и также ухудшает эргономические характеристики экзоскелетона в целом.

Техническим результатом на достижение которого нправлено предлагаемое изобретение является улучшение эргономических характеристик экзоскелетона.

Для достижения указанной цели в известное голеностопное шарнирное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, введены палец и смонтированная на стопе опорная стойка, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин, а шарнирный узел выполнен сферическим и включает бочкообразную головку со сферической поверхностью и отверстием по оси головки под размещение пальца, корпус, соединенный с голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью головки и корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса, причем шаровой узел смонтирован на опорной стойке посредством соединения палец - проушины, головка жестко смонтирована на пальце, палец жестко смонтирован в проушинах, а оси проушин, пальца и головки совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.

На фиг. 1 приведен общий вид голеностопного шарнирного сочленения экзоскелетона, а на фиг. 2 показаны конструктивные особенности шарнирного узла.

На фиг. 1 и 2 обозначены: 1 - голенное звено; 2 - стопа; 3 - шарнирный узел; 4 - палец; 5 - опорная стойка; 6 и 7 - первая и вторая проушины; 8 - бочкообразная головка со сферической поверхностью; 9 - отверстие под размещение пальца 4; 10 - ось головки 8; 11 - корпус; 12 - шаровой пояс; 13 и 14 - оси проушин 6 и 7 соответственно; 15 - ось пальца.

Голеностопное шарнирное сочленение голенного звена 1 и стопы 2 экзоскелетона, содержит шарнирный узел 3, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы 2 и голенного звена 1 экзоскелетона вокруг трех осей координат. Кроме того, оно содержит палец 4 и смонтированную на стопе 2 опорную стойку 5, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин 6 и 7, а шарнирный узел 3 выполнен сферическим и включает бочкообразную головку 8 со сферической поверхностью и отверстием 9 по оси 10 головки 8 под размещение пальца 4, корпус 11, соединенный с голенным звеном 1, и, установленный между сферической поверхностью головки 8 и корпусом 11 с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки 8 шаровой пояс 12, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса 11. Причем шаровой узел 3 смонтирован на опорной стойке 5 посредством соединения палец 4 - проушины 6 и 7, головка 8 жестко смонтирована на пальце 4, палец 4 жестко смонтирован в проушинах 6 и 7, а оси 13 и 14, 15 и 10 проушин 6 и 7, пальца 4 и, соответственно, головки 8, совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.

В процессе работы голеностопное шарнирное сочленение экзоскелетона ножных конечностей должно обеспечивать возможность копирования звеньями экзоскелетона движений в голеностопном суставе человека - пользователя, то есть в данном случае возможность относительного вращения стопы 2 и голенного звена 1 вокруг трех осей координат. Для этого ступня человека с помощью элементов крепления (на фиг. 1 и 2 не показаны) жестко фиксируется относительно стопы 2, а голень человека с помощью элементов крепления (на фиг. 1 и 2 также не показаны) жестко фиксируется относительно голенного звена 1 экзоскелетона.

В результате этого, а также благодаря выполнению шарнирного узла 3 сферическим, обеспечивается возможность вращения сферических поверхностей головки 8 и шарового пояса 12 относительно друг друга, то есть вокруг вертикальной оси в поперечной плоскости, вокруг сагиттальной оси во фронтальной плоскости и вокруг поперечной оси в сагиттальной плоскости голеностопного сустава человека при одновременном обеспечении малых габаритов и массы, а также компактности соединения, что и отличает его от известных.

Тем самым достигается заявленный технический результат - улучшение эргономических характеристик экзоскелетона по сравнению с прототипом.

Проведенные авторами патентные исследования показали, что аналогов приведенным существенным отличиям нет.

Голеностопное шарниное сочленение голенного звена и стопы экзоскелетона, содержащее шарнирный узел, выполненный с возможностью обеспечения относительного вращения стопы и голенного звена экзоскелетона вокруг трех осей координат, отличающееся тем, что в него введены палец и смонтированная на стопе опорная стойка, верхняя часть которой выполнена в виде двух проушин, а шарнирный узел выполнен сферическим и включает бочкообразную головку со сферической поверхностью и отверстием по оси головки под размещение пальца, корпус, соединенный с голенным звеном, и, установленный между сферической поверхностью головки и корпусом с возможностью вращения вокруг трех осей координат по сферической поверхности головки шаровой пояс, жестко смонтированный на внутренней поверхности корпуса, причем шаровой узел смонтирован на опорной стойке посредством соединения палец-проушины, головка жестко смонтирована на пальце, палец жестко смонтирован в проушинах, а оси проушин, пальца и головки совпадают с поперечной осью голеностопного сустава человека.