CC BY
50
УДК 615.477:796.012
В.П. Глазков, Л.П. Непран, А. А. Кулик, Н.И. Фролов
СИСТЕМА ДЛЯ РАЗГРУЗКИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА
Приводится описание системы, позволяющей разгрузить позвоночник и нижние конечности человека. Проведен анализ отечественных и зарубежных конструкций аппаратов для разгрузки нижних конечностей человека. Рассмотрена конструкционная и управляющая часть системы, динамика движения тазобедренного и коленного сустава человека при подъеме по лестнице.
Протезирование, биомеханика
V.P. Glazkov, L.P. Nepran, А.А. Kulik, N.I. Frolov THE BOTTON BINITNESSES OF THE PERSON UNLOADING SYSTEM
System allowing is resulted brought to unload the backbone and the bottom finitenesses of the person. The analysis of domestic and foreign system for unloading the bottom finitenesses of the person is lead. The constructional and operating part of system is considered; dynamics of movement femoral and a knee joint of the person has been considered at rise on a ladder.
Prosthesis, biomechanics
В числе инвалидов в нашей стране немало людей с поражением опорно-двигательного аппарата. Как правило, средства, предназначенные для облегчения условий передвижения инвалидов, весьма примитивны и не в состоянии обеспечить выполнение требуемых функций. В связи с этим требуется решить следующею задачу: создать отечественные конструкции устройств реабилитации инвалидов, не уступающие зарубежным аналогам и одновременно доступные для жителей России.
Между тем анализ показывает, что во многих зарубежных странах (США, Японии и ряде европейских стран) весьма активно ведутся работы по созданию современных многоцелевых аппаратов, позволяющих не только облегчить жизнь инвалидов, но и сделать их полноценными членами общества как физически, так и психологически.
Рис.1. Области применения разгружающих систем: а - в медицине; б - в производстве
Так, японской компанией «Хонда» было разработано устройство (рис. 1) массой 6,5 кг, снабженное 2 электромоторами и литий-ионным аккумулятором. Оно сконструировано таким образом, что его кинематика повторяет естественные движения голени и бедра, не нарушая центра тяжести пешехода, и фактически является электромеханическим усилителем мышц. Заряд аккумулятора рассчитан на время порядка двух часов. Управление системы связано с датчиками, расположенными на ботинках владельца системы.
Разгружающие устройства используются не только в области медицины (рис. 1 а), но и в различных сферах деятельности человека, которые связаны с высокими нагрузками на мышцы ног человека. В частности, устройство может быть полезным там, где человеку приходится выполнять многочисленные приседания (рис. 1 б).
Учеными СГТУ совместно с хирургами из клиники «Семейный доктор» ведутся работы по созданию оригинальных отечественных конструкций устройств для разгрузки нижних конечностей человека, которые могут использоваться для различных целей: реабилитации больных с повреждениями опорно-двигательного аппарата, разработки контрактур (ограни-
чения движения) сустава, работы за сборочным конвейером и т.д. Исследования проводятся как для бесприводных аппаратов, так и оснащенных электроприводом. Одна из представлен-
Аппарат предназначен для постоянного ношения при заболеваниях суставов нижней конечности, а также при переломах бедра и голени. При этом он не только снимает нагрузку веса человека, но и дополнительно создает вытяжение при ходьбе и покое. Этим обеспечивается расширение суставной щели, уменьшение давления на суставной хрящ и прилежащую кость, что способствует улучшению кровообращения сустава и восстановление хряща.
Кроме того, при переломах костей устраняется захождение отломков, что позволяет в ряде случаев сращивать переломы без оперативного вмешательства, а также использовать его в ранние сроки после операции. При наличии сопутствующих заболеваний или повреждении позвоночника аппарат дополняется соответствующим разъемом для соединения с корсетом таким образом, чтобы обеспечить разгрузку позвоночника в любом положении [1].
Оснащение устройства системой малогабаритных приводов является весьма сложной самостоятельной задачей. В связи с этим на предварительном этапе было рассмотрено устройство управления системой разгрузки скелета человека в виде следящего привода. Было рассмотрено движение человека при подъеме по лестнице, т.к. именно при этом перемещении человек прикладывает максимальное усилие. Расчеты производились для человека массой 100 кг, соответственно исходя из соотношения общей массы человека и массы различных частей его тела [2]. Установлено, что для полной разгрузки человека при ходьбе потребуются двигатели достаточно большой мощности. Даже при использовании современных аккумуляторов это неизбежно потребует их частой перезарядки. Поэтому дальнейшие исследования направлены на построение моделей походки человека и создание устройств для рекуперации механической энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глазков В.П. Изобретение, способное изменить мир / В.П. Глазков // Инновации и паблисити. 2009. №11. С.56-57
2. Бегунов П.И. Моделирование в биомеханике / П.И. Бегунов, П.Н. Афонин. М.: Высшая школа, 2004. 390 с.
3. Клиническая биомеханика / под ред. В.И. Филатова. Л.: Медицина, 1980. С. 50-52.
4. Юревич Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 416 с.
Глазков Виктор Петрович -
профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Системы искусственного интеллекта» Саратовского государственного технического университета
ных конструкций представлена на рис. 2.
1
Рис. 2. Эскиз аппарата (1 - тазобедренный шарнир, 2 - радиусная направляющая,
3 - передний упор, 4 - седло,
5 - перемычка, 6 - верхняя стойка,
7 - фиксирующая манжета бедра,
8 - коленный шарнир, 9 - фиксирующая манжета голени, 10 - нижняя стойка,
11 - манжета для вытяжения)
Непран Леонид Петрович -
хирург клиники «Семейный доктор», г. Саратов
Кулик Алексей Анатольевич -
студент кафедры «Системы искусственного интеллекта» Саратовского государственного технического университета
Фролов Никита Игоревич -
аспирант кафедры «Системы искусственного интеллекта» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 25.09.09, принята к опубликованию 25.11.09
