[1]Полезная модель относится к области медицины, а именно к роботизированным устройствам для реабилитации нижних конечностей.
[2]Нарушение функциональной активности нижних конечностей и ограничение подвижности в суставах является существенным недостатком в жизнедеятельности человека и не позволяет выполнять все необходимые жизненные потребности человека.
[3]Известна стопа экзоскелета, выполненного с возможностью крепления к ногам пользователя экзоскелета, содержащая шарнирный узел, через который стопа соединена с голенью, отличающаяся тем, что стопа состоит из мобильной и приводной платформ, привода, системы управления, включающей в себя блок задания движения, блок обработки сигналов, блок сравнения, регулятор, датчик угла поворота приводной части, датчик силомоментного очувствления, причем приводная платформа кинематически связана с приводом, а система управления размещена в корпусе, при этом блок задания движения соединен с блоком обработки сигналов, а блок обработки сигналов соединен с блоком сравнения и датчиками угла поворота приводной части и силомоментного очувствления, причем блок сравнения через регулятор соединен с приводом (патент на ПМ №196167, 18.02.2020, бюл. №5).
[4]Недостатком данного устройства является то, что оно может быть использовано для реабилитации только стопы, что снижает диапазон его применения.
[5]Указанные недостатки частично устранены в мехатронном устройстве для реабилитации голеностопного и коленного суставов, включающем неподвижное основание, на котором установлен привод поступательного движения, кинематически связанный с подвижной рамой, ложемент бедра, неподвижно установленный на основании и выполненный для закрепления бедра пациента с помощью манжеты, опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, причем опорная платформа состоит из двух частей телескопически соединенных между собой с помощью привода поступательного движения, нижняя часть опорной платформы выполнена для закрепления стопы пациента с помощью двух манжет, соединена шарнирно с подвижной рамой и снабжена приводом вращательного движения, установленным неподвижно на опорной платформе, ось вращения опорной платформы совпадает с осью вращения голеностопного сустава пациента, приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы и включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчик углового перемещения, выполненный с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и основанием, а также тензодатчики, установленные в опорной платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу для регулировки силы воздействия стопы на опорную платформу, при этом опорная поверхность основания выполнена дугообразной (см. патент на ПМ №221146 от 23.10.2023, бюл. №30).
[6]Недостатком данного устройства является то, что реабилитация пациента может происходить только при его нахождении в вертикальном положении, а также то, что оно предназначено для реабилитации только голеностопного и коленного суставов, что сужает диапазон его функционального применения.
[7]Задача полезной модели - расширение диапазона функционального применения.
[8]Поставленная задача решается тем, что мехатронное устройство для реабилитации нижних конечностей, включающее в себя основание, ложемент бедра, неподвижно установленный на основании и выполненный для закрепления бедра пациента с помощью манжеты, опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, причем опорная платформа состоит из двух частей, телескопически соединенных между собой с помощью привода поступательного движения, нижняя часть опорной платформы выполнена для закрепления стопы пациента с помощью двух манжет, приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы, а основание выполнено из двух частей, кинематически связанных между собой, причем нижняя часть основания выполнена с возможностью регулировки по высоте и снабжена приводом поступательного движения, верхняя часть основания выполнена с элементами крепления корпуса пациента и снабжена приводом вращательного движения, нижняя часть опорной платформы соединена шарнирно с опорной поверхностью стопы с помощью привода вращательного движения, а средство управления состоит из микроконтроллера, в состав которого входят блок принятия решений, включающий в себя бортовой вычислитель, блок задания движений, блок обработки сигналов, включающий в себя аналого-цифровые преобразователи, фильтры, блок сравнения, причем средство управления включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчики углового перемещения, выполненные с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и нижней частью основания, относительного угла поворота между верхней и нижней частями основания и относительного угла поворота между бедром и голенью, а также тензодатчик, установленный в нижней части опорной платформы и выполненный с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу.
[9]Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что основание выполнено из двух частей кинематически связанных между собой, причем нижняя часть основания выполнена с возможностью регулировки по высоте и снабжена приводом поступательного движения, верхняя часть основания выполнена с элементами крепления корпуса пациента и снабжена приводом вращательного движения, нижняя часть опорной платформы соединена шарнирно с опорной поверхностью стопы с помощью привода вращательного движения, а средство управления состоит из микроконтроллера, в состав которого входят блок принятия решений, включающий в себя бортовой вычислитель, блок задания движений, блок обработки сигналов, включающий в себя аналого-цифровые преобразователи, фильтры, блок сравнения, причем средство управления включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, датчики углового перемещения, выполненные с возможностью отслеживания относительного угла между стопой пациента и нижней частью основания, относительного угла поворота между верхней и нижней частями основания и относительного угла поворота между бедром и голенью, а также тензодатчик, установленный в нижней части опорной платформы и выполненный с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на опорную платформу.
[10]Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение диапазона функционального применения.
[11]Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
[12]На фиг. 1, 2 и 3 показана функциональная схема устройства при различных положениях корпуса и нижних конечностей пациента, на фиг. 4 - блок-схема средства управления.
[13]В состав устройства входит рама 1, на которой установлена нижняя часть 2 основания, кинематически связанная с верхней частью 3 основания с помощью привода вращательного движения 4. Нижняя часть 2 выполнена с возможностью регулировки по высоте и связана с приводом поступательного движения 5, установленным неподвижно на раме 1. На нижней части 2 основания установлены ложемент бедра 6 и опорная платформа, состоящая из нижней 7 и верхней частей 8, телескопически связанных между собой и имеющей элементы крепления голени и стопы. Ложемент бедра 6 кинематически связан с верхней частью опорной платформы 8 с помощью привода вращательного движения 10. На верхней части опорной платформы 8 установлен привод поступательного движения 9, кинематически связанный с нижней частью опорной платформы 7. Нижняя часть опорной платформы 7 соединена шарнирно с опорной поверхностью стопы 12 и снабжена приводом вращательного движения 11. Стопа пациента 13 закрепляется на опорной поверхности 12 с помощью манжеты 14, а бедро пациента закрепляется на ложементе 6 с помощью манжеты 15. На нижней части опорной платформы 7 установлен датчик давления 16 выполненный с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента 13 на нижнюю часть опорной платформы 7. Корпус пациента 17 закрепляется на верхней части 3 основания с помощью системы крепления 18.
[14]Средство управления состоит из микроконтроллера 19, в состав которого входят блок принятия решений, включающий в себя бортовой вычислитель, блок задания движений, блок обработки сигналов, включающего в себя аналого-цифровые преобразователи, фильтры, блока сравнения (на фиг. не показаны), а также датчики углового перемещения 20, 21 и 22, линейного перемещения 23, 24 и давления 25. Микроконтроллер 19 через драйверы 26, 27, 28, 29 и 30 электрически связан с приводами 31, 32, 33, 34 и 35, которые приводят в движение верхнюю часть основания 3, нижнюю часть основания 2, опорную платформу и опорную поверхность 12.
[15]Работа устройства реализуется следующим образом. Корпус пациента 17 фиксируется с помощью системы крепления 18 на верхней части основания 3, бедро пациента закрепляется на ложементе 6 с помощью манжеты 15, а стопа пациента 13 закрепляется на опорной поверхности 12 с помощью манжеты 14. Приводом поступательного движения 5 регулируется высота подъема верхней части 3 основания. Приводом поступательного движения 9 регулируется расстояние между верхней 8 и нижней 7 частями опорной платформы в зависимости от длины голени пациента. От средства управления подаются управляющие сигналы на приводы 4, 10, и 11 для согласованного принудительного сгибания голеностопного, бедренного и тазобедренного суставов пациента по заранее установленной программе, без участия человека.
[16]Работа средства управления реализуется следующим образом. Врач-реабилитолог задает режим работы аппарата. Микроконтроллер 19 формирует сигналы, которые усиливаются драйверами 26, 27, 28, 29 и 30, затем сигнал проступает на электроприводы 31, 32, 33, 34 и 35. Исполнительное звено электропривода 5 поступательного движения изменяет положение верхней части основания 3, в качестве обратной связи выступает датчик линейного перемещения 24. Исполнительное звено привода поступательного движения 9 регулирует расстояние между верхней 8 и нижней 7 частями опорной платформы в зависимости от длины голени пациента, в качестве обратной связи применяется датчик линейного перемещения 23. Электропривод вращательного движения 11 оказывает воздействие на нижнюю часть опорной платформы 7. Роль обратной связи выполняет датчик угла поворота 20, а также датчик давления 25, который регистрирует силу воздействия стопы пациента на нижнюю часть опорной платформы 7. Электропривод 10 при помощи исполнительного звена поворачивает нижнюю часть опорной платформы 7 относительно верхней части 8, роль обратной связи играет датчик угла поворота 23. Электропривод 4 вращательного движения оказывает воздействие на верхнюю часть основания 3, роль обратной связи выполняет датчик угла поворота 21. Информация с датчиков отправляется на микроконтроллер 19, где происходит сравнение заданных величин с действительными, формируя ошибки по управляемым переменным. Исходя из данных ошибок производится корректировка параметров работы устройства.
[17]Использование данного устройства поможет проводить реабилитацию нижних конечностей при различных положениях корпуса пациента, что позволит ускорить процесс восстановления суставов, а также повысить качество реабилитации за счет соблюдения правильных углов наклона стопы пациента, относительных углов наклона между бедром и голенью, а также относительных углов наклона между корпусом пациента и бедром. Кроме того, устройство можно применять для обеспечения движения и крепления мышц, повышения общей работоспособности, улучшения крово- и лимфообращения, обмена веществ в мышцах и суставах, восстановления их функций.
[18]Подобное устройство может быть востребовано, как у профессиональных спортсменов, подверженных травмам такого типа, так и в травматологических отделениях больниц.
