шагопед

Формула изобретения

Шагопед, содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим с опорной платформой для обуви, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, соединяющий рычаги, выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением и кинематически связан с подвижной платформой, отличающийся тем, что механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением дублирован на уровне коленного сустава и состоит из подвижного цилиндрического многозубчатого храпового колеса с профильным осевым отверстием, наклонными зубьями и цилиндрическим углублением на одном торце,и расположенного с возможностью перемещения по многогранной части оси коленного шарнира, помещенной внутри кольцевого углубления неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах подколенного щитка, двух цилиндрических пружин, одна из которых с большим усилием сжатия расположена между радиальным подшипником на подколенном щитке и выступающими концами штифта, пропущенного через многранную часть оси коленного сустава и цилиндрический концевик троса и находящегося в соприкосновении с поверхностью цилиндрического углубления подвижного храпового колеса, а вторая пружина с меньшим усилием сжатия расположена в цилиндрических углублениях на втором торце подвижного храпового колеса и корпуса надколенного щитка, троса с цилиндрическим концевиком, пронизанного перпендикулярно оси штифтом, ось коленного шарнира со стороны надколенного щитка имеет следующие друг за другом осевые цилиндрические углубления различного диаметра для размещения заглушки, цилиндрического концевика троса, троса, а со стороны подколенного щитка - конусное углубление, переходящее в цилиндрическое, где размещен трос, при этом трос связан через устройство натяжения с П-образной скобой, расположенной внутри стремени голеностопного щитка и взаимодействующей с опорной платформой для обуви, а рычаги выполнены сборными и состоят из паховых щитков, полос, надколенных, подколенных и голеностопных щитков и шарниров для регулирования щитков под антропометрические параметры конечностей пользователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спорту и медицинской технике, а именно, к ортопедии.

Известно устройство для ходьбы (авт.св. СССР N 975012, кл. А 61 Н 3/00), содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом с помощью оси тазобедренные и голеностопные рычаги, снабженные элементами крепления к ноге и опорной платформой, установленной на свободном конце рычагов. Оно также снабжено шестерней и рукояткой, установленными на общей оси, причем, шестерня укреплена на каркасе, рукоятка установлена с возможностью перемещения относительно шестерни, а рычаги выполнены в виде двух шарнирно связанных звеньев, снабжены ограничителем и имеют зубчатый сектор, взаимодействующий с шестерней.

Совпадающими с предлагаемым устройством признаками являются каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом с помощью оси две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, снабженных элементами крепления к ноге и опорная платформа, установленная на свободном конце голеностопного рычага. Рычаги выполнены в виде двух шарнирно связанных звеньев.

Данное устройство не обеспечивает поддержание массы тела пользователя, ввиду того, что используемые в нем шарнирные соединения обладают свойством полной подвижности, что не позволяет динамически создавать жесткую опорную конструкцию без использования мышечных усилий рук.

Известно также устройство для шагового перемещения (авт.св. СССР N 1669108, кл. А 63 В 25/10, 1991), содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирных узлов тазобедренного и голеностопного рычагов с элементами крепления к ногам, и шарнирно связанные со свободными концами голеностопных рычагов опорные платформы для обуви. Каждый из шарнирных узлов, соединяющий рычаги, снабжен механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением в виде сегмента с наклонными зубьями и взаимодействующей с ними собачкой и средством управления собачкой.

Совпадающими с предлагаемым устройством признаками являются каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирных узлов тазобедренного и голеностопных рычагов с элементами крепления к ногам и шарнирно связанные со свободными концами голеностопных рычагов опорные платформы. Шарнирные узлы, соединяющие рычаги, снабжены механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением со средствами управления им.

Устройство обеспечивает поддержание и передвижение пользователя, но не обладает достаточным удобством применения, а механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением шарнирных узлов недостаточно надежен.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является шагопед (авт.св. СССР N 1814911, кл. А 63 В 25/00), содержащий каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом четыре пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов, шарнирно связанные со свободными концами голеностопных рычагов опорные платформы для обуви, шарнирный узел с механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанные между собой полусферические зубчатые колеса, валы и барабан с тросом, а механизм фиксации шарнирного узла, соединяющего рычаги, выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанным с подвижной платформой для обуви, при этом голеностопные рычаги выполнены с возможностью осевого перемещения.

Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим с опорной платформой для обуви, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, соединяющий рычаги, выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением, кинематически связанный с подвижной платформой.

Устройство конструктивно усложнено и требует постоянного использования мышечных сил рук для поддержания и перемещения массы тела. Это в свою очередь не позволяет использовать мышечную силу рук для выполнения других функций (например, перенос груза) одновременно с поддержанием массы тела и передвижением. Кроме того, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, соединяющий рычаги, также излишне усложнен и не обладает достаточной надежностью, а устройство недостаточно удобно в применении и транспортировке.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для ходьбы, в котором новое конструктивное выполнение механизма фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением и средств управления его подвижностью, а также опорных рычагов и элементов крепления к туловищу, позволило получить устройство для ходьбы упрощенной конструкции с повышенной надежностью и простотой регулирования устройства под антропометрические параметры пользователя, возможностью закрепления устройства под одеждой и внутри обуви и удобства транспортировки.

Поставленная задача решается устройством, содержащим каркас с элементами крепления к туловищу, шарнирно связанные с каркасом две пары рычагов, каждая из которых состоит из соединенных между собой посредством шарнирного узла тазобедренного и голеностопного рычагов и соединена одним концом с каркасом, а другим с опорной платформой для обуви, механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, соединяющий рычаги, выполнен в виде пары колес с храповым зубчатым зацеплением и кинематически связан с подвижной платформой, а механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением дублирован на уровне коленного сустава и состоит из подвижного цилиндрического многозубчатого храпового колеса с профильным осевым отверстием и наклонными зубьями и цилиндрическим углублением на одном торце и расположенного с возможностью перемещения по многогранной части оси коленного шарнира, помещенной внутри кольцевого углубления неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах подколенного щитка, двух цилиндрических пружин, одна из которых с большим усилием сжатия расположена между радиальным подшипником на подколенном щитке и выступающими концами штифта, пропущенного через многогранную часть оси коленного сустава и цилиндрический концевик троса, и находящегося в соприкосновении с поверхностью цилиндрического углубления подвижного храпового колеса, а вторая пружина с меньшим усилием сжатия расположена в цилиндрических углублениях на втором торце подвижного храпового колеса и корпуса надколенного щитка, троса с цилиндрическим концевиком, пронизанного перпендикулярно оси штифтом, ось коленного шарнира со стороны надколенного щитка имеет следующие друг за другом осевые цилиндрические углубления различного диаметра для размещения заглушки, цилиндрического концевика троса, троса, а со стороны подколенного щитка

конусное углубление, переходящее в цилиндрическое, где размещен трос, при этом трос связан через устройство натяжения с "П" образной скобой, расположенной внутри стремени голеностопного щитка и взаимодействующей с опорной платформой для обуви, а рычаги выполнены сборными и состоят из паховых щитков, полос, надколенных щитков, подколенных щитков, голеностопных щитков и шарниров для регулирования щитков под антропометрические параметры конечностей пользователя.

Отличительными признаками этого устройства является то, что механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением дублирован на уровне коленного сустава и состоит из подвижного цилиндрического многозубчатого храпового колеса с профильным осевым отверстием и наклонными зубьями и цилиндрическим углублением на одном торце и расположенного с возможностью перемещения по многогранной части оси коленного шарнира, помещенной внутри кольцевого углубления неподвижного храпового цилиндрического колеса, расположенного на выступах подколенного щитка, двух цилиндрических пружин, одна из которых с большим усилием сжатия расположена между радиальным подшипником на подколенном щитке и выступающими концами штифта, пропущенного через многогранную часть оси коленного сустава и цилиндрический концевик троса, и находящегося в соприкосновении с поверхностью цилиндрического углубления подвижного храпового колеса, а вторая пружина с меньшим усилием сжатия расположена в цилиндрических углублениях на втором торце подвижного храпового колеса и корпуса надколенного щитка, троса с цилиндрическим концевиком, пронизанного перпендикулярно оси штифтом, ось коленного шарнира со стороны надколенного щитка имеет следующие друг за другом осевые цилиндрические углубления различного диаметра для размещения заглушки, цилиндрического концевика троса, троса, а со стороны подколенного щитка - конусное углубление, переходящее в цилиндрическое, где размещен трос, при этом трос связан через устройство натяжения с "П"-образной скобой, расположенной внутри стремени голеностопного щитка и взаимодействующей с опорной платформой для обуви, а рычаги выполнены сборными и состоят из паховых щитков, полос, надколенных щитков, подколенных щитков, голеностопных щитков и шарниров для регулирования щитков под антропометрические параметры конечностей пользователя.

Совокупность вышеперечисленных признаков предлагаемого устройства позволяет получить технический результат, заключающийся в том, что создано устройство для ходьбы упрощенной конструкции с повышенной надежностью и простотой регулирования устройства под антропометрические параметры пользователя, возможностью закрепления устройства под одеждой и внутри обуви и удобства транспортировки.

На фиг. изображено устройство, закрепленное на теле пользователя, вид спереди; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 вид сзади; на фиг. 4 - коленный шарнир в сборе, вид сбоку, наружная сторона; на фиг. 5 то же, вид спереди; на фиг. 6 внутренняя сторона корпуса коленного шарнира, вид спереди; на фиг. 7 тыльная сторона корпуса коленного шарнира; на фиг. 8 - корпус коленного шарнира в разрезе, вид сбоку; на фиг. 9 храповое колесо коленного шарнира; на фиг. 10 голеностопный узел, вид снизу; на фиг. 11 - седло, вид снизу; на фиг. 12 вид сбоку; на фиг. 13 основание опорного седла в разрезе по А-А фиг. 11; на фиг. 14 узел I натяжения троса по фиг. 2; на фиг. 15 основание опорного седла, вид сбоку и сверху; на фиг. 16 - механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением в разрезе по Б-Б фиг. 5;

Устройство содержит (фиг. 1, 2 и 3) каркас, состоящий из опорного седла 1, паховые щитки 2, трехугольную рамку 3, рычаги, включающие полосы 4, надколенные щитки 5, подколенные щитки 6, полосы 7, голеностопные щитки 8 со стременем, рояльные петли щитков 9, трос 10 управления механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, (фиг.14) втулку 11 узла регулирования натяжения троса (фиг. 2 и 3) элементы крепления, включающие фиксирующие ремни 12, поясной ремень 13, (фиг. 3) "Т"-образную планку 14 с костыликами и карданным соединением, поддерживающий ремень (планку) 15, (фиг. 3) подтяжки 16 (фиг. 13 и 17) основание 17 опорного седла, (фиг. 13) фиксатор 18 основания, (фиг. 11 и 12) корпус 19 крепления основания (фиг. 11) сферические (шаровые) подшипники 20, втулка 21 оси, ось 22, (фиг. 13) амортизирующую накладку 23 седла, чехол 24 седла, (фиг. 12) ось 25 коленного шарнира (фиг. 4-6,8 и16)гайку 26, (фиг. 14) "П"-образную скобу 28 с основанием 27, пропущенную длинными концами через отверстия в подвижной опорной платформе (стрелке обуви) 29, (фиг. 10) механизм фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, состоящий из цилиндрического храпового колеса 30 с наклонными зубьями на торце и цилиндрическим углублением 31, профильного осевого отверстия 32 неподвижного храпового цилиндрического колеса 33, расположенного на выступах подколенного щитка 6 (фиг. 9 и 8), цилиндрических пружин 34 и 35, радиального подшипника 36, кольцевого углубления 37 на выступе надколенного щитка 5, заглушки 38, цилиндрического концевика 39 троса, цилиндрического углубления 40 оси 25, штифта 41, окна 42, воронки 43 (фиг. 16).

Работа устройства следующая. Тело пользователя прикрепляется к каркасу с элементами крепления к туловищу. Для этого, оно подвешивается в тазобедренной области на седле 1 и/или в подмышечной области на костыликах планки 14. Для удобства применения основание седла 1 имеет амортизационное покрытие 23 с чехлом 24. При этом костылики планки 14 через карданное соединение планки 15, упираются в седло 1 и через него в паховые шарниры (подшипники) 20, на осях 22 которых крепятся тазобедренные рычаги, которые образуются путем помещения в карман щитка 2 одного из концов полосы 4, а в карман щитка 5 другого. Свободный конец тазобедренных рычагов через шарнирный узел с осью 25 взаимодействует с голеностопными рычагами, также состоящими из элементов. Так, ось 25 шарнирного узла расположена на одном конце щитка 6, в кармане которого расположен один конец полосы 7, а другой конец полосы помещается в карман щитка 8. Щиток 6, полоса 7 и щиток 8 в сборе и представляют собой голеностопный рычаг. При этом, длина полос 4 и 7 подбирается таким образом, чтобы длина рычагов соответствовала длине нижней конечности (от тазобедренного сустава до подошвы стопы). В свою очередь, щитки 2,5,6 и 8 также регулируются под антропометрические параметры пользователя. Для этого, проворачивая звенья щитков 2,5,6 и 8 относительно рояльных петель 9 добиваются соответствия кривизны внутренней поверхности щитков, соответствующей форме взаимодействующей с ней конечности. После этого полученная форма щитков фиксируется, например, стопорением подвижности петель 9. Седло в паховой области удерживается подтяжками 16, рамкой 3, ремнем (планкой) 15. Нижние конечности крепятся к рычагам с помощью щитков 2, 5, 6 и 8, ремней 12. Таким образом, с помощью шарниров 9 и различной длины полос 4 и 7, вставляемых в карманы на щитках, элементы конструкции выполняются под антропометрические параметры пользователя. В области коленного сустава выступы щитков 5 и 6 образуют шарнирные узлы на многогранной оси 25, на которой перемещается храповое колесо 30, удерживаемое с двух сторон цилиндрическими пружинами 34 и 35. При этом усилие пружины 35 должно превышать усилие пружины 34. Тогда в исходном состоянии при разгруженной опорной платформе 29, храповое колесо 30 не взаимодействует с зубьями колеса 33. Под действием массы тела и груза опорная платформа 29 воздействует на основание скобы 27, которая перемещается относительно стремени голеностопного щитка 8. Стремя упирается в подошву обуви и соответственно тросы 10 вытягиваются из осевого отверстия осей 25. Цилиндрические концы 39 тросов 10 с продетыми штифтами 41 сжимают пружины 35. В результате, под действием усилия пружин 34, колеса 30 вводятся в зацепление с колесами 33. Наличие цилиндрических отверстий в щитке 6 позволяет осуществлять движение в одном направлении за счет возможности свободного вращения осей 25 и храпового эффекта в шарнирных узлах. В таком случае, если пользователь нагружает опорные платформы 29 в сидячем положении т.е. сидя упирается ногами в дорожное покрытие, а затем переходит в вертикальное положение, то за счет храпового эффекта зубьев колес 30 и 33 происходит взаимное распрямление рычагов конструкции в шарнирных узлах. Если возникает необходимость в подъеме и перемещении груза, то он крепится к коротким концам планки 14. При достижении вертикального положения мышцы ног расслабляются и за счет храпового эффекта в шарнирных узлах обеспечивается режим отдыха пользователя на опорном седле 1 и/или поддерживающих костыликах планки 14.

Таким образом, в статическом положении масса пользователя и груз поддерживаются в тазобедренной и/или подмышечных областях на жестком каркасе, образованном седлом 1, планкой 14 с костыликами, щитками 2, 5, 6 и 8, полосами 4 и 7. При этом в режиме стоячего отдыха усилия мышц используются только для удержания тела человека от опрокидывания.

Работа устройства в динамике отличается тем, что свобода перемещения нижних конечностей пользователя достигается перенесением центра тяжести на опорную конечность и освобождением за счет этого опорной платформы 29 не опорной конечности. Соответственно, под действием усилия пружины 35 колеса 30 выходят из зацепления с зубьями колес 33 шарнирных узлов не опорной конечности и шарнирные узлы разблокируются. Тем самым становится возможным подъем, сгибание и перемещение вперед этой конечности, т.е. делается естественное шаговое движение. Масса тела и груза продолжают удерживаться на жесткой конструкции, образованной тазобедренным и голеностопным рычагами опорной конечности. При возникновении необходимости приседания, в том числе с грузом, центр тяжести переносится на носки обуви и с помощью голеностопных мышц разгружаются опорные платформы 29 в зонах их взаимодействия с основанием скоб 27. В результате шарнирные соединения коленных суставов обеих конечностей обретают полную подвижность и становится возможным осуществление приседания. При этом, на любой стадии перемещения (подъема, приседания, шагового перемещения) пользователь разгружает свой скелетно-мышечный аппарат за счет возможности управляющего воздействия на шарнирные узлы с механизмом фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением с использованием незначительного мышечного усилия. Наличие сферических подшипников 20 позволяет осуществлять естественные движения конечностям в тазобедренных суставах, а наличие стремян, помещаемых в обувь, снимает ограничение подвижности в голеностопных суставах. Дублирование механизмов фиксации шарнирного узла с храповым зубчатым зацеплением, расположенных с двух сторон коленного сустава, многозубчатость их зацепления и обеспечение щадящего режима функционирования при распрямлении опорной конечности повышает надежность функционирования устройства.

В результате у пользователя появляется возможность стоячего отдыха, ходьбы с поддержанием массы тела и груза во всех режимах шагового перемещения, переход из стоячего положения в сидячее и наоборот. Разборная конструкция устройства и возможность ношения под одеждой повышает удобство его применения. Первоначальное обучение пользователя применению устройства должно производиться либо инструкторами, либо с помощью инструкции, с подстраховкой от падения самостоятельно. Таким образом, расширяется возможность использования устройства, в частности для профилактики статического стреса, повышается надежность функционирования и удобство его применения.