Коленный шарнир протеза

 

КОЛЕННЫЙ ШАРНИР ПРОТЕЗА, содержащий вилку, соединенную с голенью осью, серьгу, соединенную с бедром, втулки с закрепленными на них регулировочными дисками, подпружинен3/ ; Ш11ДЯ .. : -. /,. V ,:. -f бИУШОТША ными стопорными пружинами, упругие элементы, закрученные навстречу один другому, и установленные между серьгой и втулкой, соединенной с голенью, отличаю щийс-я тем, что, с целью уменьшения асимметрии походки инвалида и уменьшения его энергозатрат путем нормализации динамических и кинематических параметров протеза при изменении условий движения, каждый из упругих элементов выполнен в виде пустотелой спирали, состоящий из двух частей с разными жесткостями и соединенными через электроуправляемый клапан с источником высокого давления, причем жесткость упругих элементов выполнена убьшающей от их (Л концов, соединенных с серьгой, к концам , соединенным с вилкой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3 A 61 F 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB"1GPCHOMY СВРЩЕТЕЛЬСТВУ .

ЦЦ 1МОТаЫА (21) 3599580/28-13 (22) 30.05.83 (46) 23.08.84. Бюл. N- 31 (72) В.Н. Ватагин, А.Н. Панченко и А.А. Поддуев (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро института технической механики АН УССР. (53) 615.477.22(088.8) (56) 1. Патент США ¹ 3678517, кл. А 61 F 1/08, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 584858, кл. А 61 Р 1/08, 1977. (54) (57) КОЛЕННЬИ ШАРНИР ПРОТЕЗА, содержащий вилку, соединенную с голенью осью, серьгу, соединенную с бедром, втулки с закрепленными на них регулировочными дисками, подпружинен„,SU„, 1109154 А ными стопорными пружинами, у элементы, закрученные навстречу один другому.и установленные межд серьгой и втулкой, соединенной с голенью, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью уменьшения асимметрии походки инвалида и уменьшения его энергозатрат путем нормализации динамических и кинематических параметров протеза при изменении условий движения, каждый из упругих элементов выполнен в виде пустотелой спирали, состоящий из двух частей с разными жесткостями и соединенными через злектроуправляемый клапан с источником высокого

Ф давления, причем жесткость упругих З элементов выполнена убывающей от их концов, соединенных с серьгой, к концам, соединенным с вилкой. С: i 109154

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей, кроме того, оно может использоваться при построении шагающих механизмов, Известен коленный шарнир протеза, содержащий несколько осей, относительно которых происходит вращение звеньев протеза, а также устройство торможения 1 .

Однако этот шарнир не позволяет производить управление протезом, не обеспечивает симметрии ходьбы в широком диапазоне изменения условий ходьбы и не обладает свойством рекуперации энергии при движении.

Известен коленный шарнир протеза, состоящт из вилки, соединенной с одним из звеньев протеза, серьги, соединенной с другим звеном и жестко закрепленными на ней концами пру-. жин, и втулки с закрепленными на них регулировочными дисками, которые фик.— сируются в одну сторону с помощью стопорных пружин, регулирующихся для определенной походки инвалида путем закручивания в разные стороны с помощью регулировочных дисков (2).

Однако моменты сил,. образуемые

ЗО в результате закручивания одной пружины и раскручивания другой, попеременно тормозят, ускоряют и вновь тормозят движение голени в фазе огибания — разгибания. Кроме того„ происходит частичная рекуперация энергии в результате сжатия — разжатия.

1О

Известный шарнир настраивается на определенный темп движения и, сле- 4О довательно, характеристики движения также задаются настройкой протеза, например, для среднего темпа движения, Такая настройка протеза не позволяет инвалиду-двигаться с другими

45 темпами движения, так как получается несовпадение .фаз движения здоровой ноги и протеза, появляется ассиметрия .ходьбы, возрастают энергозатраты, а при значительнЪх отклонениях параметров появляется потеря подкосоустой5О чивости. Устройство не обеспечивает автоматическую подстройку параметров протеза, которые обеспечивали бы нормализацию динамических и кинематических характеристик движения инвалида при изменении условий движения. Кро- . ме того, известное устройство не обеспечивает изменение характеристик движения по законам, присущим движению на здоровой конечности.

Целью изобретения является уменьшение асимметрии походки инвалида и уменьшение его энергозатрат путем нормализации динамических и кинематических характеристик протеза при изменении условий движения.

Указанная цель достигается тем, что в коленном шарнире протеза, содержащем вилку, соединенную с голенью осью, серьгу, соединенную с бедром, втулки с закрепленными на них регулировочными дисками, подпружиненными стопорными пружинами, упругие элементы, закрученные навстречу один другому.,и установленные между серьгой и втулкой, соединенной с голенью, каждый из упругих элементов выполнен в виде пустотелой спирали, состоящий из двух частей с разными жесткостями и соединенными через электроуправляемый клапан с источником высокого давления, причем жесткость упругих элементов выполнена убывающей от их концов, соединенных с серьгой, к концам, соединенным с вилкой.

На фиг. 1 показан предлагаемый коленный шарнир, общий вид; нафиг.2вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение

Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — отрезок пустотелого упругого элемента; на фиг. 5 — пневматическая схема управления.

Коленный .шарнир протеза содержит вилку 1, ссединенную с голенью 2, серьгу 3, соединенную с бедром 4, втулки 5 с закрепленными на них регулировочными цисками 6, которые фик. сируются в одну сторону с помощью стопорных пружин 7, упругие пустотелые элементы 8, закрученные навстречу один другому и закрепленные одним концом на серьге 3, а другим — на втулке 5 и 9, соединяющую бедро 4 и голень 2.

Пустотелый упругий элемент 10 состоит из элементов 11 и 12, причем один из них, например элемент 11 имеет большую жесткость чем элемент

12, кроме того, жесткость упругих элементов уменьшается от концов, закрепленных на серьге 3, к концам, закрепленным на втулках 5. Внутренние полости упругих элементов 10 соединены через электропневмоклапаны

13 с редукторами 14, на которые подается силовое давление. Источником

1109154 силового давления может. быть, напри- мер, сжатый воздух, запасенный в баллоне 15.

Устройство работает следующим образом.

В период обучения инвалида ходьбе на протезе производится подстройка предлагаемого коленного шарнира под медленный темп движения. Подстройка коленного шарнира под нужный темп

10 движения осуществляется путем закручивания в разные стороны упругих элементов 10 с помощью регулировочных дисков б. При данной конструкции коленного шарнира при движении голень 2 совершает колебательное движение от- носительно бедра 4 вокруг оси 9.

Период колебания голени 2 для нормального движения должен совпадать с длительностью шага, Закручивание упругих элементов 10 позволяет подстроить период колебания голени 2 под длительность шага. В данном случае период колебания голени 2 подстраивается под длительность шага при медленном

25 темпе движения инвалида. При этом в состоянии покоя моменты сил, создаваемые закрученными.в разные стороны упругими элементами 10, уравновешивают один другого и голень 2.. находясь в некотором нейтральном положении, например на одной линии с бедром 4. Подача давления в полости упругих элементов 10 меняет их жесткости, и, следовательно, также 35 меняет и период колебания голени 2.

Таким образом, настройка протеза на необходимый темп ходьбы может быть произведена подачей соответствующего давления в полости упругих элемен- 40 тов 10.

Рассмотрим работу протеза в фазу опоры.

При переднем толчке за счет инер- 45 ционных сил и запасенной инвалидом .кинетической энергии происходит переднее подгибание голени 2 и вращение серьги 3 совместно с бедром 4 вокруг оси 9 и втулок 5. Вращение серьги 3 вызывает раскручивание одного упругого элемента 10 и закручивание другого в котором происходит накопление энергии, т.е.. энергия движущегося тела инвалида частично переходит

55 в потенциальную энергию сжатого упругого элемента 10. Возникающий при этом момент сил воздействует на бедро 4 и вызывает торможение тела инвалида. После полного переднего подгибания сжатый упругий элемент 10, частично раскручивается. Энергия сжатого упругого элемента 10 идет на приподымание инвалида, При увеличении темпа движения в полости упругих элементов 10 редукторами 14 подается давление, что увеличивает жесткость упругих элементов 10, а, следовательно, протез подстраивает под новый темп движения. При уменьшении темпа движения редуктор 14 перестраивается на новое давление, а лишнее рабочее тело стравливается через электропневматический клапан 13.

Работа коленного шарнира в фазу переноса отличается только прилагаемыми силами. Заднее подгибание голени 2 осуществляется за счет инерционных сил, воздействующих на голеHE

2 при резком подъеме бедра 4 инвалидом в начале фазы переноса. При этом происходят описанные процессы накопления и отдачи энергии, позволяющие согнуть, а затем разогнуть голень 2 в фазу переноса. Регулирование давле ния в полостях упругих элементов 10 позволяет изменить период колебания голени 2, а, следовательно, удлинить или уменьшить фазу переноса, т.е. изменить темп движения.

Описанные два случая работы коленного шарнира не предполагают регулировку давления в полостях упругих. элементов 10 в течение шага. Подстройка может вестись ст шага к шагу или на протяжении нескольких шагов. При этом отрабатывается либо фаза ог рры, либо фаза переноса. Если ввести регулировку давления в полостях упругих элементов в течение шага, то появляется возможность реализации протеза, повторяющего и фазу опоры, и фазу переноса. При этом клапан 13 и редуктор 14 должны менять давление в полостях упругих элементов 10 как в зависимости от темпа движения, так и в зависимости от фазы шага. При этом работа протеза и предлагаемого устройства аналогична описанному, Предлагаемое устройство по сравнению с базовым образцом — коленным шарниром протеза бедра ПН6-40 позволяет более близко повторить изменения угла между голенью и бедром, т.е. увеличить симметрию ходьбы инвалида, а также позволяет автоматизировать подстройку динамических и кинемати5 1 j09 J54 6 ческих параметров протеза под темп шить асимметрию ходьбы инвалида. Введвижения. дение рекуперации энергии снижает энергозатраты инвалида, что позволя-:. таким образом, применение предла- ет увеличить время ходьбы инвалида на гаемого коленного шарнира позволяет 5 протезе и дает большой социальный эфза счет нормализации кинематических фект по трудовой. реабилитации инвалии динамических характеристик умень- дов. !

1109154

3109154

Фив. Х

ВНИИПИ Заказ 59б9/4 Тираж 688 llo4mesoe . дцщед gag "Пауепт", г.УЗ город, уд.Проектмаа, 4