Кинематический шарнир с односторонним заклиниванием имитаторов пальцевых суставов в искусственной кисти

 

Использование: изобретение относится к медицине и медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению. Технический результат - обеспечение бесступенчатого заклинивания имитатора пальцевых суставов на разгибание во всем диапазоне их сгибания и свободное беззвучное их расклинивание после снятия нагрузки схвата. Сущность: при вращении первого звена шарнира по часовой стрелке возникает касательное усилие, обусловленное наличием силы, созданной усилием растянутого упругого элемента, создающий момент, вращающий клин против часовой стрелки. В результате происходит проскальзывание барабана по клину. При попытке поворота первого звена шарнира против часовой стрелки происходит заклинивание шарнира, а вращение первого звена шарнира относительно второго звена шарнира становится невозможным. При снятии нагрузки, стремящейся повернуть первое звено шарнира относительно второго звена шарнира против часовой стрелки, для расклинивания кинематического шарнира достаточно к упругому элементу приложить усилие, превышающее усилие растяжения упругого элемента, и клин, повернувшись против часовой стрелки относительно оси, перестанет контактировать с барабаном и препятствовать его вращению относительно оси шарнира в любом направлении. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, 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 является кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности, содержащий кольцевой барабан, внутренний и наружный зажимные элементы, обеспечивающие односторонне бесступенчатое заклинивание [2].

Недостатками прототипа являются зависимость заклинивания от величины опорной реакции, узкий диапазон межзвенных углов, при которых происходит заклинивание шарнира, и наличие громкого щелчка при его расклинивании.

Целью изобретения является обеспечение бесступенчатого заклинивания имитатора пальцевого сустава на разгибание во всем диапазоне их сгибания и свободное беззвучное их расклинивание после снятия нагрузки схвата.

Указанная цель достигается тем, что в кинематическом шарнире, имеющем барабан с контактной поверхностью в форме тела вращения, ось которого является осью шарнира, отличительной особенностью является то, что барабан соединен со вторым звеном шарнира осью, которая является осью вращения шарнира и содержит клин с ответной контактной поверхностью, соединенный со вторым звеном шарнира осью и упругим элементом, обеспечивающим постоянный контакт между барабаном и клином.

Кроме того, коэффициент трения контактирующих поверхностей барабана и клина больше тангенса угла между линией, проходящей через оси шарнира и клина, и линией, проходящей через ось шарнира и точку контакта барабана с клином.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих одностороннее бесступенчатое заклинивание на разгибание кинематического шарнира во всем диапазоне его сгибания и свободное беззвучное расклинивание после снятия нагрузки, не обнаружена в науке и технике, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию "существенные отличия".

На чертеже схематически изображен кинематический шарнир с односторонним заклиниванием имитаторов пальцев суставов и искусственной кисти.

Кинематический шарнир содержит барабан 1 первого звена шарнира, второе звено 2 шарнира, клин 3, ось 4 шарнира, ось 5 клина и упругий элемент 6. Барабан 1 и второе звено 2 шарнира соединены между собой осью 4 шарнира, а клин 3 закреплен на втором звене 2 шарнира осью 5 таким образом, чтобы клин 3 при воздействии упругого элемента 6 мог постоянно находиться в контакте с барабаном 1. Контактная поверхность барабана 1 имеет форму тела вращения, ось которого совпадает с осью 4 и является осью вращения шарнира. Место расположения оси 5 на втором звене 2 шарнира выбрано таким образом, что коэффициент трения контактирующих поверхностей барабана 1 и клина 3 больше тангенса угла ϕ, где ϕ - угол между воображаемой линией, проходящей через оси 4 и 5, и воображаемой линией, проходящей через ось 4 и точку контакта барабана 1 и клина 3 (см. чертеж).

Кинематический шарнир с односторонним заклиниванием имитаторов пальцевых суставов и искусственной кисти функционирует следующим образом.

При вращении первого звена шарнира по часовой стрелке возникает касательное усилие P_τ , обусловленное наличием силы P_N, созданной усилием растянутого упругого элемента 6, создающей момент, вращающий клин 3 против часовой стрелки. В результате происходит проскальзывание барабана по клину. При попытке поворота первого звена шарнира против часовой стрелки за счет сил трения происходит заклинивание шарнира, а вращение первого звена шарнира относительно второго звена 2 шарнира становится невозможным. При снятии нагрузки, стремящейся повернуть первое звено шарнира относительно второго звена 2 шарнира против часовой стрелки, для расклинивания кинематического шарнира достаточно к упругому элементу 6 приложить усилие P, превышающее усилие растяжения упругого элемента 6, и клин 3, повернувшись против часовой стрелки относительно оси 5, перестанет контактировать с барабаном 1 и препятствовать его вращению относительно оси 4 шарнира в любом направлении.

Применение данного кинематического шарнира в качестве имитатора пальцевых суставов в искусственной кисти обеспечивает возможность надежного удержания схватываемого предмета при любом виде схвата с сохранением принудительно приложенного усилия схвата без привлечения внешних источников энергии при условии обеспечения хорошей косметики искусственной кисти, что позволяет отменить 70% существующих функциональных протезов кисти. Все это впоследствии даст большой социально-психологический и медико-реабилитационный эффект.

Формула изобретения

Кинематический шарнир, содержащий барабан с контактной поверхностью в форме тела вращения, ось которого является осью шарнира, отличающийся тем, что в него введен клин, барабан соединен с вторым звеном шарнира осью и упругим элементом, установленным с возможностью обеспечения постоянного контакта между барабаном и клином.

РИСУНКИ

Рисунок 1