Ból dolnego odcinka kręgosłupa jest wiodącą przyczyną niepełnosprawności oraz jednym z najczęstszych powodów, dla których pacjenci zgłaszają się do lekarza. Wśród Europejczyków ból dolnego odcinka kręgosłupa należy do najczęstszych przyczyn niepełnosprawności,  ponieważ wartość  wskaźnika określającego lata przeżyte w niepełnosprawności, spowodowanej  chorobą kręgosłupa lędźwiowego,  od 1990 roku zwiększył się o ponad połowę. Taka sytuacja ma też swoją cenę ekonomiczną. Dla przykładu, ból dolnego odcinka kręgosłupa jest drugą po przeziębieniu najczęstszą przyczyną nieobecności w pracy i odpowiada za 15 % wszystkich zwolnień lekarskich oraz utratę setek milionów dni pracy. W tym kontekście robotyka szybko staje się wiodącym rozwiązaniem, które nie tylko pomaga w złagodzeniu bólu związanego z urazami dolnego odcinka kręgosłupa, ale pośrednio prowadzi do zmniejszania kosztów z nimi związanych. Większość dostępnych obecnie robotycznych urządzeń wspomagających to egzoszkielety do noszenia na ciele pacjenta. Chociaż ich skuteczność w poprawie ruchomości kończyn górnych i dolnych jest wysoka, nie radzą sobie już tak dobrze z rolą, jaką kręgosłup odgrywa w przenoszeniu obciążeń z górnej części ciała i ramion na kończyny dolne.  Ponieważ jest to temat interesując dla wszystkich Europejczyków niezależnie od wieku celowe wydaje się rozpoznanie stanu techniki w dziedzinie wspomagania funkcji kręgosłupa, szczególnie w odcinku lędźwiowym. Dodatkowym powodem mojego zainteresowania tym tematem jest fakt, że również mój kręgosłup sygnalizuje stan kończącego się  resursu, a na remont i  wymianę jego elementów nie ma szans. Wizyta u chirurga zaowocował skierowaniem na fizykoterapie z diagnozą zmiany zwyrodnieniowej kręgosłupa LS  z  objawami korzeniowymi.  Skierowanie jest, ale musi poczekać na lepsze czasy, bez Convida-19, więc zostały tylko pobieżne badania patentowe z zakresu ochrony i rehabilitacji kręgosłupa.

US10932981B2  Vertebral decompression device, JAPET MEDICAL DEVICES, Damien Bratic, Antoine Noel, Data patentu:  02.03.2021. Przedmiotem patentu jest kręgowe urządzenie dekompresyjne skonfigurowane do otaczania tułowia użytkownika, które zawiera górne środki podtrzymujące skonfigurowane do otaczania pierwszej części tułowia, dolne środki podtrzymujące skonfigurowane do otaczania drugiej części tułowia oraz  środki wydłużające zamontowane na górnych środkach wsporczych i dolnych środkach wsporczych,  skonfigurowane do wywierania siły rozdzielającej na dolny i górny element nośny, dążąc do przemieszczania dolnych środków wsporczych od górnych środków wsporczych; dodatkowo, urządzenie zawiera elektroniczny układ sterujący do sterowania elementami wydłużającymi w taki sposób, aby utrzymać określoną siłę rozpraszającą na kręgosłup użytkownika.

FIG.1,2 przedstawiają schematy przedstawiające przykład kręgowego urządzenia do dekompresji zgodnie z przykładami wykonania, widziane odpowiednio od tyłu i od przodu;  FIG.3 jest schematycznym widokiem kręgowego urządzenie do dekompresji w częściowym rozłożeniu;  FIG.4 jest schematem przedstawiającym kręgowy system dekompresyjny założony na pacjencie.

Kręgowe urządzenie dekompresyjne 10 według FIG.1,2  zawiera górne środki podtrzymujące 12, dolne środki podtrzymujące 14 oraz środki wydłużające 16, które jak opisano bardziej szczegółowo poniżej w opisie, są zamontowane zarówno na górnym środku podtrzymującym 12, jak  i  na dolnym środku wsporczym 14, przy czym elementy wydłużające 16  są  skonfigurowane tak, aby wywierać siłę rozdzielającą na dolne i górne środki wsporcze 14 i 12, dążąc do przemieszczania dolnych środków wsporczych 14 od górnych środków wsporczych 12. Kręgowe urządzenie dekompresyjne 10 zawiera również elektroniczny układ sterowania 18, który jest zamocowany przykładowo  na górnym środku podtrzymującym 12. Urządzenie 10 zawiera również środki pomiarowe 20  i  środki rejestrujące 22 , które  są skonfigurowane do pomiaru co najmniej jednej cechy dotyczącej ruchów użytkownika, takiej jak pozycja użytkownika, ruchy całego ciała lub ruchy względne pomiędzy różnymi częściami ciała; przykładowo, środki pomiarowe 20 obejmują akcelerometr, żyroskop lub dowolny inny czujnik służący do wykrywania względnych położeń różnych części ciała użytkownika.

Górne środki wsporcze 12 i dolne środki wsporcze 14 zawierają różne części tekstylne 24,26,28,30, które są połączone ze sobą w sposób nieograniczający  przykładu, za pomocą elastycznych taśm 32,34 skonfigurowanych tak, aby dopasować górną i dolną podporę środków 12,14 w celu dopasowania do morfologii użytkownika.  Dodatkowo, górne i dolne środki podtrzymujące mają środki zamykające 36,38, w szczególności zapinane na zatrzaski paski, aby ułatwić nakładanie urządzenia na użytkownika. Można zatem zrozumieć, że górne i dolne środki podtrzymujące 12 i 14  są skonfigurowane tak, aby otaczały część kręgosłupa użytkownika, odniesioną do odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Dolne i górne środki nośne 14 i 12  są wykonane z materiału wykazującego właściwości antyalergiczne; przykładowo, mogą być one również powlekane termoformowalną pianką, aby umożliwić lepsze dopasowanie kręgowego urządzenia dekompresyjnego 10 do morfologii użytkownika i polepszyć współpracę między środkami podtrzymującymi 12,14, a tułowiem użytkownika. Środki wydłużające 16 zawierają pierwszą i drugą parę 40 i 42 siłowników wydłużających, przy czym pierwsza i druga para 40,42, są skonfigurowane tak, aby leżeć po przeciwnych stronach tułowia, gdy urządzenie 10 jest noszone przez użytkownika.  Każda z par 40 i 42 zawiera pierwszy i drugi siłownik liniowy 44,44′ ,46,46′, które mogą być  siłownikami elektrycznymi  lub  siłownikami hydraulicznymi.  Siłowniki liniowe 44,44′ ,46,46′ zawierają przeguby kulowe zamontowane na każdym z ich końców i skonfigurowane tak, że różne siłowniki liniowe są zamocowane zawiasowo zarówno względem górnych środków wsporczych 12  jak i  do dolnego środka podporowego 14.  Środki wydłużające 16 obejmują również akumulatory 50 zamontowane na zasadzie przykładu na tylnych częściach górnych i dolnych środków podtrzymujących 12,14. Siłowniki liniowe są skonfigurowane tak, aby wywierać siłę oddzielającą na górne i dolne środki wsporcze 12 i 14, poprzez odsunięcie dolnych środków podtrzymujących 14 od górnych środków podtrzymujących 12.  Elektroniczny układ sterowania 18  urządzenia 10 jest skonfigurowany do sterowania środkami wydłużającymi 16, tak aby utrzymywać określoną siłę rozpraszającą na kręgosłupie użytkownika.

Innymi słowy, elektroniczny układ sterowania 18 urządzenia 10 jest skonfigurowany do sterowania środkami wydłużającymi 16 tak, aby regulować siłę rozdzielającą, jaką liniowe siłowniki 44,44′ ,46,46′ wywierają na dolny i górny środek wsparcia, przy czym  termin „regulacja” jest używany do określenia zmiany  wartości siły rozdzielającej  lub zmiany kierunku, w którym ta siła rozdzielająca jest przykładana. Na przykład, gdy użytkownik wykonuje ruchy chodu, wielkość siły rozpraszającej, która powinna być przyłożona do kręgosłupa użytkownika, jest różna; elektroniczny układ sterowania 18 umożliwia zatem regulację wartości i kierunku siły rozdzielającej wywieranej przez różne siłowniki liniowe 44,44′ ,46,46′ w celu uwzględnienia zmiany wielkości rozproszenia siła.  Środki rejestrujące 22 są skonfigurowane do rejestrowania pomiarów wykonanych przez środki pomiarowe 20. Przykładowo, tak zapisanie pomiary jest szczególnie przydatne, aby umożliwić pracownikowi służby zdrowia dostosowanie wielkości siły rozpraszającej, która ma być przyłożona do kręgosłupa użytkownika, dostosowanie zalecenia dotyczącego noszenia urządzenia lub wręcz porady dla użytkownika, dotyczącej ruchów i  pozycji, które niosą ze sobą ryzyko nasilenia odczuwanego bólu i  opóźnienia gojenia. Jak pokazano na różnych rysunkach, pierwsza i druga para 40,42 siłowników liniowych mają kształt litery V, przy czym kierunek wzdłużny każdego z siłowników liniowych jest nachylony względem osi kręgosłupa.  Co zapewnia miedzy innymi  lepsze rozłożenie siły wywieranej przez siłowniki liniowe bez ograniczania swobody ruchu użytkownika noszącego urządzenie 10. Zatem kręgowe urządzenie dekompresyjne 10 według niniejszego ujawnienia stanowi egzoszkielet służący do podtrzymywania części pleców użytkownika.

Elektroniczny układ sterowania 18 zawiera również środki regulacyjne 60 do modyfikowania wielkości siły rozpraszającej  przykładanej  do  kręgosłupa użytkownika przez siłę rozdzielającą elementu wydłużającego 16.  Ponadto, elektroniczny system sterowania 18 zawiera bezprzewodowe środki transmisyjne 62 umożliwiające, między innymi, przesyłanie pomiarów wykonanych przez środki pomiarowe 20,  które są  skonfigurowane do przesyłania do systemu 80 procesora danych danych dotyczących elementu wydłużającego 16, takich jak zmiany wartości i / lub kierunku siły rozdzielającej.  W szczególności, chociaż ujawnienie jest szczególnie dostosowane do bólu lędźwiowego, może być również przystosowane do łagodzenia dowolnego innego rodzaju bólu pleców, takiego jak ból szyjki macicy lub ból w klatce piersiowej.

Wzór użytkowy RU202205U1  Экзоскелет для облегчения перемещения человеком груза Скоков Иван Сергеевич, Data publikacji: 05.02.2021 Wzór  użytkowy egzoszkieletu, który ułatwia prace  przemieszczania ładunków przez  osoby, zaprojektowany jest w celu zwiększenia możliwości fizycznych osoby  poprzez przekierowanie znacznej części wysiłku podnoszenia  ciężaru ładunku przez ramę i przeguby urządzenia na powierzchnię nośną, omijając ludzki układ mięśniowo-szkieletowy. Urządzenie działa w oparciu o energię ludzkich mięśni bez użycia jakichkolwiek dodatkowych źródeł zasilania i aktywnych napędów. Deklarowana konstrukcja pozwala na długi czas przenoszenia ciężarów na duże odległości przy minimalnym wysiłku i bez szkody dla zdrowia. Jednocześnie projekt zakłada możliwość zamontowania dodatkowego wyposażenia, takiego jak hydrostop, osłony ochronne i przednie mechanizmy obciążenia (trzecie ramię). Egzoszkielet to urządzenie techniczne nakładane  na osobę  w celu zwiększenia jej  siły fizycznej. Obecnie istnieją dwie grupy egzoszkieletów: aktywne i pasywne.

Aktywne egzoszkielety charakteryzują się obecnością układu napędowego (napędy pneumatyczne, wodne, elektryczne), elektronicznego układu sterowania oraz układu zasilania. Główną wadą takich egzoszkieletów jest złożoność i wysoki koszt produkcji, a także cechy konstrukcyjne napędów, których układy zasilania znacznie ograniczają stopień mobilności człowieka w takim egzoszkielecie. Bierne egzoszkielety są reprezentowane przez struktury ramowe  i  wykorzystują siłę ludzkich mięśni do wykonywania pożytecznej pracy, równomiernie rozkładając obciążenie na szkielet egzoszkieletu i całe ludzkie ciało, zmniejszając w ten sposób ogólne zmęczenie podczas pracy, a co za tym idzie, zwiększając wydajność pracy. Jednocześnie są prostsze i tańsze zarówno w produkcji, jak i w eksploatacji.

Cechy i istotę zastrzeganego wzoru użytkowego zilustrowano rysunkami, na których FIG.1 jest ogólnym widokiem egzoszkieletu dla osoby do przenoszenia ładunku;  FIG.2 to ogólny widok stopy; FIG.3 – widok ogólny podudzia; FIG.4  jest ogólnym widokiem uda; FIG.5 jest ogólnym widokiem pasa biodrowego; FIG.6 jest ogólnym widokiem z tyłu; FIG.7 jest ogólnym widokiem egzoszkieletu z zainstalowanym dodatkowym wyposażeniem; FIG.8 jest widokiem z przodu i  z boku egzoszkieletu; FIG.9 przedstawia opcje łączenia ze sobą klap mocujących; FIG.10-przedstawia konstrukcję podpory hydraulicznej.

Egzoszkielet ułatwiający poruszanie się ciężaru osoby zawiera stopę w kształcie litery U  z zaokrąglonymi palcami 1, połączoną ze stawem skokowym 2 i elastyczny element 3.  Staw skokowy 2 jest połączony z ramą podudzia 4, która z kolei jest połączony z ramą uda 5 przez staw kolanowy 6, na którym znajduje się stoper kolanowy 7, sprężyna 8 i półkula ochronna 9. Na ramie uda i ramie podudzia znajdują się zapięcia wykonane w formie przegubu kulowego 10 do mocowania osłon mocujących 11, które są połączone paskiem 12. Na ramie uda i podudzia znajdują się łączniki 13 do montażu ogranicznika hydraulicznego. Mocowanie ramy uda 5 do pasa 14 odbywa się poprzez zespół miednicy 15. Pas składający się z trzech części (dwa łuki pasa 16 i kość ogonowa 17), zawiera kołnierze 18 do montażu dodatkowego  wyposażenia.  Zespół lędźwiowy jest zainstalowany na kości ogonowej 17 przez kołnierz 19, zawierający zawias 20 i płytkę zespołu lędźwiowego z tkaniną na rzep 21, do której przymocowana jest tylna rama 22, zawierająca łuki barkowe 23, których ruch jest ograniczone ogranicznikiem łuków barkowych 24, podczas gdy paski 25 są umieszczone na łukach barkowych w celu zapięcia na ramionach osoby.

Procedura nakładania egzoszkielet  na pracowniku odbywa się w  następującej kolejności. Najpierw osoba zakłada pas 14 ze stałym węzłem lędźwiowym i tylną ramę 22 z naciągiem pasów 25, następnie zakłada się buty sztywno przymocowane do stopy 1, ramy dolnej części nogi 4  i  ramy uda 5. Ponadto,  następuje  umieszczenie osłon mocujących 11 na ciele i zaciśnięcie ich paskiem 12, a następnie zamocowanie obramowania ud 5 paskiem 14. Po założeniu egzoszkieletu ciężar przenoszonego obciążenia spoczywa na łukach barkowych 23  i  jest rozłożony na całą jego strukturę, omijając układ mięśniowo-szkieletowy człowieka.  Obecność zaokrąglonych palców  stopy 1  i elastycznego elementu 3 zapewnia kumulację energii potencjalnej podczas przenoszenia środka masy ciała  i późniejszego oddzielenia pięty stopy od podłoża, a tym samym  uwalnia nagromadzoną energię w postaci impulsu siły skierowanego   w pięte  stopy, tym samym  zmniejszając obciążenie mięśni łydek podczas chodzenia i biegania.

Konstrukcja złączy i złożeń zapewnia maksymalną mobilność i możliwość precyzyjnego dopasowania do parametrów antropometrycznych każdej osoby. Przeguby i zespoły są wykonane w taki sposób, aby ich osie obrotu pokrywały się z naturalnymi osiami obrotu stawów ludzkich, co z kolei znacznie zwiększa wygodę użytkowania. Sprężyna 8 wykonuje pożyteczną pracę przy zginaniu podudzia w stosunku do uda, udoskonala ramę uda 5  i  podudzia 4 oraz zamyka je w pozycji pionowej, dalszy ruch ogranicza orteza kolana 7, natomiast ciężar przenoszony ciężar jest całkowicie rozłożony na ramie egzoszkieletu  i  nie wpływa na kręgosłup pracownika.

Łuki barkowe 23 są obrotowe, aby poprawić łatwość użytkowania, tak że podczas unoszenia ramion konstrukcja nie koliduje z naturalnym ruchem ludzkich ramion. Aby zapobiec złożeniu mechanizmu pod działaniem obciążenia zewnętrznego, ruch łuków jest ograniczony przez  pas 12, wykonany z nieelastycznego materiału w postaci „akordeonu”, który  jest niezbędny do kompensacji zmian objętości mięśni powstałych podczas chodzenia, biegania, a także do kompensacji przemieszczania się  egzoszkieletu względem ciała ludzkiego. Warianty przeciągania paska 12 przez klapki mocujące 11 pokazano na FIG. 9: A – ciągnięcie „równoległe”, B – ciągnięcie „na krzyż”, gdzie ogranicznik łuków barkowych 24. W razie potrzeby na egzoszkielecie można zainstalować dodatkowe wyposażenie, na przykład: hydrostop 26 zmniejszający obciążenie nóg osoby w pozycji statycznej, trzecie ramię do przenoszenia ładunku z przodu lub tarcze ochronne zwiększające ochronę osoby przed uszkodzeniami mechanicznymi.  Hydrostop 26 (FIG.10) składa się z cylindra hydraulicznego 27  z  zaworem 28 i zbiornika wyrównawczego 29 wypełnionego płynem hydraulicznym i działa w następujący sposób. Osoba otwiera kran  i  po przepłynięciu płynu hydraulicznego ze zbiornika wyrównawczego do wnęki tłoka siłownika hydraulicznego zamyka kran, blokując tym samym ruch uda i podudzia. Równocześnie ciężar osoby jest odbierany przez płytki mocujące 11, a zatem osoba ta „siada” na płytach mocujących, zmniejszając obciążenie mięśni nóg. Jest to konieczne do wykonania takiej pracy, w której osoba jest zmuszona stać przez długi czas w pozycji siedzącej, na przykład: praca przy maszynie. Do zamocowania hydrostatycznego wspornika do egzoszkieletu stosuje się  pierścienie  mocujące 30.

US9333644  Portable load lifting system, Lockheed Martin Corp., Russdon Angold, Data patentu: 10.05.2016. Przedmiotem patent jest  przenośny system podnoszenia ładunku, który zawiera ruchomą konstrukcję wsporczą i mechanizm podnoszący ładunek przymocowany do ruchomej konstrukcji wsporczej, wyposażonej w  wciągarkę zawierającą napędzany silnikiem mechanizm zwijacza do zwijania pierwszych i drugich pasów lub lin podnoszących, które są przymocowane do pierwszego i drugiego efektora końcowego. Pierwszy i drugi uchwyt są przymocowane do zewnętrznej powierzchni pierwszego i drugiego efektora końcowego, gdzie pasy lub liny podnoszące, napędzane przez wciągarkę, podnoszą ładunek, z którym stykają się pierwszy i drugi efektor końcowy. Przenośny system do podnoszenia ciężarów może zawierać system wspomagający podnoszenie ciężarów do wspomagania użytkownika, który obejmuje egzoszkielet kończyny dolnej i  egzoszkielet tułowia.

FIG.1 jest rysunkiem perspektywicznym, w widoku z przodu, przykładowego przenośnego układu wspomagającego podnoszenie ładunku do wspomagania użytkownika, zawierającego egzoszkielet kończyny dolnej i tułowia;  FIG.2 przedstawia przykład egzoszkieletu tułowia zawierającego pień egzoszkieletu z połączonym z nim mechanizmem podnoszenia ładunku;  FIG.3 przedstawia częściowy przekroju przykładowego mechanizmu drążka podnoszącego ładunek;  FIG.4 przedstawia przeciwwagę przesuniętą dalej za użytkownika w celu zrównoważenia obciążenia (przynajmniej częściowo) wokół osi zgięcia i wyprostu biodra, co jest przydatne w sytuacjach, gdy obciążenia przed użytkownikiem (na efektorach końcowych) są duże;  FIG.5 przedstawia położenie drążka podnoszącego wzdłuż prowadnicy drążka podnoszącego określone przez rolkę krzywkową, która jest zamontowana na drążku podnoszącym i porusza się w szczelinie na płycie krzywkowej, przy czym prowadnica drążka podnoszącego obraca się na osi, a krążek jest krążkiem przez który przebiega taśma; FIG.6 jest widokiem z bliska tylnego końca przykładowej prowadnicy drążka podnoszącego; FIG.7 przedstawia ilustrację przykładowego przenośnego układu wspomagającego podnoszenie ładunku, który zawiera pasy do podnoszenia, umożliwiające  noszenie przenośnego układu wspomagającego podnoszenie ładunku jak plecaka, według innego przykładu wykonania.

Perspektywiczny rysunek  FIG.1, ilustruje przykład przenośnego układu wspomagającego podnoszenie ładunku 100 przez człowieka, zawierającego egzoszkielet 120 kończyny dolnej  i egzoszkielet tułowia 160, w tym pień egzoszkieletu  109,  w  widoku z przodu.  Przenośny system wspomagania podnoszenia ładunku 100 jest noszony przez osobę i umożliwia noszącemu przenoszenie ładunku z przodu oraz wspomaga  użytkownika  podczas podnoszenia przedmiotu, poprzez znaczne zmniejszenie obciążenia jego systemu kostnego.  Na przykład przenośny system wspomagania podnoszenia ładunku 100 może być używany do podnoszenia ciężkich ładunków przy minimalnym wysiłku, jak w przykładowym zastosowaniu wojskowym dla żołnierzy biorących udział w walce, do podnoszenia  maksymalnie 130  funtów sprzętu bojowego.

Egzoszkielet 120 kończyny dolnej, oprócz innych elementów, zawiera dwa wsporniki nóg, 101 i 102, które są skonfigurowane tak, aby były połączone z kończynami dolnymi osoby i skonfigurowane tak, aby spoczywały na ziemi lub innej powierzchni.  Podpory 101 i 102 nóg, oprócz innych elementów, zawierają łączniki udowe 103 i 104  oraz łączniki trzpienia 105 i 106. Dwa przeguby kolanowe 107 i 108  są  skonfigurowane tak, aby umożliwić zginanie i rozciąganie między łącznikami trzpienia 105 i 106 oraz łącznikami udowymi 103 i 104  do podpórek pod nogi 101,102, podczas odpowiedniej fazy wahania podpórek do nóg.  Jednakże dwa przeguby kolanowe 107 i 108 w niektórych przykładach wykonania są skonfigurowane tak, aby opierały się zginaniu pomiędzy łącznikami trzpienia 105 i 106,  a  łącznikami udowymi 103 i 104 podpór nóg 101,102, podczas odpowiedniej fazy podparcia nóg.

Egzoszkieletu tułowia 160, wśród innych elementów, zawiera pień egzoszkieletu 109, który zawiera, między innymi, urządzenie łączące 150 górnej części ciała. Pień egzoszkieletu 109  jest skonfigurowalny do połączenia z górną częścią ciała osoby za pośrednictwem urządzenia łączącego 150 górnej części ciała. W znaczeniu stosowanym w niniejszym dokumencie, górna część ciała osoby odnosi się do dowolnego miejsca ogólnie powyżej ud, w tym pośladków osoby.  Przykłady urządzenia łączącego górną części ciała  150 zawiera wiele połączonych elementów, w tym między innymi kamizelki, pasy, paski, pasy naramienne, pasy piersiowe, gips, uprząż i pasy biodrowe. Pień egzoszkieletu 109 można łączyć obrotowo z podporami nóg 101 i 102 w stawach zginająco-prostujących biodra 125 i 126, umożliwiając zgięcie biodra i obroty  podpór nóg  101 i 102 odpowiednio wokół osi zgięcia i  wyprostu biodra, odpowiednio, 151 i 152.  Podpórki pod nogi 101 i 102 są konfigurowalne do połączenia z kończynami dolnymi osoby za pomocą pasków łączących kończyn dolnych, przy czym prawy dolny pasek łączący 135 pokazano na FIG.1.

Podczas pracy osoba jest podłączona do systemu wspomagającego podnoszenie ładunku 100, w tym do egzoszkieletu tułowia 160,  przez urządzenie 150 łączące górną część ciała (prosty pas 150 (a) i szelki 150 (b), pokazane na FIG. 1)  i egzoszkielet 120 kończyn dolnych poprzez połączenie z dwoma podpórkami nóg 101 i 102 za pomocą pasów łączących 135 i 136  kończyny dolnej . W niektórych przykładach wykonania egzoszkielet 120 kończyn dolnych może zawierać między innymi dwa generatory momentu obrotowego bioder 145 i 146, które są skonfigurowane do wytwarzania momentu obrotowego pomiędzy tułowiem egzoszkieletu 109,  a podporami  101 i 102 nóg.  Egzoszkielet tułowia 160 zawiera również mechanizm podnoszenia ładunku 221, który ma  w sobie wciągarkę 229, zawierającą mechanizm zwijający, który może zwijać pasy lub liny podnoszące 222.  W szczególnym przykładzie wykonania elementy 222  są nylonowymi paskami, które zapewniaja  podniesienia ładunku połączonego  lub stykającego się z efektorami końcowymi 223.

Przykład  egzoszkieletu tułowia  160 zawierającego pień egzoszkieletu 109 z połączonym z nim mechanizmem podnoszenia ładunku 221, przedstawia rysunek FIG.2, na którym efektor końcowy 223 jest pokazany jako prosta łopatka, z   zamontowanym materiał o wysokim współczynniku tarcia po stronie przeciwnej do uchwytu 224.   Materiał o wysokim współczynniku tarcia pomaga chwytać boki pudełek  i  przedmiotów podobnych do pudeł.  Jednym szczególnym przykładem przykładowego materiału  o  wysokim współczynniku tarcia jest „GECKO SKIN”. Jednakże efektor końcowy 223 może być generalnie dowolnym elementem używanym do podnoszenia ładunku i może zawierać czujnik siły 251 w uchwycie 224  w celu pomiaru siły obciążenia, jaką człowiek przykłada do uchwytu.  Pozycja 225 to drążek do podnoszenia, który (między innymi) działa jako prowadnica dla linki 222.

Mechanizm podnoszenia ładunku 221 może również zawierać ruchomą przeciwwagę 226, która może być obracana wokół osi obrotu przeciwwagi 227, FIG.3, przez siłownik przeciwwagi 228, FIG.4.  Korzystnym aspektem tej cechy jest to, aby masa przeciwwagi 228  obejmowała  masę wyciągarki 229 (łącznie z jej silnikiem, oznaczoną literą „M” na FIG.3).  Można to zrobić, przeprowadzając pas lub linę  podnoszącą 222 przez ścieżkę pokazaną na FIG.3. Taśma lub lina 222 przechodzi przez koło pasowe 236, które jest współśrodkowe z osią obrotu przeciwwagi 227, a zatem ruch przeciwwagi 228 ma bardzo niewielki wpływ na długość (lub obciążenie) podnoszącego pasa lub liny 222 .

Podczas działania mechanizmu podnoszącego ładunek 221, gdy ładunki przed użytkownikiem (na efektorach końcowych 223 ) są wysokie, przeciwwaga 226 jest przesuwana dalej do tyłu użytkownika, aby zrównoważyć ładunek (przynajmniej częściowo), wokół osi zginania i prostowania biodra 151 i 152 według FIG.4.  Można to osiągnąć za pomocą kontrolera 411, na przykład zawierającego mikroprocesor  412 połączony z czujnikiem siły 413 pokazanym na FIG.4, który mierzy siłę wywieraną przez mechanizm podnoszący ładunek 221 na pas lub linę podnoszącą 222. Sterownik 411 może następnie wysłać sygnał sterujący, który wyzwala ruch ruchomej przeciwwagi 226 do położenia odpowiedniego do zrównoważenia momentu wytworzonego wokół osi 151 i 152 zgięcia biodra przez przeciwwagę  226  z  momentem wytworzonym przez siła dociskająca kable 222 ze względu na obciążenie  użytkownika. 

Z kolei FIG.3  przedstawia częściowy  przekroju przykładowego mechanizmu 230 drążka do podnoszenia ładunku  związanego z  egzoszkieletem tułowia 160,  przy czym mechanizm 230 pręta podnoszącego ładunek zawiera pręt podnoszący 225, prowadnicę drążka podnoszącego 231 i płytkę krzywkową 232 . Drążek podnoszący 225 ślizga się teleskopowo po prowadnicy 231 drążka.

Położenie drążka podnoszącego 225 wzdłuż prowadnicy 231 jest określone przez rolkę krzywkową 233, która jest zamontowana na drążku 225 i porusza się w szczelinie 234 na płytce krzywkowej 232, odnośnie FIG.5. Prowadnica 231 drążka podnoszącego obraca się na przegubie 235 . Koło pasowe 236 to koło pasowe, po którym przebiega taśma lub lina 222 . Kiedy dostateczna ilość taśmy lub linki 222 jest wyciągnięta tak, że efektory końcowe 223 zbliżają się do końców drążka podnoszącego 225, pręt podnoszący 225  zaczyna przesuwać się do góry i na zewnątrz, gdy rolka krzywkowa 233 przesuwa się do góry w szczelinie 234 na płycie krzywkowej 232. Zasada działania podnośnika ilustruje FIG.6, która pozwala  zrozumieć, w jaki sposób taśma lub lina 222 powoduje, że pręt podnoszący 225 przemieszcza się do góry, jak przedstawia  widok z bliska tylnego końca prowadnicy 231 drążka podnoszącego.

Dodatkowo FIG.7 przedstawia ilustrację przykładowego przenośnego układu wspomagającego podnoszenie ładunku 700, który zawiera paski 710, które umożliwiają noszenie przez użytkownika przenośnego ładunku 700. Reasumujac, wspomagający  podnoszenie ładunku, egzoszkielet pnia 109 ma postać  plecaka, w którym  ruchoma przeciwwaga 226  zapewnia realizacje funkcji kompensacji cieżaru ładunku.

WNIOSKI

W ramach wniosków z przeprowadzonych skrótowych badan patentowych należy odnotować duże zainteresowanie konstrukcjami egzoszkieletów zarówno biernych jak i aktywnych wielu światowych firm. Oprócz konstrukcji egzoszkieletów przeznaczonych  głównie do wparcia pracowników wykonujących ciężkie prace fizyczne pojawiają się również  rozwiązania egzoszkieletów   stabilizujących  kręgosłup, które  został zaprojektowany w celu zapobiegania bólowi dolnego odcinka kręgosłupa oraz rehabilitacji osób cierpiących z powodu różnych  urazów pleców.

Znaczenie omawianych zagadnień podkreśla bieżące  zainteresowanie UE, która od 2016 roku finansowała projekt badawczy, innowacyjnego  egzoszkieletu  stabilizującego  kręgosłup, o  nazwie SPEXOR,  http://www.spexor.eu/, który nie tylko wspiera  dolny odcinka kręgosłupa u sprawnych fizycznie pracowników, ale również wspomaga wszystkich tych,  którzy cierpią z powodu bólu dolnego odcinka kręgosłupa, ale chcą powrócić do pracy”, mówi Jan Babič,  koordynator projektu i badacz z Instytutu Jožefa Stefana w Słowenii.  Egzoszkielet SPEXOR zakłada się na uda, miednicę i plecy, przez co przypomina typową ortezę, tyle tylko że zaawansowaną technologicznie. Mechaniczny staw znajdujący się na wysokości biodra, który to  mechanizm zapewniający elastyczność kręgosłupa, pozwala odciążyć kręgosłup. Pręty z włókna węglowego zapewniają podparcie, znosząc wszelkie napięcia w obszarze kręgosłupa, zaś sprężyny zamontowane na wysokości ud lekko dociskają nogi. Ważący zaledwie 6,3 kg system wykorzystuje wbudowane czujniki do wykrywania, kiedy osoba ubrana w egzoszkielet chce się schylić. System SPEXOR jest więc automatycznie aktywowany zawsze, gdy zachodzi taka potrzeba oraz pozostaje pasywny lub „w stanie hibernacji” kiedy nie jest używany. „Piękno tego rozwiązania polega na tym, że ono wie, co w danej chwili robisz i dzięki złożonym algorytmom potrafi przewidzieć co zrobisz za chwilę”, tłumaczy Babič. „To sprawia, że SPEXOR jest dyskretny i staje się naturalnym przedłużeniem ciała”.

Jednym z partnerów projektu  SPEXOR była firma Ottobock, która wprowadził na rynek rozwiązanie Paexo Back oparte na wiedzy zdobytej podczas trwania prowadzonych badań.  Przykładem zastosowanych rozwiązań może być zgłoszenie patentowe  US20210015650A1 – Orthopedic device, w/w firmy.

Zgłoszona aplikacja patentowa dotyczy urządzenia ortopedycznego do podtrzymywania dolnej części pleców użytkownika, w którym urządzenie to posiada – magazyn energii mechanicznej (18), – element miednicy (6), – element górnej części ciała (4) z pierwszym przenoszeniem siły. element (26), oraz – element udowy (2) z drugim elementem przenoszącym siłę (28), przy czym • element udowy (2) jest umieszczony na elemencie miednicy (6) w taki sposób, że może obracać się wokół pierwsza oś obrotu (14), • górny element korpusu (4) jest umieszczony ruchomo względem elementu miednicy (6), • pierwszy element przenoszący siłę (26) może być sprzężony i odłączony od drugiego elementu przenoszącego siłę (28) za pomocą górnego elementu (4) ciała poruszającego się względem elementu miednicy (6),  oraz • magazyn energii mechanicznej (18) może być ładowany i rozładowywany za pomocą elementu udowego (2) obracanego względem elementu (4) górnej części ciała, gdy pierwszy element przenoszący siłę (26) jest sprzężony z drugą siłą przez element transmisyjny (28).

Wynalazek rozwiązuje  problem regulacji siły do podtrzymywania dolnej części pleców,w zależnosci od kata pochylenia korpusu ciała względem nóg  za pomocą urządzenia ortopedycznego, które  zawiera magazyn energii mechanicznej, element miednicy, element górnej części ciała z pierwszym elementem przenoszącym siłę oraz element górnej nogi z drugi element przenoszący siłę.  W tym przypadku element górnej części nogi jest umieszczony na elemencie miednicy w taki sposób, że można go obracać wokół pierwszej osi obrotu.  Górny element ciała można również przesuwać względem elementu miednicy. Pierwszy element przenoszący siłę może być sprzęgany i rozłączany z drugim elementem przenoszącym siłę przez przemieszczanie górnego elementu ciała względem elementu miednicy.  Wynalazek opiera się na wiedzy, wynikającej z przeprowadzonych badań, że dolna część pleców nie zawsze wymaga podparcia, gdy kąt pomiędzy elementem górnej części ciała, który jest umieszczony, na przykład, w obszarze klatki piersiowej lub pleców górnej części ciała użytkownika, a elementem dolnej części nogi osoby noszącej jest mniejsza niż z góry określony kąt, tj. gdy dwie części ciała są obrócone względem siebie. Podparcie jest raczej potrzebne tylko wtedy, gdy następuje obrót między górną częścią ciała, (klatką piersiową użytkownika) a miednicą osoby noszącej.  Urządzenie według wynalazku zapewnia, że ​​siła podtrzymująca jest zawsze wywierana, gdy następuje obrót między górną częścią ciała a miednicą użytkownika. I odwrotnie, wystepuje brak siły, gdy  górna część ciała obraca się w stosunku do górnej części nogi w taki sposób, że nie powoduje ruchu górnej części ciała w stosunku do miednicy. Konfiguracja urządzenia ortopedycznego według wynalazku zapewnia więc, że ​​żadna dodatkowa siła podtrzymująca wyprost nie jest przykładana podczas siedzenia lub wchodzenia po schodach, co generalnie wiąże się z niewystarczającym ruchem między elementem górnej części ciała a elementem miednicy. W przypadku gdy występuje  podnoszenie ciężkiego przedmiotu górny element ciała porusza się względem elementu miednicy, sprzęgając w ten sposób pierwszy element przenoszący siłę z drugim elementem przenoszącym siłę. W tym stanie, jeśli element górnej części nogi jest obracany względem elementu miednicy, magazyn energii mechanicznej jest ładowany energią potencjalną, co powoduje przyłożenie siły, która wspiera wyprost podczas podnoszenia ładunku.

Z kolei konkurencja, a konkretnie Japonia, ogłasza  prawdziwą rewolucje w zastosowaniu egzoszkieletów, która produkuje na skale przemysłową egzoszkielety, głównie z myślą o pracownikach fizycznych. https://innophys.jp/en/wp-content/uploads/sites/2/2020/01/musclesuit-every-en.pdf.  Egzoszkielet firmy Innophys przypomina plecak, który zakłada się na ramiona, a elementy wspomagające podnoszenie cieżarów  mocuje do nadgarstków i talii. W charakterze wsporników konstrukcji egzoszkieletu zastosowane sa oporowe płyty udowe, które stanowią jego  kotwice siłowe. Urządzenie wykorzystuje sprzężone powietrze, które zasila sterowane hydraulicznie sztuczne mięśnie, co pozwala udźwignąć ciężar do 35 kg bez obciążania kręgosłupa i mięśni użytkownika. Prosty egzoszkielet waży w zależności od wersji (Edge, Upper, Power)  od 3,8 do 5,5 kilogramów i zapewnia aktywne działanie urządzenia w zakresie obciążeń od 25 do 35kg. Koszt w zależności od wersji  wynosi – od 3 do 5 tysięcy złotych. Japońskie firmy zapowiadają, że wkrótce uruchomią sprzedaż na rynku międzynarodowym. https://innophys.jp/en/product/

Z kilku dostępnych patentów INNOPHYS proponuje do samodzielnej analizy patent  US9233017 Lower back assistance apparatus,  który w  przystępny sposób przedstawia omawianą konstrukcje przykładowych egzoszkieletów. Istota rozwiązania polega na tym, że opatentowane urządzenie wspomagające dolną część pleców zawiera: ramę plecową 14 zamontowaną z tyłu użytkownika  i zdolną do ruchu po pochyleniu się użytkownika do przodu; pasy naramienne 22, które są przymocowane do tylnej sekcji montażowej i rozciągają się w kierunku przedniej strony tułowia użytkownika w celu podtrzymywania tułowia użytkownika od przedniej strony; płyty udowe 18 do mocowania na przedzie kończyn dolnych użytkownika; ramy łączące 20 z jednym końcem połączonym z płytami udowymi 18, a drugim końcem połączonym z tylną ramą 14 przez sekcje łączące 16, tak aby umożliwić względny ruch w stosunku do tylnej ramy 14. Opracowany stelaż ramy jest zdolny do utrzymania niezagiętego profilu użytkownika za pomocą siłowników 40, które w stanie aktywowanym zapobiegają przechylaniu się tylnej ramy 14 w kierunku do przodu użytkownika. Mechanizm działania opatentowanej konstrukcji zapewniający wsparcie pleców podczas podnoszenia obciążenia. Rama tylna jest zaprojektowana tak, aby obracać się do tyłu i do przodu na przegubach obrotowych przymocowanych do górnej części ramy uda. Jeden koniec każdego sztucznego mięśnia jest przymocowany do górnej części tylnej ramy, a drugi do drutu siłownika. Drut ten jest przymocowany do koła pasowego w pobliżu złącza obrotowego na ramie uda. Mechanizm działa w następujący sposób: Kiedy sztuczne mięśnie kurczą się, pociągają za druty przymocowane do ramy uda, dzięki czemu tylna rama obraca się na stawie obrotowym w kierunku zapewniającym powrót do pionu podnoszącego użytkownika. To sprawia, że ​​górna część ciała użytkownika przyjmuje pozycję wyprostowaną. Poduszki udowe pomagają absorbować i zmniejszać siłę przeciwdziałającą obracającej się ramy  przez uda użytkownika. Jako siłowniki zastosowano sztuczne mięśnie McKibbena, które  powstają poprzez owinięcie gumowych rurek nylonową siateczką, a następnie zaciśnięcie ich na obu końcach. Gumowa rurka rozszerza się, gdy wpompowane jest do niej sprężone powietrze, a nylonowa siatka przekształca tę ekspansję w silną siłę ciągnącą, skracając rurkę. Sztuczne mięśnie McKibbena są lekkie, elastyczne i mają prostą konstrukcję. Są bezpieczne, ponieważ kurczą się dopiero po uruchomieniu (maksymalnie o około 30% ich całkowitej długości). Sztuczne mięśnie używane w kombinezonie mięśniowym mają średnicę 1,5 cala i ważą zaledwie 130 g (4,6 uncji) bez kompresji, ale mogą wytwarzać do 200 kg (441 funtów) siły rozciągającej przy 5 atmosferach (73,5 psi). Model Power wykorzystuje cztery tego typu  mięśni, a modele Muscle Suit i Muscle Suit Edge używają dwóch.

Materiał filmowy ilustrujacy skrótowo działanie egzoszlietetów PaexoBack oraz Muscle Suit dostępny jest w zbiorach filmów  YouTube: New exoskeleton Paexo Back offers relief of up to 25 kilograms for the lower back.    https://www.youtube.com/watch? v=PyMmqhT7lPk, oraz 

How to use muscle suit Every  https://www.youtube.com/watch?v=zLL0hqpmCZo&t=58s