Кинематический шарнир с переключаемым односторонним заклиниванием для имитаторов суставов протезов верхних конечностей

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению. Технический результат - обеспечение бесступенчатого, одностороннего, но с переключателем направления, заклинивания шарнира и свободного без звучного его расклинивания при отсутствии нагрузок заклинивания. Сущность. Вращение первого звена шарнира по часовой стрелке вызывает касательное усилие, обусловленное наличием силы, создаваемой усилием растянутого упругого элемента, создающей момент, вращающий клин против часовой стрелки. В результате происходит проскальзывание барабана по клину. При попытке поворота барабана первого звена шарнира против часовой стрелки за счет сил трения происходит заклинивание шарнира и вращение первого звена шарнира относительно второго звена становится невозможным. При отсутствии нагрузки, заклинивающей шарнир, линия действия силы растянутого упругого элемента проходит слева от оси клина и повернет клин против часовой стрелки до возникновения контакта барабана с второй контактной поверхностью клина, т. е. произойдет переключение направления заклинивания шарнира на обратное. Шарнир легко вращается против часовой стрелки и заклинивает при попытке вращения первого звена шарнира относительно второго звена по часовой стрелке. 1 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению.

Известен кинематический шарнир коленного узла протезов и ортезов, обеспечивающий фиксацию (заклинивание) шарнира в широком диапазоне межзвенных углов [1] Недостатком этого шарнира является дискретность его фиксации, позволяющая заклинивать шарнир через определенные углы поворота головок шин первого и второго звеньев шарнира.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности, содержащий кольцевой барабан, внутренний и наружный кольцевые элементы, обеспечивающие одностороннее бесступенчатое заклинивание [2] Недостатками прототипа являются зависимость заклинивания от величины опорной реакции, узкий диапазон межзвенного коленного угла, при котором происходит заклинивание шарнира, и наличие громкого щелчка при его расклинивании.

Целью изобретения является создание кинематического шарнира для имитаторов суставов протезов верхних конечностей, позволяющего резко повысить их функционально-косметические свойства и расширить спектр функционально-бытовых свойств протеза руки за счет малых размеров конструкции шарнира, бесступенчатого одностороннего, но с переключателем направления заклинивания шарнира и свободного беззвучного его расклинивания при отсутствии нагрузок заклинивания.

Указанная цель достигается тем, что кинематический шарнир содержит барабан первого звена шарнира с контактной поверхностью в форме тела вращения, соединенный с вторым звеном шарнира осью, которая является осью вращения шарнира, и клин с двумя ответными контактными поверхностями, соединенный с вторым звеном шарнира осью, а с переключателем направления заклинивания соединенный осью с вторым звеном шарнира упругим элементом, обеспечивающим постоянный контакт между барабаном и одной из контактных поверхностей клина в зависимости от положения переключателя.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих односторонне переключаемое заклинивание кинематического шарнира во всем диапазоне его сгибания разгибания и свободное беззвучное расклинивание при отсутствии внешних нагрузок на заклинивание, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен кинематический шарнир с переключаемым односторонним заклиниванием для имитаторов суставов протезов верхних конечностей.

Кинематический шарнир содержит барабан 1 первого звена 2 шарнира, второе звено 3 шарнира, клин 4, ось 5 шарнира, ось 6 клина, ось 7 переключателя, переключатель 8 и упругий элемент 9. Барабан 1 и второе звено 3 шарнира соединены между собой осью 5 шарнира, клин 4 и переключатель 8 закреплены на втором звене 3 шарнира осями 6 и 7 соответственно, а упругий элемент 9 соединяет клин 4 и переключатель 8 таким образом, чтобы обеспечить постоянный контакт между барабаном 1 и одной из контактных поверхностей клина 4 в зависимости от положения переключателя 8. Контактная поверхность барабана 1 имеет форму тела вращения, ось которого совпадает с осью 5 и является осью вращения шарнира. Место расположения оси 6 и точек крепления упругого элемента 9 к клину 4 и переключателю 8 выбраны таким образом, чтобы обеспечить постоянный контакт поверхностей барабана 1 и клина 4, а коэффициент трения контактирующих поверхностей барабана 1 и клина 4 был больше тангенса угла между линией, проходящей через оси 5 и 6, и линией, проходящей через ось 5 и точку контакта барабана 1 с клином 4.

Кинематический шарнир с переключаемым односторонним заклиниванием для имитаторов суставов прорезов верхних конечностей функционирует следующим образом.

При положении переключателя 8, показанном на чертеже, вращение первого звена 2 шарнира по часовой стрелке вызывает касательное усилие P_τ обусловленного наличием силы P_N, созданной усилием растянутого упругого элемента 9, создающей момент, вращающий клин 4 против часовой стрелки, и происходит проскальзывание барабана 1 по клину 4. При попытке поворота барабана 1 первого звена 2 шарнира против часовой стрелки за счет сил трения происходит заклинивание шарнира и вращение первого звена 2 шарнира относительно второго звена 3 становится невозможным.

При отсутствии нагрузки, заклинивающей шарнир, можно перевести переключатель 8 из крайнего правого в крайнее левое положение. В этом случае линия действия силы растянутого упругого элемента 9 будет проходить слева от оси 6 клина 4 и повернет клин 4 против часовой стрелки до возникновения контакта барабана 1 с второй контактной поверхностью клина, тоесть произойдет переключение направления заклинивания шарнира на обратное и шарнир будет легко вращаться против часовой стрелки и заклинивать при попытке вращения первого звена 2 шарнира относительно второго звена 3 по часовой стрелке.

Применение данного кинематического шарнира в имитаторах суставов протезов верхних конечностей позволит существенно расширить их функциональные возможности, обеспечивая при этом хорошую косметику, что позволит значительно сократить в дальнейшем номенклатуру функциональных протезов верхних конечностей.

Формула изобретения

Кинематический шарнир, содержащий барабан с контактной поверхностью в форме тела вращения, ось которого является осью шарнира, отличающийся тем, что барабан первого звена шарнира соединен с вторым звеном шарнира осью, которая является осью вращения шарнира, и снабжен клином с двумя ответными контактными поверхностями, соединенным с вторым звеном шарнира осью, а с переключателем направления заклинивания, соединенным осью с вторым звеном шарнира, упругим элементом с возможностью обеспечения постоянного контакта между барабаном и одной из контактных поверхностей клина в зависимости от положения переключателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1