Кинематический сферический шарнир с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг трех осей

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению. Технический результат - создание кинематического сферического шарнира с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг трех осей и регулируемой тугоподвижностью для протезов суставов верхних конечностей (третий сустав большого пальца, запястье, локоть, плечо), позволяющее при проектировании протезов существенно расширить их функциональные возможности при самообслуживании и в процессе работы пациента за счет регулируемой тугоплавкости вращения, надежного заклинивания вращения сферического шарнира вокруг трех осей (вплоть до разрушения) и свободного беззвучного его расклинивания после снятия нагрузки. Сущность. При нажатии на кнопку расфиксатора силой, превышающей силу сжатия пружины расфиксатора, расфиксатор перемещается вправо, и за счет наличия угла β , упор под действием отжимной пружины перемещается вниз вместе с клиньями, образуя между клиньями и барабаном зазор, что позволяет барабану вращаться в обойме вокруг всех трех осей. Винтом регулировки тугоподвижности выставляют требуемую тугоподвижность первого звена шарнира относительно второго. При отсутствии силы пружина расфиксатора перемещает расфиксатор влево, отжимает упор с клиньями вверх, преодолевая усилие отжимной пружины. Клинья прижимаются к барабану и вращение первого звена относительно второго вокруг осей становится невозможным, так как происходит заклинивание за счет сил трения. 3 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 межзвенного угла [1] Недостатками этого шарнира являются дискретность его фиксации, позволяющая заклинивать шарнир через определенные углы поворот а головок шин первого и второго звеньев шарнира, и то, что он плоский, а не сферический шарнир.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кинематический шарнир коленного угла протеза нижней конечности, содержащий кольцевой барабан, внутренний и наружный зажимные элементы, обеспечивающее одностороннее бесступенчатое заклинивание [2] Недостатком прототипа является зависимость заклинивания от величины опорной реакции, узкий диапазон межзвенного угла, при котором происходит заклинивание шарнира, наличие громкого щелчка при его заклинивании и то, что он плоский шарнир, а не сферический.

Целью изобретения является создание кинематического сферического шарнира с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг трех осей и регулируемой тугоподвижностью вращения для имитаторов суставов верхних конечностей (третий сустав большого пальца, запястье, локоть, плечо), позволяющего при проектировании протезов верхних конечностей существенно расширить их функциональные возможности при самообслуживании и при трудовой деятельности пациента за счет регулируемой тугоподвижности вращения, надежной фиксации (заклинивания) вращения сферического шарнира вокруг трех осей (вплоть до разрушения) и свободного беззвучного его расклинивания после снятия нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что кинематический сферический шарнир содержит барабан первого звена шарнира с контактной поверхностью в виде сферы, центр которой является центром вращения шарнира, расположенного внутри разрезной обоймы второго звена шарнира, имеющий винт регулировки тугоподвижности вращения шарнира и клинья с ответными контактными поверхностями, соединенные упругим элементом и вторым сферическими контактными поверхностями с упором, отталкивающимся от обоймы пружиной отжима и упирающимся в расфиксатор, который за счет пружины расфиксатора обеспечивает постоянный контакт между сферическим барабаном и клиньями.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих бесступенчатое заклинивание кинематического сферического шарнира вокруг трех осей во всем диапазоне его подвижности и свободное беззвучное расклинивание после снятия нагрузки, 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".

На фиг. 1 схематически изображен кинематический сферический шарнир с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг трех осей; на фиг. 2 представлено сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Кинематический сферический шарнир содержит сферический барабан первого звена шарнира 1, обойму второго звена шарнира 2, винт регулировки тугоподвижности 3, второе звено 4, клинья 5, упругий элемент клиньев 6, упор 7, отжимную пружину упора 8, расфиксатор 9, пружину расфиксатора 10, кнопку расфиксатора 11 и контргайку обоймы 12. Сферический барабан 1 расположен внутри обоймы 2, которая стянута винтом регулировки тугоподвижности 3 так, чтобы не было люфта между барабаном 1 и обоймой 2 и обеспечивалась требуемая тугоподвижность барабана в обойме 2. Обойма 2 навинчена на второе звено шарнира 4 и законтрена контргайкой 12 так, чтобы обеспечивался постоянный контакт между клиньями 5 и барабаном 1 за счет смещения фиксатора 9 пружиной расфиксатора 10 влево и отжима упора 7 вверх с определением действия отжимной пружины 8, а исходное положение клиньев 5 обеспечивается упругим элементом клиньев 6. Контактная поверхность барабана 1 является сферой, центр которой является центром вращения шарнира. Величины углов α и β должны быть такими, чтобы коэффициенты трения контактирующих поверхностей барабана 1 и клиньев 5 и соответственно упора 7 и расфиксатора 9 были бы больше тангенсов углов a и β соответственно.

Кинематический сферический шарнир с бесступенчатой расфиксацией вращения вокруг трех осей функционирует следующим образом. При нажатии на кнопку расфиксатора силой P, превышающей силу сжатия пружины расфиксатора, расфиксатор перемещается вправо, и за счет наличия угла b упор под действием отжимной пружины перемещается вниз вместе с клиньями и между клиньями и барабаном образуется зазор, что позволяет барабану вращаться в обойме вокруг всех трех осей, а винтом регулировки тугоподвижности можно выставить требуемую тугоподвижность первого звена шарнира относительно второго. При отсутствии силы P пружина расфиксатора перемещает расфиксатор влево, отжимает упор с клиньями вверх, преодолевая усилие отжимной пружины, клинья прижимаются к барабану и вращение первого звена относительно второго вокруг осей X, Y, и Z становится невозможным, так как происходит заклинивание за счет сил трения.

Применение данного кинематического шарнира в качестве имитатора суставов в протезах верхних конечностей позволит существенно расширить функциональные возможности протезов верхних конечностей при самообслуживании и в процессе трудовой деятельности пациента за счет регулируемой тугоподвижности вращения, надежного заклинивания сферического шарнира (вплоть до разрушения) и свободного беззвучного его расклинивания после снятия нагрузки.

Формула изобретения

Кинематический сферический шарнир, содержащий барабан с контактной поверхностью в форме сферы, центр которой является центром вращения шарнира, отличающийся тем, что барабан с контактной поверхностью в форме сферы расположен внутри разрезной обоймы второго звена шарнира, имеющий винт регулировки тугоподвижности вращения шарнира и клинья с ответными контактными поверхностями, соединенные упругим элементом и вторыми сферическими контактными поверхностями с упором, установленным с возможностью отталкивания от обоймы пружиной отжима и упирающимся в расфиксатор, установленный с возможностью обеспечения при помощи пружины постоянного контакта между сферическим барабаном и клиньями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3