PL238036B1 - Stacjonarny robot do rehabilitacji kończyn dolnych - Google Patents

Abstract

Na płaskiej platformie robota zamocowane są dwie pionowe kolumny przednie (2a, 2b) i dwie pionowe kolumny tylne (3a, 3b). Osadzone w prowadnicy poziomej kolumny przednie (2a, 2b) są symetrycznie przemieszczane przez mechanizm nastawy rozstawienia w zakresie obejmującym - położenie zsuniętych kolumn przednich (2a, 2b) na wymiar między ich powierzchniami wewnętrznymi równy szerokości wózka inwalidzkiego oraz położenie rozsunięcia na wymiar przy którym wymiar szerokości wózka inwalidzkiego występuje między nogami mechanicznymi (2.3a, 2.3b) zawieszonymi na kolumnach przednich (2a, 2b). Na powierzchniach wewnętrznych kolumn przednich (2a, 2b) znajdują się pionowe prowadnice z napędem śrubowym mechanizmu nastawy wysokości miednicy. Nogi mechaniczne (2.3a, 2.3b) obejmują z zewnątrz dolne kończyny pacjenta przez: zespoły prowadzenia miednicy - wymuszające w obu nogach mechanicznych (2.3a, 2.3b) symetrycznie naprzemienny ruch przegubów stawu biodrowego o trajektoriach zbliżonych do elipsy, oraz przez napędzane zespołami wychylnymi nastawne łączniki ud i podudzi oraz łączniki stóp. Kolumny tylne (3a, 3b) zamocowane są w rozstawieniu powierzchni wewnętrznych równym wymiarowi między zsuniętymi kolumnami przednimi (2a, 2b), ponad to mają prowadnice pionowe dwóch napędzanych symetrycznie ramion wysięgu (3.1), połączonych na górnych końcach przez wysięgnik zakończony poprzeczką z dwoma uchwytami (3.1.9) dla rąk pacjenta. W pionowej prowadnicy jednego z ramion wysięgu (3.1) zamocowany jest odchylny wspornik podpory plecowej (3.2). Wszystkie serwomotory napędzające ruchome elementy robota sterowane są sygnałami z oprogramowanego komputera wraz z kontrolą położenia i występujących sił przez czujniki pomiarowe.

Description

Przedmiotem wynalazku jest stacjonarny robot do rehabilitacji kończyn dolnych, przeznaczony zwłaszcza do terapii pacjentów dorosłych z poważną niesprawnością ruchowa lub brakiem kontroli ruchów kończyn dolnych. Robot stosowany może być dla pacjentów po porażeniu mózgowym, cierpiących na choroby neurologiczne - chorobę Parkinsona, poprzeczne porażenie obu kończyn dolnych, po urazach komunikacyjnych, dla osób z zanikiem mięśni w nogach po dłuższym okresie pozostawania w pozycji leżącej lub siedzącej.

Znanych jest wiele urządzeń wspomagających odzyskiwanie sprawności i koordynacji kierowania ciałem podczas chodzenia. Szczególną grupę stanowią rozwiązania wymuszające ćwiczenia bierne z napędami programowo sterowanych ruchów stawów biodrowych, kolanowych i goleniowo-skokowych, wykonywane w płaszczyźnie strzałkowej bez kontaktu stóp z podłożem, czyli bez obciążenia ciężarem ciała. Urządzenie przedstawione w polskim opisie patentowym nr PL224669 zawiera statyw z dwoma kolumnami, w których znajdują się pionowe prowadnice zespołów nóg mechanicznych. Nogi mechaniczne obejmują z zewnątrz dolne kończyny pacjenta, ramionami stawu biodrowego, łącznikami ud i podudzi o regulowanych długościach oraz łącznikami stóp. Elementy te są wyposażone odpowiednio w boczne dociski biodrowe, obejmy ud, obejmy podudzi i podpory stóp, sprzęgane w ortezy stawowe kończyn dolnych pacjenta. Za ramionami stawu biodrowego znajduje się podpora pleców o głębokości regulowanej w płaszczyźnie strzałkowej oraz zamocowanej wychylnie względem prostopadłych osi pionowej i poziomej. Ze statywem połączone jest siedzisko, co umożliwia wykonywanie ćwiczeń siadania i wstawania, a po jego usunięciu poruszania nogami w pozycji stojącej pacjenta, natomiast nie posiada wysięgu wspomagającego unoszenie pacjenta do pozycji pionowej. Ustalona w poziomie wspólna oś obrotu stawów biodrowych umożliwia naprzemienny ruch zespołów wychylnych nóg mechanicznych tylko w płaszczyznach strzałkowych - co nie odwzorowuje występujących anatomicznie przy chodzeniu przechyleń osi tych stawów również w płaszczyznach strzałkowej i czołowej. Ramiona stawów biodrowych osadzone są obrotowo w pionowych prowadnicach do statywu, co umożliwia ich rozchylenie na boki i ułatwia wprowadzanie pacjenta przestrzeń wewnętrzną urządzenia, w pozycji stojącej lub na wózku inwalidzkim. Wszystkie napędy ruchomych elementów urządzenia, to jest: nastawne łączniki i przeguby w zespołach nóg mechanicznych oraz podpora pleców są sterowane sygnałami z oprogramowanego komputera, bez kontroli ich położenia i siły przez czujniki pomiarowe.

Znany jest również z opisu patentowego EP3290016 (US10413470B2) stacjonarny robot do rehabilitacji kończyn dolnych, w którym wymuszane mechanicznie ruchy kończyn prowadzone są przy pochyleniu całego ciała w zakresie od poziomu do pionu, dobranym odpowiednio do aktualnego stanu niesprawności ruchowej pacjenta. Urządzenie posiada sztywno połączone z platformą dwie pionowe kolumny z prowadnicami, w których zawieszona jest przesuwnie oś wychylania odcinka plecowego łoża, i do którego po stronie krawędzi miednicowej przyłączone są wychylne zespoły nóg mechanicznych. Dokładnie opisany w opisie zespół nóg mechanicznych zawiera oprócz elementów adekwatnych do występujących w kończynach człowieka: miednicy jako bazy mocowania stawów biodrowych, łączników uda i podudzia o długościach manualnie regulowanych, łączników stóp, przegubów stawu biodrowego, stawu kolanowego i stawu goleniowo - skokowego - elementy łączące w postaci: docisków biodrowych, obejm ud i podudzi oraz podpór stóp. Ponad to nogi mechaniczne posiadają mechanizmy napędowo regulacyjne umożliwiające dostosowanie wymiarów do występujących u pacjenta oraz wykonywania przemieszczeń kątowych określonych w programie komputerowym. W podporach stóp pacjenta zabudowane są czujniki nacisku, których sygnał przekazywany jest do oprogramowanego komputera i uwzględniany w relacji z kątem pochylenia ciała.

Czynność chodzenia narzuca złożoną, dwustronnie symetryczną strukturę ruchu miednicy. Przy każdym z naprzemiennych kroków, lewy i prawy staw biodrowy przemieszczają się symetrycznie i trójwymiarowo w płaszczyznach strzałkowej i czołowej - zakreślając w rzucie na płaszczyznę strzałkową trajektorię o kształcie zbliżonym do elipsy.

W rozwiązaniu według amerykańskiego zgłoszenia wynalazku US2014228720A1 realizowany jest ruch częściowo podobny do naturalnego wzorca ruchu stawów biodrowych przy chodzeniu, uzyskany przez zastosowanie zespołu prowadzenia miednicy ale w warunkach gdy pacjent stopami chodzi po bieżni. Zespół zawiera pozioma i prostopadłą do płaszczyzny strzałkowej y-z prowadnicę zamocowaną do statywu przez nienapędzany czworobok przegubowy, a tylko odciążony przez mechanizm linkowym. Na prowadnicy suwliwie osadzone są dwa teleskopowe ramiona biodrowe skierowane równolegle do pionowej płaszczyzny strzałkowej y-z oraz połączone z siłownikami, które dociskają ramiona

PL 238 036 B1 do stawów biodrowych miednicy pacjenta za pośrednictwem elastycznej obejmy a jednocześnie przesuwają łącznie oba ramiona po prowadnicy. W każdym z ramion zabudowane są śrubowe siłowniki kulowe, zmieniające długość każdego z ramion biodrowych - co jednocześnie zmienia położenie w płaszczyźnie strzałkowej przyległego stawu biodrowego, który objęty jest sąsiadującym fragmentem elastycznej obejmy biodrowej. Sterowalnymi w zespole prowadzenia miednicy są tylko współrzędne „z” i „x” stawu biodrowego mechanicznej nogi, czyli w poziomej płaszczyźnie poprzecznej. Składowa pionowa „y” ruchu stawu biodrowego jest niesterowana, możliwa jest jej zmiana w ramach swobody pionowego przemieszczenia odciążonego równoległoboku podwieszenia prowadnicy oraz elastyczności obejmy biodrowej. Do końców ramion biodrowych zespołu prowadzenia miednicy podwieszone są pozostałe ruchome elementy nóg mechanicznych.

Przestrzenna struktura przemieszczeń miednicy człowieka podczas chodzenia jest dokładnie opisana między innymi w opisie patentowym US7125388B1. Opis ten ujawnia również urządzenie realizujące naturalną kinematykę ruchów miednicy przez sterowany napęd położenia każdego z przegubów stawu biodrowego, zamocowanego do opaski dociskowej biodra. Zaprogramowana zmiana położenia przestrzennego lewego i prawego przegubu stawu dokonywana jest zespołem prowadzenia miednicy w którym do przegubu każdego stawu dołączone są trzy siłowniki liniowe: pneumatyczne, hydrauliczne lub elektryczne, zamocowane tłoczyskami do każdego z przegubów. Dwa z trzech siłowników zamocowane są w płaszczyźnie zasadniczo poziomej a trzeci skierowany jest skośnie do góry. Jako korzystne wskazano w opisie zastosowanie siłowników pneumatycznych, które są sterowane według numerycznego oprogramowania wysunięcia tłoczysk i ich siły. Parametry te kontrolowane są przez zintegrowane z siłownikami potencjometry liniowe i czujniki ciśnienia. Układ napędu inicjowany sprężonym powietrzem jest mało dokładny w zachowaniu ścisłej realizacji zaprogramowanego modelu siły z szybkością ruchu.

Robot do rehabilitacji kończyn dolnych według wynalazku ma ułatwić czynności wprowadzania i „uzbrojenia” pacjenta w ortezy wewnątrz przestrzeni ćwiczeń, zapewnić pełną identyczność sterowania ruchów mechanicznie wymuszonych z anatomicznym wzorcem chodzenia, zwłaszcza ruchu miednicy, zwiększyć poziom bezpieczeństwa rehabilitacji pacjenta i umożliwić korektę parametrów oprogramowania poprzez bieżącą kontrolę położeń i sił występujących w istotnych elementach konstrukcji robota.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku ma wiele cech wspólnych z powyżej opisanymi, znanymi urządzeniami, zawiera również statyw z dwoma pionowymi prowadnicami zawieszenia nóg mechanicznych wyposażonych w zespoły prowadzenia miednicy i napędzanych wychylnie ortez stawów kończyny dolnej, oraz posiada elastyczną podporę plecową, ponad to napędy ruchomych elementów robota sterowane są sygnałami z oprogramowanego komputera z kontrolą położeń i sił przez czujniki pomiarowe. Robot według wynalazku wyróżnia się tym, że statyw ma postać płaskiej platformy z symetrycznie usytuowanymi względem płaszczyzny strzałkowej dwoma pionowymi kolumnami przednimi i dwoma pionowymi kolumnami tylnymi. Kolumny przednie osadzone są przesuwnie w prowadnicy poziomej wykonanej wewnątrz platformy w płaszczyźnie czołowej i są symetrycznie przemieszczane przez mechanizm nastawy rozstawienia w zakresie obejmującym - położenie zsuniętych kolumn przednich na wymiar między ich powierzchniami wewnętrznymi równy szerokości wózka inwalidzkiego oraz położenie rozsunięcia na wymiar przy którym wymiar szerokości wózka występuje między nogami mechanicznymi, które zawieszone są na kolumnach przednich. Ponad to w każdej kolumnie przedniej na powierzchni wewnętrznej, równoległej do płaszczyzny strzałkowej zabudowane są pionowe prowadnice z napędem śrubowym zespołu prowadzenia miednicy. Zespół prowadzenia miednicy połączony jest z przegubem stawu biodrowego nogi mechanicznej sprzęganej z pacjentem przez obejmy ud, podudzi i stóp. Kolumny tylne zamocowane są sztywno do platformy w rozstawieniu powierzchni wewnętrznych równym wymiarowi między zsuniętymi kolumnami przednimi, a ponad to zabudowane są w nich pionowe prowadnice dla dwóch napędzanych symetrycznie ramion wysięgu. Ramiona wysięgu połączone są na górnych końcach przez wsporniki i dwa pręty równoległe ze skierowanym do przodu w płaszczyźnie strzałkowej wysięgnikiem. Wysięgnik zakończony jest poprzeczką z dwoma uchwytami dla rąk pacjenta. Podpora plecowa z poduszką elastyczną zamocowana jest na końcu odchylnego wspornika, połączonego drugim końcem przez przegub o pionowej osi obrotu z suwakiem osadzonym w pionowej prowadnicy jednego z ramion wysięgu.

Korzystnym jest wykonanie w którym mechanizm nastawy rozstawienia kolumn przednich zawiera serwomotor napędzający przez wielokrążkową przekładnię pasową, z obustronnie uzębionym pasem dwie przekładnie śrubowe, których śruby - skierowane prostopadle, i w przeciwne strony od płaszczyzny strzałkowej - połączone są z nakrętkami zamocowanymi do kolumn przednich.

PL 238 036 B1

Korzystnym jest również rozwiązanie zespołu prowadzenia miednicy, w którym ma on płytę pośrednią połączoną przez wbudowany w kolumnę przednią napęd śrubowy, oraz posiada zamocowany do płyty pośredniej suport z napędem złożonym z serwomotoru, przekładni pasowej i śrubowej oraz poziomych prowadnic, które usytuowane są w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny strzałkowej. Do suportu zamocowana jest płyta ruchu eliptycznego, która jest połączona przez wsporniki z ramionami przegubu stawu biodrowego i przez zespół wychylny z przegubem stawu biodrowego nogi mechanicznej.

W kolejnym korzystnym wykonaniu do ramion wysięgu są sztywno zamocowane wsporniki, wystające w kierunku kolumn przednich i które na końcach połączone są dwoma równoległymi prętami. Na pręcie przednim łożyskowany jest wysięgnik złożony z dwóch równoległych ramion, które na końcach ponad kolumnami przednimi połączonych poprzeczką z uchwytami dla rąk pacjenta. Natomiast na końcach usytuowanych przy pręcie tylnym ramiona połączone są z osadzonym na tym pręcie czujnikiem ciężaru pacjenta z wyświetlaczem.

Dalsze usprawnienie dotyczy podpory plecowej, której korzystnie wykonanie ma poziome prowadnice wysięgnika zakończonego poduszką elastyczną. Poduszka osadzona jest na płycie oporowej połączonej podatnie z wysięgnikiem przez pionową oś wychylania, wspornik i nakrętkę ze śrubą unoszenia, która napędzana jest serwomotorem przez przekładnię pasową. Na obudowie podpory znajduje się uchwyt podpory i pilot blokady położenia podparcia.

Kolejne usprawnienie polega na tym, że w ramionach zespołów wychylnych napędzających przeguby stawów biodrowych, kolanowych i skokowych wykonane są wycięcia zwiększające ich podatność na odkształcenia sprężyste, oraz że na powierzchniach czołowych i bocznych tych ramion są naklejone tensometry oporowe, których sygnały, przekazywane są do sterownika robota.

Opracowana konstrukcja robota według wynalazku zapewnia:

- przy odchylonej na bok podporze plecowej istotne ułatwienie czynności wprowadzenia i „uzbrojenia” pacjenta w elementy podtrzymujące i łączące go przez ortezy z nogami mechanicznymi, z dwustronnym dostępem do pacjenta doprowadzanego w pozycji stojącej lub na wózku inwalidzkim, i w zależności od stanu niesprawności ze wspomaganiem uniesienia i ewentualnym podtrzymywaniem pacjenta w pozycji ćwiczeń,

- wykonywanie ćwiczeń z wymuszeniem ruchu rotacyjnego miednicy bez uchwycenia bioder obejmą i w warunkach bez kontaktu pacjenta z podłożem, pacjenta który stojąc na ruchomych podporach stóp z połączeniem jego kończyn przez obejmy ud, podudzi i stóp do obu nóg mechanicznych robota zachowuje podczas ćwiczeń pionową pozycję ciała przez: podwieszenie uprzęży rehabilitacyjnej do poprzeczki wysięgu i/lub uchwycenie wystających przed pacjentem uchwytów połączonych z zespołami prowadzenia miednicy,

- podniesienie poziomu bezpieczeństwa ćwiczeń przez ciągłą kontrolę sił występujących w istotnych elementach nóg mechanicznych i wprowadzenie odpowiedniej korekty ruchów według oprogramowania sterownika.

Rozwiązanie według wynalazku wyjaśnione jest opisem przykładowego wykonania robota pokazanego na rysunku, którego poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1, Fig. 2 i Fig. 3 - robot w widoku perspektywicznym z góry, z kolejno z zsuniętymi kolumnami przednimi i z opuszczonym wysięgiem, rozsuniętymi kolumnami przednimi i z kolumnami przednimi zsuniętymi oraz z uniesionym do góry wysięgiem,

Fig. 4 i Fig. 5 - widok z przodu i z boku robota z rozsuniętymi kolumnami przednimi i uniesionym do góry wysięgiem,

Fig. 6 - widok z góry, przy rozsuniętych kolumnach przednich i zdjętym pokryciu platformy,

Fig. 7 - przekrój przez napęd rozstawienia kolumn przednich według linii A-A z Fig. 6,

Fig. 8 - elementy napędu rozstawienia w widoku perspektywicznym,

Fig. 9 - elementy napędu rozstawienia w widoku z boku,

Fig. 10 - widok z przodu na zespół prowadzenia miednicy przy zdjętym zespole wychylnym,

Fig. 11 - widok perspektywiczny rozstrzelony zespołu prowadzenia miednicy,

Fig. 12 - przekrój pionowy przez zespół prowadzenia miednicy,

Fig. 13 - przekrój pionowy przez kolumnę przednią i zespół prowadzenia miednicy

Fig. 14 do Fig. 16 - zespół wychylny kolejno w rzutach: z przodu, z boku i z góry, z oznaczeniem miejsc przyklejenia tensometrów oporowych,

Fig. 17 - widok perspektywiczny górnego fragmentu wysięgu,

Fig. 18 i Fig. 19 - widoki perspektywiczne podpory plecowej z oznaczeniem wychyleń i przemieszczeń,

PL 238 036 B1

Fig. 20 - widok perspektywiczny rozstrzelony podpory plecowej,

Fig. 21 i Fig. 22 - przekrój pionowy przez podporę plecową oraz powiększenie strefy zamocowania na wysięgniku poduszki elastycznej,

Fig. 23 - widok z przodu robota z naniesionymi linią przerywaną: sylwetką pacjenta podczas unoszenia i ważenia, podwieszonego przez uprząż rehabilitacyjną i lonże na poprzeczce wysięgu oraz podczas wykonywania ćwiczeń, z rękami na uchwytach zespołu prowadzenia miednicy,

Fig. 24 i Fig. 25 - widok na zespół prowadzenia miednicy od środka robota, kolejno w skrajnych położeniach wysokości stawu miednicy, dobranych dla wysokiego i niskiego pacjenta, oraz z zaznaczeniem trajektorii ruchy eliptycznego,

Fig. 26 i Fig. 27 - w ujęciu schematycznym widoki z boku robota w położeniach miednicy i wysięgu dostosowanych kolejno dla wysokiego i niskiego pacjenta,

Fig. 28 i Fig. 29 - widoki z boku i z przodu nóg mechanicznych z oznaczeniem kierunków pomiaru sił tensometrami oporowymi.

W poniższym opisie przykładowego wykonania robota, z uwagi na powtarzające się nazwy środków technicznych - przykładowo: serwomotor, śruba, prowadnica, przekładnia pasowa - występowanie ich w różnych zespołach zostało zróżnicowane przez uzupełnienie nazwy ujętą w cudzysłowiu cyfrą, przykładowo „śruba”2””.

Figury 1 do 5 rysunku dają pełny obraz zewnętrznej budowy robota rehabilitacyjnego o cechach wynalazku. Symetrycznie względem płaszczyzny strzałkowej robota, wyznaczonej przez osie y-z układu kartezjańskiego, na płaskiej platformie 1 zabudowane są dwie pionowe kolumny przednie 2a i 2b oraz dwie pionowe kolumny tylne 3a i 3b.

Kolumny przednie 2a i 2b osadzone są przesuwnie w wykonanej w płaszczyźnie czołowej x-y i wewnątrz platformy 1 prowadnicy poziomej „1” 2.1.1. Kolumny te przemieszczane są symetrycznie przez mechanizm nastawy rozstawienia 2.1.2 w zakresie obejmującym - od położenia zsuniętych kolumn przednich 2a i 2b na wymiar „c” między ich powierzchniami wewnętrznymi równy szerokości wózka inwalidzkiego, do położenia rozsunięcia na wymiar „d” przy którym wymiar szerokości wózka inwalidzkiego występuje między nogami mechanicznymi 2.3a i 2.3b zawieszonymi w prowadnicach pionowych „1” 2.2.1 na wewnętrznych powierzchniach kolumn przednich 2a i 2b. Mechanizm nastawy rozstawienia kolumn przednich 2.1, o budowie pokazanej na Fig. 6 do Fig. 9, zawiera serwomotor „1” 2.1.2 napędzający przez przekładnię pasową wielokrążkową 2.1.3 z pasem obustronnie uzębionym 2.1.4 dwie przekładnie śrubowe„1” 2.1.5, których śruby 2.1.6 - skierowane prostopadle i w przeciwne strony od płaszczyzny strzałkowej y-z - połączone są z nakrętkami „1 ” 2.1.7 zamocowanymi do obu kolumn przednich 2a i 2b. Na wewnętrznych powierzchniach obu kolumn przednich 2a i 2b znajdują się prowadnice pionowe „1” 2.2.1 mechanizmu nastawy wysokości miednicy 2.2, każdy złożony z serwomotoru 2.2.4 napędzającego przez śrubę „2” 2.2.2 nakrętkę „2” 2.2.3 zamocowaną do płyty pośredniej 2.4.1 zespołu prowadzenia miednicy 2.4 (Fig. 10 do Fig. 13). Na płycie pośredniej 2.4.1 zamocowany jest suport 2.4.2 z napędem poziomym złożonym z: serwomotoru „3” 2.4.3, przekładni pasowej „1” 2.4.4 i śrubowej „2” 2.4.5 oraz prowadnic poziomych „2” 2.4.6 usytuowanych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny strzałkowej y-z. Do suportu 2.4.2 zamocowana jest płyta ruchu eliptycznego 2.4.7, która jest połączona przez wsporniki „1” 2.4.8 z ramionami przegubu stawu biodrowego 2.4.9 i przez zespół wychylny 2.5 z przegubem stawu biodrowego 2.3.1 nogi mechanicznej 2.3a i 2.3b. Nogi mechaniczne 2.3a i 2.3b obejmują z zewnątrz dolne kończyny pacjenta PA przez: zespoły prowadzenia miednicy 2.4 wymuszające symetrycznie naprzemienny ruch przegubów stawów biodrowych 2.3.1 oraz przez napędzane zespołami wychylnymi 2.5 nastawne łączniki ud 2.3.4 i podudzi 2.3.5 oraz łączniki stóp 2.3.6. Ruch ramion przegubu stawu biodrowego 2.4.9 ma trajektorie t przestrzenne mające w rzucie na płaszczyznę strzałkową y-z kształt zbliżony do elipsy z usytuowanej poziomo osią dłuższą. Trajektorie t kreślone są przez złożenie sterowanych ruchów: pionowego - nastawą wysokości miednicy 2.2 i poziomego - przez suport 2.4.2 zespołu prowadzenia miednicy 2.4. Zespoły wychylne 2.5 mocowane są w nogach mechanicznych 2.3a i 2.3b, kolejno: między ramionami przegubu stawu biodrowego 2.3.1, nastawnymi łącznikami ud 2.3.4 i podudzi 2.3.5 oraz łącznikiem stóp 2.3.6 - nadając każdemu z nich - poprzez serwomotor„4” 2.5.4 i siłownik śrubowy 2.5.5 - kąt względnego pochylenia, określony oprogramowaniem sterownika. W ramionach 2.5.1 wszystkich zespołów wychylnych 2.5 wykonane są wycięcia 2.5.2 zwiększające ich podatność na odkształcenia sprężyste. Na powierzchniach czołowych i bocznych tych ramion 2.5.1 naklejone są tensometry oporowe 2.5.3, których sygnały przekazywane, są do sterownika robota, gdzie analizowane przez oprogramowanie układu sterowania pod kątem wartości i kierunku dają obraz sił występujących w poszczególnych stawach i ortezach nóg mechanicznych 2.3a i 2.3b zarówno

PL 238 036 B1 w płaszczyźnie strzałkowej y-z jak i w płaszczyźnie czołowej x-y - umożliwiając wprowadzenie wymaganych korekt parametrów do bezpiecznego zakresu.

Kolumny tylne 3a i 3b są sztywno zamocowane do platformy 1, umożliwiają unoszenie pacjenta PA do pozycji ćwiczeń bez kontaktu stóp z platformą 1 oraz zważenie pacjenta PA. Na wewnętrznych powierzchniach kolumny tylne 3a i 3b mają prowadnice pionowe „2” 3.1.1 dla dwóch napędzanych symetrycznie ramion wysięgu 3.1.2, które na górnych końcach połączone są przez wsporniki „2” 3.1.3 wystające w kierunku kolumn przednich 2a i 2b (Fig. 17). Wsporniki „2” 3.1.3 na końcach połączone są dwoma równoległymi prętami przednim 3.1.4 i tylnym 3.1.5. Na pręcie przednim 3.1.4 łożyskowany jest wysięgnik „1” 3.1.6 złożony z dwóch równoległych ramion 3.1.7, które na końcach ponad kolumnami przednimi 2a i 2b połączone są poprzeczką 3.1.8 z dwoma uchwytami „2” 3.1.9 dla rąk pacjenta PA. Tylne końce wysięgnika „1” 3.1.6 połączone z osadzonym na pręcie tylnym 3.1.5 czujnikiem ciężaru pacjenta 3.1.10 z wyświetlaczem wartości.

W pionowej „prowadnicy 2” 3.1.1 jednego z ramion wysięgu 3.1.2 osadzony jest suwak 3.2.1 z przegubem 3.2.2 o pionowej osi obrotu, połączony przez wychylny wspornik „3” 3.2.3 z podporą plecową 3.2 (Fig. 18), spełniającą zadania dodatkowego punktu podparcia i ewentualnie mocowania pacjenta PA w warunkach znacznego schorzenia. Podczas wprowadzania pacjenta PA do przestrzeni ćwiczeń robota, podpora plecowa 3.2 jest odchylana na bok za ramię wysięgu 3.1.2 na którym jest zawieszona i blokowana w tym położeniu - co otwiera pełny, z obu stron dostęp rehabilitanta do przestrzeni ćwiczeń i pacjenta PA. Położenie podpory plecowej 3.2 jest regulowane (Fig. 19) w płaszczyźnie strzałkowej y-z i wychylnie względem osi pionowej y i poziomej x przestrzennego układu współrzędnych kartezjańskich x,y,z. W obudowie 3.2.14 podpory plecowej 3.2 zamocowane są prowadnice poziome „3” 3.2.4 wysięgnika „2” 3.2.5, który zakończony jest płytą oporową 3.2.11 i poduszką elastyczną. 3.2.12. Wysunięcie wysięgnika „2” 3.2.5 dokonywane jest przez serwomotor „5” 3.2.6, przekładnie pasową „2” 3.2.7 i śrubową 3.2.8 (Fig. 20, 21, 22). Płyta oporowa 3.2.11 połączona jest z wysięgnikiem „2” 3.2.5 przez pionową oś wychylania 3.2.10, która ustalona jest we wsporniku „4” 3.2.15 na gumowych elementach podatnych. Do wspornika „4” 3.2.15 jest podatnie zamocowana nakrętka 3.2.16, która współpracuje z pionową śrubą unoszenia 3.2.9, napędzaną przez serwomotor „6” 3.2.17 połączony z wspornikiem „4” 3.2.15. Końce śruby unoszenia 3.2.9 łożyskowane są wysięgniku „2” 3.2.5. Elementy podatne - mocowania osi wychylenia 3.2.10 i nakrętki 3.2.16 umożliwiają ruch korpusu pacjenta PA przylegającego do podpory plecowej 3.2 zgodnie z wyznaczonym przez sterowany, eliptyczny ruch miednicy podczas chodu, a głębokość podparcia sprzężona jest z nastawą wysokości miednicy. Rozwiązanie umożliwia rotację poduszki elastycznej 3.2.12 względem pionowej osi y w płaszczyźnie-strzałkowej y-z w zakresie od -10° do +10° oraz translację pionową w zakresie od -2 do +2 cm - co odpowiada oscylacjom pionowym środka ciężkości pacjenta PA podczas chodzenia. Z tyłu do obudowy podpory 3.2.14 zamocowany jest pulpit z przyciskami sterowniczymi, a z boku uchwyt z pilotem blokady położenia, która realizowana jest za pomocą sprężyny gazowej.

Na kolejnych figurach rysunku przybliżone są właściwości użytkowe stosowania robota podczas ćwiczeń rehabilitacyjnych. Na widoku czołowym z Fig. 23 wrysowane są linią przerywaną pozycje rąk pacjenta PA w sytuacjach:

p1 - podczas unoszenia, zakładania uprzęży rehabilitacyjnej u, obejm ud 2.3.7, podudzi 2.3.8 i stóp 2.3.9, oraz ważenia, gdy pacjent PA w zależności od stopnia niedowładu trzyma się rękami za uchwyty „2” 3.2.9 poprzeczki 3.1.8 wysięgu 3.1 lub unoszony jest w uprzęży rehabilitacyjnej u zaczepionej przez lonże taśmowe u1 i oczka u2 na uchwytach „2” 3.2.9 poprzeczki 3.1.8, p2 - podczas wykonywania ćwiczeń, gdy pacjent PA ustalony jest w pozycji stojącej obejmami ud 2.3.7, podudzi 2.3.8 i stóp 2.3.9 oraz podporą plecową 3.2, ewentualnie podwieszony w uprzęży rehabilitacyjnej u, trzyma się rękami uchwytów „1” 2.4.10 zespołu prowadzenia miednicy 2.4.

Na Fig. 24 i 25 oraz na Fig. 26 i 27 pokazane są skrajne wysokości nastawy wysokości przegubu stawu biodrowego 2.3.1 oraz uchwytu „2” 3.1.9 wysięgu 3.1, dostosowane odpowiednio dla: wysokiego l1 i h1 oraz niskiego I2 i h2 pacjenta PA. Na Fig. 24 i 25 dodatkowo wrysowana jest trajektoria t eliptyczna ruchu ramienia przegubu stawu biodrowego 2.4.9. Robot zmienia wysokość na jakiej ćwiczy pacjent PA w sposób zautomatyzowany, wynikający z mechanizmu wnioskowania, oraz sprzężony mechanicznie i elektronicznie z podporą plecową 3.2 oraz z mechanizmem nastawy wysokości miednicy 2.2. Po umieszczeniu pacjenta PA w przestrzeni ćwiczeń jest on unoszony za pomocą wysięg 3.1 tak, by w pozycji wyprostowanej jego stopy znajdowały się w niewielkiej odległości ponad platformą 1

PL 238 036 B1 z jednoczesnym dostosowaniem długości nastawnych łączników ud 2.3.4 i podudzi 2.3.5. Ustawienia wymagają uwzględnienia niesymetrii kończyn dolnych pacjenta PA, nawet sytuacji braku części lub całości kończyny.

Na ostatnich rysunkach Fig. 28 i 29 naniesione zostały strzałki wskazujące miejsca i kierunki sił mierzonych tensometrami oporowymi 2.5.3 na nogach mechanicznych 2.3a i 2.3b. Wszystkie ruchy robota są komputerowo sterowane oprogramowaniem oraz kontrolowane za pomocą czujników. Przy pierwszych ćwiczeniach pacjenta PA jego wymiary wprowadzane są do bazy danych, co umożliwia ustawienie wymaganych parametrów robota na wstępie każdego z kolejnych ćwiczeń.

Wykaz oznaczeń na rysunku

Claims (6)

1. Stacjonarny robot do rehabilitacji kończyn dolnych, zawierający statyw z dwoma prowadnicami pionowymi „1” (2.2,1) nóg mechanicznych (2.3a, 2.3b), które obejmują z zewnątrz dolne kończyny pacjenta przez: zespoły prowadzenia miednicy (2.4) - wymuszające w obu nogach mechanicznych (2.3a, 2.3b) symetrycznie naprzemienny ruch przegubów stawów biodrowych o trajektoriach przestrzennych mających w rzucie na płaszczyznę strzałkową (y-z) kształt zbliżony do elipsy z osią dłuższą usytuowana poziomo - i przez napędzane zespołami wychylnymi (2.5) nastawne łączniki ud (2.3.4) i podudzi (2.3.5) oraz łączniki stóp (2.3.6), ponad to mający podporę plecową (3.2), której położenie jest regulowane w płaszczyźnie strzałkowej (y-z) i wychylnie względem osi pionowej (y) i poziomej (x) przestrzennego układu współrzędnych kartezjańskich (x,y,z), przy czym wszystkie napędy ruchomych elementów robota sterowane są sygnałami z oprogramowanego komputera wraz z kontrolą położenia i występujących sił przez czujniki pomiarowe (2.5.3), znamienny tym, że statyw ma postać płaskiej platformy (1) z symetrycznie usytuowanymi względem płaszczyzny strzałkowej (y-z) dwoma pionowymi kolumnami przednimi (2a, 2b) i dwoma pionowymi kolumnami tylnymi (3a, 3b), z których kolumny przednie (2a, 2b) osadzone są przesuwnie w prowadnicy poziomej „1” (2.1.1) wykonanej wewnątrz platformy (1) w płaszczyźnie czołowej (x-y) i są symetrycznie przemieszczane przez mechanizm nastawy rozstawienia (2.1.2) w zakresie obejmującym położenie zsuniętych kolumn przednich (2a, 2b) na wymiar (c) między ich powierzchniami wewnętrznymi równy szerokości wózka inwalidzkiego oraz położenie rozsunięcia na wymiar (d) przy którym wymiar szerokości wózka inwalidzkiego występuje między nogami mechanicznymi (2.3a, 2.3b) zawieszonymi na kolumnach przednich (2a, 2b), ponad to w każdej kolumnie przedniej (2a, 2b) na powierzchni wewnętrznej, równoległej do płaszczyzny strzałkowej (y-z) zabudowane są pionowe prowadnice „1” (2.2.1) z napędem śrubowym (2.2.4, 2.2.2, 2.2.3) mechanizmu nastawy wysokości miednicy (2.2), który połączony jest z przegubem stawu biodrowego (2.3.1) nogi mechanicznej (2.3a, 2.3b) sprzęganej z pacjentem przez obejmy ud (2.3.7), podudzi (2.3.8) i stóp (2.3.9), natomiast kolumny tylne (3a, 3b) zamocowane są sztywno do platformy (1) w rozstawieniu powierzchni wewnętrznych równym wymiarowi (c) między zsuniętymi kolumnami przednimi (2a, 2b), ponad to mają prowadnice pionowej” (3.1.1) dwóch napędzanych symetrycznie ramion wysięgu (31.2), połączonych na górnych końcach przez wsporniki „2” (3.1.3) ze skierowanym do przodu w płaszczyźnie strzałkowej (y-z) wysięgnikiem „1” (3.1.6) zakończony poprzeczką (3.1.8) z dwoma uchwytami „2” (3.1.9) dla rąk pacjenta (PA), oraz że podpora plecowa (3.2) z poduszką elastyczną (3.2.6) zamocowana jest na końcu wychylnego wspornika „3” (3.2.3) połączonego drugim końcem - przez przegub (3.2.2) o pionowej osi obrotu - z suwakiem (3.2.1) osadzonym w prowadnicy pionowej „2” jednego z ramion wysięgu (3.1.2).

2. Robot według zastrz. 1, znamienny tym, że mechanizm nastawy rozstawienia (2.1) kolumn przednich (2a, 2b) zawiera serwomotor „1” napędzający przez przekładnię pasową wielokrążkową (2.1.3) z pasem obustronnie uzębionym (2.1.4) dwie przekładnie śrubowe „1” (2.1.5), których śruby (2.1.6) - skierowane prostopadle i w przeciwne strony od płaszczyzny strzałkowej (y-z) - połączone są z nakrętkami „1” (2.1.7) zamocowanymi do obu kolumn przednich (2a, 2b).

3. Robot według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół prowadzenia miednicy (2.4) ma płytę pośrednią (2.4.1) połączoną przez wbudowany w kolumnę przednią (2a, 2b) napęd śrubowy (2.2.4, 2.2.2, 2.2.3), oraz posiada zamocowany do płyty pośredniej (2.4.1) suport (2.4.2) z napędem poziomym złożonym z serwomotoru „3” (2.4.3), przekładni pasowej „1” (2.4.4) i śrubowej „1” (2.4.5) oraz prowadnic poziomych „2” (2.4.6) usytuowanych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny strzałkowej (y-z), przy czym do suportu (2.4.2) zamocowana jest płyta ruchu eliptycznego (2.4.7), która jest połączona przez wsporniki „1” z ramionami przegubu stawu biodrowego (2.4.9) i przez zespół wychylny (2.5) z przegubem stawu biodrowego (2.3.1) nogi mechanicznej (2.3a, 2.3b).

4. Robot według zastrz. 1, znamienny tym, że do ramion wysięgu (3.1.2) są sztywno zamocowane wsporniki „2” (3.1.3), wystające w kierunku kolumn przednich (2a, 2b) i które na końcach połączone są dwoma równoległymi prętami przednim (3.1.4) i tylnym (3.1.5), przy czym na pręcie przednim (3.1.4) łożyskowany jest wysięgnik „1” (3.1.6), złożony z dwóch równoległych

PL 238 036 B1 ramion (3.1.7), które na końcach ponad kolumnami przednimi (2a, 2b) połączone są poprzeczką (3.1.8) z uchwytami „2” (3.1.9) dla rąk pacjenta, a na końcach usytuowanych przy pręcie tylnym (3.1.5) połączone z osadzonym na tym pręcie (3.1.5) czujnikiem ciężaru pacjenta (3.1.10) z wyświetlaczem.

5. Robot według zastrz. 1, znamienny tym, że podpora plecowa (3.2) ma prowadnice poziome „3” (3.2.4) wysięgnika „2” (3.2.5) zakończonego poduszką elastyczną (3.2.12), która osadzona jest na płycie oporowej 3.2.11 połączonej podatnie z wysięgnikiem „2” 3.2.5 przez pionową oś wychylania 3.2.10, wspornik 3.2.15 i nakrętkę 3.2.16 ze śrubą unoszenia 3.2.9, napędzaną serwomotorem „2” 3.2.17 przez przekładnię pasową „3” 3.2.18, oraz że na obudowie 3.2.14 posiada uchwyt podpory 3.2.13 i pilot blokady położenia podparcia.

6. Robot według zastrz. 1, znamienny tym, że w ramionach (2.5.1) zespołów wychylnych (2.5) napędzających przeguby stawów biodrowych (2.3.1), kolanowych (2.3.2) i skokowych (2.3.3) są wykonane wydęcia (2.5.2) zwiększające ich podatność, na odkształcenie sprężyste, oraz że na powierzchniach czołowych i bocznych tych ramion (2.5.1) są naklejone tensometry oporowe, których sygnały przekazywane są do sterownika robota.