Коленный механизм протеза бедра

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - снижение ударных нагрузок на культю и стопорный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшение энергозатрат и асимметрии при ходьбе. Коленный механизм протеза бедра состоит из гильзы бедра 1 со стыковочным узлом 2 и зубчатым сектором 3, являющимся входньм элементом зубчатого стопорного механизма, вьтолненного в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU, 1421333 А1 E (51)4 6 F 2 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ...(54) КОЛЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ПРОТЕЗА БЕДРА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3938509/28-14 (22) 26.07,85 (46) 07.09.88. Бюл, У 33 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института технической механики АН УССР (72) В,Н.Шичанин, В.Н.Ватагин, С.Н.Григорьев, И.Н,Добров и В.П.Ива.нов (53) 615.477.22:616-.089.28(088.8) (56) Протезирование и протезострое- ние. Сборник.,Вып. 71, 1985. — .M.:

МСО РСФСР, с. 123-137.

I (57) Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения — снижение ударных нагрузок на культю и стопорный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшение энергозатрат и асимметрии при ходьбе. Коленный механизм протеза бедра состоит из гильзы бедра 1 со стыковочным узлом 2 и зубчатым сектором 3, являющимся входным элементом зубчатого стопорного механизма, выполненного в

1421333 виде мультипликатора 4, гильзы голени 5 и упругого элемента, состоящего из пружины 6, стакана 7, гибкой тяги 8 и болта 9 с гайкой 10, а также датчика 11 управления. На профилированном шкиве закреплен конец гибкой тяги 8, расположенной вдоль оси гильзы голени 5 с помощью направляющего ролика 31. Профилирование внутИзобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей для инвалидов, имеющих после ампутации культю бедра

Целью изобретения является снижение ударных нагрузок на культю и стоПорный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшение энергозатрат и асимметрии при ходьбе, На фиг.1 показан коленный меха- 10 ниэм, общий вид; на фиг.2 — мультипликатор, разрез по осям; на фиг.3— сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 — фрик ционный барабан, разрез по оси сагиттальной плоскостью; на фиг.5 — кулач- 15 ковая муфта, разрез плоскостью, проходящей через оси вращения кулачка и самой муфты.

° .

Коленный механизм протеза бедра состоит из гильзы бедра 1 со стыковочным узлом 2 и зубчатым сектором 3 жестко связанным с гильзой бедра 1 и являющимся входным элементом зубчатого стопорного механизма, выполненного в виде мультипликатора 4, 25 ю гильзы голени 5 и упругого элемента, состоящего из пружины 6, стакана 7, гибкой тяги 8 и болта 9 с гайкой 10, а также датчика 11 управления.

Мультипликатор 4 содержит шестерню 12, выполненную как одно целое с зубчатым колесом 13, шестерню 14, являющуюся осью вращения для гильзы бедра 1 и жестко соединенную с фрикционным барабаном 15, имеющим остро- 35 угольный профиль внутренней поверхности (проточки), Подвижное соедийение шестерни 14 с гильзой бедра 1 образует коленный шарнир. Шестерня 14 с фрикционным барабаном 15 имеет 4О возможность свободно вращаться вокренней поверхности фрикционного барабана с помощью остроугольной проточки уменьшает его деформацию в ради- альном направлении. Профилирование . поперечного сечения рабочей поверхности кулачков по окружности повышает надежность работы кулачковой муфты при наличии перекосов контактирующих поверхностей. 5 ил. руг гладкого вала 16, концы которого закреплены в корпусе мультипликатора 4. Гладкий вал 17 установлен в корпусе мультипликатора 4 и обеспечивает свободное вращение вокруг него шестерни 12 с зубчатым колесом 13.

Внутри фрикционного барабана 15 установлена кулачковая муфта в виде водила 18, на оси 19 которого надеты кулачки 20 с пружинами 21. Рабочие поверхности кулачков 20 спрофилированы по окружности, Боковая поверхность водила 18 выполнена цилиндрической и на ней может свободно проворачи- ваться кольцо 22, штифты 23 которого упираются в кулачки 20. Кольцо 22 проворачивается относительно водила

18 под действием усилия электромагнита 24, которое передается через систему рычагов 25-27. Водило 18 жестко связано с зубчатым колесом 28, зубья которого входят в зацепление с шестерней 29, выполненной как одно целое с профилированным шкивом 30 переменной кривизны. На профилированном шкиве 30 закреплен конец гибкой тяги 8, .расположенной вдоль оси гильзы голени 5 с помощью направляющего ролика

31. Вращение шестерни 29 ограничивается с помощью упора 32, установленного на корпусе мультипликатора 4, и рычага 33, жестко связанного с шестерней 29. Упор 32 и рычаг 33 образуют ограничитель поворота. Система управления коленным механизмом включает кроме датчика 11 управления также датчик касания пяткой .искусственной стопы опорной поверхности и блок управления (не показаны). Наклон кулачков 20 к линии, соединяющей оси 19, подбивается таким образом, чтобы мо3 142133 мент сил трения, который возникает между кулачками 20 и внутренней поверхностью фрикционного барабана 15, уравновешивал момент, передаваемый к фрикционному барабану 15 от шестерни 14. Относительно водила 18 ку- лачки 20 устанавливаются так, чтобы приложение к гильзе бедра 1 сгибающего момента приводило к их разведению при отключенном электромагните 24.

Коленный механизм работает следу.ющим образом.

В фазу переноса конечности электромагнит 24 включен, вследствие чего сердечник электромагнита через систему рычагов 25-27 провернул кольцо 22. При этом рабочие поверхности кулачков 20 отведены от фрикционного 2> барабана 15, так как движение кольца 22 благодаря штифтам 23 преобразовано в поворот кулачков 20 относительно осей 19. Таким образом, связь между гильзой бедра 1 и упругим эле- 26 ментом разорвана и гильза голени 5 свободно вращается относительно гильзы бедра 1.

По сигналу датчика касания (не показан), установленного на пятке ис- З<> кусственной стопы, блок управления (не показан) отключает питание электромагнита 24 ° Под действием пружин

21 кулачки 20 прижимаются к фрикционному барабану t5. Таким образом, в начале фазы опоры гильза бедра 1 мультипликатора 4 соединена с упругим элементом: вращательное движение гильзы бедра 1 с помощью зубчатого сектора 3 передается на шестерню 12 и колесо 13, находящееся в зацепле40, нии со свободно вращающимися .относительно гильзы голени 5 на гладком валу 16 шестерней 14 и фрикционным барабаном 15, который благодаря кулачкам 20, водилу 18 и колесу 28 пере45 дает движение через шестерню 29, профилированный шкив 30 и гибкую тягу 8 на пружину 6.

Происходит подгибание протеза в коленном шарнире, сменяющееся разги-

50 банием на последующем этапе фазы опоры. По сигналу датчика 11 управления, фиксирующего положение пружины 6 при максимальном ходе на распрямление, на электромагнит 24 подается питание.

Включение электромагнита 24 подготавливает условия, необходимые для размыкания кулачковой муфты. Размыкание

4 ее происходит в тот момент времени, когда рычаг 33 садится на упор 32, обеспечив тем самым разгрузку кулачковой муфты от действия упругого элемента независимо от начальной подтяжки пружины 6. На последующих этапах движение на протезе с описанным коленным механизмом осуществляется так же, как на обычном одноосном протезе, вплоть до окончания фазы переноса.

Так как включение кулачковой муфты осуществляется по факту касания пяткой искусственной стопы опорной поверхности с отключением питания электромагнита 24, то подкосоустойчивость протеза бедра с коленным механизмом описанной конструкции не зависит от угла в коленном шарнире в момент постановки протеза на опору, от исправности источника питания, а также от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих реакций опоры.

Благодаря этому данный протез позволяет ходить по неровной поверхности с меньшими затратами энергии.

Введение в коленный механизм про-. филированного шкива 30 переменной кривизны дает возможность приблизить к норме силовое взаимодействие гильзы бедра 1 с гильзой голени 5 за счет формирования нелинейной зависимости между моментом, создаваемым упругим элементом в коленном шарнире, и углом подгибания ° Профиль шкива

30 и жесткость упругого элемента выбираются таким образом, чтобы сгибание протеза в коленном шарнире в начале фазы опоры происходило естественным путем, без приложения инвалидом дополнительных усилий, а также чтобы максимальный угол подгибания в коленном шарнире был близок к норме для здоровой конечности. Применение мультипликатора 4 позволяет технически реализовать требуемый профиль про-. филированного шкива 30, так как угол поворота последнего при подгибаниИ протеза значительно больше межзвенного угла в коленном шарнире.

Профилирование внутренней поверх-. ности фрикционного барабана 15 с помощью остроугольной проточки уменьшает наиболее опасную его деформацию в радиальном направлении, возникающую при нагружении кулачковой муфты и сообщающую исходной окружности эллипсность. Это может привести к заклиниванию кулачков 20, которое хо16

17 тя и ликвидируется приложением между фрикционным барабаном 15 и кулачками

20 усилия обратного знака за счет ограничителя поворота шестерни 29, но все же является нежелательным. Момент силы трения между кулачками

20 и фрикционным барабаном 15, компенсирующий внешний момент, при заданном коэффициенте трения определяется только величиной реакции между ними. Выполнение внутреннего профиля фрикционного барабана 15 остроугольной проточки уменьшает силы, действующие в радиальном направлении, и, следовательно, деформацию фрикционного барабана 15, так как при этом в указанном направлении действует не вся сила реакции, а ее проекция, пропорциональная синусу половины про" фильного угла, Профилирование поперечного сечения рабочей поверхности кулачков 20 по окружности повышает надежность работ кулачковой муфты при наличии перекосов контактирующих поверхностей, которые возникают при изготовлении.

Применение описанного коленного механизма позволяет осуществить подгибание протеза в фазу опоры, уменьшить асимметрию и энергозатраты при ходьбе, улучшить трудовую и бытовую реабилитацию инвалида.

21333 6 формул а из о бр е т ения

Коленный механизм протеза бедра, содержащий шарнирно соединенные гиль5

3ы бедра и голени, кинематически свя-. занные с зубчатым стопорным механизмом, оснащенным фрикционным барабаном с электромагнитом и датчиком управления, а также установленный в гильзе голени упругий элемент посредством гибкой тяги кинематически соединенный с фрикционным барабаном, отличающийся тем, что, с целью снижения ударных нагрузок на .культю и стопорный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшения энергозатрат и асимметрии при ходьбе, стопорный механизм выполнен в виде мультипликатора, вход которого соединен с гильзой. бедра, а на выходе установлены ограничитель поворота и профилированный шкив, при этом внутренняя поверхность фрикционного ба25 рабана выполнена с остроугольной проточкой, гибкая тяга закреплена на профилированном шкиве, а внутри фрикционного барабана установлена кулачковая муфта, связанная с одним из

g0 зубчатых колес мультипликатора, рабо- чие поверхности кулачков которой спрофилированы в поперечном сечении по окружности.

14.21333

Тираж 655 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор С.Пекарь

Заказ 4358/4

Л

7

Составитель Н.Люкшин

Техред А. Кравчук Корректор А.Обручар