Протез нижней конечности

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - снижение энергозатрат инвалида при ходьбе. Протез содержит искусственную стопу 1, голеностопный шарнир 2 и трубку голени. Цилиндр 3 соединен с приемной гильзой 5.Регулировочный палец 20 связан посредством коромысла с поршнем 21 гидроцилиндра 8. На пятке и на носке етопы 1 установлены (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (59 4 А 61 F 2/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3806861/28-14 (22) 30.10.84 (46) 07.10.87. Йюл. N 37 (71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов (72) Е.В. РЪ бка, A.Í. Ситенко, Е.В. Коновалов и Л.П. Пасичнык (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 664650, кл. А 61 F 2/60, 1979. (54) ПРОТЕЗ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ (57) Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения— снижение энергозатрат инвалида при ходьбе. Протез содержит искусственную стопу 1,. голеностопный шарнир 2 и трубку голени. Цилиндр 3 соединен с приемной гильзой 5.Регулировочный палец 20 связан посредством коромысла с поршнем 21 гидроцилиндра 8. На пятке и на носке стопы 1 установлены тактильные датчики 23 и 24, подключенные к блоку 25 формирования ко; манд. )Кесткость пружины подбирается из условия обеспечения надежности возврата протеза в исходное состояние при завершении фазы переноса и

1342493 значительно меньше жесткости пружин-, ного аккумулятора 6. Наличие пальца.

20 обеспечивает возможность регулировки начального состояния аккумуля-. тора 6 в зависимости от массы инвалида. 4 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезостроению, и касается протезов нижних конечностей.

Целью изобретения является улучшение функциональных характеристик протеза и снижение энергозатрат инвалида при ходьбе.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема протеза нижней конечности на фиг. 2 — кинематическая схема гидроцилиндра и распределительных устройств; на фиг. 3 и 4 — схема блока формирования команд, варианты.

Протез нижней конечности содержит последовательно соединенные искусственную стопу 1, голеностопный шарнир

2 и трубку голени выполненную в виде телескопического звена, содержащего установленные по оси голени цилиндр

3 и поршень 4, причем цилиндр 3 соединен с приемной гильзой 5, механи-:=. ческий аккумулятор 6, выполненный в виде пружины и соединенный посредст вом механизма 7 автоматического сцепления-расцепления, гидравлический цилиндр 8, смежные полости которого соединяются посредством трубопровода

9, обратного клапана 10 и золотникового распределителя 11, связанного с электромагнитом 12; электромеханический замок 13, включающий тягу

14, направляющую втулку 15, собачку

16, соединенную посредством рычага

17 с сердечником электромагнита 18 и с пружинами 19.

Механизм протеза включает также регулировочный палец 20, связанный посредством коромысла с поршнем 21 гидроцилиндра 8, в полости которого установлена пружина 22, На пятке и на носке стопы 1 установлены тактильные датчики 23 и 24, подключенные соответственно к блоку 25 формирования команд, который содержИт два анало-. гичных канала (фиг. 3) из последовательно соединенных схем 26 задержки и формирователей 27, выходы которых

5 .подключены к электромагнитам 12 и

18 соответственно. Формирователи 27 выполнены, например, в виде одновибраторов, соединенных с усилителями мощности

Протез нижней конечности работает следующим образом.

В исходном состоянии, которое соответствует моменту, предшествующему фазе переднего. толчка, обмотки электромагнитов 12 и 18 обесточены, поршень телескопического звена максимально выдвинут относительно цилиндра 3, механический, например пружинный, аккумулятор 6 разряжен до на чального значения, регулируемого положением пальца 20, собачка 15 находится в зацеплении с тягой 14, смежные полости гидроцилиндра 8 соединены через обратный клапан 10, что обеспечивает возможность однонаправленного движения поршня 4 относитепьно цилиндра 3 телескопического звена.

При этом механизм 7 находится в состоянии расцепления и не препятствует перемещению цилиндра 3 совместно с тягой 14 вниз.

В начале опорного периода происходит перекат на пятке искусственной

35 стопы. Осуществляется передний толчок. При этом сигнал (фиг. 4) с пяточного тактильного датчика 24 поступает в первый канал блока 25 формирования команд, в схему 26 задержки.

40 В это же время под действием сжимающей силы, вбзникающей при взаимодействии силы веса и силы инерции массы инвалида с опорой, цилиндр 3 начинает перемещаться вниз относи3 13424 тельно поршня 4 телескопического зве- на и через собачку 16, жестко связанную с цилиндром 3, и тягу 14 растягивает пружину механического аккумулятора 6. Этим обеспечивается аморти5 зация переднего толчка и частичный заряд механического (пружинного) аккумулятора 6. При этом осуществляется укорочение протеза. 10

В середине фазы переноса инвалид сокращает переднюю большеберцовую мышцу культи голени. Управляющий сиг-. нал аналогично через второй канал блока 25 формирования команд передается на обмотку электромагнита 12.

Далее работа механизма в фазу переноса происходит как описано. В случае управления от биосигналов роль командных датчиков выполняют электроды, установленные на мышцах.

Длина протезированной конечности в исходном состоянии выбирается равной или несколько большей длины сохранившейся конечности, а жесткость механического (пружинного) аккумулятора 6 совместно с пружиной 22 выОпускание всей стопы 1 на опору соответствует одноопорной фазе движения. В этой фазе под действием силы веса инвалида происходит дальнейшее опускание цилиндра 3 относительно поршня 4 и заряд механического (пружинного) аккумулятора 6. К моменту отрыва пятки от опоры механический аккумулятор 6 находится в полностью заряженном состоянии. Кроме того, в 20 заряженном состоянии находится пружина 22. Механизм 7 к этому моменту переходит в состояние зацепления и обеспечивает возможность передачи усилия от механического аккумулятора

6 через тягу 14 к стопе °

Схема 26 задержки индивидуально настроена так, что срабатывание ее происходит после завершения одноопорной фазы. Сигнал через формирователь 30

27 импульсов передается на обмотку электромагнита 18.

Электромагнит 18 срабатывает и через рычаг 17 выводит собачку 16 из зацепления с тягой 14. При этом меха- З нический (пружинный) аккумулятор 6 начинает возвращаться в исходное состояние и через тягу 14 и механизм 7 автоматического сцепления-расцепления осуществляет подошвенное сгиба- 40 ние стопы 1, т ° е, потенциальная энергия заряженной пружины 6 переходит в кинетическую энергию, направленную на осуществление подошвенного сгибания стопы 1, обеспечивающего отталкива- 4б ние от опоры — задний толчок.

Для уменьшения тяговой силы электромагнита 18 плоскость взаимодействия собачки 16 с тягой 14 выполнена под небольшим углом, обеспечивающим 0 наличие нормальной (перпендикулярной силе тяги) составляющей силы, которая уравновешивается пружиной 19 при максимальном растяжении пружинного аккумулятора 6.

В опорной фазе гидроцилиндр 8 совместно с распределительными устройствами (клапаном 10 и золотниковым распределителем 11) обеспечивает одно93

4 направленное перемещение цилиндра 3 относительно поршня 4, что устраняет возможность колебательного движения телескопического звена.

После завершения фазы заднего толчка срабатывает датчик 24 командного сигнала, установленный на носке стопы, и сигнал поступает в схему 26 задержки второго канала блока 25 формирования команд. После отрыва стопы

1 начинается перенос протеза над опорой.

Схема 26 задержки второго канала настррена так, что срабатывание ее происходит в середине фазы переноса.

Сигнал через формирователь 27 посту, пает на обмотку электромагнита 12, который, срабатывая, подключает золотниковый распределитель 11, откры-. вающий магистраль, соединяющую напрямую смежные полости гидроцилиндра 8.

Под действием пружины 22 и инерционных сил поршень 4 перемещается вниз относительно цилиндра 3, а собачка

16 входит в зацепление с тягой 14, и протез приходит в исходное состояние.

Далее процесс повторяется.

Аналогично . работает механизм протеза, если управление осуществляется от биоэлектрических сигналов. В этом случае в завершающую фазу опоры инвалид сокращает, например, икроножную мышцу культи голени. Управляющий сигнал через электроды 28, 29 по (фиг.4) первому каналу блока 25 формирования команд, а именно через усилитель 30 биопотенциалов, интегратор 31 и формирователь 32 импульсов, поступает на обмотку электромагнита 18. Далее работа механизма в фазу опоры происходит как описано.

5 13424 бирается так, чтобы обеспечить равенство длин протезированной и сохранившейся конечности при стоянии, т.е. при нагрузке на протез, равной половине массы инвалида. При этом общая жесткость протеза при сжатии определяется суммарной жесткостью аккумулятора 6 и пружины 22. Жесткость пружины 22 подбирается из условия обеспечения надежности возврата протеза в исходное состояние при завершении фазы переноса и значительно: меньше жесткости пружинного аккумулятора 6. Наличие пальца 20 обеспечивает возможность регулировки начального состояния механического (пружинного) аккумулятора 6 в зависимости от массы инвалида.

При необходимости блок 25 формирования команд можно отключить. В та20 ком случае обмотки электромагнитов

12 и 18 находятся в обесточенном состоянии, что позволяет в фазе опоры

I обеспечить укорочение протеза, и дальнейшая ходьба происходит как на

25 обычном протезе с длиной протезированной конечности несколько меньше (в зависимости от общей жесткости протеза), чем сохранившаяся.

93 6

Формула изобретения

Протез нижней конечности, содержащий последовательно соединенные искусственную стопу, голеностопный шарнир, трубку голени и приемную гильзу, а также механический аккумулятор, соединенный посредством механизма автоматического сцепления-расцепления.со стопой, о т л и ч а ющ и и .с я тем, что, с целью снижения энергозатрат инвалида при ходьбе, в нем на оси голени установлен гидроцилиндр, связанный с трубкой голени, выполненной в виде телескопического звена, поршень гидроцилиндра шарнирно связан с регулировочным пальцем механического аккумулятора, соединенным с поршнем телескопического звена трубки голени, распределительный элемент гидроцилиндра соединен с первым электромагнитом, а электромеханический замок посредством собачки связан с вторым электромагнитом, при этом первый и второй электро— магниты подключены к блоку формирования команд, связанному с датчиками командных сигналов.

Фиг. z

1342493

Составитель В. Ваганов

Техред Л.Сердюкова, Корректор С. Черни

Редактор И. Николайчук

Тираж 594

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Подписное

Заказ 4539/3

4/5

Производственно-.полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,